1、1第 6 课时 归纳拓展高考考查新载体(两性金属与变价金属)高考题“题在书外、理在书中” ，陌生金属元素及其化合物，虽然考试大纲中没有要求掌握，但在高考题中却经常涉及，如元素 Mn、Cr、Co、Ni、Be 等。命题者常以此类元素及其化合物为载体，命制考纲中要求的元素及其化合物的性质、化学方程式(离子方程式)、反应理论、相关实验等方面的问题。虽然高考不要求，但平时多了解、认识、储备相关物质及其性质，更有利于考生读题、审题和解题。类型一 两性金属及其化合物(一 )铍 和 铝 有 相 似 的 化 学 性 质1二者均能溶于酸溶液也能溶于碱溶液Be2NaOH2H 2O=Na2Be(OH)4H 2或 Be
2、2NaOH= =Na2BeO2H 22Al2NaOH6H 2O=2NaAl(OH)43H 2或 2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 22两者的氢氧化物均为两性氢氧化物，易溶于强碱溶液Be(OH)22NaOH= =Na2Be(OH)4或 Be(OH)22NaOH= =Na2BeO22H 2OAl(OH)3NaOH= =NaAl(OH)4 或 Al(OH)3NaOH= =NaAlO22H 2O典例 1 铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，已知反应：BeCl2Na 2BeO22H 2O=2NaCl2Be(OH) 2能完全进行，则下列推断正确的是( )ABe(OH) 2既能溶于盐酸，又能溶
3、于 NaOH 溶液B因 BeCl2水溶液的导电性强，故 BeCl2是离子化合物C常温下 Na2BeO2溶液的 pH7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为 BeOD常温下 BeCl2溶液的 pH7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物是 BeCl2解析 铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，Be(OH) 2与 Al(OH)3性质相似，Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于 NaOH 溶液，A 正确；某些共价化合物水溶液的导电性也较强，B 错误；Na 2BeO2溶液蒸干灼烧后得到 Na2BeO2，C 错误；常温下 BeCl2溶液的 pHCo(OH)2Ni(OH)2Fe(OH) 2在空气中极易被氧化成 Fe(OH)
4、3Co(OH) 2在空气中被 O2氧化的速度较慢；可以被强氧化剂(H2O2)迅速氧化Ni(OH) 2在空气中不易被氧化，只有在更强的氧化剂条件下才会氧化生成 Ni(OH)3离子存 Co()、Ni()仅能够存在于固 与氨水反 Fe(OH) 2 Fe(OH) 35在状态 态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应(镍同)4Co3 2H 2O=4Co2 4H O 2Fe3 在酸性溶液中可以稳定存在应 Co(OH) 2 Co(NH 3)62Ni(OH) 2 Ni(NH 3)62借此反应，可以使三种离子分离结论与解释由于 Fe(OH)2的稳定性弱于 Co(OH)2、Ni(OH) 2，故三者的还原性存在规
5、律：Fe(OH)2Co(OH)2Ni(OH)2，因此三者与氧化剂和氨水反应的条件与产物也不同由于铁、钴、镍的核电荷数依次增大，故对电子的吸引能力依次增强，所以正三价的氧化性呈现如下规律：Fe()Co()Ni()提醒 Co(OH) 2可被氧气缓慢地氧化成棕褐色 Co(OH)3，Ni(OH) 2与氧气不反应，可采用较强的氧化剂将其氧化。Co(OH) 3、Ni(OH) 3在 H2SO3溶液中被还原：2Co(OH)34H SO =2Co2 SO 5H 2O23 242Ni(OH)34H SO =2Ni2 SO 5H 2O23 243铁、钴、镍盐溶液的氧化性与还原性(1)在酸性溶液中，Fe 2 、Co
6、2 、Ni 2 分别是铁、钴、镍离子的稳定状态。高价态的铁()、钴()、镍()在酸性溶液中都有很强的氧化性，空气中的 O2能将酸性溶液中的Fe2 氧化成 Fe3 ，但不能将 Co2 、Ni 2 氧化成 Co3 和 Ni3 。(2)在碱性介质中，铁的最稳定价态是3，而钴、镍的最稳定价态仍是2，在碱性介质中，将低价态的 Fe()、Co()、Ni()氧化成高价态比酸性介质中容易。典例 1 有关钴、镍和铁化合物的性质见下表：化学式 沉淀完全时的 pH 钴镍性质Co(OH)2 9.4Fe(OH)2 9.6Fe(OH)3 3.7Co2HCl= =CoCl2H 2Co2 2NH 3H2O=Co(OH)22N
7、H 4Co2 2H 2OCo(OH) 22H Ni2HCl= =NiCl2H 2Ni2 6NH 3H2O=Ni(NH3)62 6H 2O氯化钴可用于化学反应催化剂、油漆催干剂、干湿指示剂、啤酒泡沫稳定剂、陶瓷着色剂、制造隐显墨水等。用金属钴板(含少量 Fe、Ni)制备氯化钴的工艺流程如下：6钴与盐酸反应极慢，需加入催化剂硝酸才可能进行实际生产。(1)“除镍”步骤中，氨水用量对反应收率的影响，见下表：加氨水调 pH 收率/% Ni2 含量/%9 98.1 0.089.5 98 0.0510 97.6 0.00510.3 94 0.005从表中可知 pH_时，除镍效果最好。(2)“除镍”步骤必须控
8、制在一定的时间内完成，否则沉淀将有部分 Co(OH)3生成，试写出反应的化学方程式： _。(3)“除铁”步骤中加入双氧水发生反应的离子方程式是_。(4)“除铁”步骤中加入的纯碱作用是_。(5)在“调 pH”步骤中，加盐酸的作用是_。(6)已知 25 时， KspFe(OH)34.010 38 ，则该温度下反应 Fe3 3H 2OFe(OH)33H 的平衡常数为_。解析 (1)根据表中的数据知道，当 pH 等于 10 的时候，收率高，镍离子的含量最小，除镍效果最好。(2)Co(OH) 2中的2 价钴易被氧化到3 价，发生反应的化学方程式为4Co(OH)2O 22H 2O=4Co(OH)3。(3)
9、加入的双氧水把 Fe2 氧化为 Fe3 ，发生反应的离子方程式为 2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H 2O。(4)加入的纯碱和酸反应，让 Fe3 形成沉淀而除去。(5)Co 2 是弱碱阳离子，发生水解显酸性，加入盐酸可以防止 Co2 水解。(6)KspFe(OH)3 c(Fe3 )c3(OH )4.010 38 ，反应 Fe3 3H 2OFe(OH) 33H 的平衡常数 K 2.510 5 。c3(H )c(Fe3 ) c3(H )c3(OH )c(Fe3 )c3(OH ) K3WKspFe(OH)3 10 424.010 38答案 (1)10(2)4Co(OH)2O 22H 2O=4
10、Co(OH)3(3)2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H 2O(4)使得 Fe3 转化为 Fe(OH)3沉淀而除去(5)防止 Co2 水解 (6)2.510 5(二 )锰 元 素 化 合 物 的 性 质7锰元素的常见价态有7、6、4、3、2，Mn 2 在酸性溶液中的稳定性强于在碱性溶液中的稳定性。1Mn 2 的性质(1)酸性介质只有很强的氧化剂(铋酸钠、二氧化铅)才能氧化 Mn2 到 MnO ： 42Mn2 5BiO 14H =5Bi3 2MnO 7H 2O 3 42Mn2 5PbO 24H =2MnO 5Pb 2 2H 2O 4介质不能用盐酸，因为 Cl 有还原性；Mn 2 的量不能太
11、多，否则：2MnO 3Mn 2 2H 2O=5MnO24H 。 4(2)碱性介质在碱性条件下 Mn2 容易被氧化ClO Mn 2 2OH =Cl MnO 2H 2O2Mn()化合物的性质MnO 存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境均发生歧化。243MnO 2H 2O=2MnO MnO 24OH 24 43MnO 4H =2MnO MnO 22H 2O24 43KMnO 4的性质热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：4KMnO42H 2O 4MnO23O 24KOH= = = = =光 照 (1)在酸性介质中，MnO 具有强氧化性，本身被还原为 Mn2 。 4MnO 5Fe 2 8H =Mn2 5
12、Fe 3 4H 2O 42MnO 16H 10Cl =2Mn2 5Cl 28H 2O 42MnO 6H 5H 2C2O4=2Mn2 10CO 28H 2O 42MnO 6H 5H 2O2=2Mn2 5O 28H 2O 4(2)在碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnO 仍旧是氧化剂，本身被还原为 MnO2。 42MnO I H 2O=2MnO2IO 2OH 4 3(3)在强碱性溶液中，当 MnO 过量时，还原产物是 4MnO ，2MnO SO 2OH =2MnO SO H 2O。24 4 23 24 24典例 2 高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿(主要成分 MnO2)制备
13、高锰酸钾的流程图。8(1)软锰矿粉碎的目的是_。软锰矿、KOH 混合物在空气中加热熔融反应生成 K2MnO4的化学方程式为_。操作的名称为_。(2)反应 b 的化学方程式为_。以上生产流程中可循环利用的物质是 Ca(OH)2、CO 2、_、_。工业上用上述原理生产 KMnO4方法产率较低，较好的制备方法是电解法。用 Pt 作阳极，Fe 作阴极，电解 K2MnO4溶液，阳极的电极反应式为_。(3)KMnO4是一种较稳定的化合物，但日光对 KMnO4溶液的分解有催化作用，生成MnO2、KOH 和 O2。而 MnO2也是该分解反应的一种催化剂，请你设计一个实验方案，验证MnO2对该分解反应具有催化性
14、。简述实验操作、现象及相关结论：_。解析 (1)将软锰矿粉碎的目的是增大反应物的接触面积，提高反应速率和效率，MnO2与 KOH 和 O2发生氧化还原反应生成 K2MnO4和水，化学方程式为 2MnO2O 24KOH2K2MnO42H 2O，由 KMnO4粗晶体制得 KMnO4晶体用重结晶的方法。= = = = = (2)反应 b 是 K2MnO4在水溶液中与 CO2反应生成 KMnO4、K 2CO3和 MnO2，反应的化学方程式为 3K2MnO42CO 2=2KMnO42K 2CO3MnO 2。由流程图可知，制备 KMnO4的流程中循环使用的物质有 Ca(OH)2、CO 2、MnO 2和 K
15、OH。电解 K2MnO4制 KMnO4的阳极反应式为 MnOe =MnO 。24 4(3)利用对比实验，通过 KMnO4溶液紫红色褪色时间的长短来比较 MnO2对 KMnO4分解反应是否有催化作用。答案 (1)增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应物反应完全2MnO2O 24KOH 2K2MnO42H 2O 重结晶= = = = = (2)3K 2MnO42CO 2=2KMnO42K 2CO3MnO 2MnO2 KOH MnO e =MnO24 4(3)取两份等体积、等浓度的 KMnO4溶液，在同样条件下，只在其中一份中加入少量MnO2，观察到加 MnO2的溶液紫红色褪去的较快，说明 MnO
16、2对 KMnO4分解有催化作用(其他合理答案也可)(三 )铬 及 其 化 合 物 的 性 质91铬的氧化物与氢氧化物Cr2O3和 Cr(OH)3具有两性，其转化关系如下：Cr3(紫 色 ) OH H Cr(OH)3(灰 蓝 色 ) OH H Cr(OH)4(绿 色 )相关反应的离子方程式：Cr 3 3OH =Cr(OH)3Cr(OH) 3OH =Cr(OH)4Cr(OH) 4 H =Cr(OH)3H 2OCr(OH) 33H =Cr3 3H 2O2铬元素的变价研究铬元素的常见价态有6、3、2。在酸性介质中，Cr 2 具有强的还原性，6 价铬(Cr2O 、CrO )具有强氧化性，Cr 3 的还原
17、性较弱，只有用强氧化剂才能将 Cr3 氧化27 24成 Cr2O ，在碱性介质中，CrO 的稳定性强。27 24铬()最重要的化合物是 K2Cr2O7，在水溶液中 Cr2O 和 CrO 存在下列平衡：27 242CrO 2H Cr 2O H 2O24 27(黄色) (橙红色)在碱性溶液中，Cr(OH) 4 可以被 H2O2氧化为 CrO ，在酸性溶液中 CrO 转变为24 24Cr2O 。27(1)Cr()的还原性Cr3 在酸性条件下是稳定的，但在碱性条件下能氧化成CrO ，2Cr 3 3H 2O210OH =2CrO 8H 2O。24 24在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrO )可以被 H2O2或
18、 Na2O2氧化成铬酸盐 22CrO 3H 2O22OH =2CrO 4H 2O 2 242CrO 3Na 2O22H 2O=2CrO 6Na 4OH 2 24(2)Cr()的氧化性在酸性溶液中，Cr 2O 具有强氧化性，但在碱性溶液中 CrO 的氧化性要弱的多27 24Cr2O 3SO 8H =2Cr3 3SO 4H 2O27 23 24Cr2O 6I 14H =2Cr3 3I 27H 2O27Cr2O 6Cl 14H =2Cr3 3Cl 27H 2O27Cr2O 6Fe 2 14H =2Cr3 6Fe 3 7H 2O27典例 3 铬是不锈钢中一种重要的元素，铬的毒性与其存在的价态有关，低价
19、铬对人体基本无害，六价铬比三价铬毒性高 100 倍，并易被人体吸收且在体内蓄积，有关含铬化合物的相互转化关系如图甲。10回答下列问题：(1)从图甲中信息判断，Cr(OH) 3是_氢氧化物(填“酸性” 、 “碱性”或“两性”)，相关反应的离子方程式为_。(2)图甲中所示转化过程中需要加入氧化剂的是_(填写表示转化过程的小写字母)。(3)在水溶液中橙色的 Cr2O 与黄色的 CrO 有下列平衡关系：27 24Cr2O H 2O2CrO 2H 。27 24向 K2Cr2O7稀溶液中加入 NaOH 溶液后，溶液颜色的变化是_。(4)CrO3具有强氧化性，热稳定性较差，加热时逐步分解，其固体残留率随温度
20、的变化如图乙所示。(剩 余 固 体 的 质 量原 始 固 体 的 质 量 100%)三氧化铬在稀硫酸环境中氧化乙醇，CrO 3变为绿色的 Cr2(SO4)3，乙醇被完全氧化为CO2，则其化学方程式是_。图乙中 B 点所示固体的化学式是_。解析 (1)由图转化关系可知 Cr(OH)3可与酸反应生成 Cr3 ，离子方程式为 Cr(OH)33H =Cr3 3H 2O，与碱反应生成 CrO ，离子方程式为 Cr(OH) 23OH =CrO 2H 2O；(2)Cr 3 转化为 CrO ，CrO 转化为 CrO ，Cr 元素化合价升 2 24 2 24高，需加入氧化剂；(3)向 K2Cr2O7稀溶液中加入
21、 NaOH 溶液，平衡正向移动，颜色由橙色变为黄色；(4)酸性条件下，CrO 3和 C2H5OH 发生氧化还原反应生成 Cr2(SO4)3和 CO2，方程式为 4CrO3C 2H5OH6H 2SO4=2Cr2(SO4)32CO 29H 2O；设 CrO3的质量为 100 g，则CrO3中铬元素的质量为 100 g 52 g，B 点时固体的质量为 100 g76%76 5252 163g，Cr 的质量没有变，所以生成物中 Cr 元素的质量为 52 g，氧元素的质量为 76 g52 g24 g，Cr、O 原子个数比为 23，所以 B 点时剩余固体的成分是 Cr2O3。5252 2416答案 (1)
22、两性 Cr(OH) 33H =Cr3 3H 2O、Cr(OH) 3OH =CrO 2H 2O (2) 2dg(3)由橙色变为黄色 (4)4CrO 3C 2H5OH6H 2SO4=2Cr2(SO4)32CO 29H 2O 11Cr 2O3典例 4 已知在水溶液中 Cr2O 呈橙色，CrO 呈黄色，Cr 3 呈绿色，当 K2Cr2O727 24晶体溶于水时，存在下列平衡：Cr2O H 2O2CrO 2H 27 24(1)向 K2Cr2O7溶液中滴加 H2SO4溶液时，观察到的现象是_。(2)再向(1)中所得溶液中通入 H2S 气体，观察到溶液呈绿色，并有黄色沉淀生成，此反应的离子方程式是_。(3)
23、向(1)中所得的溶液中加入 KI 和淀粉的混合溶液，其现象是_，这时原溶液中数目减少的离子是_。解析 (1)K 2Cr2O7溶液中存在：Cr2O H 2O2CrO 2H 27 24(橙色) (黄色)向溶液中加入稀 H2SO4， c(H )增大，平衡左移， c(Cr2O )增大，溶液橙色加深。27(2)酸性条件下，Cr 2O 能将 H2S 氧化成 S，反应的离子方程式为27Cr2O 3H 2S8H =2Cr3 3S7H 2O。27(3)向 (1)中所得的溶液中加入 KI 和淀粉的混合溶液，Cr 2O 氧化 I 生成 I2，I 2遇27淀粉变蓝色，原溶液中减少的离子是 Cr2O 和 H 。27答案 (1)溶液橙色加深(2)Cr2O 3H 2S8H =2Cr3 3S7H 2O27(3)溶液呈蓝色 Cr 2O 、H 2712
