高中化学金属及其化合物.docx
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高中化学金属及其化合物
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
(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.Na2CO3B.Na2O2Na2CO3
C.NaOH、Na2CO3D.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∶1B.残留物只有Na2CO3
C.原混合气体中O2与CH4的体积比为1∶1D.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__________________________。
(5)另取原样品,加入足量稀硫酸充分反应,若溶液中一定不会产生Y中的红色固体,则原样品中所有可能存在的物质组合是(各组合中物质用化学式表示)________________________。
12、某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3+、Cu2+、Au3+等离子。
有人设计了图中的工艺流程,利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑,从废水中回收金,并生产一定量的铁红和氧化铜。
填写下面空白:
(1)图中标号处需加入的相应物质分别是①________________、②________________、③________________、④________________、⑤________________。
(2)写出①处发生反应的离子方程式________________。
写出③处发生反应的化学方程式________________。
(3)铁红的化学式为________________;分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途:
铁红________________;氧化铜________________。
13、根据下列框图回答问题(答题时,方程式中的M、E用所对应的元素符号表示):
⑴写出M溶于稀H2SO4和H2O2混合液的化学方程式:
________________。
⑵某同学取X的溶液,酸化后加入KI、淀粉溶液,变为蓝色。
写出与上述变化过程相关的离子方程式:
________________、________________。
⑶写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式:
________________。
⑷由E制备的E(C2H5)2的结构如右图,其中氢原子的化学环境完全相同。
但早期人们却错误地认为它的结构为:
。
核磁共振法能够区分这两种结构。
在核磁共振氢谱中,正确的结构有____种峰,错误的结构有____
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- 高中化学 金属 及其 化合物