中学教材同步标准学案 高二化学第四章几种重要的金属

第四章 几种重要的金属第一节 镁和铝预习导航（预习教材，提供教材关键信息）一、金属的通论1人类已发现的一百多种元素中，金属元素大约占_，在元素周期表中，金属元素位于每个周期的_，在常温下，除_是液体外，其余金属都是固体。2大多数金属具有延展性，其中以_的延展性最好。金属一般都是热的良导体。其中_和_的传热导电性能最好。二、镁和铝的原子结构1镁、铝分别位于_周期的_族和_族。它们的原子电子层数分别为_和_，它们的原子最外层电子数分别为_和_。在参加化学反应时，容易失去最外层电子成为阳离子。2镁和铝位于同一周期，它们都是比较活泼的金属，但由于镁比铝的原子半径_，最外层电子数_，原子核对最外层电子的引力更)_，因此镁的最外层电子更易失去，镁比铝更活泼。三、镁和铝的物理性质1共性：均为_；均为_；熔点均_；硬度均_都具有金属的通性2差异：镁在密度、熔点、沸点、硬度上均_铝 四、镁和铝的化学性质 举例 镁 铝 与非金属反应与O2反应与C12反应与酸反应与盐酸反应与硫酸反应 与碱反应 与水反应 与氧化物反应五、铝的重要化合物1氧化铝(Al2O3)：_色难_，可做_材料，是典型的_。 Al2O3与强酸反应的离子方程式：_。 Al2O3与强碱反应的离子方程式：_。2氢氧化铝Al(OH)3：_色_状物，是典型的_。氢氧化铝的电离方程式：_；当向 Al(OH)3中加入强酸时，平衡向_移动；当向 Al(OH)3中加入强碱时，平衡向_移动。实验室制备 Al(OH)3时，选用铝盐和氨水作用而不选氢氧化钠溶液的原因是_。3十二水合硫酸铝钾俗名明矾，是_色晶体，在水中的电离方程式_；明矾能够净水其离子方程式为_。六、合金合金是_。其特点是：硬度一般比它的各成分金属_；多数合金的熔点一般比它的各成分金属_；合金化学性质与成分金属_；物理、化学和机械性能_各成分金属。关键信息一、14/5前部 汞2金银 铜二、1第3周期 第A A3层 3层2 32大 少小一些三、1银白色 轻金属 较低 较小2小于(或低于)四、方程式略五、1白色 难熔 耐火两性氧化物2白色 胶状 两性氢氧化物碱式电离方向 酸式电离方向Al(OH)3能溶于氢氧化钠。3无色六、由两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。底 不同 强于要点解析（名师点拨，重点、难点、热点轻松过关）1金属单质与酸反应回忆金属活动顺序表，写出排在氢前面的金属与酸反应的化学方程式，并总结规律。2氢氧化铝的两性氢氧化铝的两性一直是高考热点之一，其中原因在于它的典型性，相关的反应可用下式表示：由于氢氧化铝既可溶于强酸又可溶于强碱，所以制备氢氧化铝宜采用以下途径：可溶性铝盐(Al3+)与氨水反应偏铝酸盐(A1O2-)与二氧化碳反应利用Al3+和A1O2-在溶液中可发生相互促进的水解反应。2试剂的滴加顺序与实验现象在化学反应中，由于反应物的相互滴加顺序不同，而导致产生不同的实验现象，这种情况在中学化学中是很常见的，下面举与本节有关的两例结合图像加以说明。(1)AlCl3与NaOHa向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量首先发生的反应是Al3+3OH一=Al(OH)3，溶液中产生白色沉淀并逐渐增多，当AlCl3全部转化为 Al(OH)3时，继续加入的NaOH与 Al(OH)3反应，离子方程式是： Al(OH)3+ OH一= A1O2-+H2O，这时白色沉淀逐渐减少，最后全部消失，整个过程可用下图表示。b向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至过量，滴人的AlCl3先与Na0H反应生成Al(OH)3沉淀，继而马上被溶液中过量的NaOH溶解，当NaOH全部转化为 NaAlO2之后，继续滴加AlCl3，则会发生反应Al3+3A1O2一+6H2O=4Al(OH)3，沉淀量的变化可用下图表示。 (2)NaAlO2与HCla向NaAlO2溶液中滴加盐酸至过量。发生反应依次为：NaAlO2+HCl+H2O=Al(OH)3+NaCl， A1(OH3)+3HCl=AlCl3+3H2O沉淀量的变化可用下图表示：b向盐酸滴加NaAlO2溶液至过量。滴入的NaOH先与HCl反应生成Al(OH)3沉淀，继而马上被过量的HCl溶解，反应方程式为：4H+A1O2一=Al3+2H2O继续滴加的NaAlO2则与Al3+发生水解反应，离子方程式为：3 A1O2一十Al3+6H2O=4Al(OH)3沉淀量的变化可用下图表示： 【例1】两个烧杯加入同体积的浓度为2molL的H2SO4，置于天平两端，调平天平后分别加入108 g的A1和Mg，则反应完毕后，天平（ ）A可能加Mg一端下倾B可能加Al一端下倾C可能仍保持天平平衡D无法判断【解析】此题未说明稀H2SO4的体积，分下列三种情况讨论： (1)加入稀H2SO4过量，Al、Mg都已反应完毕，按化学反应方程式计算，加入Al、Mg每端增加的重量： 2Al+3 H2SO4=A12(SO4)3+3H2 w 54 g 6 g 48 g 108 g m(A1) m(A1)=96 g Mg+ H2SO4=MgSO4+H2 w 24 g 2 g 22 g 108 g m (Mg) m(Mg)=99 g 加入Mg一端增加质量多，往下倾。(2)加入稀H2SO4对Al和Mg都不足，两金属都有剩余。因加稀H2SO4物质的量一定，则产生的H2的量也相同，故天平保持平衡。 (3)若加入H2SO4量能使Mg完全反应，反应放出H2后，溶液增重99 g，使Mg不能完全反应，Al有余，加入Al的一端增加质量小于96 g，故天平向加入Mg的一端下倾。答案：A、C。【点拨】分别分析镁和铝与硫酸反应质量变化情况。 【例2】向100 mL 2 molL-的AlCl3溶液中，逐滴加入NaOH溶液100 mL时产生沉淀为78 g，则加入NaOH溶液的物质的量浓度是（ ） A1 molL- B15 molL-C3 molL- D7 molL-【解析】78 g Al(OH)3的物质的量为01 mol。 AlCl3逐滴加入NaOH溶液有关反应为： Al3+3OH一=Al(OH)3 A1(OH)3+OH一= A1O2-+2H2O(1)NaOH不足设参加反应的NaOH的物质的量为n(NaOH） Al3+3OH一=Al(OH)3 3 1 n(NaOH) 01 mol n(NaOH)=03 mol c(NaOH)=03 mol01L=3 molL-(2)：NaOH过量Al3+全部沉淀为Al(OH)3，过量的NaOH溶解部分的Al(OH)3，只余01 mol Al(OH)3沉淀。设使Al3+全部沉淀需NaOH的物质的量为 n1(NaOH) 溶解部分Al(OH)3需NaOH的物质的量为n2(NaOH) Al3+3 OH-= Al(OH)3 1 3 1 02 mol n1(NaOH) 02 mol n1(NaOH)=06 mol Al(OH)3+ OH-= A1O2-+2H2O 1 1 01 mol n2(NaOH)n2(NaOH)=01 molc(NaOH)=7 molL-【点拨】向AlCl3溶液中，逐滴加入NaOH溶液先生成氢氧化铝沉淀，继续滴加，沉淀会溶解。 【例3】向明矾KAl(SO4)212H2O溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至过量 (1)写出可能发生的有关反应的离子方程式(2)在图中，纵坐标表示生成沉淀的物质的量，横坐标表示加入Ba(OH)2的物质的量试在图中画出当溶液中明矾为1 mol时，生成的每一种沉淀的物质的量随Ba(OH)2物质的量变化的曲线(在曲线上标明沉淀的化学式)(3)当向a L物质的量浓度为M molL的明矾溶液中滴加物质的量浓度为n molL的Ba(OH)2溶液b L，用含a，M，N的表达式表示：当b满足_条件时，沉淀的总物质的量为最大值当b满足_条件时，沉淀的质量为最大值【解析】 (1)设溶液中明矾的物质的量为1 mol则当滴加的Ba(OH)。的物质的量分别在015 mol和15 mol20 mol时，所发生的反应的化学方程式和离子方程式分别为：2 KAl(SO4)2+3Ba(OH)2=K2SO4+3BaSO4+2Al(OH)3 K2 SO4+2Al(OH)3+ Ba(OH)2=2KAlO2+BaSO4+4H2O (2)从化学方程式可以看出，生成BaSO4的物质的量随Ba(OH)2的量的增加而增加，生成Al(OH)3的物质的量随Ba(OH)2的量的增加而发生先增加后减少直至完全溶解的变化过程(3)由方程式知，当加入了15 mol Ba(OH)2时，生成沉淀的物质的量为质量为15 mol233 gmol+1 mol78 gmol=4275 g；由方程式知，当继续滴加05 mol Ba(OH)2时，沉淀的物质的量将减少1 mol=05 mol，沉淀的质量却增加虿0.5 mol233 gmol78 g=385 g所以，把明矾溶液中Al3+恰好沉淀完全时，生成沉淀的总的物质的量最大，把SO42-沉淀完全时，生成沉淀的质量最大 【点拨】沉淀包括两部分，氢氧化铝和硫酸钡，氢氧化铝能溶于过量的碱溶液中，而硫酸钡不溶于过量的碱溶液。 综合应用创新（学以致用，这可是新高考方向）1（应用题）A、B、C、D、E、F是中学化学中的常见物质，它们之间的转化关系如图所示其中 A、B为单质，F为白色沉淀，D为气体 (1)若D的水溶液显弱酸性，则A是_，B是_，C是_，D是_，E是_，F是_ (2)若D的水溶液显弱碱性，则A是_，B是_，C是_，D是_，E是_，F是_【解析】E与NaOH溶液反应生成白色沉淀F，则F必为氢氧化物，常见的白色氢氧化物沉淀有Mg(OH)2和Al(OH)3。进一步推知E为MgCl2或AlCl3，B为 Mg或Al，A为非金属单质又因C能与H2O反应同时生成Al(OH)3或 Mg(OH)2，则C与H2O的反应是水解反应显碱性的气体常见的只有NH3，可确定C为Mg3N2，A为 N2，B为Mg。当D为酸性气体时，且是水解产生的，则C同样是与 Mg3N2相类似的盐，常见的为A12S3，推知A为S，B为A1答案：(1)AS BAl C A12S3 DH2S EAlCl3 FAl(OH)3 (2)AN2 BMg C Mg3N2 DNH3 EMgCl2 FMg(OH)22（综合题）某无色透明溶液，其中的溶质可能由H+、Ba2+、Mg2+、OH、SO32-、 Cl一、CO2-3、NO3-中的若干离子组成，它能与铝作用产生氢气(无其他气体)，试分析该溶液中可能大量存在的离子成分【解析】能与铝作用产生氢气的溶液可能是c（ H+)较大的溶液，也可能是 c（ OH)较大的溶液，所以此题要分两种情况进行讨论：若溶液中含大量的 H+，则 OH、SO32-、CO2-3不能大量存在；尤其要注意的是 NO3-，若存在 NO3-，则在 NO3-与 H+的共同作用下与铝反应不能产生H2，产生的气体为氮氧化物、氮氢化物等，这与题设“只放出氢气”相矛盾因此， NO3-也不能大量存在若溶液中存在大量的 OH，则H+、Mg2+不能大量存在尤其值得注意的是整个溶液是呈电中性的，故此一定存在 Ba2+；因BaSO3和BaCO3都是难溶于水的物质，所以 SO32-、CO2-3也不可能大量存在 答案：H+、Ba2+、Mg2+、Cl一； OH、Cl一、 Ba2+、NO3-3（创新题）用铝箔包装01 mol金属钠，用针扎出一些小孔，放入水中，完全反应后，用排水集气法收集产生的气体，则收集到的气体为(标准状况)( )AO2和H2的混合气体 B112 L H2C大于112 L H2 D小于112 L气体【解析】在题中隐含一个至关重要的条件“铝箔”。钠与水反应放出氢气，并且生成氢氧化钠，铝能与氢氧化钠溶液反应也生成氢气，故最后收集到的气体是这两部分之和。答案：C【点拨】解答此类题目的关键是寻找突破口，要从题中的文字和转化关系图中挖出关键词(如题中的“白色”、“碱性”、“适量”等)，找出重要的转化关系线(如题中的“EF”等)然后通过正向思维和逆向思维(如题中由EF为正向思维，由C推出A、B为逆向思维)的结合推出其他物质【点拨】离子共存问题是高考的热点，是对学生综合运用知识的能力的考查解此类题目，首先要注意题设条件，如“无色”、“透明”(注意：有色溶液也称透明，凡溶液就透明)、“酸碱性”、“因发生氧化还原反应”等关键词有些关键词很隐蔽，需要挖掘，如题中的“能与铝反应产生H2”其次，要注意全面分析离子间可能发生的反应，一般涉及的反应类型如下：与H+不能共存的反应；常见的有OH及弱酸的酸根离子(如：CO2-3等)能与H+反应与OH不能共存的反应；常见的有H+及弱碱的阳离子和弱酸的酸式酸根离子(如：Fe2+、等)能与OH反应 氧化还原反应，常见的有：Fe3+与S2一等，这些离子间能发生氧化还原反应沉淀反应水解反应【点拨】解题时应注意隐含的反应及隐含的条件。同步达标（只学不练，等于白干）A级（基础巩固）1下列关于金属元素特征的叙述正确的是（ ） A金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B金属元素在化合物中一定显正价C金属元素在不同化合物中的化合价均不同D金属单质在常温下均是固体2向含有a mol A1C13的溶液中加入含b mol KOH的溶液，生成沉淀的物质的量可能是（ ） a molb molmolmol0 mol (4a-6)tool A B C D3下列各金属的混合物25 g和足量的盐酸反应，放出的H2在标准状况下体积为224 L，其中可能的是（ ） AZn和Fe BMg和ZnCAl和Mg DCu和Fe4Na、Mg、Al三种金属各02 mol，分别与100 mL 1molL的HCl溶液反应，放出H2的量是（ ） AMg最多 BAl最多CNa最多 D一样多5某无色透明溶液跟金属Al反应放出H2，试判断下列离子：Mg2+、Cu2+、Ba2+、H+、Ag+、SO32-、SO42-、HCO3-、OH-、NO3-。下列两种情况何者能共存于此溶液中： (1)当生成Al3+时，可能存在_； C和 D和4把铝粉和Fe3O4粉末配成铝热剂并分成两份，第一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物与足量盐酸充分反应；第二份直接加入足量的氢氧化钠溶液使之充分反应，前后两种情况下生成的气体在相同状况下的体积比是（ ） A3：4 B 4：3 C3：8 D8；35准确称取6 g铝土矿样品(含A12O3、Fe2O3、SiO2)放人盛有100 mL某浓度硫酸溶液的烧杯中，充分反应后过滤，向滤液中加入10 molL的NaOH溶液，产生的沉淀质量m与加入的NaOH溶液的体积V的关系如图所示：请填空回答：(1)H2SO4溶液的物质的量浓度为_；(2)若a=23，用于沉淀Fe3+消耗NaOH的体积是_ mL，铝土矿中各组成成分的质量分数：A12O3为_，(2)当生成AlO2-时，可能存在_。6金属钠和金属铝共m g，放人适量水中充分反应共产生n L(标准状况)气体，试求原混合物中金属钠和金属铝各多少克?7现有200 mL MgCl2和A1C13的混合溶液，其中 c(Mg2+)=02 molL，c(C1-)=13 molL，要使Mg2+转化为Mg(OH)2，并使Mg2+、Al3+分离开来，至少用4 molL NaOH溶液多少毫升?B级（能力提高）1明矾是一种较好的净水剂，这是因为（ ） A本身有较强的吸附性B本身与悬浮杂质生成沉淀CAl3+水解呈酸性DAl3+水解生成的Al(OH)3有吸附作用2在托盘天平右盘上放一个盛有100 mL 3 molLNaOH溶液的烧杯，左盘上放一个盛有100 mL 3 molL盐酸的烧杯，调节天平至平衡，然后在两烧杯中各加入等质量的铝片，反应完全后，则天平可能出现的情况是（ ） A左盘下沉 B右盘下沉 C仍保持平衡 D无法判断3等体积的A1C13和NaOH两种