第三章金屬元素及其化合物

第三章金屬及其化合物1.金屬元素在周期表中的位置及原子結(jié)構(gòu)特征①金屬元素分布在周期表的左方及左下方，目前已知的一百多種元素中共有90多種金屬元素。②金屬元素最外層電子數(shù)一般少于4（特殊情況如：Ge、Sn、Pb為4個，Sb、Bi為5個，Po為6個）。原子半徑較同周期元素的原子半徑大。③主要化合價為+1、+2、+3價，少數(shù)為+4價（如Sn4+）等。④金屬元素原子只能失去電子，不能得到電子。即金屬元素只有正價，沒有負價；金屬單質(zhì)只有還原性，沒有氧化性。2.金屬的分類①冶金工業(yè)分為黑色金屬（鐵、鉻、錳）和有色金屬（其他）②按密度分為輕金屬（密度小于4.5g/cm3，如鈉、鎂、鋁等）和重金屬（密度大于4.5g/cm3，如鉛、銀、銅、汞等）第一節(jié)金屬元素概述③按在地殼中的儲量和分布情況，分為常見金屬如鐵、銅、鋁、鋅等和稀有金屬如鋯、鉿、鈮、鉭等。3.金屬性質(zhì)概述①物理性質(zhì)⑴狀態(tài)：通常情況下，除汞外，其他金屬都呈固態(tài)。⑵金屬光澤：多數(shù)金屬具有金屬光澤。⑶導電、導熱性：由于金屬晶體中存在自由電子，使金屬易導電、導熱。⑷延展性：可壓成薄片，也可抽成細絲。⑸熔點及硬度：由金屬晶體中金屬陽離子和自由電子的作用決定。熔點最高的是鎢（3413℃），最低的是汞（-39℃

）②化學通性⑴與非金屬單質(zhì)反應a.大多數(shù)金屬都能與大多數(shù)非金屬在常溫或加熱的條件下直接化合形成化合物。例如：b.從金屬元素在化合物中的價態(tài)表現(xiàn)來看，金屬元素總是顯正價，非金屬元素總是顯負價；相同的金屬與不同的非金屬化合時，金屬元素的化合價也不盡相同，例如：2MgO22MgO+2MgCl2MgCl2+Δ2Al3Cl22AlCl3+Δ2Al3SAl2S3+Δc.從反應條件對生成物的影響來看，相同的金屬與相同的非金屬化合時，反應條件對生成物的類型有一定的影響。例如：MgSMgS+Δ2MgCl2MgCl2+Δ+2+22MgI2MgI2+Δ+22Fe3Cl22FeCl3+點燃+3FeSFeS+Δ+22FeI2FeI2+Δ+24NaO22Na2O+2NaO2Na2O2+Δ⑵與水反應在金屬活動性順序中位于氫以前的金屬與水反應，生成氫氧化物或金屬氧化物和氫氣。a.K、Ca、Na等金屬和冷水作用，生成可溶性堿和H2。2K2H2O2KOH+H2+↑b.Mg與冷水反應慢，與沸水反應快；Al與冷水很難反應，與沸水能反應，生成不溶性堿和H2。Mg2H2OMg(OH)2+H2+↑Δc.Zn、Fe、Sn、Pb和高溫水蒸汽反應，生成不溶性氧化物和H2。ZnH2O(g)ZnO+H2+高溫3Fe4H2O(g)Fe3O4+4H2+高溫d.Cu、Hg、Ag、Pt、Au不與水作用。KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu常溫能與水反應加熱時能與水反應高溫條件下能與水蒸汽反應不與水反應⑶與酸反應在金屬活動性順序中位于氫前的金屬與非氧化性酸（如鹽酸、稀硫酸）作用，發(fā)生置換反應，生成鹽和氫氣；與氧化性酸（如硝酸、濃硫酸）反應不放出氫氣。大多數(shù)金屬在加熱條件下能與濃硫酸發(fā)生反應，如：Cu2H2SO4(濃)CuSO4+SO2+↑Δ2H2O+除個別金屬如Au、Pt外的幾乎所有金屬在常溫下都能與硝酸反應，例如：Cu4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2NO2+↑2H2O+3Cu8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+↑Δ4H2O+⑷與某些鹽溶液反應通常，在金屬活動性順序中，排在前面的金屬能將排在后面的金屬從其鹽溶液中置換出來，如將鐵放入硫酸銅溶液中：極活潑金屬K、Ca、Na加入鹽溶液時，金屬先于水反應，例如鈉放入硫酸銅溶液中：2Na2H2O2NaOH+H2+↑2NaOHCuSO4Cu(OH)2+Na2SO4+↓較活潑金屬Mg、Al、Zn等與易水解的強酸強堿鹽溶液之間的反應，是水解和置換反應同時存在。例如在氯化銨溶液中撒入鎂粉，由于氯化銨中的NH4+水解，使溶液呈酸性，鎂粉不斷與溶液中的H+反應放出氫氣，NH4+水解的平衡右移，氨氣濃度越來越大，最后有刺激性氣味氣體的氨氣放出。反應的方程式是：NH4+H2ONH3·H2O+H++Mg2H+Mg2++H2+↑NH4+MgNH3+Mg2++H2+↑↑4.金屬的重要化合物①氧化物舉例常見的堿性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物、過氧化物。過氧化物是金屬陽離子與過氧根離子結(jié)合成的化合物。②氫氧化物金屬對應的氫氧化物通常是堿，極少數(shù)為兩性。極活潑金屬的氫氧化物能溶于水，性質(zhì)穩(wěn)定，很難分解，如氫氧化鈉、氫氧化鈣；較活潑金屬與不活潑金屬的氫氧化物，一般都難溶于水，可以在加熱條件下分解生成相應價態(tài)金屬的氧化物和水，如氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鐵。金屬對應最高價氫氧化物的堿性強弱可以作為判斷金屬元素金屬性強弱的一個重要依據(jù)。③金屬鹽5.金屬與酸反應定性規(guī)律⑴K→Pb能和非氧化性酸如鹽酸、硫酸等發(fā)生置換反應。⑵K→Pb能和氧化性酸如硝酸、濃硫酸等發(fā)生氧化還原反應，但不生成氫氣。⑶Al、Fe遇濃硝酸、濃硫酸，在常溫下發(fā)生鈍化。⑷Cu→Ag和氧化性酸發(fā)生氧化還原反應，但不生成氫氣。⑸Pt→Au只能和強氧化性混酸（王水）發(fā)生氧化還原反應。1.鈉單質(zhì)①物理性質(zhì)銀白色金屬光澤；質(zhì)軟；熔沸點低；密度為0.97g/cm3，比煤油大，比水?。粚щ妼嵝阅芰己?。②化學性質(zhì)Na原子最外層有1個電子，在反應中鈉極易失去電子變?yōu)殁c離子，所以鈉的化學性質(zhì)很活潑，具有強還原性。⑴與非金屬反應a.與氧氣反應常溫下，能與空氣中的氧氣反應，使鈉表面變暗。第二節(jié)鈉及其化合物4NaO22Na2O+在空氣或氧氣中加熱，生成淡黃色固體。2NaO2Na2O2+Δb.與硫反應(研磨易爆炸)2NaSNa2S+c.與鹵素反應2NaCl22NaCl+點燃⑵與水反應與水劇烈反應，放出氫氣并生成氫氧化鈉，水中加酚酞，溶液呈紅色。2Na2H2O2NaOH+H2+↑實驗現(xiàn)象：浮、熔、游、響、紅提問：上述五字怎么解釋？各體現(xiàn)鈉的什么性質(zhì)？練習：一定溫度下，向飽和氫氧化鈉溶液中投入一小塊金屬鈉，充分反應后恢復到原來溫度。判斷下列敘述是否合理：NaOH溶液濃度增大，并放出氫氣；溶液中NaOH的質(zhì)量分數(shù)不變，有氫氣放出；溶液的總質(zhì)量減少，有氫氣放出；鈉浮于液面，到處游動，發(fā)出嘶嘶的響聲。⑶與酸反應鈉與酸反應，實質(zhì)上是與酸電離出的H+反應，所以比與水反應更劇烈。2Na2HCl2NaCl+H2+↑⑷與某些鹽溶液反應鈉與鹽溶液反應，實質(zhì)上是與水反應生成的氫氧化鈉與鹽發(fā)生反應。寫出鈉和硫酸銅溶液反應的化學方程式③鈉的保存、制取及用途金屬鈉要保存于煤油中（為什么）實驗室電解熔融氯化鈉制取鈉。寫出化學方程式：用途：工業(yè)上用鈉做還原劑冶煉金屬，如4NaTiCl4Ti+4NaCl+Na-K合金（液態(tài)）用作原子反應堆的導熱劑。用鈉制作高壓鈉燈。2.鈉的氧化物氧化鈉Na2O過氧化鈉Na2O2顏色、狀態(tài)白色固體淡黃色固體物質(zhì)類別離子化合物、堿性氧化物離子化合物、過氧化物電子式化學鍵類型僅含有離子鍵離子鍵、非極性共價鍵生成條件常溫下加熱或點燃氧的價態(tài)氧化還原性轉(zhuǎn)變關系與水反應與CO2反應與鹽酸反應用途-氧化劑、供氧劑、漂白劑、殺菌劑保存隔絕空氣，密封保存隔絕空氣，遠離易燃物，密封練習：1.已知a是一種金屬單質(zhì)，b顯淡黃色，其轉(zhuǎn)化關系如圖所示abcdO2CO2CO2H2O各為什么？判斷：c溶液呈堿性；c與澄清石灰水反應產(chǎn)生白色沉淀；c與足量鹽酸反應放出氣體；c受熱易分解2.有五種溶液分別含有NO3-、HCO3-、SO32-、CO32-、SO42-五種離子中的各一種，向其中加入少量的Na2O2固體后，溶液中離子濃度基本保持不變的是（忽略溶液體積變化）3.下列判斷正確的是可用水來確定某Na2O粉末中是否含有Na2O2可用二氧化碳來確定某Na2O粉末中是否含有Na2O2可用在空氣中加熱的方法除去Na2O中的Na2O2將足量的Na2O和Na2O2分別加到酚酞試液中，最終溶液均為紅色3.鈉的氫氧化物電子式為，屬于離子化合物，形成離子晶體。①物理性質(zhì)俗名燒堿、火堿、苛性鈉，白色固體，易吸水潮解，易溶于水并放熱。不能直接放在托盤上、紙上，應置于小燒杯或稱量瓶中稱取。②化學性質(zhì)常用一元強堿，具有堿的通性。⑴NaOH溶于水后完全電離，能使酸堿指示劑或試紙變色。⑵與酸和酚發(fā)生中和反應，如鹽酸、苯酚等。⑶與酸酐發(fā)生反應，如SO2、CO2、SiO2、SO3、P2O5等。寫出二氧化碳（少、過）與氫氧化鈉反應的化學方程式⑷與某些金屬單質(zhì)發(fā)生反應，如鋁⑸與某些非金屬單質(zhì)發(fā)生反應，如Cl2、S、Si等。⑹與兩性氧化物、兩性氫氧化物發(fā)生反應，如Al2O3、ZnO、氫氧化鋁、氫氧化鋅等。⑺與某些鹽類發(fā)生復分解反應，如含F(xiàn)e3+、Cu2+、NH4+、Ag+、Mg2+、Al3+、Fe2+、Zn2+、HCO3-、HSO3-、HS-、H2PO4-、HPO42-等的鹽。⑻提供堿性環(huán)境發(fā)生有機反應，如鹵代烴的水解反應和消去反應，酯類的水解反應，油脂的皂化反應等。③制取a.電解飽和食鹽水2NaCl2H2O2NaOH+H2+↑通電Cl2+↑b.由氫氧化鈣和碳酸鈉反應制?、鼙４婷芊庠谒芰掀恐?，短時間內(nèi)可保存在玻璃瓶中，但只能用橡皮塞，為什么不能用玻璃塞？4.鈉置于空氣中某同學將一小塊金屬鈉置于空氣中，觀察到下列現(xiàn)象變灰暗銀白色變白色出現(xiàn)液滴白色固體分析過程，寫出反應方程式過氧化鈉置于空氣中首先與那種物質(zhì)發(fā)生反應？為什么碳酸鈉碳酸氫鈉俗名純堿、蘇打小蘇打化學式色態(tài)白色粉末白色細小晶體溶解性（水）易溶可溶熱穩(wěn)定性加熱不分解加熱可分解與NaOH反應不反應與澄清石灰水反應與CO2反應不反應與同濃度鹽酸反應產(chǎn)生二氧化碳較慢產(chǎn)生二氧化碳快與CaCl2或BaCl2溶液反應產(chǎn)生白色沉淀不反應用途玻璃、肥皂、紡織、造紙；洗滌劑發(fā)酵劑、滅火劑、醫(yī)用與酸互滴順序不同，現(xiàn)象不同順序不同，現(xiàn)象相同相互轉(zhuǎn)化工業(yè)制法用NaCl、CO2、NH3、H2O作原料先制備出碳酸氫鈉，再將碳酸氫鈉加熱分解即得碳酸鈉5.常見鈉鹽1.鎂、鋁單質(zhì)①物理性質(zhì)均為銀白色金屬；質(zhì)軟；鎂導電導熱性延展性較好，鋁導電導熱性延展性很好。畫出鎂和鋁的原子結(jié)構(gòu)示意圖②化學性質(zhì)Mg、Al原子最外層分別有2、3個電子，在反應中易失去最外層電子變?yōu)殛栯x子，表現(xiàn)還原性。鋁原子比鎂原子半徑小，原子核對最外層電子吸引力大，所以鋁活性不如鎂。鎂和鋁都能與非金屬、酸、某些氧化物等起反應，鋁還可以跟強堿溶液反應。⑴與非金屬反應第三節(jié)鎂鋁及其化合物2MgO22MgO+點燃4Al3O22Al2O3+點燃MgCl2MgCl2+點燃2Al3Cl22AlCl3+點燃MgSMgS+Δ2Al3S2Al2S3+Δ3MgN2Mg3N2+點燃在常溫下，鎂和鋁都能與空氣中的氧氣發(fā)生反應，生成一層致密的氧化物薄膜，從而使金屬失去光澤。由于這層氧化物薄膜能阻止金屬的繼續(xù)氧化，所以鎂和鋁都有抗腐蝕性。由于鋁離子和硫離子在水溶液中會發(fā)生雙水解反應，因此通常利用Al和S的化合反應制備三硫化二鋁。⑵鋁、鎂與酸反應Mg2HClMgCl2+H2+↑2Al6HCl2AlCl3+3H2+↑鎂、鋁跟硝酸、濃硫酸反應時，硝酸中的氮元素、硫酸中的硫元素被還原，不生成氫氣。鋁在冷的濃硝酸或濃硫酸中會發(fā)生鈍化。⑶鎂、鋁跟某些氧化物反應2AlFe2O3Al2O3+Fe+高溫2MgCO22MgO+C+點燃在高溫下，鋁與三氧化二鐵、二氧化錳、三氧化二鉻等氧化物都能發(fā)生反應，生成氧化鋁和另一種金屬的單質(zhì)，這樣的化學反應叫做鋁熱反應。利用鋁熱反應可以冶煉金屬或焊接金屬。⑷鎂跟水反應Mg2H2OMg(OH)2+H2+↑Δ鎂跟冷水反應非常緩慢，鋁跟冷水很難反應。⑸鋁跟堿反應鋁可跟氫氧化鈉等強堿的水溶液發(fā)生化學反應。2NaOH2H2O2NaAlO2+3H2+↑Al+3.工業(yè)制備鎂和鋁的化學反應原理⑴電解熔融狀態(tài)的氯化鎂制取鎂⑵電解熔融狀態(tài)的氧化鋁制取鋁MgCl2（熔融）MgCl2+↑通電2Al2O3（熔融）4Al3O2+↑通電氧化鎂比氯化鎂熔點高，故工業(yè)制取鎂用氯化鎂。氯化鋁熔點比氧化鎂低，但氯化鋁是共價化合物，在熔融狀態(tài)不導電，不能被電解，因此用氧化鋁。在加熱條件下，氧化鋁易與冰晶石形成熔融混合物，降低了氧化鋁的熔化溫度。故制取時用氧化鋁和冰晶石的熔融混合物。2.鎂和鋁的氧化物①物理性質(zhì)MgO和Al2O3均為白色固體，屬于離子化合物。都難溶于水，熔點高，是很好的耐火材料。天然Al2O3硬度非常大，俗稱剛玉（紅寶石、藍寶石）。②化學性質(zhì)都難溶于水，不跟水發(fā)生反應。氧化鎂是堿性氧化物，氧化鋁為兩性氧化物。Al2O36HCl2AlCl3+3H2O+Al2O32NaOH2NaAlO2+H2O+③應用氧化鋁是冶煉金屬鋁的主要原料，也可以制造耐火坩堝、耐火管和耐高溫實驗儀器。氧化鎂可以用于染料、油漆、玻璃、化學試劑、醫(yī)藥、食品添加劑以及用作耐火材料。練習：實驗室中，要想使AlCl3溶液中的Al3+全部沉淀出來，應選用下列試劑中的石灰水氫氧化鈉溶液硫酸氨水3.鎂和鋁的氫氧化物①氫氧化鎂白色難溶性固體，其水溶液中氫氧根離子濃度很小，可以使酚酞溶液變成淺紅色。Mg(OH)22HClMgCl2+2H2O+H2OMgO+ΔMg(OH)2②氫氧化鋁白色膠狀物質(zhì)，難溶于水，具有吸附性。3H2OAl2O3+Δ2Al(OH)3兩性氧化物，可跟酸、堿反應。氫氧化鋁可用作胃酸中和劑。練習：判斷下列除雜方法鎂粉中混有少量鋁粉：加入過量燒堿溶液充分反應，過濾、洗滌、干燥用過量氨水除去Fe3+溶液中的少量Al3+氫氧化鋁中混有少量氫氧化鎂：加入足量燒堿溶液，充分反應，過濾，向濾液中通入過量二氧化碳后過濾MgO中混有少量三氧化二鋁：加入足量燒堿溶液，充分反應，過濾、洗滌、干燥得到氧化鎂。4.硫酸鋁鉀十二水合硫酸鋁鉀[KAl(SO4)2·H2O],俗稱明礬，是一種無色晶體，易溶于水。硫酸鋁鉀溶于水，發(fā)生水解反應，其水溶液顯酸性；水解產(chǎn)生的膠狀的氫氧化鋁吸附力很強，可以吸附水中的雜質(zhì)并形成沉淀，使水澄清。所以明礬常用作凈水劑。練習：氧化還原在生成、生活中具有廣泛的用途，下列做法涉及到鋁元素的還原性的是：明礬凈化水；用氫氧化鋁治療胃酸過多；用鋁制容器存放濃硫酸；電解熔融氧化鋁制單質(zhì)鋁。1.鐵、銅單質(zhì)①物理性質(zhì)鐵為銀白色，銅為紫紅色；導電導熱、延展性良好。鐵、銅原子結(jié)構(gòu)示意圖②化學性質(zhì)鐵位于第Ⅷ族，常見化合價為+2、+3價。銅常見化合價為+1、+2價。鐵的還原性比銅強。⑴與非金屬反應第四節(jié)鐵銅及其化合物2Fe3Cl22FeCl3+點燃FeSFeS+Δ2FeI2FeI2+Δ3Fe2O2Fe3O4+點燃⑵跟酸反應鐵既能被非氧化性酸中的氫離子氧化，又能被氧化性酸中的中心元素氧化，而銅只能被氧化性酸中的中心元素氧化。常溫下，鐵遇到濃硫酸或濃硝酸時會鈍化。純凈的鐵在空氣中較耐腐蝕，但常用的鋼鐵器件較容易被腐蝕寫出鐵與鹽酸，鐵、銅與濃硫酸在高溫下，鐵、銅與稀硝酸反應的化學方程式CuCl2CuCl2+點燃2CuSCu2S+Δ2CuO22CuO+Δ⑶鐵銅跟鹽溶液反應寫出鐵與三氯化鐵、銅與三氯化鐵、鐵與陰離子、鐵與鉛離子、銅與汞離子、銅與銀離子反應的方程式⑷鐵與水反應3Fe4H2O(g)Fe3O4+4H2+高溫③工業(yè)制備Fe2O33CO3CO2+2Fe+高溫Fe3O44CO4CO2+3Fe+高溫CuOCOCO2+Cu+高溫練習：將鐵屑溶于過量鹽酸后，再加入下列物質(zhì)，會有三價鐵生成的是稀硫酸氯水硝酸鋅氯化銅2.鐵的氧化物鐵的氧化物FeOFe2O3Fe3O4名稱氧化亞鐵三氧化二鐵（鐵紅）四氧化三鐵（磁性氧化鐵）色態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體價態(tài)+2+3+2、+3水溶性難溶于水穩(wěn)定性加熱條件被氧化穩(wěn)定穩(wěn)定與非氧化性酸與氧化性酸與還原性酸與CO反應與鋁的反應制取高溫熔融，過量的鐵與氧氣反應氫氧化鐵的分解鐵在氧氣中燃燒用途-紅色油漆、涂料，煉鐵作磁鐵3.鐵的氫氧化物化學式氫氧化亞鐵Fe(OH)2氫氧化鐵Fe(OH)3物理性質(zhì)白色絮狀沉淀紅褐色，難溶于水的固體化學性質(zhì)與非氧化性酸反應：與氧化性酸反應：空氣中放置被氧化：與HI反應：與非還原性酸反應：受熱分解：與HI反應：制備①煮沸蒸餾水，趕走溶解的氧氣②煮沸NaOH溶液，趕走溶解的氧氣③配制FeSO4溶液，加少量還原鐵粉和稀硫酸④用長滴管將上述氫氧化鈉溶液送入FeSO4溶液液面以下將氫氧化鈉溶液滴入硫酸鐵溶液中特征轉(zhuǎn)化常溫下，白色沉淀先變成灰綠色，再變成紅褐色。提問：制取氫氧化亞鐵時，為什么要把膠頭滴管插到液面以下？4.氧化銅和氫氧化銅名稱氧化銅CuO氫氧化銅Cu(OH)2物理性質(zhì)不溶于水的黑色固體不溶于水的藍色固體化學性質(zhì)與酸反應：與氫氣反應：與CO反應：與酸反應：加熱分解：與氨水反應：制法氫氧化銅加熱分解可溶性銅鹽與可溶性強堿反應。Cu(OH)

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