高中化学金属及其化合物.doc
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高中化学金属及其化合物
一、钠及其化合物
1、钠
（1）钠的物理性质：
钠是银白色金属，密度小（0.97g/cm3），熔点低（97℃），硬度小，质软，可用刀切割。
钠通常保存在煤油中。
是电和热的良导体。
（2）钠的化学性质：
从原子结构可知钠是活泼的金属单质。
①钠与非金属单质反应：
常温：
4Na+O2==2Na2O,加热：
2Na+O2==Na2O2;
2Na+Cl2==2NaCl;2Na+S==Na2S等。
②钠与水反应:
2Na+2H2O==2NaOH+H2↑；实验现象：
钠浮在水面上，熔成小球，
在水面上游动，有哧哧的声音，最后消失，在反应后的溶液中滴加酚酞，溶液变红。
注意：
钠在空气中的变化：
银白色的钠变暗（生成了氧化钠）变白（生成氢氧化钠）潮解变成白色固体（生成碳酸钠）。
③钠与酸反应：
如2Na+2HCl==2NaCl+H2↑,Na放入稀盐酸中，是先与酸反应，酸不足再与水反应。
因此Na放入到酸溶液中Na是不可能过量的。
同时Na与H2的物质的量比始终是2:
1。
当然反应要比钠与水的反应剧烈多。
④钠与盐的溶液反应：
钠不能置换出溶液中的金属，钠是直接与水反应。
反应后的碱再与溶液中的其他物质反应。
如钠投入到硫酸铜溶液的反应式：
2Na+CuSO4+2H2O==Cu（OH）2↓+Na2SO4+H2↑。
⑤钠与氢气的反应：
2Na+H2==2NaH。
NaH+H2O==NaOH+H2↑；NaH是强的还原剂。
（3）工业制钠：
电解熔融的NaCl，2NaCl（熔融）==2Na+Cl2↑。
（4）钠的用途：
①在熔融的条件下钠可以制取一些金属，如钛、锆、铌、钽等；
②钠钾合金是快中子反应堆的热交换剂；
③钠蒸气可作高压钠灯，发出黄光，射程远，透雾能力强。
2、氧化钠和过氧化钠
（1）Na2O：
白色固体，是碱性氧化物，具有碱性氧化物的通性：
Na2O+H2O==2NaOH,
Na2O+CO2==Na2CO3,Na2O+2HCl==2NaCl+H2O.另外：
加热时，2Na2O+O2==2Na2O2.
（2）Na2O2：
淡黄色固体是复杂氧化物，易与水、二氧化碳反应放出氧气。
2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑,2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2↑（作供氧剂）。
因此Na2O2常做生氧剂，同时，Na2O2还具有强氧化性，有漂白作用。
如实验：
Na2O2和水反应后的溶液中滴加酚酞，变红后又褪色，实验研究表明是有：
Na2O2+H2O==2NaOH+H2O2,2H2O2==2H2O+O2反应发生。
因为H2O2也具有漂白作用。
当然过氧化钠也可以直接漂白的。
3、碳酸钠和碳酸氢钠
溶液中相互转化Na2CO3溶液能吸收CO2转化为NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2==2NaHCO3
除CO2中的HCl杂质是用饱和的NaHCO3溶液，而不用Na2CO3溶液
用途用在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金等工业中。
发酵粉的主要成分之一；制胃酸过多等。
注意几个实验的问题：
1、向饱和的Na2CO3溶液中通足量的CO2有晶体NaHCO3析出。
2、Na2CO3溶液与稀HCl的反应①向Na2CO3溶液中滴加稀HCl，先无气体，后有气体，如果n（HCl）小于n（Na2CO3）时反应无气体放出。
发生的反应：
先①Na2CO3+HCl==NaCl+NaHCO3,后②NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2.
②向稀HCl中滴加Na2CO3溶液，先有气体，反应是：
Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2.
如果用2mol的Na2CO3和2.4mol的稀HCl反应，采用①方法放出CO2是0.4mol；采用②方法放出CO2为1.2mol。
希望同学们在解题时要留意。
3、Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的鉴别：
取两种试液少量，分别滴加CaCl2或BaCl2溶液，有白色沉淀的原取溶液为Na2CO3，另一无明显现象的原取溶液为NaHCO3。
4、侯氏制碱法
反应式：
NaCl+NH3+CO2+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl.
注意:
在生产中应先在饱和的NaCl溶液中先通入NH3,后通入CO2,NaHCO3晶体析出过滤，在滤液中加入NaCl细末和通NH3析出NH4Cl晶体为副产品。
NH4Cl晶体析出后的母液进行循环试用，提高原料的利用率。
二、镁及其化合物
1、镁的性质
（1）物理性质：
镁是银白色金属，质较软，密度1.74g/cm3，是轻金属，硬度小。
（2）化学性质：
镁是较活泼金属
①与非金属反应：
2Mg+O2==2MgO,Mg+Cl2MgCl2,3Mg+N2Mg3N2等。
②与沸水反应：
Mg+2H2O（沸水）==Mg（OH）2+H2↑.
③与酸反应：
与非强氧化性酸反应：
是酸中的H+与Mg反应，有H2放出。
与强氧化性酸反应：
如浓H2SO4、HNO3，反应比较复杂，但是没有H2放出。
④与某些盐溶液反应：
如CuSO4溶液、FeCl2溶液、FeCl3溶液等。
Mg+2FeCl3==2FeCl2+MgCl2,Mg+FeCl2==Fe+MgCl2.
2、镁的提取：
海水中含有大量的MgCl2,因此，工业上主要是从分离了NaCl的海水中来提取MgCl2.
流程：
海水中加入CaO或Ca（OH）2Mg（OH）2沉淀、过滤、洗涤沉淀，用稀HCl溶解MgCl2溶液，蒸发结晶MgCl2•6H2O晶体，在HCl气体环境中加热MgCl2固体，电解熔融的MgCl2Mg+Cl2↑。
主要反应：
MgCl2+Ca（OH）2==Mg（OH）2↓+CaCl2,Mg（OH）2+2HCl==MgCl2+2H2O,MgCl2•6H2OMgCl2+6H2O,MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑。
3、镁的用途：
镁主要是广泛用于制造合金。
制造的合金硬度和强度都较大。
因此镁合金被大量用火箭、导弹、飞机等制造业中。
4、氧化镁（MgO）：
白色固体，熔点高（2800℃），是优质的耐高温材料（耐火材料）。
是碱性氧化物。
MgO+H2O==Mg（OH）2,MgO+2HCl==MgCl2+H2O。
注意以下几种情况的离子方程式的书写：
（1）n（Mg（HCO3）2）:
n（NaOH）＝1:
4：
Mg2++2HCO3-+4OH-==Mg（OH）2↓+2CO32-+2H2O；
（2）n（Mg（HCO3）2）:
n（NaOH）=1:
2：
Mg2++2HCO3-+2OH-==MgCO3↓+CO32-+2H2O；
（3）n（Mg（HCO3）2）:
N（NaOH）=1:
1：
Mg2++HCO3-+OH-==MgCO3↓+H2O。
三、铝及其化合物
1、铝的性质：
（1）物理性质：
银白色金属，质较软，但比镁要硬，熔点比镁高。
有良好的导电、导热性和延展性。
（2）化学性质：
铝是较活泼的金属。
①通常与氧气易反应，生成致密的氧化物起保护作用。
4Al+3O2==2Al2O3。
同时也容易与Cl2、S等非金属单质反应。
②与酸反应：
强氧化性酸，如浓硫酸和浓硝酸在常温下，使铝发生钝化现象；加热时，能反应，但无氢气放出；非强氧化性酸反应时放出氢气。
③与强碱溶液反应：
2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑。
④与某些盐溶液反应：
如能置换出CuSO4、AgNO3等溶液中的金属。
⑤铝热反应：
2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe。
该反应放热大，能使置换出的铁成液态，适用性强。
在实验室中演示时要加入引燃剂，如浓硫酸和蔗糖或镁条和氯酸钾等。
2、氧化铝（Al2O3）：
白色固体，熔点高（2054℃），沸点2980℃，常作为耐火材料；是两性氧化物。
我们常见到的宝石的主要成分是氧化铝。
有各种不同颜色的原因是在宝石中含有一些金属氧化物的表现。
如红宝石因含有少量的铬元素而显红色，蓝宝石因含有少量的铁和钛元素而显蓝色。
工业生产中的矿石刚玉主要成分是α－氧化铝，硬度仅次于金刚石，用途广泛。
两性氧化物：
既能与强酸反应又能与强碱反应生成盐和水的氧化物。
Al2O3+6HCl==2AlCl3+3H2O,Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O。
Al2O3是工业冶炼铝的原料，由于氧化铝的熔点高，电解时，难熔化，因此铝的冶炼直到1886年美国科学家霍尔发现在氧化铝中加入冰晶石（Na3AlF6），使氧化铝的熔点降至1000度左右，铝的冶炼才快速发展起来，铝及其合金才被广泛的应用。
2Al2O34Al+3O2↑。
3、氢氧化铝（Al（OH）3）：
白色难溶于水的胶状沉淀，是两性氢氧化物。
热易分解。
两性氢氧化物：
既能与强酸又能与强碱反应生成盐和水的氢氧化物。
Al（OH）3+3HCl==AlCl3+3H2O,Al（OH）3+NaOH==NaAlO2+2H2O．2Al（OH）3Al2O3+3H2O
4、铝的冶炼：
铝是地壳中含量最多的金属元素，自然界中主要是以氧化铝的形式存在。
工业生产的流程：
铝土矿（主要成分是氧化铝）用氢氧化钠溶解过滤向滤液中通入二氧化碳酸化，过滤氢氧化铝氧化铝铝。
主要反应：
Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O，CO2+3H2O+2NaAlO2==2Al（OH）3↓+Na2CO3，2Al（OH）3==Al2O3+3H2O,2Al2O3==4Al+3O2↑。
5、铝的用途：
铝有良好的导电、导热性和延展性，主要用于导线、炊具等，铝的最大用途是制合金，铝合金强度高，密度小，易成型，有较好的耐腐蚀性。
迅速风靡建筑业。
也是飞机制造业的主要原料。
6、明矾的净水：
化学式：
KAl（SO4）2•12H2O，它在水中能电离：
KAl（SO4）2==K++Al3++2SO42-。
铝离子与水反应，生成氢氧化铝胶体，具有很强的吸附能力，吸附水中的悬浮物，使之沉降已达净水目的。
Al3++3H2O==Al（OH）3（胶体）+3H+。
知识整理：
①（Al（OH）3）的制备：
在氯化铝溶液中加足量氨水。
AlCl3+3NH3•H2O==Al（OH）3↓+3NH4Cl。
②实验：
A、向氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液，现象是先有沉淀，后溶解。
反应式：
先Al3++3OH-==Al（OH）3↓,后Al3++4OH-==AlO2-+2H2O。
B、向氢氧化钠溶液中滴加氯化铝溶液，现象是开始无沉淀，后来有沉淀，且不溶解。
反应式：
先Al3++4OH-==AlO2-+2H2O，后Al3++3AlO2-+6H2O==4Al（OH）3↓。
③实验：
向偏铝酸钠溶液中通二氧化碳，有沉淀出现。
CO2+3H2O+2NaAlO2==2Al（OH）3↓+Na2CO3。
④将氯化铝溶液和偏铝酸钠溶液混和有沉淀出现。
Al3++3AlO2-+6H2O==4Al（OH）3↓。
⑤实验：
A、向偏铝酸钠溶液中滴加稀盐酸，先有沉定，后溶解。
反应的离子方程式：
AlO2-+H++H2O==Al（OH）3,Al（OH）3+3H+==Al3++2H2O。
B、向稀盐酸中滴加偏铝酸钠溶液，先无沉淀，后有沉淀且不溶解。
反应的离子方程式：
AlO2-+4H+==Al3++2H2O,3AlO2-+Al3++6H2O==4Al（OH）3↓。
四、金属及其化合物关系网
（1）金属钠及其化合物：
（2）金属镁及其化合物：
（3）金属铝及其化合物：
（4）金属铁及其化合物
+1
Cu
CCOH2FeNH3C2H5OH
0
Cu
+2
Cu
O2Cl2H2SO4HNO3Fe3+H2O2KMnO4K2Cr2O7
S
O2
Cl2
R
SO2
Cu
H+
H+
浓HCl
C
CO
H2
I-
（5）金属铜及化合物
五、铝相关图像问题
1、向Al3＋的溶液中加入强碱（OH―）
2、向强碱溶液中加入Al3＋
3、向AlO2―溶液中加入H＋
4、向H＋溶液中加入AlO2―
1、有一定质量的Mg、Al合金投入100mL一定物质的量浓度的盐酸溶液中，合金全部溶液，向所得溶液中滴加5mol/LNaOH溶液到过量，生成沉淀的质量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示，求
（1）原合金中Mg、Al的质量各是多少？
（2）HCl的浓度是多少？
2、0.1molAl2（SO4）3跟2mol/LNaOH溶液350mL混合，所得沉淀的质量为（）
A.78gB.15.6gC.7.8gD.3.9
3、将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol/LH2SO4溶液中，然后再滴加1mol/LNaOH溶液。
请回答：
⑴若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如右图所示。
当V1＝160mL时，则金属粉末中n（Mg）＝ mol，V2＝ mL。
⑵若在滴加NaOH溶液过程中，欲使Mg2＋、Al3＋刚好沉淀完全，则滴入NaOH溶液的体积V（NaOH） mL。
⑶若混合物仍为0.1mol，其中Mg粉的物质的量分数为a，用100mL2mol/L的硫酸溶解此混合物后，再加入450mL1mol/L的NaOH溶液，所得沉淀中无Al（OH）3。
满足此条件的a的取值范围是：
4、将溶液（或气体）X逐渐加入到（或通入到）一定量的Y溶液中，产生沉淀的量m与加入X物质的量n的关系如下图，符合图中情况的一组物质是（）
A
B
C
D
X
H2S
NaOH
NH3
HCl
Y
Na2SO3
AlCl3
MgSO4
NaAlO2
六、铁相关问题
1、在FeCl3、CuCl2和HCl的混合液中加入Fe粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是（）
A、Cu2＋B、Fe3＋C、Fe2＋D、H＋
2、铁与稀HNO3反应规律
当稀HNO3过量时，Fe+4HNO3==Fe（NO3）2+NO↑+H2O
若铁过量，则在上述反应基础上，继续反应，
Fe+2Fe（NO3）3==3Fe（NO3）2
当铁粉过量时，3Fe+8HNO3==3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O
根据Fe与HNO3的物质的量的变化，可分为以下三种情况：
≦1/4时，产物为Fe（NO3）3
≧3/8时，产物为Fe（NO3）2
若1/4≦≦3/8时，产物为Fe（NO3）3与Fe（NO3）2的混合物
但需要注意的是，无论Fe过量与否，被还原的HNO3占总消耗的HNO3的1/4
3、守恒法
（1）在2Ｌ硫酸铜和硫酸铁的混合溶液中，加入30ｇ铁粉，最后得到2Ｌ0．25ｇ·ｍｏｌ－1的硫酸亚铁溶液及26ｇ固体沉淀物。
分别求原混合溶液中硫酸铁和硫酸铜的物质的量浓度。
（2）已知2Ｆｅ2＋＋Ｂｒ2＝2Ｆｅ3＋＋2Ｂｒ－，当向100ｍＬ的ＦｅＢｒ2溶液中通入标准状况下的Ｃｌ23．36Ｌ，充分反应后测得形成的溶液中Ｃｌ－和Ｂｒ－的物质的量浓度相等，则原ＦｅＢｒ2溶液的物质的量浓度为多少?
（3）将14ｇ铁粉溶于1Ｌ稀硝酸中恰好完全反应，放出ＮＯ气体后称量所得溶液，发现比原溶液质量增加8ｇ，则原溶液中硝酸的浓度为（）
A．0．4ｍｏｌ·Ｌ－1B．0．6ｍｏｌ·Ｌ－1
C．0.8ｍｏｌ·Ｌ－1D．1.0ｍｏｌ·Ｌ－1
（4）将5．6ｇ铁粉与6．4ｇ硫粉在隔绝空气的条件下加热充分反应后冷却至室温，再在其固体中加入足量的稀硫酸反应至固体不再溶解，所制得的气体在0℃、1．01×10５Ｐａ下的体积约为（）
Ａ．2．24Ｌ Ｂ．2．34ＬＣ．2．80Ｌ Ｄ．4．48Ｌ
（5）已知有关物质及离子的氧化性顺序为：
浓硫酸＞Ｆｅ3＋＞Ｈ＋。
现将30ｇ铁粉（过量）与44．0ｍＬ浓硫酸在加热条件下充分反应，共收集到11．2Ｌ（标准状况）气体，其质量为19．6ｇ。
试计算：
1）浓硫酸的物质的量浓度；
（2）反应后剩余铁粉的质量。
基础习题
1、9.2g金属钠投入到足量的重水中，则产生的气体中含有（）
A．0.2mol中子 B．0.4mol电子
C．0.2mol质子 D．0.4mol分子
2、下列关于钠的说法不正确的是（）
A、金属钠和氧气反应，条件不同，产物不同
B、钠钾合金通常状况下呈液态，可作原子反应堆的导热剂
C、钠的化学活泼性很强，少量的钠可保存在有机溶剂中
D、由于钠比较活泼，所以它能从溶液中置换出金属活动顺序表中钠后面的金属
3、将少量金属钠分别投入下列物质的水溶液中，有气体放出，且溶液质量减轻的是（）
A.B.C.D.
4、在溶液中加入足量Na2O2后仍能大量共存的离子组是（）
A．、Ba2＋、、 B．K＋、、、
C．Ca2＋、Mg2＋、、 D．Na＋、、、
5、1mol过氧化钠与2mol碳酸氢钠固体混合后，在密闭的容器中加热充分反应，排出气体物质后冷却，残留的固体物质是（）
A．Na2CO3 B．Na2O2Na2CO3
C．NaOH、Na2CO3 D．Na2O2、NaOHNa2CO3
6、2.1g和组成混合气体与足量的充分反应后，立即通入足量的固体中，固体质量增加（）
A.2.1gB.3.6gC.7.2gD.不可确定
7、200℃时，11.6g由CO2和H2O组成的混合气体与足量的Na2O2充分反应后，固体质量增加3.6g，则原混合气体的平均相对分子质量为（）
A.5.8B.11.6C.23.2D.46.4
8、将含有O2和CH4的混合气体置于盛有23.4gNa2O2的密闭容器中，电火花点燃，反应结束后，容器内的压强为零（150℃），将残留物溶于水中，无气体产生。
下列叙述正确的是（）
A．原混合气体中O2和CH4的体积比为2∶1 B．残留物只有Na2CO3
C．原混合气体中O2与CH4的体积比为1∶1 D．残留物只有Na2CO3和NaOH
9、有关纯碱和小苏打的叙述正确的是（）
A.等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量稀H2SO4反应，NaHCO3产生的CO2多
B.等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的同种盐酸反应，NaHCO3消耗的盐酸多
C.向NaHCO3溶液中滴入Ba（OH）2溶液无沉淀，而Na2CO3溶液中加入Ba（OH）2溶液出现白色沉淀
D.Na2CO3和NaHCO3都既能与酸反应，又能与氢氧化钠反应
10、我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献。
他以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。
有关反应的化学方程式为：
NH3+CO2+H2O======NH4HCO3NH4HCO3＋NaCl======NaHCO3↓＋NH4Cl；
2NaHCO3======Na2CO3＋CO2↑＋H2O
（1）碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是（填字母标号）。
a．碳酸氢钠难溶于水b．碳酸氢钠受热易分解
c．碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出
（2）某探究活动小组根据上述制碱原理，进行碳酸氢钠的制备实验，同学们按各自设计的方案实验。
①一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示（图中夹持、固定用的仪器未画出）。
试回答下列有关问题：
（Ⅰ）乙装置中的试剂是________________；
（Ⅱ）丁装置中稀硫酸的作用是________________；
（Ⅲ）实验结束后，分离出NaHCO3晶体的操作是________________（填分离操作的名称）。
②另一位同学用图中戊装置（其它装置未画出）进行实验。
（Ⅰ）实验时，须先从____管通入___气体，再从____管中通入____气体；
（Ⅱ）有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置，理由是________________；
（3）请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法：
________________。
11、由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末，取样进行下列实验（部分产物略去）：
（1）取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。
取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含有的物质是（填化学式）________________。
（2）Z为一种或两种气体：
________________
①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应Ⅰ中能同时生成两种气体的化学方程式是______________________________。
②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量的水，则Z中两种气体的化学式是____________。
（3）向Y中通入过量的Cl2，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是（填写离子符号）______。
（4）取Y中的溶液，调节pH约为7，加入淀粉KI和H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。
当消耗2molI－时，共转移3mol电子，该反应的离子方程式是__________
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