重要的金屬元素及其化合物

1、第六章 重要的金屬元素及其化合物 已經(jīng)學習過一些金屬的知識，對常見金屬的性質(zhì)和用途有 了初步的了解。在現(xiàn)代社會，金屬在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和日常 生活中，都起著非常重要的作用，因此，需要進一步學習有關(guān) 金屬的知識。 引引 言言 第六章 重要的金屬元素及其化合物第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 第二節(jié) 鈉 第三節(jié) 鋁 第四節(jié) 鐵 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 1.了解金屬的通性 2.了解合金的概念 學習目標 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 鑭 系 La 鑭 Ce 鈰 Pr 鐠 Nd 釹 Pm 钷 Sm 釤 Eu

2、銪 Gd 釓 Tb 鋱 Dy 鏑 Ho 鈥 Er 鉺 Tm 銩 Yb 鐿 Lu 镥 錒 系 Ac 錒 Th 釷 Pa 鏷 U 鈾 Np 镎 Pu 钚 Am 镅* Cm 鋦* Bk 锫* Cf 锎* Es 锿* Fm 鐨* Md 鍆* No 锘* Lr 鐒* A0 1 A A A A A A 2 Li 鋰 Be 鈹 3 Na 鈉 Mg 鎂 Al 鋁 B B B B B B B 4 K 鉀 Ca 鈣 Sc 鈧 Ti 鈦 V 釩 Cr 鉻 Mn 錳 Fe 鐵 Co 鈷 Ni 鎳 Cu 銅 Zn 鋅 Ga 鎵 Ge 鍺 5 Rb 銣 Sr 鍶 Y 釔 Zr 鋯 Nb 鈮 Mo 鉬 Tc 锝 Ru 釕

3、Rh 銠 Pd 鈀 Ag 銀 Cd 鎘 In 銦 Sn 錫 Sb 銻 6 Cs 銫 Ba 鋇 鑭 系 Hf 鉿 Ta 鉭 W 鎢 Re 錸 Os 鋨 Ir 銥 Pt 鉑 Au 金 Hg 汞 Tl 鉈 Pb 鉛 Bi 鉍 Po 釙 7 Fr 鈁 Ra 鐳 錒 系 Rf * Db * Sg * Bh * Hs * Mt * Uun * Uuu * Uub * 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 在已發(fā)現(xiàn)的lOO多種元素中，只有22種非金屬元素(包括6 種稀有氣體元素)，其余90多種都是金屬元素，占元素總數(shù)的 4/5左右。在元素周期表中，從第A族的硼元素至第A的砹 元素之間劃一條

4、斜線，則周期表的右下角區(qū)域(氫除外)都是金 屬元素。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 金屬的分類 常見金屬和稀有金屬： 常見金屬如銅、鋁等。鋯、鈮、鉬等自然界存在量較少 的金屬叫稀有金屬。 重金屬和輕金屬： 密度小于4.5 g/cm3 的叫輕金屬（如鉀、鈉、鈣、鎂等）； 密度大于4.5 g/cm3 的叫重金屬（如鋅、鉛、鎳等）。 黑色金屬和有色金屬： 黑色金屬通常是指鐵、鉻 、錳及其合金，主要是鐵碳合金； 有色金屬是指除去鐵、鉻、錳之外的所有金屬。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 在常溫下，除汞外，其余都是固體。 一、金屬的物理性質(zhì) 金屬都具有晶

5、體結(jié)構(gòu)。金屬晶體中包含著中性原子、帶有 正電荷的金屬陽離子和從原子上脫落下來的電子。 金屬具有很多共同的物理性質(zhì)。 這些電子在晶體中自由地移動，所以叫自由電子自由電子。依靠流 動的自由電子，使金屬原子和金屬陽離子相互連結(jié)在一起而形 成金屬晶體。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 1.金屬的顏色和光澤 大多數(shù)金屬呈銀白色，少數(shù)金屬呈其他顏色。例如，金 呈黃色，銅呈紫紅色。金屬都是不透明的，塊狀或片狀的金 屬具有金屬光澤。 一、金屬的物理性質(zhì) FePt 在粉末狀態(tài)時，除鎂、鋁等少數(shù)金屬仍保持原有的光澤外， 一般金屬都呈黑色或暗灰色。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 一般地說

6、，金屬具有不同程度的延展性，可以抽成細絲， 例如，最細的白金絲直徑不過0.2 m；可以壓成薄片，例如， 最薄的金箔，只有0.1 m 厚。也有少數(shù)金屬，如銻、鉍、錳 等，性質(zhì)較脆，延展性較差。 2.金屬的延展性 一、金屬的物理性質(zhì) 金屬具有不同程度的延展性 受外力擠壓 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 一、金屬的物理性質(zhì) 大多數(shù)金屬具有良好的導電性和導熱性。導電性好的金屬 導熱性也好。常見的幾種金屬按照導電和導熱能力由大到小排 列如下： 銀、銅、金、鋁、鋅、鐵、鉑、錫、鉛 3.金屬的導電性和導熱性 在電場中，金屬晶體中的自由電子由原來的不規(guī)則運動變 成定向流動而形成電流，顯

7、示導電性。在金屬受熱時，自由電 子通過運動將能量傳遞到整塊金屬。因此導電性和導熱性都與 自由電子的運動有關(guān)。 因為金、銀比較貴重，所以，一般的電線都是用銅和鋁制 的。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 大多數(shù)金屬密度、硬度較大，熔點較高。但不同金屬差別 也較大。幾種金屬的密度、硬度和熔點如下： 4.金屬的密度、硬度和熔點 一、金屬的物理性質(zhì) 金屬鉑金銅鐵鋁備注 密度 /(g/cm3 ) 21.4519.38.927.862.70水的密度為1 g/cm3 硬度4.32.5342.9金剛石的硬度為10 熔點 / 1 7741 0621 0831 535660鎢的熔點3 370

8、 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 多數(shù)金屬元素在發(fā)生化學反應(yīng)時，較容易失去電子。所 以，金屬最主要的共同化學性質(zhì)是都易失去電子變成金屬陽 離子而表現(xiàn)出還原性。 由于金屬失去電子的難易程度不同，所以各種金屬還原 性的強弱也不同，化學活動性差別也較大。 二、金屬的化學性質(zhì) 金屬性金屬性是指金屬原子失去電子形成陽離子的性質(zhì)。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 二、金屬的化學性質(zhì) 金屬活動性由強到弱的順序為： K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 活動性強的金屬可以置換活動性弱的金屬。

9、CuZnSO CuSOZn 44 2442 HZnSO SOHZn 氫以上的金屬稱為活潑金屬，可以和酸反應(yīng)放出氫氣。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬跟非金屬)熔合而 成的具有金屬特性的物質(zhì)。例如，生鐵和鋼都是鐵碳合金。黃 銅是銅鋅合金等。 隨著科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中對材料的性能提出更高的要 求，純金屬很難滿足這些要求，因此，工業(yè)上使用的金屬材料 幾乎都是各種合金。 三、合金 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 三、合金 一般來說，除密度以外，合金的性質(zhì)并不是它的各組分性 質(zhì)的平均值。 合金的熔點低于組成它的主體金

10、屬的熔點。 例如，鋁硅合金(含Si 13.5)的熔點為564 ，比純鋁或硅 的熔點都低(硅的熔點是l 410 ，鋁的熔點是660 )。 合金的硬度一般比各組分金屬的硬度大。 例如，在銅里加1的鈹所生成的合金的硬度，比純銅大7 倍。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第一節(jié) 金屬元素概述 合金的化學性質(zhì)也與組成它的純金屬有些不同。例如，鐵 容易與酸反應(yīng)，如果加入25左右的鉻和少量的鎳，就不易跟 酸反應(yīng)，這種鋼稱為耐酸鋼。 三、合金 合金的導電性和導熱性比純金屬也低得多。 不銹鋼潔具青銅器鋁合金建材紫銅管 第六章 重要的金屬元素及其化合物 幾種重要的合金 種類成分性質(zhì)用途 青銅Cu 80% Sn

11、15% Zn 5% 硬度比銅大，耐 磨性好 制造鈾承、 齒輪 焊錫Sn 25% 90% Pb 75% 10% 熔化時易附著于 金屬表面 焊接金屬 伍德合金 Bi 50% Pb 25% Sn 12.5% Cd 12.5% 熔點低（67 ）制保險絲 印刷合金 Pb 83% 88% Sb 10% 13% Sn 2% 4% 凝固時略有膨脹， 易熔、堅硬 鑄造鉛字 第一節(jié) 金屬元素概述 三、合金 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第二節(jié) 鈉 1.了解鈉的物理性質(zhì) 2.理解鈉和水的反應(yīng) 3.理解碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì) 4.了解焰色反應(yīng) 學習目標 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第二節(jié) 鈉 元素周期表中的

12、第A族中，除氫外，其余6種元素鋰 (Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)都是金屬元素， 由于它們的氫氧化物多是易溶于水的強堿，所以稱它們?yōu)閴A金 屬。堿金屬元素的原子最外電子層都只有1個電子，在化學反 應(yīng)中很容易失去這個電子而變成+l價的陽離子，因此堿金屬是 典型的活潑金屬，是強還原劑。 在堿金屬中，以鈉最常見。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第二節(jié) 鈉 從實驗可知，金屬鈉很軟，可以用刀切割，新切開的斷面 呈銀白色，具有金屬光澤，但很快因氧化而失去金屬光澤。 一、鈉 1.鈉的物理性質(zhì) 第六章 重要的金屬元素及其化合物 鈉是電和熱的良導體，熔、沸點低，密度小，是輕金

13、屬。 一、鈉 1.鈉的物理性質(zhì) 單質(zhì)顏色狀態(tài) 密度(20) /（g/cm3） 硬度 (金剛石=10) 熔點 / 沸點 / 導電性 (Hg=1) Na銀白色固0.9710.497.988320.8 第六章 重要的金屬元素及其化合物 鈉原子最外電子層上只有1個電子，在化學反應(yīng)中該電子很 容易失去，因此鈉的化學性質(zhì)非?；顫姟?(1)與氧氣的反應(yīng) 新切開的光亮的金屬鈉的斷面很快失去了銀白色光澤，已 經(jīng)變暗。這主要是生成了一薄層氧化物。 在常溫下，鈉和空氣中的氧氣反應(yīng)。 ONa2 ONa4 22 一、鈉 2. 鈉的化學性質(zhì) 222 ONa ONa2 點燃 鈉在空氣中燃燒，燃燒時火焰呈 黃色，氧氣充足時生

14、成了過氧化鈉。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 可以觀察到，當把鈉投入水中時，鈉立刻熔化成小球， 浮在水面上并迅速游動，放出氣體，然后逐漸消失。燒杯里 滴加了酚酞的溶液由無色變?yōu)榧t色。把收集到的氣體移近火 焰，點燃氣體時，氣體發(fā)出爆鳴聲。 (2)與水的反應(yīng) 鈉和水的反應(yīng) 一、鈉 2. 鈉的化學性質(zhì) 22 HNaOH2 OH2Na2 第六章 重要的金屬元素及其化合物 (2)與水的反應(yīng) 由于鈉在空氣中不穩(wěn)定，容易與氧氣、水發(fā)生反應(yīng)，因此 在實驗室通常將它保存在煤油中，以隔絕氧氣和水。使用時絕 對不能用手拿。 一、鈉 2. 鈉的化學性質(zhì) 鈉作為還原劑，用于冶煉金屬。也應(yīng)用在電光源上。高壓 鈉燈發(fā)出

15、的黃光射程遠，透霧能力強，作路燈時，照度比高壓 水銀燈高幾倍。液態(tài)鈉和鉀的合金是原子反應(yīng)堆的導熱劑。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第二節(jié) 鈉 碳酸鈉(Na2CO3)俗名純堿或蘇打。含結(jié)晶水的碳酸鈉 (Na2CO310H2O)為白色晶體。碳酸鈉晶體在空氣中很容易風 化而失去結(jié)晶水，失水以后的碳酸鈉叫無水碳酸鈉，是白色 粉末 。 二、碳酸鈉和碳酸氫鈉 碳酸氫鈉(NaHCO3)俗稱小蘇打，是細小的白色晶體。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、碳酸鈉和碳酸氫鈉 碳酸鈉比碳酸氫鈉更易溶于水， 碳酸鈉水溶液因水解而呈較強堿性。 碳酸氫鈉的堿性比碳酸鈉弱，其水溶液因水解而呈弱堿性。 第二節(jié) 鈉 第

16、六章 重要的金屬元素及其化合物 二、碳酸鈉和碳酸氫鈉 0.1 mol/L NaHCO3溶液的 pH 約等于8.3，使酚酞顯淺紅 或幾乎無色。0.05 mol/L Na2CO3溶液的 pH 約等于11.6，使酚 酞顯紅色。用此性質(zhì)可以區(qū)分碳酸鈉和碳酸氫鈉。 碳酸鈉溶液 和酚酞 碳酸氫鈉溶液 和酚酞 蒸餾水和酚酞 第二節(jié) 鈉 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、碳酸鈉和碳酸氫鈉 碳酸鈉和碳酸氫鈉都能與鹽酸反應(yīng)放出二氧化碳氣體。 2232 COOHNaCl2 HCl2CONa 223 COOHNaCl HClNaHCO 碳酸鈉很穩(wěn)定，加熱至熔融也不分解。 碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱易分解。 22323

17、COOHCONa NaHCO2 如何除去固體Na2CO3中混有的少量NaHCO3？ 答：加熱使NaHCO3分解。 第二節(jié) 鈉 問題問題 第六章 重要的金屬元素及其化合物 碳酸鈉用途十分廣泛，大量用于玻璃、肥皂、造紙、石 油等工業(yè)，也可以用來制造其他鈉的化合物。 二、碳酸鈉和碳酸氫鈉 在食品工業(yè)上，碳酸氫鈉是發(fā)酵粉的主要成分之一。 醫(yī)藥上碳酸氫鈉是常用藥。 第二節(jié) 鈉 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、碳酸鈉和碳酸氫鈉 碳酸氫鈉在醫(yī)學臨床上的應(yīng)用 主要用做制酸藥，口服小蘇打片可以用于中和胃酸過多等 癥；輸液用于糾正酸中毒(血液pH小于7.35)等。 碳酸氫鈉注射液大黃碳酸氫鈉片 第二節(jié) 鈉

18、第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、焰色反應(yīng) 很多金屬及它們的化合物在被灼燒時，都會使火焰呈現(xiàn)特 殊的顏色，這在化學上叫做焰色反應(yīng)。 鈉的焰色反應(yīng)呈黃色，鉀的焰色反應(yīng)呈紫色。很多金屬如 鈣、鍶、鋇、銅等及它們的化合物也能發(fā)生焰色反應(yīng)， 鈣(磚紅色)鍶(洋紅色)鋇(黃綠色)鉀(紫色) 第二節(jié) 鈉 第六章 重要的金屬元素及其化合物 利用焰色反應(yīng)所呈現(xiàn)的特殊顏色，可以鑒定金屬或金屬離 子的存在。 三、焰色反應(yīng) 金屬或金屬 離子 鋰銣鈣鍶鋇銅鉀鈉 焰色反應(yīng)的 顏色 紫紅紫磚紅洋紅黃綠綠紫黃 還可以制造各種焰火。節(jié)日燃放的五光十色的焰火中，就 含有某些金屬或它們的化合物，不同金屬的焰色反應(yīng)使夜空呈 現(xiàn)

19、出各種艷麗的色彩。 幾種金屬或金屬離子焰色反應(yīng)的顏色 焰色反應(yīng) 第二節(jié) 鈉 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第三節(jié) 鋁 1.了解鋁的物理性質(zhì)和用途 2.理解鋁的性質(zhì) 3.理解氫氧化鋁的兩性 學習目標 第六章 重要的金屬元素及其化合物 元素周期表中的第A族包括硼(B)、鋁(A1)、鎵(Ga)、銦 (In)、鉈(T1)5種元素，又叫硼族元素。硼族元素的原子最外電子 層都有3個電子，在化學反應(yīng)中容易失去而形成+3價的陽離子。 和堿金屬、堿土金屬(第A族)相比，失電子趨勢比較小，因此， 硼族元素的金屬性比較弱。其中硼是非金屬元素。 在硼族元素中，重點學習鋁及其化合物

20、的一些知識。 第三節(jié) 鋁 第六章 重要的金屬元素及其化合物 一、鋁的物理性質(zhì)和用途 鋁在自然界以化合態(tài)的形式存在。 礬土(A12O33H2O) 冰晶石(Na 3AlF6) 明礬石KAl(SO4)2A12O3 3H 2O 主要的鋁礦石： 在地殼中，鋁的含量居第三位，僅次于氧和硅。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 一、鋁的物理性質(zhì)和用途 鋁還可以跟許多元素形成合金。因鋁合金質(zhì)輕而堅韌，它 們在汽車、飛機、火箭等制造業(yè)以及日常生活中具有廣泛的用 途。 鋁是銀白色的輕金屬，密度為2.7 g/cm3，熔點為660 。 延展性好，可以抽成細絲，也可壓成薄片成為鋁箔，用來包裝 膠卷、糖果等。 鋁在粉末狀態(tài)

21、仍能保持原有金屬光澤，并有一定的耐腐蝕 能力，因而可用鋁粉與某些油漆混合制成銀白色的防銹油漆。 鋁的導電、導熱性強，在工業(yè)上常用鋁代替鋼作導線、熱 交換器和散熱材料等。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 鋁的最外電子層上有3個電子，在化學反應(yīng)中很容易失去 而形成+3價的陽離子，因此，鋁具有較強的還原性。在化學 反應(yīng)中，常用作還原劑。 鋁的這種性質(zhì)在軍事上被用于制造照明彈或燃燒彈，鋁除 能與氧氣反應(yīng)外，還能跟其他非金屬如硫、鹵素等直接化合。 二、鋁的化學性質(zhì) 鋁在氧氣中能劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光，并冒白煙。 1與非金屬反應(yīng) 322 OAl2 O3Al4 點燃 第六章 重要的金屬元素及其化合物 1

22、與非金屬反應(yīng) 在常溫下，鋁也容易被空氣中的氧氣氧化，但由于在鋁表 面生成一層致密而堅固的氧化鋁薄膜。阻止了內(nèi)部的鋁繼續(xù)氧 化，因此鋁制品具有一定的抗腐蝕能力。 二、鋁的化學性質(zhì) 第六章 重要的金屬元素及其化合物 通常把用鋁從金屬氧化物中置換金屬的方法稱為鋁熱法鋁熱法。 工業(yè)上常用鋁熱法冶煉難熔的金屬、焊接鋼軌等。 2.與金屬氧化物的反應(yīng) 鋁和某些金屬氧化物反應(yīng)時，放出的熱量。足以把還原出 來的金屬熔化。如： 3232 OAlFe2 OFeAl2 二、鋁的化學性質(zhì) 第六章 重要的金屬元素及其化合物 3.與酸的反應(yīng) 鋁既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)。 4.與堿的反應(yīng) 222 H3AlO2Na OH2N

23、aOHAl2 23 H3AlCl2 HCl6Al2 234242 H3)SO(Al SOH3Al2 二、鋁的化學性質(zhì) 思考：鋁制餐具能否用來長時間盛裝酸性或堿性食物？ 鋁的兩性 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、鋁的重要化臺物 1.氧化鋁 人工高溫燒結(jié)的氧化鋁稱為人造剛玉。人造紅寶石的單晶 用作激光材料。 通常所說的藍寶石和紅寶石是混有少量不同氧化物雜質(zhì)的 剛玉，它們不但可用作裝飾品，而且還可用作精密儀器和手表 的軸承。 自然界存在晶體氧化鋁，硬度僅次于金剛石，稱為剛玉。 第三節(jié) 鋁 氧化鋁(A12O3)是白色粉末，熔點為2 050 ，不溶于水。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、鋁的

24、重要化臺物 1.氧化鋁 新制備的氧化鋁能與酸或堿反應(yīng)。 因此，氧化鋁是兩性氧化物。 OHAlO2Na NaOH2OAl 2232 OH3lC2Al HCl6OAl 2332 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、鋁的重要化臺物 2. 氫氧化鋁 溶液中，新生成的氫氧化鋁是白色難溶的膠狀物質(zhì)，它能 凝聚水中的懸浮物，又有吸附色素的性能。 氫氧化鋁是白色粉末。 氫氧化鋁凝膠在醫(yī)藥上還是一種良好的抗酸藥，用于中和 胃酸等。 在實驗室里通常用鋁鹽溶液跟氨水反應(yīng)制取氫氧化鋁。 424323342 SO)NH(3)OH(Al2 OHNH6)SO(Al 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、鋁的重要化臺物 2

25、. 氫氧化鋁 氫氧化鋁既能跟酸反應(yīng)，又能跟強堿反應(yīng)，是典型的兩性 氫氧化物。 OH3lCAl HCl3)OH(Al 233 OH2AlONa NaOH)OH(Al 223 氫氧化鋁的兩性 第六章 重要的金屬元素及其化合物 3.明礬 水解所產(chǎn)生的Al(OH)3膠體具有很強的吸附能力，可以吸 附水里懸浮的雜質(zhì)，并沉淀析出，使水澄清。因此，明礬是一 種較好的凈水劑。 明礬是復鹽?；瘜W名：十二水硫酸鋁鉀 化學式：KAl(SO4)212H2O H3)()OH(Al OH3Al 32 3 膠體 其電離出的Al3+跟水發(fā)生水解反應(yīng)。 明礬是無色晶體，易溶于水，在水溶液中完全電離： 2 4 3 24 SO2A

26、lK )SO(KAl 知識拓展硬水的軟化 第三節(jié) 鋁 第六章 重要的金屬元素及其化合物 知識拓展硬水的軟化 工業(yè)上把溶有多量鈣鹽、鎂鹽的水叫做硬水； 把含有較少量或不含Ca2+和Mg2+的水叫做軟水。 硬水對工業(yè)生產(chǎn)的危害很大。例如，如果以硬水作為鍋 爐用水，則水中的鈣、鎂的酸式碳酸鹽受熱時轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁} 沉淀，形成水垢。水垢的形成不僅阻礙傳熱、多耗燃料，并 且容易造成鍋爐局部過熱損壞，甚至發(fā)生爆炸。 含有鈣、鎂的酸式碳酸鹽的硬水叫暫時硬水。在加熱煮沸 時會生成沉淀。 含有鈣、鎂的硫酸鹽和氯化物的硬水叫永久硬水。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 采取一定的方法減少硬水中鈣鹽和鎂鹽的過程，稱為硬

27、水 的軟化。硬水軟化常用的方法有以下幾種： 1.藥劑軟化法 藥劑軟化法是在水里加入適當?shù)乃巹┦谷芙庠谒锏拟}鹽 和鎂鹽轉(zhuǎn)化為沉淀析出，以達到軟化水的目的。 例如，石灰純堿法是將消石灰(氫氧化鈣)和純堿(碳酸鈉) 的混和物加入欲軟化的硬水中。 知識拓展硬水的軟化 第六章 重要的金屬元素及其化合物 2.離子交換法 陽離子交換樹脂可以用自身的陽離子與硬水中的Ca2+和 Mg2+等陽離子交換，使硬水中的Ca2+和Mg2+留在陽離子交換樹 脂上而從硬水中除去。不同陽離子交換樹脂自身的陽離子可以 不同，例如，氫離子或者鈉離子。 陰離子交換樹脂的作用原理和陽離子交換樹脂相似。 離子交換樹脂在使用一段時間后會

28、失效，處理后可以使樹 脂再生，重新使用。 現(xiàn)在工業(yè)上多采用離子交換樹脂來軟化硬水。 離子交換樹脂有兩種類型：陽離子交換樹脂和陰離子交換 樹脂。 知識拓展硬水的軟化 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第四節(jié) 鐵 1.了解鐵的物理性質(zhì) 2.了解鐵的化學性質(zhì) 3.了解鐵的氧化物 4.理解鐵鹽和亞鐵鹽的相互轉(zhuǎn)化 5.了解鐵離子的檢驗 學習目標 第六章 重要的金屬元素及其化合物 前面學習的幾種金屬元素，都是元素周期表中的主族元素。 本節(jié)將要學習的鐵元素位于元素周期表的第族，是一種重要 的過渡元素。 過渡元素一般來說，密度大，硬度大，熔點高，有良好的 導電、導熱性能。 第四節(jié) 鐵 第六章 重要的金屬元素及

29、其化合物 一、鐵的性質(zhì) 1鐵的物理性質(zhì) 鐵能被磁鐵吸引，具有鐵磁性，是制造發(fā)電機和電動機必 不可少的材料。 有良好的導電性、導熱性和延展性。 純鐵是具有銀白色金屬光澤的金屬，密度為7.86 g/cm3，熔 點l 535 。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 鐵原子的最外電子層上有2個電子，在化學反應(yīng)中容易失 去而成為+2價的陽離子。鐵在化學反應(yīng)中還能再失去次外層 上的一個電子而成為+3價的陽離子。所以，鐵在化合物中通 常顯+2價或+3價。 一、鐵的性質(zhì) 2.鐵的化學性質(zhì) 第六章 重要的金屬元素及其化合物 2.鐵的化學性質(zhì) (1)與非金屬的反應(yīng) 在常溫下，鐵在干燥的空氣里與氧、硫、氯等典型的非金

30、 屬不起顯著的反應(yīng)，因此，工業(yè)上可用鋼瓶貯存干燥的氯氣和 氧氣。但在高溫下，鐵能和氧、硫、氯等非金屬反應(yīng)： FeS SFe 高溫 32 FeCl2 Cl3Fe2 高溫 432 OFe O2Fe3 高溫 硫的非金屬性較弱，因此只能使鐵形成+2價。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 (2)與水的反應(yīng) 在常溫下，鐵與水不起反應(yīng)，但在潮濕空氣中，鐵在水、 氧氣、二氧化碳等的共同作用下，易氧化而生銹，鐵銹的主要 成分是Fe2O3，結(jié)構(gòu)疏松，因此不能阻止內(nèi)部鐵繼續(xù)生銹。 紅熱的鐵跟水蒸氣起反應(yīng)，生成四氧化三鐵和氫氣。 2.鐵的化學性質(zhì) 2432 H4OFe OH4Fe3 第六章 重要的金屬元素及其化合物

31、鐵能將活動性順序中在鐵之后的金屬從其鹽溶液中置換 出來。 2.鐵的化學性質(zhì) (3)與酸的反應(yīng) 鐵能與鹽酸、稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng) (4)與鹽溶液的反應(yīng) 22 HFeCl HCl2Fe 2442 HFeSO SOHFe CuFeSO CuSOFe 44 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、鐵的重要化臺物 1.氧化物和氫氧化物 (1)鐵的氧化物 氧化亞鐵(FeO)是一種黑色粉末，它不穩(wěn)定，在空氣中加熱， 即迅速被氧化成四氧化三鐵。 氧化鐵(Fe2O3)是一種紅棕色粉末，俗稱鐵紅，它可用作油 漆的顏料等。 四氧化三鐵(Fe3O4)是具有磁性的黑色晶體，俗稱磁性氧 化鐵。它是一種復雜的化合物，常用作顏料

32、和擦光劑等。特 制的磁性氧化鐵可以制造錄音磁帶和電訊器材。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、鐵的重要化臺物 1.氧化物和氫氧化物 (1)鐵的氧化物 鐵的氧化物都不溶于水，也不能跟水起反應(yīng)。 氧化亞鐵和氧化鐵都能跟酸起反應(yīng)，分別生成亞鐵鹽和鐵 鹽。 OHFe H2FeO 2 2 OH3Fe2 H6OFe 2 3 32 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、鐵的重要化臺物 1.氧化物和氫氧化物 (2)鐵的氫氧化物 鐵的氫氧化物有氫氧化亞鐵和氫氧化鐵兩種，這兩種氫氧 化物都可用相應(yīng)的可溶性鐵鹽和堿溶液起反應(yīng)制得。 氫氧化亞鐵Fe(OH)2氫氧化鐵Fe(OH)3 氫氧化亞鐵和氫氧化鐵都是不溶性堿

33、。 新生成的氫氧化亞鐵是白色絮狀沉淀，在空氣里不穩(wěn)定， 能被氧化成紅褐色的氫氧化鐵。在氧化過程中，顏色由白變?yōu)?灰綠，最終變?yōu)榧t褐色。 3222 OHFe4 OH2O)OH(Fe4 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、鐵的重要化臺物 1.氧化物和氫氧化物 (2)鐵的氫氧化物 它們能與酸反應(yīng)，分別生成亞鐵鹽和鐵鹽。 OH2Fe H2)OH(Fe 2 2 2 OH3Fe H3)OH(Fe 2 3 3 氫氧化鐵受熱不穩(wěn)定，易分解。 OH3OFe )OH(Fe 2323 2 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、鐵的重要化臺物 2.鐵鹽和亞鐵鹽 (1)硫酸亞鐵 鐵的鹽有亞鐵鹽(即二價鐵鹽)和鐵鹽(即

34、三價鐵鹽)兩種， 常見的亞鐵鹽和鐵鹽有硫酸亞鐵和氯化鐵。 綠礬在潮濕的空氣中能逐漸被氧化而變成黃棕色的堿式硫 酸鐵，因此綠礬需保存在密閉容器內(nèi)。 硫酸亞鐵晶體(FeSO47H2O)含有7分子結(jié)晶水，是淡綠色晶 體，又稱綠礬，易溶于水。 硫酸亞鐵溶液容易氧化變質(zhì)，不宜長久保存，配制溶液時 可以加入適量稀硫酸使溶液呈酸性，同時加入鐵釘，阻止其氧 化。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、鐵的重要化臺物 2.鐵鹽和亞鐵鹽 (1)硫酸亞鐵 綠礬在農(nóng)業(yè)上用作殺菌劑，它也是一種微量元素肥料，可 防治小麥黑穗病和條紋病等，植物缺鐵時葉子發(fā)黃；在醫(yī)藥上 作內(nèi)服藥，用于治療缺鐵性貧血；工業(yè)上用于制造藍黑墨水和

35、 媒染劑，也可用于木材防腐。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、鐵的重要化臺物 2.鐵鹽和亞鐵鹽 (2)氯化鐵 HCl3)()OH( eF OH3FeCl 323 膠體 氯化鐵在醫(yī)藥上用作止血劑。 配制氯化鐵溶液時，可以加入少量鹽酸，抑制水解反應(yīng)發(fā) 生。此時溶液呈黃色。 氯化鐵易溶于水。在水溶液中因Fe3+易水解使溶液呈紅棕色。 氯化鐵(FeCl3)是棕黃色固體，吸濕性很強。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、鐵的重要化臺物 2.鐵鹽和亞鐵鹽 (2)氯化鐵 例如，氯化亞鐵溶液遇到氯水時生成氯化鐵： 例如，氯化鐵溶液中加入鐵粉時，生成氯化亞鐵： 322 FeCl2 ClFeCl2 23

36、FeCl3 FeFeCl2 三價鐵在還原劑的作用下，會被還原成二價鐵的化合物。 二價鐵在較強的氧化劑的作用下，會被氧化成三價鐵的化合 物。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、Fe3+的檢驗 Fe3+遇到KSCN溶液變成紅色， Fe2+遇到KSCN溶液不顯紅 色，利用這一反應(yīng)可以檢驗Fe3+的存在。 知識拓展人體中的微量元素 Fe3+的檢驗 第六章 重要的金屬元素及其化合物 知識拓展人體中的微量元素 微量元素通常是指人體內(nèi)含量不足0.01%的元素，已經(jīng)被 公認的必需微量元素有鐵、銅、鋅、錳、鈷、碘、硒、氟、硅、 釩、鎳等。 人體中的微量元素主要由膳食供給，微量元素的缺乏、過 ?；虮壤划敹伎?/p>

37、能對健康不利，甚至發(fā)病。 常量元素通常是指人體內(nèi)含量在0.01%以上的元素，人體 必需常量元素有鈣、鎂、鉀、鈉、磷、氯、硫等。 鉛、汞、鎘等是對人體有害的元素。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 名稱生理功能 缺乏后的 主要癥狀 食物來源 Fe 參與血紅蛋白對氧的轉(zhuǎn)運、交換和組織呼 吸作用 缺鐵性貧血 動物血、肝、蛋 黃、豆類 I 甲狀腺激素的重要成分，該激素有調(diào)節(jié)人 體熱能、蛋白質(zhì)、脂肪代謝的功能，促進 生長發(fā)育作用 影響兒童生長發(fā)育， 智力障礙，“大脖子 病” 海帶、紫菜等海 產(chǎn)品，加碘鹽 Zn 多種酶的組成成分，對蛋白質(zhì)、脂肪、糖 的代謝有重要作用。參與唾液組成，因此 與味覺有關(guān) 影響兒

38、童生長發(fā)育， 味覺異常，免疫力下 降 鮮蝦、牛肉、羊 肉、乳制品、蛋 黃 一些微量元素的生理功能、缺乏后的主要癥狀、食物來源列表如下： 知識拓展人體中的微量元素 第六章 重要的金屬元素及其化合物 名稱生理功能 缺乏后的 主要癥狀 食物來源 Cu多種酶的成分，促進結(jié)締組織形成的骨骼發(fā)育 正常，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的健康 貧血，生長遲緩， 情緒易激動 谷類、豆類、堅 果、肉類、海產(chǎn) 品 Co 維生素B12的組成成分，但人體自身不能直接用 鈷來合成維生素B12 貧血 含維生素B12的食 物 F牙齒和骨骼的成分，可預防齲齒和老年人的骨 質(zhì)疏松癥 攝入量過多可引 起斑牙癥 食物中較少，主 要通過飲水 一些微

39、量元素的生理功能、缺乏后的主要癥狀、食物來源列表如下： 知識拓展人體中的微量元素 第六章 重要的金屬元素及其化合物 第五節(jié) 原電池 1.了解原電池的工作原理 2.了解金屬的腐蝕和防護 3.了解化學電源與新型電池 學習目標 第六章 重要的金屬元素及其化合物 把化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池。原電池。 研究表明，化學反應(yīng)都伴隨著能量變化。 一、原電池原理 在一般化學反應(yīng)里，這種能量變化常表現(xiàn)為放熱或吸熱現(xiàn) 象，有的化學反應(yīng)還表現(xiàn)出發(fā)光等等?，F(xiàn)在學習化學能是怎樣 直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿摹?第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 已經(jīng)學過，鋅片放入稀硫酸溶液中時，有氫氣放出。 一、原電池原理

40、 上述反應(yīng)中鋅將電子直接轉(zhuǎn)移給氫離子而發(fā)生氧化還原反 應(yīng)。反應(yīng)中的化學能以熱量方式釋放。 能否將上述氧化還原反應(yīng)的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苣兀?2442 HSOnZ SOHZn 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 將銅片和鋅片以導線連接一同浸入稀硫酸中。接上電流表。 ZnCu 一、原電池原理 鋅片上： 在鋅電極，鋅原子失去電子， 成為鋅離子。 這些自由電子可以通過導線到達 銅電極。 2 Zn2e Zn 稀硫酸 Zn2+ e 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 ZnCu 一、原電池原理 H+ H2 e Zn2+ e 銅片上： 在銅電極，氫離子得到電 子，放出氫氣。 鋅電極不斷

41、向銅電極輸送電 子。 2 2H 2e H 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 ZnCu 一、原電池原理 導體中，電子從鋅電極流向 銅電極。 e e e 電荷的定向流動形成電流。 鋅電極是負極，銅電極是正極， 電流從銅電極(正極)流向鋅電極 (負極)。 電流 溶液中，Zn不斷失去電子成 為Zn2+從鋅片進入溶液，H+不斷 從溶液來到銅片得到電子成為H2 并放出。 H+ H2 e Zn2+ e 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 一、原電池原理 ZnCu e e e H+ H2 e Zn2+ e 像這種把化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池原電池。 電流 銅片： 鋅片：

42、 是氧化反應(yīng) 是還原反應(yīng) 電池總反應(yīng)： 2 Zn2e Zn 2 2H 2e H 2 2 HZn H2Zn 2442 HSOnZ SOHZn 原電池工作原理 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 銅鋅硫酸原電池是在1789年由意大利物理學家伏特發(fā)明 的，為了紀念他，稱這種電池為伏特電池。人們利用原電池 原理制成了多種電池，如干電池、蓄電池、銀鋅電池以及供 人造地球衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站使用的高能電池 等等。 一、原電池原理 隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，新型的電池將不斷涌現(xiàn)。電池 在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科技等方面用途非常廣泛。 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 一

43、、原電池原理 蓄電池鎳氫電池鋰電池 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、金屬的腐蝕與防護 1金屬的腐蝕 金屬腐蝕是指金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體發(fā)生 化學反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。根據(jù)其腐蝕機理的不同，金屬的 腐蝕可分為電化學腐蝕和化學腐蝕。 鋼鐵及其制品在干燥的空氣里長時間不易腐蝕，但在潮濕 的空氣里卻很快被腐蝕，這是什么原因呢? 第五節(jié) 原電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 Fe C C C C 鋼鐵的主要成分是鐵，另外還有碳等雜質(zhì)。 二、金屬的腐蝕與防護 1金屬的腐蝕 水膜 在潮濕空氣中，鋼鐵表面會吸附水蒸氣并溶解空氣中的 CO2 、 SO2和O2等氣體，在鋼鐵表

44、面形成一層電解質(zhì)溶液的薄 膜。鋼鐵表面好像被浸在一種電解質(zhì)溶液里，形成了無數(shù)微 小的原電池。 FeC 電解質(zhì) 溶液 微電池原理 示意圖 第六章 重要的金屬元素及其化合物 Fe C C C C 二、金屬的腐蝕與防護 1金屬的腐蝕 水膜 （電解質(zhì)溶液） 氫氣 在微電池中，鐵更易失去電子，所以鐵為負極，失去電子 而被氧化。 碳是正極，正極反應(yīng)較復雜。 生成的Fe2+與水膜中OH結(jié)合成Fe(OH)2， Fe(OH)2被氧氣 進一步氧化成Fe(OH)3 ，再脫水生成鐵銹（主要成分是Fe2O3）。 2 Fe e2Fe 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、金屬的腐蝕與防護 1金屬的腐蝕 鋼鐵在潮濕的空氣里

45、發(fā)生的腐蝕主要是電化學腐蝕。 不純金屬或合金在電解質(zhì)溶液中通過原電池反應(yīng)而發(fā)生的 腐蝕稱為電化學腐蝕電化學腐蝕。 例如，化工廠里的氯氣與鐵或其他金屬直接反應(yīng)而發(fā)生的 腐蝕，就屬于化學腐蝕。 另一種常見的金屬腐蝕是化學腐蝕，金屬與接觸到的物質(zhì) 直接發(fā)生化學反應(yīng)而引起的腐蝕，叫化學腐蝕化學腐蝕?；瘜W腐蝕只發(fā) 生在金屬表面。 電化學腐蝕原理 第六章 重要的金屬元素及其化合物 金屬腐蝕的現(xiàn)象非常普遍，像金屬制成的日用品、機器零 件、儀器儀表、海輪的船殼等若保養(yǎng)不好，就會腐蝕。其腐蝕 的程度決定于金屬本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)以及周圍介質(zhì)的成分。 二、金屬的腐蝕與防護 1金屬的腐蝕 在一般情況下，這兩種腐蝕往往同

46、時發(fā)生，只是電化學腐 蝕比化學腐蝕普遍得多，腐蝕的速度也快得多，破壞性也更大。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 二、金屬的腐蝕與防護 1金屬的腐蝕 金屬在潮濕空氣中比在干燥空氣中更容易腐蝕。 埋在地下的鐵管比在地面上的容易損壞。 介質(zhì)的酸性愈強，金屬腐蝕得愈快。 金屬被腐蝕后，其外形、色澤以及機械性能都將發(fā)生變化， 致使機器設(shè)備、儀器儀表的精密度和靈敏度大大降低，甚至不 能繼續(xù)使用。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 在金屬中加入其他金屬成分制成合金，可改善金屬的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)，增強其抗腐蝕的能力。例如，不銹鋼，就是在鋼里加鉻、 鎳等而制成的。 二、金屬的腐蝕與防護 2.金屬的防護 (1)改變金

47、屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu) 第六章 重要的金屬元素及其化合物 在金屬表面涂上一層保護層，將金屬與周圍介質(zhì)隔絕開 來。如在金屬表面涂一層油漆、瀝青、塑料、橡膠、搪瓷等 非金屬材料；或用不易被腐蝕的金屬、合金作為保護層，如 鍍鋅鐵皮(白鐵皮)和鍍錫鐵皮(馬口鐵)上的鋅和錫。 二、金屬的腐蝕與防護 2.金屬的防護 (2)在金屬表面覆蓋保護層 第六章 重要的金屬元素及其化合物 根據(jù)原電池的化學原理來進行金屬的防護。 二、金屬的腐蝕與防護 2.金屬的防護 (3)電化學保護法 此外，還可使用緩蝕劑來減緩金屬腐蝕的速度。 例如，在輪船的尾部和在船殼的水線以下部分，裝上一定 數(shù)量的鋅塊，來防止船殼等的腐蝕，在鋼閘、鍋爐

48、、地下管道 等地方貼鋅片，都是這種方法的運用。 電化學保護 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、化學電源與新型電池 借助于氧化還原反應(yīng)，將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，叫化化 學電源學電源?；瘜W電源可分為干電池、蓄電池、燃料電池等。 1.干電池 干電池是原電池的一種。前面提到的原電池是一種濕電 池，攜帶和使用都很不方便，而干電池采用糊狀的電解質(zhì)溶 液，使電池的體積縮小，攜帶和使用都很方便。 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、化學電源與新型電池 1.干電池 干電池有許多品種，如鋅錳干電池、鋅汞干電池、鎂 錳干電池等。這里只介紹鋅錳干電池。 鋅錳干電池的外殼鋅筒既是負極，又是容器，用涂有二 氧化錳

49、的碳捧插在圓筒中央作為正極，筒內(nèi)裝有NH4Cl、ZnCl2 與淀粉制成的糊狀混合物作為電解質(zhì)溶液，并用多孔紙包好， 使之與鋅片隔開。為了避免水的蒸發(fā)，干電池用蠟封好。 干電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、化學電源與新型電池 1.干電池 正極產(chǎn)生的氨氣和氫氣，會附著在碳棒上，阻礙銨離子繼 續(xù)在正極上獲得電子。 MnO2和ZnCl2的作用是分別和氫氣、氨氣反應(yīng)。避免氣體 在電極生成。因此，干電池的正極上不會因吸附氣泡而使反應(yīng) 終止。 干電池在使用時的電極反應(yīng)為： 負極(鋅)： 2 Zn2e Zn 正極(碳)： 234 HNH2 e2NH2 第六章 重要的金屬元素及其化合物 干電池在放電時，電解液和二氧化錳會逐漸消耗而導致失 效。失效的廢干電池無法恢復使用。因此，干電池是一次性電 池。 干電池的電動勢約為1.5 V，可用于電筒、電鈴、收音機 等。 三、化學電源與新型電池 1.干電池 第六章 重要的金屬元素及其化合物 隨著科學技術(shù)的突飛猛進，電池的種類、性能也有了很大 的發(fā)展。特別是近幾十年來，各國研制開發(fā)了種類繁多的高能 量新型電池，如供導彈用的銀鋅蓄電池，供各種電子器材用 的鋰電池，供人造衛(wèi)星用的鎘鎳電池、燃料電池等。這里只 簡單介紹鋰電池和燃料電池。 三、化學電源與新型電池 2.新型化學電源簡介 第六章 重要的金屬元素及其化合物 三、化學電源與新