北京四中网校高考化学一轮复习 金属 专题一 金属总论典型的金属 1金属总论知识导学.docx
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北京四中网校高考化学一轮复习金属专题一金属总论典型的金属1金属总论知识导学
金属专题一——金属总论、典型的金属1.金属总论
1.金属元素在周期表中的位置及原子结构的特征
(1)金属元素分布在周期表的左下方,目前己知的112种元素中,共有90种金属元素。
(2)金属元素原子最外层电子数比同周期非金属元素原子最外层电子数少,一般小于4(Ge、Sn、Pb=4,Sb、Bi=5,Po=6)。
(3)金属元素原子半径比同周期非金属原子半径大(稀有气体元素除外)。
(4)金属原子的结构特点决定了金属原子易失电子显还原性。
(5)金属元素形成的金属单质固态时全是金属晶体。
2.金属的分类
(1)按常见价态
(2)冶金工业上
(3)按密度分
(4)按存在丰度分
3.金属的物理性质
(1)通性
①状态:
通常情况下,除Hg外其他金属都是固态。
②金属光泽:
多数金属具有光泽。
但除Mg、Al、Cu、Au在粉末状态有光泽外,其他金属在块状时才表现出来。
③易导电、导热:
由于金属晶体中自由电子的运动,使金属易导电、导热。
④延展性:
可以压成薄片,也可以抽成细丝。
⑤熔点及硬度:
由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。
(2)特性
①颜色:
绝大多数金属都是银白色,有少数金属具有其他颜色,如:
Au为金黄色,Cu为紫红色,Cs为银白色略带金色。
②密度:
与原子半径、相对原子质量、晶体质点排列的紧密程度有关。
密度最大的金属为锇(Os 22.57g·cm-3)、铂(Pt21.45g·cm-3),密度最小的金属为锂(Li0.534g·cm-3)。
③熔点:
最高的为钨(W3413℃),最低的为汞(Hg-39℃)。
④硬度:
最硬的金属为铬(硬度为9),最软的金属为钾(K)、钠(Na)、铯(Cs)等,可用小刀切割。
⑤导电性:
导电性能强的金属为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)等。
导电性能较差的金属为汞(Hg)。
⑥延展性:
延性最好的是铂(Pt),展性最好的为金(Au)。
4.合金
(1)合金:
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。
属于混合物。
(2)特点:
一般说熔点比其各成分金属的都低;强度、硬度比成分金属大;有的抗腐蚀能力强(如不锈钢);导电性比成分金属差……
(3)常见合金:
铝硅合金、硬铝、镁合金、钾钠合金、炼钢生铁、铸造生铁、球墨铸铁、合金生铁、碳素钢(高、中、低)、合金钢、硅钢(含Si14%、15%)等。
5.金属的化学性质
(1)与非金属单质作用(举例说明)
(2)与H2O作用(举例说明)
(3)与酸作用(分别举例说明与一般酸和强氧化性酸的反应)
(4)与碱作用(仅Al、Zn与碱溶液作用,写出化学方程式和离子方程式)
(5)与盐作用(举例说明)
(6)与某些氧化物作用(举例说明)
6.金属单质与酸反应的定量规律和思维方法
(1)定量规律
①金属与酸反应失去电子的物质的量=产生氢原子的物质的量。
②不同金属与酸反应时,当参加反应的金属与产生氢气的质量差相等时,则反应后两溶液质量增加相等。
③相同物质的量的金属与足量的酸反应产生氢气的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价之比。
④相同质量的金属与足量酸反应产生氢气的量之比等于其金属失去电子时质量的倒数比。
⑤若产生相同量的氢气,所需金属的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价的倒数比。
⑥若产生相同量的氢气,所需金属的质量比等于失去1mol电子时金属的质量比。
(2)思维方法
①研讨有关反应关系及实质。
②弄清各起始量的定量关系及过量情况。
③考虑差量(质量)的关系。
如气体生成量、溶液质量、体系增加量(加入质量与逸出气体质量的差值)等。
④扣准问题设问角度。
如天平平衡、质量守恒、气体等量、加入金属(或其他)的量、讨论等。
⑤综合分析求解。
7.金属腐蚀(Fe为例)
(1)金属腐蚀的本质是金属单质失去电子而被氧化的过程:
M-ne-→Mn+
(2)金属腐蚀
8.金属冶炼
(1)冶炼是腐蚀的反过程,即氧化态金属还原为单质态的过程:
Mn++n
→M
冶炼由难到易。
(2)金属冶炼的方法
根据金属离子得电子能力不同而采用不同的方法。
①电解法:
(熔融):
活泼金属(K~Al)的冶炼常采用电解它的熔盐或氧化物的方法。
②还原剂法(高温):
金属活动性顺序表中Zn~Cu之间的金属冶炼常采用此法。
常用的还原剂有H2(CuO→Cu)、C(ZnO→Zn)、Na(TiCl4→Ti)、Al(Cr2O3→Cr)、CO(Fe2O3→Fe)等。
③加热法:
用于冶炼不活泼金属Hg、Ag
2HgO
2Hg+O2↑,HgS+O2
Hg+SO2,Ag2S+O2
2Ag+SO2
④湿法:
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu↓
⑤物理法:
Au、Pt在自然界中主要以游离态存在,利用密度。
9.金属的焰色反应
(1)产生焰色的原因:
当原子被火焰、电弧、电火花或其他方法产生的能量所激发时,能够发射出一系列具有一定波长的光谱线。
当原子核外的电子从火焰、电弧、电火花吸收一定的能量,被激发到一定能级,这样的电子就处于激发态。
激发态的电子回到基态的时候,就会放出具有一定能量、一定波长的光谱线。
由火焰激发后而发射出的光谱就是焰色光谱,由电弧激发射出的光谱就是电弧光谱,由电火花激发后而发射出的光谱就是电火花光谱。
这三种光谱的强度虽有所不同,但从任一种元素的原子发射出的光谱都有某些共同的谱线。
从焰色反应的实验里所看到的各元素的特殊焰色。
就是光谱谱线的颜色。
(2)每一种元素的光谱都有一些特征谱线。
如果在光谱中出现某一种元素的特征光谱线,就可以断定该种元素的存在。
(3)焰色反应的操作方法:
取铂丝或无锈铁丝在盐酸中洗一下,放在酒精灯上灼烧至与酒精灯火焰颜色相同,冷却后,沾取待测物(固体粉末或溶液均可),放在酒精灯上灼烧,观察火焰颜色,必要时要透过蓝色的钴玻璃(检验钾元素)。
10.金属活动性和金属性的比较
(1)金属活动性是指金属单质在水中生成水合离子倾向的大小。
这种倾向的大小,不仅与金属本身的性质有关,还与它所处的环境--水有关。
(2)金属性是指金属元素的气态原子失去电子变成阳离子倾向的大小。
这种倾向的大小与原子结构密切相关。
一般说来,金属元素原子的电子层数越多,原子半径越大,最外层电子数越少,原子变为阳离子的倾向就越大,金属性就越强。
否则,金属性就越弱。
(3)一般条件下,金属活动性强的元素,金属性越强。
但是有时金属活动性强的元素,不一定金属性也强。
例如在金属活动顺序表中,虽然钙排在钠的前面,但钙的金属性却弱于钠。
11.金属之最
(1)在生活、生产中使用最广泛的金属是铁,但一般不使用纯铁,而使用铁的合金。
如熟铁(含C在0.03%以下的铁碳合金)。
(2)地壳中含量最多的金属元素为铝,铝单质广泛应用于日常生活中。
(3)最活泼的金属为铯,因为铯原子的半径最大,最外层只有一个电子,易失去电子,金属性最强。
(4)最硬的金属单质为铬,硬度为9。
(5)熔点最高的金属单质是钨,熔点为3413℃。
(6)熔点最低的金属单质是汞,熔点为-39℃。
(7)密度最大的金属单质是锇,密度为22.57g/cm3。
(8)延性最好的金属单质是铂,展性最好的金属单质是金。
(9)金属中的杀菌冠军是银,每升水中只要有一千亿分之一二克的Ag+,就能消灭细菌。
(10)最稳定的金属是金。
2.典型的金属——钠
[考点扫描]
1.碱金属的原子结构与性质的相互关系及递变规律。
2.焰色反应及其应用。
3.钠的性质、存在、保存、取用、用途。
4.Na2O、Na2O2的性质。
5.Na2CO3、NaHCO3的性质、转化、鉴别。
6.NaOH的性质。
[知识指津]
1.碱金属元素:
碱金属元素钠的原子最外层电子数都是1个,在反应中很易失去,表现出很强的还原性;其单质都有银白色的金属光泽(铯略带金色),质软,密度小,熔点低,有强的导热、导电性能,有展性;单质的化学性质比较活泼,都能与O2等非金属、水、稀酸溶液等反应;它们最高价的氢氧化物都是强碱。
随着Li、Na、K、Rb、Cs核电荷数递增,核外电子层数增多,原子半径逐渐增大,金属性逐渐增强;单质的熔、沸点逐渐降低(与卤族、氧族单质相反),密度呈增大趋势;单质与水反应越来越剧烈,与O2反应时,Li只能生成Li2O,Na与O2反应常温时生成Na2O,燃烧时生成Na2O2,而K与O2反应,常温时生成K2O2,燃烧生成KO2(超氧化钾);它们对应的氢氧化物的碱性逐渐增强。
2.焰色反应:
多种金属或它们的化合物在燃烧时使火焰呈特殊的颜色,叫做焰色反应。
利用焰色反应,可以测定金属或金属离子的存在,焰色反应其过程是物理过程。
其操作过程可简单小结为:
洗一烧一蘸一烧。
常见金属的焰色:
钠呈黄色,钾呈紫色(透过蓝色钴玻璃)。
3.钠:
钠元素的存在形态只有化合态;钠原子最外层只有一个电子,金属性非常强;其物理性质是:
银白色金属,质软,密度比水小,熔、沸点低,是电和热的良导体;其化学性质非常活泼,常温时与O2反应,生成一层化合物(白色的Na2O),从而使表面变暗,在空气中燃烧,生成淡黄色的Na2O2,还能与卤素单质X2、硫S等非金属反应,与滴有酚酞的水反应现象可小结为:
浮、熔、游、嘶、红;钠保存于煤油中;常用电解法制备钠。
4.Na2O与Na2O2的比较
Na2O
Na2O2
颜色、状态
白色固体
淡黄色固体
属 类
碱性氧化物
过氧化物
电子式
Na+[
]2-Na+
Na+[
]2-Na+
与水反应
Na2O+H2O=2NaOH
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2
与二氧化碳反应
Na2O+CO2=Na2CO3
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
稳定性
不稳定,与O2反应2Na2O+O2=2Na2O2
相对稳定
特 性
强氧化性、漂白性
用 途
制NaOH
作漂白剂和生氧剂(用于潜水、航空)
5.Na2CO3与NaHCO3的比较
碳酸钠
碳酸氢钠
化学式
Na2CO3
NaHCO3
颜色状态
白色粉末(Na2CO3·10H2O为无色晶体)
白色细小晶体
俗 名
纯碱、苏打
小苏打
溶解性
易溶于水
溶解度较Na2CO3小
热稳定性
相对稳定(Na2CO3·10H2O易失水风化)
不稳定2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O
与酸反应
Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O
(向该盐溶液中滴加盐酸,反应分步进行)
NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O,剧烈
与碱反应
与石灰水反应,与NaOH不反应
与石灰水、NaOH均反应
制 法
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O
NH3+NaCl+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
用 途
制玻璃、肥皂、造纸、纺织、洗涤等
发酵粉、治疗胃病、泡沫灭火器
相互转变
Na2CO3
NaHCO3
6.NaOH
氢氧化钠俗名烧碱、火碱、苛性钠,白色固体,有强吸水性,易潮解,可用作干燥剂。
具有碱的通性。
密封保存于广口瓶中,用橡皮塞。
工业上用电解饱和食盐水的方法而制得。
一般将氢氧化钠与生石灰按一定比例熔合而制成碱石灰。
[范例点击]
例1 关于碱金属的下列说法中,不正确的是( )
A.它们的氧化物的水化物都是可溶性强碱
B.它们都能浮在水面上与水剧烈反应
C.它们的原子都易失一个电子成为8电子的稳定结构
D.它们熔、沸点随着核电荷数的增大而降低
解析
碱金属的氧化物对应的水化物都是可溶性强碱,A选项说法正确;只有Li、Na、K三种金属的密度小于水的密度,B选项说法不对;金属Li失去最外层一个电子,只剩2个电子,C选项说法也不对;碱金属元素单质的熔、沸点随着核电荷数的增大而降低,D选项说法正确。
答案 B、C
例2 金属钠与干燥的氢气共热,生成白色固体氢化钠(NaH)。
它是离子化合物,其中钠呈+1价,与水反应生成氢氧化钠和氢气。
试回答:
(1)写出钠与氢气反应的化学方程式,注明电子转移的方向和总数。
(2)氢化钠中的氢元素具有氧化性还是还原性?
简述理由。
(3)氢化钠与水反应的化学方程式,其中被氧化的元素与被还原的元素的质量比是多少。
解析
本题属于信息给予题,解题的关键在于NaH中氢元素是-1价。
答案
(2)NaH中氢元素具有还原性,因为它处于-1价,只能升高,而不能降低。
(3)NaH+H2O=NaOH+H2↑,被氧化的元素与被还原的元素的质量比为1:
1。
例3 有一块表面已被氧化成氧化钠的金属钠,质量为10.8g,投入到100g水中,完全反应后收集到氢气0.280试计算:
(1)未被氧化的金属钠的质量;
(2)固体中钠元素的质量分数;
(3)反应后溶液中溶质的质量分数。
解析
固体包括钠和氧化物,由H2的质量,可算出金属钠的质量,进而求得氧化钠的质量。
则整块固体中钠元素以及溶于水后生成氢氧化钠的质量均可求得。
(1)
(2)
故氧化钠中的钠的物质的量n(Na)=0.2mol
(3)
答案
(1)4.6g
(2)85.2%
(3)15.4%
例4 在甲、乙、丙、丁四个烧杯内分别放人0.1mol的Na、Na2O、Na2O2、NaOH,然后各加入100mL水,搅拌,使固体完全溶解。
则甲、乙、丙、丁溶液中溶质的质量分数大小顺序是( )
A.甲<乙<丙<丁
B.丁<甲<乙=丙
C.甲=丁<乙=丙
D.丁<甲<乙<丙
解析
Na、Na2O、Na2O2、NaOH溶于水后,溶质全部为NaOH。
且0.1molNa2O和0.1molNa2O2与水作用后,生成NaOH均为0.2mol,溶液的质量也相同,而0.1molNa和NaOH溶于水后,溶质均为0.1molNaOH,但Na与水作用后,生成H2,溶质质量稍减小,故本题答案:
B。
答案 B
例5 在下列物质的溶液中分别加入一定量的Na2O2固体,不会出现浑浊现象的是( )
A.饱和H2S溶液
B.Ca(HCO3)2溶液
C.Na2SO3稀溶液
D.饱和CaCl2溶液
解析
Na2O2与水作用后,生成NaOH和O2,与H2S作用,发生反应:
O2+2H2S=2S↓+2H2O;与Ca(HCO3)2溶液作用,发生反应:
Ca(HCO3)2+2NaOH=Na2CO3+CaCO3↓+2H2O;在CaCl2饱和溶液中,c(Ca2+)较大,产生NaOH后,由于Ca(OH)2溶解度较小,将形成Ca(OH)2沉淀。
本题答案:
C。
答案 C
例6 将70gNa2O、Na2O2的混合物与98gH2O充分反应,所得溶液中NaOH的质量分数为50%,试分别写出Na2O、Na2O2与水反应的化学方程式,并计算原混合物中过氧化钠和氧化钠各为多少克?
解析
本题属混合物的计算,列方程组解之。
设Na2O物质的量为x,Na2O2物质的量为y,由方程式:
Na2O+H2O=2NaOH,2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
x 2x y y 2y y/2
有方程组:
62g·mol-1·x+78g·mol-1·y=70g
,故m(Na2O)=31g,m(Na2O2)=39g。
答案 39g 31g
例7 18.4g由NaOH和NaHCO3组成的固体混合物,在密闭容器中加热到约250℃,经充分反应后排出气体,冷却后称得剩余固体质量为16.6g。
试计算原混合物中NaOH的质量分数。
解析
本题有两个反应可以发生,首先是:
NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O,若NaHCO3过量,多余的NaHCO3又会分解:
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O。
故判断NaHCO3是否过量成了解题的关键。
若NaOH和NaHCO3正好完全反应,生成H2O的质量为:
,故NaHCO3不足,第二个反应不会发生,减少的质量就是H2O的质量,由第一个方程式可知n(NaHCO3)=0.1mol,m(NaHCO3)=8.4g,故m(NaOH)=10g,ω(NaOH)=
×100%=54.3%。
答案 54.3%
[变式操练]
1.铯是第六周期第IA族元素。
下列说法错误的是( )
A.它是带有金属光泽的银白色金属
B.它的原子半径比钾大
C.它与水的反应比钠与水的反应更剧烈
D.它在自然界中不可能以游离态存在
答案 A
2.超氧化钾(KO2)常用于急救器中,它能吸收二氧化碳生成碳酸盐和氧气。
(1)写出超氧化钾与二氧化碳反应的化学方程式,标出电子转移的方向和总数,指出氧化剂和还原剂。
(2)若用156g钾在一定条件与O2充分反应生成KO2,用此KO2完全吸收CO2,则生成的氧气在标准状况时的体积为多少?
3.为了测定某碱金属的相对原子质量,设计装置如图。
该装置(包括水)的总质量为ag,将质量为bg(不足量)的碱金属放入水中,立即塞紧瓶塞,完全反应后再称量此装置的总质量为cg。
回答下列问题:
(1)列出计算该碱金属相对原子质量的数学表达式。
(2)如果不用CaCl2,求出的相对原子质量比实际相对原子质量偏大还是偏小?
答案
(1)
(2)偏小,原因是C值偏小(氢气含水)。
4.取5.4g碱金属R及其氧化物R2O组成的混合物,使之与足量的水反应,蒸发反应后的溶液,得到8g无水晶体。
(1)判断该金属是哪种碱金属。
(2)求混合物中R及R2O的质量。
答案
(1)Na(提示,采用极限法估算);
(2)m(Na)=2.3g,m(Na2O)=3.1g
5.2.1g相对分子质量为7.2的CO与H2组成的混合气体与足量的O2充分燃烧后,立即通入足量Na2O2固体中,固体质量增加( )
A.2.1g
B.3.6g
C.7.2g
D.无法确定
答案 A
6.39gNa2O2投入100g水中,所得溶液的溶质的质量分数为( )
A.
B.
C.
D.
答案 B
7.向紫色石蕊试液中加入过量Na2O2粉末,振荡,正确的叙述是( )
A.溶液仍为紫色
B.最后溶液变蓝色
C.最后溶液褪色
D.溶液有气泡产生
答案 CD
8.有四种钠的化合物W、X、Y、Z,能发生下列变化:
W
X+H2O+CO2↑ Z+CO2
X+O2
Z+H2O
Y+O2↑ X+Ca(OH)2
Y+CaCO3↓
试用化学式填空:
W________________,X________________,Y________________,Z________________。
答案
NaHCO3、Na2CO3、NaOH、Na2O2
9.工业生产的纯碱中常含有少量的NaCl等杂质,下图是测定产品中Na2CO3质量分数的实验装置。
实验操作步骤有:
A.在干燥管内填满碱石灰,总质量为mg;
B.取ng样品装入广口瓶中;
C.检查装置气密性;
D.缓缓鼓人空气数分钟,再称量干燥管总质量为Wg;
E.关闭止水夹;
F.打开止水夹;
G,缓缓加入稀H2SO4至不再产生气体为止;
H.缓缓鼓人空气数分钟。
(1)正确的操作顺序是(填写符号):
C→__________→F→__________→E→__________→G→__________→D。
(2)操作步骤D中,要缓缓鼓人空气数分钟,鼓人空气的作用是;装置甲的作用是________________;装置乙的作用是________________。
(3)溶液中Na2CO3质量分数的计算式为________________。
(4)若去掉装置甲,测定结果会________________;若去掉装置乙,测定结果会________________(填“偏大”,“偏小”或“无影响”)。
答案
(1)B、H、A、F
(2)使广口瓶中产生的O2气体全部排出;吸收空气中的CO2;吸CO2中的水蒸气。
(3)
(4)偏大;偏大
[配套练习]
1.在烧杯中加入水和苯(密度:
0.88g·cm-3)各50mL。
将一小粒金属钠(密度:
0.97g·cm-3)投入烧杯中。
观察到的现象可能是( )
A.钠在水层中反应并四处游动
B.钠停留在苯层中不发生反应
C.钠在苯的液面上反应并四处游动
D.钠在苯与水的界面处反应并可能作上、下跳动
[答案] D
[解析]
此题考查的面很广,首先是苯与水互不溶解,还有钠的密度处于苯和水之间,钠能与水中的氢反应而不与苯中的氢反应。
另外钠与水反应放出的氢气使钠在苯与水的界面处反应并可能作上、下跳动。
[评说]
能用与钠相关的物理性质或化学性质解释典型的实验现象是高考中由知识向能力转化的具体体现。
2.为了证明钠的熔点低于100℃,甲、乙两同学探索用实验方法证明。
甲同学设计的方案为:
用镊子取一小块金属钠,用滤纸吸千煤油后,将钠放入一盛有水的烧杯中,反应过程中钠熔化成闪亮的小球,而此时水未沸腾,由此证明钠的熔点低于100℃。
乙同学设计的方案为:
用镊子取一小块金属钠,用滤纸吸干煤油后,放到小试管中,塞上橡皮塞,把试管浸入沸水中一段时间,若发现固体熔融,即证明钠的熔点低于100℃。
你认为他们的方案合理吗?
为什么?
[答案]
乙同学的方案正确,甲同学的方案不正确。
[解析]
本题是对钠与水反应及钠在空气中加热时的现象进行推理,联系了钠的物理性质、化学性质和实验现象。
钠与水反应时,反应放出的热量使钠熔化,熔化的液体钠的温度比水的温度高得多,接触到液体钠的水也会气化,因此,这只能说明钠熔点不高,不能说明
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