巧依“三角”關系梳理有關知識

雖然金屬單質的性質只有一種可能，即它的還原性，金屬化合物的性質也需要通過分析金屬元素在化合物中的價態來決定，但所有的金屬化合物都具有氧化性。由于金屬元素的化學性質大多數情況下表現為金屬單質、金屬化合物之間存在的氧化還原反應關系，以及同價態金屬元素化合物之間存在的特殊轉化關系，因此，看似復雜的金屬元素的性質，只需要通過建立物質間固有的“三角”關系，即可把鎂、鋁、鐵等金屬元素的相關知識進行歸類和系統化，方便于理解與掌握。

一、 直觀明了的“鎂三角”

鎂元素相應物質的性質，主要體現在鎂單質、氯化鎂和氫氧化鎂三者之間的相互關系上，由鎂、氯化鎂、氫氧化鎂三種物質所建立起的“三角”關系，簡單、直觀、明了。

1.相關知識點拓展

在“鎂三角”關系之外還有一些典型的化學反應值得關注，需要在知識的系統化時加以拓展應用：（1）鎂可以在多種氣體（如氧氣、空氣、氮氣、二氧化碳等）中燃燒，生成氧化鎂、氮化鎂等；（2）鎂、氧化鎂、碳酸鎂等可以促進水溶液中高價陽離子的水解，通常用它們來調節氯化鎂溶液的pH值，以除去其中所含的氯化鐵、氯化鋁雜質；（3）碳酸鎂在加熱條件下可以與水發生水解反應，進而生成氫氧化鎂。

2.典型問題例析

例1 等質量的鎂條分別在下列氣體：（1）氮氣、（2）純氧、（3）空氣、（4）二氧化碳中充分燃燒，所產生的固體的質量從多至少的順序為____________。

解析 鎂條在上述氣體中燃燒時，分別生成了：（1）Mg3N2、（2）MgO、（3）MgO和Mg3N2混合物、（4）MgO和C混合物，由于這些固體中的鎂元素質量是相同的，因此，反應固體的質量分別由氧元素、氮元素及碳元素決定。已知在MgO和Mg3N2中，1 mol Mg燃燒后質量增加分別為16 g和 g，在（4）中所得固體中除了有MgO以外，還有C，故燃燒所得固體的質量從多至少的順序為：（4）＞（2）＞（3）＞（1）。

例2 等物質的量的下列物質：（1）鎂、（2）氧化鎂、（3）碳酸鎂、（4）碳酸氫鎂、（5）氫氧化鎂，充分溶解于同濃度、同體積的足量鹽酸中，所形成氯化鎂溶液濃度相同的一組是（）。

A.（4）（5） B.（1）（2） C.（2）（3） D.（2）（5）

解析 對于這個問題的處理，可以簡單地以所加固體物質為參照對象，考察它們給鹽酸留下了什么？顯然MgO、MgCO3加入到鹽酸中以后，在組成和量上都留下了“MgO”，而Mg（OH）2和Mg（HCO3）2在鹽酸中都留下了“Mg（OH）2”。因此，此題的答案就是A、C。

例3 天然水中存在碳酸氫鈣、碳酸氫鎂等鹽分，長期燒煮天然水的家用水壺中往往會產生白色的水垢，白色水垢的主要成分可能是（）。

A.碳酸鈣、碳酸鎂B.碳酸鈣、氫氧化鎂

C.氧化鈣、氧化鎂D.氫氧化鎂、氫氧化鈣

解析 碳酸氫鈣、碳酸氫鎂都是極不穩定的鹽，在加熱過程中都會很容易分解，并生成碳酸鈣和碳酸鎂。由于碳酸鎂在加熱過程中可以與水發生反應生成氫氧化鎂，故天然水在長期燒煮的過程中，會產生碳酸鈣和氫氧化鎂。答案為B。

二、 連延交錯的“鋁三角”

重要的鋁元素化合物有：Al2O3、偏鋁酸鹽（AlO）、鋁鹽（Al3+）、Al（OH）3等，鋁單質和這些化合物的性質，以及它們之間相互關系可以完整地體現在兩個連延交錯的“鋁三角”上。“三角”關系所反映的不僅是它們之間存在的定性轉化關系，更能直接反映出有關物質間存在的定量關系。

1.重要知識點分析

2.典型問題例析

例1 分別將氯化鋁和硫酸鋁溶液蒸干，并灼燒，所得到的固體是什么？為什么？

解析 由于氯化鋁溶液在受熱時可以發生不可逆轉的水解反應，AlCl3+3H2OAl（OH）3↓+3HCl↑，因此，將氯化鋁溶液蒸干只能得到Al（OH）3固體，再進一步灼燒，Al（OH）3分解生成Al2O3。而硫酸是不揮發性酸，硫酸鋁在加熱過程中不能發生趨于完全的水解反應，因此，蒸干與灼燒硫酸鋁溶液，只能得到硫酸鋁的固體。

例2 將等質量的兩份鐵與鋁的合金分別加入到過量的硫酸及氫氧化鈉溶液中，收集兩種情況下充分反應所產生的氣體，相同狀況下氫氣的體積比為2∶1，則合金中鐵與鋁的物質的量的比是多少？

解析 由于分別與酸或堿溶液反應的Al的質量是相等的，因此，所產生的氫氣的量也是相同的。已知兩份合金與酸、堿溶液反應產生的氫氣的體積比為2∶1，也即意味著鐵、鋁與酸反應產生的氫氣的量是相等的，根據與酸反應時鐵元素與鋁元素的化合價變化，可以推知，鐵與鋁的物質的量比為3∶2。

三、 惟妙深邃的“鐵三角”

由于鐵元素比較特殊，突出體現在有兩種不同的價態，因此，“鐵三角”所反映的是三種不同價態的鐵元素之間的性質表現形式及轉化關系。“三角”關系看似簡單，其內涵卻非常惟妙深邃，因為有關物質性質的表現，既需要有反應條件的變量控制問題，也有同價態不同存在形式的物質間性質差異問題。

1.特殊知識點例舉

在“鐵三角”關系之外，還有一些特殊的知識點需要進一步加以掌握，以使知識面更寬，思維更加深刻。（1）無論是Fe2+還是Fe3+，它們都能與KSCN發生反應，由于SCN-與Fe3+的反應產物呈現血紅色，因此，可用KSCN溶液區別Fe3+與Fe2+或檢驗Fe3+、Fe2+。（2）用惰性電極電解含有Fe3+和Cu2+的溶液時，雖然銅最先析出來，但在電解過程中最先得到電子的是Fe3+，發生反應：Fe3++e-=Fe2+，而Cu2+在Fe3+之后獲得電子。（3）FeCl2是一種優于鋁鹽的凈水劑，既能除去漂白之后多余的氯氣，生成的FeCl3還能發生水解反應生成可吸附懸浮物的Fe（OH）3膠狀物，同時多余鐵元素還可補充人體對鐵元素的需求。（4）常見的鹵素單質中，Cl2、Br2氧化性強，可以將Fe或Fe2+氧化成Fe3+，而I2只能將Fe氧化成Fe2+。

2.典型問題例析

例1 甲、乙兩位同學按以下方案進行Fe2+檢驗的相關實驗：（1）甲同學先往某溶液中加入氯水，無明顯現象，再加入KSCN溶液，出現血紅色；（2）乙同學先加入KSCN溶液，無明顯現象，再加入氯水出現血紅色。哪位同學的實驗過程更科學？

解析 顯然，乙同學的實驗過程更科學。乙同學在加入KSCN溶液時沒有明顯現象，即排除溶液存在Fe3+的可能，而甲同學的實驗過程并不能肯定產生血紅色物質的是原溶液存在的Fe3+還是加入氯水后新生成的Fe3+。

例2 H2O2是一種十分理想的除雜試劑，利用其特殊的氧化和還原性質除雜時，一般不留下任何雜質。化學上通常用H2O2在酸性條件下除去Fe3+中的Fe2+或除去Fe（OH）3中的Fe（OH）2雜質。寫出有關反應的離子方程式或化學方程式。

解析 H2O2中氧元素為-1價，既可表現氧化性，又可表現還原性，H2O2轉化為H2O或O2，因而不給溶液留下任何雜質。這里的H2O2表現的是氧化性，其化學方程式為：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O、2Fe（OH）2+H2O2=2Fe（OH）3。

例3 鋁礬土礦是工業冶鋁的主要原料，其主要成分為Al2O3，所含雜質為Fe2O3、SiO2。為了提取純凈的工業煉鋁原料，請設計一個提純方案，以保證在電解融熔態Al2O3時析出純凈的鋁。