高中化学第二册课本（人教大纲版）.pdf

目录第 一 章 硅.41 碳族元素.52 硅及其重要的化合物.83 硅酸盐工业简述.134内容提要.165 单元小结.186 教材分析.19第 二 章 镁 铝.207 金属的物理性质.218 镁和铝的性质.229 镁和铝的重要化合物.2710 硬水及其软化.3111 实验铝和氢氧化铝的化学性质.3512 镁 铝 内 容 提 要.3613 镁铝单元小结.3914 教材分析.40第 三 章 铁.4015 铁和铁的化合物.4216 炼铁和炼钢.4817 铁内容提要.5518 铁单元小结.5719 重点难点提示.5920 教材分析.61第 四 章 燃.6221 有机物.6322 甲烷.6523 烷 煌 同 系 物.7124 乙 烯.7725 烯 煌.812 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 7第五章3 83 94 04 14 24 34 44 54 64 74 84 95 05 1乙焕口快烧.8 4苯芳香煌.8 9石油和石油产品概述.9 4煤和煤的综合利用.1 00实 验 乙烯、乙快的制取和性质.1 03实 验 乙醇和苯酚的性质.1 05实 验 乙醛的性质.1 07实 验 苯和甲苯的性质.1 08煌 内容提要.1 09煌单元小结.1 1 1重点难点提示.1 1 2教材分析.1 1 4煌的衍生物.1 1 5乙醇.1 1 7苯酚.1 2 3醛.1 2 7乙酸.1 3 2酯.1 3 7油脂.1 3 9实验酚醛树脂的制取.1 4 3实 验 实验习题.1 4 4实 验 乙酸乙酯的制取.1 4 5选学内容合成材料.1 4 6附录酸、碱和盐的溶解性表（2 0）.1 5 5内容提要.1 5 6重点难点提示.1 5 7教材分析.1 5 9第一章硅碳族元素碳族元素属于元素周期表的第N主族，包 括 碳（C）、硅（S i）、错（Ge）、锡（S n）、铅（P h）五种元素。第IV主族元素位于周期表里容易失去电子的主族元素和容易得到电子的主族元素的中间位置，容易生成共价化合物。碳族元素原子的最外电子层上有4个电子，随着电子层的增加，碳族元素的性质呈规律性的变化。表1-1列出了碳族元素的一些重要性质。表 1-1 展蛛元素的一些重要性质元素原子半径主要化合价单质的性质状态和颜色（常态）密度熔点沸点1D-I om-3g cmPP碳0.77+2 9 +4无色或黑色固体3.51 2.25 35503652 3697（升华）48274827硅1.17+4灰黑色固体2.32 2.3414102355元素原子半径主要化合价单质的性质状态和颜色（常态）密度熔点沸点lQ-1Qm-3g cm弋P错1.22+2,+4灰白色固体5.35937.42830锡1.41+2 +4银白色固体7.28231.92260铅1.75+2 4蓝白色固体11.34327.51740除金刚石、石墨外，近年来又发现一些新的单质形态的碳。其中较重要的一种是嬴,分子，这是一种由6 0个碳原子构成的分子，形似足球，球面由1 2个五边形和2 0个六边形构成。这种分子很稳定。金刚石石墨碳族元素随着电子层和核电荷数的增加，它们的一些重要物理性质和化学性质都发生规律性的变化。它们从上到下的非金属性向金属性递变的趋势比氮族元素更为明显。碳是明显的非金属：硅虽然外貌像金属，但在化学反应中更多地显非金属性，通常被认为是非金属；错的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属。碳族元素的化合价主要有+4价和+2价 碳、硅、错、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。在初中我们曾学习过碳元素。下面着重介绍硅及其重要化合物。硅及其重要的化合物一、硅我们已经知道，在地壳里，硅的含量在所有元素中居第二位，仅次于氧。在自然界里，没有以单质形式即游离态存在的硅，而只有以化合物形式即化合态存在的硅。化合态的硅几乎全部是二氧化硅和硅酸盐,它们广泛地存在于地壳的各种矿物和岩石里。硅是构成矿物和岩石的主要元素。1.物理性质硅是灰黑色有金属光泽、硬而脆的固体。硅原子最外电子层有4 个价电子。硅晶体的结构与金刚石晶体的结构相似，都是原子晶体，这就决定了硅的硬度较大，熔点和沸点较高（见 表 1-1）。硅的导电性能介于金属和绝缘体之间。硅是良好的半导体材料，可用来制造半导体器件，如硅整流器、晶体管和集成电路等。错和硅相似，也是重要的半导体材料。2.化学性质硅是非金属元素，硅的许多化学性质和碳相似，它跟其它元素化合时形成共价键。硅的化学性质不活泼。在常温下，除氟气、氢氟酸和强碱溶液外，其它物质如氧气、氯气、硫酸和硝酸等都不跟硅起反应。在加热条件下，硅能跟一些非金属起反应。例如，把硅研细后加热，它就燃烧生成二氧化硅，同时放出大量的热。Si+O2 Si02硅只有在高温下才能跟氢气起反应。硅的氢化物常用间接的方法制得。硅可以用来制造合金。含硅4%的钢有导磁性，可以用来制造变压器的铁芯；含 硅 15%左右的钢有耐酸性，可以用来制造耐酸设备。工业上，硅是在电炉里用碳还原二氧化硅而制得的。SiO2+2CS=S1+2C0 t这样制得的硅是含少量杂质的粗硅。粗硅提纯后，可制得作为半导体材料的高纯硅。二、二氧化硅1.物理性质二氧 化 硅(S i O2)是一种坚硬难熔的固体，它同其它矿物构成了多种岩石，广泛地分布在自然界里。天然的二氧化硅分为晶体和无定形两大类。石英的主要成分就是二氧化硅。自然界透明的六方柱状石英晶体，就是我们常说的水晶。硅藻土含有无定形二氧化硅，它是死去的硅藻1m及其它微小生物的遗体经沉积胶结而成的多孔、质轻、松软的固体物质。它的表面积很大，吸附能力较强，可作吸附剂和催化剂的载体，以及保温材料等。二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别。例如，二氧化硅的熔点高、硬度大；而二氧化碳在通常状况下是气体，固体二氧化碳的熔点很低，等等。二氧化硅和二氧化碳的这些差别是由它们的不同结构决定的。我们已经知道固体二氧化碳是一种分子晶体。分子间只有较小的分子间引力，所以，它的熔点很低。但是二氧化硅却不是由单个的“Si O 的分子所组成的分子晶体，而是一种原子晶体。如图1-1 所示，1个 Si 原子跟4个 0原子形成了 4个共价键，这样，每 1 个 Si 原子周围结合4个 0原子；同时，每个。原子跟两个Si 原子相结合。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子按1 ：2的比率所组成的立体网状的原子晶体，我们通常用“Si O 的式子表示二氧化硅的蛆成。在二氧化硅的晶体里，Si 0键的键长为1.6 2 X 1 0 m,键能为3 6 9 k J/m o l。由于二氧化硅晶体里Si 0键的键能很高，并形成了一种立体网状的原子晶体，所以，要使它熔融，也就是说要破坏二氧化硅的晶体，必须消耗较多的能量，因此，二氧化硅的熔点很高，硬度也很大。I I I Si 0 Si 0 SiI I I0 o 0I I I Si 0 Si 0 Si I I I0 0 0I I I S i0 Si 0 SiI I I图1-1 二氧化硅晶体平面示意图2.化学性质由于二氧化硅的S i-0键能很大，因而它的化学性质十分稳定，不能跟酸(除氢氟酸外)发生反应。二氧化硅是一种酸性氧化物。但是，二氧化硅不溶于水，它不能跟水起反应生成酸。二氧化硅能跟碱性氧化物或强碱反应生成盐。Si f t+C a O =高温=C a Si O3S i a+2 N a O H=N a f 讪+H 2玻璃中含有Si O z,因而它能够被碱溶液腐蚀。实验室里盛放碱溶液的试剂瓶常用橡皮塞，而不用玻璃塞，就是为了防止玻璃受碱溶液腐蚀生成N a z Si O”而使瓶口和塞子粘结在一起。3.用途二氧化硅的用途很广。自然界里比较稀少的水晶可用以制造电子工业的重要部件、光学仪器和工艺品。二氧化硅是制造光导纤维的重要原料。一般较纯净的石英，可用来制造石英玻璃。石英玻璃膨胀系数很小，相当于普通玻璃的1 /1 8,能经受温度的剧变，耐酸性能好(除H F外)，因此，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。三、硅酸硅酸盐1 .硅酸虽然二氧化硅是酸性氧化物，但不能用二氧化硅跟水直接作用制得硅酸，而只能用相应的可溶性的硅酸盐跟酸作用来制硅酸。硅酸钠(N a i Q,)的水溶液跟盐酸起反应生成白色胶状沉淀。这种白色胶状沉淀叫做原硅酸，通常用H.S i O,来表示它的组成。原硅酸几乎不溶于水，是一种弱酸，很不稳定。这种白色胶状物在空气里干燥，失去一部分水后，变成白色粉末。这种物质是硅酸，通常用压S i。,来表示它的组成(可以认为是H“S i O 产 H f i。,+1 120)。硅酸不溶于水，也是一种弱酸，它的酸性比碳酸还弱。2 .硅酸盐硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐，如硅酸钠(N a f i O s)、镁橄榄石(M g f i O J、高岭石 A b (S i203)(O H)/等都是硅酸盐。硅酸盐种类很多，结构也很复杂，它是构成地壳岩石的最主要成分。我们可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成。例如：硅酸钠 N a z S i O s (N a#S i&)镁橄榄石 M g z S i O”(2 M g O S i f t，)高岭石 A L (S i205)(O H)4 (A l203 2 S i O2 2 H2O)许多硅酸盐都是难溶于水的。可溶性硅酸盐中，最常见的是N a z S i O”它的水溶液俗名水玻璃。水玻璃是无色粘稠的液体，是一种矿物胶，它既不能燃烧又不受腐蚀，在建筑工业上可用作粘合剂等。木材、织物浸过水玻璃后，具有防腐性能，且不易着火。水玻璃还可用作耐火材料。粘土的成分也是硅酸盐。花岗岩里的正长石(K A l S i s O s)长时间在二氧化碳和水的作用下，分解而生成粘土等物质。粘土的种类很多，成分也很复杂(主要是高岭石)，它是土壤里矿物质的主要部分。常见的有高岭土和一般粘土，前者含杂质较少，后者含杂质较多。1 硅藻是单细胞的低等水生植物。为了增加催化剂的有效面积，一般使催化剂附着于多孔的物体表面，这种多孔物体叫做载体。图 1-1 是一个简化的平面示意图，实际上二氧化硅晶体是立体的网状结构。高岭土又叫瓷土，主要由高岭石的微细晶体组成，因盛产于我国江西景德镇的高岭而得名。硅酸盐工业简述以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业，如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业，叫做硅酸盐工业。它在国民经济中占有重要的地位。一、水泥水泥是一种重要的建筑材料，主要以石灰石和粘土为原料。生产时，把石灰石、粘土及其它辅助原料按一定比率混合，磨细成生料。将生料装入水泥窑中烧至部分熔化，冷却后成为硬块，叫做熟料。再加入适量的石膏（调节水泥硬化速度），磨成细粉，这就是制得的水泥。这种水泥叫做普通硅酸盐水泥。它的主要成分有：硅酸三钙3CaO-SiO2硅酸二钙 2CaO-SiO2铝酸三钙3CaO-Al203水泥实际上是上述主要成分的混合物，水泥的组成和结晶形态的不同直接影响到它的各种主要性能。水泥具有水硬性。水泥跟水拌和后，发生作用，生成不同的水合物，同时放出一定的热量。生成的水合物逐步形成胶状物，并开始凝聚，最后，有些胶状物转变为晶体，使胶状物和晶体交错地结合起来，成为强度很大的固体。这个过程叫做水泥的硬化。水泥不论在空气中还是在水中都能硬化，所以，它不仅是一般的建筑材料，而且是水下工程必不可少的建筑材料。为了改善水泥的性能，扩大水泥的使用范围，可在硅酸盐水泥熟料里，掺入适当比率的混合材料-，制成各种水泥。例如，矿渣硅酸盐水泥就是在硅酸盐水泥熟料里加入一定量的高炉矿渣（主要成分是CaSi。,）：沸石岩水泥就是在水泥熟料里掺入一定量的沸石岩。水泥、沙子和水的混合物叫做水泥沙浆，在建筑上用作粘合剂，能把砖、石等物粘结起来。水泥、沙子和碎石按一定比率的混合物硬化后，叫做混凝土，常用来建造桥梁、厂房等巨大建筑物。水泥的热膨胀系数几乎跟铁一样，所以用混凝土建造建筑物常用钢筋作结构，使建筑物更加坚固，这叫做钢筋混凝土。T rf7 T ljg一、鼓烟制造普通玻璃的主要原料是纯碱（Na03）、石 灰 石（CaC03）和 石 英（Si02）。有些特种玻璃原料中还包含氧化铅（PbO）和 硼 砂（NazBO 10H#）。生产玻璃时，把原料粉碎，按适当比率混合以后，放入玻璃熔炉里，加强热。原料熔融后发生了比较复杂的物理、化学变化，其中主要的反应是二氧化硅跟碳酸钠和碳酸钙起反应生成硅酸盐和二氧化碳：高温Na2C03+S i 02=N a2S i 0：t+C02 t高温，CaC03+Si02：=C aS iO3+CO2 t在原料里，石英的用量较多，所以，普通玻璃是NazSiOs、CaSiOs和S i。,熔化在一起所得到的物质。这种物质不是晶体，称作玻璃态物质，它没有一定的熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化。在软化状态时，玻璃可以制成任何形状的制品。玻璃的种类很多，除上述普通玻璃外，还有硼酸盐玻璃，它的膨胀系数小，能够耐骤冷、骤热，化学稳定性好，能耐酸、碱的腐蚀，可用于制造化学仪器。铅玻璃折光率强，常用于制作光学仪器等。制造有色玻璃，一般是在原料里加入某些金属氧化物，金属氧化物均匀地分散到玻璃态的物质里，使玻璃呈现出特征颜色。例如，加氧化钻（CO2O3）呈蓝色，加氧化亚铜（CU2。）呈红色，等等。把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4 6倍，不易破碎。破碎时碎块没有尖锐的棱角，不易伤人，可用来制造汽车或火车的车窗等。内容提要一、碳族元素碳族元素属于元素周期表的第IV主族，包括碳、硅、错、锡、铅五种元素。碳族元素的最外电子层都有 4 个电子。碳族元素位于元素周期表里容易失去电子的主族元素和容易得到电子的主族元素的中间位置。碳族元素除+4价外，还有+2价。二、硅及其重要化合物1.硅硅的原子序数为1 4,原子结构示意图为硅原子有4 个价电子，能够形成4 个共价键。硅的晶体结构跟金刚石的结构相似，也是一种原子晶体。硅和错是良好的半导体硅的化学性质不活泼，在常温下，除氟气、氢氟酸和强碱溶液外，其它物质如氧气、氯气、硫酸和硝酸等都不跟硅起反应。但在加热条件下，硅能跟氧气起反应。2.二氧化硅天然的二氧化硅分为晶体和无定形两大类。二氧化硅的晶体是由硅原子和氧原子组成的原子晶体，可 用“SiO 来表示它的组成。二氧化硅不溶于水，是一种酸性氧化物，能跟碱性氧化物或碱起反应生成盐。3.硅酸和硅酸盐硅酸有原硅酸(乩Si O,)、硅 酸(H2Si O3)等。它们都是弱酸，它们的酸性比碳酸还要弱。可用硅酸钠跟盐酸起反应制得硅酸。硅酸、原硅酸以及由它们缩水而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。如硅酸钠(N az Si O：,)、高岭石 A b(Si205)(O H)等。可溶性硅酸盐中，最常见的是硅酸钠，其水溶液俗名水玻璃。4.硅酸盐工业用石灰石和粘土作主要原料可制造水泥。用纯碱、石灰石和石英作原料可制造普通玻璃。单元小结硅及其重要化合物的性质与碳及其重要化合物的性质既有相似之处又有不同的地方，两者还有密切的联系，这可以用图1 T概括。+H军HSiCNaOH 或 Na,CO,NaOH、小。图1-1碳、硅及式重要化合物的相互关系教材分析本章内容由两部分组成。第一部分包括第一、二节，主要是运用所学的物质结构和元素周期律等理论,讨论碳族元素的通性和性质的递变规律，然后分别介绍单质硅、二氧化硅、硅酸和硅酸盐的性质等知识。第二部分包括第三节，主要是简要地介绍了水泥、玻璃等硅酸盐工业知识。本章安排在物质结构、元素周期律等理论和卤族、碱金属、氧族、氮族之后。通过本章教学，可以进一步发挥理论对学习元素及其化合物知识的指导作用，也有利于复习巩固学生所学的理论知识，发展学生智力，培养自学能力。碳族是中学化学学习的最后一个非金属元素族。在元素周期表中，碳族处在从活泼金属向活泼非金属过渡的中间位置。碳族包括两种非金属、两种金属、一种介于金属和非金属之间的元素铭（有人称错为半金属）。碳族元素从非金属性向金属性变化的规律相当典型，这对复习巩固元素周期律和物质结构理论有重要作用。硅是重要的半导体材料，硅及其化合物在电子工业和冶金工业上有广泛的用途，而硅酸盐工业在国民经济中占有重要地位。SiO2具有酸性氧化物的共性，能与碱、碱性氧化物起反应；Si02又有其特性，如它不能直接与水化合生成硅酸，一般要在高温条件下才能与碱性氧化物发生反应等。学习这些知识有助于扩大学生对非金属和酸性氧化物的认识。由于硅酸盐工业的生产原理较复杂，教材只简单介绍了生产玻璃的原料和化学反应原理，对水泥则只讲了原料、成分及简单的生产过程和水泥的硬化。本章重点：硅及其化合物的性质。第 二 章 镁 铝在已发现的一百多种元素里，大约有五分之四是金属元素。金属有不同的分类方法。在冶金工业上，人们常把金属分为黑色金属（包括铁、铭、钵）和有色金属（铁、铭、铸以外的金属）两大类。人们也常按照密度大小来把金属分类，把密度小于4.5 g/c n）3的叫做轻金属（如钾、钠、钙、镁、铝等）；把密度大 于4.5 g/c m，的叫做重金属（如铜、银、锡、铅等）。此外，还可把金属分为常见金属（如铁、铝等）和稀有金属（如钻、饴、铝、铝等）。这一章主要学习两种重要的轻金属镁和铝。金属的物理性质金属有许多共同性质，像有金属光泽、不透明、容易导电、导热、有延展性等。怎样解释金属的这些共同性质呢？图2-1 一种金雇的结构示意图金 属（除汞外）在常温下一般都是晶体。用 X射线进行研究发现，在晶体中，金属原子好像硬球，一层一层地紧密堆积着。金属原子的价电子比较少，容易失去价电子变成金属离子。这些释出的价电子在整个晶体里可以自由地运动，这些电子叫做自由电子。金属离子跟自由电子之间存在着较强的作用，因而使许多金属离子相互结合在一起形成晶体。在通常情况下，金属里自由电子的运动是没有一定方向的。但在外加电场的条件下，自由电子在金属里就会发生走向运动，因而形成电流。这就是金属容易导电的原因。金属的导热性也跟自由电子的运动有关。自由电子在运动时经常跟金属离子相碰撞，从而引起两者能量的交换。当金属某一部分受热时，在那个区域里的自由电子的能量增加，运动速率也随之加快，于是，通过碰撞，自由电子就能把能量传给其他金属离子。金属就是借着自由电子的运动把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到同样的温度。金属的延展性也可以从金属的结构特点加以说明。当金属受外力作用时，各层之间就发生了相对的滑动（图 2-2）,但是由于金属离子跟自由电子之间的较强作用仍然存在，因此金属虽然发生了形变，但不致断裂，所以金属一般地说有不同程度的延展性。图2-2金属延展性示意图镁和铝的性质镁和铝都是第三周期的金属元素，它们原子的价电子数都比较少，因而性质有类似的地方。但是由于结构不同，所以它们的性质又有许多差异。为了便于比较，我们把镁和铝的性质并列介绍。一、物理性质表 2-1 表示了镁和铝的原子和单质的一些性质。表2-1镁和铝的原子和单质的一些性质元素符号原原半径10-1Qm化合价单质颜色密度海点沸点硬度g cm+Mg1.60+2银白1.74648.81090很软Al1.43+3银白2.70660.42467较软从表2-1 可以知道，镁和铝都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属。但镁和铝比较，铝的硬度比镁的稍大，熔点和沸点都比镁的高。纯铝的导电性很好，在电力工业上它可以代替部分铜作导线和电缆。铝有很大的延展性，能够抽成细丝，也能压成薄片成为铝箔，铝箔可以用来包装胶卷、糖果等。铝粉跟某些油料混合，可以制银白色防锈油漆。铝的更重要的用途是可以跟许多元素形成合金。所谓合金就是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。合金比它的成分金属具有许多良好的物理的、化学的或机械的等方面的性能，一般地说，合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。例如，铝硅合金（含 S i 质量分数为1 3.5%）的熔点为5 6 4 ,比纯铝或硅的熔点低，而且它在凝固时收缩率又很小。因而，这种合金适合铸造。又如，硬 铝（含 C u 4%、M g 0.5%,M n 0.5%、S i 0.7%）（均为质量分数）的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小。铝合金的种类很多，它们在汽车、船舶、飞机等制造业上以及在日常生活里的用途很广。镁的主要用途也是制造各种轻合金。例如，镁跟铝、铜、锡、镒、钛、钺等金属元素形成的多种合金（约含镁质量分数为8 0%）,密度只有1.8 g/c m，左右，但硬度和强度都较大。因此，镁合金也是汽车、飞机制造业的重要材料。二、化学性质镁或铝原子的最外层分别有2个或3个电子，它们都容易失去最外层电子成为阳离子。Mg 2 e-Mg2+A l-3 e-A l3*镁和铝是比较活泼的金属，能跟非金属、酸等起反应。1.跟非金属的反应在常温下，镁和铝在空气里都能跟氧气起反应，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，从而使金属失去光泽。但是，这层氧化物薄膜能够阻止金属的继续氧化，所以镁和铝都有抗腐蚀的性能。镁在空气里点燃可以燃烧，放出大量的热并发出耀眼的臼光。我们利用镁的这种性质来制造照明弹等。,占燃 辽 I2 Mg+O2 =2 Mg O+热量铝跟氧气起反应没有镁那样容易，可是把铝粉或铝箔放在氧气里加热，铝也能燃烧，放出大量的热，同时发出耀眼的白光。但是，在空气里，只是在高温下，铝才能发生这样剧烈的变化。4 A 1 +3 0,2 A l 2 O3+热量镁、铝除能跟氧气起反应外，还能跟其他非金属如硫、卤素等起反应。2 .跟酸的反应镁和铝都能跟稀盐酸或稀硫酸起反应生成氢气。在常温下，铝在浓硝酸里表面被钝化，生成坚固的氧化膜，能阻止反应继续进行，因此，可以用铝制的容器来贮运浓硝酸。3 .跟碱的反应镁不能跟碱起反应，但铝能跟强碱溶液起反应，生成氢气和偏铝酸盐。2Al+2Na0II+21L0=2NaA102+3H2 t4.跟某些氧化物的反应镁不仅能跟空气中的氧气起反应，而且能够跟二氧化碳起反应，夺取其中的氧，析出游离态的碳。实验2 T 如图2-3所示，点燃镁条，放入盛有二氧化碳的集气瓶里，镁条剧烈燃烧，生成氧化镁，析出的碳附着在集气瓶内壁上。反应的化学方程式如下:2Mg+CO2=B=2MgO+C铝在一定条件下能跟氧化铁发生氧化还原反应。实 验2-2 用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起使四周都有四层。把内层的纸漏斗取出,在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上（如图2-4）,下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉末和5 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条，观察发生的现象。从实验我们看到，镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高的温度下发生了剧烈的反应，放出大量的热，发出耀眼的光芒。我们还可以看到纸漏斗下部被烧穿，有熔融物落入沙中。冷却后除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠。这个反应叫铝热反应。在反应中放出大量的热，可达很高的温度，生成了氧化铝和液态铁。2A1+Fe203=2Fe+Ab（h+热量通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂。铝热反应原理可以应用在生产上，例如焊接钢轨等。往铝热剂里加入一定量的铁合金和铁钉屑，把这种混合物放到特制的坨埸里，点燃后，立即发生剧烈的复杂的化学反应巴产生了高温的钢水和熔渣。随即把高温钢水浇入扣在两根钢轨缝上的沙型中，这样可以把两根钢轨焊接起来（图2-5）。这种焊接不用电源，而且焊接的速度快，设备简易，适合在野外作业。用这种焊接方法可以把比较短的钢轨（12.525m）焊接成较长的钢轨（约1000m）,这在建设铁道的无缝线路上有着重要的意义。此外，在工业上，也用铝热剂的焊接法焊接大截面的钢材部件。不仅用铝粉和氧化铁粉可以做铝热剂，用某些金属氧化物（如VQs、Cr。、MnOz等）代替氧化铁也可以做铝热剂。当铝粉跟某些金属氧化物反应时，产生足够的热量，使被还原的金属在较高的温度下，呈熔融状态并跟形成的熔渣分离开来，从而获得较纯的金属。在工业上常用这种方法冶炼难熔的金属，如帆、铭、镭等。除发生铝热反应外，还有炼钢和造渣等反应。镁和铝的重要化合物镁和铝在自然界的分布都很广。铝是地壳里存在最多的金属元素，约占地壳总质量的7.7%。镁的储量也很丰富，约占地壳总质量的2.0%。由于它们都是较活泼的金属，所以都以化合态存在于自然界中。含镁的主要矿物有光卤石、白云石、菱镁矿、硫酸镁、滑石和石棉等。此外，海水中也含有大量的镁盐。含铝的主要矿物有长石、云母、铝土矿、明帆石等。一、镁的重要化合物1.氧 化 镁(MgO)镁在空气里燃烧可以生成氧化镁。工业上通常由煨烧菱镁矿(主要成分是MgC()3)来制取氧化镁：MgCO3=BB=MgO+CO2 f氧化镁是密度很小的白色粉末，它的熔点高达2 8 0 0 C,是优良的耐火材料，常用来制造耐火砖、耐火管和坦烟等。氧化镁是一种碱性氧化物，可以跟水缓慢地反应生成氢氧化镁：MgO+HaO=Mg(OH)22.氯 化 镁(MgCL)从光卤石(KC1 W gCk6&0)溶液里把KC1提出以后，把溶液浓缩，就得到六水合氯化镁(MgCk 6HQ)晶体。氯化镁也存在于海水里，它是制取食盐的副产品。在制盐剩下的苦卤里加入熟石灰，或直接把海水引入水渠中加入熟石灰，氢氧化镁就沉淀析出。MgCl2+Ca(OH)2=CaCL+Mg(OH)2 I然后用盐酸溶解氢氧化镁，再将溶液浓缩，就得到氯化镁晶体。氯化镁是一种无色、苦味、易溶的晶体，极易吸收空气中的水分而潮解，粗制食盐在潮湿的空气中容易吸湿变潮，就是由于里面含有少量氯化镁杂质的缘故。氯化镁是制取镁的重要原料，工业上采用通电分解熔融的氯化镁的方法制取镁。二、铝的重要化合物1 .氧 化 铝(A 12O3)自然界存在的铝的矿物主要有铝土矿。铝土矿又称矶土，它是由一水合氧化铝(A I QLF L O)、三水合氧化铝(A 1 G 3 H 力)以及少量氧化铁和石英等杂质组成的。铝土矿可用来提取纯氧化铝。氧化铝是一种白色难熔的物质，工业上，主要是以氧化铝为原料，采用通电分解的方法制得铝的。氧化铝也是一种比较好的耐火材料，它可以用来制造耐火堪烟、耐火管和耐高温的实验仪器等。刚玉是天然产的无色氧化铝晶体。刚玉的硬度很大，仅次于金刚石。因此，它常被用来制成砂轮、研磨纸或研磨石等，用以加工光学仪器和某些金属制品。通常所说的蓝宝石和红宝石是混有少量不同氧化物杂质的刚玉。它们可以用做精密仪器和手表的轴承。氧化铝是典型的两性氧化物，新制备的氧化铝既能跟酸起反应生成铝盐，又能跟碱起反应生成偏铝酸盐。A l203+6 H+=2 A l3 4+3 H20A12O3+2OH-=2A1O2+H2O氧化铝不溶于水，因此，不能用它来制备氢氧化铝。2 .氢氧化铝 A l (0 H)3氢氧化铝是不溶于水的白色胶状物质。氢氧化铝能凝聚水中悬浮物，又有吸附色素的性能。在实验室里我们可以用铝盐溶液跟氨水的反应来制备氢氧化铝。实验2-3 把 3m L 0.5m o i/L 硫酸铝溶液注入试管里，向硫酸铝溶液里滴加氨水，生成蓬松的白色胶状氢氧化铝沉淀，继续滴加氨水，直到不再产生沉淀为止。过滤，用蒸馈水冲洗沉淀，得到较纯净的氢氧化铝(大部分留下做下面的实验)。取少量氢氧化铝沉淀放在蒸发皿里，加热。观察氢氧化铝的分解。上述实验的反应用化学方程式可表示如下：A L (S 0.t)a+6N H：；H2O=-=2 A 1 (O H)3 I +3 (N H J S O,2 A 1 (O H)3 A I 2 O 3+3H 2 O 实验2-4 把上面实验制得的氢氧化铝沉淀分装在两个试管里，往一个试管里滴加2 m o l/L 盐酸;往另一个试管滴加2 m o l /L 氢氧化钠溶液。观察两个试管里发生的现象。通过上述实验我们看到，氢氧化铝在酸或强碱的溶液里都能溶解。可见它既能跟酸起反应，又能跟强碱起反应。这两个反应可以分别表示如下：A l (O H)3+3H =A l +3H QAl(OH)3+0H-=A1O2+2H2O实验证明，氢氧化铝是典型的两性氢氧化物。3.硫酸铝钾 K A I (S O,)2硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的盐，像这样的盐，叫做复盐。它电离时可解离出两种金属的阳离子。KAI(S 04)2=K+AP+2SO：十二水合硫酸铝钾 K A I (S O 4)2 1 2 H?0 的俗名是明矶，明研通常也用K2S O,A 12(S O D 3 2 水2。表示。明矶是无色晶体，明矶溶于水时能与水反应，有胶状的氢氧化铝生成，生成的氢氧化铝可以吸附水里悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。所以，明矶是一种净水剂。硬水及其软化一、软水和硬水水是日常生活和工农业生产不可缺少的物质。水质的好坏对生产和生活影响很大。天然水跟空气、岩石和土壤等长期接触，溶解了许多杂质，如无机盐类、某些可溶性有机物以及气体等。水里溶解的无机盐有钙和镁的酸式碳酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐，等等。也就是说，天然水里一般含有C a一M g 等阳离子和HCO3,C O r C l S。：和NO?等阴离子。各地的天然水含有这些离子的种类和数量有所不同。例如，溶有二氧化碳的水，遇到主要成分是碳酸钙的岩石时，会使碳酸钙逐渐变成可溶性的碳酸氢钙：C aC 03+C 02+H20=C a(H C 03)2这种水中就含有Ca?+和HCC3离子。有的天然水里含C/和 M g 比较多，在这种水里加入肥皂水，就会发生沉淀。实验2-5用两个试管分别取蒸储水、天然水56 mL,各注入少量肥皂水，振荡。观察发生的现象。通过实验，我们可以看到盛有蒸储水的试管里泡沫很多，没有沉淀产生。在盛有天然水的试管里泡沫较少，并出现絮状沉淀。这是因为天然水里含有C 或 M g,肥皂跟C a*或 M g 起反应以后，生成了不溶于水的物质吗通常把溶有较多量的C a?.和M g 的水，叫做硬水；只溶有少量或不含C 和 M g”的水，叫做软水。如果水的硬度2是由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起的，这种硬度叫做暂时硬度。具有暂时硬度的水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙就分解而生成不溶性的碳酸钙：C a(H C O3)2=C aC O a I +C ft,t +H20水里所含的碳酸氢镁先形成难溶于水的碳酸镁沉淀。M g （1 I C O3）2 M g C 03 I +C O2 t +I I20碳酸镁虽然难溶于水，但它仍有少量能溶解在水里（在 1 8 时，它的溶解度为0.0 1 1 g,相当于l l O m g/L）.因此，当继续加热煮沸时，碳酸镁就跟水发生反应，生成了更难溶的氢氧化镁（在 1 8 时，它的溶解度为0.0 0 0 8 4 g,相当于8.4 m g /L）。这样，水里溶解的C a?.和M g?.就转变成为碳酸钙和氢氧化镁的沉淀，从水里析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度高的水得到软化。如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的，这种硬度叫做永久硬度。永久硬度不能用加热的方法软化。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度，因此，一般所说水的硬度是泛指上述两种硬度的总和。二、硬水的软化水的硬度高对生活和生产都有危害。洗涤用水如果硬度太高，不仅浪费肥皂，而且衣物也不易洗干净。长期饮用硬度很高或硬度过低的水，都不利于人体的健康。锅炉用水硬度太高，特别是暂时硬度太高，十分有害。因为经过长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内的金属管道的导热能力大大降低，这不但浪费燃料，而且会使管道局部过热，当超过金属允许的温度时，锅炉管道将变形或损毁，严重时会引起锅炉爆炸事故。很多工业部门，如纺织、印染、造纸、化工等，都要求用软水。因此，对天然水进行处理，以降低或消除它的硬度是很重要的。硬水软化的方法通常有药剂软化法和离子交换法等。这里只简单介绍离子交换法。离子交换法是用离子交换剂也 软化水的一种方法。图2-6用离子交换剂软化硬水在工业上常用磺化煤(Na R)做离子交换剂。磺化煤是黑色颗粒状物质，它不溶于酸和碱。这种物质的阳离子会跟溶液里其他物质的阳离子发生离子交换作用。如图2-6 所示，在离子交换柱里装有磺化煤。把硬水从离子交换柱的上口注入，使硬水慢慢地流经磺化煤。当硬水通过磺化煤时，硬水里的C/和 Mg?.跟磺化煤的Na+起离子交换作用，因而使硬水得到软化，反应可以表示如下：2 Na R+C a2,=C a R2+2 Na+2 Na R+Mg2=MgR2+2 Na+实验2-6 把实验2-5 所用的天然水经离子交换剂软化以后，用试管取5 6 m L,注入少量肥皂水,振荡。通过实验，我们可以看到，硬水软化以后，加入肥皂水振荡时，泡沫很多，就没有沉淀产生了。磺化煤的Na 全部为C 和 M一 所代替后，磺化煤就失去了软化硬水的能力。但是用质量分数为8%1 0%氯化钠溶液浸泡，C a R z和 MgR?跟 Na 就又会发生交换作用，重新生成Na R,从而又恢复了磺化煤软化硬水的能力，这个过程叫做再生。可以表示如下：C a R 2+2 Na+=2 Na R+C a2这种软化硬水的方法具有质量高，设备简单，占地面积小，操作方便等优点，因此，目前使用比较普遍。肥皂的主要成分是硬脂酸钠 Na(C l 8 H 3 5 0 2),肥皂跟C a 2+(或 Mg2+)起反应生成的C a(C l 8 H 3 5 0 2)2 或Mg（Cl8H3502）2 是不溶于水的物质。水的硬度常用一种规定的标准来衡量。通常把1L水里含有10mg CaO（或相当于10mg CaO）称 为 1度（以 1。表示）。水的硬度在8。以下的称为软水；在 8。以上的称为硬水。硬度大于30。的是最硬水。离子交换剂包括天然或人造沸石、磺化煤和离子交换树脂等物质。实 验 铝和氢氧化铝的化学性质实 验 目 的 认识铝的主要化学性质和氢氧化铝的两性。实验用品 试管、试管夹、酒精灯。稀盐酸、稀硫酸、浓硝酸、氨水、NaOH溶液、KOH溶液、Al2(SO,)3溶液、AlCh溶液、铝条(或铝片)。实验步骤1.铝的化学性质(1)铝跟酸的反应在三个试管里各放入大小相近的铝条,然后往三个试管里分别注入23mL稀盐酸、稀硫酸和浓硝酸(所用试管必须干燥)。注意观察哪个试管里有反应发生，哪个试管里没有发生变化。写出化学方程式和离子方程式。(2)铝跟碱的反应在两个试管里各放入大小相近的铝条,然后分别注入23mLNaOH溶液和KOH溶液,稍加热，观察发生的现象。写出这两个反应的化学方程式和离子方程式。2.氢氧化铝的两性(1)氢氧化铝的生成在三个试管里各加入3mLAk(SO)3溶液，然后分别滴加NaOH溶液、KOH溶液和氨水，直到产生大量的沉淀为止。写出有关的化学方程式。再用A1CL,溶液代替Ak(SO3溶液重复做上面的实验。写出有关的化学方程式。(2)氢氧化铝跟酸和碱的反应取两个盛有Al(OH)：,沉淀的试管，分别注入稀盐酸和强碱溶液(NaOH溶液或KOH溶 液)，振荡。观察发生的现象。写出有关的化学方程式和离子方程式。镁 铝 内容提要一、金属的物理性质金属有一些共同的性质，如有金属光泽、不透明、易导电、易导热、有延展性等。二、镁和铝的性质1 .物理性质镁和铝的密度小，有延展性，铝易导电。镁和铝能跟许多金属或某些非金属形成合金。合金就是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。2.化学性质（1）镁和铝能跟许多非金属、稀 盐 酸（或稀硫酸）起反应。在常温下，铝在浓硝酸里发生钝化。（2）镁不能跟碱起反应；铝能跟强碱溶液起反应生成氢气。（3）镁和铝能跟某些氧化物起反应：镁能跟二氧化碳起反应。铝能跟氧化铁起反应，生成氧化铝和液态铁，并产生大量的热。铝粉跟氧化铁的混合物叫做铝热剂。用某些金属氧化物（如V Q s、C r G等）代替氧化铁跟铝起反应，能制取某些金属（如帆、铭等）。三、镁和铝的重要的化合物镁的重要化合物有氧化镁和氯化镁等。氯化镁是制取镁的原料。铝的重要化合物有氧化铝、氢氧化铝和明矶等。氧化铝和氢氧化铝都是两性化合物。氢氧化铝跟酸或跟强碱起反应可用离子方程式表示如下:Al(OH)3+3H+=Ar+3H2OAl(OH)3+OH-=A1O2+2H2O氧化铝是制取铝的原料。明矶