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第二讲　铁及其化合物
考点一　铁及其氧化物(命题指数★★★★★)
1．铁：
(1)铁的位置与结构。
(2)物理性质。
颜色状态
导电性、导热性、延展性
特性
银白色固体
良好
被磁铁吸引
(3)化学性质。
铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。
2．铁的氧化物：
(1)物理性质。
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价，＋3价
(2)化学性质。
①FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式为
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，
Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O。
②Fe3O4分别与HNO3和HI反应的离子方程式为
3Fe3O4＋28H＋＋NO===9Fe3＋＋NO↑＋14H2O；
Fe3O4＋8H＋＋2I－===3Fe2＋＋I2＋4H2O。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)Fe在稀硝酸中发生钝化。(　　)
提示：×。Fe在浓硝酸中发生钝化。
(2)铁表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化。(　　)
提示：×。铁表面形成的氧化膜较疏松，不能保护内层金属。
(3)四氧化三铁和稀盐酸反应的离子方程式为Fe3O4＋8H＋===3Fe3＋＋4H2O。(　　)
提示：×。离子方程式为Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O。
(4)铁是较活泼的金属，它与卤素单质(X2)反应的生成物均为FeX3。(　　)
提示：×。铁与碘化合生成FeI2。
(5)过量的铁与氯气反应生成FeCl2。(　　)
提示：×。Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3。
2．铁是日常生活中最常见的金属。某班同学在学习铁的知识时，对“铁为何称为黑色金属？”这个问题产生了浓厚的兴趣：
对于该问题，同学们上网查寻，有两种解释：
A．因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属。
B．因为铁的粉末为黑色，铁的氧化物也均为黑色，所以叫黑色金属。
(1)你认为哪种说法正确？
(2)若有一黑色粉末，你如何鉴别是铁粉，还是Fe3O4粉末？
(3)若有一黑色粉末，为Fe和Fe3O4的混合物，你如何证明其中有Fe3O4?
【解析】(1)铁的氧化物中Fe2O3为红棕色，B的说法是错误的。(2)可以利用Fe、Fe3O4与稀盐酸或稀硫酸反应现象的不同来鉴别两种物质。(3)检验Fe和Fe3O4的混合物中Fe3O4的存在，实质是检验混合物中O的存在，可以用干燥的氢气或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，然后检验产物中是否有水或二氧化碳产生。
答案：
(1)A　(2)取黑色粉末少许于试管中，加适量稀盐酸或稀硫酸，有气泡产生的原黑色粉末为铁粉，若无气泡产生则原粉末为Fe3O4(其他合理答案亦可)
(3)用干燥的氢气与黑色粉末加热反应，用无水硫酸铜检测有水产生或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，用澄清石灰水检测有二氧化碳产生(其他合理答案亦可)
命题角度1：铁的性质
【典例1】在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。
①Fe3＋　　②Fe2＋　　③Fe、Fe2＋　　④Fe2＋、Fe3＋
(1)AB段铁元素以____________________形式存在。
(2)BC段铁元素以____________________形式存在。
(3)CD段铁元素以____________________形式存在。
【以图析题·培养关键能力】
【解析】向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。
答案：(1)①　(2)④　(3)③
　
(1)(宏观辨识与微观探析)上图AB段、BC段消耗铁的物质的量之比是多少？
提示：BC段发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，反应中n(Fe3＋)∶n(Fe)＝2∶1，而
Fe3＋是由AB段反应的铁生成的，则上图AB段、BC段消耗铁的物质的量之比是2∶1。
(2)(宏观辨识与微观探析)若将稀硝酸换作稀硫酸，试画出得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系图。
提示：铁与稀硫酸只能生成Fe2＋，图象如下：
【备选例题】
(2021·成都模拟)某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个实验。下列从分类角度分析正确的是(　　)
A.实验①、③反应制得的物质均为纯净物
B.实验②、③均未发生氧化还原反应
C.实验①、③均为放热反应
D.实验①、②所涉及的物质均为电解质
【解析】选B。实验③制得的是Fe(OH)3胶体，属于混合物，且属于吸热反应，A、C错误；实验①中Cl2、铁丝均为单质，既不属于电解质，也不属于非电解质，D错误。
命题角度2：铁的氧化物
【典例2】实验室用下面装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，D装置的硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。
(1)如何检查装置A的气密性？_________________________________________。
(2)为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，必须进行的操作是_______________。
(3)装置B的作用是____________________________。装置C中装的液体是____________，所起的作用是____________________________。
(4)点燃D处的酒精灯，写出在硬质双通玻璃管中发生反应的化学方程式____________________________。
(5)若FeO和Fe2O3固体混合物的质量为23.2
g，反应完全后U形管的质量增加7.2
g，则混合物中Fe2O3的质量为____________________________。
【以图析题·培养关键能力】
【解析】解答此题，要明确实验目的，理解装置的工作原理、各仪器的作用。U形管的作用是吸收反应生成的水，为了保证纯净的H2进入D装置，必须利用B、C装置除杂(HCl气体和水蒸气)；为了保证U形管增加的质量等于反应生成水的质量，必须用F装置防止空气中的水蒸气进入E装置。由反应方程式知：Fe2O3＋3H22Fe＋3H2O，FeO＋H2Fe＋H2O，m(Fe2O3)＋m(FeO)＝23.2
g，两反应生成的水：m(H2O)＝7.2
g，列方程组可求得m(Fe2O3)＝16
g。
答案：(1)关闭a，从球形漏斗口加水，待水从漏斗管上升与容器的水面形成一段水柱差，停止加水，静置片刻，如水柱不下降，证明其气密性良好
(2)
在b出口处必须检验氢气的纯度
(3)除去H2中混有的HCl气体　浓硫酸　干燥氢气
(4)Fe2O3＋3H22Fe＋3H2O，FeO＋H2Fe＋H2O
(5)16
g
　
(1)(科学探究与创新意识)U形管E右边又连接干燥管F的目的是什么？
提示：防止空气中的水蒸气等气体进入E中。
(2)(科学探究与创新意识)若无干燥管F，测得Fe2O3的质量将如何变化？若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，测得的Fe2O3质量将如何变化？
提示：若无干燥管F，测得水的质量偏大，计算所得Fe2O3的质量偏大；若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，测得水的质量偏小，计算所得的Fe2O3质量将偏小。
【备选例题】
纳米级四氧化三铁是应用最为广泛的软磁性材料之一。沉淀法是目前制备纳米四氧化三铁的重要方法，其流程如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A．保存溶液A时，应加入少量铁粉
B．其制备反应类型属于氧化还原反应
C．取滤液进行焰色反应，火焰为黄色
D．FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比最好应为1∶2
【解析】选B。Fe2＋易被空气中的氧气氧化，在保存含Fe2＋的溶液时，需要加入铁粉，A正确；反应中无元素化合价的变化，不是氧化还原反应，B错误；滤液中含有Na＋，所以进行焰色反应时火焰为黄色，C正确；Fe3O4可写成FeO·Fe2O3，所以n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1∶2，D正确。
数轴法分析铁与稀HNO3反应的产物
一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式：
(1)HNO3过量：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，铁元素的存在形式为
Fe3＋。
(2)Fe过量：
3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，铁元素的存在形式为Fe2＋。
(3)解题时需注意量的范围：
产物
结论
≤
Fe(NO3)3
HNO3可能有剩余
≥
Fe(NO3)2
Fe可能有剩余
在～之间
Fe(NO3)3和Fe(NO3)2
Fe和HNO3都反应完全
用数轴表示：
命题点1：铁及氧化物的性质(基础性考点)
1．(2021·龙岩模拟)《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病，而通耳明目。慈石，色轻紫，石上皲涩，可吸连针铁，俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是(　　)
A．铁　　B．氧化铜　　C．氧化铁　　D．四氧化三铁
【解析】选D。由材料可知慈石可吸连针铁，故其为磁石，即四氧化三铁(Fe3O4)。
2．中国每年要进口5亿吨左右的铁矿石，占世界海上铁矿石贸易量的一半以上，关于铁矿石的说法正确的是(　　)
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.铁矿石的主要成分与铁锈的主要成分相同
C.磁铁矿粉末溶于盐酸后，加入KSCN溶液，溶液变红色
D.FeO俗称铁红
【解析】选C。A项，赤铁矿的成分为Fe2O3；B项，铁矿石有很多种，不一定与铁锈(含Fe2O3)相同；C项，磁铁矿的主要成分为Fe3O4，其中含＋3价铁；D项，铁红为Fe2O3。
命题点2：铁的氧化物组成的确定(综合性考点)
3．有一种铁的氧化物样品，用5
mol·L－1的盐酸40
mL恰好完全溶解，所得溶液还需吸收0.56
L
Cl2(标准状况)才能使Fe2＋全部转化为Fe3＋，则该氧化物中Fe原子与O原子的物质的量之比为
(　　)
A．2∶3
　B．3∶4
C．5∶6
D．7∶8
【解析】选C。铁的氧化物与盐酸反应生成相应的氯化物和水，因n(HCl)＝5
mol·L－1×0.040
L＝0.2
mol，则易推知生成0.1
mol水，因此该氧化物中n(O)＝0.1
mol；由2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，容易算出n(Fe2＋)＝0.05
mol，则与盐酸反应生成的FeCl2的物质的量为0.05
mol，从而推出与盐酸反应生成的FeCl3所含Cl－的物质的量为n(Cl－)＝0.2
mol－2×0.05
mol＝0.1
mol，则有n(Fe3＋)＝n(Cl－)＝
mol，故该氧化物中Fe原子与O原子的物质的量之比为＝
＝＝。
4．铁的氧化物极为复杂。为测定一种铁的氧化物样本X的化学式，实验过程如下：
根据实验结果，该氧化物X的化学式为(　　)
A．Fe2O3
B．Fe3O4
C．Fe4O5
D．Fe5O7
【解析】选D。铁的氧化物X加稀硫酸溶解，用过量的氯气氧化，再加氢氧化钠生成氢氧化铁沉淀，过滤、洗涤、干燥、灼烧，最后得到氧化铁，则生成的氧化铁的物质的量为n(Fe2O3)＝＝＝0.025
mol，则Fe的物质的量为n(Fe)＝2n(Fe2O3)＝2×0.025
mol＝0.05
mol，Fe的质量为m(Fe)＝n(Fe)×M＝0.05
mol×56
g·mol－1＝2.8
g，氧化物X中O的质量为m(O)＝3.92
g－2.8
g＝1.12
g,
n(O)＝＝＝0.07
mol，n(Fe)∶n(O)＝0.05
mol∶
0.07
mol＝5∶7，所以氧化物X的化学式为Fe5O7。选项D合理。
【加固训练—拔高】
1．铁的常见化合价有＋2价和＋3价。据研究，铁在浓HNO3中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为(　　)
A．FeO·3Fe2O3　　　
B．2FeO·3Fe2O3
C．FeO·2Fe2O3
D．2FeO·Fe2O3
【解析】选B。化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物，设化学式为nFeO·mFe2O3，则：n＋2m＝8、n＋3m＝11，解得n＝2，m＝3，该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。
2．向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100
mL浓度为1.0
mol·L－1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，有气体放出，所得溶液中加入KSCN溶液后无红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量此混合物，能得到铁的质量是(　　)
A．11.2
g　　B．5.6
g　　C．2.8
g　　D．1.4
g
【解析】选C。Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O；Fe＋2FeCl3===3FeCl2。由题意“恰好使混合物完全溶解”及“加入KSCN溶液后无红色出现”，可知溶液中无Fe3＋，为FeCl2溶液，即Fe、FeO、Fe2O3中的Fe全部转化到FeCl2中，因n(Cl)＝0.1
L×1.0
mol·L－1＝0.1
mol，所以n(Fe)＝0.05
mol，则m(Fe)＝0.05
mol×56
g·mol－1＝2.8
g。
考点二　铁的氢氧化物(命题指数★★★★★)
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
热稳定性
易被氧化，受热分解，产物很复杂
2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
制备
可溶性亚铁盐与碱溶液反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
Fe(OH)2
Fe(OH)3
二者的关系
在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁。(　　)
提示：×。制备氢氧化亚铁应避免被氧气氧化，向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时应把胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌。
(2)向FeCl3溶液中加入Mg(OH)2：3Mg(OH)2＋2Fe3＋===2Fe(OH)3＋3Mg2＋。(　　)
提示：√。溶解度较小转化为溶解度更小的容易实现。
(3)在中性溶液中Cl－、SO、Na＋、Fe3＋可大量共存。(　　)
提示：×。中性溶液中Fe3＋水解生成Fe(OH)3。
(4)Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3，说明稳定性：Fe(OH)2提示：√。Fe(OH)3比Fe(OH)2稳定。
(5)将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中可制备Fe(OH)3胶体。(　　)
提示：×。NaOH溶液滴入FeCl3溶液中生成Fe(OH)3沉淀。
(6)向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸，反应的离子方程式是Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O。(　　)
提示：×。稀硝酸为氧化性酸，Fe(OH)2中＋2价的Fe被氧化为Fe3＋。
【加固训练—拔高】
下面是某同学用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2白色沉淀的方案。请回答下列各问题：
(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁易被氧化的原因是______________________________。
(2)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入固体，该固体是________。
(3)除去蒸馏水中溶解的O2常采用__________的方法。
(4)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是___________________
___________________________________________________________________。
【解析】(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁为＋2价，可以升高到＋3价，具有还原性易被氧化；(2)
Fe2＋易被空气中的O2氧化，要加铁屑，将被氧化的Fe3＋还原成Fe2＋；(3)气体的溶解度随着温度升高而降低，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少；(4)Fe(OH)2沉淀很容易被氧气氧化，长滴管插入溶液液面下，可防止Fe(OH)2与氧气接触而被氧化。
答案：(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁为＋2价，可以升高到＋3价，具有还原性易被氧化　(2)铁屑　(3)煮沸　(4)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
命题角度1：铁的氢氧化物的性质
【典例1】有关铁的化合物的说法中，错误的是(　　)
A.Fe(OH)2是一种黑色固体，不稳定，在空气中易被氧化转变为红褐色
B.由图示操作可制取Fe(OH)2
C.Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得
D.Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明，能发生丁达尔效应
【解析】选A。Fe(OH)2是一种白色固体，A错误；煤油能减少FeSO4溶液与氧气接触，可以避免试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化，B正确；铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4，可通过化合反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3来制取Fe(OH)3，C正确；Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明，能发生丁达尔效应，D正确。
命题角度2：Fe(OH)2的制备
【典例2】由于Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3，在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成为物质制备实验探究的热点。
(1)下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
(2)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入____________。
(3)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
【解析】(1)因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；③的原理为铁作阳极产生
Fe2＋，与电解NaCl溶液产生的OH－结合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。
(2)稀硫酸抑制Fe2＋水解。
(3)Fe(OH)2很容易被氧化，实验过程要确保在无氧条件下生成。
答案：(1)①②③⑤　(2)稀硫酸
(3)加热煮沸
　
(1)装置②如何操作可以得到Fe(OH)2沉淀？
提示：打开止水夹a将产生的氢气导出，检验末端导管处气体纯净后，关闭止水夹a，A中液体进入B，产生白色沉淀。
(2)
装置③中的氯化钠溶液能否换作氢氧化钠溶液、稀硫酸？
提示：氢氧化钠溶液可以，稀硫酸不行。换为稀硫酸后，酸提供的H＋在阴极上反应，不能产生OH－。
【备选例题】
如图所示，此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6
mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的药品是________。A中反应的离子方程式是________________。
(2)实验开始时先将止水夹a________(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作____________________________________________。
(4)实验完毕，打开b处止水夹，放入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为___________________________________________________________________。【解析】Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。因此，要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的空气。
答案：(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)打开
(3)待A装置反应一段时间后关闭止水夹a，将FeSO4溶液压入B中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
1．Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3。在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，关键注意以下两点：
(1)溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质；
(2)制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。
2．防止Fe(OH)2氧化的方法：
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，排出溶解的氧气。
(2)将盛有氢氧化钠溶液的胶头滴管尖端插入试管里的亚铁盐溶液底部，再慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面加保护层，例如苯或植物油等。
(4)充入保护气，如氢气、氮气、稀有气体等。
(5)用铁作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液或NaCl溶液；利用新产生的
Fe2＋与OH－反应制取。
命题点1：铁的氢氧化物性质(基础性考点)
1．下列关于铁及其化合物的说法正确的是(　　)
A．铁是地壳中含量最多的金属元素，因此在日常生活中应用最广
B．FeCl2溶液存放时，在溶液中放入少量的铁粉，目的是防止Fe2＋被氧化
C．隔绝空气的情况下，往FeCl2溶液中加入Na2O2后得到红棕色沉淀Fe(OH)3
D．FeO、Fe2O3、Fe3O4均为铁的氧化物，并且都是黑色
【解析】选B。地壳中含量最多的金属元素是铝，A错；Fe(OH)3沉淀为红褐色，C错；铁的氧化物中Fe2O3为红棕色，D错。
命题点2：Fe(OH)2的制备(综合性考点)
2．(2019·浙江高考)某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答：
(1)仪器1的名称________。装置5的作用__________________________________
___________________________________________________________________。
(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进，使溶液能进入4中____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因________________________________
___________________________________________________________________。
【解析】该装置制备Fe(OH)2白色沉淀的思路是在排净空气的气氛中，先将铁屑和稀硫酸反应得到FeSO4，再利用气体产生气压把FeSO4溶液压至装置4中与NaOH反应，得到Fe(OH)2，注意所需试剂也需要加热除掉溶解氧。(1)仪器1是分液漏斗或滴液漏斗，该反应需要置于无氧环境，注意这里跟防倒吸无关，装置5的作用是液封，防止空气进入装置4。(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。如此操作失败的原因是产生的H2从左侧导管逸出，没有足够的压强，所以不能将FeSO4溶液压入4中，因而在装置2、3之间添加控制开关即可。(3)灰绿色沉淀产生的原因是装置4中空气没有完全排净，Fe(OH)2被空气氧化。
答案：
(1)滴液漏斗(分液漏斗)　液封，防止空气进入装置4　(2)在装置2、3之间添加控制开关　(3)装置4内的空气没有排净
【加固训练—拔高】
某实验小组在实验室利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。
(一)制备硫酸亚铁溶液
(1)步骤①，加入稀硫酸的目的是_________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)步骤②，加入还原铁粉后观察到的现象是_______________________________
___________________________________________________________________。
(二)制备氢氧化亚铁
(3)选择上图中的装置制备氢氧化亚铁，连接顺序为________(按气流方向，用装置字母表示)。反应结束后继续通一段时间的N2，目的是________________________。
(4)装置B中发生反应的离子方程式是__________________________。装置C的作用是____________。
(三)探究思考
反应后将装置B中固体过滤时白色沉淀会逐渐转变为灰绿色。在查阅不同资料后，有同学认为灰绿色物质是Fe(OH)2被空气中的氧气氧化后生成的Fe3(OH)8。
(5)Fe3(OH)8中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝________，用氧化物的形式表示可写成________。
(6)设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8：_______________________________
___________________________________________________________________。
【解析】(一)制备硫酸亚铁溶液，向硫酸铁晶体中加入去氧蒸馏水和稀硫酸，再加入过量的还原铁粉，将Fe3＋还原成Fe2＋，得到硫酸亚铁溶液。(1)步骤①，加入稀硫酸的目的是抑制Fe3＋的水解；(2)步骤②，加入还原铁粉后，铁粉和酸、Fe3＋反应，观察到的现象是铁粉逐渐溶解，有无色气体生成，溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色；(二)制备氢氧化亚铁，原理是将氨气通入硫酸亚铁溶液中，此过程的关键是隔绝空气。(3)制备氢氧化亚铁的装置中，A装置的作用是将浓氨水滴到生石灰上，使生石灰和水反应放出热量，放出氨气，氮气的作用是将装置中的空气全部排出，B装置的作用是氨气和硫酸亚铁溶液反应产生氢氧化亚铁，C装置的作用是作为安全瓶，防止倒吸，D装置的作用是吸收尾气，故装置连接顺序为A→C→B→D；反应结束后继续通一段时间的N2，目的是使装置中残留的氨气全部被吸收，防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气；(4)装置B中发生反应的离子方程式是：Fe2＋＋2NH3＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH，装置C在A和B之间，故C的作用是安全瓶，防倒吸；(三)(5)Fe3(OH)8中，3个Fe带8个正电荷，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1∶2，用氧化物的形式表示可写成FeO
·Fe2O3
·4H2O；(6)要设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8，即要证明此物质中既有Fe2＋又有Fe3＋，Fe2＋用K3[Fe(CN)6]溶液检验，Fe3＋用KSCN溶液检验，实验方法为：取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为血红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8。
答案：(1)抑制Fe3＋的水解
(2)铁粉逐渐溶解，有无色气体生成，溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色
(3)A→C→B→D　防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气
(4)Fe2＋＋2NH3＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH　安全瓶，防倒吸　
(5)1∶2　FeO·Fe2O3·4H2O
(6)取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为血红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8
考点三　铁及其化合物之间的转化及其应用(命题指数★★★★★)
1．亚铁盐和铁盐的性质与转化：
(1)Fe2＋的氧化性和还原性
Fe2＋既有氧化性，又有还原性，其中以还原性为主，如遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H＋)等均表现为还原性。
FeCl2溶液与HNO3溶液反应的离子方程式为3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
(2)铁盐的氧化性：Fe3＋遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。
FeCl3溶液滴入淀粉KI溶液，溶液变蓝，离子方程式为2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。
(3)转化
①将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀，离子方程式为：H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋。
②Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。
③FeCl2溶液中加入氯水或通入氯气，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋。
2．“铁三角”及其应用：
(1)铁的转化关系。
(2)“铁三角”转化关系的应用。
①判断离子能否共存
Fe2＋NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)。
Fe3＋S2－、I－、SO。
Fe3＋HCO、CO等水解相互促进的离子。
②盐溶液的配制与保存
3．Fe3＋和Fe2＋的检验方法：
(1)Fe2＋的检验
(2)Fe3＋的检验
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)向盛有FeCl3溶液的试管中加过量铁粉，充分振荡后黄色逐渐消失，加一滴KSCN溶液后溶液颜色不变。(　　)
提示：√。FeCl3溶液与过量铁粉充分反应生成FeCl2溶液，黄色逐渐消失，加KSCN后溶液颜色不变。
(2)将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2。(　　)
提示：√。废气中的氯气能被FeCl2溶液吸收生成FeCl3，铁屑再与FeCl3溶液反应得FeCl2溶液。
(3)CuCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入CuO充分反应后过滤。(　　)
提示：√。先用H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再利用FeCl3的水解，加入的CuO与H＋反应将Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去。
(4)向某溶液中，滴加氯水，再滴加KSCN溶液，溶液显红色，该溶液中一定含Fe2＋。(　　)
提示：×。应先滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色才能证明溶液中一定含有Fe2＋。
(5)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2。(　　)
提示：×。Cl－也能使酸性KMnO4溶液褪色。
(6)检验Fe(NO3)2晶体是否氧化变质的方法是将Fe(NO3)2样品溶于稀H2SO4后，滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红。(　　)
提示：×。酸性条件下NO将Fe2＋氧化为Fe3＋，干扰检验。
2．印刷电路板的过程：在复合物材料板上单面附有一薄层铜板，印刷电路时将电路部分以抗腐蚀的涂料印在铜板一面上，放入三氯化铁溶液中，没有印刷上涂料的铜被腐蚀掉，最后只剩下电路部分。
(1)上述过程发生的反应中FeCl3表现什么性质？
提示：腐蚀电路板时发生反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，
FeCl3表现氧化性。
(2)如何证明最后的腐蚀液是否还含有FeCl3?
提示：用洁净的试管取少量的样品溶液，向其中滴入KSCN溶液1～2滴，若溶液立即显红色证明含有Fe3＋。
(3)依据以上原理，向FeCl3溶液中逐渐加入锌粉的反应情况如何？
提示：FeCl3溶液逐渐加入锌粉，开始FeCl3溶液过量，首先发生2Fe3＋＋Zn===
2Fe2＋＋Zn2＋，当锌粉过量后发生Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋。
命题角度1:
亚铁盐和铁盐的转化
【典例1】金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应，下列对反应情况设想的评价正确的是(　　)
选项
反应情况设想
评价
A
①时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，一定无Fe3＋
正确，Fe3＋和Fe、Cu均可反应
B
②时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，无Fe3＋
正确，Fe和Cu与Fe3＋都反应，故有Fe2＋和Cu2＋，无Fe3＋
C
③时，溶液中一定只有Fe2＋，无Cu2＋
正确，Cu有剩余，故无Cu2＋
D
④时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋
不正确，不可能有Fe剩余而无Cu剩余，因为Fe比Cu优先与Fe3＋反应
【解析】选D。当铁、铜的量比较少时溶液中可能有Fe3＋存在，A项错误；当铁过量时，铜不与Fe3＋反应，无Cu2＋生成，此时溶液中不存在Cu2＋和Fe3＋，B项错误；铜有剩余则溶液中一定无Fe3＋，可能有Cu2＋，C项错误；铁比铜活泼，不可能铁剩余而铜无剩余，D项正确。
　
若题干改为铁置于FeCl3、CuCl2的溶液中混合，对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是
(　　)
A．若无固体剩余，则溶液中一定有Fe3＋
B．若有固体存在，则溶液中一定有Fe2＋
C．若溶液中有Cu2＋，则一定没有固体析出
D．若溶液中有Fe2＋，则一定有Cu析出
【解析】选B。向溶液中加入铁粉，依次发生反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2，Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu。若无固体剩余，则溶液中可能有Fe3＋未被完全还原而存在，也可能Fe3＋全部被还原而不含Fe3＋，A错误；若有固体存在，则溶液中一定有Fe3＋被还原生成的Fe2＋与Fe被氧化生成的Fe2＋，B正确；若溶液中有Cu2＋，则可能Cu2＋未被还原而没有固体析出，也可能有部分Cu2＋被还原而有固体析出，C错误；若溶液中有Fe2＋，可能Cu2＋被还原而有Cu析出，也可能Cu2＋未被还原而没有固体析出，D错误。
命题角度2：Fe3＋、Fe2＋的检验
【典例2】选择合适试剂完成甲、乙两组实验：
甲组：检验含Fe3＋的溶液中是否含有Fe2＋；
乙组：检验含Fe2＋的溶液中是否含有Fe3＋。
下列试剂选取正确的一项是(　　)
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
NaOH溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
NaOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
【解析】选B。甲组，在Fe3＋存在的条件下，检验Fe2＋，要排除Fe3＋干扰。所选试剂具备下列条件：一是能与Fe2＋发生有明显现象的反应；二是Fe3＋不反应，不干扰现象观察。只有酸性KMnO4溶液符合条件：5Fe2＋＋MnO＋8H＋===
5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，现象是紫色变浅(或褪去)。乙组，在Fe2＋存在的条件下，检验Fe3＋，用KSCN溶液检验Fe3＋，Fe2＋无干扰。
【规律方法】检验Fe2＋和Fe3＋时的注意事项
(1)检验Fe2＋时不能先加氯水后再加KSCN溶液，也不能将加KSCN溶液后的混合溶液加入足量的新制氯水中(新制氯水能氧化SCN－)。
(2)Fe3＋、Fe2＋、Cl－同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2＋(Cl－能还原酸性KMnO4，有干扰)。
(3)检验Fe2＋、Fe3＋的其他方法
检验Fe3＋也可用苯酚(C6H5OH)，在FeCl3溶液中滴加苯酚，溶液显紫色。
【备选例题】
某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质，查阅了有关资料，得知Fe2＋能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使高锰酸钾溶液褪色，并结合已学的知识设计了如下实验：
将药片除去糖衣研细后，溶解过滤，取滤液分别加入两支试管中，在一支试管中滴入酸性高锰酸钾溶液，在另一支试管中滴入KSCN溶液。请你填出该同学实验中出现以下现象时应得出的结论：
(1)①若滴入酸性高锰酸钾溶液后褪色，滴入KSCN溶液后不变红，可以得出什么结论？____________。
②在第①所得溶液中再滴加氯水，会观察到现象是____________________。
(2)若滴入酸性高锰酸钾溶液后不褪色，滴入KSCN溶液变红，可以得出什么结论？________________。
(3)①若滴入酸性高锰酸钾溶液后褪色，滴入KSCN溶液变红，可以得出什么结论？________________。
②在第①问的情况下，向其中一支试管中滴加适量的氢氧化钠溶液，根据现象能证明滤液中含有Fe2＋吗？
___________________________________________________________________。
【解析】(1)①根据实验现象分析，高锰酸钾褪色说明有Fe2＋；KSCN溶液不变红，说明没有Fe3＋；从而确定药品没有被氧化；②加入氯水将Fe2＋氧化为Fe3＋，溶液变红；(2)根据实验现象分析，高锰酸钾不褪色说明没有Fe2＋；KSCN溶液变红，说明有Fe3＋；从而确定药品完全被氧化；(3)①根据实验现象分析，高锰酸钾褪色说明有Fe2＋；KSCN溶液变红，说明有Fe3＋；从而确定药品部分被氧化；②溶液中含有Fe3＋，滴加氢氧化钠溶液立即生成红褐色沉淀，干扰生成“白色沉淀变为灰绿色，最后变成红褐色”现象的判断。
答案：(1)①没有被氧化　②溶液变红
(2)完全被氧化
(3)①部分被氧化　
②不能
混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
①Fe3＋的检验
②Fe2＋的检验
命题点1：亚铁盐和铁盐的转化(基础性考点)
1．为了验证Fe3＋的性质，某化学兴趣小组设计了如图所示的一组实验，其中实验方案设计错误的是(　　)
A.只有④　　　　　　B．只有③
C．③和④均错
D．全部错误
【解析】选C。实验③中，Fe3＋与CuSO4溶液不反应，溶液应变为蓝色；实验④与Fe3＋的性质无关。
2．从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下：
则下列说法正确的是(　　)
A．试剂a是铁、试剂b是稀硝酸
B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同
C．试剂c可以是氯气，相应的反应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
D．直接加热蒸发溶液W，可以得到氯化铁晶体
【解析】选C。由最终要得到氯化铁晶体及流程图知，a是铁b是盐酸，A错误；操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ为蒸发结晶，所用仪器不相同，B错误；滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此c可以为氯气，C正确；为防止Fe3＋的水解，在氯化氢气流中加热蒸发溶液氯化铁，才能得到氯化铁晶体，D错误。
命题点2：Fe3＋、Fe2＋的检验(基础性考点)
3．某溶液由K＋、Fe3＋、SO、CO、NO、I－中的几种离子组成，取样，滴加NaOH溶液后有红褐色沉淀生成。下列有关该溶液的说法不正确的是(　　)
A．是否含有SO可用BaCl2溶液检验
B．是否含有K＋可通过焰色试验确定
C．不一定存在的离子为K＋、SO与NO
D．一定不存在的离子为I－，可能存在CO、K＋、SO与NO
【解析】选D。滴入NaOH溶液后有红褐色沉淀生成，说明原溶液中含有Fe3＋，原溶液中一定不含有CO；根据Fe3＋与I－能发生氧化还原反应，原溶液中一定不含I－。因为原溶液中一定不含CO，故欲确定原溶液中是否含有SO，可以用BaCl2溶液检验，A正确、D错误；欲确定原溶液中是否含有K＋，可以通过焰色试验，透过蓝色钴玻璃观察火焰是否为紫色，B正确；原溶液中一定存在Fe3＋，但K＋、SO与NO不一定存在，C正确。
4．(2021·哈尔滨模拟)证明某溶液含有Fe2＋而不含有Fe3＋的实验方法是(　　)
①先加氯水，后加KSCN溶液后显红色
②先加KSCN溶液，不显红色，再加氯水后显红色
③滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后呈红褐色
④只滴加KSCN溶液不显红色
A．①②　　　B．②③　　　C．③④　　　D．①④
【解析】选B。①先加氯水可氧化亚铁离子，溶液中可能只有Fe2＋、只有Fe3＋或两者都存在，故①不选；②先滴加KSCN溶液，不显红色，原溶液中不含Fe3＋，再滴加氯水后显红色，可知Fe2＋被氧化为Fe3＋，证明溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋，故②选；③滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后呈红褐色，证明含亚铁离子，故③选；④只滴加KSCN溶液不显红色，只能检验是否存在Fe3＋，不能验证亚铁离子存在，故④不选。
命题点3：有关亚铁盐和铁盐的综合考查(应用性考点)
5.(双选)Fe3O4中含有、，分别表示为Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)，以Fe3O4/Pd为催化材料，可实现用H2消除酸性废水中的致癌物NO，其反应过程示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.NO、NO2中氮元素化合价相同
B.反应中致癌物NO得电子，发生了还原反应
C.Fe3O4中显＋2价、＋3价的铁元素的原子个数比为1∶2
D.整个过程的反应原理是3H2＋2NO===N2↑＋2OH－＋2H2O
【解析】选B、C。NO中氮元素为+3价,NO2中氮元素为+4价,化合价不同,A项错误;根据图示可知,反应中NO得电子转化为N2,
NO发生了还原反应,B项正确;Fe3O4中显+2价、+3价的铁元素的原子个数比为1∶2,C项正确;由题意可知,反应中NO被H2还原为N2,H2被氧化为H+,由于溶液呈酸性,则整个过程的反应原理是3H2+2NO+2H+====N2↑+4H2O,D项错误。
【加固训练—拔高】
绿矾(FeSO4·7H2O)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法：
查询资料，得有关物质的数据如下表：
25
时
饱和H2S溶液
SnS沉淀完全
FeS开始沉淀
FeS沉淀完全
pH
3.9
1.6
3.0
5.5
(1)检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3＋，最好选用的试剂为________。
A．KSCN溶液　B．NaOH溶液　C．KMnO4溶液
(2)操作Ⅱ中，通入硫化氢至饱和的目的是_______________、________________。
(3)操作Ⅳ的顺序依次为________、冷却结晶、过滤。
【解析】(1)检验所得绿矾晶体中是否含有Fe3＋的实验操作是利用三价铁离子检验方法：Fe3＋和SCN－会反应生成红色的Fe(SCN)3，从而证明了Fe3＋的存在。
(2)通入硫化氢至饱和的目的是：硫化氢具有强还原性，可以将Fe3＋还原为Fe2＋。H2S在溶液中饱和，可以增大溶液中的S2－浓度，尽量保证将Sn2＋转化为SnS沉淀，以便于过滤除去Sn杂质。
(3)溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。
答案：(1)A
(2)除去溶液中的Sn2＋　
将Fe3＋还原成Fe2＋
(3)蒸发浓缩
1．(2020·浙江7月选考)黄色固体X，可能含有漂白粉、FeSO4、Fe2(SO4)3、CuCl2、KI之中的几种或全部。将X与足量的水作用，得到深棕色固体混合物Y和无色碱性溶液Z。下列结论合理的是(　　)
A．X中含KI，可能含有CuCl2
B．X中含有漂白粉和FeSO4
C．X中含有CuCl2，Y中含有Fe(OH)3
D．用H2SO4酸化溶液Z，若有黄绿色气体放出，说明X中含有CuCl2
【解析】选C。固体X为黄色，则含有Fe2(SO4)3，溶于水后，要使溶液Z为无色碱性，则一定含有漂白粉，且漂白粉过量，得到深棕色固体混合物Y，则固体Y是Fe(OH)3和Cu(OH)2的混合物，X中一定含有CuCl2，FeSO4和Fe2(SO4)3中含有其中一种或两种都含。若X含有KI，则会与漂白粉反应生成I2，溶液不为无色，A不正确；由分析可知，不一定含有FeSO4，B不正确；由分析可知，X含有CuCl2，Y含有Fe(OH)3，C正确；酸化后，产生黄绿色气体，为氯气，则发生反应的离子方程式为Cl－＋ClO－＋2H＋===Cl2↑＋H2O，此时的Cl－有可能来自漂白粉氧化FeSO4产生的Cl－，也有可能是漂白粉自身含有的，不能推导出含有CuCl2，D不正确。
2．下列有关说法不正确的是(　　)
A．(2019·海南高考)Fe3O4和Pb3O4中的金属都呈现两种价态
B．(2019·江苏高考)Fe在稀硝酸中发生钝化
C．(2019·天津高考)将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2
D．(2017·天津高考)用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物
【解析】选B。A项，Fe3O4可表示为FeO·Fe2O3，Fe元素化合价为＋2、＋3价；Pb3O4可表示为2PbO·PbO2，Pb元素化合价为＋2、＋4价；因此二者中的金属都呈现两种价态，正确；B项，常温下，Fe在浓硝酸中发生钝化，错误；C项，FeCl2与Cl2生成FeCl3，FeCl3可与铁屑反应再生成FeCl2，正确；D项，铝盐、铁盐都能水解生成对应的氢氧化物胶体，可吸附水中的悬浮物，正确。
3．(2019·全国Ⅰ卷)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________________
___________________________________________________________________。
(2)步骤②需要加热的目的是___________________________________________，
温度保持80～95
℃，采用的合适加热方式是________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是____________________________________。
分批加入H2O2，同时为了____________，溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有____________________________________________
___________________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150
℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为____________。
【解析】(1)铁屑表面的油污主要是油脂类的物质，所以可以加入热碱液使其水解除去。(2)步骤②需要加热的目的是加快反应速率，加速铁与稀硫酸的反应；温度保持80～95
℃，在100
℃以下，所以主要采取的是热水浴的方式进行加热；因硫化物主要产生的是二氧化硫，二氧化硫易溶于水且与碱发生反应，所以应用防止倒吸的装置。(3)步骤②中得到的滤液的主要成分是硫酸亚铁，而步骤③之后溶液的主要成分是硫酸铁，所以加入足量的H2O2的目的是将溶液中的Fe2＋转换成Fe3＋；当pH过大时，Fe3＋会产生沉淀，所以溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤⑤主要是将溶液中的固体进行结晶，所以具体实验操作是加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。(5)设硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，其相对分子质量为266＋18x，1.5个水分子的相对分子质量为1.5×18＝27，则×100%＝5.6%，解得x＝12，则硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O。
答案：(1)碱煮水洗　(2)加快反应　热水浴　C
(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，不引入杂质　防止Fe3＋水解
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
1．特殊颜色：
(1)固体：Fe3O4、FeO——黑色，Fe2O3——红棕色，Fe(OH)3——红褐色
(2)溶液：Fe2＋——浅绿色，Fe3＋——黄色
2．特殊现象：
(1)Fe(OH)2Fe(OH)3，白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。
(2)Fe3＋遇KSCN溶液变红色。
(3)Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成铁氰化亚铁
{Fe3[Fe(CN)6]2}蓝色沉淀。
3．必记五反应：
(1)Fe＋2FeCl3===3FeCl2
(2)Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
(3)2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
(4)2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋
(5)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
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-第三讲　用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物
考点一　合金及金属材料(命题指数★★★★★)
1．合金：
2．常见金属材料：
(1)分类。
(2)常见合金材料。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)任何金属都能形成合金。(　　)
提示：×。并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。
(2)钢与纯铁相比较，钢不易生锈。(　　)
提示：×。钢中含有碳等杂质容易形成原电池，腐蚀更快。
(3)不锈钢、硬铝都是合金，青铜是铜单质，不属于合金。(　　)
提示：×。青铜为铜锡等形成的合金。
(4)高温铝易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼。(　　)
提示：√。高温时铝很容易被氧化。
(5)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料。(　　)
提示：√。镧镍合金可作储氢材料。
(6)用稀硝酸清除铜制品上的铜锈。(　　)
提示：×。铜能够溶于稀硝酸，故用盐酸或稀硫酸除去铜锈。
2．(1)金属与金属或金属与非金属形成合金时是否发生化学反应？
提示：没有。合金属于混合物，金属与金属或金属与非金属形成合金时，两者没有发生化学反应，各成分的化学性质没有发生变化。
(2)合金的性质是各成分金属的性质之和吗？
提示：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在物理性质、机械性能方面优于各成分金属，不是简单加和；但一般认为在化学性质上，合金体现的是各成分金属的化学性质。
(3)已知铜的熔点为1
083℃，钠的沸点为883℃，试问铜与钠能否形成合金？
提示：不能。当铜开始熔化时，钠已经气化，所以二者不能形成合金。
命题角度1：合金性质与金属材料的应用
【典例1】C919大型客机是我国自主研发的，C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是(　　)
A．铝锂合金密度较小，强度较大，硬度大于纯铝，熔点低于锂单质
B．改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金
C．铝锂合金具有金属光泽，可导电导热
D．铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同
【解析】选D。合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，A正确；合金的性质与成分的含量有关，所以改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金，B正确；铝锂合金具有金属材料的一些通性，有金属光泽，可导电导热，C正确；合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，所以铝锂合金的性质与各成分金属的性质不完全相同，D错误。
命题角度2：合金成分的实验探究与测定
【典例2】(2021·郑州模拟)某同学设计了如下实验测量m
g铜银合金样品中铜的质量分数：
下列说法中不正确的是(　　)
A．合金的熔点比其成分金属低，通常比成分金属具有更优良的金属特性
B．铜银都能与稀硝酸反应，收集到的V
L气体可能全为NO
C．操作Ⅰ是过滤，操作Ⅱ是洗涤，操作Ⅲ应是烘干
D．根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数
【以图析题·培养关键能力】
【解析】选C。合金的熔点比其成分金属低，A正确；不论是浓HNO3还是稀HNO3，用排水法收集到的气体一定全部是NO，B正确；W
g固体为AgCl，由于AgCl具有受热不稳定性，故操作Ⅲ应是低温干燥而不是烘干，C错误；根据反应收集的气体体积，利用电子守恒及质量关系列式可求得铜和Ag的质量分数，D正确。
　
在题干条件不变的情况下，下列说法不正确的是(　　)
A．收集到的V
L气体为NO
B．若缺少操作Ⅱ，会导致实验结果偏小
C．被铜银合金还原的硝酸可能为
mol
D．依据m、W不能确定铜的质量分数
【解析】选D。由流程图可知，实验排水法收集，二氧化氮能与水反应生成NO，故金属与硝酸反应生成气体是NO或NO2或NO、NO2，最后收集的气体为NO，A正确；由流程图可知，溶液中加入氯化钠，将银离子转化为氯化银沉淀，通过测定氯化银沉淀的质量，计算银的质量，进而计算铜的含量，操作Ⅱ是在过滤之后，低温干燥之前，由于过滤后的氯化银附着一些离子，应洗涤附着的物质，防止测定的氯化银的质量增大，导致合金中银的质量增大，铜的质量偏小，测量铜的含量偏低，B正确；当为稀HNO3时，生成的气体是NO，物质的量为
mol，根据原子转移守恒可知被还原的硝酸为
mol，C正确；氯化银的质量为Wg，利用元素守恒计算合金中银的质量，合金质量减去Ag的质量为Cu的质量，可以确定Cu的质量分数，D错误。
【备选例题】
部分氧化的Fe?Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76
g，经如图处理，下列说法正确的是(　　)
A.滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋
B．样品中Fe元素的质量为2.14
g
C．样品中CuO的质量为4.0
g
D．V＝448
【解析】选D。A项，生成的滤渣3.2
g是铜，金属铜可以和Fe3＋反应，所以滤液A中一定不含有Fe3＋，错误；B项，灼烧后的固体为Fe2O3，其物质的量为
0.02
mol，铁元素的物质的量为0.02
mol×2＝0.04
mol，质量为0.04
mol×
56
g·mol－1＝2.24
g，错误；C项，铁元素的质量为2.24
g，而原来固体为
5.76
g，所以CuO的质量不超过5.76
g－2.24
g＝3.52
g，错误；D项，根据最后溶液中的溶质为过量H2SO4和FeSO4，而铁元素的物质的量为0.04
mol，说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04
mol，含H＋
0.08
mol，其中部分H＋生成氢气，另外的H＋和合金中的氧结合生成了水，由于合金中氧的物质的量为＝0.02
mol，它结合0.04
mol
H＋，所以硫酸中有
0.04
mol
H＋生成氢气，即生成0.02
mol氢气，标准状况下的体积为448
mL，正确。
合金组成的分析方法
1．定性分析型：
形成合金的各种成分的特殊化学性质仍按单一组分的性质(例如铝合金中的铝既能溶于酸又能溶于碱的性质不变，铜能溶于稀硝酸，且硝酸的还原产物为NO气体)，一般是将合金酸溶或碱溶，根据反应中的特殊现象或根据溶解后所得溶液继续加沉淀剂产生的现象判断其成分。此类试题常以流程的形式呈现，解答的关键是理清每一步加入的物质和生成物质的成分。
2．定量分析型：
定量测定合金的成分常用量气或沉淀两种方法。
(1)定量集气法。
定量集气法是指收集合金中某种物质溶解时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。其原理的关键点是根据某组分的特殊性质(特别是与酸或碱反应能产生气体)，其操作要点和注意事项有：保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。
(2)沉淀法。
沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时，涉及的基本实验操作和主要问题有：称量、溶解(溶解试剂)；沉淀(重点是沉淀试剂的选择)；过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量；数据的处理(包括测定结果的误差分析)。
命题点1：合金性质与金属材料的应用(基础性考点)
1．2020年贺岁纪念币满足广大人民群众在岁末年初迎接新春、庆贺新年的需求，更好传播和弘扬中国传统文化。该套纪念币共2枚，其中银质纪念币1枚，双色铜合金纪念币1枚，均为中华人民共和国法定货币。下列关于合金的叙述不正确的是(　　)
A．铜合金和单质铜一样，具有良好的导电性、导热性和延展性
B．铜合金的硬度比单质铜大
C．铜合金的熔点比单质铜低
D．该纪念币能完全溶解于稀硫酸中
【解析】选D。合金有别于成分金属的特性是熔点低、硬度大，共性是具有金属的物理通性，但是化学性质没有改变，D项错误。
2．武德合金(由50%铋、25%铅、12.5%锡和12.5%镉制成，熔点为70
℃)常用于制作电器保险丝；镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，大量用于航空工业、造船工业，日用化工等领域。下列有关合金的说法错误的是(　　)
A．武德合金常用于制作电器保险丝是因为它的熔点低
B．镁铝合金能全部溶解于过量FeCl3溶液中
C．两种合金的熔点、硬度比镁和铝的熔点、硬度都高
D．商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎，该鼎属于铜合金制品
【解析】选C。武德合金常用于制作电器保险丝是因为它的熔点低，A正确；镁铝都能溶解于过量FeCl3溶液中，B正确；合金的熔点一般低于它的成分金属，C错误；商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎属于青铜器，青铜是铜锡合金，D正确。
命题点2：合金成分的实验探究与测定(综合性考点)
3．美国普度大学研究开发出一种利用铝镓合金制备氢气的新工艺(工业流程如图所示)。下列有关该工艺的说法中错误的是(　　)
A.该过程能量转化的形式有三种
B．铝镓合金可以循环使用
C．铝镓合金与水的反应属于化合反应
D．总反应式为2H2O===2H2↑＋O2↑
【解析】选C。该过程能量转化的形式有三种，A正确。由所给工业流程图可知B正确。铝镓合金与水反应的实质是铝把水中的H置换出来，属于置换反应，C错误。由图可知该流程的总反应为2H2O===2H2↑＋O2↑，D正确。
【加固训练——拔高】
1．下列对合金的说法正确的是(　　)
A．合金中至少含有两种金属元素，不含非金属元素
B．合金中的金属元素以化合物的形式存在
C．合金中各种元素的含量一定，所以合金是纯净物
D．合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属
【解析】选D。合金是由两种或两种以上金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质，A错误；合金中的金属以单质的形式存在，属于混合物，选项B、C错误。
2．金属钾和金属钠的金属性相近，但K比Na略强，当利用金属钠与KCl共熔制金属钾时，发现钾与钠的共熔体难以分离，如调整温度到一定程度，则可利用钠与KCl反应制取K，下面是四种物质的熔沸点：
K
Na
KCl
NaCl
熔点/℃
63.6
97.8
770
801
沸点/℃
774
882.9
1
500
1
413
根据平衡移动原理，可推知用Na和KCl反应制取金属钾的适宜温度是(　　)
A．低于770
℃　　　　　
B．850
℃
C．高于882.9
℃　　　　
D．1
413～1
500
℃
【解析】选B。在金属活动性顺序中，Na虽然排在K的后面，但从表中提供的数据可知，钾的熔点和沸点都比钠低，当钠与KCl混合加热熔化后，温度升高到774
℃以上，钾变成蒸气逸出，平衡右移，但温度不得高于882.9
℃，所以B项正确。
3．某课外活动小组，收集了一种合金进行研究(已知Cu的焰色反应为绿色)。
(1)外观暗灰色，表面光滑；
(2)在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落；
(3)取刮去表皮的金属10.0
g，放入足量稀硫酸溶液中，收集到标准状况下的H2
9.96
L；
(4)另取刮去表皮的金属10.0
g，放入足量NaOH溶液中，也收集到标准状况下的H2
9.96
L。
试据此判断，合金中一定含有的元素是________(写元素符号)；下列元素可能含有的是________(填选项编号)。
a．Ag　　　　b．Mg　　　　c．Pb　　　　d．Fe
如果该合金中，只含两种元素，它们的质量比是______________________。
【解析】根据(2)可以判断，合金中一定含有Al和Cu。
由(3)(4)可得，能与硫酸和NaOH反应放出H2的只有Al，而不能含Mg、Pb、Fe。m(Al)＝××27
g·mol－1≈8.0
g。所以m(Cu)＝2.0
g。
其质量之比为m(Al)∶m(Cu)＝4∶1。
答案：Cu、Al　a　m(Al)∶m(Cu)＝4∶1
4．某铝合金中含有元素铝、镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，设计了如下实验，请回答有关问题：
(1)称取样品a
g(精确到0.1
g)，称量时通常使用的主要仪器的名称是________。
(2)将样品溶解于足量的稀盐酸，过滤并洗涤滤渣。滤液中主要含有________，滤渣中含有________，溶解、过滤用到的玻璃仪器是________________。
(3)滤液中加过量的氢氧化钠溶液，过滤。有关反应的离子方程式是______________________________。
(4)步骤(3)的滤液中通入足量的二氧化碳气体，过滤。有关反应的离子方程式是________________________。
(5)步骤(4)过滤后的滤渣用蒸馏水洗涤数次，烘干并灼
烧至恒重、冷却后称量，其质量为b
g。有关反应的化学方程式是______________________________，原样品中铝的质量分数是__________。
(6)若步骤(3)中加入氢氧化钠的量不足，则实验结果________(填“偏高”“偏低”或“不影响”，下同)；若步骤(5)中滤渣没有洗涤，则实验结果________，若滤渣灼烧不充分，则实验结果________。
【解析】(1)称量时应该使用的主要仪器的名称是托盘天平。(2)将样品溶解于足量的稀盐酸，过滤。滤液中主要含有
MgCl2、AlCl3、HCl；滤渣中含有Cu、Si，溶解、过滤用到的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒、普通漏斗。(3)有关反应的离子方程式有H＋＋OH－===H2O、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。(4)有关反应的离子方程式是AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO、2OH－＋CO2===CO＋H2O。(5)有关反应的离子方程式是2Al(OH)3Al2O3＋3H2O；原样品中铝的质量分数是×100
%。
(6)若步骤(3)中加入氢氧化钠的量不足，则实验结果偏低；若步骤(5)中滤渣没有洗涤，则实验结果偏高；若滤渣灼烧不充分，则实验结果偏高。
答案：(1)托盘天平
(2)MgCl2、AlCl3、HCl　Cu、Si　烧杯、玻璃棒、普通漏斗(3)H＋＋OH－===H2O、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
(4)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO、2OH－＋CO2===CO＋H2O
(5)2Al(OH)3Al2O3＋3H2O　×100%
(6)偏低　偏高　偏高
考点二　镁及其化合物(命题指数★★★★★)
1．镁的物理性质：
(1)镁：镁是银白色有金属光泽的固体，密度较小，硬度较低、有延展性，是电和热的良导体。
(2)镁合金：密度较小，硬度和强度都较大。
2．镁及其化合物的化学性质：
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)氧化镁(熔点2
800
℃)是优良的耐高温材料。(　　)
提示：√。氧化镁是优良的耐高温材料。
(2)2.4
g镁在足量的氧气中燃烧，转移的电子数为0.1NA。(　　)
提示：×。2.4
g镁的物质的量为0.1
mol，0.1
mol镁反应，转移的电子数为0.2NA。
(3)镁铝合金在冷的浓硫酸中钝化。(　　)
提示：×。Mg在冷的浓硫酸中不钝化。
(4)镁放入氯化铵溶液中，充分反应后可以得到一种气体。(　　)
提示：×。Mg＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2↑得到两种气体。
(5)镁是可以在空气中燃烧的，燃烧时火花四射，十分美丽，因此烟花中通常都掺有一定量的镁粉，来达到美观的效果。(　　)
提示：√。镁粉燃烧时发出耀眼的光。
(6)镁着火后，可以用泡沫灭火器灭火。(　　)
提示：×。镁能在CO2中燃烧。
2．(1)镁是活泼金属，故不具有抗腐蚀性，这句话正确吗？
提示：不正确。镁是活泼的金属，易被氧化，但镁具有抗腐蚀性能。这是因为在常温下，镁在空气中与氧气反应，生成一层致密的氧化物薄膜，这层氧化物薄膜能够阻止金属继续被氧化，故镁有抗腐蚀性能。
(2)镁在空气中燃烧，生成物为纯净物吗？
提示：镁在空气中燃烧，除了可与空气中的O2反应生成MgO外，还能与N2、CO2反应，生成Mg3N2和C，为混合物。
命题角度1：镁及其化合物的性质
【典例1】实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去)：
下列说法正确的是(　　)
A．装置
A、B
中可依次加入浓硫酸、NaOH
溶液
B．若去掉装置C，对产品纯度无影响
C．实验时应先加热装置C，通入一段时间空气后再加热D
D．装置E中碱石灰的作用是吸收尾气
【解析】选C。要制备氮化镁，需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸，A错误；若去掉装置C
，镁与氧气反应生成氧化镁，对产品纯度有影响，B错误；实验时，应先加热装置C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热装置D
,
C正确；装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，避免进入D中干扰实验，D错误。
　
(1)(宏观辨识与微观探析)如果让空气与镁直接反应，会得到几种固体产物？
提示：3种。生成Mg3N2、MgO、C。
(2)已知装置D中生成的Mg3N2容易与水反应生成白色沉淀和气体，试分析其与盐酸反应的产物是什么？
提示：MgCl2和NH4Cl。Mg3N2容易与水反应生成的白色沉淀和气体分别是Mg(OH)2和NH3，故与盐酸反应产物为MgCl2和NH4Cl。
命题角度2：镁的制备——海水提镁
【典例2】(双选)如图为海水制镁的工艺流程示意图。下列叙述不正确的是
(　　)
A.“石灰窑”“消化池”发生的依次是放热反应、吸热反应
B.“过滤器”的母液中主要是CaCl2溶液,可直接返回海洋
C.“中和”时反应的离子方程式为H++OH-H2O
D.电解槽中发生反应的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
【解析】选A、C。石灰窑中发生反应为碳酸钙的分解反应,为吸热反应,消化池中发生化合反应:CaO+H2OCa(OH)2,为放热反应,A项错误;沉淀池中发生反应:MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCl2,过滤后所得滤液主要含CaCl2,可直接返回海洋,B项正确;中和时发生Mg(OH)2和盐酸的反应,离子方程式为Mg(OH)2
+2H+Mg2++2H2O,
C项错误;由图知,将得到的氯化镁溶液经浓缩、干燥制成无水氯化镁,在电解槽中电解熔融的氯化镁,化学方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,
D项正确。
　
在题干条件不变的情况下，下列说法正确的是(　　)
A．图中涉及的反应都是放热反应
B．图中的反应涉及四种基本反应类型
C．以海水为原料提取镁的过程中，有3处措施明显提高了经济效益
D．图中发生的反应均属于氧化还原反应
【解析】选C。碳酸钙分解、电解氯化镁都是吸热反应，A项错误；图中反应不涉及置换反应，B项错误；
海水提取镁的工厂设在海边，需要的碱取自海边丰富的贝壳(CaCO3)，CaCO3分解后产生的CaO再与水反应即得碱[Ca(OH)2]。电解MgCl2制镁时产生的氯气又可作为制盐酸的原料。制得的盐酸再跟Mg(OH)2反应而进入循环，提高了综合经济效益，C项正确；CaCO3→CaO
的反应不是氧化还原反应，D项错误。
【知识拓展】海水提镁的注意事项：
(1)海水提镁时，从
MgCl2溶液中得到MgCl2·6H2O的主要操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
(2)由MgCl2·6H2O得到无水MgCl2需要在HCl气流中加热脱去结晶水，以抑制MgCl2的水解。
(3)电解熔融氯化镁所得的镁蒸气冷却后即为固体镁，镁蒸气可以在Ar氛围中冷却。
(4)工业上冶炼镁时电解熔融的MgCl2而不是电解熔融的MgO的原因是MgO的熔点高于MgCl2，耗能大。
从海水中提取镁
(1)工艺流程。
(2)基本步骤及主要反应。
制熟石灰
CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2
沉淀
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
酸化
Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
蒸发结晶
析出MgCl2·6H2O
脱水
在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁
电解
电解熔融氯化镁制得镁：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
命题点1：镁及其化合物的性质(基础性考点)
1．以下说法正确的是(　　)
A．Mg在CO2中的燃烧是置换反应
B．将Mg(OH)2沉淀转化为MgCl2，是镁原子失电子转化为Mg2＋
C．电解得到镁的过程可以写出离子反应方程式，但不是氧化还原反应
D．Mg在N2中燃烧的反应中，N2既是氧化剂又是还原剂
【解析】选A。Mg在CO2中燃烧为置换反应，A正确；将Mg(OH)2沉淀转化为MgCl2的过程是复分解反应，B错误；电解得到镁的过程有化合价的变化，是氧化还原反应，C错误；Mg在N2中燃烧的反应中，N2作氧化剂，镁是还原剂，D错误。
2．下列关于镁和钠的比较，结论正确的是(　　)
A．铝镁合金的硬度较大，钠钾合金的硬度较小
B．因为钠的金属性比镁要强，所以钠的熔点比镁要高
C．镁能置换硫酸铜溶液中的铜，钠也能置换硫酸铜溶液中的铜
D．在空气中都能被点燃，生成的产物都是氧化物，氧在产物中的化合价都是
－2
【解析】选A。钠钾合金在常温时呈液态，故A正确；钠的熔点比镁的低，故B项错误；钠不能置换CuSO4溶液中的铜，钠先与H2O反应，故C项错误；在空气中点燃Na和Mg产物分别是Na2O2和MgO、Mg3N2，其中Na2O2为过氧化物，氧的化合价为－1，故D项错误。
命题点2：镁的制备——海水提镁(综合性考点)
3．由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：
①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤蒸发结晶。其先后顺序正确的是(　　)
A．②④⑤③①　　　　　　
B．③②④①⑤
C．③④②⑤①
D．②④③⑤①
【解析】选D。
4．如图是工业利用菱镁矿MgCO3(含杂质Al2O3、FeCO3)制取镁的工艺流程。
回答有关问题：
(1)菱镁矿送入酸浸池前需要粉碎，目的是__________________________________________________________________。
(2)氧化池中通入氯气的目的是氧化________，工业上不选用硝酸作氧化剂的原因是____________________和____________________。
(3)沉淀混合物为____________和____________(填化学式)。
(4)利用熔融氯化镁制取金属镁，选用的方法是________(填字母)。
A．电解法　　　　　　　　
B．氧气还原法
C．碳还原法
D．分解法
【解析】(1)将菱镁矿粉碎可以增大与酸液的接触面积，进而提高酸浸速率和转化率。
(2)因为菱镁矿中含有FeCO3，经过酸浸之后生成Fe2＋，然后通入Cl2氧化为
Fe3＋，然后再沉淀；如果采用硝酸作氧化剂，反应会产生NO2气体，另外过量的硝酸产生杂质离子NO不易除去。
(3)经过氧化后，溶液中含有Al3＋、Fe3＋和Mg2＋，加入MgO可以促进Al3＋和Fe3＋的水解，进而生成沉淀，沉淀为Al(OH)3和Fe(OH)3。
(4)制取金属镁时，采用电解熔融MgCl2的方法，故选A项。
答案：(1)提高酸浸速率　(2)Fe2＋　会产生污染性气体NOx　会引入杂质离子NO
(3)Al(OH)3　Fe(OH)3　(4)A
【加固训练——拔高】
1．硼及其化合物具有重要的工业用途。某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收镁和其中另一种金属单质A的工艺流程如图：
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表：
沉淀物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
pH
3.2
5.2
12.4
请回答下列问题：
(1)滤液Ⅰ中所含阴离子主要是________；可回收到的金属A的原子结构示意图为____________________。
(2)试剂B为________；“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有____________________________________________________________________
______________________________________________
(要求写出两条措施)。
(3)滤液Ⅱ所含金属离子为________________，调pH时需要调多次，第一次调pH主要是为了除去________。
(4)Mg(ClO3)2在农业上有广泛的用途，可用NaClO3与MgCl2制备，已知四种化合物的溶解度(S)随温度(T)的变化曲线如图所示。
①写出反应的化学方程式：____________________________________________。
②将反应物按化学反应方程式计量数之比混合制备Mg(ClO3)2，简述可制备Mg(ClO3)2的原因：___________________________________________________。
【解析】(1)MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3中氧化铝与过量氢氧化钠反应，故碱浸后的滤液Ⅰ中含有AlO和OH－，最终制得的金属A是Al，Al有3个电子层，最外层电子数为3。(2)浸出时，从化学反应速率和化学平衡的影响因素来分析判断。(3)依据表格中pH得知，最先调pH至完全析出氢氧化铁沉淀。
答案：(1)AlO、OH－　
(2)盐酸　升温、搅拌或适当增大酸的浓度(任写两种即可)
(3)Mg2＋、Ca2＋、Fe3＋　Fe3＋
(4)①2NaClO3＋MgCl2===Mg(ClO3)2＋2NaCl↓
②在相同温度下，NaCl的溶解度较小，最先析出，Mg(ClO3)2留在溶液中，通过蒸发结晶可得
2．已知：Mg能在NO2中燃烧，可能产物为Mg3N2、MgO和N2。Mg3N2容易与水反应。
(1)某实验探究小组探究Mg与NO2反应的固体产物成分，对固体产物提出三种假设：
Ⅰ.假设：
固体产物为MgO；Ⅱ.假设：________；Ⅲ.假设：____________________。
(2)该小组通过如下实验装置来验证Mg在NO2中燃烧反应产物(夹持装置省略，部分仪器可重复使用)。
①实验装置连接的顺序为________(填字母序号)；
②装置B中盛装的试剂可以是________
(填字母)；
a．浓硫酸　　　　　　b．碱石灰
c．无水CaCl2
D．五氧化二磷
③确定产物中有N2生成的实验现象为____________。
(3)设计实验证明：
产物中存在Mg3N2：_________________________________。
(4)已知装置C中初始加入Mg粉质量为13.2
g，在足量的NO2中充分燃烧，实验结束后，硬质玻璃管冷却至室温、称量，测得硬质玻璃管中剩余固体的质量为21.0
g，产生N2的体积为1
120
mL(标准状况)。写出玻璃管中发生反应的化学方程式：_______________________________________________________。
【解析】(1)根据已知的Mg在NO2中燃烧产物的可能性分析判断，Ⅰ.固体产物为MgO；Ⅱ.固体产物为Mg3N2；Ⅲ.固体产物为MgO和Mg3N2。
(2)①A中铜与浓硝酸反应产生二氧化氮，用B中干燥剂干燥后，通入硬质玻璃管C中与镁粉反应，用NaOH溶液除去多余的二氧化氮，最后用排水法收集氮气，为确保C中无水蒸气，在C和E之间也应连接吸水干燥装置，故装置的连接顺序为ABCBED；②二氧化氮不能使用碱性干燥剂来干燥，U形管装的是固体干燥剂，故盛放的干燥剂可以是无水氯化钙或五氧化二磷等，选c、d；③从C中导出的气体通过NaOH溶液吸收NO2后，仍有气体将D中试剂瓶中的水压入烧杯中，则确定产物中有N2生成。
(3)Mg3N2能与水反应生成氨气，氨气是具有刺激性气味的碱性气体，所以取少量反应后的固体产物，加入水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色，则证明产物中有Mg3N2。
(4)13.2
g镁的物质的量为0.55
mol，设生成Mg3N2的物质的量为x
mol，MgO的物质的量为y
mol，根据镁原子守恒得：3x＋y＝0.55
mol，根据固体质量得：100x＋40y＝21.0
g，解得：x＝0.05，y＝0.4；氮气的物质的量为1.12
L÷
22.4
L·mol－1＝0.05
mol，综上分析反应物为Mg和NO2，生成物为Mg3N2、
MgO和N2，且物质的量之比为1∶8∶1，所以化学方程式为11Mg＋4NO2
Mg3N2＋8MgO＋N2。
答案：(1)Ⅱ.固体产物为Mg3N2
Ⅲ.固体产物为MgO和Mg3N2
(2)①ABCBED　②cd　③D中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中
(3)取C中少量反应产物，加入水中产生有刺激性气味的气体，该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝
(4)11Mg＋4NO2Mg3N2＋8MgO＋N2
考点三　铝及其化合物的性质(命题指数★★★★★)
一、铝
1．铝的结构、存在：
铝元素位于元素周期表中的第三周期ⅢA族，原子结构示意图为。铝是地壳中含量最多的金属元素，主要以化合态形式存在。
2．铝的物理性质：
颜色
状态
密度
质地
延展性、导电性、传热性
银白色有金属光泽
固体
较小
柔软
良好
3.铝的化学性质：
写出图中有关反应的化学方程式：
①4Al＋3O22Al2O3
②2Al＋3Cl22AlCl3
③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
④2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
⑤2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe(铝热反应)
4．铝的用途：
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
二、氧化铝、氢氧化铝
1．氧化铝：
(1)物理性质：白色固体，难溶于水，有很高的熔点。
(2)化学性质。
2．氢氧化铝：
(1)物理性质。
白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
(2)化学性质(用化学方程式表示)。
Al(OH)3的电离方程式：
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；
②Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O；
③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
3．常见的铝盐：
(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。
(2)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH<7(填“<”“>”或“＝”)。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)氢氧化铝可用于治疗胃酸过多。(　　)
提示：√。氢氧化铝属于两性氢氧化物，能与酸反应，可作胃酸的中和剂。
(2)明矾用作净水剂不涉及化学变化。(　　)
提示：×。明矾用作净水剂是因为Al3＋水解生成Al(OH)3胶体的缘故。
(3)铝制餐具不能长时间存放酸性、碱性食物。(　　)
提示：√。铝能与酸、碱反应。
(4)向氯化铵溶液中投入一铝片，铝片上产生大量气泡，该气体是氨气。(　　)
提示：×。氯化铵溶液显酸性，与铝反应产生氢气。
(5)能用铝槽车储运浓硫酸与浓硝酸，是因为铝的化学性质稳定，不与浓硫酸、浓硝酸反应。(　　)
提示：×。铝遇浓硫酸与浓硝酸钝化。
(6)投入铝片产生氢气的溶液一定呈强酸性。(　　)
提示：×。能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。
【加固训练—拔高】
用铁、铝的混合物进行如下实验：
(1)操作X的名称是____________。
(2)气体A是____________。
(3)加入足量NaOH溶液时发生反应的离子方程式为______________；加入稀盐酸发生反应的离子方程式为______________________________________。
(4)溶液B中阴离子除OH－外还有________，溶液D中存在的金属离子为________。
【解析】(1)进行操作X后得到溶液和固体，故操作X为过滤。(2)Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气，故气体A为H2。(3)混合物中加入足量NaOH溶液，Al与NaOH溶液反应；固体C为铁，加入稀盐酸，Fe与稀盐酸反应。(4)溶液B中阴离子有OH－、AlO，溶液D中金属离子为Fe2＋。
答案：(1)过滤　(2)H2(或氢气)
(3)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　(4)AlO　Fe2＋Ｋ
命题角度1：铝的性质及其应用
【典例1】(2021·广州模拟)化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法不正确的是(　　)
A．铝比铁活泼，但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀
B．铝热反应不仅用于焊接钢轨，而且还常用于冶炼熔点较高的金属
C．电解AlCl3饱和溶液可制得金属铝
D．Al2O3、MgO的熔点很高，可用于制作耐高温材料
【解析】选C。铝比铁活泼，但铝制品表面容易形成致密的氧化物薄膜，比铁制品在空气中耐腐蚀，故A不符合题意；铝属于活泼的金属元素，具有较强的还原性，铝热反应不仅被用于焊接钢轨，而且还常用于冶炼熔点较高的金属，B不符合题意；冶炼铝，一般电解熔融状态的氧化铝，铝属于活泼的金属元素，电解氯化铝饱和溶液，得不到铝，C符合题意；Al2O3、MgO的熔点很高，可用于制作耐高温材料，D不符合题意。
　
(1)(宏观辨识与微观探析)铝粉与氧化镁混合能否利用铝热反应冶炼金属镁？
提示：不能。镁的金属性强于铝。铝粉与氧化镁不能发生铝热反应。
(2)(科学探究与创新意识)欲除去铁粉中混有的少量铝粉，应选用什么试剂？
提示：氢氧化钠溶液。铁粉不能与氢氧化钠溶液反应，而铝粉能与氢氧化钠溶液反应。
命题角度2：铝化合物的性质
【典例2】KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：
(1)为尽量少引入杂质，试剂①应选用________(填标号)。
a．HCl溶液　　　　
b．H2SO4溶液
c．氨水
d．NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为________________________________。
(3)沉淀B的化学式为________；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是________________________。
【解析】(1)易拉罐(主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质)，它们都是比较活泼的金属，都可以与酸发生反应，而Al可以与强碱溶液反应变为NaAlO2进入溶液，而Fe、Mg不能与碱发生反应，所以要以含Al的易拉罐为原料制取明矾，应该用强碱NaOH溶液溶解，选项d正确；(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑；(3)滤液A的主要成分是NaAlO2，向其水溶液中加入NH4HCO3溶液，发生HCO＋AlO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO，所以沉淀B的化学式为Al(OH)3；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是Al3＋为弱碱阳离子，发生水解反应，消耗水电离产生的OH－，当最终达到平衡时溶液中c(H＋)＞c(OH－)，所以溶液显酸性。
答案：(1)d
(2)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(3)Al(OH)3　Al3＋水解，使溶液中H＋浓度增大
　
为了确定上题易拉罐的主要成分含有铝、铁、镁，某同学取几小块易拉罐碎片进行下列实验，其中实验方案与现象、结论正确的是(　　)
选项
实验方案
现象、结论
A
加入盐酸
产生无色气体；含铝、铁、镁三种金属
B
加入NaOH溶液
有无色气体产生；含有镁、铝两种金属
C
加入盐酸后，所得溶液中再加入少量NaOH溶液
产生白色沉淀；含有金属镁
D
用盐酸溶解并放置一会儿后，加入KSCN溶液
溶液呈红色；含有铁元素
【解析】选D。铝、铁、镁都可与盐酸反应产生无色气体，不能得出含铝、铁、镁三种金属的结论，A错误；铝、铁、镁三种金属中只有铝能与NaOH溶液反应产生无色气体，B错误；氢氧化镁与氢氧化铝均为白色沉淀，C错误；用盐酸溶解后生成的亚铁离子在空气中易被氧化成Fe3＋，加入KSCN溶液呈红色，D正确。
【规律方法】含铝杂质的提纯方法归类
利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质，如：
(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液；
(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液；
(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液；
(4)Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。
命题角度3：铝的冶炼
【典例3】工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3，还含有Fe2O3、SiO2)提取氧化铝作冶炼铝的原料。其中一种提取方法的操作过程如下：
请回答下列问题：
(1)请写出甲溶液中通入二氧化碳生成氢氧化铝的离子方程式___________________________________________________________________。
(2)沉淀乙是Fe2O3，向其中加入足量盐酸，写出反应的离子方程式________________________，充分反应后过滤，将滤液加热蒸干灼烧，最后可得到红棕色固体，用简要的文字和化学方程式说明这一变化过程________________________________。
【以图析题·培养关键能力】
【解析】(1)该反应为NaAlO2溶液与CO2的反应，离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。(2)沉淀乙中只有Fe2O3与盐酸反应，该反应的离子方程式为Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。充分反应过滤后所得滤液为FeCl3与HCl的混合溶液，加热蒸干时FeCl3发生水解反应得到Fe(OH)3，灼烧时Fe(OH)3发生分解反应得到Fe2O3。
答案：(1)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
(2)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O　FeCl3＋3H2OFe(OH)3＋3HCl，加热促进水解，且氯化氢挥发，使平衡右移，生成氢氧化铁，氢氧化铁受热分解，生成氧化铁，2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
命题点1：铝的性质及其应用(基础性考点)
1．日常生活中有一些铝制炊具，它们质轻且坚固耐用，其中的原因是(　　)
A．铝很不活泼，不易与其他物质反应
B．铝虽然很活泼，但是在高温下才能反应
C．铝制品表面有一层致密的氧化物薄膜，起保护作用
D．铝制品表面镀有一层铜，可以保护铝
【解析】选C。铝尽管很活泼，但由于表面能形成致密的氧化物薄膜，故可用于制作铝制炊具。
命题点2：铝的冶炼及铝的化合物的制备(综合性考点)
2．用含有少量镁的铝片制取纯净的Al(OH)3，可能有的步骤为：①加盐酸溶解；②加过量苛性钠溶液；③过滤；④通入过量CO2；⑤加过量纯碱溶液，实验操作最合理的组合及顺序是(　　)
A．①②③④⑤　　　　　
B．①⑤④③
C．②③④③
D．①⑤③
【解析】选C。根据题干提供信息，制取Al(OH)3可有两个途径：
途径(1)：
Al(OH)3，即：①②③④③
途径(2)：
即：②③④③，故C正确。
考点四　金属矿物的开发和利用(命题指数★★★★★)
1．金属矿物开发利用的方法：
(1)金属在自然界中的存在。
(2)金属冶炼的一般步骤。
(3)金属冶炼的实质。
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即：Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金属)。
(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)。
2．铝热反应实验：
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)冶炼铝和钠都可以用电解法。(　　)
提示：√。冶炼铝和钠都是用电解法。
(2)所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应。(　　)
提示：×。活泼性比Al弱的难熔金属，如钒、铬、锰、铁、铜的氧化物与Al可以发生铝热反应。
(3)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物。(　　)
提示：√。CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物。
(4)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al。(　　)
提示：×。阴极上析出Cu后，生成的是氢气。
(5)火烧孔雀石炼铜是采用的焦炭法来冶炼金属。(　　)
提示：√。火烧孔雀石炼铜是热还原法。
(6)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。(　　)
提示：×。人类历史上使用铝的时间比铁晚，是由于铝的活泼性大于铁。
2．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷淀，毁罐取出……即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)
(1)倭铅是指金属锌和铅的混合物吗？
提示：由题意可知，倭铅是指金属锌，不是金属锌和铅的混合物。
(2)冶炼Zn的化学方程式是什么？
提示：ZnCO3＋2CZn＋3CO↑。
(3)该冶炼锌的方法属于哪种方法？
提示：热还原法。由(2)知反应中C作还原剂，属于热还原法。
命题角度1：铝热反应
【典例1】铝热反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2
054
1
535
1
462
沸点/℃
2
467
2
980
2
750
(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。这种推测有一定的道理，理由是________________________________________________。
(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是___________________________________________________________，
当观察到________________________________________________的现象时，说明熔融物中含有金属铝。
(3)实验室溶解该熔融物，最好选用下列试剂中的__________(填序号)。
A．浓硫酸　　　　　　　
B．稀硫酸
C．稀硝酸　
D．氢氧化钠溶液
【解析】(1)铝热反应放出大量的热，根据表中数据可看出，金属铝熔点比金属铁低，当生成的铁熔化，金属铝也已经熔化并与液态铁形成合金。
(2)铝与NaOH溶液反应，产生H2。
(3)浓硫酸使铁、铝钝化，稀硝酸会产生NO，污染环境，NaOH溶液不能溶解铁。
答案：(1)该反应温度下铝已熔化，未反应的铝可与生成的铁熔合在一起，形成合金
(2)NaOH溶液　有气泡生成　(3)B
命题角度2：金属冶炼、金属矿物的开发利用
【典例2】不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是(　　)
A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制
B．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单
C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质
D.炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳
【解析】选D。A项，铁用CO还原法炼制，错误；B项，是因为Al有良好的性能，才被广泛使用，错误；C项，氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解氧化铝方法制取铝，错误；D项，高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳，正确。
1．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系：
金属的活动性顺序
K
Ca
NaMg
Al
Zn
Fe
SnPb(H)Cu
Hg
Ag
Pt
Au
原子失电子能力
强→弱
离子得电子能力
弱→强
主要冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
2.特殊金属的冶炼方法：
有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na＋KClK↑＋NaCl、
2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑等，
主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，气化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。
命题点1：金属的冶炼方法与铝热反应(基础性考点)
1．下列常见金属的冶炼原理中不合理的是(　　)
选项
金属
冶炼原理
A
Fe
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
B
Hg
2HgO2Hg＋O2↑
C
Mg
H2＋MgOMg＋H2O
D
Cu
Cu2S＋O22Cu＋SO2
【解析】选C。镁比较活泼，不能用热还原法制取。
2．下列制备金属单质的方法或原理正确的是(　　)
A．在高温条件下，用H2还原MgO制备单质Mg
B．在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al
C．在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质Na
D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
【解析】选B。Mg的活泼性强，不能用H2还原法制备Mg，而是用电解熔融MgCl2的方法制备，电解饱和食盐水得到NaOH而不是Na；CuO加强热分解生成Cu2O而不是Cu。
命题点2：金属矿物的开发利用(综合性考点)
3．(2021年湖南适应性测试)以某冶金工业产生的废渣(含Cr2O3、SiO2及少量的Al2O3)为原料，根据下列流程可制备K2Cr2O7。
下列说法正确的是(　　)
A．煅烧时没有发生氧化还原反应
B．滤渣Ⅱ中主要成分是Al(OH)3
C．可循环使用的物质是CO2和Na2CO3
D．由Na2CrO4转化为K2Cr2O7的过程中需加入KOH
【解析】选C。A项：向废渣中加入碳酸钠和氧气并煅烧，发生如下反应，4Na2CO3＋2Cr2O3＋3O24Na2CrO4＋4CO2↑，Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，Na2CO3＋Al2O32NaAlO2＋CO2↑，煅烧时发生氧化还原反应，A错误；B项：
用水浸之后，溶液中含有Na2CrO4、Na2SiO3、NaAlO2、Na2CO3，向溶液中通入二氧化碳，会生成氢氧化铝沉淀和硅酸沉淀，B错误；C项：从上述流程图可知，CO2和Na2CO3均可循环使用，C正确；D项：由Na2CrO4转化为K2Cr2O7的过程中需加入硫酸和KCl固体，首先反应如下：2Na2CrO4＋H2SO4===Na2Cr2O7＋
Na2SO4＋H2O，再向溶液中加入KCl固体，就会有K2Cr2O7晶体析出，D错误。
【加固训练——拔高】
1．在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜，有下列两种途径：
(1)FeH2Cu
(2)CuOCuSO4Cu
　若用这两种方法制得的铜质量相等，则下列有关说法符合实际情况的是(　　)
A．消耗氧化铜的质量不同
B．消耗铁的质量相同
C．消耗硫酸的质量相同
D．生成硫酸亚铁的质量不同
【解析】选D。途径(1)中用H2还原CuO时，实验前先通H2排出装置中的空气，实验结束时要继续通H2至试管冷却，故利用途径(1)制取1
mol
Cu，消耗的H2大于1
mol，即Fe和H2SO4的消耗量：(1)>(2)，生成FeSO4的质量：(1)>(2)，但两途径中消耗CuO的质量相等。
2．我国湘黔渝三省交界地区是中国电解锰企业最集中的地区，被称为中国的“锰三角”。金属锰的熔点很高，常用铝热法制得粗锰。再用电解法制得纯的金属锰。铝被用于冶炼金属锰，是因为铝具有(　　)
A．熔点低
B．导电性好
C．两性
D．还原性及冶炼反应中放出大量的热
【解析】选D。铝能用于冶炼难熔金属(如Mn、W等)，是因为铝是一种活泼金属，还原性强，可将较不活泼金属从其化合物中还原出来，同时反应中放出大量的热，使被还原出的金属熔融析出。
3．利用黄铜矿冶炼的主要原理为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2，下列有关判断合理的是(　　)
A．避免污染，排放的尾气用98.3%的浓硫酸吸收
B．CuFeS2中铁显＋2价，该反应中只有Cu被还原
C．检验炉渣中含＋2价铁的试剂是盐酸、KSCN溶液和氯水
D．冶炼铜的废料可以冶炼铁和制硫酸
【解析】选D。浓硫酸不能吸收SO2，A项错误；该反应中铜、氧元素化合价降低，被还原，B项错误；在＋3价铁存在下检验＋2价，应用酸性高锰酸钾溶液，C项错误；炉渣含有氧化铁和氧化亚铁，可以治炼铁；二氧化硫可以用作制硫酸的原料，D项正确。
1．(2020·江苏高考)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(　　)
A．铝的金属活泼性强，可用于制作铝金属制品
B．氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料
C．氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸
D．明矾溶于水并水解形成胶体，可用于净水
【解析】选D。A项，铝的表面易形成氧化膜，从而保护内部的铝不再被腐蚀，错误；B项，Al2O3有导电性，可以用于电解冶炼铝，错误；C项，Al(OH)3具有弱碱性，可以中和胃酸，错误；D项，Al3＋水解生成Al(OH)3胶体，可以用于净水，正确。
2．下列说法正确的是(　　)
A．(2019·海南高考)MgO和Al2O3都属于两性氧化物
B．(2018·全国卷Ⅱ)氢氧化铝可用于中和过多胃酸
C．(2018·江苏高考)Al2O3是两性氧化物，故可用作耐高温材料
D．(2018·江苏高考)给定条件转化：
　Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)
【解析】选B。MgO是碱性氧化物，A不正确；Al2O3用作耐高温材料是因为其熔点高，C不正确；Al(OH)3溶于过量的盐酸，D不正确。
3．下列说法错误的是(　　)
A．(2017·海南高考)铝箔在氯气中燃烧可制备无水三氯化铝
B．(2017·天津高考)用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物
C．(2017·海南高考)向硫酸铝溶液中滴加碳酸钠溶液：2Al3＋＋3CO===Al2(CO3)3↓
D．(2017·北京高考改编)氨气使AlCl3溶液产生白色沉淀
【解析】选C。向硫酸铝溶液中滴加碳酸钠溶液，Al3＋和CO相互促进水解，离子方程式应为
2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑，C不正确。选项D发生反应的离子方程式为Al3＋＋3NH3＋3H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
4．(2020·全国Ⅲ卷)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料(主要成分为Cu(OH)2·CuCO3)，青色来自蓝铜矿颜料
(主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3)。下列说法错误的是(　　)
A．保存《千里江山图》需控制温度和湿度
B．孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化
C．孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱
D．Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3
【解析】选C。由于Cu(OH)2·CuCO3和Cu(OH)2·2CuCO3在一定温度下能够分解，所以，保存《千里江山图》需控制温度和湿度，A正确；孔雀石、蓝铜矿颜料中铜均为最高价，还原性很弱，所以不会被空气氧化，B正确；孔雀石、蓝铜矿主要成分均为碱式碳酸盐，一定条件下可与酸反应，C错误；由于铜的质量分数Cu(OH)2>CuCO3，所以Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3，D正确。
5．下列有关叙述错误的是(　　)
A．(2020·浙江7月选考)
胆矾的组成为CuSO4·5H2O
B．(2018·天津高考)商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎，该鼎属于铜合金制品
C．(2020·江苏高考)室温下，Cu与浓HNO3反应放出NO气体
D．(2020·浙江7月选考)工业上可采用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜
【解析】选C。胆矾为五水合硫酸铜晶体，A正确；后(司)母戊鼎属于铜合金，B正确；Cu与浓HNO3反应生成NO2,
C错误；黄铜矿高温煅烧生成粗铜、氧化铁和二氧化硫，D正确。
1．掌握两种两性化合物的性质：
(1)Al2O3　(2)Al(OH)3
2．必记的与铝有关的方程式：
(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
(2)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3。
(3)Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。
3．特殊的颜色：
Cu、Cu2O—红色，CuO—黑色，Cu(OH)2—蓝色，CuSO4—白色，CuSO4·5H2O—蓝色，Cu2(OH)2CO3—绿色。
4．特殊的制法：
(1)电解法(K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属)
(2)热还原法(Zn～Cu之间较活泼金属)
(3)热分解法(Hg、Ag等不活泼金属)
5．必记五反应：
(1)工业上冶炼Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
(2)工业上冶炼Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
(3)工业上冶炼Fe：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
(4)铝热反应：Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe
(5)铜绿的生成：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
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34
-第一讲　钠及其化合物
考点一　钠的性质及应用(命题指数★★★)
1．钠的物理性质：
颜色
银白色，有金属光泽
密度
ρ(H2O)＞ρ(Na)＞ρ(煤油)
熔点
低于100
℃
硬度
质地柔软，可以用小刀切割
传导性
可导电、导热
2．从钠原子的结构认识钠的化学性质——还原性：
(1)与非金属单质(如O2、Cl2)的反应。
O2
Cl2：2Na＋Cl22NaCl
(2)与水的反应。
①离子方程式：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。
②与滴加酚酞的水反应的现象及解释。
(3)与盐酸反应。
离子方程式：2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑。
3．钠的制取及保存：
4．钠的用途：
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)金属钠露置在空气中最后生成小苏打。(　　)
提示：×。金属钠露置在空气中最后生成碳酸钠。
(2)1
mol
Na与足量O2分别在加热和常温条件下充分反应失去电子数一样多。(　　)
提示：√。1
mol
Na被完全氧化，失去NA个电子。
(3)钠着火燃烧时可用泡沫灭火器扑灭。(　　)
提示：×。Na及其燃烧产物可与泡沫灭火器喷出泡沫中的水和二氧化碳反应释放出氢气和氧气而助燃，所以Na着火不可用泡沫灭火器扑灭。
(4)室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2。(　　)
提示：×。Na与O2反应生成Na2O，在加热条件下，Na与O2反应生成Na2O2。
(5)金属Na表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化。(　　)
提示：×。金属Na表面自然形成的氧化层是疏松的，不能保护内层金属。
2．如图，将一小块金属钠加入盛有某溶液的烧杯中，探究金属钠与物质的反应。
(1)将一小块金属钠分别投入盛有：a.水、b.乙醇、c.稀H2SO4的三个小烧杯中，反应速率由快到慢的顺序为________(填字母)。解释反应速率不同的原因：______________________________。
提示：c>a>b。钠与题述三种物质反应的实质都是钠与H＋的反应，H＋浓度的大小决定了反应速率的快慢，由三种物质电离出H＋的能力可知H＋浓度的大小顺序为c>a>b，因而反应速率为c>a>b。
(2)把一块黄豆粒大小的金属钠投入盛有硫酸铜溶液的烧杯里，观察所发生的现象是________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示：将钠投入硫酸铜溶液中，由于钠的密度比水小，故金属钠浮在液面上，同时跟溶液里的水反应，生成NaOH和H2，且该反应放热，故钠会熔化成闪亮的小球，NaOH能与溶液中的CuSO4反应，生成Cu(OH)2蓝色沉淀。
3．观察是研究物质性质的一种基本方法。一同学将一小块金属钠露置于空气中，观察到下列现象：银白色变灰暗变白色出现液滴白色固体白色粉末，判断下列说法正误。
说法
正误判断
①发生了氧化还原反应
________
②变白色是因为生成了碳酸钠
________
③是碳酸钠吸收空气中的水蒸气形成了溶液
________
④只发生物理变化
________
【解析】钠在空气中露置，物质转化如下：NaNa2ONaOHNaOH潮解Na2CO3·10H2ONa2CO3粉末。
答案：①√　②×　③×　④×
命题角度1：钠与氧气的反应
【典例1】(2021·武汉模拟)某同学将金属钠露置于空气中足够长时间，观察到下列现象：银白色→变灰暗→变白色→出现液滴→白色固体→白色粉末。下列有关叙述不正确的是(　　)
A．表面迅速变暗是因为钠与空气中的氧气反应生成了Na2O
B．出现液滴原因是生成的Na2CO3吸收空气中的水蒸气在表面形成了溶液
C．最后白色粉末为碳酸钠粉末
D．最后白色粉末的质量比金属钠质量大
【解析】选B。小块金属钠露置于空气中发生的变化中，银白色→变灰暗→变白色→出现液滴→白色固体，是钠被氧化为氧化钠；氧化钠和水反应生成氢氧化钠；氢氧化钠潮解形成氢氧化钠溶液；二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠固体，最终风化变成的白色粉末为碳酸钠，据此解答。因钠很活泼，易被氧化，则金属钠在空气中易被氧化形成氧化钠，出现表面变暗现象，故A正确；氧化钠与空气中的水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠吸收空气中的水蒸气在表面形成了溶液，故B错误；生成的氢氧化钠再与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠的结晶水合物，最终风化变成的白色粉末为碳酸钠，故C正确；最后白色粉末为碳酸钠，质量比金属钠的质量大，故D正确。
【备选例题】
某厂用Na除掉苯中的水分。某次生产误将甲苯当作苯投进反应釜中，由于甲苯中含水量少，最后反应釜还残留大量的Na。下列处理方法更合理、更安全的是(　　)
A．打开反应釜，将Na暴露在空气中与氧气反应
B．向反应釜通入Cl2，Na在Cl2中燃烧生成NaCl
C．向反应釜加大量H2O，通过化学反应“除掉”金属钠
D．向反应釜滴加C2H5OH，并设置放气管，排出氢气和热量
【解析】选D。A.钠暴露在空气中会与空气中的水和氧气反应，但钠与水反应放出大量热，当达到物质的着火点时，甲苯燃烧，引发火灾，因此该处理方法不当，错误。B.钠在氯气中燃烧会放出大量的热，当达到甲苯的着火点时，甲苯燃烧，引发火灾，因此该处理方法不当，错误。C.钠与水反应放出大量的热，会导致甲苯燃烧，引发火灾，错误。D.钠与乙醇反应，反应速率相对缓慢，更安全、更合理，正确。
命题角度2：钠与水溶液的反应
【典例2】(1)将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中，既有气体，又有白色沉淀产生的是________。
①MgSO4溶液　②NaCl溶液　③Na2SO4溶液
④饱和澄清石灰水　
⑤Ca(HCO3)2溶液
⑥CuSO4溶液　⑦饱和NaCl溶液
(2)按要求书写反应的离子方程式
①将Na投入Ca(HCO3)2溶液中，反应后生成正盐溶液_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
②将Na投入NH4HCO3溶液中，有刺激性气味气体放出____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
【解析】(1)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，①中Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；④中反应消耗水，溶液温度升高，Ca(OH)2的溶解度降低，析出Ca(OH)2产生沉淀；⑤中Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O；⑥中生成的Cu(OH)2是蓝色沉淀，不符合题意。
答案：(1)①④⑤⑦
(2)①2Na＋Ca2＋＋2HCO===CaCO3↓＋2Na＋＋CO＋H2↑
②2Na＋NH＋HCO===2Na＋＋CO＋NH3↑＋H2↑
　
(1)(宏观辨识与微观探析)有同学认为钠的活泼性比铜强，钠与硫酸铜反应能够生成铜单质，试分析反应的条件？
提示：钠与熔融的硫酸铜反应。操作方案可为惰性气体保护下，在蒸发皿中放一小块钠，加热至熔化时，用玻璃棒蘸取少量无水硫酸铜与熔化的钠接触，瞬间产生耀眼的火花，同时有红色物质生成。
(2)(变化观念与平衡思想)有同学认为钠、氢氧化钠都不与氯化钠反应，故钠投入饱和NaCl溶液中不会有固体析出，试分析该同学的认识是否正确？
提示：错误。向饱和NaCl溶液中投入钠，溶液中水减少，c(Na＋)增大，使
NaCl(s)
Na＋(aq)＋Cl－(aq)的溶解平衡向左移动，析出固体NaCl。
【备选例题】
有人设计出一种在隔绝空气条件下让钠与FeSO4溶液反应的方法以验证反应实质。实验时，往100
mL大试管中先加40
mL煤油，取3粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞，通过长颈漏斗加入FeSO4溶液使煤油的液面升至胶塞处，并夹紧弹簧夹(如图)。仔细观察，回答下列问题：
(1)有关钠反应的现象是_______________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)大试管的溶液中出现的现象：________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)装置中液面的变化：大试管内________________；长颈漏斗内_____________。
(4)写出钠与硫酸亚铁溶液反应的化学方程式：____________________________。
【解析】(1)因为ρ(煤油)<ρ(钠)<ρ(FeSO4溶液)，且Na与水剧烈反应生成氢氧化钠与氢气，该反应是放热反应，钠的熔点低，所以有关钠反应的现象是有气泡生成，钠熔化成小球且在煤油和FeSO4溶液界面处上下跳动，最终完全溶解。
(2)FeSO4溶液与Na反应的实质是Na先与水反应生成NaOH和氢气，反应生成的NaOH又与FeSO4反应生成白色沉淀，所以大试管的溶液中出现的现象是下层溶液出现白色絮状沉淀。
(3)因为反应产生了氢气，使装置内压强增大，则大试管内液面下降，长颈漏斗内液面上升。
(4)根据上述分析，钠与硫酸亚铁溶液反应的方程式为2Na＋FeSO4＋2H2O===Fe(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。
答案：(1)有气泡生成，钠熔化成小球且在煤油和FeSO4溶液界面处上下跳动，最终完全溶解
(2)下层溶液出现白色絮状沉淀　(3)下降　上升
(4)2Na＋FeSO4＋2H2O===Fe(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑
1．金属钠与可溶性盐溶液反应的思维模板：
2．金属钠与水、酸、盐溶液反应现象分析的思维模板：
(1)共性：因为钠在上述反应中均属于剧烈的置换反应，故有共同的现象产生。①浮：钠浮在液面上；②熔：钠熔化成光亮的小球；③游：在液面上不停地游动直至反应完；④响：反应中不停地发出“嘶嘶嘶”的响声。
(2)差异性：与酸及强酸弱碱盐溶液反应时，由于溶液中H＋浓度较大，反应比钠与水剧烈，最后钠可能在液面上发生燃烧；与盐溶液反应时，还可能会生成沉淀(如生成难溶碱)、气体(NH3)等。
命题点1：钠的性质及应用(基础性考点)
1．取三份等质量的金属钠，分别做如下处理：①直接投入100
g水中，②放在空气中足够长时间，再投入100
g水中，③在空气中加热，冷却后投入100
g水中。下列说法不正确的是(　　)
A．最终三份溶液的溶质相同，浓度相等
B．三份溶液的增重不相等
C．向反应后的溶液中加入盐酸，至pH＝7，消耗盐酸的量相同
D．上述三个实验均涉及氧化还原反应
【解析】选A。设金属钠的物质的量均为1
mol，则n(Na2CO3)＝0.5
mol，n(Na2O2)＝0.5
mol。钠、Na2O2均与水反应生成NaOH，溶质相同，而钠在空气中长时间放置，溶于水为碳酸钠溶液，A错误；钠与水反应放出氢气，反应后溶液质量为23
g＋100
g－1
g＝122
g，溶液增重122
g－100
g＝22
g；过氧化钠与水反应放出氧气，反应后溶液质量为0.5
mol×78
g·mol－1＋100
g－0.25
mol×32
g·
mol－1＝131
g，溶液增重131
g－100
g＝31
g；n(Na2CO3)＝0.5
mol，质量为
0.5
mol×106
g·mol－1＝53
g，即碳酸钠溶于100
g水中，溶液增重53
g，三种溶液增重不相等，B正确；钠、Na2O2与水反应生成NaOH溶液，钠在空气中长时间放置变为碳酸钠，溶于水为碳酸钠溶液，向反应后的溶液中加入盐酸，至pH＝7，NaOH、Na2CO3与盐酸反应均生成氯化钠，根据钠守恒：n(Na)＝n(Cl－)＝n(HCl)，所以消耗盐酸的量相同，C正确；上述三个实验均涉及氧化还原反应，D正确。
2．能正确表示下列反应的离子方程式的是(　　)
A．钠与水反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
B．钠与CuSO4溶液反应：2Na＋Cu2＋===Cu＋2Na＋
C．钠与盐酸反应：Na＋2H＋===Na＋＋H2↑
D．钠跟氯化钾溶液反应：Na＋H2O===Na＋＋OH－＋H2↑
【解析】选A。B中钠与CuSO4溶液反应的实质是钠与水反应生成的氢氧化钠再与CuSO4反应，总方程式：2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋H2↑＋Na2SO4。C中电荷不守恒。D项原子不守恒。
命题点2：有关钠参与反应的实验探究(综合性考点)
3．向一小烧杯中分别加入等体积的水和煤油，片刻后再向该烧杯中轻缓地加入绿豆大小的金属钠，可能观察到的现象是(　　)
【解析】选A。因煤油的密度比水小，所以煤油在上层，水在下层，又因钠的密度比水小，比煤油大，因此介于两者之间，而钠能与水反应产生气体，在与水反应生成气体后被气体带离水层，进入煤油层后停止反应又下沉，如此往复，直至钠反应完；故A项图示正确。
4．(2021·北京朝阳区模拟)研究金属钠的性质，实验如表，下列说法不正确的是(　　)
实验装置
实验方案
液体a
现象
蒸馏水
Ⅰ.钠浮在水面,剧烈反应,有少量白雾
0.1
mol·L-1盐酸
Ⅱ.钠浮在液面,反应比Ⅰ剧烈,有白雾产生
浓盐酸
Ⅲ.钠浮在液面,反应比Ⅰ缓慢,产生大量白雾,烧杯底部有白色固体
A.Ⅱ中反应的离子方程式为2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑
B．对比Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，随着c(H＋)增大，反应的剧烈程度增大
C．实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有白雾产生，说明Na与水或酸反应均放出大量热
D．推测Ⅲ中浓盐酸的c(Cl－)以及生成的NaCl固体对反应剧烈程度有影响
【解析】选B。钠的密度比水小，钠与水、酸的反应实质为2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑，且为放热反应，一般来说，氢离子浓度越大，反应速率越大，实验Ⅲ反应较Ⅰ缓慢，可说明溶液中的氯离子对反应有影响，生成的白色固体为NaCl，以此解答该题。盐酸氢离子浓度较大，与钠反应生成氯化钠和氢气，反应的离子方程式为2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑，故A正确；实验Ⅲ反应较Ⅰ缓慢，不能说明氢离子浓度越大，反应越剧烈，故B错误；有白雾生成，说明气体挥发，可说明为放热反应，故C正确；实验Ⅲ反应较Ⅰ缓慢，可说明浓盐酸的c(Cl－)以及生成的NaCl固体对反应剧烈程度有影响，故D正确。
【加固训练—拔高】
1．某班级化学兴趣小组做如下实验，请回答相关问题：
(1)甲组做金属钠在空气中燃烧实验。实验室取用金属钠的方法是________________________________。
(2)金属钠燃烧时会生成黑色固体，黑色固体的可能来源是________________、________________。
(3)某同学想用金属钠和空气制备纯度较高的Na2O2(不考虑空气中的N2)，可利用的装置如下。
①装置Ⅳ中盛放的药品是________，若没有该装置可能导致生成的Na2O2中含有________，其反应的化学方程式为____________________________。
②若规定气流的方向为从左到右，各仪器连接的顺序是：空气进入________，________接______，________接________，________接________(填字母)。
③装置Ⅱ的作用是____________________________。
【解析】要制备高纯度的Na2O2，需要除去空气中的CO2和水蒸气。装置Ⅲ的作用是除去水蒸气，装置Ⅳ的作用是用NaOH溶液除去CO2，如果不除去CO2，则CO2会与Na2O2反应生成Na2CO3；装置Ⅱ连接在硬质玻璃管末端，作用是防止空气中的水蒸气和CO2进入装置Ⅰ，所以连接顺序是空气→h→g→f→e→a→b→c。
答案：(1)打开盛放金属钠的试剂瓶，用镊子取出，放在滤纸上吸干表面的煤油，再用小刀切下所需大小的钠块，余下的放回原试剂瓶，盖好即可　
(2)表面的煤油
空气中的二氧化碳(或酒精灯挥发的酒精、金属钠存在杂质铁元素，燃烧时生成铁的氧化物等答任意两点即可)
(3)①氢氧化钠溶液　Na2CO3　2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　
②h　g　f　e　a　b　c
③防止空气中的水和二氧化碳进入装置Ⅰ
2．某小组在实验室中探究金属钠与二氧化碳的反应。回答下列问题：
(1)选用如图所示装置及药品制取CO2。打开弹簧夹，制取CO2。为了得到干燥、纯净的CO2，产生的气流应依次通过盛有____________________、________的洗气瓶(填试剂名称)。反应结束后，关闭弹簧夹，可观察到的现象是____________
_______________________________________________________。
不能用稀硫酸代替稀盐酸，其原因是_____________________________________
___________________________________________________________________。
(2)金属钠与二氧化碳反应的实验步骤及现象如下表：
步骤
现象
将一小块金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入盛有CO2的集气瓶中。充分反应，放置冷却
产生大量白烟，集气瓶底部有黑色固体产生，瓶壁上有白色物质产生
在集气瓶中加入适量蒸馏水，振荡、过滤
滤纸上留下黑色固体，滤液为无色溶液
①为检验集气瓶瓶壁上白色物质的成分，取适量滤液于2支试管中，向一支试管中滴加1滴酚酞溶液，溶液变红，加过量CaCl2红色褪去；向第二支试管中滴加澄清石灰水，溶液变浑浊。据此推断，白色物质的主要成分是________(填字母)。
A．Na2O　　B．Na2O2　　C．NaOH　　D．Na2CO3
②为检验黑色固体的成分，将其与浓硫酸反应，生成的气体具有刺激性气味。据此推断黑色固体是______。
③本实验中金属钠与二氧化碳反应的化学方程式为_______________________。
【解析】(1)碳酸钙与稀盐酸制备二氧化碳，因盐酸易挥发，需要饱和碳酸氢钠溶液除去HCl，再通过浓硫酸干燥，则为了得到干燥纯净的CO2，产生的气流应依次通过盛有饱和NaHCO3溶液、浓硫酸的洗气瓶；反应结束后，关闭弹簧夹，利用气体的压强使固液分离，可观察到产生的气体使干燥管内液面降低，与碳酸钙脱离接触，反应停止；不能用稀硫酸代替稀盐酸，因生成硫酸钙微溶，覆盖在碳酸钙的表面，阻止反应进一步发生；(2)①取适量滤液于2支试管中，向一支试管中滴加1滴酚酞溶液，溶液变红；向第二支试管中滴加澄清石灰水，溶液变浑浊，可知显碱性，且含碳酸根离子或碳酸氢根离子，而加CaCl2红色褪去，显然只有Na2CO3符合，故答案为D；②检验黑色固体的成分，将其与浓硫酸反应，生成的气体具有刺激性气味为二氧化硫，可知C与浓硫酸反应，即黑色固体是碳(C)；③由实验可知钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和C，发生的反应为4Na＋3CO22Na2CO3＋C。
答案：(1)饱和碳酸氢钠溶液　浓硫酸　产生的气体使干燥管内盐酸液面下降，与碳酸钙脱离接触，反应停止　生成的硫酸钙覆盖在碳酸钙表面，阻止反应进一步进行
(2)①D　②碳(C)　③4Na＋3CO22Na2CO3＋C
考点二　氧化钠、过氧化钠(命题指数★★★)
氧化钠和过氧化钠的比较
物质
氧化钠
过氧化钠
色态
白色固体
淡黄色固体
类别
碱性氧化物
非碱性氧化物
氧的价态
－2
－1
电子式
Na＋[]2－Na＋
Na＋[]2－Na＋
化学键
离子键
离子键、非极性键
与H2O反应
Na2O＋H2O===2NaOH
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
与CO2反应
Na2O＋CO2===Na2CO3
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
与HCl反应
Na2O＋2HCl===2NaCl＋H2O
2Na2O2＋4HCl===4NaCl＋2H2O＋O2↑
主要性质
具有碱性氧化物的通性
具有强氧化性
用途
供氧剂、漂白剂、消毒剂
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)Na2O2吸收CO2产生O2，可用作呼吸面具供氧剂。(　　)
提示：√。人呼出CO2，经Na2O2反应生成O2，故可作供氧剂。
(2)用Na2O2与H2O反应，制取1
mol
O2，转移电子数4NA。(　　)
提示：×。Na2O2与H2O反应，生成1
mol
O2，转移电子数2NA。
(3)Na2O2与水反应，Na2O2是氧化剂，水是还原剂。(　　)
提示：×。Na2O2与水反应，Na2O2既是氧化剂，又是还原剂。
(4)制氧气时，用Na2O2或H2O2作反应物可选择相同的气体发生装置。(　　)
提示：√。
Na2O2与水反应，H2O2在二氧化锰催化条件下都能制取氧气，二者都是固体与液体反应。
(5)Na2O与Na2O2的组成元素相同，与CO2反应产物也相同。(　　)
提示：×。Na2O与Na2O2和CO2反应都生成Na2CO3，但Na2O2还生成O2。
2．将Na2O2分别投入含有下列离子的溶液中，按要求回答问题：
①S2－　②SO　③HCO　④Fe2＋　⑤CO　⑥SO　⑦CH3COO－　
⑧NH
(1)离子浓度明显减小的是____________。
(2)离子浓度明显增大的是____________。
(3)离子浓度基本不变的是____________。
【解析】将Na2O2投入水溶液中生成NaOH和氧气，同时具有强氧化性。S2－被氧化为S，浓度减小；SO被氧化为SO，SO浓度减小，SO浓度增大；HCO与氢氧化钠反应生成CO，HCO浓度减小，CO浓度增大；Fe2＋被氧化为
Fe3＋，Fe3＋与氢氧化钠反应生成沉淀，浓度减小；CH3COO－不发生变化；NH与氢氧化钠反应生成NH3，浓度减小。
答案：(1)①②③④⑧　(2)⑤⑥　(3)⑦
命题角度1：Na2O2的性质及实验探究
【典例1】(双选)以CO2和Na2O2为原料,制取纯净干燥的O2,实验装置如下:
A.装置②中试剂可以是澄清石灰水
B.装置③的作用是干燥O2
C.收集氧气应选择装置a
D.装置②、③之间应增加盛澄清石灰水的洗气瓶
【解析】选A、C。装置②中试剂用来除掉二氧化碳气体,而澄清石灰水浓度过小,不能用来除去CO2,可选用NaOH溶液,A错误;装置③中盛有浓硫酸,作用是干燥O2,B正确;由于氧气密度大于空气,应选择装置b,C错误;装置②、③之间应增加盛澄清石灰水的洗气瓶,验证二氧化碳是否除尽,D正确。
【求同存异·姊妹比对】
某学生课外活动小组模拟呼吸面具中的反应原理(2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2)设计用图所示的仪器来制取氧气并测量氧气的体积。图中量气装置E由甲乙两根玻璃管组成，它们由橡皮管连通，并装入适量水，甲管有刻度(0～50
mL)供量气用，乙管可上下移动调节液面高低。
实验仪器：连接胶管及夹持装置均省略
实验可供选用的药品还有：稀硫酸、盐酸、过氧化钠、碳酸钠、大理石、水。试回答：
(1)图中各装置接口连接顺序是__________________(填各接口的编号)。
(2)装置A的作用是________________________，反应的化学方程式____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)装置B的作用是___________________________________________________，反应的离子方程式为________________________。
(4)装置C中放入的反应物是________，反应的离子方程式为________________。
(5)实验结束读取氧气体积时，若乙中液面高于甲中液面，会使测得的氧气体积________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。若有影响，应向________(填“上”或“下”)移动乙管，使甲乙液面相平(注：若第一格填无影响，第二格不用填写)。
【解析】(1)仪器C可以用来制取二氧化碳，连接③用来除去HCl，④连接⑥可使二氧化碳与过氧化钠反应生成氧气，然后连接②可除去未反应的二氧化碳，最后连接⑧测量气体的体积，所以顺序为⑤③④⑥⑦②①⑧(⑥、⑦可换位)；
(2)净化后的二氧化碳通过过氧化钠来制取氧气，为了除去生成的氧气中混有未反应的二氧化碳，可以使它们通过仪器A，所以装置A的作用是除去混在O2中未反应的CO2，反应的化学方程式为2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O；
(3)仪器C可以用来制取二氧化碳，此法制得的二氧化碳中会含有少量氯化氢，须通过装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶，以除去这些氯化氢，反应的化学方程式为NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑；
(4)只有仪器C可以用来制取二氧化碳，制气原料应该采用大理石和盐酸，可在C中加止水夹控制反应的进行，反应的化学方程式为CaCO3＋2HCl===CaCl2＋
CO2↑＋H2O；
(5)若乙中液面高，会导致甲中气体被压缩，即所得气体体积偏小；若有影响，则应向下移动乙，使甲、乙液面相平。
答案：(1)⑤③④⑥⑦②①⑧或⑤③④⑦⑥②①⑧
(2)吸收CO2　CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
(3)吸收HCl　H＋＋HCO===H2O＋CO2↑
(4)大理石、盐酸
CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑
(5)偏小　下
命题角度2：Na2O2与CO2、H2O反应的定量计算
【典例2】(2021·九江模拟)在一定条件下，使CO和O2的混合气体26
g①，所得混合物在常温下②，结果固体③14
g，则原混合气体中O2和CO的质量比可能是(　　)
A．9∶4
B．1∶1
C．7∶6
D．6∶7
信息提取
知识储备
信息整合
①
CO和O2充分反应生成CO2
充分反应指某一反应物完全反应，另一反应物可能剩余
②
Na2O2与CO2反应
Na2O2足量
③
Na2O2与CO2反应生成碳酸钠和氧气
反应前后固体增加质量为气体质量之差
【解析】选D。固体增重的量即为参加反应的CO的质量，所以参加反应的O2的质量为＝8
g，剩余气体26
g－14
g－8
g＝4
g，若为O2，则质量比为＝；若为CO，则质量比为＝，D正确。
【讲台挥洒一刻】
增重量等于可燃物质量的规律
凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质，W
g该物质在足量的O2中完全燃烧，将其产物(CO2和水蒸气)通过足量的Na2O2后，固体增重必为W
g。或是由C、H、O三种元素组成的物质，只要C、O原子个数比为1∶1，即可满足该条件。中学阶段常见的符合这一关系的物质有：
(1)无机物：H2、CO及H2和CO的混合气体；
(2)有机物：CH3OH(甲醇)、HCHO(甲醛)、CH3COOH(乙酸)、HCOOCH3(甲酸甲酯)、C6H12O6(葡萄糖)等。
【备选例题】
在密闭容器中充入CO2、CO、CH4的混合气体共m
g，若加入足量Na2O2，充分振荡并不断用电火花引燃至反应完全，测得固体质量增加m
g，则CO2与CH4的体积比为(　　)
A．3∶1　　B．2∶1　　C．1∶1　　D．任意比
【解析】选C。2CO＋O22CO2①
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2②
①＋②得：Na2O2＋CO===Na2CO3(虚拟的反应)
即：CO可被Na2O2完全吸收
2H2＋O22H2O③
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑④
③＋④得：Na2O2＋H2===2NaOH(虚拟的反应)
即：H2可被Na2O2完全吸收
由于CO完全被吸收，当CO2、CH4的体积比符合1∶1时，相当于2CO∶2H2，可被Na2O2完全吸收。
一、认识Na2O2性质的三个角度
1．从元素化合价角度分析Na2O2的性质：
2．强氧化性的五个表现：
3．在分析Na2O2与其他溶液的反应时，一定不能忽略其溶液的强碱性。
二、从四个角度理解Na2O2与CO2、H2O的反应
1．从氧化还原的角度：
(1)Na2O2与H2O、CO2反应均有O2生成，在反应中Na2O2既表现出氧化性也表现出还原性，H2O、CO2在此反应中既不是氧化剂，也不是还原剂。
(2)2
mol的Na2O2不论与水还是与CO2反应均生成1
mol
的O2，转移2
mol的电子。
2．从物质的量的角度：
(1)2
mol的Na2O2不论与水还是与CO2反应均生成1
mol
的O2，消耗2
mol的H2O或2
mol的CO2。
(2)若CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)通过足量的Na2O2，则气体体积减小的量等于原混合气体体积的，且等于生成氧气的体积。
3．从先后顺序的角度：
Na2O2与水蒸气、CO2混合气体反应时，Na2O2应视为首先与CO2反应生成Na2CO3，CO2反应完后，剩余的Na2O2再与水蒸气反应生成NaOH。
4．从质量的角度：
1
mol
Na2O2与足量CO2、H2O分别完全反应时相当于吸收了28
g
CO、2
g
H2。
命题点1：Na2O、Na2O2的性质(基础性考点)
1．为探究Na2O2与H2O的反应，进行了如下实验：
有关说法不正确的是(　　)
A．实验ⅰ中发生反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
B．实验ⅲ中MnO2作H2O2分解反应的催化剂
C．综合实验ⅰ和ⅲ可以说明Na2O2与H2O反应有H2O2生成
D．综合实验ⅱ和ⅲ可以说明使酚酞褪色的是O2
【解析】选D。过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，A正确；2H2O22H2O＋O2↑，实验ⅲ中MnO2作H2O2分解反应的催化剂，B正确；过氧化钠与水反应生成过氧化氢和氢氧化钠，过氧化氢分解生成水和氧气，综合实验ⅰ和ⅲ可以说明Na2O2与H2O反应有H2O2生成，C正确；氧气不能使酚酞褪色，D错误。
2．(2021·滨州模拟)某实验小组通过如图所示实验，探究Na2O2与水的反应，下列说法正确的是(　　)
A.②中的大量气泡主要成分是氢气
B.③中溶液变红，说明有酸性物质生成
C.④中现象可能是由于溶液中含有强氧化性物质造成的
D.⑤中MnO2的主要作用是降低了水中氧气的溶解度
【解析】选C。过氧化钠和水反应生成氢氧化钠和氧气，反应方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，所以②中的大量气泡主要成分是氧气，故A错误；过氧化钠和水反应生成氢氧化钠和氧气，氢氧化钠是碱，遇酚酞变红，说明生成碱性物质，故B错误；④中红色褪去，可能原因是过氧化钠和水反应生成的过氧化氢具有氧化性，能氧化有色物质，漂白褪色，故C正确；过氧化氢在二氧化锰作催化剂时分解生成水和氧气，即验证过氧化钠和水反应会生成过氧化氢，故D错误。
命题点2：Na2O2与CO2、H2O反应的定量计算(综合性考点)
3．NA代表阿伏加德罗常数，下列说法正确的是(　　)
A．Na2O2是白色固体，能与水反应生成碱(NaOH)，所以Na2O2是碱性氧化物
B．足量Na2O2和标准状况下11.2
L
CO2反应，转移电子数目为NA
C．1
mol
Na2O2中含阴离子的个数为2NA
D．a
g
CO或C6H12O6在O2中完全燃烧，产物与足量Na2O2完全反应，固体质量恰好增加a
g
【解析】选D。Na2O2为淡黄色固体，与水反应除生成NaOH外还放出O2，因此Na2O2不是碱性氧化物，A错误。根据反应2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，Na2O2既是氧化剂又是还原剂，当有2
mol
CO2参加反应时转移2
mol
e－，故标准状况下11.2
L
CO2(0.5
mol)反应时，转移电子数目为0.5NA，B错误。Na2O2是离子化合物，含阴离子O的个数为NA，故C错误。根据规律H2、CO或其混合气体，以及通式为(CO)m(H2)n的有机物，完全燃烧后产物与足量Na2O2充分反应，Na2O2增重与原物质质量相等，容易判断D正确。
4．(2021·聊城模拟)将a
g某物质在足量氧气中充分燃烧再将气体生成物通入足量的Na2O2充分反应，固体增重为b
g，若a＜b，则该物质可能是(　　)
A．H2　　　B．CO　　　C．乙酸　　　D．甲烷
【解析】选D。水、二氧化碳和Na2O2反应方程式分别为2H2O＋2Na2O2===4NaOH＋O2↑、2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，根据方程式知，水和Na2O2反应时固体质量增加量相当于H2质量，二氧化碳和Na2O2反应时固体质量增加量相当于CO质量，将可燃物写成H2、CO或(CO)m·Hn的形式，如果恰好写为H2、CO或(CO)m·Hn的形式，则产物通过足量Na2O2时固体增重就是原质量，如果改写化学式时O原子有剩余，则反应前后固体增重小于原质量，如果C原子有剩余，则固体增重大于原质量，以此解答该题。通过以上分析知，可燃物是氢气，在反应前后固体增重就是原质量，不符合，故A不选；通过以上分析知，可燃物是CO，在反应前后固体增重就是原质量，不符合，故B不选；乙酸可以改写为2CO·2H2，在反应前后固体增重就是原质量，不符合，故C不选；甲烷可以改写为C·2H2，C原子有剩余，则固体增重大于原质量即a＜b，符合，故D选。
命题点3：Na2O2性质的实验探究(应用性考点)
5．下图是Na2O2和CO2定性、定量实验的装置示意图。
注射器1中抽取了100
mL
CO2，U形管中装有适量小玻璃珠和约1.5
g
Na2O2粉末。实验开始时，打开K1、K2、K4止水夹，关闭K3止水夹，推动注射器1活塞，缓缓将CO2压至U形管中，注射器2活塞缓缓向外移动。下列叙述中不正确的是(　　)
A．U形管内的玻璃珠可增大过氧化钠和二氧化碳的接触面积
B．U形管内淡黄色粉末渐渐变白
C．注射器1活塞推到底后，注射器2中收集到的气体大于50
mL，只是因为还含有CO2
D．打开胶塞，立即将带火星的木条伸入U形管中，可验证反应产物之一为氧气
【解析】选C。玻璃珠可起到增大Na2O2与CO2接触面积，使之反应完全的作用，A正确；U形管中Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2，故U形管内淡黄色粉末渐渐变白，B正确；由2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2可知，100
mL
CO2理论上应产生
50
mL
O2，收集到的气体大于50
mL，除部分CO2没反应外，还可能是反应放热，气体受热膨胀，C错误；可利用O2支持燃烧，能使带火星的木条复燃的性质证明，D正确。
【加固训练—拔高】
1．200
℃时，11.6
g
CO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分反应后固体质量增加了3.6
g，则原混合气体的总物质的量是(　　)
A．0.125
mol　　　B．0.25
mol
C．0.5
mol
D．1
mol
【解析】选C。根据质量守恒定律可知，生成O2的质量为11.6
g－3.6
g＝8
g，n(O2)＝＝0.25
mol，根据Na2O2与H2O(g)、CO2反应的物质的量的关系可知CO2和H2O(g)的物质的量之和为0.25
mol×2＝0.5
mol。
2．为了探究过氧化钠与浓盐酸反应的产物，某研究性学习小组设计了如图所示的实验装置。
回答下列问题：
(1)实验开始前，必须进行的实验操作是__________________________________。
(2)实验过程中装置B中湿润的有色布条褪色，说明生成的气体中有________，说明Na2O2有________性。
(3)装置C的主要作用是_______________________________________________，
反应的离子方程式为_________________________________________________。
(4)为证明装置D中收集到的无色气体是氧气，应进行的实验操作是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)过氧化钠与浓盐酸发生反应的化学方程式是____________________________
___________________________________________________________________。
【解析】(1)探究过氧化钠与浓盐酸反应的产物，可能有O2、Cl2生成，要使反应顺利进行，需保证整套装置的气密性良好，该实验产物中有氧气需验证，为防止空气干扰实验，需排尽装置中的空气，D装置：收集到较为纯净的氧气，所以需缓慢通入一定量的N2后，将装置D连接好；
(2)湿润的有色布条褪色，说明有HClO生成，氯气和水反应生成HClO，所以说明装置A中有Cl2生成；氯化氢中－1价的氯只有还原性，过氧化钠与浓盐酸反应，生成的气体中有氯气，氯元素的化合价从－1价变为0价，被氧化，说明过氧化钠具有氧化性；
(3)Cl2有毒不能直接排空，如果O2中混有Cl2，会导致收集的O2不纯净，且盐酸具有挥发性，导致生成的气体中含有HCl，氯气、HCl都能和NaOH反应而除去，离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，H＋＋OH－===H2O，则NaOH的作用是吸收HCl和过量的Cl2，防止污染空气，使D中能收集到较为纯净的氧气；
(4)氧气具有助燃性，可用一根带火星的木条插入集气瓶中，发现木条复燃，就证明是氧气；
(5)过氧化钠与浓盐酸发生反应，氯化氢被氧化成氯气，反应的化学方程式为3Na2O2＋8HCl===6NaCl＋4H2O＋O2↑＋Cl2↑。
答案：(1)检查装置气密性；缓慢通入一定量的N2后，将装置D连接好　(2)Cl2　氧化　(3)吸收HCl和过量的Cl2，防止污染空气，使D中能收集到较为纯净的氧气Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O、H＋＋OH－===H2O
(4)用一根带火星的木条插入集气瓶中，发现木条复燃，就证明是氧气
(5)3Na2O2＋8HCl===6NaCl＋4H2O＋O2↑＋Cl2↑(合理即可)
3．Na2O2是重要的化工原料，具有多种用途。
(1)写出Na2O2和CO2反应的化学方程式：__________________________________
___________________________________________________________________。
(2)某学生判断Na2O2和SO2反应能生成硫酸钠，你认为他的判断合理吗？____________，简要说明理由________________________。
(3)该同学无法判断反应中是否有氧气生成，拟使用如图所示装置进行实验(铁架台等装置已略去)
装置中B的作用是____________________，D的作用是___________________。
(4)将足量的Na2O2投入含有下列离子的溶液中：NO、S2－、HCO、CO、Na＋，反应完毕后，上述离子数目减少的有________，数目增多的离子有______________________________________________________________。
【解析】(1)Na2O2和CO2发生氧化还原反应，生成碳酸钠和氧气。
(2)Na2O2具有强氧化性，SO2具有还原性，两者可以发生氧化还原反应，将＋4价的硫氧化为＋6价的硫，所以判断Na2O2和SO2反应能生成硫酸钠是合理的。
(3)装置A中硫酸与亚硫酸钠反应生成气体进入装置B，装置B中装有浓硫酸，浓硫酸有吸水性，能吸收二氧化硫中的水分，防止水蒸气与过氧化钠反应而干扰二氧化硫与过氧化钠反应；装置D装有碱石灰，碱石灰是干燥剂，能吸收空气中的水分，防止水蒸气的干扰，碱石灰是碱性物质，二氧化硫是酸性气体，可以被碱石灰吸收，防止其污染空气。
(4)Na2O2具有强氧化性，可与还原性离子发生氧化还原反应，S2－数目减少，Na2O2与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠与HCO反应生成CO，则HCO数目减少，Na＋、CO数目增多。
答案：(1)2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2
(2)合理　过氧化钠具有强氧化性，能将＋4价的硫氧化为＋6价的硫，而生成硫酸钠
(3)干燥气体，防止水蒸气进入C装置与Na2O2反应　防止空气中的水蒸气进入C装置与Na2O2反应，同时吸收过量气体，便于氧气的检验和防止污染空气
(4)S2－、HCO　Na＋、CO
考点三　碳酸钠、碳酸氢钠(命题指数★★★)
1．物理性质：
名称
碳酸钠
碳酸氢钠
化学式
Na2CO3
NaHCO3
俗名
纯碱、苏打
小苏打
颜色、状态
白色粉末
细小白色晶体
溶解度
Na2CO3大于NaHCO3
碱性
Na2CO3大于NaHCO3
热稳定性
受热难分解
受热易分解
主要用途
玻璃、造纸、制皂、洗涤
发酵、医药、灭火器
2．化学性质：
(1)Na2CO3。
写出上述序号所表示反应的化学方程式：
①Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑；
②Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH；
③Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl。
(2)NaHCO3。
写出上述序号①、③、④所表示反应的化学方程式，②反应的离子方程式：
①NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑；
②Ca(OH)2过量：HCO＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O；
Ca(OH)2少量：Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O；
③NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O；
④2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。
3．Na2CO3的制备及用途：
(1)Na2CO3的工业制备——侯氏制碱法。
把二氧化碳通入氨的氯化钠饱和溶液中，使溶解度较小的碳酸氢钠从溶液中析出，过滤得到碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠。
写出制备过程发生反应的化学方程式
a．NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl；
b．2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
(2)Na2CO3、NaHCO3的用途。
①Na2CO3是一种非常重要的化工原料，在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金、食品等工业中有着广泛的应用。
②NaHCO3是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一；在医疗上，它是治疗胃酸过多的一种药剂。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)碳酸钠可用于去除餐具的油污。(　　)
提示：√。碳酸钠溶液显碱性，会使油污中的油脂发生水解生成可溶性的物质而除去。
(2)NaHCO3受热易分解，可用于制胃酸中和剂。(　　)
提示：×。NaHCO3可以与胃酸中的HCl反应，不是因为其可以受热分解的性质。
(3)除去Na2CO3溶液中含有的Na2SO4，可加入适量Ba(OH)2溶液，过滤。(　　)
提示：×。Ba(OH)2＋Na2SO4===BaSO4↓＋2NaOH，虽除去了Na2SO4，但又增加了新的杂质NaOH，且Na2CO3可与Ba(OH)2反应生成碳酸钡沉淀。
(4)向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，会有NaHCO3晶体析出。(　　)
提示：√。NaHCO3的溶解度小，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，会有NaHCO3晶体析出。
(5)用Ba(OH)2溶液可以鉴别NaHCO3和Na2CO3两种溶液。(　　)
提示：×。Ba(OH)2与NaHCO3和Na2CO3溶液都生成白色沉淀。
(6)向某溶液中加入稀盐酸，产生的气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，该溶液一定是碳酸盐溶液。(　　)
提示：×。能使澄清石灰水变浑浊的气体有SO2、CO2等，故溶液可以为碳酸盐、碳酸氢盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐等。
2．比较下列两个装置，回答下列问题：
(1)为了更好地探究NaHCO3和Na2CO3的热稳定性，如图1所示，试管B中装入的固体最好是哪种物质？试解释其原因。
提示：Na2CO3。加热试管B时，能间接加热试管A，B试管中的温度更高，根据烧杯内澄清石灰水是否变浑浊，可以看出Na2CO3在更高温度下不分解，而NaHCO3在稍低温度下已经分解，从而说明Na2CO3热稳定性更好。
(2)哪套装置能够更好地探究NaHCO3和Na2CO3的热稳定性？
提示：图2。图2所示装置中NaHCO3和Na2CO3的受热温度相同，对比现象更明显，更能说明Na2CO3比NaHCO3稳定。
(3)若开始时加入A、B试管中的药品物质的量相同，则经充分加热后再冷却至室温，A、B试管中所得药品的物质的量关系是什么？
提示：n(A)＝0.5
n(B)。A试管中发生的反应为2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，所以A、B试管中所得药品的物质的量关系为n(A)＝0.5n(B)。
3．著名的“侯氏制碱法”主要反应原理：NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl。若实验室根据此原理制备少量的Na2CO3，主要实验包括：制取NH3和CO2→生成NaHCO3→分离NaHCO3→制取Na2CO3四个步骤。下列实验选用的主要仪器或主要步骤不正确的是(　　)
A.制取氨气，可选用②③
B.分离NaHCO3，可选用④⑤⑦
C.制取Na2CO3，可选用①②⑦⑧
D.制取NaHCO3时，应先在⑨中通入CO2后再加入氨水
【解析】选D。实验室通常用NH4Cl与Ca(OH)2固体在加热的条件下反应制取氨气，需要选用②③以及其他仪器，A正确；从溶液中分离出NaHCO3固体需要过滤，选用④⑤⑦能够实现，B正确；制取Na2CO3是将NaHCO3加热使其分解，可选用①②⑦⑧，C正确；制取NaHCO3是将生成的氨气和二氧化碳通入饱和氯化钠溶液中，应先在⑨中通入氨气后再通入CO2，D错误。
命题角度1：碳酸钠、碳酸氢钠的性质及鉴别
【典例1】(2021·青岛模拟)有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液，下列操作或判断正确的是(　　)
选项
操作
判断
A
分别加入澄清石灰水
产生沉淀的为Na2CO3
B
分别加入等浓度的稀盐酸
反应较剧烈的为Na2CO3
C
分别加入CaCl2溶液
产生沉淀的为Na2CO3
D
逐渐加入等浓度的盐酸
立即产生气泡的为Na2CO3
【解析】选C。A项，二者均产生沉淀CaCO3；B项，反应较剧烈的为NaHCO3；D项，立即产生气泡的为NaHCO3。
　
(1)(宏观辨识与微观探析)若题干为Na2CO3和NaHCO3固体，可以采用什么方法鉴别？
提示：将固体加热产生的气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊的为NaHCO3，无明显现象的为Na2CO3。
(2)(科学探究与创新意识)若NaHCO3溶液中含有Na2CO3，应该如何除去？
提示：向溶液中通入过量的CO2，将Na2CO3转化为NaHCO3。
命题角度2：碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应图象
【典例2】(2021·岳阳模拟)向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1
mol·L－1稀盐酸，CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是(　　)
A.在0～a范围内，只发生中和反应
B.ab段发生反应的离子方程式为CO＋2H＋===CO2↑＋H2O
C.a＝0.3
D.原混合溶液中NaOH与Na2CO3物质的量之比为1∶2
【解析】选C。向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加稀盐酸，NaOH先与稀盐酸反应。在0～a范围内，先发生OH－＋H＋===H2O，后发生CO＋H＋===HCO，A错误；ab段发生反应的离子方程式为HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，B错误；因a～0.4范围内发生的反应是H＋＋HCO===CO2↑＋H2O，n(CO2)＝0.01
mol，n(H＋)＝n(CO2)＝0.01
mol，所以a＝0.3，C正确；由碳元素守恒可知溶液中n(CO)＝n(CO2)＝0.01
mol，在0～a范围内，生成0.01
mol
HCO消耗0.01
mol
HCl，则NaOH消耗0.02
mol
HCl，n(OH－)＝0.02
mol，原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为2∶1，D错误。
向四只盛有一定量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体，再在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量，并将溶液加热，产生的CO2气体与HCl物质的量的关系如图(忽略CO2的溶解和HCl的挥发)：
则下列分析都正确的组合是(　　)
①Ⅰ图对应溶液中的溶质为NaHCO3
②Ⅱ图对应溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3，且二者的物质的量之比为1∶1
③Ⅲ图对应溶液中的溶质为NaOH和Na2CO3，且二者的物质的量之比为1∶1
④Ⅳ图对应溶液中的溶质为Na2CO3
A．①②　　　B．①③　　　C．②④　　　D．②③
【解析】选A。图象Ⅰ中从O点即开始产生CO2气体，对应溶液中的溶质为NaHCO3，①正确；图象Ⅱ中Oa段消耗HCl的量小于ab段消耗HCl的量，对应的溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3，且二者的物质的量之比为＝，②正确；图象Ⅲ中，Oa段消耗HCl的量等于ab段消耗HCl的量，对应溶液中的溶质为Na2CO3，③错误；图象Ⅳ中，Oa段消耗HCl的量大于ab段消耗HCl的量，对应溶液中的溶质为Na2CO3、NaOH，且二者的物质的量之比为＝，④错误。
【思维升华】
两道试题均是考查Na2CO3、NaHCO3及它们的混合物或与NaOH混合物与盐酸反应的图象。不同的是例题给出了混合物的组成，而“变式”是由图象推断混合物的组成。解答此类问题时常采用数形结合的方法。如下：
(1)图1：向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸，第一步：CO转化为HCO，无气体产生；第二步：HCO与H＋反应产生CO2。消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图1所示。
(2)图2：向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图2所示。
(3)图3：向NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图3
所示(设NaOH、Na2CO3的物质的量之比x∶y＝1∶1，其他比例时的图象略)。
(4)图4：向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图4所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比m∶n＝1∶1，其他比例时的图象略)。
命题角度3：碳酸钠、碳酸氢钠质量分数的测定
【典例3】(双选)为了测定NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物中各组分的含量,某同学设计如下实验:取一定质量的混合物,通过测量反应前后②和③装置质量的变化,测定该混合物中各组分的质量分数。下列说法中错误的是
(　　)
A.①②③中可以依次盛装碱石灰、无水CaCl2、碱石灰
B.硬质玻璃管加热前,应关闭b,打开a,缓缓通入空气,直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止
C.若将①装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶,则测得的NaCl含量偏高
D.实验过程中先停止通空气,再停止加热
【解析】选C、D。根据实验目的和装置的连接顺序可知:装置①用于吸收空气中的CO2和水蒸气,可以使用碱石灰;装置②吸收Na2CO3·10H2O和NaHCO3分解生成的水蒸气,可以使用无水CaCl2;装置③吸收碳酸氢钠分解生成的CO2,使用碱石灰,A项正确;实验前必须将装置中的水蒸气和CO2赶净,避免影响测定结果,硬质玻璃管加热前,应关闭b,打开a,缓缓通入空气,直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止,B项正确;若将①装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶,则会增加水的质量,使测得Na2CO3·10H2O的含量偏高,NaCl的含量偏低,C项错误;实验过程中一直通入空气,停止加热后继续通入空气使存留在装置中的CO2和水蒸气完全被吸收,D项错误。
　
(1)(宏观辨识与微观探析)若撤去最后的干燥管，测得的NaHCO3的质量分数将如何变化？
提示：偏大。若撤去最后的干燥管，空气中的CO2和水蒸气进入装置③，测得CO2的质量偏大，NaHCO3的质量分数将偏大。
(2)(科学探究与创新意识)某同学认为可以不用装置③，则需要测量哪些数据？
提示：称量反应前后硬质玻璃管与固体的质量和m1、m2，装置②前后的质量m3、m4。生成水的质量为(m4－m3)，生成CO2质量为(m1－m2)－(m4－m3)。
【讲台挥洒一刻】碳酸钠质量分数的测定
1．气体法：
(1)测定原理：Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑。
依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。
(2)实验操作：向m
g纯碱样品中加入足量的稀硫酸，准确测量产生CO2气体的体积为V
mL(已折算为标准状况)。
(3)数据处理：
纯碱样品中Na2CO3的质量为
mol×106
g·mol－1＝
g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝%。
2．沉淀法：
(1)测定原理：Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl。
依据BaCO3沉淀的质量，确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。
(2)实验操作：先将m
g纯碱样品溶于水配成溶液，向溶液中加入过量的BaCl2溶液，经过滤、洗涤、干燥得BaCO3沉淀的质量为n
g。
(3)数据处理：
纯碱样品中Na2CO3的质量为×106
g·mol－1＝
g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝×100%。
1．鉴别Na2CO3和NaHCO3的四大方法：
(1)利用热稳定性不同。
(2)相同条件下利用反应速率不同。
(3)利用阴离子的不同。
(4)利用溶液的碱性不同。
2．Na2CO3、NaHCO3与酸反应的定量比较：
(1)速率：相同条件下，NaHCO3放出CO2的速率比Na2CO3快。
(2)耗酸量：等质量或等物质的量的Na2CO3与NaHCO3均为前者耗酸量多。
(3)CO2生成量比较。
①等物质的量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的盐酸反应，产生CO2的量相等。
②等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的盐酸反应，NaHCO3产生的CO2多。
③等物质的量的HCl与足量的Na2CO3、NaHCO3分别反应，NaHCO3产生的CO2多。
命题点1：碳酸钠、碳酸氢钠的性质及鉴别(基础性考点)
1．(2021·衡阳模拟)下列有关Na2CO3和NaHCO3比较中，不正确的是(　　)
A．热稳定性：Na2CO3＞NaHCO3
B．相同温度下，0.1
mol·L－1盐溶液的pH：Na2CO3＞NaHCO3
C．等质量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量盐酸反应放出气体的量：Na2CO3D．相同温度下，0.1
mol·L－1盐溶液分别与0.1
mol·L－1
HCl反应的剧烈程度：Na2CO3＞NaHCO3
【解析】选D。热稳定性：Na2CO3＞NaHCO3，A正确；相同温度、相同浓度情况下，CO的水解程度大于HCO，0.1
mol·L－1两种盐溶液的pH：Na2CO3＞NaHCO3，B正确；相同质量的两种盐与足量的HCl反应产生CO2气体的量：Na2CO3＜NaHCO3，C正确；在相同浓度、相同温度情况下，碳酸氢钠与盐酸反应比碳酸钠与盐酸反应剧烈，D错误。
命题点2：碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应图象(综合性考点)
2．将2.5
g碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的固体混合物完全溶于水，制成稀溶液，然后向该溶液中逐滴加入1
mol·L－1的盐酸，所加入盐酸的体积与产生CO2的体积(标准状况)关系如图所示：
(1)写出OA段所发生反应的离子方程式：________________________________
___________________________________________________________________。
(2)当加入35
mL盐酸时，产生CO2的体积为________mL(标准状况)。
(3)原混合物中NaOH的质量为________g，碳酸钠的质量分数为________。
【解析】(1)结合H＋能力：OH－>CO>HCO，因此OA段发生反应的离子方程式为OH－＋H＋===H2O，CO＋H＋===HCO。
(2)加入盐酸25～35
mL，反应的离子方程式为HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，因此产生CO2的体积为(35－25)×10－3
L×1
mol·L－1×22.4
L·mol－1＝0.224
L＝224
mL。
(3)设NaOH为x
mol，Na2CO3为y
mol，NaHCO3为z
mol，根据题意有40x＋106y＋84z＝2.5，y＋z＝(45－25)×10－3×1，x＋y＝25×10－3×1，三式联立解得x＝0.015，y＝z＝0.01，因此氢氧化钠的质量为0.015
mol×40
g·mol－1＝0.6
g，碳酸钠的质量分数为0.01
mol×106
g·mol－1/2.5
g×100%＝42.4%。
答案：(1)OH－＋H＋===H2O，CO＋H＋===HCO
(2)224　(3)0.6　42.4%
命题点3：碳酸钠、碳酸氢钠质量分数的测定(应用性考点)
3．为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少量NaCl)，准确称量W
g样品进行实验，下列实验方法所对应的实验方案和测量数据合理的是(　　)
选项
实验方法
实验方案
测量数据
A
滴定法
将样品配成100
mL溶液，取10
mL，加入酚酞，用标准盐酸滴定
消耗盐酸的体积
B
量气法
将样品与盐酸反应，生成的气体全部被碱石灰吸收
碱石灰增加的质量
C
重量法
将样品放入烧瓶中，置于电子天平上，加入足量盐酸
减少的质量
D
量气法
将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气
排出水的体积
【解析】选A。用酚酞作指示剂时，Na2CO3与盐酸发生反应Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，依据消耗盐酸的量可以计算出样品中Na2CO3的量，进而确定样品中Na2CO3的质量分数，A项正确；测量碱石灰增重的方法是重量法而不是量气法，B项错误；样品中加入足量盐酸，因盐酸的质量未知，无法通过重量法测量Na2CO3的质量，C项错误；因部分CO2能溶解到水里，与水反应生成H2CO3，故排出水的体积并不是CO2的体积，D项错误。
4．实验室按如下装置测定纯碱(含少量NaCl)的纯度。下列说法不正确的是(　　)
A.滴入盐酸前，应将装置中含有CO2的空气排尽
B.装置①、④的作用是防止空气中的CO2进入装置③
C.必须在装置②、③间添加盛有饱和
NaHCO3溶液的洗气瓶
D.反应结束时，应再通入空气将装置②中CO2转移到装置③中
【解析】选C。根据实验目的和装置图，实验原理为样品与盐酸反应产生的CO2用足量Ba(OH)2溶液吸收，通过测量装置③中产生沉淀的质量计算纯碱的纯度。A项，为了排除装置中含有CO2的空气对CO2测量的影响，滴入盐酸前，应将装置中含有CO2的空气排尽，正确；B项，装置①中NaOH溶液的作用是吸收通入的空气中的CO2，防止空气中CO2进入装置③中，装置④的作用是防止外界空气中的CO2进入装置③中，正确；C项，由于盐酸具有挥发性，反应产生的CO2中混有HCl，若在装置②、③间添加盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，HCl与NaHCO3反应产生CO2，使得测得的CO2偏大，测得纯碱的纯度偏大，错误；D项，为了保证测量的CO2的准确性，反应结束，应继续通入除去CO2的空气将滞留在装置②中CO2全部转移到装置③中，正确。
5．已知某纯碱样品中含有少量NaCl杂质，为测定该样品中纯碱的质量分数，可用如图所示的装置进行实验。
主要实验步骤如下：
①按如图所示装置来组装仪器，并检查装置的气密性；
②将a
g纯碱样品放入锥形瓶中，加入适量蒸馏水溶解，得到纯碱样品溶液；
③称量盛有碱石灰的U形管的质量为b
g；
④通过分液漏斗滴入6
mol·L－1的硫酸，直到不再产生气体为止；
⑤从导管A处缓缓鼓入一定量的空气；
⑥再次称量盛有碱石灰的U形管的质量为c
g；
⑦重复步骤⑤和⑥的操作，直到U形管的质量基本不变，为d
g。请回答下列问题：
(1)在用托盘天平称量样品时，如果天平的指针向左偏转，说明____________。
(2)装置中干燥管B的作用是____________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)如果将分液漏斗中的硫酸换成物质的量浓度相同的盐酸，测量结果将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
(4)步骤⑤的目的是___________________________________________________。
(5)步骤⑦的目的是___________________________________________________。
(6)该样品中纯碱的质量分数为_________________________________________。
(7)还可以用其他实验方法测定该样品中纯碱的质量分数。请简述一种不同的实验方法。_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
【解析】(1)用托盘天平称量样品时，如果天平的指针向左偏转，说明样品质量较大。
(2)根据U形管的增重计算纯碱的质量，装置中干燥管B的作用是防止空气中的CO2与水蒸气进入U形管。
(3)如果将分液漏斗中的硫酸换成物质的量浓度相同的盐酸，因盐酸有挥发性，使U形管的质量增重，测量结果将偏高。
(4)步骤⑤的目的是将反应产生的CO2全部赶入U形管中。
(5)步骤⑦的目的是保证产生的CO2被充分吸收，减小误差。
(6)U形管反应前后质量增加(d－b)g，n(CO2)＝
mol，该样品中纯碱的质量分数是×100%。
(7)也可以向一定量的纯碱样品溶液中加入足量BaCl2溶液，经过滤、洗涤、烘干、称量沉淀质量的方法测定样品中纯碱的质量分数。
答案：(1)样品质量较大　(2)防止空气中的CO2与水蒸气进入U形管　(3)偏高　(4)将反应产生的CO2全部赶入U形管中　(5)保证产生的CO2被充分吸收，减小误差　(6)×100%
　(7)向一定量的纯碱样品溶液中加入足量BaCl2溶液，经过滤、洗涤、烘干、称量沉淀质量的方法测定样品中纯碱的质量分数(其他合理答案均可)
【加固训练—拔高】
1．有甲、乙两个完全相同的装置，分别在它们的侧管中装入1.
06
g
Na2CO3和0.84
g
NaHCO3，试管中各有10
mL
2.5
mol·L－1盐酸(如图)，同时将两个侧管中的物质全部倒入各自的试管中，下列叙述正确的是(　　)
A．甲装置的气球膨胀速率大
B．只有乙装置中盐酸过量
C．最终两气球体积相同
D．最终两溶液中Na＋、Cl－的物质的量相同
【解析】选C。碳酸钠和盐酸反应分步进行，先生成碳酸氢钠，后碳酸氢钠和盐酸反应生成二氧化碳，所以甲装置的气球膨胀速率小，A错误；1.06
g
Na2CO3和0.84
g
NaHCO3的物质的量相同，都是0.01
mol，HCl的物质的量为0.025
mol，根据方程式NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑，Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑知，盐酸在甲、乙装置中均过量，B错误；最终两气球体积相同，均产生0.01
mol
CO2，C正确；1.06
g
Na2CO3和0.84
g
NaHCO3的物质的量相同，都是0.01
mol，所以Na2CO3和NaHCO3中钠离子的物质的量不同，故最终两试管中Na＋的物质的量一定不相同，D错误。
2．过碳酸钠(Na2CO4)是一种很好的供氧剂，其与稀盐酸反应的化学方程式为2Na2CO4＋4HCl===4NaCl＋2CO2↑＋O2↑＋2H2O。市售过碳酸钠一般都含有碳酸钠，为测定某过碳酸钠样品(只含Na2CO4和Na2CO3)的纯度，某化学兴趣小组采用以下两种方案实施：
(1)操作①和③的名称分别为____________________。
(2)上述操作中，使用到玻璃棒的有________(填操作序号)。
(3)请简述操作③的操作过程________________。
方案二：按如图安装好实验装置，Q为一塑料气袋，随意取适量样品于其中，打开分液漏斗活塞，将稀盐酸滴入气袋中至充分反应。
(4)为测定反应生成气体的总体积，滴稀盐酸前必须关闭________，打开________(填“K1”“K2”或“K3”)。导管A的作用是____________。
(5)当上述反应停止后，使K1、K3处于关闭状态，K2处于打开状态，再缓缓打开Kl。B中装的固体试剂是____________，为何要缓缓打开K1？________________
___________________________________________________________________。
(6)实验结束时，量筒Ⅰ中有x
mL水，量筒Ⅱ中收集到了y
mL气体，则样品中过碳酸钠的质量分数是________________。
【解析】样品称量可以得到样品质量为m1
g，加入稀盐酸溶解后，反应后得到溶液为氯化钠溶液，蒸发结晶得到氯化钠，称量得到固体氯化钠的质量为m2
g。
(1)操作①为称量固体质量，操作③为结晶得到氯化钠固体。
(2)固体溶解需要玻璃棒搅拌加速溶解，溶液中得到溶质固体需要在蒸发皿中加热蒸发结晶，过程中需要玻璃棒搅拌，受热均匀，上述操作中，使用到玻璃棒的有②③。
(3)溶液中得到溶质固体的方法是加热蒸发结晶，具体操作为得到的溶液在蒸发皿中加热蒸发，用玻璃棒不断搅拌到大量晶体析出，停止加热靠余热蒸发剩余的水分得到氯化钠固体。
(4)实验开始后，反应产生的CO2、O2使气球变大，将广口瓶中气体排出，水进入量筒Ⅰ中，所以量筒Ⅰ中水的体积即为产生的CO2、O2的体积，所以滴稀盐酸前必须关闭K1、K2打开K3，为使分液漏斗内液体顺利流下，应使
分液漏斗内外压强相等，所以导管A的作用是平衡分液漏斗上下的压强，使液体顺利流下。
(5)用碱石灰吸收二氧化碳，量筒Ⅱ中排出液体的体积为氧气体积，缓缓打开K1，让生成的二氧化碳能充分被B中碱石灰吸收，使量筒内收集到纯净的氧气。
(6)量筒Ⅰ中有x
mL水，则CO2、O2的总体积为x
mL，量筒Ⅱ中收集到了y
mL气体，则O2总体积为y
mL，则反应2Na2CO4＋4HCl===4NaCl＋2CO2↑＋O2↑＋2H2O，生成的二氧化碳为2y
mL，碳酸钠反应生成二氧化碳为(x－y－2y)＝(x－3y)
mL，生成二氧化碳物质的量之比为2y∶(x－3y)，则Na2CO4与碳酸钠的物质的量之比为2y∶(x－3y)，故样品中过碳酸钠的质量分数是×100%＝×100%。
答案：(1)称量、蒸发结晶　(2)②③　(3)得到的溶液在蒸发皿中加热蒸发，用玻璃棒不断搅拌到大量晶体析出，停止加热靠余热蒸发剩余的水分得到氯化钠固体
(4)K1、K2　K3　平衡分液漏斗上下的压强，使液体顺利流下　(5)碱石灰　让生成的二氧化碳能充分被B中碱石灰吸收，使量筒内收集到纯净的氧气
(6)×100%
考点四　碱金属元素性质与焰色反应(命题指数★★★)
1．碱金属的相似性与递变性：
相似性
递变性(由Li→Cs)
原子结构
最外层均为1个电子
电子层数逐渐增多核电荷数逐渐增大原子半径逐渐增大
元素性质
都具有较强的金属性,最高正价均为+1价
金属性逐渐增强
单质性质
物理性质
(除Cs外)都呈银白色,密度较小,熔、沸点较低
密度逐渐增大(钾反常),熔、沸点逐渐降低
化学性质
都具有较强的还原性
还原性逐渐增强;与O2反应越来越剧烈,产物越来越复杂
2.焰色反应：
(1)概念。
某些金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特殊的颜色，属于物理变化，
是元素的性质。
(2)常见元素的焰色。
钠元素黄色；钾元素紫色(透过蓝色钴玻璃观察)；铜元素绿色，钡元素黄绿色，锂元素紫红色。
判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)用铂丝蘸取某碱金属的盐溶液灼烧，火焰呈黄色，证明其中含有Na＋。(　　)
提示：√。用铂丝蘸取盐溶液在火焰上灼烧，进行焰色反应，火焰为黄色，说明该盐溶液中一定有Na＋。
(2)焰色反应是金属化合物的性质。(　　)
提示：×。焰色反应是某些金属元素的性质。
(3)观察K＋需要透过蓝色钴玻璃。(　　)
提示：×。做焰色反应观察K＋需要透过蓝色钴玻璃。
(4)碱金属都可以保存在煤油中。(　　)
提示：×。金属锂的密度小于煤油的密度，会浮在煤油的上面，不能保存在煤油中。
(5)碱金属与水反应，均漂浮在水面上。(　　)
提示：×。铷、铯的密度比水的密度大，与水反应时，沉入水的下面。
(6)每次实验焰色反应后都要用硫酸清洗铂丝。(　　)
提示：×。进行焰色反应实验时，金属在火焰灼烧过程中发生反应生成氧化膜，对实验产生干扰，所以洗涤铂丝的目的是除去这层氧化膜，应该选用酸性物质反应除去。用稀硫酸洗涤，反应生成沸点很高的硫酸盐，不容易除去，用稀盐酸洗涤，反应生成的氯化物加热灼烧容易除去。
【加固训练—拔高】
(1)利用铯原子钟，人们可以十分精确地测量出十亿分之一秒的时间，精确度和稳定性远远地超过世界上以前有过的任何一种表，也超过了许多年来一直以地球自转作基准的天文时间。在自然界中有没有游离态的铯？
提示：根据碱金属性质的递变规律，Cs的金属性比K强，故自然界中没有游离态的铯。
(2)如何利用物理方法鉴别K2CO3溶液和Na2SO4溶液？
提示：先用铂丝分别蘸取少量上述溶液，放到酒精灯上灼烧，看火焰颜色。若为黄色，为Na2SO4溶液；若透过蓝色钴玻璃观察为紫色，则为K2CO3溶液。
命题角度1：碱金属元素性质
【典例1】下列有关铯及其化合物的说法不正确的是(　　)
A．CsOH的碱性比KOH的强
B．铯与水或稀盐酸反应剧烈，都生成H2
C．Cs的还原性比Na的强，故Na＋的氧化性强于Cs＋
D．Li的金属性比Cs的强
【解析】选D。根据元素周期律，Cs的金属性比K强，故CsOH的碱性比KOH强，A项正确；Cs的化学性质与钠相似，Na能与水或稀盐酸反应产生H2，故Cs也能与水或稀盐酸反应产生H2，且反应更剧烈，B项正确；Cs的还原性强于Na，则Na＋得电子能力比Cs＋强，即氧化性：Na＋>Cs＋，C项正确；Li、Cs均为碱金属元素，Cs的电子层数多，更容易失去最外层电子，故金属性：Cs>Li，D项错误。
命题角度2：焰色反应
【典例2】焰色反应实验过程中铂丝的清洗和灼烧与钾焰色反应的观察两项操作如图所示：
下列叙述中不正确的是(　　)
A．每次实验中都要先将铂丝灼烧到火焰无色，再蘸取被检验物质
B．钾的焰色反应要透过蓝色钴玻璃观察
C．实验时最好选择本身颜色较深的火焰
D．没有铂丝可用无锈铁丝代替进行实验
【解析】选C。如果不将铂丝灼烧到火焰无色，会给样品火焰颜色带来干扰，A正确；观察钾的焰色时要透过蓝色钴玻璃，滤去黄光再观察，B正确；焰色反应应选择本身颜色较浅的火焰，C错误；铁丝与铂丝灼烧时都没有焰色，可以进行焰色反应的实验，D正确。
1．碱金属的特殊性：
(1)碱金属的密度一般随核电荷数的增大而增大，但钾的密度比钠的小。
(2)碱金属一般都保存在煤油中，但由于锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡中。
(3)碱金属跟氢气反应生成的碱金属氢化物都是离子化合物，其中氢以H－形式存在，显－1价，碱金属氢化物是强还原剂。
2．焰色反应的操作：
如图所示
命题点1：碱金属元素性质(基础性考点)
1．关于碱金属单质的下列叙述中正确的是(　　)
A．从锂→铯密度逐渐增大
B．在钠、钾、铯三种单质中，铯的熔点最低
C．铷的密度比钾大，熔点比钾高
D．金属钫的熔点比金属钠的熔点高
【解析】选B。碱金属元素随着原子序数的增大，其单质的熔点、沸点依次降低，密度依次增大(但钾反常)；钠、钾、铯三种单质中，钠的熔点最高，铯的熔点最低；而碱金属单质中，钫的熔点最低；铷与钾相比较，铷的密度比钾大，熔点比钾低。
【加固训练—拔高】
(2021·邯郸模拟)碱金属钫(Fr)具有放射性，它是碱金属元素中最重的元素，根据碱金属元素性质的递变规律预测其性质，其中不正确的是(　　)
A.在碱金属元素中它具有最大的原子半径
B.钫在空气中燃烧时，只生成化学式为Fr2O的氧化物
C.它的氢氧化物的化学式为FrOH，这是一种极强的碱
D.它能跟水反应生成相应的碱和氢气，由于反应剧烈而发生爆炸
【解析】选B。根据同主族元素性质的递变规律，从金属锂到金属钫随原子序数的递增，原子半径逐渐增大，元素的金属性逐渐增强，最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐增强，与水反应的剧烈程度逐渐增强，与氧气反应的产物越来越复杂，可以产生过氧化物、超氧化物等。
命题点2：焰色反应(基础性考点)
2．明代宋应星所著的《天工开物》被誉为“17世纪中国工艺百科全书”。下列说法错误的是(　　)
A．“纷纷灿烂如星陨，喧豗似火攻”描述了钠、铁等金属的焰色反应
B．“凡盐，见水即化”，此处所讲“盐”即食盐
C．灼烧白色粉末，火焰呈黄色，证明原粉末中有Na＋，无法确定是否有K＋
D．高压钠灯发出透雾性强的黄光是利用了焰色反应的原理
【解析】选A。钠的火焰呈黄色，但铁的火焰无色，所以诗句中描述的焰色反应不包含金属铁，故A错误；“凡盐，见水即化”中所讲的“盐”即食盐，溶解度较大，易溶于水，故B正确；灼烧白色粉末，火焰呈黄色，证明原粉末中有Na＋，并不能证明无K＋，Na＋焰色反应为黄色，可遮住紫光，K＋焰色反应需透过蓝色的钴玻璃滤去黄光后观察，故C正确；钠的焰色反应为黄色，则高压钠灯发出透雾性强的黄光是利用了焰色反应的原理，故D正确。
【加固训练—拔高】
为鉴别K2CO3和NaHCO3两种白色固体，有4位同学分别设计了下列四种不同的方法，其中不可行的是(　　)
A．分别加入1
mol·L－1的盐酸，看气泡产生的快慢
B．分别取样在试管中加热，将可能产生的气体通入澄清石灰水中，观察有无白色浑浊
C．分别取样配成溶液，滴加Ba(OH)2溶液，观察有无白色沉淀
D．分别配成溶液，做焰色反应实验，观察火焰的颜色
【解析】选C。A项，因K2CO3与盐酸反应分步进行，先生成碳酸氢钾，盐酸过量时才生成气体，故可行；B项，K2CO3受热不分解，NaHCO3受热分解产生CO2，故可行；C项，二者与Ba(OH)2溶液反应都产生白色沉淀BaCO3，故不可行；D项，钾的焰色反应为紫色(透过蓝色钴玻璃观察)，钠的焰色反应为黄色，故可行。
1．下列说法正确的是(　　)
A．(2020·浙江7月选考)Na2O在空气中加热可得固体Na2O2
B．(2019·全国Ⅱ卷)Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色2Na2O2===2Na2O＋O2↑
C．(2019·江苏高考)室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2
D.(2018·江苏高考)NaHCO3受热易分解，可用于制胃酸中和剂
【解析】选A。无水状态下Na2O2比Na2O更稳定，Na2O在空气中加热可以生成更稳定的Na2O2，A正确；Na2O2在空气中放置，会与空气中的CO2和水蒸气反应，最终生成Na2CO3，B错误；常温下，Na与O2反应生成Na2O，在加热条件下，Na与O2生成Na2O2，C错误；NaHCO3可以与胃酸中的HCl反应，不是因为其受热易分解的性质，D错误。
2．下列有关叙述正确的是
(　　)
A．(2020·山东等级考)用二氧化碳灭火器扑灭金属钾的燃烧
B．(2020·山东等级考)小苏打用作食品膨松剂中涉及氧化还原反应
C．(2017·江苏高考)Na2O2吸收CO2产生O2，可用作呼吸面具供氧剂
D．碳酸钠不可用于去除餐具的油污
【解析】选C。K燃烧有K2O2、KO2生成，K2O2、KO2和CO2反应生成O2助燃，所以不能用CO2灭火器扑灭金属钾的燃烧，A错误；小苏打即NaHCO3，NaHCO3受热分解产生无毒的CO2，因此可用小苏打作食品膨松剂，不涉及氧化还原反应，B错误；人呼出CO2，经Na2O2反应生成O2，故可作供氧剂，C正确；碳酸钠溶液显碱性，会使油污中的油脂发生水解生成可溶性的物质而除去，D错误。
【加固训练—拔高】
(2016·江苏高考)根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，经过制取氨气、制取NaHCO3、分离NaHCO3、干燥NaHCO3四个步骤。下列图示装置和原理能达到实验目的的是(　　)
　
【解析】选C。制NH3需要NH4Cl与Ca(OH)2反应，A项错误；通CO2的方向错，应长进短出，B项错误；NaHCO3的溶解度小，可用过滤法分离，C项正确；加热NaHCO3会分解，D项错误。
1．特殊的颜色：Na2O2——淡黄色固体。
2．特殊的存放：Na、K保存在煤油中。
3．钠与水(或水溶液)反应的四个共同现象——“浮、游、熔、响”。
4．必记的五个反应：
(1)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。
(2)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。
(3)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2。
(4)Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑。
(5)Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3。
5．Na2CO3与NaHCO3鉴别的四种方法：
(1)固体加热法。(2)加盐酸法。(3)加CaCl2溶液法。
(4)测等浓度溶液的pH法。
6．碱金属的焰色反应：
钠——黄色；钾——紫色(透过蓝色的钴玻璃)
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