第四章重要金属元素及其化合物PPT课件

.,1,基础化学,授课教员张欣荣杨峰,基础化学,.,2,第1节金属概述,.,3,日常生活中见到了哪些金属物品？它们都有什么样的性质呢？,.,4,一、金属元素的位置和原子结构,1、金属元素在周期表中的位置【讨论】现有的元素周期表中一共几种金属元素？分别处在元素周期表的哪里？90种金属元素，22种非金属元素,根据元素周期表知识，讨论金属原子结构与性质的递变。,.,5,在已经发现的一百多种元素中，金属元素约占五分之四,.,6,2、金属原子结构特点【讨论】金属元素原子结构特征是什么？（1）最外层电子少(2)原子半径大。原子最外层电子：一般4个。(有例外)半径：同一周期原子r金属r非金属；同一元素的原子和阳离子r原子r阳离子,.,7,1、金属的物理共性,常温下，单质都是固体，汞(Hg)除外；大多数金属不透明，呈银白色，有金属光泽，但金(Au)色，铜(Cu)色。,黄红,二、金属物理性质,不同金属熔沸点，最难熔的是钨，最易熔的是汞。硬度差别较大,最硬的是铬，而Na、K很软。,.,8,良好的导电性：导电性最好的是Ag,良好的导热性，,良好的延展性。,金属单质在化学反应中只作还原剂，在化合物中金属元素只显正价。,.,9,2、合金：(1)定义：两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。合金具备金属特性(光泽、热电良导体、延展性)。（2）特性：熔沸点一般低于组分单质。硬度一般比组分单质大。,.,10,3、金属的分类,金属,冶金工业分,黑色金属：铁、铬、锰,有色金属：除铁、铬、锰以外的金属,按密度分,重金属：密度4.5g/cm3以上,轻金属：密度4.5g/cm3以下,按丰度大小分,常见金属：如铁、铝,稀有金属：如锆、铌、钒等,.,11,(1)与非金属反应(O2、Cl2、S等),(2)与水反应,(3)与酸反应,(4)与盐的置换反应,三、金属的化学性质(通性),.,12,(1)与O2反应KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu常温迅速成膜加热加热能反应不反应(2)H2OKCaNaMgAlZnFeSnPb冷水剧烈热水缓慢水蒸气高温不反应氢氧化物和氢气氧化物和氢气(3)酸KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu常温下与非氧化性酸反应氧化性酸王水(4)与盐的置换反应,.,13,四、金属活动性顺序的应用,KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu（1）判断金属的活动性顺序。（2）判断金属单质还原性强弱。（3）判断金属与酸溶液反应的激烈程度等情况。（4）判断金属低价阳离子的氧化性强弱。（5）判断原电池的正负极。,.,14,(6)判断和水、氧气反应条件以及产物。(7)判断相同浓度相同阴离子溶液的酸碱性强弱顺序。(8)判断电解时阳离子和金属电极的放电顺序。(9)判断金属单质的制备方法随着不同金属的阳离子的氧化能力不同，主要有：电解法、还原剂法、加热法等。,.,15,五、金属的冶炼,1、金属冶炼的一般步骤：矿石的富集、冶炼、精炼2、金属冶炼的实质：金属阳离子+电子金属原子3、金属冶炼的方法：由于金属活动性的不同，其金属阳离子的得电子能力也各不相同，所以采用的方法也不同,.,16,根据金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu电解法热还原法热分解法物理富集,思考：1、热还原法常用的还原剂有哪些，分别适用于还原哪些金属？,热还原法常用的还原剂有：C、CO、H2适用于还原绝大多数金属；Al主要还原难熔金属。,注意：在用热还原法还原金属时，一般还原其氧化物，对金属以碳酸盐或硫化物形式存在时应将其高温烧转化为氧化物，再用还原剂还原。,.,17,思考：2、氢气具有强还原性，能否用于还原任何金属的氧化物来制金属单质？,KCaNaMgAl的氧化物不能用H2还原ZnFeSnPbCu的氧化物能用H2还原，但高温水蒸汽高温下与金属反应产生H2。,思考：3、下列各组金属最适合用H2或CO把它从其化合物中还原出来的是（）A、Ca、MgB、Al、FeC、Fe、CuD、Hg、Ag,思考：4、工业上能否用电解熔融的氧化镁制备金属镁?2MgO=2Mg+O2（2）简要说明不符合工业实际的理由是：,电解,氧化镁的熔点很高，电解电容器熔融的氧化镁要消耗大量的能量，工业上常用电解熔融的氯化镁冶炼镁。,C,.,18,常温成膜/加热反应,剧烈,加热、能,常温能,常温、能,氧化性酸,与王水,与水反应,铝、锌与强碱溶液反应,与水反应,前面的金属置换后面的金属,不分解,常温分解,化合态,化合、游离,游离,由金属活动顺序表分析金属知识的规律,.,19,1、碱的化学通性：,碱,（1）酸碱指示剂：能使紫色的石蕊变蓝色、无色酚酞变红色,（3）酸性氧化物,（2）酸,（4）盐,盐水,盐水,新碱新盐,六、金属化合物的化学性质(通性),.,20,2、碱性氧化物的通性,(3)酸性氧化物碱性氧化物,(1)碱性氧化物水,(2)碱性氧化物酸,碱,盐水,盐,碱性氧化物通性,能跟酸反应生成盐和水的氧化物叫碱性氧化物。,.,21,3、盐的通性：,盐,(1)酸,(2)碱,(3)盐,新盐新酸,新盐新碱,新盐新盐,.,22,主要试剂：金属铁、稀硫酸、氧气、氯气、NaOH溶液、NaCl溶液、Na2SO4溶液、CuSO4溶液,实验方案设计：,用分类比较的方法,预测该物质可能具有的性质根据所给的试剂，设计出可操作的实验方案实施实验方案,记录现象分析现象,得出结论。,以铁为例,选择试剂,探究铁的化学性质,.,23,实验记录,Fe,O2、Cl2、S,H2SO4,AgNO3,CuSO4,H2O,.,24,25,第二节钠及其化合物,一、钠,二、氧化钠和过氧化钠,三、氢氧化钠,四、碳酸钠和碳酸氢钠,五、碱金属元素,六、焰色反应,七、小结,26,一、钠,1.物理性质,（1）具有银白色的金属光泽，硬度小（2）(煤油)NaHCO3,Na2CO3NaHCO32NaHCO3Na2CO3H2OCO2,都能水解，溶液呈碱性，但水解程度：Na2CO3NaHCO3碱性：Na2CO3NaHCO3,反应速率：Na2CO3NaHCO3NaHCO3HClNaClH2OCO2Na2CO32HCl2NaClH2OCO2,离子化合物,白色固体,37,四、碳酸钠和碳酸氢钠,不反应,Na2CO3Ca(OH)2CaCO32NaOH,与量有关,不反应,Na2CO3CaCl2CaCO32NaCl,38,四、碳酸钠和碳酸氢钠,1Na2CO3和NaHCO3的鉴别方法,（1）固体受热：,（2）CaCl2溶液（或BaCl2）：,（3）用稀盐酸：,（4）同温度下，同浓度溶液的pH值：,39,四、碳酸钠和碳酸氢钠,2Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应,（1）与盐酸反应放出CO2的速率,（2）与盐酸的互滴鉴别,（3）Na2CO3和NaHCO3混合溶液与盐酸反应的先后顺序,（4）CO2生成量比较,等物质的量的Na2CO3和NaHCO3,等质量的的Na2CO3和NaHCO3,等量的盐酸与足量的Na2CO3和NaHCO3分别反应,一定量的NaHCO3受热分解产生的CO2量与受热分解后的残留物与酸反应产生的CO2量相等,40,五、碱金属元素,1物理性质,（1）相同点：,（2）递变性：,碱金属除Cs略带金色光泽外，都是银白色有金属光泽的固体，密度都比较小，硬度也都比较小，熔沸点较低，导电、导热性较强。,从LiCs密度逐渐增大（Na、K反常），熔沸点逐渐降低,41,五、碱金属元素,2原子结构与性质推断,（1）相同点：,（2）不同点：,最外层上都只有1个电子具有相似的化学性质,从LiCs电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大从Li到Cs金属性逐渐增强,42,五、碱金属元素,3碱金属的化学性质,（1）与O2等非金属的反应,（2）与水的反应,K、Rb、Cs与O2反应生成更复杂的氧化物,2M2H2OMOHH2,由LiCs反应越来越剧烈,4碱金属的保存,锂保存在石蜡中，其余保存在煤油中,43,六、焰色反应,1焰色反应：,多种金属或它们的化合物在灼烧时火焰呈现特殊的颜色,2焰色反应是元素的性质，属于物理变化,3操作：,先用盐酸洗净铂丝，并在火焰上灼烧到没有颜色时，再蘸取样品做实验,【例】用纯净的铂丝蘸取某无色溶液在无色火焰上灼烧，火焰呈黄色，说明该溶液中金属离子（）A.只有NaB.可能有Na、也可能有KC.一定有KD.一定有Na、也可能有K,44,七、小结,45,典型例题,【例】下面对碱金属性质的叙述中正确的是（）A单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物B铯的密度比水小，能像钠一样与水反应时浮在水面上C金属锂应浸没在煤油里保存D碱金属单质与水反应都生成碱和氢气,46,典型例题,47,第三节镁、铝及其化合物,一、镁和铝的性质,二、镁、铝的氧化物,三、镁、铝的氢氧化物,四、铝盐和偏铝酸盐,六、小结,五、从铝土矿中提取铝,48,一、镁和铝的性质,镁和铝都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属，但镁和铝相比较，铝的硬度比镁的稍大，熔点和沸点都是铝比镁的高，都具有抗腐蚀性能。,常温下生成氧化膜,2MgO22MgO,2Al3Cl22AlCl3,常温下生成氧化膜,3MgN2Mg3N2,4Al3O22Al2O3,与沸水反应,不反应,Mg+2H+=Mg2+H2,2Al+6H+=Al3+3H2,不反应,2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2,49,一、镁和铝的性质,Mg2NH4ClMgCl22NH3H2,2Al3CuCl23Cu2AlCl3,2Mg+CO2=2MgO+C,铝热反应：2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe,镁、铝在自然界中均以化合态存在，铝是地壳里存在最多的金属元素,电解熔融MgCl2,电解熔融Al2O3,50,一、镁和铝的性质,1镁在空气中燃烧的生成物：,镁在空气中燃烧时不仅跟O2反应，还能跟N2、CO2反应,51,一、镁和铝的性质,2铝与强碱溶液的反应：,2Al6H2O2Al(OH)33H2,Al(OH)3NaOHNaAlO22H2O,2Al2NaOH6H2O2NaAlO23H24H2O,52,一、镁和铝的性质,3铝热反应：,某些金属氧化物粉末，与铝粉混合后在较高温度下剧烈反应生成Al2O3和其它金属并放出大量的热的反应,铝热剂：Fe3O4、V2O5、Cr2O3、MnO2等与Al粉的混合物,53,二、镁、铝的氧化物,碱性氧化物,两性氧化物,均为白色粉末，难溶于水，熔点高，是优良的耐火材料,MgO+2H+=Mg2+H2O,Al2O3+6H+=2Al3+3H2O,不反应,Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O,54,三、镁、铝的氢氧化物,中强碱,两性氢氧化物,均为白色固体，难溶于水,Mg(OH)2=MgO+H2O,2Al(OH)3=Al2O3+3H2O,Mg(OH)2+2H+=Mg2+H2O,Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O,不反应,Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,Mg2+2OH-=Mg(OH)2,Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+,2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3+CO32-,55,三、镁、铝的氢氧化物,酸式电离,碱式电离,1氢氧化铝的电离：,2明矾净水原理：,KAl(SO4)212H2O,56,四、铝盐和偏铝酸盐,1AlCl3溶液与NaOH溶液的反应,（1）向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量,现象：,反应：,图像：,（2）向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液直至过量,57,四、铝盐和偏铝酸盐,2NaAlO2溶液与盐酸的反应,（1）向NaAlO2溶液中滴加盐酸直至过量,现象：,反应：,图像：,（2）向盐酸中滴加NaAlO2溶液直至过量,58,五、从铝土矿中提取铝,铝元素在地壳中的主要存在于铝土矿中，其主要成分为Al2O3，还含有少量的Fe2O3、SiO2等。,1酸溶法,2碱溶法,59,五、从铝土矿中提取铝,1酸溶法,Al2O3Fe2O3SiO2,过量盐酸,过滤,SiO2除去,AlCl3FeCl3HCl溶液,过量NaOH溶液,过滤,Fe(OH)3除去,NaAlO2NaClNaOH溶液,过量CO2,过滤,滤液除去,Al(OH)3,Al2O3,酸碱（弱）酸,60,五、从铝土矿中提取铝,2碱溶法,Al2O3Fe2O3SiO2,过量NaOH溶液,过滤,Fe2O3除去,NaAlO2Na2SiO3NaOH溶液,过量盐酸,过滤,AlCl3NaClHCl溶液,过量氨水,过滤,滤液除去,Al(OH)3,H2SiO3除去,Al2O3,碱酸（弱）碱,61,六、小结,62,第四节铁、铜及其化合物,一、铁的性质,二、铁的氧化物,三、铁的氢氧化物,四、铁盐和亚铁盐,六、铜及其化合物,五、铁及其化合物小结,63,一、铁的性质,1铁的原子结构,2物理性质,铁元素在周期表中的位置：,原子结构示意图：,电子排布式：,Ar3d64s2,银白色光泽、密度大，熔沸点高，具有良好的导电、导热和延展性，能被磁铁吸引。,纯铁具有较强的抗腐蚀性能,生铁的硬度较纯铁大，熔点较纯铁小，抗腐蚀性能较纯铁小,第四周期第族,64,一、铁的性质,3化学性质,（1）与非金属单质反应：,与O2、Cl2、I2、S等,（2）与高温水蒸气的反应：,注意：先点酒精灯，后点酒精喷灯,问：如何验证产物？,65,一、铁的性质,3化学性质,（3）与酸的反应：,与盐酸反应：,与稀硝酸反应：,Fe少量：Fe过量：,Fe4HNO3Fe(NO3)3NO2H2O,3Fe8HNO33Fe(NO3)22NO4H2O,Fe2H+Fe2+H2,（4）与盐溶液的反应,FeCu2+CuFe2+,Fe2Fe3+3Fe2+,66,二、铁的氧化物,铁红,磁性氧化铁,黑色粉末,红棕色固体,黑色晶体,都难溶于水,稳定,稳定,6FeOO22Fe3O4,FeO2H+Fe2+H2O,Fe2O36H+2Fe3+3H2O,Fe3O48H+Fe2+2Fe3+4H2O,3FeO10H+NO3-3Fe3+NO5H2O,同盐酸,3Fe3O428H+NO3-9Fe3+NO14H2O,Fe2O36H+2I-2Fe2+I23H2O,Fe3O48H+2I-3Fe2+I24H2O,同盐酸,高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原,67,三、铁的氢氧化物,Fe(OH)2,Fe(OH)3,白色固体，难溶于水,红褐色固体，难溶于水,Fe(OH)2FeOH2O（隔绝空气）,2Fe(OH)3Fe2O33H2O,Fe(OH)22H+Fe2+2H2O,Fe(OH)33H+Fe3+3H2O,3Fe(OH)2NO3-10H+3Fe3+NO8H2O,同盐酸,同盐酸,2Fe(OH)36H+I-2Fe2+I26H2O,可溶性碱与Fe2+反应：Fe2+2OH-Fe(OH)2,可溶性碱与Fe3+反应：Fe3+3OH-Fe(OH)3,4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3,颜色变化：白色灰绿色红褐色,68,三、铁的氢氧化物,【说明】Fe(OH)2制备时注意,（4）向亚铁盐溶液中滴加碱溶液时，将胶头滴管的尖嘴插入亚铁盐溶液的深部，使Fe(OH)2生成于溶氧少的部位,（1）赶尽空气应在惰性或还原性气体气氛下反应（如：N2、CO、H2S、H2等）,（2）隔绝空气如用苯、汽油、煤油覆盖在液面上,（3）采用新制备的亚铁盐溶液，溶解亚铁盐时要先将蒸馏水煮沸除去氧气,69,四、铁盐和亚铁盐,黄色,浅绿色,都能水解呈酸性,较强的氧化性：,可氧化Fe、Cu、I-、S2-、SO32-、SO2等,氧化性：,还原性（为主）：,与Zn反应,被Cl2、Br2、O2、H2O2、HNO3等氧化,1NaOH溶液：,2KSCN溶液：,3苯酚溶液：,红褐色沉淀,血红色,紫色,1NaOH溶液：,白色沉淀灰绿色红褐色,2先加KSCN溶液无现象，,再加氯水或H2O2，产生血红色,70,四、铁盐和亚铁盐,【说明】,1“铁三角”,Fe,Fe3,Fe2+,弱氧化剂S、I2、H+、Cu2+、Fe3+,Cl2、Br2、O2、浓H2SO4、HNO3,Fe2O3：C、CO、H2、AlFe3+：Al、Zn等还原,FeO：C、CO、H2、AlFe2+：Al、Zn等还原,强氧化剂Cl2、Br2、O2、浓H2SO4、HNO3酸性KMnO4、Na2O2、H2O2等,Fe、Cu、I、S2-等,71,四、铁盐和亚铁盐,2离子共存：,（1）Fe3+和Fe2+均水解,与HCO3-、CO32-、AlO2-等因双水解不能大量共存,（2）因氧化还原反应不能大量共存,Fe3+与I-、S2-、HS-、SO32-Fe2+与NO3-(H+)、ClO-、MnO4-(H+),3盐溶液的配制,FeCl2的配制：FeCl3的配制：,加少量铁粉和盐酸,加少量盐酸,72,四、铁盐和亚铁盐,4除杂：,（1）Fe2+(Fe3+)：（2）FeCl3(FeCl2)：（3）FeCl2(CuCl2)：,加Fe粉，过滤,加氯水或H2O2,加Fe粉，过滤,73,五、