已知 X 、 Y 、 Z 是阳离子, K 是阴离子, M 、 N 是分子。它们都由短周期元素组成,且具有以下结构特征和性质:
①它们的核外电子总数都相同;
② N 溶于 M 中,滴入酚酞,溶液变红;
③ Y 和 K 都由 A.B 两元素组成, Y 核内质子数比 K 多 2 个;
④ X 和 N 都由 A 、 C 两元素组成, X 和 Y 核内质子总数相等;
⑤ X 和 K 的浓溶液在加热条件下生成 M 和 N ;
⑥ Z 为单核离子,向含有 Z 的溶液中加入少量含 K 的溶液,有白色沉淀生成,再加入过量的含 K 或 Y 的溶液,沉淀消失。
回答下列问题:
(1)Y 的化学式为 _______ ; X 的电子式为 _______
(2) 试比较 M 和 N 的稳定性: M _______ ( 填 “>” 或 “<”)N 。
(3) 写出 Z 和 N 的水溶液反应的离子方程式: _______ ;
(4)) 上述六种微粒中的两种可与硫酸根形成一种含三种离子的盐,向该盐的浓溶液中逐滴加入 0.1mol·L -1 的 NaOH 溶液,出现了如图中 a 、 b 、 c 三个阶段的图像,根据图像判断该盐的化学式为 _______ 。
H 3 O + > Al 3+ +3NH 3 ·H 2 O = Al(OH) 3 ↓+3 NH 4 Al(SO 4 ) 2
【分析】
根据 ② N 溶于 M 中,滴入酚酞,溶液变红,判断 N 为 NH 3 , M 为 H 2 O 。根据 ③ Y 和 K 都由 A.B 两元素组成, Y 核内质子数比 K 多 2 个, Y 为 H 3 O + , K 为 OH — ;根据 ⑤ X 和 K 的浓溶液在加热条件下生成 M 和 N , X 为 NH 4 + ,根据 Z 为单核离子,向含有 Z 的溶液中加入少量含 K 的溶液,有白色沉淀生成,再加入过量的含 K 或 Y 的溶液,沉淀消失, Z 为 Al 3+ ,据此解题。
【详解】
(1)Y 的化学式为 H 3 O + ; X 的电子式为: ;
故答案为: H 3 O + ; 。
(2) 比较 M 和 N 的稳定性,即 H 2 O 和 NH 3 的稳定性比较, O 的非金属性大于 N ,故 H 2 O 的稳定性大于 NH 3 ;
故答案为:>。
(3) Z 和 N 的水溶液反应的离子方程式: Al 3+ +3NH 3 ·H 2 O = Al(OH) 3 ↓+3 ;
故答案为: Al 3+ +3NH 3 ·H 2 O = Al(OH) 3 ↓+3 。
(4)) 根据盐与 NaOH 溶液反应图像可知沉淀逐渐增加,恒定一段时间后沉淀溶解,据此判断,除了硫酸根离子,该盐中含有 Al 3+ 和 NH 4 + ,该盐的化学式为 NH 4 Al(SO 4 ) 2 ;
故答案为: NH 4 Al(SO 4 ) 2 。
铝的主要性质:
“铝三角”关系:
Al3++3OH-===Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O
Al3++4OH-===AlO2-+2H2O
AlO2-+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO3-
AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓
AlO2-+4H+===Al3++2H2O
铝的特殊性质:
铝既能与酸反应,也能与强碱反应。
铝与酸反应:铝与浓硫酸在常温下发生钝化,2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑
铝与碱反应:2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑
铝热反应:
铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。此种反应被称为铝热反应。
可简单认为是铝与某些金属氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)或非金属氧化物(如SiO2等)在高热条件下发生的反应。
铝热反应常用于冶炼高熔点的金属,并且它是一个放热反应,
其中镁条为引燃剂,氯酸钾为助燃剂。
其装置如下图所示:
铝热反应配平技巧:
取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数,即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍数12,则Fe3O4前应为3Al2O3前应为4,然后便可得到Al为8,Fe为9。
镁铝的化学性质比较:
单质 | 镁 | 铝 |
与非金属反应 | 2Mg+O2=(点燃)=2MgO (发出耀眼白光) Mg+Cl2=(点燃)=MgCl2 3Mg+N2=(点燃)=Mg3N2 |
4Al+3O2=(加热)=2Al2O3 2Al+3Cl2=(加热)=2AlCl3 2Al+3S=(加热)=Al2S3 |
与沸水反应 | Mg+2H2O=(加热)=Mg(OH)2+H2↑ | 不反应 |
与酸反应 | Mg+2H+==Mg2++H2↑ 与稀硝酸反应生成Mg(NO3)2、NOx(或者N2、NH4NO3)、H2O |
2Al+6H+==2Al3++3H2↑ 在冷的浓硝酸或浓硫酸中钝化 |
与氧化物反应 | 2Mg+CO2=(点燃)=2MgO+C (剧烈燃烧,生成白色粉末和黑色固体) |
2Al+Fe2O3=(高温)=2Fe+Al2O3(铝热反应) |
与盐溶液反应 | Mg+2NH4++2H2O==Mg2++2NH3·H2O+H2↑ Mg+Cu2+==Mg2++Cu |
2Al+3Hg2+=2Al3++3Hg |
与强碱反应 | 不反应 | 2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑ |
取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数,即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍数12,则Fe3O4前应为3Al2O3前应为4,底下便可得到Al为8,Fe为9。
铝与酸、碱反应的计算技巧:
铝与酸、碱反应的实质都是,,所以根据得失电子守恒可知:,利用此关系可以方便地进行有关计算。
铝与酸或碱溶液反应生成H2的量的计算:
Al是我们中学阶段学习的唯一既与H+反应也与OH-反应的金属,它与酸、碱反应既有相同点,也有不同点。
相同点:Al均被氧化成+3价,所以1molAl不论与H+还是与OH-反应均生成3gH2。
不同点:1molAl与H+反应消耗3molH+,而与OH-反应只消耗1molOH-,所以含有等物质的量的NaOH溶液和HCl溶液分别与足量的铝反应时生成的氢气的物质的量之比为3∶1。
钝化:
铝、铁在常温下与浓硫酸发生钝化,钝化不是不反应,而是被氧化成一层致密的氧化物薄膜,恰恰说明金属的活泼性。
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