既熟悉又陌生的金屬元素
——以金屬元素為背景的試題解題策略初探

趙鑫光 程子晟

吉林

既熟悉又陌生的金屬元素
——以金屬元素為背景的試題解題策略初探

趙鑫光 程子晟

在高考化學試卷中的非選擇題必考題和選考題的物質結構部分，經常以高中教材以外的金屬元素作為命題背景，這體現了不同知識點的橫向聯系和高考命題的綜合性。以學生不太熟悉的金屬單質及其化合物為載體，綜合考查化合物的制備與檢驗、化學基本概念、化學反應原理、物質結構與性質等方面的內容。本文選擇幾種典型的主族金屬元素加以介紹。并配以例題、解析，以期學生通過練習掌握該類試題的解題策略。

一、金屬鋰及其化合物

(1)在ⅠA族堿金屬中，鋰原子半徑最小，極化能力強，表現出與Na和K等的不同性質，它與ⅡA族里的Mg相似。

(2)鋰與氧氣反應生成氧化物Li2O，而不形成過氧化物和超氧化物；與氮氣形成氮化物Li3N，而其他堿金屬不能與N2直接化合；與碳反應生成乙炔鋰(Li2C2)；與水反應生成氫氣，但反應速率比Na或K緩慢得多。

(3)Li2CO3、Li3PO4和LiF等鋰鹽溶解度遠遠小于對應的鈉鹽和鉀鹽。

(6)LiCl·nH2O受熱分解時發生水解，生成LiOH。

(7)LiCoO2一般作為鋰離子電池的正極材料，發生如下反應：

【典例1】鋰及鋰的化合物在工業生產中有重要用途。

(1)如圖為電解裝置制備氫氧化鋰的示意圖，A、B均為惰性電極，兩電極區的電解液分別為LiOH溶液和LiCl溶液中的一種。由示意圖可知A極區應加入________(填化學式)電解液，該電解池的陽極反應為________，Li+的遷移方向是________(填“從A到B”或“從B到A”)。

(2)氫化鋁鋰(LiAlH4)是有機合成中重要的還原劑，可以還原酯、羧酸等有機化合物，則LiAlH4中，H元素的化合價為________。

(3)氫化鋰和氯化鋁在無水乙醚中可制得氫化鋁鋰，試寫出制備方程式：____________。

(4)氫化鋁鋰與水劇烈反應生成氫氣，該反應中的氧化劑是________；標準狀況下生成11.2 L H2時轉移的電子數為________。

二、金屬鈣及其化合物

【典例2】過氧化鈣(CaO2)是一種白色、無毒、難溶于水的固體，能殺菌消毒，廣泛用于果蔬保鮮、空氣凈化、污水處理等方面。工業生產過程如下：

①在NH4Cl溶液中加入Ca(OH)2；

②不斷攪拌的同時加入30%H2O2，反應生成CaO2·8H2O 沉淀；

③經過沉淀、過濾、水洗得到CaO2·8H2O，再脫水干燥得到CaO2。

(1)第①步反應的化學方程式為________。第②步反應的化學方程式為____________。

(2)可循環使用的物質是________，工業上常采用Ca(OH)2過量而不是H2O2過量的方式來生產，這是因為

____________。

(3)CaO2·8H2O加熱脫水的過程中，需不斷通入不含二氧化碳的氧氣，目的是____________。

(4)已知CaO2在350℃迅速分解生成CaO和O2。如圖是實驗室測定產品中CaO2含量的裝置(夾持裝置省略)。若所取產品質量是mg，測得氣體體積為VmL(已換算成標準狀況)，則產品中CaO2的質量分數為________(用字母表示)。

三、鎵與銦及其化合物

(1)Ga熔點29.78℃，在手中融化，但Ga的沸點為2 403℃，是液相存在的溫度范圍最大的金屬單質，常用于制造高溫下使用的溫度計。

(4)In2O3和In(OH)3幾乎無兩性表現，In2O3溶于酸，但不溶于堿。

【典例3】央視新聞頻道2017年4月報道了由我國科學家發現的液態鎵銦合金具有類生物學現象，這一發現開辟了一條構筑高性能納米金屬流體的新途徑。

(1)鎵是門捷列夫生前預言的“類鋁”，它的原子序數為31，則它在元素周期表中的位置是________，鎵銦合金熔點________(填“等于”“高于”或“低于”)金屬鎵。

(2)金屬鎵與鋁類似，可以溶于氫氧化鈉溶液，試寫出相關的離子方程式：____________。

(3)氮化鎵是新一代半導體材料，通常可由鎵與氨氣在1 300 K左右制備，試寫出制備氮化鎵的化學方程式：________________________。

(4)已知Al2S3不能在水中制備，Ga2S3與之類似，試用化學方程式解釋原因：____________。

(5)GaAs也是一種半導體材料，它可由(CH3)3Ga與AsH3在1 000 K左右制得，該反應副產物是一種常見氣態化合物，其在氧氣中燃燒的方程式為____________。

四、錫及其化合物

【典例4】硫酸亞錫(SnSO4)，能溶于水，廣泛用于鍍錫工業，其制備路線如下圖所示：

已知：①Sn在酸性溶液中存在兩種形式Sn2+和Sn4+，其中Sn2+在空氣中易被氧化。

②SnCl2易溶于水，在堿性條件下水解產物為Sn(OH)Cl。

③SnSO4溶解度隨溫度升高迅速增大。

(1)溶解SnCl2時為什么要用鹽酸，請結合化學平衡移動原理加以解釋:____________。

(2)加入Sn粉的作用除調節pH外還有________。

(3)若反應①得到的沉淀是SnO，則相關的離子方程式為___________；反應①后過濾的濾液中主要含________。

(4)操作①需要進行的具體操作及順序是________。

(5)SnSO4在酸性條件下可用作H2O2的去除劑，其反應原理為________(用離子方程式表示)。

五、鉛及其化合物

【典例5】鉛及其化合物可用于蓄電池、耐酸設備及X射線防護材料等。回答下列問題：

(1)鉛是碳的同族元素，比碳多4個電子層。鉛在元素周期表的位置為第________周期________族；PbO2的酸性比CO2的酸性________(填“強”或“弱”)。

(2)PbO2與濃鹽酸共熱生成黃綠色氣體，反應的化學方程式為____________。

(3)PbO2可由PbO與次氯酸鈉溶液反應制得，反應的離子方程式為___________；PbO2也可以通過石墨為電極，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液電解制取。陽極發生反應的電極反應式為______________，陰極上觀察到的現象是_______________；若電解液中不加入Cu(NO3)2，陰極發生的電極反應式為______________，這樣做的主要缺點是____________。

(4)PbO2在加熱過程發生分解的失重曲線如圖所示，已知失重曲線上的a點為樣品失重的4.0%[(即樣品起始質量—a點固體質量)/樣品起始質量×100%]的殘留固體。若a點固體組成表示為PbOx或mPbO2·nPbO，列式計算x值和m∶n值：________。

吉林省長春吉大附中實驗學校)