第三章金属及其化合物金属的化学性质

第三章第三章 金属及其化合物金属及其化合物 金属的化学性质金属的化学性质 一 金属元素的存在 大多数以化合态存在于自然界中 因为较活泼 只有极少数如金 以游离态存在 金属的分类 黑色金属和有色金属 黑色金属有三种 铁 锰 铬 它们或它 们的合金的表面常有 呈灰黑色的氧化物 所以称这类金属为黑色金属 除铁 锰 铬以外的金属称 为有色金属 重金属和轻金属 重金属的密度大于 4 5 g cm 3 轻金属的密度小于 4 5 g cm 3 二 物理性质 常见的大多数金属具有金属光泽 密度硬度较大 熔点沸点较高 具有 良好延展性和导电导热性 三 金属的化学性质 分析活泼金属的核外电子排布及金属活动性顺序 金属元素原子最外层电子数小于四 在反应中容易失去电子 表现出较强的还原性 因此较活泼的金属能与氧气反应 生成氧化物 大多数金属能跟盐或酸发生置换反 应 一 金属与非金属的反应 一 钠和氧气的反应 1 钠的物理性质 金属钠是一种银白色的金属 熔点低 密度小 硬度小 展性 好 查表或看书可知金属钠熔点为 97 81 C 沸点为 882 9 C 密度为 0 97g cm 3 2 钠与氧气反应 1 缓慢氧化 4 Na O2 2Na2O 2 钠在空气中加热 2Na O2 Na2O2 钠与空气中的氧气在常温下反应生成了氧化钠 从而使金属钠表面变暗 纯净 的氧化钠是一种白色粉末 常温下 金属钠在空气中就会发生变化 这说明钠 比铁 铝 镁等金属活泼得多 因此 在实验室中 要把钠保存在石蜡油或煤 油中 以隔绝空气 钠在空气中加热可观察到钠先熔化后燃烧 燃烧时火焰呈 黄色 最后留下的固体呈淡黄色 除了金属钠易与空气中的氧气反应 在金属表面生成一层氧化物 有的氧化膜 疏松 不能保护内层 金属 如铁表面的铁锈 有的氧化膜致密 可以保护内层金属不被继续氧化 如镁 铝表面的氧化 层 所以 在点燃镁条前 常用砂纸打磨 这样点燃起来更容易些 铝的情况 如何呢 科学探究 铝的性质探究 实验步骤 用手撕一小块铝箔 用坩埚夹住 在酒精灯上加热至熔化 轻轻晃 动 观察现象 另取一小块铝箔 用砂纸打磨 除去表面的保 护膜 再加热至熔化 观察现象 实验现象 铝箔熔化 失去光泽 熔化的铝并不滴落 实验结论 在常温下 铝能与空气里的氧气反应 生成一层致密而坚固的氧化 物薄膜 加热时反应加剧 生成白色固体 放出大量的热 铝表面的氧化膜保护了铝 即使是未打磨的铝箔 在空气中也很快生成了新的 氧化膜 构成的薄膜 Al2O3的熔点为 2050 高于铝的熔点 660 包在铝的外面 所以熔 化了的液态铝不会滴落 点燃 3 其它常见金属与非金属的反应 2Mg O2 点燃 2MgO 4 Al 3O2 点燃 2 Al2O3 3Fe 2O2 点燃 Fe3O4 除了能被氧气氧化外 金属还能被氯气 硫等具有氧化性的物质所氧化 生成相 应的氯化物或硫化物 规律小结 一般金属 O2 金属氧化物 金属 Cl2最高价金属 氯化物 金属 S 低价金属硫化物 Al S Al2S3加热 例如 3Fe 2O2 点燃 Fe3O4 2Fe 3Cl2 点燃 2FeCl3 Fe S 点燃 FeS 2Mg O2 2MgO 4 Al 3O2 点燃 2 Al2O3 3Fe 2O2 点燃 Fe3O4 除了能被氧气氧化外 金属还能被硫 氯气等具有氧化性的物质氧化 如钠与硫 铝与硫 等这是 因为金属元素的最外层电子数较少 易失去 单质表现出还原性 当遇到氧化剂时 就会 发生氧 化还原反应钠与硫粉混合研磨时燃烧 火星四射 发生爆炸 化学方程式为 二 金属与酸和水的反应 1 钠与水的反应 2 Na 2H2O 2NaOH H2 2 Na 2H2O 2NaOH H2 离子方程式 2Na 2H2O 2Na 2OH H2 实验现象 现象解释 浮在水面上钠的密度比水小 熔成银白色小球钠是银白色金属 熔点低 且反 应放热 小球四处游动并发出嘶嘶响声生成气体推动小球游动反应剧烈 且放热 滴入酚酞溶液变红色有碱性物质生成 2 金属铁与水的反应 铁没有钠活泼 所以根据日常经验我们也知道铁与冷水 热水均不 反应 那如果我们再把条件创造得更好一些 该反应是否能进行呢 例如 让高温的铁与 炽热的水蒸汽接触呢 3Fe 4H2O g Fe3O4 4H2 g 表示气态 失2 e 得 2 e Na 与 H2O 和酸反应的实质都是与 H 反应 而酸电离出的 H 比水电离出的 H 要大得多 故先与酸反应 现象与水反应相似 但更剧烈 而且只有 Na 过量时 Na 才与原酸中的 H2O 反应 金属活动性 顺序 原子失电子 能力 和氧气反 应 与水反应与强碱的反 应 K Ca Na 常温下易 被氧化 和冷水反应 碱和氢气 Mg Al 常温下能 被氧化 镁与冷水反应缓慢 与沸水 反应迅速 铝与冷水很难反 应 与沸水能反应 生成不 溶性碱和水 Zn Fe Sn Pb 常温下易 被氧化 能和高温水蒸气反应 H Cu Hg Ag 加热时能 被氧化 Pt Au 原子失 电子能 力由强 到弱 还原性 由强 到弱 不能被氧 化 不与水反应 仅锌 铝 可与强碱 溶液反应 放出氢气 3 钠与酸和盐溶液反应 1 2Na 2HCl 2NaCl H2 2 投入 CuSO4 溶液中 2Na 2H2O CuSO4 Cu OH 2 Na2SO4 H2 规律 A 位于镁后的包括镁能够置换出溶液中不活泼的金属单质 B 金属单质能与同一元素 的高价金属离子发生氧化还原反应如铁和氯化铁 C 金属钠投入盐溶液中 不能置换出盐中 的金属 4 镁 铝与酸的反应 与非氧化性酸 Mg 2H Mg2 H2 2Al 6H 2Al3 3H2 与氧化性酸 Mg 与浓 H2SO4 HNO3 反应不产生 H2 Al 在冷的浓 H2SO4或冷的浓 HNO3中 表面会钝化 生成坚固的氧化膜 因此可用铝制容器 装运浓 H2SO4 5 Fe 与酸的反应 与非氧化性酸的反应 Fe 2H Fe2 H2 Fe 在常温下可遇浓 H2SO4 浓 HNO3 会发生钝化 即在 Fe 表面生成致密的氧化物膜 阻止 内部的金属进一步氧化 但加热条件下 可反应 生成 Fe3 三 铝与氢氧化钠溶液的反应 铝与盐酸 氢氧化钠溶液的反应 2 Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 现象 试管中产生气泡 铝片逐渐溶解 点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声 Al 只能与强碱 NaOH KOH 反应 不与弱碱 NH3 H2O 反应 Al 与碱溶液反 应 其实质是 Al 被氧化 溶液中的 H 被还原 Al 与 H2O 反应生成 H2 同时 又生成难溶液的 Al OH 3 覆盖在 Al 表面 阻止反应的进一步进行 所以 Al 在常温下或加热条件下很难与 H2O 反应 而在碱性溶液中 Al OH 3 OH AlO2 2H2O 从而使 Al 与 H2O 的 反应不断进行 2Al 6 NaOH 6H2O 2NaAlO2 3H2 4H2O 四 物质的量在化学方程式计算中的应用 物质是由原子 分子或离子等粒子组成的 物质之间的化学反应也是这些粒子按 一定数目进行的 化学方程式可以明确地表示出化学反应中这些粒子间的数目关 系 这些粒子间的数目关系 又叫做化学计算数的关系 1 计算原理 2Na 2H2O 2NaOH H2 化学计量数之比 2 2 2 1 扩大 NA 倍 2 NA 2 NA 2 NA NA 物质的量之比 2mol 2mol 2mol 1mol 相对质量之比 2 23 2 18 2 40 2 标况下体积 22 4L 2 化学方程式中各物质的化学计量数之比 等于组成各物质的粒子数之比 也等于各物 质的物质的量之比 有了上述结论 我们即可根据化学方程式对有物质的物质的量进行定量计算 在计算 时 应用的比例项必须性质相同 即上下单位统一 一般 所用的项与题给条件相同 A 任意物质的微粒数目之比等于物质的量之比 即 N A N B n A n B B 在同温同压下 气态物质的微粒数目之比等于物质的量之比 即 N A N B n A n B V A V B C 同一种任意状态的物质的微粒数目之比等于物质的量之比 即 N A N B n A n B m A m B 进行物质的量应用于化学方程式的计算 须按以下步骤进行 1 写出有关反应方程式 2 找出相关物质的计量数之比 3 对应计量数 找出相关物质的物质的量 4 进行计算 下面我们就在掌握上述各物理量间关系的基础上 来系统 全面地学习物质的量应用于化 学方程式的计算 得6 e 失 6e 铝与氢氧化钠反应化学方程式 写分步反应的话应该这么写 2Al 6H2O 2Al OH 3 3H2 Al OH 3 NaOH NaAlO2 2H2O 以上 是氧化还原过程 是酸碱中和过程 虽然氢氧化铝是两性 这里作为酸 所 以氧化剂是水 还原剂是铝 而氢氧化钠起到的作用是去除反应 产生的少量 Al OH 3 以 保证反应进行 所以氢氧化钠应该算作一个对反应 即氧化还原过程 的正反应有利 的反应条件 例 1 把 6 5 g Zn 放入足量盐酸中 锌完全反应 计算 1 6 5g Zn 的物质的量 2 参加反应的 HCl 的物质的量 3 生成 H2 的体积 标准状 况 解 1 n Zn m M 6 5g 65g mol 1 0 1mol Zn 2HCl ZnCl2 H2 1mol 2mol 22 4L 0 1mol n HCl V H2 2 n HCl 0 1mol 2 0 2mol 3 V H2 0 1 22 4L 2 24L 在化学反应中 反应物间是按化学方程式所确定的质量比或物质的量比进行反应的 如 果某一反应中两种反应物的量都已给出 此时存在两种可能 一种是两种反应物恰好完全 反应 二是两种反应物不是恰好完全反应 而是一种反应物过量 这时就首先确定哪种反 应物的量是过量的 然而根据不足量的物质 即完全反应的物质的量进行有关计算 下面 我们按以上思路来解答 例 2 将 0 65g 锌加到 50 mL 1 mol L 盐酸中 计算 1 标准状况下 生成 H2 的体积 2 若反应完成后 溶液体积仍为 50 mL 这时溶液中的 Zn2 和 H 的物质的量浓度是 多少 解 n Zn 0 65 65 0 01 mol n HCl 0 05 1 0 05 mol Zn 2HCl ZnCl2 H2 HCl 过量 设生成 H2 x mol ZnCl2 y mol HCl z mol Zn 2HCl ZnCl2 H2 1 2 1 1 0 01 z y x x 0 01 mol y 0 01 mol z 0 02 mol 1 标准状况下生成 H2 体积 V H2 0 04 22 4 0 224L 2 c