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[引言]:
五千年前人类进入青铜时代,三千年前进入铁器时代,20世纪铝合金成为仅次于铁的金属材料。
金属在人类社会发展,改善人类生活发面起重要作用。
金属和它的化合物有着截然不同的性质,例如:
铝是一种常见的金属,具有金属的通性,高温时可以燃烧,而燃烧时Al2O3却不熔化,能耐高温,为什么?
本章我们就来讨论它们的性质。
【板书】:
第三章金属及其化合物
〖讲〗人类已经发现的一百多种元素中,大约4/5是金属元素。
多数金属的化学性质比较活泼,因此,地球上绝大多数金属的元素是以化合态形式存在。
地壳中含量最多的金属元素是Al,最多的非金属元素是O。
不同的金属的化学活动性相差很大,我们在学习金属化学性质的时候,既要注意它们的共性,同时也要注意它们的差异性。
〖思考与交流〗金属的物理性质(共性):
有金属光泽.易传热.易导电,有延展性.可塑性,除汞以外都是固体。
〖思考与交流〗举例说明金属能发生哪些化学反应。
(与非金属反应:
2Na+Cl2==2NaCl;
2Mg+O2==2MgO
与酸反应:
Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
与盐反应Fe+CuCl2==FeCl2+Cu)
〖思考与交流〗图3-2是金属发生化学的一些照片,请分析这些反应,并写出化学方程式
2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu
2Mg+O2=2MgO
Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
〖思考〗上述反应说明了金属的什么性质?
〖思考与交流〗画出Na.Mg.Al的原子结构示意图,分析它们的原子结构有什么特点,与金属的化学性质有什么联系
Na,MgAl
Na最外层有一个电子,易失去,表现还原性,常表现为+1价,
Mg最外层有两个电子,易失去,表现还原性,常表现为+2价,
Al最外层有三个电子,易失去,表现还原性,常表现为+3价,
〖讲〗今天我们就先来讨论金属与非金属的反应
一.金属与非金属的反应
实验:
取出一小块金属钠,用滤纸吸干表面的煤油用小刀切开一端的外皮观察钠表面的光泽和颜色,看新切开的钠的表面在空气中会不会发生变化。
【讲解]钠:
银白色,较软,比水轻,熔点较低,保存在煤油中。
1.钠和氧气反应
常温下:
银白色的切面很快变暗
4Na+O2===2Na2O
实验:
再取一小块金属钠放在坩埚里加热观察有什么现象?
【讲解】现象:
熔成闪亮的小球,剧烈燃烧,发出黄色火焰,生成淡黄色粉末.
2Na+O2
Na2O2
用途:
制取少量氧气,用作帮助呼吸
金属
反应条件
(常温/加热)
反应现象
氧化物
的颜色
化学方程式
钠
常温
白色固体
4Na+O2=2Na2O
点燃
剧烈燃烧,火焰呈黄色,生成淡黄色的固体
黄色固体
2Na+O2
Na2O2
钠和氯气反应:
2Na+Cl2
2NaCl
〖补充实验〗Na与S研磨
现象:
剧烈反应,轻微爆炸
反应式:
2Na+S=Na2S
2.铝和氧气反应:
〖实验探究〗
①加热未打磨的铝箔,有何现象?
写出反应方程式。
②加热已打磨的铝箔,有何现象?
现象与前者有何不同?
如何解释?
〖学生讨论.归纳现象〗:
加热未打磨的铝箔,铝箔发红卷缩,变暗失去光泽,熔化不落下(表面有氧化膜,因此不能燃烧)。
加热已打磨的铝箔,铝箔也发红卷缩,变暗失去光泽,熔化不落下。
4Al+3O2
2Al2O3
〖学生讨论〗为何加热打磨和不打磨的铝箔现象一样的?
【讲解】:
铝表面的氧化膜保护了铝,即使是打磨过的铝箔,在空气中也很快生成了新的氧化膜,Al2O3薄膜的熔点为2050℃,高于铝的熔点660℃,包在铝的外面,所以熔化了的液态铝不会滴落。
活泼金属在空气中容易与氧气反应,表面生成一层氧化物。
有的氧化膜疏松,不能保护内层金属,如铁等;
有的氧化膜致密,可以保护内层金属不被继续氧化,如镁.铝等。
4Fe+3O2=2Fe2O3
2Mg+O2
2MgO
2Cu+O2
2CuO
结论:
(一般)金属+O2→金属氧化物
金属+Cl2→高价金属氯化物
金属+S→低价金属硫化物
例如:
2Al+3Cl2=2AlCl3
Fe+S
FeS
总结
反应
现象
铝
铁
铜
【归纳小结】①金属的活动性越强,与氧气反应就越易进行(如钠露置空气中就氧化);
金属活动性越弱,与氧气发生反应时反应条件较高(如铁在空气中不能被点燃),俗语说“真金不怕火炼”就说明金在加热条件下不与氧气反应。
②金属和氧气反应一般生成普通氧化物,例MgOAl2O3CuO,但钠在氧气中燃烧生成Na2O2,铁在氧气中燃烧生成Fe3O4。
③金属表面的氧化物有的疏松,不能保存内层金属,如铁;
金属表面的氧化物有的致密,可以保存内层金属镁、铝。
【典例分析】
【例1】取一小块金属钠,放在燃烧匙里加热,下列实验现象正确的描述是()
①金属先熔化;
②在空气中燃烧,放出黄色火花;
③燃烧后得白色固体;
④燃烧时火焰为黄色;
⑤燃烧后生成浅黄色固体物质
A.①② B.①②③ C.①④⑤ D.④⑤
【例2】下列灭火剂能用于扑灭金属钠着火的是()
A.干冰B.黄沙C.干粉(含NaHCO3)灭火剂D.泡沫灭火剂
[解析]由于钠的化学性质非常活泼,能与多种物质起反应。
高温下可与CO2反应,故A项是不正确的。
C项中NaHCO3受热既生成水也产生CO2,D项中有水等,这些物质都与钠反应,故C.D两项也不正确。
故选B
【例3】2.3g纯净金属钠在干燥空气中被氧化后得到3.5g固体,由此可判断其氧化物是( )
A.只有Na2O B.只有Na2O2 C.Na2O和Na2O2 D.无法确定
设Na完全氧化为Na2O,设Na完全氧化为Na2O2,
2Na→Na2O2Na→Na2O2
46g62g46g78g
2.3gm(Na2O)=3.1g2.3gm(Na2O2)=3.9g
3.1g<3.5g<3.9g
氧化产物应为两种Na2O和Na2O2的混合物。
【课堂演练】
1.下列有关钠的物理性质的叙述中正确的是( )
①银白色金属 ②质软可以用小刀切割 ③熔点低于100℃④密度比水小⑤热和电的良导体
A.①②④ B.①②③④ C.①③④ D.①②③④⑤
2.将4.6g钠与1.6g硫粉迅速混合起来,并放在石棉网上加热,反应后生成的固体是()
A.黄色固体混合物B.硫粉与硫化钠C.过氧化钠与硫化钠D.氧化钠与硫化钠
[解析]在加热条件下,钠既能与硫化合生成Na2S,也能与空气中的氧气反应生成Na2O2,而钠又是过量的,所以除生成Na2S外还有Na2O2生成。
故选C
3.下列关于铝的叙述中,不正确的是()
A.铝是地壳中含量最多的金属元素
B.在常温下,铝不能与氧气反应
C.铝是一种比较活泼的金属
D.在化学反应中,铝容易失去电子,是还原剂
《同步练习一》
1.地壳中储量居前4位的金属是()
A.Al.Fe.Ca.NaB.Al.Fe.Ag.Cu
C.O.Si.Al.FeD.Na.Mg.K.H
2.下列关于钠的叙述中,不正确的是( )
A.钠燃烧时发出黄色火焰 B.钠燃烧时生成氧化钠
C.钠有很强的还原性 D.钠原子的最外层只有一个电子
3.下列描述的一定是金属的是( )
A.易失去电子的物质
B.能与酸反应的物质
C.原子的最外层只有一个电子的元素
D.原子核内有11个质子的元素
4.钠离子的性质是( )
A.有强还原性 B.有弱氧化性 C.有碱性 D.比钠原子稳定
5.在空气中强热下列物质时,质量会增加的是()
A.CuB.Na2OC.KMnO4D.NaCl
6.活泼金属在空气中易与氧气反应,在表面生成一层氧化膜,氧化膜致密,可以保护内层金属不被继续氧化的金属是()
A.铁B.钠C.铝D.镁
7.将金属钠放在燃烧匙中加热使其燃烧,不可能出现的现象是()
A.金属钠融化为小球B.火焰为黄色
C.燃烧后得到一白色固体D.燃烧后得到一淡黄色固体
8.根据你对金属钠性质的了解,回答问题。
(1)关于钠的叙述中,正确的是()。
A.钠是银白色金属,硬度很大
B.将金属钠放在石棉网上,用酒精灯加热后金属钠剧烈燃烧,发出黄色火焰,生成过氧化钠
C.金属钠在空气中燃烧,生成氧化钠
D.金属钠的熔点很高
(2)由于金属钠很容易跟空气中的________.________等物质反应,通常将它保存在________里,以使它与________.________等隔绝。
9.金属钠是_______色固体,质地__________,将钠放在空气中一会儿,会发现金属钠的表面变暗,原因是(用化学方程式表示)___________________________;
将钠放在空气中燃烧,其反应的化学方程式是____________________,生成物的颜色是_________色。
课后反思:
第2课时 总第24课时
1.了解金属钠与水的反应,会解释钠与水反应的各种现象。
2.设计铁与水蒸气反应的实验装置,了解铁与水蒸气的反应。
3.掌握有关实验的基础知识和基本技能,学习实验研究的方法,能设计并完成一些化学实验。
教学重点、难点
重点:
钠与水的反应
难点:
钠与水的反应,铁与水蒸气的反应
教学过程:
导入:
【情景】广州日报大洋网上找到了一则关于金属钠事故的报道——《炸起千层浪,珠江“水雷”谜团待解》(2002-7-9):
若干神秘“水雷”惊现珠江。
2001年7月7日,在珠江石溪附近,前前后后共漂着七个白色的来历不明的金属桶。
突然,从漂在水面上的一个金属桶内冒起一股白烟,窜起亮黄色火苗,紧接着一声巨响,蘑菇状的水柱冲天而起,这个铁桶接着又连续爆炸了多次,爆炸腾起的白色烟雾有近十米高,还有许多未燃尽的白烟飘进旁边的公司内,这些灰白色的物体一遇到水就不停地冒泡,有时甚至还突然着火。
二.金属与酸和水的反应
【讨论】
(1)俗话说“水火不相溶”,为什么今天水会引火呢?
引起爆炸的物质是什么呢?
(2)装有钠的金属桶为什么会成为“水雷”呢?
究竟发生了什么样的反应呢?
【活动探究】金属钠能否像白磷一样保存在水中?
1.钠与水反应
【实验】:
向一只盛有水的烧杯中滴加几滴酚酞试液,然后将绿豆般大小的金属钠投入到小烧杯中并盖上玻璃片,观察实验现象,并注意用耳朵听,用手触摸感受。
结论
钠浮在水面上
钠比水轻
钠熔化成小球
反应放出了热量
钠的熔点较低
钠在水面上游动
反应放出了气体
有嘶嘶的声音
反应放出热量
反应中生成了气体
滴有酚酞的液体变成了红色
生成物呈碱性
反应方程式:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
【思考】
(1)金属钠长期放置在空气中的最终产物是什么?
2Na+2H2O=2NaOH+H2(形成溶液)
Na+O2=Na2O(变暗,被氧化)
Na2O+H2O=2NaOH(吸水,变成白色的氢氧化纳)
NaOH+CO2=Na2CO3(白色晶体)
Na2O+CO2=Na2CO3
Na2CO3.10H2O易风化,最后为白色粉末Na2CO3。
Na→Na2O→NaOH→Na2CO3→Na2CO3.10H2O→Na2CO3
(2):
如果在一支试管中加入水,再加入煤油.最后放入绿豆大小的钠会有什么现象?
金属钠会在煤油和水的界面处反应并可能上下跳动(生成的气泡和热量可能使其上下跳动。
(3)钠与水反应实际上是钠与水电离出来的微弱的H+反应,那么钠与盐酸.硫酸等酸溶液的反应要比与水的反应,请预测试验现象。
(在金属活动性顺序表中可以发现排在金属活动性顺序氢前的都可以和酸发生反应.提示:
酸电离的大量氢离子)
结论:
钠与盐酸、稀硫酸的反应
2Na+2HCl=2NaCl+H2
实质:
钠与水反应是与水电离出的氢离子反应,在酸溶液中,氢离子主要来自于酸的电离,且氢离子浓度比水中大得多,所以,钠投入酸中先与酸电离出来的氢离子反应,比在水中更加剧烈.如果钠过量,多余的钠与水反应.
【知识扩展】:
金属钠比铜活泼,能否从硫酸铜溶液中置换出单质铜?
说出反应的现象,推断产物。
2Na+CuSO4+2H2O=Cu(OH)2+Na2SO4+H2
钠投入水中先与水反应,生成NaOH,生成的碱再与CuSO4反应.
实验现象:
钠浮于水面,熔成一个小球,四处游动,逐渐缩小直至最后消失,发出嘶嘶的响声,最后生成蓝色絮状沉淀。
【思考】:
将钠块投入FeCl3溶液中,有何现象。
写出化学方程式。
2Na+2H2O=2NaOH+H2 3NaOH+FeCl3=Fe(OH)3+3NaCl
合起来可以写作6Na+6H2O+2FeCl3=3H2+2Fe(OH)3+6NaCl
2.铁和水蒸气的反应
铁和水蒸气的反应
分析实验装置:
水蒸汽发生装置+水蒸汽与铁粉反应装置+气体收集装置
实验现象:
加热时试管内铁粉红热,点燃肥皂泡可听到爆鸣声,反应后,试管内的固体仍呈黑色。
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
图3-1
铁粉与水蒸气的反应装置
一天,英国一家炼铁厂的熔铁炉底部产生了裂缝,顿时炽热的铁水从裂口夺路而出。
当温度高达一千多摄氏度的铁水碰上炉旁一条水沟里的水时,刹那间,“轰”的一声震天动地的巨响,整个车间被掀掉了。
水为什么会产生这么大的相当于TNT炸药的威力呢?
这是因为高温下发生了下面的反应:
3Fe+
4H2O(g)
==
Fe3O4+4H2
当一千多摄氏度的铁水流入水沟时,在极短的时间内产生了大量易燃易爆气体,并且被铁水的高温点燃,所以轻而易举地把巨大的生产车间给炸掉了。
所以钢铁厂里的铁水包,在注入炽热的铁水与钢水之前,必须进行充分的干燥处理,不让包中留下一滴水,以防止爆炸事故的发生。
三.铝与氢氧化钠溶液的反应
铝与酸.碱(NaOH)反应
2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑
实质:
第一步:
2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑
第二步:
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O
总的反应方程式:
2Al+2NaOH+6H2O==2NaAlO2+3H2↑+4H2O
氧化剂:
H2O;
还原剂:
Al
【小结】
【典型例题】
【例1】对于下列有关金属钠的叙述,正确的是( )
A.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
B.1个钠原子能失去1个电子,1个镁原子能失去2个电子,所以镁的还原性比钠强
C.钠能把钛.锆等金属从熔融卤化物里还原出来
D.0.5L1mol·
L-1的盐酸分别与1mol钠、镁、铝反应,所生成的氢气的量相等
教师精讲:
金属钠的化学性质非常活泼,具有很强的还原性,按理金属钠能把较不活泼的金属从它们的盐中置换出来,但若是盐溶液,钠首先要和溶液中的水反应生成氢氧化钠和氢气,氢氧化钠继续与盐溶液发生复分解反应。
如钠投入FeCl3溶液中的化学反应为:
2Na+2H2O====2NaOH+H2↑
FeCl3+3NaOH====Fe(OH)3↓+3NaCl
因此,钠与盐溶液反应,一般均不会有金属单质被钠置换出来。
若盐是熔融状态,则金属钠能将较不活泼的金属置换出来。
如钠可以把钛.锆.铌.钽等金属从它们的熔融卤化物中置换出来。
题中A项错误,C项正确。
B项中比较钠.镁两种金属的还原性强弱,物质还原性的强弱是由其失电子的能力大小所决定的,与失电子多少无关。
由于钠原子的半径比镁原子的半径大,因此钠原子中原子核与最外层电子间的相互作用较弱,最外层的1个电子易失去,故还原性钠强于镁。
B项错误。
D项中所述金属与酸反应的本质是金属把H+还原成氢气放出。
呈不同化合价的金属与酸反应消耗H+的量和生成氢气的量有如下规律:
呈+1价的1mol金属(如Na)能还原1molH+,生成1mol氢原子,即0.5mol氢气;
呈+2价的1mol金属(如Mg)能还原2molH+,生成2mol氢原子,即1mol氢气;
呈+3价的1mol金属(如Al)能还原3molH+,生成3mol氢原子,即1.5mol氢气。
D项中的盐酸只含0.5molH+,因此酸为不足量,金属过量,生成氢气的量应按酸计算,钠.镁.铝与酸反应均生成0.5mol氢原子,即0.25mol氢气,但忽视了钠还能与溶液中的水反应生成氢气(水能微弱电离出H+,H2O====H++OH-,故钠与水反应的本质同样是与H+反应),故1mol钠与盐酸反应能生成0.5mol氢气。
1mol钠.镁.铝分别与盐酸反应生成的氢气的量的关系应是n(Na)>n(Mg)=n(Al)。
所以D项错误。
答案:
C
【例2】把一块表面已部分被氧化的钠0.77g放入10g水中,得到标准状况下氢气224mL。
求
(1)若将金属钠表面的氧化物均视为氧化钠,试求该氧化钠的质量。
(2)所得溶液中溶质的质量分数和该溶液的物质的量浓度(溶液的密度为dg·
cm-3)。
根据题意,一块表面为Na2O的钠块0.77g投入10g水中,发生如下反应:
①Na2O+H2O====2NaOH②2Na+2H2O====2NaOH+H2↑
由题给H2的体积,通过②式可计算出钠的质量以及Na2O的质量。
计算溶质质量分数时,要注意溶质是NaOH,而溶液的质量等于10.77g减去氢气的质量。
解析:
(1)设金属钠质量为x,与水反应生成NaOH的质量为y。
2Na+2H2O====2NaOH+H2↑
2×
23g 2×
40g 22400mL
x y 224mL
列比例式后解得x=0.46gy=0.8g
由此可得m(Na2O)=0.77g-0.46g=0.31g。
(2)设0.31gNa2O与水反应生成NaOH的质量为z。
Na2O+H2O====2NaOH
62g 2×
40g
0.31g z
列比例式后解得z=0.4g
NaOH的质量分数为:
×
100%=11.37%
c(NaOH)·
40g·
mol-1=11.37%×
1000dg·
L-1
c(NaOH)=2.84dmol·
(1)氧化钠的质量为0.31g
(2)氢氧化钠的质量分数为11.37%,氢氧化钠的物质的量浓度为2.84dmol·
〖课堂小结〗本节课我们讨论了金属的两个化学性质:
(1)金属与氧气的反应
(2)金属与水的反应。
我们共同完成了3个验证性实验和2个探究性实验,通过实验.实验现象观察.实验现象的分析,明确了金属的性质,同时有意识地锻炼自己的观察能力和思维能力。
巩固练习
1.将2.3g钠投入97.7g水中,反应完毕后,溶液的质量分数
A.大于4% B.小于4% C.等于4%D.大于2%,小于4%
2.金属钠分别与下列各溶液反应,既有沉淀生成又有气体产生的是
A.氯化钡溶液 B.硫酸钾溶液 C.氯化铁溶液 D.硝酸钾溶液
3.钠与水反应时的现象与钠的下列性质无关的是( )
A.Na的熔点低 B.Na的硬度小 C.Na的密度小 D.有强还原性
4.将一小块Na投入足量的CuSO4溶液中,现象是( )
A.置换出金属铜 B.产生气体,置换出金属铜
C.生成蓝色沉淀 D.产生气体,生成蓝色沉淀
5.将质量为mg的铁片放入CuSO4溶液中,过一会儿取出干燥,铁片的质量变为ng,则被氧化的铁的质量是
A.8(n–m)g B.8(m-n)gC.7(m-n)gD.7(n-m)g
6.将2.3g金属钠投入100g水中,反应结束后,溶液中溶质的质量分数计算式表示正确的是( )
A.2.3/100×
100%B.4/(100+2.3-0.1)×
100%
C.4/(100+2.3)×
100%D.4/(4+100-1.8)×
100%
7.在实验室里做钠跟水反应的实验时,用到的仪器是( )
a.试管夹 b.镊子 c.小刀 d.冷凝管 e.滤纸 f.研钵 g.烧杯 h.坩埚 i.石棉网 j.玻璃片 k.药题 l.燃烧匙
A.abdiB.ecfkC.fghlD.bcegj
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