高中化学金属及其化合物.doc(9页).doc
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1、-高中化学金属及其化合物.doc-第 9 页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(),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。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。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
2、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)。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。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 。 钠与氢气的反应:2Na + H2
3、 = 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:在熔融的条件下钠可以制取一些金属,如钛、锆、铌、钽等;钠钾合金是快中子反应堆的热交换剂;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)Na2O
4、2: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NaHCO3Na2CO3 + H2
5、O + CO2 = 2 NaHCO3 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Na2CO3 + HCl = NaCl + NaHCO3,后NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O +CO2 .向稀HCl中
6、滴加Na2CO3溶液,先有气体,反应是:Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2.如果用2mol的Na2CO3和的稀HCl反应,采用方法放出CO2是;采用方法放出CO2为。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
7、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,是轻金属,硬度小。(2)化学性质:镁是较活泼金属与非金属反应:2Mg + O2 = 2MgO,Mg + Cl2 MgCl2,3Mg + N2 Mg3N2等。与沸水反应:Mg + 2H2O(沸水)= Mg(OH)2 + H2 .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。与某些盐溶液反应:如CuSO4溶液、FeCl
8、2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)2 Mg(OH)2沉淀、过滤、洗涤沉淀,用稀HCl溶解 MgCl2溶液,蒸发结晶 MgCl26H2O晶体,在HCl气体环境中加热 MgCl2固体,电解熔融的MgCl2 Mg + Cl2 。主要反应:MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2+ CaCl2, Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O,
9、MgCl26H2O MgCl2 + 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
10、)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。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。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,
11、但无氢气放出;非强氧化性酸反应时放出氢气。与强碱溶液反应:2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2。与某些盐溶液反应:如能置换出CuSO4、AgNO3等溶液中的金属。铝热反应:2Al + Fe2O3 Al2O3 + 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
12、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。2Al2O3 4Al + 3O2。3、氢氧化铝(Al(OH)3):白色难溶于水的胶状沉淀,是
13、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 + 2H2O2Al(OH)3 Al2O3 +3 H2O 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 ,
14、2Al(OH)3= Al2O3 +3 H2O ,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)212H2O,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:(Al(OH)3)的制备:在氯化铝
15、溶液中加足量氨水。AlCl3 + 3NH3H2O = Al(OH)3+ 3NH4Cl 。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。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。将
16、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。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
17、其化合物+1CuC CO H2 Fe NH3 C2H5OH 0 Cu +2 CuO2 Cl2 H2SO4 HNO3 Fe3+ H2O2 KMnO4 K2Cr2O7 SO2Cl2R-CHOSO2CuH+H+浓HClCCOH2I-(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H4、向H溶液中加入AlO21、有一定质量的Mg、Al 合金投入100 mL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5 mol/L NaOH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M
18、g、Al的质量各是多少?(2) HCl的浓度是多少?2、(SO4)3跟2mol/L NaOH溶液350mL混合,所得沉淀的质量为( )3、将0.1 mol的镁、铝混合物溶于100 mL 2mol/LH2SO4溶液中,然后再滴加1 mol/L NaOH溶液。请回答: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V1160mL时,则金属粉末中n(Mg)mol,V2mL。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。若混合物仍为0.1 mol,其中Mg粉的物质的量分数为a,用100 mL 2 mol/L的
19、硫酸溶解此混合物后,再加入450 mL 1mol/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( )ABCDXH2SNaOHNH3HClYNa2SO3AlCl3MgSO4NaAlO2六、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+4
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