元素及其化合物知識是化學最基礎的主幹知識,是高考命題的載體和切入點,基於「元素及其化合物」的學科基礎地位,故將本部分內容作為二輪複習的序曲篇置於起始位置。
「元素及其化合物」在高考中既可以進行單獨考查,也可以滲透到概念題、基本理論題、實驗題中進行考查。研究近幾年的高考試題可以看出命題有以下特點:
(1)為基本概念、基本理論、化學實驗的考查提供背景和載體;在生產、生活的真實背景下尋找化學可以解釋或解決的設問點。
(2)試題主要以離子反應與判斷、化學反應式的書寫、氧化還原反應規律的應用、物質的檢驗提純、化學工業流程等題型來考查。
(3)與元素周期表、元素周期律結合考查更加緊密,是「位—構—性」知識的完美詮釋。
一、「元素及其化合物」考什麼、怎麼備考
[考什麼]
1.命題的重點仍將是鈉及其化合物(特別是Na2O2、Na2CO3、NaHCO3)的性質、鋁及其化合物的兩性、鐵及其化合物的性質、Fe2+與Fe3+之間的轉化關係、銅的冶煉及Cu(OH)2的性質等。
2.高考試題將會在選擇題中以離子方程式、氧化還原反應、物質的鑑別與分離等角度考查金屬元素及其化合物的性質,也會在非選擇題中以金屬元素的性質為載體,通過化工流程題、實驗題考查考生運用金屬元素的有關知識分析解決問題的能力。
[怎麼備考]
1.針對繁雜、零碎、分散,學生難以系統掌握和運用的知識,按照「知識主線、知識點、知識網」的方式,將知識結構化、網絡化、系統化,依據「由線引點,由點連網,由網成體(立體)」的程序進行複習,掌握金屬元素化合物的基本思路和方法,掌握單質及其化合物的性質,注意物質的特殊性質。
2.金屬與酸的相關計算以及涉及金屬及其化合物知識的混合計算是難點,與計算結合,既鞏固、加深對物質性質的理解和運用,又可提高分析和計算能力,是複習好金屬知識的重要一環。
[特別關注] 過渡金屬元素成為高考命題熱點
縱觀近幾年高考化學試題,在元素及其化合物的綜合考題中涉及過渡金屬元素的有很多,而且呈逐年增加的趨勢。除了鐵、銅正常考查外,在工業或生活應用比較廣的鈦、釩、鉻、錳、鈷等經常涉及。這些題常常結合化工工藝流程、化學實驗、最新科技發展成果等,依據流程圖中涉及的化學知識、化學原理設計問題,結合圖表考查考生的信息獲取能力、對比分析能力和理論聯繫實際的能力。這些題目的著眼點看起來比較高深,似乎與中學教學實際相脫節,但是細分析都是考查常規操作、元素化合物知識、化學反應原理等常規知識。
在複習備考時,要關注熱點知識和最新科技發展,兼顧基礎知識,突出能力的考查和培養。對於這類題目,要仔細審題,認真閱讀,分割聯繫,理解信息,掌握信息,運用信息,運用恰當的方法和技巧、綜合題目所給信息和中學化學知識解答。
(二)非金屬元素及其化合物
[考什麼]
1.熟悉和掌握重要的非金屬元素(包括Cl、Br、N、S、C、H、O、Si等)單質及其化合物的性質以及它們之間存在的相互轉化關係。
2.幾種重要氣體(包括H2、O2、CO2、Cl2、SO2、NH3以及NO2、NO等)的製取與淨化、陰離子(包括Cl-、Br-、I-、CO32-、SO42-、SO32-、S2-)和NH4+的檢驗、噴泉實驗等是實驗原理的基礎,也是非金屬元素專題的重要內容。
3.物質的工業製備及有關環境保護問題、碳的化合物及有關的溫室效應、微量非金屬元素與作物生長和人體健康的相關知識等,成為化學知識與工農業生產和日常生活相聯繫的紐帶,也是近年高考命題的熱點問題。
4.非金屬元素化合物的有關實驗是高考命題的主要內容。
[怎麼備考]
1.對非金屬元素知識的梳理,要以網絡形式找出各知識點的內在聯繫,運用物質結構、元素周期律的有關理論找出相關物質的共性與異性及規律,儘可能加強理解,減少死記硬背,把知識「盤熟」「盤活」。要將幾種重要的非金屬元素化合物(如幾種重要氣體等)的性質融合到氣體的製備、物質的鑑別、分離等實驗原理中去,可以減少高考實驗題中答題的盲目性。
2.用有關理論解釋無機非金屬材料和中學教材中不常見的非金屬元素相關物質的結構與性質,也備受命題者青睞。平時要學會從大量信息中抓主要信息,用熟悉的信息排除不熟悉的信息。
二、複習「元素及其化合物」需必備的理論支撐
1.為何將元素周期表、周期律前置複習
(1)知識相通,由個性到共性的升華
複習完典型金屬、非金屬元素後,緊接著複習元素周期表、元素周期律的知識,由點上升到面,知識嫁接水到渠成,同時元素周期律的理論又能指導具體元素化合物的知識,二者相輔相成。
(2)考查相連,位—構—性的完美詮釋
元素周期表、元素周期律一般在選擇題中考查,近幾年大多是依據元素周期表和原子結構推出元素,根據元素性質推斷原子半徑、最高價氧化物對應水化物的酸(鹼)性的強弱、非金屬氣態氫化物的穩定性、單質與水或H2的反應等。解題思路:信息→元素→金屬性和非金屬性關係→解答(位、構、性的關係)。有時也會結合元素化合物知識考查
元素性質。因此編者打破固有複習順序,將金屬元素、非金屬元素和元素周期表、元素周期律放在一起複習,二者相輔相成,知識銜接更加緊密,更能深刻理解「位—構—性」這一核心要點。
2.金屬元素與非金屬元素的原子結構
金屬元素
非金屬元素
最外層電子數
一般<4個,第ⅣA、ⅤA、ⅥA族個別元素除外
一般≥4個,H、He、B除外
化合價
正價
正價、負價都可能,F除外
原子半徑
同一主族元素:r金屬>r非金屬
3.金屬、非金屬元素在元素周期表中的位置
在使用的含118種元素的元素周期表中:金屬元素共95種,位於「硼—砹分界線」的左下方;非金屬元素共有23種,位於「硼—砹分界線」的右上方(H除外,含硼—砹分界線上的元素)。
第1講 金屬元素及其化合物
宏觀角度——抓共性、理線索,形成規律認知
一、金屬元素及其化合物的共性知識
1.金屬元素的共性
(1)從化學性質來看,在化學反應中金屬元素的原子易失電子,表現出還原性,其單質常作還原劑。
(2)從物理性質來看主要是:①金屬單質一般具有金屬光澤,大多數金屬為銀白色;②金屬除汞在常溫時為液態外,其他金屬單質在常溫時都呈固態;③金屬的密度一般較大,熔點較高;④金屬大都具有延展性,能夠傳熱、導電。
2.金屬元素形成的化合物
(1)金屬氧化物
化學式
Na2O
Na2O2
MgO
Al2O3
FeO
Fe2O3
分類
鹼性
氧化物
過氧
化物
鹼性
氧化物
兩性
氧化物
鹼性
氧化物
鹼性
氧化物
顏色
狀態
白色
固體
淡黃色
固體
白色
粉末
白色
固體
黑色
粉末
紅棕色
粉末
與水
作用
反應
生成
NaOH
反應
生成
NaOH
和O2
與水緩慢
反應生成
Mg(OH)2
不溶於水,也不與水反應
與酸
作用
反應生
成鈉鹽
和水
反應生
成鈉鹽、
水和
氧氣
反應生
成鎂鹽
和水
反應生
成鋁鹽
和水
反應生
成亞鐵
鹽和水
反應生
成鐵鹽
和水
氧化性
除Na2O2外,氧化性很弱,通常不能用還原劑還原
可用C、CO、Al、H2等還原,生成單質鐵
其他
反應
與CO2
反應
生成
Na2CO3
與CO2
反應
生成
Na2CO3
和O2
與NH4Cl
溶液反應
與強鹼
反應生
成偏鋁
酸鹽
與氧化
性酸反
應生成
鐵鹽
—
(2)金屬氫氧化物
化學式
NaOH
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
顏色
狀態
白色
固體
白色膠
狀沉澱
紅褐色
沉澱
白色
沉澱
藍色
沉澱
穩定性
穩定,
加熱
不分解
加熱分解
成Al2O3
和H2O
加熱分解
成Fe2O3
和H2O
不穩定,易
被氧化成
Fe(OH)3
易分解成
CuO和
H2O
與酸反應
均易與酸反應生成對應的鹽,若為氧化性酸,則Fe(OH)2還要被氧化
其他
反應
與鹽、
Cl2、Al、
Si、
Al(OH)3
反應
與強鹼溶
液反應
—
具有
還原性
新制
Cu(OH)2
懸濁液被
醛基還原
(3)含金屬離子鹽的檢驗
①用NaOH溶液檢驗
Cu2+
產生藍色沉澱
Fe3+
產生紅褐色沉澱
Fe2+
先產生白色沉澱,然後迅速變成灰綠色,最終變為紅褐色
Al3+
產生白色沉澱,繼續加入NaOH溶液,白色沉澱又會溶解
NH4+
共熱生成使溼潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體
②焰色反應
③特殊檢驗法
Fe3+
加入KSCN溶液呈紅色
Fe2+
加入KSCN溶液無現象,滴加新制氯水或雙氧水後溶液呈紅色
二、金屬元素及其化合物的知識線索
1.掌握常見金屬元素及其化合物的對應關係
單質
氧化物
對應的鹼
對應的鹽
Na
Na2O
NaOH
鈉鹽(NaCl、Na2CO3、NaHCO3)
Mg
MgO
Mg(OH)2
鎂鹽(MgCl2)
Al
Al2O3
Al(OH)3
鋁鹽(AlCl3)、
偏鋁酸鹽(NaAlO2)
Fe
FeO、
Fe2O3
Fe(OH)2、
Fe(OH)3
亞鐵鹽(FeCl2)、
鐵鹽(FeCl3)
2.形成「單質→氧化物→對應的鹼→對應的鹽」的思維線索(以金屬鈉為例)
微觀角度——明個性、知特徵,突破高考題點
考點一 「活潑」金屬的代表——鈉
[知能強化]
一、樹立轉化思想——成體系
1.形成知識「面」
2.掌握重要「點」
(1)鈉與水反應的離子方程式:2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑。
(2)Na2O2分別與H2O和CO2反應的化學方程式:2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑、2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2。
(3)向Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸的離子方程式:CO32-+H+===3-、HCO3-+H+===H2O+CO2↑。
(4)向飽和Na2CO3溶液中通入過量CO2的化學方程式:Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3↓。
(5)NaHCO3溶液與過量澄清石灰水反應的離子方程式:HCO3-+Ca2++OH-===CaCO3↓+H2O。
(6)NaHCO3溶液與少量澄清石灰水反應的離子方程式:Ca2++2OH-+2HCO3-===CaCO3↓+CO32-+2H2O。
二、深化知識能力——攻重難
1.金屬鈉與可溶性鹽溶液反應的一種思維模式
2.鈉的性質的兩點注意
(1)Na及其化合物發生焰色反應時火焰顏色均為黃色,且該變化為物理變化。鑑別Na、K利用焰色反應,二者混合時鑑別K元素要隔著藍色鈷玻璃。
(2)無論Na與O2反應生成Na2O還是Na2O2,只要參與反應的Na的質量相等,則轉移電子的物質的量一定相等。
3.碳酸鈉和碳酸氫鈉性質的三點應用
(1)Na2CO3和NaHCO3的鑑別
①熱穩定性不同
②和酸反應生成氣體的速率不同(相同條件下)
③陰離子不同
④溶液的酸鹼性
(2)Na2CO3與NaHCO3的相互轉化
(3)混合物的除雜
混合物
除雜方法及試劑
Na2CO3固體(NaHCO3)
加熱
NaHCO3溶液(Na2CO3)
通入足量CO2氣體
Na2CO3溶液(NaHCO3)
加入適量NaOH溶液
4.過氧化鈉結構與性質的四點防範
(1)Na2O2的電子式為
,陰陽離子個數比為1∶2。
(2)1 mol Na2O2與足量水或二氧化碳的反應中轉移的電子數目均為1 mol,即反應中水或二氧化碳既不作氧化劑,也不作還原劑。
(3)一定量的Na2O2與一定量的CO2和H2O(g)的混合物的反應,可看作Na2O2先與CO2反應,待CO2反應完全後,Na2O2再與H2O(g)發生反應。
(4)Na2O2投入品紅溶液中,因其有強氧化性,可使品紅溶液褪色,Na2O2投入無色酚酞溶液中,溶液先變紅後褪色。
5.鈉及其化合物的五大用途
物質
性質
用途
鈉
鈉具有較強的還原性
用於冶煉鈦、鋯、鈮等金屬
NaOH
NaOH能與油脂反應生成高級脂肪酸鈉
用於製取肥皂
NaHCO3
(小蘇打)
NaHCO3受熱分解,能與酸反應生成CO2
用作焙制糕點的膨鬆劑、胃酸中和劑
Na2CO3
(蘇打)
Na2CO3水解使溶液顯鹼性
用熱的純鹼溶液洗滌油汙
Na2O2
Na2O2與H2O、CO2反應均生成O2
作供氧劑
三、拓展認知層面——備高考
1.鉀及其重要化合物
鉀的活潑性超過鈉,鉀與O2反應除生成K2O2外,還生成KO2(超氧化鉀)。KO2的陰離子為O2-,有極強的氧化性,與H2O、CO2的反應分別為
2KO2+2H2O===2KOH+H2O2+O2↑、
4KO2+2CO2===2K2CO3+3O2。
2.鈣及其重要化合物
(1)鈣
①與水反應生成H2:Ca+2H2O===Ca(OH)2+H2↑。
②在空氣中燃燒:
Ca+O2點燃=====CaO2、3Ca+N2點燃=====Ca3N2。
(2)CaO2
①溶於酸生成H2O2:CaO2+2H+===Ca2++H2O2。
②與水反應:2CaO2+2H2O===2Ca(OH)2+O2↑。
③在鹼性條件下,CaCl2與H2O2反應可製得CaO2。
(3)草酸鈣(CaC2O4)
CaC2O4難溶於水,但溶於鹽酸:
CaC2O4+2H+===Ca2++CO↑+CO2↑+H2O。
未完待續!