第二節幾種重要的金屬化合物相關鏈接一氫氧化鋁為什么具有兩性凡是在水溶液中既能電離出H＋，又能電離出OH－的氫氧化物，叫兩性氫氧化物。氫氧化鋁就是兩性氫氧化物，它在水溶液中可以按下列兩種形式電離：Al3＋＋3OH－Al（OH）3AlO＋H2O（堿式電離）（酸式電離）其他如Zn（OH）2、Cr（OH）3、Pb（OH）2、Sn（OH）2等也都是兩性氫氧化物。兩性氫氧化物的這種性質跟它們的結構有關。如用E表示某一種元素，它可按下列兩式進行電離：（1）即EOHE＋＋OH－（2）即EOHEO－＋H＋也就是說E—O和O—H都是極性鍵，都有因極性溶劑的作用而斷裂的可能。對于某一元素的氫氧化物在水中究竟進行酸式電離還是堿式電離，要看E—O和O—H兩個鍵的相對強弱。如E—O鍵較弱時，就進行堿式電離；如O—H鍵較弱時，就進行酸式電離。而這兩個鍵的相對強弱，決定于某元素離子E和氫離子（H＋）對于氧離子（O2－）的吸引力的相對強弱。“十”表示某元素離子的正電荷數。如果E對O2－的吸引力強，O—H鍵斷裂，即酸式電離的趨勢大；如果H＋對O2－的吸引力強，E—O鍵斷裂，即堿式電離趨勢大。從靜電引力考慮，E對O2－的吸引力的大小，跟元素的離子半徑及電荷數有關。一般地說，元素的離子半徑愈小，離子的正電荷數愈大，那么E對O2－的吸引力愈強，就呈酸式電離。反之，吸引力弱，呈堿式電離。如果離子半徑較小（不是很小），離子電荷較大（不是很大）時，E—O鍵和O—H鍵的相對強弱接近相等。即E和H＋對O2－的吸引力接近相等，這時，EOH就既可能呈酸式電離，又可能呈堿式電離，這就是兩性氫氧化物在水溶液里發生兩種形式電離的原因。現以元素周期表中第三周期元素為例說明如下：NaMgAlSiPSCl離子正電荷數1234567離子半徑／nm對于Na和Mg的氫氧化物來說，因Na＋和Mg2＋的正電荷數少，離子半徑大，所以Na—O鍵和Mg—O鍵較弱，NaOH和Mg（OH）2都呈堿式電離，它們都是堿。又因為Mg2＋的正電荷數比Na＋多，離子半徑比Na＋小，所以Mg—O鍵比Na—O鍵強，因此，Mg（OH）2的堿性比NaOH弱。對于非金屬元素Si、P、S、Cl的“氫氧化物”，因非金屬元素E所帶的正電荷數多（Si、P、S、Cl分別為＋4、＋5、＋6、＋7），它們的半徑又小，所以E—O鍵較強，O—H鍵較弱。因而這些“氫氧化物”都呈酸式電離，且隨著E的電荷數增大，半徑減小的順序，H2SiO3、H3PO4、H2SO4、HClO4的酸性逐漸增強。鋁離子的電荷數和離子半徑都介于Mg和Si之間，所以Al（OH）3在水中既能按酸式電離，又能按堿式電離，但它的酸性和堿性都很弱。此外，由于鋁原子的價電子數少于價電子層軌道數，所以有空軌道，可以形成受電子配位鍵。因此，Al（OH）3在水溶液中的酸式電離過程，嚴格地講，不是失去H＋，而是加上1個OH－，其過程如下式所示：Al（OH）3＋2H2OH3O＋＋Al（OH）相關鏈接二關于Fe2＋和Fe3＋1．Fe2＋和Fe3＋的相互轉化Fe2＋有還原性，高錳酸鉀、重鉻酸鉀、過氧化氫等氧化劑能把它氧化成Fe3＋：＋5Fe2＋＋8H＋Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2OCr2O＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2OH2O2＋2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋2H2O在酸性溶液中，空氣中的氧也能把Fe2＋氧化：4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O在堿性溶液中，Fe2＋的還原性更強，它能把和還原成NH3，能把Cu2＋還原成金屬銅。Fe3＋具有氧化性，它能把I－氧化成I2：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2在無線電工業上，常利用FeCl3溶液來刻蝕銅，制造印刷線路，它們反應的化學方程式是：2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋因此，銅在氯化鐵溶液中能作還原劑，而FeCl3是氧化劑。Fe3＋在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等還原成Fe2＋：2Fe3＋＋H2S＝2Fe2＋＋S↓＋2H＋2Fe3＋＋Sn2＋＝2Fe2＋＋Sn4＋Fe3＋還能被金屬鐵還原：2Fe3＋＋Fe＝3Fe2＋在亞鐵鹽溶液中加入鐵釘可防止Fe2＋被氧化為Fe3＋。2．Fe2＋和Fe3＋的顏色Fe2＋在水溶液中通常以水合離子[Fe（H2O）6]2＋形式存在，呈淡綠色，并存在下列平衡：[Fe（H2O）6]2＋＋H2O[Fe（H2O）5OH]＋＋H3O＋這個平衡的PK＝，水解的程度很小，溶液近于中性。Fe3＋在酸性溶液中，通常以淡紫色的[Fe（H2O）6]3＋形式存在。三氯化鐵以及其他＋3價鐵鹽溶于水后都發生顯著的水解，實質是＋3價水合鐵離子的水解。只有在pH＝0左右時，才有[Fe（H2O）6]3＋存在（但由于有陰離子的存在，會生成其他的絡離子，影響淡紫色的觀察）。當pH為2～3時，水解趨勢很明顯。它們的水解平衡如下：[Fe（H2O）6]3＋＋H2O[Fe（H2O）5（OH）]2＋＋H3O＋＝10－[Fe（H2O）5（OH）]2＋＋H2O[Fe（H2O）4（OH）2]＋＋H3O＋＝10－生成的堿式離子呈黃色，它可聚合成二聚體：2[Fe（H2O）6]3＋[Fe2（H2O）8（OH）2]4＋＋2H3O＋＝10－二聚體是借OH－為橋把2個Fe3＋連結起來形成的多核絡離子。溶液的pH越高，水解聚合的傾向越大，最后逐漸形成膠體，析出紅棕色水合氧化鐵沉淀。變式練習1．下列說法中不正確的是（）A．Na2CO3比NaHCO3易溶于水B．Na2CO3比NaHCO3穩定C．Na2CO3和NaHCO3都能跟石灰水反應得到白色沉淀D．物質的量相等的Na2CO3和NaHCO3分別與足量鹽酸反應得CO2的物質的量之比為2：1解析：NaHCO3與石灰水反應時，反應物的量不同，產物也不相同，但不管以何種比例混合，都有CaCO3生成。當加入少量石灰水時，反應方程式為：2NaHCO3＋Ca（OH）2Na2CO3＋CaCO3↓＋2H2O；當加入過量的石灰水時，反應方程式為：NaHCO3＋Ca（OH）2NaOH＋CaCO3↓＋H2O。故C正確。物質的量相等的Na2CO3和NaHCO3分別與足量鹽酸反應可得等量的CO2，故D不正確。答案：D2．不能用來鑒別Na2CO3和NaHCO3兩種白色固體的實驗操作是（）A．分別加熱這兩種固體物質，并將生成的氣體通人澄清的石灰水中B．分別在這兩種物質的溶液中，加入CaCl2溶液C．分別在這兩種固體中，加入同濃度的稀鹽酸D．分別在這兩種物質的溶液中，加入少量澄清的石灰水解析：A中能產生氣體且能使澄清石灰水變渾濁的是NaHCO3；B中有白色沉淀生成的是Na2CO3；C中反應速度快（劇烈）的是NaHCO3；D中兩者均可與Ca（OH）2反應產生白色沉淀，故無法用于鑒別。答案：D3．把CO2通入含的堿溶液中，將產物在減壓條件下蒸干后，得固體，則通入CO2的質量是（）A．B．C．D．都不是解析：若全部轉化成Na2CO3，則其質量為＜；若全轉化成NaHCO3，則其質量應為＞。故NaOH吸收CO2時實際上生成了Na2CO3（mol）和NaHCO3（mol）的混合物。依Na原子守恒，得2＋＝，且有：106＋84＝，解得＝，＝，故通人CO2的物質量為＋＝,質量為×44g·mol－1＝。答案：C4．有甲、乙、丙三瓶等體積等物質的量濃度的NaOH溶液，若將甲蒸發掉一半水分，在乙中通入少量的CO2，丙不變，然后分別向甲、乙、丙三瓶中加入同濃度的鹽酸，完全反應后所需鹽酸溶液的體積是（）A．甲＝丙＞乙B．丙＞乙＞甲C．乙＞甲＝丙D．甲＝乙＝丙解析：由題給條件，可知將甲蒸發掉一半水分，溶質的量并未發生變化，故完全反應時消耗的鹽酸應與丙相同，甲丙很容易判斷。由于存在如下關系式：2NaOH～Na2CO3～2HCl，可知向乙中通入量CO2后部分NaOH變為Na2CO3，而生成的Na2CO3在與鹽酸反應時會消耗與NaOH變質前等量的鹽酸，故完全反應后，所需鹽酸溶液的體積應是相等的，即甲＝乙＝丙。答案：D5．實驗室需要使AlCl3溶液中的Al3＋離了全部沉淀出來，適宜用的試劑是（）A．NaOH溶液B．Ba（OH）2溶液C．鹽酸D．氨水解析：因為Al（OH）3溶于強酸、強堿，而不溶于弱堿，所以選D。答案：D6．有200mL氯化鎂和氯化鋁的混合溶液，其中（Mg2＋）為·L－1,（Cl－）為·L－1。要使Mg2＋全部轉化為沉淀分離出來，至少需加4mol·L－1NaOH溶液的體積為（）A．40mLB．72mLC．80mLD．128mL解析：欲使Mg2＋全部轉化成沉淀并從溶液中分離出來，應向溶液中加入過量的NaOH溶液，使Mg2＋、Al3＋全部沉淀后，再使Al（OH）3恰好溶解。設（Al3＋）＝mol·L－1，則根據電荷守恒：3＋2（Mg2＋）（Cl－），即3＋2×＝,＝·L－1。設NaOH溶液的體積為mL，則根據關系式：Mg2＋2OH－×××Al3＋4OH－×××得2××＋4××＝4×，即＝80Ml。答案：C7．在Lal2（SO4）3溶液中加入過量氨水,過濾得沉淀,然后在高溫中灼燒沉淀最后得白色固體g,溶液中SO的物質的量濃度是（）A．mol·L－1B．mol·L－1C．mol·L－1D．mol·L－1解析：依題意，最后所得固體為Al2O3，其物質的量為mol，故原LAl2（SO4）3溶液中含SO的物質的量為（×3）mol，（SO）＝＝mol．L－1，所以答案選D。答案：D8．證明溶液中是否有Fe2＋，其操作正確的順序是（）①加少許酸化的KMnO4溶液②加少許氯水③滴加少許KSCN溶液A．①②B．②③C．①②③D．③②解析：滴加少許KSCN溶液，無紅色出現；再加少許氯水后若立即出現紅色，則證明原溶液中一定存在Fe2＋。答案：D9．能使鐵溶解，但不能生成沉淀的溶液是（）A．稀H2SO4B．FeCl3溶液C．CuSO4溶液D．FeSO4溶液解析：Fe＋H2SO4FeSO4＋H2↑2FeCl3＋Fe3FeCl2Fe＋CuSO4FeSO4＋CuFeSO4溶液不能溶解Fe，故答案選A、B。答案：AB10．證明某溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的實驗方法是（）A．先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后顯紅色B．先滴加KSCN溶液，不顯紅色，再滴加氯水后顯紅色C．滴加NaOH溶液，先產生白色沉淀，后變灰綠，最后呈紅褐色D．只需滴加KSCN溶液解析：先加KSCN溶液若不變紅，則可證明無Fe3＋；再滴加氯水立即呈紅色，則可證明原溶液中有Fe2＋。Fe2＋遇SCN—無明顯變化，滴加氯水后，Fe2＋被氧化生成Fe＋，Fe3＋與SCN－結合使溶液變紅了，故B是正確的實驗方法。答案：B11．在含有1molFeSO4的溶液中投入一小塊金屬鈉，反應完全后，濾出沉淀并洗滌之，然后在空氣中灼燒沉淀得到的固體物質是（）A．FeB．FeOC．Fe（OH）3D．Fe2O3解析：將一小塊金屬鈉投入FeSO4溶液中，會發生如下反應：2Na十2H2O＝2NaOH＋H2↑；FeSO4＋2NaOHFe（OH）2↓＋Na2SO4。Fe（OH）2沉淀不穩定，容易被氧化：4Fe（OH）2＋O2＋2H2O4Fe（OH）3。濾出的Fe（OH）3沉淀再灼燒，發生的反應是：2Fe（OH）3Fe2O3＋3H2O。所以，最終所得的固體物質是Fe2O3。答案：D12．往一金屬易拉罐內（內空）放入一滿角匙的某白色晶體，搖動幾下后，立即注入50mL6mol·L－1氫氧化鈉溶液，用膠布密封罐口。過一段時間后，罐壁變癟；再過一段時間后，癟了的罐壁又重新鼓起。（1）要產生上述實驗現象，做易拉罐的金屬是______；往罐內加入的白色晶體是______；（2）罐壁變癟的原因是______，反應方程式是______；（3）罐再度鼓起的原因是______，反應方程式是______。答案：（1）Al干冰（2）干冰汽化時排出了罐內空氣，當加入NaOH溶液后，CO2被吸收，使罐內氣壓小于大氣壓，故易拉罐變癟CO2＋2NaOHNa2CO3＋H2O（3）過量的NaOH溶液與鋁制罐反應產生H2，使罐內壓強增大到大于大氣壓，故罐再度鼓起2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2十3H2↑13．在氯化鐵和氯化銅的混合溶液中，加入過量的Fe粉，若充分反應后溶液的質量沒有改變，則原混合溶液中Fe3＋和Cu2＋物質的量之比為多少?解析：在FeCl3和CuCl2的混合溶液中加入過量的Fe粉后，F