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31金属的化学性质
第三章金属及其化合物
第一节 金属的化学性质
第1课时 金属与非金属的反应
一、金属的存在及通性
1.金属在自然界中的存在
(1)自然界中绝大多数金属元素的存在形态是化合态。
(2)地壳中含量占据前两位的金属元素是铝和铁。
2.物理通性
3.化学通性
(1)金属的原子结构与化学性质:
①画出钠、镁、铝的原子结构示意图:
②金属的原子结构与化学性质的关系:
(2)写出下列反应的化学方程式:
二、金属与非金属的反应
1.钠与氧气的反应
(1)钠的物理性质:
银白色固体、质软、硬度小、熔点低。
(2)常温下钠与氧气的反应:
将金属钠露置于空气中,其表面迅速变暗,失去金属光泽,化学方程式为4Na+O2=2Na2O。
(3)钠在加热或点燃条件下与氧气的反应:
2Na+O2=Na2O2。
2.铝与氧气的反应
(1)现象:
铝箔熔化,失去金属光泽,但熔化的铝并不滴落。
(2)化学方程式:
4Al+3O2=2Al2O3。
3.金属与Cl2、S的反应
金属与Cl2、S等物质反应生成相应的氯化物、硫化物等。
例1.下列不是所有金属都具有的性质的是( )
A.导电性B.导热性
C.延展性D.常温下为固体
答案:
D
例2.下列性质属于钠的性质,不属于铝的性质的是( )
A.能与氧气反应
B.能与氯气反应
C.能与硫反应
D.质软、硬度小、熔点低
答案:
D
钠、铝与非金属的反应
下图所示为某同学做的几组实验:
实验一、钠与氧气的反应
取一小块金属钠,用滤纸吸干表面的煤油后,用刀切去一端的外皮,这时可以看到钠的真面目。
切下黄豆粒大小的一块钠,放入坩埚中加热。
实验二、铝与氧气的反应
讨论探究
(1)上述实验各有何现象?
(2)通过上述实验能证明金属钠和金属铝的化学性质具有哪些相同点和不同点?
探究提示:
(1)实验一的现象:
刚切开钠时,断面呈银白色,慢慢失去光泽,放在坩埚中加热时,首先熔化成闪亮的小球,然后剧烈燃烧,发出黄光,最终生成淡黄色固体;实验二:
加热后,铝箔熔化,失去光泽,但不滴落。
(2)都能与氧气反应,但金属钠与氧气反应时,条件不同,产物不同,缓慢氧化生成氧化钠,点燃时,生成过氧化钠;而铝在加热条件下与氧气反应只生成氧化铝。
1.金属与氧气的反应规律
金属的金属性越强,越易与氧气发生化合反应。
(1)活泼金属K、Ca、Na常温下在空气中易被氧化,在空气中又可发生燃烧。
(2)较活泼金属Mg、Al常温下在空气中易被氧化,形成氧化膜,也可以发生燃烧。
(3)金属Zn、Fe、Sn、Pb常温下与干燥空气不发生氧化反应,加热条件下能被氧化,在纯氧中可发生燃烧。
(4)金属Cu、Hg在强热条件下,只氧化而不发生燃烧。
金属活动性在Hg之后的金属不能被氧气氧化。
2.经典燃烧实验现象集锦
(1)镁条在空气中燃烧:
发出耀眼强光,放出大量的热,生成白烟。
(2)木炭在氧气中燃烧:
发出白光,放出热量。
(3)硫在纯氧中燃烧:
发出明亮的蓝紫色火焰,放出热量,生成一种有刺激性气味的气体。
(4)铁丝在氧气中燃烧:
剧烈燃烧,火星四射,放出热量,生成黑色固体物质。
(5)氢气在空气中燃烧:
火焰呈现淡蓝色。
(6)钠在空气中燃烧:
火焰呈黄色,生成淡黄色物质。
(7)将点燃的镁条伸入盛有二氧化碳的集气瓶中:
剧烈燃烧,有黑色物质附着于集气瓶内壁。
题型一、钠与氧气的反应
例题1导学号98980040将一块银白色的金属钠放在空气中会发生一系列的变化:
表面迅速变暗→“出汗”→变成白色固体(粉末),下列有关叙述中正确的是( )
A.表面迅速变暗是因为钠与空气中的氧气反应生成了过氧化钠
B.“出汗”是因为生成的氢氧化钠吸收空气中的CO2在表面形成了溶液
C.最后变成碳酸钠粉末
D.该过程中的所有化学反应均为氧化还原反应
解析:
钠露置在空气中表面迅速变暗,是因为Na与O2反应生成了Na2O,Na2O与水反应生成NaOH,NaOH又吸收空气中的H2O和CO2,生成Na2CO3·10H2O,Na2CO3·10H2O逐渐风化脱水,最后变成Na2CO3粉末,该过程中只有钠的氧化是氧化还原反应。
答案:
C
成功体验1 下列关于钠的叙述中,不正确的是( )
A.钠燃烧时发出黄色的火焰
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
解析:
钠燃烧时生成过氧化钠,常温下与氧气反应生成氧化钠。
答案:
B
题型二、铝与氧气的反应
例题2将一块铝箔用砂纸打磨表面后,在酒精灯上加热至熔化,下列说法中正确的是( )
A.熔化的是铝B.熔化的是Al2O3
C.熔化物滴落D.熔化物迅速燃烧
解析:
打磨掉氧化膜的铝又迅速被O2氧化为Al2O3,包裹在Al的表面,保护内层的Al不被继续氧化;由于Al2O3的熔点比Al高,当加热至铝熔化时,Al2O3薄膜依然完好存在,里面熔化的铝不与O2接触不能迅速燃烧,也不会滴落。
答案:
A
成功体验2 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.铝容易失去电子,表现还原性
C.铝在空气中用酒精灯点不着
D.在常温下,铝不能与氧气反应
解析:
铝是地壳中含量最多的金属元素,其最外层电子数为3,易失去电子,表现还原性,活动性较强,A、B正确;常温下在空气中加热铝时,铝表面形成的Al2O3可以阻碍O2与内部的铝继续反应,所以用酒精灯点不着,C正确。
答案:
D
第2课时 金属与酸和水的反应
铝与氢氧化钠溶液的反应
一、金属与酸和水的反应
1.金属与酸的反应
2.金属与水的反应
(1)钠与水的反应:
①反应现象及解释
②反应的化学方程式:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑。
(2)铁与水的反应:
通常铁与冷水和热水均不反应,但铁可与水蒸气反应。
二、铝与氢氧化钠溶液的反应
铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的对比实验
钠、铝分别与水、酸、碱、盐溶液的反应
实验:
将相同大小的钠和铝分别与水、盐酸、NaOH溶液、CuSO4溶液反应,观察实验现象。
讨论探究
(1)将大小相同的钠分别加入稀盐酸和水中,钠与稀盐酸反应更剧烈,试分析其原因。
(2)将有关钠的实验和有关铝的实验相比,现象有何不同?
说明了什么?
探究提示:
(1)钠与盐酸或水反应,实质是钠与H+反应生成H2,盐酸中H+浓度远大于水中的H+浓度,所以钠与盐酸反应比钠与水反应剧烈得多。
(2)钠与水剧烈反应,产生气体,滴入酚酞溶液变红,而铝放入水中无现象;将钠和铝分别放入盐酸中,均能发生反应,并伴有气体产生,钠较铝反应剧烈;将钠与铝分别放入NaOH溶液中,均能发生反应,且均有气体产生,钠反应更剧烈;将钠加入到CuSO4溶液中,先与水反应生成NaOH和H2,NaOH再与CuSO4反应生成Cu(OH)2沉淀,不会置换出CuSO4中的Cu。
而将铝加入到CuSO4溶液中,铝不与水反应,与硫酸铜反应置换出铜。
上述实验说明钠比铝活泼。
1.钠与酸、碱、盐溶液反应的实质
2.铝与酸、碱、盐溶液反应的实质
题型一、钠与水、酸、碱、盐溶液反应的应用
例题1将适量金属钠投入下列物质的溶液中,有气体放出,但无沉淀生成的是( )
A.HClB.饱和NaOH溶液
C.FeCl3D.CuSO4
解析:
钠与水溶液反应均放出氢气。
A项发生的反应为2Na+2HCl=2NaCl+H2↑,只有气体放出,无沉淀生成;B项中NaOH溶液是饱和溶液,投入钠后,消耗水,析出氢氧化钠晶体;C项中钠与水反应生成的氢氧化钠还能进一步与FeCl3反应产生氢氧化铁沉淀;D项中钠与水反应生成的氢氧化钠还能进一步与CuSO4反应产生氢氧化铜沉淀。
答案:
A
成功体验1 有一位学生将一小块钠投入到盛有煤油和水的试管中(煤油和水均足够多),可能观察到的现象是( )
A.钠浮在试管中的液面上
B.钠沉入试管底部
C.钠没有变化
D.钠处于煤油和水的交界处,上下浮动
解析:
钠的密度比煤油的大,但比水的小,与水反应生成的H2会使钠在煤油和水的交界处上下浮动。
答案:
D
题型二、铝与酸、碱、盐溶液反应的应用
例题2导学号98980043甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后测得生成的气体体积比为1∶2,则加入的铝粉质量为( )
A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g
解析:
由2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O
2NaAlO2+3H2↑可知,若两份等质量的Al都完全反应时,生成H2的量相等,消耗HCl与NaOH的物质的量不相等。
实际上HCl、NaOH同为0.3mol,且已知生成H2的体积比为1∶2,所以发生反应时分别为HCl不足,Al过量;NaOH过量,Al不足。
与0.3molHCl完全反应的Al为2.7g,则由生成H2的体积比为1∶2可知,反应的Al的质量之比也为1∶2,即与NaOH溶液反应的Al为5.4g。
答案:
A
成功体验2 称取两份铝粉,第一份加入足量的盐酸,第二份加入足量的烧碱。
若同温同压下放出相同体积的气体,则两份铝粉的质量比为( )
A.1∶1B.2∶3C.3∶2D.1∶6
解析:
铝与盐酸或烧碱溶液反应的化学方程式分别为2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,因为盐酸和烧碱都是足量的,铝粉将全部参加反应,当生成等体积气体时消耗铝的量相同。
答案:
A
第3课时 物质的量在化学方程式计算中的应用
一、物质的量在化学方程式计算中的应用
以钠和水反应的化学方程式为例:
化学计量数2221
扩大NA倍2×NA2×NA2×NA1×NA
物质的量2mol2mol2mol1mol
结论:
化学方程式中各物质的化学计量数之比=参加反应的物质的微粒个数之比=参加反应的物质的物质的量之比=参加反应的物质的气体体积(相同状况)之比。
2、根据化学方程式进行计算的基本步骤
物质的量应用于化学方程式的计算
讨论探究
(1)“化学反应前后质量是守恒的,那么物质的量也一定守恒!
”这种说法对吗?
(2)根据化学方程式进行计算时,如果遇到已知物理量与未知物理量不一致时,可以直接列式计算吗?
探究提示:
(1)不对。
化学方程式中各物质的物质的量之比=各物质的化学计量数之比,所以,化学反应后物质的量可能增大,可能减小,也可能不变。
(2)可以。
只要满足“上下一致,左右相当”即可进行求算,例如:
2Na+2H2O=============2NaOH + H2↑
46g2mol22.4L
m(Na)n(NaOH)5.6L
虽然Na、NaOH与H2对应的物理量不同,但表示的意义相当。
有关物质的量的计算中的“三个规范”
(1)书写规范:
各种符号的书写要规范,大写字母与小写字母的意义各不相同。
如“M”表示摩尔质量,而“m”表示质量,“N”表示微粒数,而“n”表示物质的量。
(2)符号规范:
①设未知数直接用各物理量的符号表示,且要注明物质(或粒子)的符号。
如设参加反应HCl溶液的体积为V[HCl(aq)]。
②各物理量及单位、物质的名称、公式等尽量用符号表示。
如已知NaOH溶液的体积和物质的量浓度,求NaOH溶液的质量时就写成:
m(NaOH)=c(NaOH)×V[NaOH(aq)]×M(NaOH)。
(3)单位规范:
把已知量代入计算式中计算时都要带单位且单位要统一。
题型一、物质的量的相关计算
例题1把1.1g铁、铝混合物溶于200mL5mol·L-1盐酸中,反应后溶液中c(HCl)变为4.6mol·L-1(溶液体积变化忽略不计)。
求:
(1)反应中消耗HCl的物质的量。
(2)该混合物中铝、铁的物质的量。
解析:
(1)消耗HCl的物质的量:
0.2L×5mol·L-1-0.2L×4.6mol·L-1=0.08mol。
题型二、化学计算中的常用方法
例题2导学号98980046将某份铁铝合金样品均分为两份,一份加入足量盐酸,另一份加入足量NaOH溶液,同温同压下产生的气体体积比为3∶2,则样品中铁、铝物质的量之比为( )
A.3∶2B.2∶1C.3∶4D.4∶3
成功体验2 若18g某金属与足量盐酸充分反应,放出22.4L(标准状况)H2,则该金属是( )
A.AlB.MgC.FeD.Zn
解析:
本题可用电子守恒求解,生成22.4L(标准状况)H2,即1molH2时,转移电子2mol,说明与盐酸反应时18g金属失去2mol电子,以上四种金属失去2mol电子所需的质量分别为Al18g、Mg24g、Fe56g、Zn65g。
答案:
A
题型三、过量计算
例题3把6.5g锌加入到50g20%的稀硫酸中,可产生标准状况下的氢气多少升?
解析:
此题将反应中两种反应物的量都已给出,则应先通过计算判断两种反应物是否恰好完全反应。
如果不是恰好完全反应,应判断哪种物质有剩余,然后根据完全反应的物质来计算。
设6.5g锌完全反应需要H2SO4的质量为x,则有
成功体验3 21g铁粉与8g硫粉混合加热,若不考虑其他损失,可生成硫化亚铁ag;将上述反应后的固体混合物全部投入到足量的稀硫酸中,可得标准状况下VL气体。
则a、V的数值分别为( )
A.33、8.4B.22、5.6
C.29、8.4D.22、8.4
解析:
根据题意n(Fe)=0.375mol,n(S)=0.25mol
由S+FeFeS可知Fe过量,按S的量计算,参加反应的n(FeS)=n(S)=0.25mol,所以m(FeS)=22g。
产生的气体为H2S和H2的混合气体,由于Fe~H2,Fe~FeS~H2S,则n(H2+H2S)=n(Fe)=0.375mol,标准状况下V=8.4。
答案:
D
例题.向500mLNaOH溶液中投入10.8gAl,二者恰好完全反应,试计算:
(1)Al的物质的量;
(2)参加反应的NaOH的物质的量和溶液中NaOH的物质的量浓度;
(3)在标准状况下生成H2的体积。
答案:
(1)0.4mol
(2)参加反应的NaOH的物质的量是0.4mol,NaOH溶液中NaOH的物质的量浓度是0.8mol·L-1。
(3)13.44L
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