第三章金属及其化合物讲义.docx
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第三章金属及其化合物讲义
第三章金属及其化合物
第1节《金属的化学性质》
★金属在自然界的分布和存在
★绝大多数以化合态存在于自然界。
★金属有哪些共同的化学性质？
举例说明
金属能与酸反应（是不是所有的金属都能）
?
与盐发生相互置换反应
与非金属单质的反应
1、
金属的性质
（1）.金属钠与氧气的反应
实验3－1从煤油中取一小块金属钠,用刀切去一端的外皮,观察实验现象.
现象：
切口处可观察到银白色的金属光泽,在空气中很快变暗。
讨论：
从以上实验,我们了解到金属钠的哪些物理和化学性质？
Na的性质：
物理性质：
1.为银白色的固体
2.质软（硬度小）
化学性质：
很活泼,常温下能与氧气反应.
4Na+O2=2Na2O
实验3－2把一小块金属钠放在坩埚上，加热，有何现象发生？
现象：
可观察到钠先熔化后燃烧，
燃烧时火焰呈黄色，生成淡黄色的固体。
*反应条件不同，产物不同
2Na+O2===Na2O2
科学视野
Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2①
2H2O2=2H2O+O2②
①×2+②得
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
Na2O2的用途：
在呼吸面具、潜艇紧急情况
时作供氧剂，作秸杆、织物的漂白剂。
练习：
写出过氧化钠与盐酸反应的化学方程式：
2Na2O2+4HCl=4NaCl+2H2O+O2
Na2O2+2HCl=2NaCl+H2O2①
2H2O2=2H2O+O2②
Na2O2不是碱性氧化物
（2）.金属钠与水的反应
实验3－3将一小块金属钠投入滴有酚酞的水中。
现象解释
浮：
金属钠的密度小于水
熔：
反应放热，钠的熔点较低
嘶：
剧烈反应，产生气体并燃烧
红：
有碱性物质生成
游：
产生的气体推动金属钠来回游动
2Na+2H2O==2NaOH+H2
小结：
钠的物理性质和化学性质
物理性质：
为银白色的固体，质软，密度比水还小（0.97g/cm3）,熔点较低（97.87℃）
化学性质:
化学性质很活泼
4Na+O2===2Na2O
1、与氧气反应
2Na+O2===Na2O2
2、与水反应：
2Na+2H2O==2NaOH+H2
3、与其它非金属单质的反应：
2Na+Cl2==2NaCl
4、与酸的反应：
2Na+2HCl==2NaCl+H2
注意：
钠与水、酸反应的实质是与H＋的反应，酸里面的H＋浓度大，所以钠与酸反应更快。
思考：
写出钠与硫酸铜的反应方程式
2Na＋CuSO4+2H2O=Cu（OH）2+Na2SO4+H2
（一）金属铝与氧气的反应
思考：
铝和铁谁更活泼，将一根铝线和一根铁线放在野外哪个
更容易生锈.
科学探究加热铝箔
现象：
铝箔熔化，表面失去光泽，熔化的铝并不滴落，
好象有一层膜兜着因为铝表面有一层氧化膜保护了铝。
构成膜的氧化铝（Al2O3）的熔点很高，没有熔化，
包在外面使熔化的液态铝不会滴落下来。
科学探究用砂纸打磨铝箔，除去氧化膜后，再加热至熔化。
现象：
铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝仍然不滴落。
原因：
铝很活泼，除去原来的氧化膜后，在空气中很快
生成一层新的氧化膜。
结论：
铝很活泼，常温下能与空气中的氧气反应，生成一层致密的氧化膜，起保护的作用。
4Al+3O2==常温或加热===2Al2O3
（2）金属铝既可以与酸反应又可以与碱溶液反应
1.铝与稀盐酸的反应
化学方程式为:
2Al+6HCl==2AlCl3+3H2
离子方程式为:
2Al+6H+==2Al3++3H2
2.铝与氢氧化钠溶液的反应
2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2
2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2
铝既能与强酸溶液反应也能与强碱溶液反应，因此酸、碱可直接侵蚀铝的保护膜以及铝制品本身，铝制品餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性或咸的食物。
Al（OH）3:
两性氢氧化物
Al（OH）3＋3HCl＝AlCl3＋3H2O
Al（OH）3＋NaOH＝NaAlO2＋2H2O
以上我们学习了金属的一些化学性质，通过分析不难发现，在反应中这些金属元素的化合价都发生了变化，它们从0价升为正价
在这些变化中，金属表现了强的还原性，做还原剂
在自然界中金属多以化合态存在，只有极少数不活泼的金属如金以游离态存在。
（一）铁与水蒸汽如何反应
铁不能与冷、热水反应,（可以在水，氧气的条件下被腐蚀生锈，主要成分是三氧化二铁）但能否与水蒸气反应?
请设计一个简单的实验装置,使还原铁粉与水蒸气反应
1.水蒸气的发生装置
2.水蒸气与铁粉反应装置
3.产物的检验（收集）装置
方案:
水蒸气与铁粉反应装置产物收集装置水蒸气的发生装置
3Fe＋4H2O（g）=====Fe3O4＋4H2
第2节金属氧化物的化学性质
（1）与水作用
①多数不溶于水，不跟水反应如：
Fe2O3、CuO、Al2O3等
②只有少数溶于水，能与水起反应生成可溶或微溶的碱如：
Na2O、K2O、CaO等
Na2O+H2O=2NaOHK2O+H2O=2KOHCaO+H2O==Ca（OH）2
③过氧化钠溶于水，反应生成氢氧化钠和氧气
2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑
（2）与酸反应MgO、Fe2O3、CuO分别与盐酸反应（反应后溶液颜色）
金属氧化物的性质
Na2O
Na2O2
Al2O3
Fe2O3
性质
碱性氧化物
非碱性氧化物
两性氧化物
碱性氧化物
颜色状态
白色固体
淡黄色固体
白色固体
赤红色固体
与水反应
Na2O+H2O=2NaOH
2Na2O2+2H2O=4NaOH
+O2↑
----------------
----------------
与酸溶液
Na2O+2HCl=2NaCl+H2O（溶液无色）
2Na2O2+4HCl=4NaCl+2H2O+O2↑
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O（溶液黄色）
与碱溶液
----------------
----------------
Al2O3+2NaOH=
2NaAlO2+H2O
----------------
其他
Na2O+CO2=Na2CO3
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
----------------
----------------
以上金属氧化物能与酸起反应,只生成盐和水,这类氧化物称为碱性氧化物（所以过氧化钠是过氧化物而非碱性氧化物）
2、氧化铝的特殊性：
既能跟强酸（HCl），又能跟强碱（NaOH）反应
Al2O3+6HCl==2AlCl3+3H2O
Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O
像氧化铝这样，既能与酸反应生成盐和水，也能与强碱溶液反应生成盐和水这类氧化物叫做两性氧化物
3.金属氧化物的用途
Ⅰ.作为冶炼金属的原料Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2
Ⅱ.氧化铁（Fe2O3）是一种红棕色的粉未（俗称铁红），常用于制造红色油漆和涂料
Ⅲ.氧化铝（Al2O3）是一种白色难熔的物质,是一种较好的耐火材料,制坩埚和耐火管。
Ⅳ.氧化亚铜（Cu2O）呈红色,可以制造玻璃、搪瓷的红色颜料
学与问钠表面的氧化物与铝的氧化膜都是金属氧化物，它们的外观形态和性质相同吗？
对内层金属的保护作用一样吗？
第三节.氢氧化物
氢氧化物可由_________与__________反应制得，氢氧化物具有哪些性质？
（从颜色状态、水溶性和化学性质进行讨论）
共性：
1、与酸碱指示剂作用，
2、与酸发生中和反应，
3、与酸式盐发生中和反应，
4、与盐发生复分解反应，
5、与非金属氧化物反应，
6、不溶性碱受热分解。
（一）.铁的氢氧化物Fe（OH）3可溶性铁盐+可溶性碱
Fe（OH）2可溶性亚铁盐+可溶性碱
思考：
制备Fe（OH）3、Fe（OH）2选用什么试剂？
实验3-6：
在FeCl3、FeSO4分别加入NaOH溶液
FeCl3
FeSO4
加入NaOH溶液产生的现象
产生红褐色的沉淀
先有灰白色的沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色
离子方程式
Fe3＋+3OH－=Fe（OH）3↓
Fe2＋+2OH－=Fe（OH）2↓
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
想一想：
1、要制得Fe（OH）2，可采取什么措施？
用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
（1）除去蒸馏水中溶解的O2常采用煮沸的方法
（2）生成白色Fe（OH）2沉淀的操作可采用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。
（3）用植物油将反应体系与空气隔离.
2、Fe（OH）2在空气中加热生成FeO吗？
学与问你能归纳出Fe（OH）2和Fe（OH）3的化学性质吗？
（1）氢氧化铁的性质
①与酸反应:
Fe（OH）3+3HCl=FeCl3+3H2O
②受热可分解2Fe（OH）3===Fe2O3+3H2O
（2）氢氧化亚铁的性质
①与酸反应Fe（OH）2+2HCl=FeCl2+2H2O
②有还原性，易被空气中的氧气氧化
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
（2）氢氧化铝
想一想：
制备Al（OH）3，可选用什么试剂？
（1）氢氧化铝的制备
实验I:
向0.5mol/L的Al2（SO4）3溶液滴加NaOH溶液
现象:
产生白色胶状沉淀，后消失
实验II:
向0.5mol/L的Al2（SO4）3溶液滴加氨水
现象:
产生白色胶状沉淀
实验III:
在Al（OH）3沉淀中加入盐酸溶液
现象:
白色沉淀溶解
思考：
1、为什么在实验I得到的沉淀会消失？
2.制备Al（OH）3，最好选用什么试剂？
3、Al（OH）3，具有怎样的化学性质？
（1）氢氧化铝的制备
Al2（SO4）3+6NH3•H2O=2Al（OH）3+3（NH4）2SO4
（2）氢氧化铝的性质
①与强酸反应Al（OH）3+3HCl=AlCl3+3H2O
②与强碱反应Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O
③受热分解Al（OH）3==Al2O3+H2O
像氢氧化铝这样，既能与强酸反应也能与强碱反应的氢氧化物，叫两性氢氧化物
写出氢氧化铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式
1.在MgCl2溶液中滴加少量的NaOH溶液,现象为_____________,继续加入过量的NaOH溶液,现象为______________。
在AlCl3溶液中滴加少量NaOH溶液，现象为_____________，继续加入过量的NaOH溶液，现象为___________.反应的化学方程式为___________________________
离子方程式为____________________________________________
2.下列物质，既能与盐酸又能与氢氧化钠溶液反应的是：
A.FeCl3B.Fe2O3C.AlD.Al（OH）3E.Na2CO3F.NaHCO3G.Al2O3
3.可用做医用胃酸中和剂的是：
A.NaOHB.Cu（OH）2C.Al（OH）3D.NaHCO3
4有1mol/L的AlCl3溶液1L，往其中加入2mol/L氢氧化钠溶液，要得到的沉淀最多，应加L该浓度的氢氧化钠溶液；要沉淀全部溶解，还要继续加______L该浓度的氢氧化钠溶液。
并画出沉淀随加入氢氧化钠溶液的体积变化的曲线。
第四节.盐
1.碳酸钠和碳酸氢钠
（1）Na2CO3和NaHCO3在水中的溶解性
Na2CO3
NaHCO3
俗名
纯碱、苏打
小苏打
步骤①
白色粉未,加水结块成晶体,放热
白色晶体,加水部分溶解，感受不到热量变化
步骤②
振荡长时间可溶解
晶体部分溶解
步骤③
溶液变红色
溶液变浅红色
初步结论
加水先变成Na2CO3·10H2O晶体，比NaHCO3易溶，溶液的碱性比NaHCO3强
比Na2CO3难溶，溶液的碱性比Na2CO3弱
（2）Na2CO3和NaHCO3的热稳定性
实验3-18①Na2CO3
NaHCO3
①现象：
澄清石灰水不变浑浊
②现象：
澄清石灰水变浑浊
结论：
Na2CO3稳定受热不分解
NaHCO3不稳定，受热可分解
2NaHCO3===Na2CO3+H2O+CO2↑
（3）Na2CO3和NaHCO3盐酸的反应
Na2CO3
NaHCO3
逐滴滴入HCl的现象
刚开始滴入，没有明显现象，后来反应较剧烈，有气泡产生
刚开始滴入，反应很剧烈，有气泡产生
反应方程式及离子方程式
Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl
CO32-+H+=HCO3－
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
CO32-+2H+=H2O+CO2↑
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
HCO3-+H+=H2O+CO2↑
总结
NaCO3
NaHCO3
俗名
纯碱苏打
小苏打
水溶性
易溶（比NaHCO3易溶）
可溶
溶液碱性
较强
较弱
与酸反应
Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
热稳定性
稳定，加热难分解
不稳定，加热可分解
2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑
与某些碱反应
Na2CO3＋Ca（OH）2=CaCO3+2NaOH
NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
亚铁（Fe2＋）盐
2.铁盐
铁（Fe3＋）盐
（1）Fe3+离子的检验
向FeCl3和FeCl2溶液中分别加入KSCN溶液
滴入KSCN溶液
FeCl3溶液
溶液呈血红色
FeCl2溶液
溶液颜色无变化
思考有哪些方法可以鉴别FeCl3溶液和FeCl2溶液
（1）颜色：
Fe2+__________Fe3+_________
（2）SCN-法：
滴入KSCN溶液或其他可溶性硫氰化物的溶液，呈_________色的是Fe3+
（3）碱液法：
分别加入碱液（或氨水），生成________________色沉淀是Fe3+溶液，先生成
______色沉淀，又迅速转变为_______色，最后变为____________的是Fe2+溶液
（2）Fe3+离子的氧化性
实验1:
在FeCl3溶液中加入Fe粉,振荡。
再滴入几滴KSCN溶液
现象：
溶液不显血红色
结论：
溶液中不含Fe3+
反应方程式：
2FeCl3+Fe==3FeCl2
（氧化剂）（还原剂）
离子方程式：
2Fe3＋+Fe==3Fe2＋
金属铜也能将Fe3＋还原：
2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2
实验2：
在以上所得到的FeCl2和KSCN的混合溶液中，滴加氯水（Cl2）
现象：
溶液变成血红色
结论：
原溶液中的Fe2+转变成Fe3+
反应方程式：
2FeCl2+Cl2==2FeCl3
还原剂氧化剂
离子方程式：
__________________________________
总结：
2.铝盐偏铝酸钠（NaAlO2）
明矾[KAl（SO4）2·12H2O]
（1）偏铝酸钠（NaAlO2）与酸的反应:
实验：
在NaAlO2溶液中滴入盐酸
现象：
产生白色沉淀，后消失。
反应方程式：
NaAlO2＋HCl＋H2O=NaCl＋Al（OH）3↓
Al（OH）3↓＋3HCl=AlCl3＋3H2O
离子方程式：
AlO2－＋H＋＋H2O=Al（OH）3↓
Al（OH）3↓＋3H＋=Al3＋＋3H2O
（2）明矾[KAl（SO4）2·12H2O]可用作净水剂
科学探究：
铝盐和铁盐的净水作用
不加试剂
加入明矾
加入硫酸铁溶液
2min
无明显变化
有明显沉降溶液半透明
有明显沉降溶液半透明
5min
浑浊，略有沉降
沉淀沉在底部溶液接近透明
沉淀沉在底部溶液接近透明
总结：
明矾和硫酸铁溶液可以和悬浮于水中的泥沙形成絮状不溶物沉降下来，使水澄清，可用做净水剂
3.焰色反应
①我们在炒菜的时候，偶有食盐溅在煤气火焰上，火焰呈______
②钠燃烧时，火焰呈_________
很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色,这在化学上叫做焰色反应
实验：
用铂丝分别蘸取碳酸钠溶液和碳酸钾溶液，在火焰上灼烧
1.铂丝为什么要用盐酸洗涤?
2.为什么要用蓝色钴玻璃观察钾的焰色?
合金
在工农业生产和日常生活中，我们很少使用纯金属，而主要使用合金，常见的合金有铜合金、铁合金和铝合金
1、铜合金：
我国使用最早的合金
青铜：
主要含铜和锡，有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制机器零件如轴承、齿轮等。
黄铜：
主要含铜和锌，有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，主要用于制机器零件、仪表和日用品。
白铜：
主要含铜和镍，它不容易生铜绿，常用于制造精密仪器和装饰品。
铁的合金
生铁
钢
C%
2%－4.3%
0.03%－2%
其它杂质
Si、Mn、S、P
（较多）
Si、Mn、S、P
（较少）
机械性能
质硬而脆、无韧性
坚硬，韧性大，可塑性好
低碳钢含碳量低于0.3%
碳素钢：
中碳钢含碳量0.3%~0.6%
钢铁和碳的合金
高碳钢含碳量高于0.6%
合金钢：
在碳素钢中加
入铬、锰、钨、镍、钼、
钴等合金元素（如不锈钢）
名称
组成
主要性质
主要用途
铝合金
含有10%~30%的镁
硬度和强度都比纯铝和纯镁大
火箭、飞机、轮船等制造业
硬铝
含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7%
硬度和强度都比纯铝和纯镁大
火箭、飞机、轮船等制造业
钛合金
含铝6%、钒4%
耐高温、耐腐蚀、高强度
用于飞机、宇航、化学工业
金合金
加入银、铜、稀土元素等
有光泽、易加工、耐磨耐腐蚀
金饰品、电子元件、钱币、笔尖
3、课堂互动
1、下列物质中,不属于合金的是（）
A、硬铝B、黄铜
C、钢铁D、水银
2、人类历史上大量生产和使用铝、铁、钛、铜四种金属的时间顺序是（）
A。
铜、铁、铝、钛B。
铁、铝、铜、钛
C。
铜、铁、钛、铝D。
铁、铜、铝、钛
3、我国在春秋战国时期，就懂得将白铁褪火处理得到相当于铸钢的物器（如锋利的宝剑），
这一技术要比欧洲早就两千年，那么白铁褪火处理的主要作用是（）
A、除去硫、磷杂质B、适当降低了含碳量
C、渗入了合金元素D、改善表面的结构性质
金属的分类黑色金属：
铁、铬、锰
冶金工业分
有色金属：
除铁、铬、锰以外的金属
重金属：
密度4.5g/cm3以上
按密度分
金属轻金属：
密度4.5g/cm3以下
常见金属：
如铁、铝、铜等
按接触概率分
稀有金属：
如锆、铌、钼等
3、金属的冶炼
把金属从矿石中提炼出来，这个过程就叫金属的冶炼。
从金属矿石中提炼金属一般需经过三个步骤：
（1）矿石的采集；
（2）冶炼；（3）精炼。
目前工业上冶炼金属常用的方法有：
热分解法：
适用范围：
在金属活动顺序中，位于氢后面的金属。
热还原法：
大多数金属的冶炼适用于此法。
电解法：
钾、钙、钠、铝等活泼金属，只能用电解其熔融盐或氧化物的方法制解。
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