既熟悉又陌生的金属元素——以金属元素为背景的试题解题策略初探

赵鑫光 程子晟

吉林

既熟悉又陌生的金属元素
——以金属元素为背景的试题解题策略初探

赵鑫光 程子晟

在高考化学试卷中的非选择题必考题和选考题的物质结构部分，经常以高中教材以外的金属元素作为命题背景，这体现了不同知识点的横向联系和高考命题的综合性。以学生不太熟悉的金属单质及其化合物为载体，综合考查化合物的制备与检验、化学基本概念、化学反应原理、物质结构与性质等方面的内容。本文选择几种典型的主族金属元素加以介绍。并配以例题、解析，以期学生通过练习掌握该类试题的解题策略。

一、金属锂及其化合物

(1)在ⅠA族碱金属中，锂原子半径最小，极化能力强，表现出与Na和K等的不同性质，它与ⅡA族里的Mg相似。

(2)锂与氧气反应生成氧化物Li2O，而不形成过氧化物和超氧化物；与氮气形成氮化物Li3N，而其他碱金属不能与N2直接化合；与碳反应生成乙炔锂(Li2C2)；与水反应生成氢气，但反应速率比Na或K缓慢得多。

(3)Li2CO3、Li3PO4和LiF等锂盐溶解度远远小于对应的钠盐和钾盐。

(6)LiCl·nH2O受热分解时发生水解，生成LiOH。

(7)LiCoO2一般作为锂离子电池的正极材料，发生如下反应：

【典例1】锂及锂的化合物在工业生产中有重要用途。

(1)如图为电解装置制备氢氧化锂的示意图，A、B均为惰性电极，两电极区的电解液分别为LiOH溶液和LiCl溶液中的一种。由示意图可知A极区应加入________(填化学式)电解液，该电解池的阳极反应为________，Li+的迁移方向是________(填“从A到B”或“从B到A”)。

(2)氢化铝锂(LiAlH4)是有机合成中重要的还原剂，可以还原酯、羧酸等有机化合物，则LiAlH4中，H元素的化合价为________。

(3)氢化锂和氯化铝在无水乙醚中可制得氢化铝锂，试写出制备方程式：____________。

(4)氢化铝锂与水剧烈反应生成氢气，该反应中的氧化剂是________；标准状况下生成11.2 L H2时转移的电子数为________。

二、金属钙及其化合物

【典例2】过氧化钙(CaO2)是一种白色、无毒、难溶于水的固体，能杀菌消毒，广泛用于果蔬保鲜、空气净化、污水处理等方面。工业生产过程如下：

①在NH4Cl溶液中加入Ca(OH)2；

②不断搅拌的同时加入30%H2O2，反应生成CaO2·8H2O 沉淀；

③经过沉淀、过滤、水洗得到CaO2·8H2O，再脱水干燥得到CaO2。

(1)第①步反应的化学方程式为________。第②步反应的化学方程式为____________。

(2)可循环使用的物质是________，工业上常采用Ca(OH)2过量而不是H2O2过量的方式来生产，这是因为

____________。

(3)CaO2·8H2O加热脱水的过程中，需不断通入不含二氧化碳的氧气，目的是____________。

(4)已知CaO2在350℃迅速分解生成CaO和O2。如图是实验室测定产品中CaO2含量的装置(夹持装置省略)。若所取产品质量是mg，测得气体体积为VmL(已换算成标准状况)，则产品中CaO2的质量分数为________(用字母表示)。

三、镓与铟及其化合物

(1)Ga熔点29.78℃，在手中融化，但Ga的沸点为2 403℃，是液相存在的温度范围最大的金属单质，常用于制造高温下使用的温度计。

(4)In2O3和In(OH)3几乎无两性表现，In2O3溶于酸，但不溶于碱。

【典例3】央视新闻频道2017年4月报道了由我国科学家发现的液态镓铟合金具有类生物学现象，这一发现开辟了一条构筑高性能纳米金属流体的新途径。

(1)镓是门捷列夫生前预言的“类铝”，它的原子序数为31，则它在元素周期表中的位置是________，镓铟合金熔点________(填“等于”“高于”或“低于”)金属镓。

(2)金属镓与铝类似，可以溶于氢氧化钠溶液，试写出相关的离子方程式：____________。

(3)氮化镓是新一代半导体材料，通常可由镓与氨气在1 300 K左右制备，试写出制备氮化镓的化学方程式：________________________。

(4)已知Al2S3不能在水中制备，Ga2S3与之类似，试用化学方程式解释原因：____________。

(5)GaAs也是一种半导体材料，它可由(CH3)3Ga与AsH3在1 000 K左右制得，该反应副产物是一种常见气态化合物，其在氧气中燃烧的方程式为____________。

四、锡及其化合物

【典例4】硫酸亚锡(SnSO4)，能溶于水，广泛用于镀锡工业，其制备路线如下图所示：

已知：①Sn在酸性溶液中存在两种形式Sn2+和Sn4+，其中Sn2+在空气中易被氧化。

②SnCl2易溶于水，在碱性条件下水解产物为Sn(OH)Cl。

③SnSO4溶解度随温度升高迅速增大。

(1)溶解SnCl2时为什么要用盐酸，请结合化学平衡移动原理加以解释:____________。

(2)加入Sn粉的作用除调节pH外还有________。

(3)若反应①得到的沉淀是SnO，则相关的离子方程式为___________；反应①后过滤的滤液中主要含________。

(4)操作①需要进行的具体操作及顺序是________。

(5)SnSO4在酸性条件下可用作H2O2的去除剂，其反应原理为________(用离子方程式表示)。

五、铅及其化合物

【典例5】铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题：

(1)铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。铅在元素周期表的位置为第________周期________族；PbO2的酸性比CO2的酸性________(填“强”或“弱”)。

(2)PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为____________。

(3)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为___________；PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为______________，阴极上观察到的现象是_______________；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为______________，这样做的主要缺点是____________。

(4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如图所示，已知失重曲线上的a点为样品失重的4.0%[(即样品起始质量—a点固体质量)/样品起始质量×100%]的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO，列式计算x值和m∶n值：________。

吉林省长春吉大附中实验学校)