几种重要金属教师版

几种重要的金属几种重要的金属 第一课时第一课时 金属的概述金属的概述 考纲要求 1 金属元素原子结构的特征和在周期表中的位置 2 金属晶体的结构和性质 3 金属的共性和结构的关系 自学反馈 1 金属元素在周期表中的位置及原子结构特征 1 1 金属元素在周期表中的位置 在目前已知的 112 种元素中 金属元素有 90 种 集中位于周期表的左 中下方 属于主族 元素和过渡元素 请你自己画出一个元素周期表 并标出金属元素所处的区域 1 2 原子结构特征 金属元素原子最外层电子数比同周期非金属元素原子最外层电子数少 一般小于 4 Sn Pb Sb Bi 4 金属元素原子半径比同周期非金属元素原子半径大 惰性元素除外 1 3 晶体结构 金属元素形成的金属单质 在固态时全是金属晶体 在金属晶体中 金属原子好像硬球 一层一层地紧密堆积着 即一个挨一个地堆积在一起 使一定体积的晶体内有最多数目的 原子 但由于金属原子的价电子较少 容易失去电子成为金属离子 而释出的价电子并不 专属于某个特定的金属离子 它们在整个晶体里自由地运动着 称为自由电子 金属晶体 就是依靠金属阳离子和自由电子间的较强作用形成的 金属晶体熔沸点与金属键的强弱有关 金属键的强弱与 和 有关 随着 增强 金属键依次增强 金属晶体的熔沸点依次 2 金属的分类 2 1 按原子结构特点分 无变价金属 A A 及 Al 等金属 变价金属 A A 族 副族 第 族金属元素 试从结构上分析其原因 2 2 冶金工业上 2 3 按密度不同 2 4 按其丰度不同 3 金属的性质 3 1 物理共性 由于金属一般都是以金属键形成金属晶体 实现层状紧密堆积 使金属具有 许多共同的性质 状态 通常情况下 除 Hg 外 其余金属都是固态 有金属光泽 不透明 有导热性和导电性 有延展性 3 2 化学共性 1 均具有较强的还原性 2 在化合物中只有正价没有负价 4 合金合金 教学目标 4 1 认识金属与合金在性能上的主要差异及其原因 4 2 了解合金元素的种类 含量对合金性能的影响 4 3 知道生活中常见合金 如 铁合金 铝合金和铜合金 的组成 性能和用途 4 4 感受新型合金的特殊性能及其在现代社会的应用 教学重点 4 5 金属和合金在性能上的主要差异及其原因 4 6 铁合金 铝合金和铜合金的组成 性能和用途 教学难点 合金的结构与性能之间的关系 合金 由两种或两种以上金属 或与非金属 熔合而成的具有金属特性的物质 物理性质 1 一般情况下 合金比纯金属硬度大 更坚硬 2 多数合金的熔点一般比各成分金属的低 3 一般来说 合金的性质并不是各成分的性质的总和 合金具有良好的物理 化学和机械 的性能 4 合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类 含量和生成合金的条件等来加以调节 如 生铁的熔点比纯铁的低 硬铝 Cu Mn Si 的强度和硬度都比纯铝大 设问 为什么在纯金属加入其他元素形成合金以后 它的性能与纯金属有很大的差异呢 主要分析硬度与熔点两方面 学生阅读教材 P48 49 归纳总结 小结 合金内加入了其他元素或大或小的原子 改变了金属原子有规则的层状排列 使原 子层之间的相对滑动变得困难 因此 在一般情况下 合金比纯金属硬度大 同理在纯金属内 所有的原子大小相同 排列十分规整 而合金内原子的大小不一 排列 没有纯金属那样整齐 使得原子之间的相互作用力减小 所以 多数合金的熔点一般比各 成分金属的低 知识简介 4 7 常用的合金 4 7 1 铁和铁合金 生 铁钢 含碳量2 4 3 0 03 2 性能 生铁硬度大 抗压 性脆 可 铸不可锻 有良好的延展性 机械性能好 可铸可锻 4 7 2 铝和铝合金 成 分 性 能 铝Al硬度 强度较小 铝合金 向 Al 中加入少量的合金元 素如 Cu Mg Si Mn Zn 及稀 土元素 1 抗腐蚀能力强 强度高 密度较 小 如 高压锅是由铝合金制造的 2 硬铝的性能 4 7 3 铜合金 A 铜合金分类 铜合金分为黄铜 青铜和白铜 白铜 是铜镍合金 主要用来制造精密机械 精密仪表中的耐蚀零件及电阻器 热电偶 等 黄铜 铜和锌著称的合金统称为黄铜 其中铜锌二元合金称普通黄铜 除锌外再加入其 它元素所组成的多元黄铜称为特殊黄铜 铸造黄铜具有较高的力学性能 铸造性能较好 且价格比青铜低 常用于一般用途的轴承 衬套 齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件 青铜 可分为普通青铜 锡青铜 和特殊青铜 铝青铜 铅青铜 硅青铜 铍青铜等 两大类 B 铜合金铸造工艺 各种成分的铜合金的结晶特征不同 铸造性能不同 铸造工艺特点也不同 锡青铜 结晶特征是结晶温度范围大 凝固区域宽 铸造性能方面流动性差 易产生缩 松 不易氧化 工艺特点是壁厚件采取定向凝固 顺序凝固 复杂薄壁件 一般壁厚件 采取同时凝固 铝青铜和铝黄铜 结晶特征是结晶温度范围小 为逐层凝固特征 铸造性能方面流动性 较好 易形成集中缩孔 极易氧化 工艺特点是铝青铜浇注系统为底注式 铝黄铜浇注系 统为敞开式 硅黄铜 结晶特征是介于锡青铜和铝青铜之间 铸造性能最好 在特殊黄铜中 工艺 特点是顺序凝固工艺 中注式浇注系统 暗冒口尺寸较小 4 7 4 新型合金 储氢合金 未来能源的开发中 氢是一种发热高 无污染 无公害 取之不尽 用之不 竭的能源 是能源研究的一个发展方向 关键问题是如何贮存氢 氢气是一种易燃易爆的气 体 要在 253 才液化 1968 年美国首先发现 Mg Ni 合金具有贮氢功能 但要在 250 时 才放出氢 后相继发现 Ti Fe Ti Mn La Ni 等合金也有贮氢功能 La N1 贮氢台金在常 温 0 152 MPa 下就可放出氢 可用于汽车 燃料电池等 新型贮氢合金材料的发现和实 际应用有待于 21 世纪继续努力 钛合金 以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金 钛合金具有密度低 比强 度高 抗腐蚀性能好 工艺性能好等优点 是较为理想的航天工程结构材料 耐热合金 镍钴合金能耐 1200 用于喷气发动机和燃气轮机的构件 镍铬铁非磁性耐 热合金在 1200 时仍具有高强度 韧性好的特点 可用于航天飞机的部件和原子反应堆的 控制捧等 寻找耐高温 1000 以上 可长时间运行 10000 h 以上 耐腐蚀 高强 度等要求的合金材料 仍是今后研究的方向 形状记忆合金 它们具有高弹性 金属橡胶性能 高强度等特点 如 Ni Ti Ag Cd Cu Cd Cu A1 Ni Cu A1 Zn 等合金 可用作调节装置的弹性元件 如离合器 节流阀 温控 元素等 热引擎材料 医疗材料 牙齿矫正材料 等 点燃点燃 泡沫合金w k s 5 u c o m 第二课时第二课时 镁 铝及其化合物镁 铝及其化合物 考纲要求 1 掌握镁和铝单质的化学性质 并重点掌握镁和铝的特性 2 掌握镁和铝的化合物的性质 并重点掌握铝及其化合物的两性 3 注重图像在化学解题中的应用 自学反馈 复习重点 1 掌握金属 Al 及其重要化合物的主要性质 应用及其计算 2 了解海水提镁 硬水软化的方法 3 了解金属 Al 的冶炼原理 知识梳理知识梳理 1 铝的结构 1 1 原子结构示意图 1 2 周期表中位置 第三周期 A 族 铝原子核外有三个电子 在化学反应中 容易失去最 外层的三个电子 显 3 价 2 铝单质的性质 2 1 物理性质 银白色金属 硬度和密度小 具有良好的导电导热性和延展性 在空气中 具有很好的耐腐蚀性 2 2 化学性质 1 与非金属单质反应 A 2Al 3Cl2 2AlCl3 B 铝在空气中缓慢氧化 在氧气中点燃剧烈燃烧 4Al 3O2 2Al2O3 思考 在金属活泼性顺序中铝排在铁的前面 那为什么铁在空气中易生锈而铝在空气中不 易被腐蚀呢 铝与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢固地覆盖在铝表面 阻止了内部的铝与空气 接触 2 与盐溶液反应 2Al 3CuSO4 3Cu Al2 SO4 3 3 与某些氧化物反应 铝热反应 2Al Fe2O3 2Fe Al2O3铝热剂 现象 现象 发出耀眼的光芒 放出大量的热 有熔融物生成 类比 类比 写出 Al 分别与 MnO2 V2O5 的反应方程式 4 与沸水微弱反应 2Al 6H2O 2Al OH 3 3H2 5 与酸反应 2Al 6HCl 2AlCl3 H2 2Al 3H2SO4 Al2 SO4 3 3H2 注意 注意 铝在冷的浓硫酸 浓硝酸中钝化 某些金属在常温下遇强氧化性酸如浓硫酸 浓硝酸时在表面生成致密的氧化膜 从而阻止 内部金属进一步发生反应 这种现象称为钝化 6 与碱反应 Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 反应的实质 分两步进行 化合价降低 被还原 得化合价降低 被还原 得 6e 2Al 6H2O 2Al OH 3 3H2 化合价升高 被氧化 失化合价升高 被氧化 失6e Al OH 3 NaOH NaAlO2 2H2O 2Al 6H2O 2NaOH 2NaAlO2 3H2 4H2O 失失2 3 e 得得6 e 3 铝的重要化合物 3 1 氧化铝 Al2O3 1 物理性质 白色固体 熔点高 2054 不溶于水 不与水化合 常作耐火材料 刚玉的主要成分是 Al2O3 其中把含少量铬元素的刚玉称为红宝石 含少量的铁和钛元素 的 刚玉称为蓝宝石 2 化学性质 电解熔融的氧化铝制备单质铝但由于氧化铝的熔点很高 故在氧化铝中添加冰晶石 Na3AlF6 降低其熔点 2Al2O3 2Al 3 O2 与酸反应 Al2O3 6HCl AlCl3 3H2O 与碱反应 Al2O3 2NaOH 2NaAlO2 H2O 既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的氧化物叫两性氧化物 3 2 氢氧化铝 Al OH 3 1 物理性质 氢氧化铝是白色胶状物质 不溶于水 有强的吸附性 可以吸附水中的悬浮 物和各种色素 2 化学性质 不稳定性 氢氧化铝不稳定 受热易分解 2Al OH 3 Al2O3 2H2O 这是工业上制取纯净氧化铝的方法 Al OH 3 NaOH NaAlO2 2H2O Al OH 3 具有两性的原因 H AlO2 H2O Al OH 3 Al3 3OH 注意 1 氢氧化铝作为碱时是三元碱 作为酸时是一元酸 HAlO3 2 氢氧化铝与酸碱反应时 弱酸弱碱是不能把氢氧化铝溶解的 3 3 明矾 KAl SO4 2 12H2O 复盐的概念 由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的盐叫复盐 4 Al3 AlO2 的 性质 电解电解 Al OH 3 3HCl AlCl3 3H2O KAl SO4 2 K Al3 2SO42 Al3 3H2O Al OH 3 胶体 胶体 3H 4 1 Al3 的性质 4 1 1 AlCl3中逐滴加入氨水 Al3 3NH3 H2O Al OH 3 3NH4 用 Al3 制取 Al OH 3用弱 碱更合适 n NH3 H2O mol n Al OH 3 mol 4 1 2AlCl3中逐滴加入 NaOH 溶液至过量 方程式 Al3 3OH Al OH 3 Al OH 3 OH AlO2 2H2O 现象 白色沉淀先增加再减少最后消失 图像 n NaOH mol n Al OH 3 mol 0 1 2 3 4 4 1 3 向 NaOH 溶液中滴加 AlCl3溶液 有关反应 Al3 4OH AlO2 2H2O Al3 3AlO2 6H2O 4Al OH 3 现象 开始无沉淀生成 后来白色沉淀逐渐增加 最后沉淀量不变 图像 n Al OH 3 mol 0 1 12 1 6 1 4 1 3 n Al3 mol 4 2 AlO2 的性质 4 2 1 向含有 AlO2 的偏铝酸盐溶液中通入 CO2 直至过量 离子方程式 图像 n CO2 mol n Al OH 3 mol 0 11 2 2AlO2AlO2 COCO2 少量少量 3H3H2O O 2Al OH 2Al OH 3 COCO3 32 AlOAlO2 2 COCO2 足量足量 2H2H2O O Al OH Al OH 3 HCOHCO3 4 2 3 向含有 AlO2 的偏铝酸盐溶液中逐滴滴入稀盐酸直至过量 离子方程式 AlO2 H H2O Al OH 3 Al OH 3 3H Al3 3H2O 图像 0 1 2 3 4 n HCl mol n Al OH 3 mol 4 3 向含有 H 的强酸溶液中逐滴滴入偏铝酸盐溶液直至过量 离子方程式 AlO2 4H Al3 2H2O Al3 3AlO2 6H2O 4Al OH 3 图像 n AlO2 mol n Al OH 3 mol 0 1 4 1 2 3 4 1 5 铝三角 6 镁的化合物 7 镁和铝的氧化物的主要性质 1 MgO 具有 性氧化物的性质 写出相关的化学方程式 2 Al2O3具有 性氧化物的性质 写出相关的化学方程式 8 镁和铝的氢氧化物的主要性质 1 Mg OH 2具有 氧化物的性质 写出相关的化学方程式 2 Al OH 3具有 氧化物性质 写出相关的化学方程式 9 Mg3N2的性质 例题例题 1 在标准状况下 进行甲 乙 丙三组镁铝合金与盐酸的反应实验 三组实验的有 关数据如下表 组别镁铝合金质量 mgHCl 溶液体积 mL氢气的体积 mL 甲25530280 乙38530336 丙45930336 试完成下列问题 1 甲组实验中 盐酸 填 过量 适量 或 不足量 理由是 乙组实验中 盐酸 填 过量 适量 或 不足量 理由是 要计算出盐酸的物质的量浓度 题中可作计算依据的数据是 求得的 盐酸物质的量浓度是 2 求合金中镁 铝的物质的量之比 题中可作计算依据的数据是 求得镁 铝 的物质的量之比是 3 在丙组实验之后向容器中加入 1 mol L 1的氢氧化钠溶液 使合金中的铝恰好溶解 不 形成含铝的沉淀 并使 Mg2 刚好沉淀完全 再过滤出不溶固体 求滤液中各溶质的物质的 量和所加入的氢氧化钠溶液的体积 写计算过程 答案 1 过量 合金质量增加 氢气量也增加 不足量 m 合金乙 m 合金甲 V 氢气乙 V 氢气甲 丙中 30 mL 与 336 mL 1 mol L 1 2 甲中 255 mg 与 280 mL 1 1 3 根据实验过程可判断 滤液中含溶质 NaCl 和 NaAlO2 根据 原子守恒及丙组中合金过 量 可得 n NaCl n HCl 2n H2 2 336 mL 10 3 L mL 1 22 4 L mol 1 0 03 mol 又 459 mg 合金中 n Al 459 10 3 g 27 g mol 1 24 g mol 1 0 009 mol 故 n NaAlO2 0 009 mol n NaOH n NaCl n NaAlO2 0 039 mol V NaOH aq 0 039 L 即 390 mL 例题例题 2 将溶液 或气体 X 逐渐加入 或通入 到一定量的 Y 溶液中 产生沉淀的量与加 入 X 物质的量的关系如图 符合图中情况的一组物质是 ABCD XH2SHClNH3NH3 H2O YNa2SO3NaAlO2AlCl3AgNO3 解析 由图可知 B 中加入试剂 1 份 沉淀完全 再加入 3 份 沉淀全溶解 NaAlO2 HCl H2O Al OH 3 NaCl Al OH 3 3HCl AlCl3 3H2O A 中二者反应生成 S 继续通入不溶解 C 中通入 NH3生成沉淀 继续通入也不溶 而 D 中 AgNO3AgOH Ag NH3 2 OH 答案 B OHNH 23 OHNH 23 2 例题例题 3 若在加入铝粉能放出氢气的溶液中 分别加入下列各组离子 可能共存的是 A NH4 NO3 CO32 Na B Na Ba2 Mg2 HCO3 C NO3 Ca2 K Cl D NO3 K AlO2 OH 解析 铝粉加入酸溶液或强碱溶液中均可放出 H2 A 中 NH4 与 OH 不能大量共存 CO32 不 能与 H 大量共存 B 中 HCO3 既能与 H 反应又能与 OH 反应 C D 在强碱条件下可以共存 答案 C D 例题 1 引发铝热反应的操作是 2 某学生用体积为 0 1 10 25 cm3 质量分数 99 5 的铝片和酸反应制取氢气 实验现 象见下表 1 min2 min5 min15 min20 min 3 mol L 1 HCl 少量气泡较多气泡大量气泡反应剧烈铝片耗尽 1 5 mol L 1 H2SO4 均无明显现象 只有少量气泡 写出铝与酸反应的离子方程式 反应 1 15 min 内 铝与盐酸的反应逐渐加快 其原因是 根据以上现象 可做出如下猜想 答案 1 加少量氯酸钾 插上镁条并将其点燃 X 物质的量 沉淀量 2 2Al 6H 2Al3 3H2 反应放热 温度升高 化学反应速率加快 猜想一 Cl 对该反应有促进作用 猜想二 对该反应有抑制作用 答其中之一 2 4 SO 解析 从影响化学反应速率的因素分析 铝与盐酸反应逐渐加快的原因只能是反应放热 温度升高 对速率有影响 盐酸和硫酸溶液中 起始时 c H 相等 但反应速率不同 其原 因是酸根离子的不同 说明酸根离子对反应速率有影响 例题例题 4 4 将某质量的镁铝合金溶解在 500mL 盐酸中 然后取出 10mL 溶液用 1mol LNaOH 溶 液滴定 产生沉淀质量与碱溶液的关系如下图 求 1 合金中镁和铝的物质的量之比 2 盐酸的物质的量浓度 假设反应后溶液体积不变 几种重要金属练习 一 几种重要金属练习 一 1 某物质熔融状态时可导电 固体时可导电 将其投入水中后 水溶液也可导电 则可推 断该物质可能是 A 金属 B 非金属 C 可溶性盐 D 可溶性碱 答案 A 2 下列物质中 不属于合金的是 D A 硬铝B 黄铜C 钢铁D 金箔 3 镁 铝 铜三种金属粉末混合物 加入过量盐酸充分反应 过滤后向滤液中加入过量烧 碱 溶液 再过滤 滤液中存在的离子有 A A B Cu2 C Al3 D Mg2 AlO2 4 向 MgSO4和 Al2 SO4 3的混合溶液中 逐滴加入 NaOH 溶液 下列图象中 能正确表示上 述反应的是 横坐标表示加入 NaOH 溶液的体积 纵坐标表示反应生成沉淀的质量 D 5 1989 年世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一 加以控制使用 铝在下列应用时应加 以 控制的是 制铝合金 制电线 制炊具 明矾净水 明矾和苏打制食品膨松剂 用 氢氧化铝凝胶制胃舒平药品 银色漆颜料 制易拉罐 包装糖果和小食品 A 全部 B C D 解析 D 中所涉及的铝与进入食品 饭 水等中 并被人体吸收 所以要加以控制 答案 D 6 在下列各物质中 加入过量盐酸后 最终不产生沉淀或浑浊的是 A 偏铝酸钠溶液 B 苯酚钠溶液 C 硅酸钠溶液 D 硫代硫酸钠溶液 解析 各选项中产物依次为 Al OH 3 C6H5OH H2SiO3 S 但 Al OH 3是两性氢氧化物 能 溶于过量的盐酸中 答案 A 7 将表面已完全钝化的铝条 插入下列溶液中 不会发生反应的是 A 稀硝酸 B 稀盐酸 C 硝酸铜 D 氢氧化钠 8 将等物质的量的镁和铝相混合 取等质量该混合物四份 分别加到足量的下列溶液中 充分反 应后 放出氢气最多的是 A 3mol LHCl B 4mol LHNO3 C 8mol LNaOH D 18mol LH2SO4 解析 在镁 铝混合物中加入 HNO3和浓 H2SO4 两物质均具有强氧化性 都不能产生 H2 加入 NaOH 溶液只有 Al 与 NaOH 溶液反应生成 H2而与 Mg 不反应 而加入 HCl Mg 和 Al 都与盐酸反应生成 H2 所以 H2量最多 答案 A 9 甲 乙两烧杯中各盛有 100mL3mol L 的盐酸和氢氧化钠溶液 向两烧杯中分别加入等质 量的铝粉 反应结束后测得生成的气体体积比为甲 乙 1 2 则加入铝粉的质量为 A 5 4g B 3 6g C 2 7g D 1 6g 解析 根据铝与盐酸和氢氧化钠溶液反应的方程式判断 若在含等物质的量的 HCl 和 NaOH 溶液中分别加入足量的铝粉 产生的 H2之比为 1 3 而题中为 1 2 说明铝粉的量相对盐酸 是过量的 而对 NaOH 是不足的 与前者反应的铝粉是 2 7g 则与后者反应的铝粉应为 5 4g 答案 A 10 氢化钠是一种离子晶体 它与水反应时生成氢氧化钠和氢气 现有氢化钠和铝粉 m g 与足量的水反应后铝无剩余 若收集到氢气 n g 则混合物中铝粉的质量为 A 36n 3m B m 24n 5 C 12n m D 24m 5n 11 工业生产从海水中提取镁的方法是 A 海水Mg OH 2MgCl2溶液MgCl2晶体Mg NaOH HCl 电解 B 海水MgCl2溶液MgCl2晶体Mg HCl 电解 C 海水Mg OH 2MgOMg 石灰乳 灼烧 电解 D 海水Mg OH 2MgCl2溶液MgCl2晶体Mg 石灰乳 HCl 电解 答案 D 解析 制取物质时要求原料价廉易得 不能用 NaOH MgO 熔点高 故应电解 MgCl2 12 铝与镓的性质相似 如 M OH 3都是难溶的两性氢氧化物 在自然界 镓常以极少量 分散于铝 如 Al2O3 中 用 NaOH 溶解处理铝土矿 Al2O3 时 生成 NaAlO2 而后通 入 CO2 得 Al OH 3沉淀 而 NaGaO2留在溶液中 循环多次后成为提取镓的原料 发生 后一步反应是因为 A 镓酸酸性强于铝酸 B 铝酸酸性强于镓酸 C 镓浓度小 所以不沉淀 D Al OH 3是难溶物 答案 A 解析 不能生成镓酸 说明镓酸的酸性比碳酸强 比铝酸强 13 用稀 H2SO4 NaOH 溶液和金属铝为原料制取 Al OH 3 甲 乙 丙三个学生制备途径 分别为 甲 AlAl2 SO4 3Al OH 3 42SO H NaOH 乙 AlNaAlO2Al OH 3 NaOH 42SO H 丙 3 2 342 42 OHAl NaAlOAl SOAlAl NaOH SOH 若要制得等量的 Al OH 3 则 A 三者消耗原料相同 B 甲消耗原料最多 C 乙消耗原料最少 D 丙消耗原料比甲少 比乙多 答案 B 解析 写出各反应的化学方程式 比较得知 分别制备 2 mol Al OH 3 甲需要 3 mol H2SO4和 6 mol NaOH 乙需要 1 mol H2SO4和 2 mol NaOH 丙需要 1 5 mol H2SO4和 1 mol NaOH 显然 B 正确 14 镁带在空气中燃烧生成氧化镁和氮化镁 将燃烧后的产物溶解在 60 mL 0 2 mol L 1的 盐酸中 用 20 mL 0 5 mol L 1的 NaOH 溶液刚好完全中和多余的盐酸 然后在此溶液中 加入过量的碱 把氨全部蒸出 用盐酸吸收 稀盐酸增重 0 17 g 则镁带的质量为 A 3 6 g B 2 4 g C 1 2 g D 0 6 g 答案 C 解析 氯离子存在于两种物质中 即氯化钠和氯化镁中 则 m Mg 24 g mol 1 0 06 L 0 2 mol L 1 0 02 L 0 5 mol L 1 2 1 2 g 15 单质钛的机械强度高 抗腐蚀能力强 有 未来金属 之称 工业上常用硫酸分解钛铁 矿 FeTiO3 的方法来制取 TiO2 再由 TiO2制金属钛 主要反应有 FeTiO3 3H2SO4 Ti SO4 2 FeSO4 3H2O Ti SO4 2 3H2O H2TiO3 2H2SO4 H2TiO3 TiO2 H2O TiO2 2C 2Cl2 TiCl4 2CO TiCl4 2Mg 2MgCl2 Ti 下列有关上述反应的叙述错误的是 A 反应 是非氧化还原反应 B 反应 是水解反应 C 反应 中 TiO2是氧化剂 D 反应 表现了金属镁还原性比金属钛强 答案 C 解析 反应 中 Ti 的化合价不变 氧化剂为 Cl2 16 由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气 这些杂质可采用吹气精炼法除去 产生的尾气经处理后可用钢材镀铝 工艺流程如下 注 NaCl 熔点为 801 AlCl3在 181 升华 1 精炼前 需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂 防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产 生新的杂质 相关的化学方程式为 和 2 将 Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体 杂质随气泡上浮除去 气泡的主要成分除 Cl2外还 含有 固态杂质粘附于气泡上 在熔体表面形成浮渣 浮渣中肯定存在 3 在用废碱液处理 A 的过程中 所发生反应的离子方程式为 4 镀铝电解池中 金属铝为 极 熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以 AlCl4 和 Al2Cl7 形式存在 铝电镀的主要电极反应式为 5 钢材镀铝后 表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀 其原因是 解析 本题考察物质的提纯 实验条件的选择 方程式的书写 原电池及电解的应用 1 铝属于活泼金属 在高温下可置换某些金属或非金属 因此有关反应的方程式为 2Al Fe2O3 高温 Al2O3 2Fe 4Al 3SiO2 高温 2Al2O3 3Si 2 在高温下 氯气可与氢气 金属钠和铝反应生成 HCl NaCl 和 AlCl3 由于温度是 700 所以 AlCl3会升化变成气体 因此气泡的主要成分除 Cl2外还含有 HCl 和 AlCl3 NaCl 熔点为 801 此时 NaCl 不会熔化 只能在浮渣中存在 即浮渣中肯定存在 NaCl 3 尾气经冷凝后分为气体 A 和 B 由框图可知 A 是氯气和氯化氢的混合气体 B 是 AlCl3 因此用废碱液处理 A 的过程中 所发生反应的离子方程式为 Cl2 2OH Cl ClO H2O 和 H OH H2O 4 既然是镀铝 所以铝必需作阳极 由于熔融盐中铝元素和氯元素主要以 AlCl4 和 Al2Cl7 形式存在 所以阳极的电极反应式为 Al 7 AlCl4 3e 4Al2Cl7 5 铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜 它能阻止内部的金属继续被氧化 起到防腐蚀保护作用 答案 1 2Al Fe2O3 高温 Al2O3 2Fe 4Al 3SiO2 高温 2Al2O3 3Si 2 H2和 AlCl3 NaCl 3 Cl2 2OH Cl ClO H2O 4 阳极 Al 7 AlCl4 3e 4Al2Cl7 5 致密的氧化铝膜能隔绝钢材与空气中的 O2 CO2和 H2O 等接触 使电化学腐蚀和化学 腐蚀不能发生 17 镁化合物具有广泛用途 请回答有关镁的下列问题 1 单质镁在空气中燃烧的主要产物是白色的 还生成少量的 填化学式 2 CH3MgCl 是一种重要的有机合成剂 其中镁的化合价是 该化合物水 解的化学方程式为 3 下图是金属镁和卤素反应的能量变化图 反应物和产物均为 298K 时的稳定状态 来源 Zxxk Com 下列选项中正确的是 填序号 MgI2中 Mg2 与 I 间的作用力小于 MgF2中 Mg2 与 F 间的作用力 Mg 与 F2的反应是放热反应 MgBr2与 Cl2反应的 H 0 化合物的热稳定性顺序为 MgI2 MgBr2 MgCl2 MgF2 MgF2 s Br2 l MgBr2 s F2 g H 600kJ mol 1 答案 1 MgO Mg3N2 2 2 3 命题立意 以元素及其化合物为载体的综合考查 包括物质性质及反应方程 式 特殊图表信息的处理 解析 1 镁在空气中的燃烧产物有氧化镁和氮化镁 2 化合物的水解要看化合物中 离子的正负价 题中 Mg 是 2 价 氯为 1 价 则 CH3为 1 价 负价的与 H 结合 正价的与 OH 结合得产物 3 能量越低越稳定 越稳定的物质内部化学键键能越大 故 正确 错误 其他各选项可类比反应热中能量计算 技巧点拨 关于能量变化的题 万变不离其宗 有以下的规律 键的断裂与能量之间 关系及盖期定律计算 结构相似的物质能量越低越稳定 物质内部的化学键键能越大 焓变值大小比较和放吸热判断 1 8 下图中 A B C D E 是单质 G H I F 是 B C D E 分别和 A 形成的二元化 合物 已知 反应能放出大量的热 该反应曾应用于铁轨的焊接 I 是一种常见的温室气体 它和可以发生反应 2E I 点燃 2F D F 中的 E 元素E 的质量分数为 60 回答问题 1 中反应的化学方程式为 2 化合物 的电子式为 它的空间构型是 3 1 6g G 溶于盐酸 得到的溶液与铜粉完全反应 计算至少所需铜粉的质量 写出离子 方程式和计算过程 4 C 与过量 NaOH 溶液反应的离子方程式为 反应后溶液 与过量化合物 反应的离子方程式为 5 E 在 I 中燃烧观察到的现象是 解析 中反应属于铝热反应 故 C 是单质铝 B 是单质铁 H 是氧化铝 中 I 是二氧化 碳 D 所单质碳 E 是单质镁 F 是由氧元素和镁元素组成 即氧化镁 所以 A 是氧气 答案 4 2Al 2OH 2H2O 2AlO2 3H2 AlO2 CO2 2H2O HCO3 Al OH 3 5 镁条剧烈燃烧 生成白色粉末 反应器内壁附着有黑色的碳 19 在我国南方某些地区 原本澄清透明的井水在水缸中久置后 水面会出现一层棕红色 的 锈皮 并有少量棕红色絮状沉淀积于缸底 当地居民常采用往水中加明矾的方法来处理 这 个问题 1 井水久置后 缸底出现的棕红色絮状沉淀的主要成分是 写化学式 2 用化学方法鉴别该井水的步骤是 离子方程式是 3 用化学方法鉴别经明矾处理后的水的步骤是 离子方程式 是 答案 1 Fe OH 3 2 取少量水样 滴入适量氯水后 在滴入几滴 KSCN 溶液 若溶液呈现血红色 则为该 井水 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl Fe3 SCN Fe SCN 2 3 取少量水样 加入少量 BaCl2 溶液 若出现白色沉淀 或变浑浊 即为用明矾处理 过的水 SO42 Ba2 BaSO4 20 锌和铝都是活泼金属 其氢氧化物既能溶于强酸 由能溶于强碱 但是氢氧化铝不容于 氨水 生成 Zn NH3 22 回答下列问题 1 单质铝溶于氢氧化钠溶液后 溶液中铝元素的存在形式为 用 化 学式表达 2 写出锌和氢氧化钠溶液反应的化学方程式 3 下列各组中的两种溶液 用相互滴加的实验方法即可鉴别的是 硫酸铝和氢氧化钠 硫酸铝和氨水 硫酸锌和氢氧化钠 硫酸锌和氨水 4 写出可溶性铝盐与氨水反应的化学方程式 试解释在实验室不适宜用可溶性锌盐与氨水反应制备氢氧化钠的原因 答案 1 AlO2 或 Al OH 4 2 Zn 2NaOH Na2ZnO2 H2 或 Nn 2NaOH 2H2O Na2Zn OH 4 H2 3 4 Al3 3NH2 H2O Al OH 2 3NH4 可容性锌盐与氨水反应产生的 Zn HO 2可容于过量氨水中 生成 Zn NH3 42 氨水 的 用量不易控制 第三课时第三课时 铁及其化合物铁及其化合物 考纲要求 1 根据铁的原子结构的特点来分析记忆铁及其化合物的性质 相互转化的反应及原因等等 2 应运用氧化还原原理 在 铁三角 即 中的相互转化关系 3 重点掌握根据氧化还原的原理进行有关铁及其化合物的相关计算 复习重点 复习重点 1 了解铁及其重要化合物的主要性质及应用 2 铁单质的化学性质 3 铁的重要化合物的氧化还原性 4 Fe Fe 的相互转化是高考的热点 知识梳理 1 铁在周期表中的位置及结构 铁位于第 周期第 族 原子结构示意图为 Fe 2e Fe2 Fe 3e Fe3 是地壳中含量 的金属元素 铁分布很广 能稳定地与其他元素结合 常以氧化物的形式存在 有赤铁矿 主要成分是 Fe2O3 磁 铁矿 主要成分是 Fe3O4 褐铁矿 主要成分是 Fe2O3 3H2O 菱铁矿 主要成分是 FeCO3 黄铁矿 主要成分是 FeS2 钛铁矿 主要成分是 FeTiO3 等 铁是活泼的 过渡元素 2 物理性质 银白色光泽 密度大 熔沸点高 延展性 导电 导热性较好 能被磁铁吸引 思考思考 纯铁抗蚀能力特别强 而我们常见的铁并非如此 为什么 3 化学性质 铁是较活泼的金属 铁原子的最外层电子数为 2 个 可失去 2 个或 3 个电子而显 2 价或 3 价 但 3 价的化合物较稳定 1 与非金属反应 与 O2 Cl2 S 等 现象 加水震荡后溶液显 色 比较 和 说明氧化性 2 与水反应 铁在加热至红热时能与水蒸气发生反应 常温下 铁与水不起反应 但在水和空气里 O2 CO2等共同作用下 铁易被腐蚀 3 与酸反应 非氧化性酸 与盐酸 稀硫酸反 应 氧化性酸 常温下 铁遇浓硫酸 浓硝酸会 加热条件下可发生氧化还原反应 Fe HNO3 过量 Fe 过量 HNO3 Fe HNO3 浓 4 与盐溶液的反应 与 FeCl3溶液 CuSO4溶液 5 发生腐蚀的反应 吸氧腐蚀 负极 正极 总反应 析氢腐蚀 负极 正极 总反应 归纳 铁的化学性质及在反应后的生成物中显 2 价或 3 价的规律如下 4 铁的化合物 4 1 铁的氧化物有三种 FeOFe2O3 铁红 Fe3O4 磁性氧化铁 化合价 色 态 水溶性 和弱氧化性酸反应 盐酸 稀硫酸 和强氧化性酸反应 浓 稀硝酸 与 CO 反应 稳定性 在空气中氧化为 Fe3O4 空气中稳定在空气中稳定 制备 高温熔融 过量的 铁与 O2反应 氢氧化铁加热分解 铁在氧气中燃烧 注意 FeO 与非氧化性酸相遇时 发生复分解反应 生成亚铁盐 但与强氧化性酸相遇 Fe2 被氧化成 Fe3 生成铁盐 Fe3O4在三种氧化物中最为稳定 一般不与酸 碱和氧气反应 所以在铁的表面若能形 成 Fe3O4膜 便能起到保护作用 防止生锈 Fe3O4是一种复杂的氧化物 它不属于碱性 氧化物 可以写成 FeO Fe2O3的形式有 2 3 价 FeO Fe2O3是碱性氧化物 空气中 6FeO O2 2Fe3O4 4 2 铁的氢氧化物 氢氧化亚铁 Fe OH 2氢氧化铁 Fe OH 3 色态 水溶性 与酸反应 与强氧化酸反 应 稳定性 不稳定 易被空气中的氧气氧化 颜色变化 白色 灰绿色 红褐 色 较稳定空气中久置会部分失水成铁锈 受热易分解 制取 煮沸蒸馏水 赶走溶解的氧气 煮沸 NaOH 溶液 赶走溶解的 氧气 配制 FeSO4溶液 加少量 的还原铁粉 用长滴管将 NaOH 溶液送入 FeSO4溶液液面以下 铁盐与可溶性碱反应 思考 实验中为什么要用新制的硫酸亚铁溶液 防止硫酸亚铁被空气中的氧气氧化而影响效果 怎样才能使 Fe2 溶液长时间保存 在配制溶液时 要加入少量铁粉防止氧化 加入少量对应酸抑制水解 Fe OH 2和 Fe OH 3从溶液中析出的现象不同 前者是白色絮状沉淀 后者是红褐色 沉淀 而 Fe OH 2极不稳定 易被氧化成 Fe OH 3 反应现象是 白色 灰绿色 红褐 色 若要观察到白色的 Fe OH 2沉淀 需要创造以下条件 1 排除亚铁盐溶液里的 Fe3 离子 以免 Fe3 离子直接与 OH 结合生成 Fe OH 3 2 尽量排除溶液中溶解的氧气 绝对排除是办不到的 以减慢生成的 Fe OH 2被氧化成 Fe OH 3的速度 反应要用新制备的亚铁盐溶液 并放入少量的铁以防止 Fe3 离子产生 亚铁盐溶液与碱溶 液在混合前分别加热以排除溶有的空气 然后 把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的 试管中 或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液 可观察到白色絮状沉淀 5 2 价铁的化合物与 3 价铁的化合物的相互转换的应用 1 例如 2Fe3 Fe 3Fe2 应用 除去亚铁盐 含 Fe2 溶液中混有的 Fe3 亚铁盐很容易被空气中的 O2氧化成铁盐 为防止氧化 可向亚铁盐溶液中加入一定量 的铁屑 2 例如 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl 应用 氯化铁溶液中混有氯化亚铁时 可向溶液中通入足量氯气或滴加新制的氯水 除去 Fe2 离子 6Fe2 和 Fe3 的检验 6 1 Fe2 的检验方法 含有 Fe2 的溶液呈浅绿色 滴加 KSCN 溶液 无明显现象 再滴加新制氯水 溶液立即变红色 有关的离子方程式为 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl Fe3 3SCN Fe SCN 3 滴加 NaOH 溶液 生成白色絮状沉淀 该沉淀迅速变为灰绿色 最后变为红褐色 6 2 Fe3 的检验方法 含有 Fe3 的溶液呈黄色 滴加 KSCN 溶液或 NH4SCN 溶液 溶液立即变为血红色 向待检液中滴加 NaOH 溶液或氨水 产生红褐色沉淀 说明含 Fe3 向待检液中滴加苯酚溶液 溶液呈紫色 说明含 Fe3 7 铁的三角转化 从 Fe Fe2 和 Fe3 的结构可知 Fe 只有还原性 Fe3 通常只有氧化性 Fe2 既具有氧化 性又具有还原性 上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应 才能实现不 同价态的铁相互转化 如下图 常称为铁三角 8 根据下列转化关系写出相应的化学方程式 同时思考以下问题 9 进行铁及其化合物的计算时应注意的事项 1 铁元素有变价特点 要正确判断产物 2 铁及其化合物可能参加多个反应 要正确选择反应物及反应的化学方程式 3 反应中生成的铁化合物又可能与过量的铁反应 因此要仔细分析铁及其化合物在反应中 是过量 适量 还是不足量 4 当根据化学方程式或离子方程式计算时 找出已知量与未知量的关系 列出方程式或方 程式组 5 经常用到差量法 守恒法 阅读资料 阅读资料 1 学习铁及其化合物的性质要注意 1 抓价态 从铁元素三种价态的相互转化 铁三角关系 去认识铁及其化合物间的氧化 还 原反应规律 2 想属类 如铁是一种比较活泼的过渡金属 氧化亚铁 氧化铁为碱性氧化物 氢氧化亚 铁 氢氧化铁为不溶性弱碱 氯化铁为强酸弱碱盐 由此去分析理解它们各自所具有的性 质 2 铁元素的原子在化学反应中 当遇弱氧化剂 如 S H Cu2 I2等 时 铁只能失去 最外层的两个电子 而生成 2 价铁的化合物 当遇到强氧化剂 如 Cl2 Br2 HNO3等 时 铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成 3 价铁的化合物 3 具体反应有 1 Fe2 Fe3 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl 在亚铁盐溶液中通入氯气 溶液由浅绿色变为棕黄色 4Fe2 O2 4H 4Fe3 2H2O 亚铁盐溶液在空气中容易变质 如绿矾露置于空气 中则是 12FeSO4 3O2 4Fe2 SO4 3 2Fe2O3 3Fe2 NO3 4H 3Fe3 2H2O NO 5Fe2 MnO4 8H 5Fe3 4H2O Mn2 如在 FeCl2溶液中滴加酸性 KMnO4溶液 溶液由浅绿色变棕黄色 在酸性 KMnO4溶液 滴加 FeCl2溶液 溶液由紫红变棕黄 2Fe2 H2O2 2H 2Fe3 2H2O 2 Fe3 Fe2 2Fe3 S2 2Fe2 S 如在 FeCl3溶液中滴加适量的 Na2S 溶液 溶液变浑浊 滤去沉 淀则滤液为浅绿色 如加入过量的 Na2S 溶液 则又有黑色沉淀生成 FeS 向 Fe3 溶 液中通入 H2S 气体的离子方程式为 2Fe2 H2S 2Fe3 2H S 2Fe3 SO32 2H2O 2Fe2 SO42 2H 2Fe3 Fe 3Fe2 在 FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止 Fe2 被氧化为 Fe3 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 电路板的制作是利用 FeCl3溶液与裸露的铜反应 2Fe3 2I 2Fe2 I2 4 生铁与钢的比较 铁的合金生铁钢 含碳量2 4 3 0 03 2 其它杂质含硅 锰 硫 磷较多含硅 锰少量 硫和磷几乎没有 机械性能硬而脆 无韧性硬而韧 有弹性 机械加工可铸不可锻可铸 可锻 可压延 5 炼铁和炼钢的比较 炼铁炼钢 原料铁矿石 焦炭 石灰石 空气生铁 空气 或纯氧 氧化铁 生石灰 脱氧 剂 化学原理在高温下用还原剂从铁矿石里 还原出来 在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和其它氧化 为气体或炉清除去 主 要 反 应 还原剂的生成 C O2CO2 CO2 C2CO高 温 铁的还原 Fe2O3 3CO2Fe 3C高 温 O2 炉渣的生成 CaCO3CaO CO2高 温 CaO SiO2CaSiO3高 温 氧化 2Fe O22FeO高 温 FeO 氧化铁水里的 Si Mn C 等 如 C FeO Fe CO高 温 造渣 生成的硅锰氧化物得铁水里的硫 磷跟 造渣材料反应形成炉渣排出 脱氧 并调整 Mn Si 含量 2FeO Si2Fe SiO2高 温 主要设备高炉转炉 6 过渡元素位于周期表中中部从 B B 族十个纵行 分属于第四周期至第七周期 过 渡元素都是金属 又叫过渡金属 过渡金属的密度一般比较大 熔沸点较高 有较高的硬度 较好的延展性和机械加工性能 较好的导电 导热性能和耐腐蚀性能 过渡元素的原子最外层电子数不超过两个 在化学反应中 最外层和次外层都容易失去电 子 因此过渡元素有可变化合价 所以当 Fe 与弱氧化剂反应时 只失去最外层上的 2 个 电子 形成 Fe2 当 Fe 与强氧化剂反应时 还能进一步失去次外层上的一个电子 形成 Fe3 这就是铁在其化合物中通常显 2 价或 3 价的原因 则 Fe 发生化学反应能得到 2 价还是 3 价 需看参加反应的氧化剂的强弱 有时还要看反应物的量之间的关系 例如 铁在 O2中燃烧的 一定要在集气瓶低留有少量的水或一层沙子 防止瓶子被炸 裂 Fe 与 S 反应中 Fe 只能失去其最外层的 2 个电子而变成 2 价 反应开始后撤去酒精灯 反应可以继续进行 说明反应放热 Fe 在 Cl2中燃烧时不但能失去最外层的 2 个电子 而且还可失去次外层的 1 个电子后成 3 价 说明氧化性 Cl2 S 在高温时能与 C P Si 等化合 第四课时 金属的冶炼 考纲要求 1 常识性了解金属在自然界中的分布 存在形态以及储量 2 了解金属冶炼的一般原理及步骤 金属冶炼的三种方法 即热分解法 热还原法和电解法 3 常识性了解金属回收与环境资源保护的意义 能写出冶炼金属方法中对应的常见金属冶 炼的有关化学发方程式 金属在自然界存在有 态也有 态 1 金属冶炼 1 1 你能否给金属的冶炼下一个定义 定义 自然界中的金属大都以化合态存在 用化学的方法把化合态的金属变成游离态 有考虑的问题 矿石的富集 合适的冶炼方法 如何精炼 1 2 金属冶炼的原理是什么 1 3 金属冶炼一般要经过那几个步骤 1 4 金属冶炼有哪些方法 金属活动顺序与金属冶炼方法有没有联系呢 如果有 有什么规 律吗 在热还原法中还原剂通常是与金属氧化物反应 如果矿石不是氧化物而是硫化物或 碳酸盐时 怎么办 1 5 焦炭和氢气作为还原剂有什么区别 优缺点 如果要冶炼纯度很高的 金属一般要选用什么还原剂 用 Al 作为还原剂一般用于冶炼哪些金属 2 金属冶炼的常见方法 2 1 热分解法 有些不活泼金属仅用热分解法就能制得 在金属活动性顺序表中 位于氢后面的某些金属 的氧化物受热就能分解 2HgO 2Hg O2 2Ag2O 4Ag O2 2 1 热还原法 多数金属的冶炼过程属于热还原法 常用的还原剂有焦炭 一氧化碳 氢气和活 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 Cr2O3 2 Al 2Cr Al2O3 WO3 3 H2 W 3H2O 2 3 电解法 在金属活动性顺序中 钾 钠 钙 铝等几种金属的还原性很强 这些金属都很容易失去 电子 因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来 而只