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常见金属及其化合物

一、钠及其化合物

(一)钠Na

1、单质钠的物理性质:

钠质软、银白色、熔点低、密度比水的小但比煤油的大。

2、单质钠的化学性质:

①钠与O2反应

常温下:

4Na+O2=2Na2O(新切开的钠放在空气中容易变暗)

加热时:

2Na+O2==Na2O2(钠先熔化后燃烧,发出黄色火焰,生成淡黄色固体Na2O2。

钠在空气中的变化过程:

Na―→Na2O―→NaOH―→Na2CO3·10H2O(结晶)―→Na2CO3(风化),最终得到是一种白色粉末。

一小块钠置露在空气中的现象:

银白色的钠很快变暗(生成Na2O),跟着变成白色固体(NaOH),然后在固体表面出现小液滴(NaOH易潮解),最终变成白色粉未(最终产物是Na2CO3)。

②钠与H2O反应

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑离子方程式:

2Na++2H2O=2Na++2OH-+H2↑(注意配平)

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。

“浮——钠密度比水小;游——生成氢气;响——反应剧烈;熔——钠熔点低;红——生成的NaOH遇酚酞变红”。

③钠与盐溶液反应

如钠与CuSO4溶液反应,应该先是钠与H2O反应生成NaOH与H2,再和CuSO4溶液反应,有关化学方程式:

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4

总的方程式:

2Na+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑

实验现象:

钠熔成小球,在液面上四处游动,有蓝色沉淀生成,有气泡放出

K、Ca、Na三种单质与盐溶液反应时,先与水反应生成相应的碱,碱再和盐溶液反应

④钠与酸反应:

2Na+2HCl=2NaCl+H2↑(反应剧烈)离子方程式:

2Na+2H+=2Na++H2↑

3、钠的存在:

以化合态存在。

4、钠的保存:

保存在煤油或石蜡中。

5、工业制钠:

电解熔融的NaCl:

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

6、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。

(二)氧化钠和过氧化钠

白色固体,是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性:

1、Na2O:

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,易与水和二氧化碳反应。

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。

(3)钠盐:

Na2CO3与NaHCO3的性质比较

Na2CO3

NaHCO3

俗称

纯碱、苏打

小苏打

水溶性比较

Na2CO3>NaHCO3

溶液酸碱性

碱性

碱性

与酸反应剧烈程度

较慢(二步反应)

较快(一步反应)

与酸反应

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

CO32-+2H+=CO2↑+H2O

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

HCO3-+H+=H2O+CO2↑

热稳定性

加热不分解

加热分解

2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑

与CO2反应

Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

不反应

与NaOH溶液反应

不反应(不能发生离子交换)

NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

HCO3-+OH-=H2O+CO32-

与Ca(OH)2溶液反应

Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH

Ca2++CO32-=CaCO3↓

也能反应生成CaCO3沉淀

与CaCl2、溶液反应

有CaCO3沉淀

不反应

用途

洗涤剂,玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业

发酵粉、灭火剂、治疗胃酸过多(有胃溃疡时不能用)

相互转化

Na2CO3溶液能吸收CO2转化为NaHCO3

Na2CO3+H2O+CO2==2NaHCO3

NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

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

3、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。

(四)氢氧化钠NaOH:

俗称烧碱、火碱、苛性钠,易潮解,有强腐蚀性,具有碱的通性。

三、铝及其化合物

(一)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。

(2Al+6H+=2Al3++3H2↑)

③与强碱溶液反应:

2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑(2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+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:

铝与某些金属氧化物的反应(如V、Cr、Mn、Fe的氧化物)叫做铝热反应

2Al+Fe2O3

Al2O3+2Fe。

Al和Fe2O3的混合物叫做铝热剂。

利用铝热反应焊接钢轨。

(二)氧化铝(Al2O3)

白色固体,熔沸点高,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。

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↑。

(三)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。

加热易分解。

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

(四)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↑。

(五)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。

(六)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↓。

⑥铝三角:

 

 

四、铁、铜及其化合物

(一)铁Fe

1、单质铁的物理性质:

铁片是银白色的,铁粉呈黑色,纯铁不易生锈,但生铁(含碳杂质的铁)在潮湿的空气中易生锈。

(原因:

形成了铁碳原电池。

铁锈的主要成分是Fe2O3)。

2、单质铁的化学性质:

①与非金属单质反应:

3Fe+2O2Fe3O4(现象:

剧烈燃烧,火星四射,生成黑色的固体)

2Fe+3Cl22FeCl3,

Fe+SFeS。

②与非氧化性酸反应:

Fe+2HCl=FeCl2+H2↑(Fe+2H+=Fe2++H2↑)

常温下铝、铁遇浓硫酸或浓硝酸钝化。

加热能反应但无氢气放出。

③与盐溶液反应:

Fe+CuSO4=FeSO4+Cu(Fe+Cu2+=Fe2++Cu);Fe+2FeCl3==3FeCl2

④与水蒸气反应:

3Fe+4H2O(g)

Fe3O4+4H2↑

(二)铁的氢氧化物

Fe(OH)2

Fe(OH)3

主要性质

白色难溶于水的沉淀,不稳定,易被氧化成氢氧化铁,颜色变化为:

白色-灰绿色-红褐色。

反应式:

4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3。

Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O

红褐色难溶于水的沉淀,受热易分解。

2Fe(OH)3

Fe2O3+3H2O,能溶于强酸溶液,生成相应的盐。

Fe(OH)3+3H+=2Fe3++3H2O

(三)Fe2+、Fe3+的检验

离子

Fe2+

Fe3+

①滴加KSCN溶液,无明显变化,再加氯水,溶液变血红色;

②直接观察溶液是浅绿色;

③滴加氢氧化钠溶液,出现沉淀的颜色变化是:

白色-灰绿色-红褐色。

①直接观察溶液是黄色;

②滴加氢氧化钠溶液,出现红褐色沉淀;③滴加KSCN溶液,有血红色溶液出现。

(四)铁三角

Fe与弱氧化剂反应,如H+、Cu2+、I2、S等;

 

用还原剂如H2、CO等还原FeO或用Mg、Zn、Al等还原Fe2+盐溶液。

铁与强氧化剂反应如Cl2、Br2、浓H2SO4、浓HNO3等。

用还原剂如H2、CO等还原Fe2O3或用足量Mg、Zn、Al等还原

Fe2+遇强氧化剂的反应如Cl2、Br2、O2、浓H2SO4、浓HNO3、H2O2、Na2O2、HClO等。

Fe3+遇某些还原剂的反应如Fe、Cu、SO2、I-、H2S等以及少量的Zn、Mg、Al等。

(五)铁的冶炼

原料:

铁矿石(提供铁元素)、焦炭(提供热量和还原剂)、空气(提供氧气)、石灰石(除去铁矿石中的二氧化硅杂质)。

设备:

高炉。

主要反应:

C+O2CO2,,C+CO22CO(这两个反应是制造还原剂并提供热量),

3CO+Fe2O32Fe+3CO2,CaCO3CaO+CO2↑,CaO+SiO2CaSiO3.

(六)铜的性质:

铜是紫红色的金属,是电和热的良导体,广泛用作导线,重金属。

铜是较不活泼的金属,自然界中有少量的单质铜存在,大部分是化合态如黄铜矿(CuFeS2),孔雀石CuCO3·Cu(OH)2)等。

铜在一定条件下可发生如下反应:

①2Cu+O22CuO(黑色),Cu+Cl2CuCl2(有棕黄色的烟),2Cu+SCu2S(黑色)

②Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O

③Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

④Cu+2FeCl3==2FeCl2+CuCl2,Cu+2AgNO3==Ag+Cu(NO3)2

(七)铜的冶炼:

工业上是高温冶炼黄铜矿得到粗铜,然后用电解方法精练得到纯度很高的精铜。

(八)焰色反应

1、定义:

金属或它们的化合物在灼烧时使火焰呈现特殊颜色的性质。

2、操作步骤:

铂丝(或铁丝)用盐酸浸洗后灼烧至无色,沾取试样(单质、化合物、气、液、固均可)在火焰上灼烧,观察颜色。

3、重要元素的焰色:

钠元素黄色、钾元素紫色(透过蓝色的钴玻璃观察,以排除钠的焰色的干扰)

焰色反应属物理变化。

与元素存在状态(单质、化合物)、物质的聚集状态(气、液、固)等无关,只有少数金属元素有焰色反应。

(九)合金

1、合金的概念:

由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

2、合金的特性:

合金与各成分金属相比,具有许多优良的物理、化学或机械的性能。

①合金的硬度一般比它的各成分金属的大

②合金的熔点一般比它的各成分金属的低

 

例1下列各组物质中,X是主体物质,Y是少量杂质,Z是要除去杂质而加入的试剂,其中正确的组别是(     )

Z

A.

FeCl2溶液   

FeCl3 

KSCN溶液

B.

Fe粉

A1粉 

NaOH溶液

C.

Fe2(SO4)3溶液 

FeS04

C12

D.

FeCl2溶液 

CuCl2

Fe粉

例2用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。

 

方法一:

用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。

 

(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入稀H2SO4和______。

 

(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用____________的方法。

 (3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下再挤出NaOH溶液。

这样操作的理由是_______________________________。

 方法二:

在如图所示装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。

(1)在试管工里加入的试剂是_______________。

(2) 在试管Ⅱ里加入的试剂是_______________。

(3) 为了制得白色Fe(OH)2沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验步骤是_________________________________。

(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,其理由是________________________________________________________________。

例3某化学兴趣小组用含有铝、铁、铜的合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体和胆矾晶体,以探索工业废料的再利用。

其实验方案如下:

试回答下列问题:

⑴过滤操作用的器材已有:

滤纸、铁架台、铁圈和烧杯,还要补充的玻璃仪器是

(2)由滤液A制得AlCl3溶液有途径Ⅰ和Ⅱ两条,你认为合理的是,理由是

(3)从滤液E中得到绿矾晶体的实验操作是。

(4)写出用滤渣F制备胆矾晶体的有关化学方程式

(5)有同学提出可将方案中最初溶解合金的烧碱改用盐酸,重新设计方案,也能制得三种物质,你认为后者的方案是否更合理,理由是

例4、氧化铜有多种用途,如用作玻璃着色剂、油类脱硫剂等。

为获得纯净的氧化铜以探究其性质,某同学用工业硫酸铜(含硫酸亚铁等杂质)进行如下实验:

I

⑴制备氧化铜

工业CuSO4CuSO4溶液CuSO4·5H2O  …… CuO

①步骤I的目的是除不溶性杂质。

操作是。

②步骤Ⅱ的目的是。

操作是:

滴加H2O2溶液,稍加热;当Fe2+完全转化为Fe3+后,慢慢加入Cu2(OH)2CO3粉末,搅拌,以控制溶液pH=3.5,使得Fe3+全转变为Fe(OH)3沉淀;加热煮沸一段时间,过滤,用稀硫酸酸化滤液至pH=1。

③步骤Ⅲ的目的是得到CuSO4·5H2O晶体。

操作是,过滤,水浴加热烘干。

水浴加热的特点是受热均匀,温度易于控制在1000C以下。

⑵探究氧化铜的性质

取A、B两支试管,往A中先加入适量CuO粉末,再分别向A和B中加入等体积的3%H2O2溶液,只观察到A中有大量气泡。

结论是。

.

巩固练习

1.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。

2.保存金属钠时,应放在(  )

A、水中  B、煤油中  C、棕色瓶中  D、酒精中

3.以下说法错误的是(  )

A、钠在常温下就容易被氧化

B、钠受热后能够着火燃烧

C、钠在空气中缓慢氧化能自燃

D、钠在氧气中燃烧更为激烈

4.关于Na2O与Na2O2的叙述正确的是(  )

A、都是白色的固体B、都是碱性氧化物C、都能和水反应形成强碱溶液D、都是强氧化剂

5.当钠着火时,应选用灭火的是(  )

A、煤油  B、水  C、沙土  D、泡沫灭火器

提高练习

6.下列物质放置在空气中,因发生氧化还原反应而变质的是(  )

A、NaB、NaClC、NaOHD、Na2O2

7.2.3g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

8.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

9.取一小块钠放在玻璃燃烧匙里加热,下列实验现象正确的是(  )

①金属先熔化②在空气中燃烧火焰呈黄色③燃烧时火星四射④燃烧后生成淡黄色固体⑤燃烧后生成白色固体

A、①②③B、①②④C、①②⑤D、①③⑤

10.下列叙述正确的是( )

①Na2O与Na2O2都能和水反应生成碱,它们都是碱性氧化物

②Na2O与CO2发生化合反应生成Na2CO3,Na2O2与CO2发生置换反应生成O2

③Na2O主要有氧化剂,Na2O2主要有还原剂

④Na2O2可作供氧剂,而Na2O不行

⑤Na2O2是强氧化剂,Na2O是一种碱性氧化物

A、都正确   B、②③④⑤  C、②③⑤  D、④⑤

 

课后练习

1、现有几种物质①Al②Al2O3③Al(OH)3④NaHCO3⑤NH4HCO3,其中既能跟盐酸反应,又能跟NaOH反应,而且均有气体放出的是()

A、①②③B、①④⑤C、①⑤D、④⑤

2、下面有关Na2CO3与NaHCO3的叙述错误的是()

A、Na2CO3遇少量酸可转化为NaHCO3

B、在水中的溶解度Na2CO3比NaHCO3大

C、与同浓度的硫酸反应时,Na2CO3比NaHCO3剧烈

D、NaHCO3能与NaOH反应,而Na2CO3不能

3、为了检验某FeCl2溶液是否变质,可向溶液中加入()

A、NaOH溶液B、铁片C、KSCN溶液D、石蕊溶液

4、下列关于铝的叙述中正确的是()

A、铝的化学性质很活泼,在空气中极易锈蚀

B、铝对稀硫酸有耐腐蚀性质

C、铝在高温下还原性很强,可以用铝冶炼高熔点金属

D、铝的导电性比铜、银更强,所以常用以制造电线、电缆

5、下列反应,其产物的颜色按红色、红褐色、淡黄色、蓝色顺序排列的是()

①金属钠在纯氧中燃烧;②FeSO4溶液滴入NaOH溶液并在空气中放置一段时间;

③FeCl3溶液滴入KSCN溶液;④无水硫酸铜放入医用酒精中。

A、②③①④B、③②①④C、③①②④D、①②③④

6、下列物质中,可用于治疗胃酸过多的是()

A、碳酸钠B、氢氧化铝C、氧化钙D、碳酸钙

7、将适量的铁粉加入FeCl3溶液中,完全反应后,溶液中的Fe3+和Fe2+的物质的量浓度相等,则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比()

A、3︰2B、1︰2C、2︰1D、2︰3

8、往浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀盐酸,溶液的颜色变化应该是()

A、颜色变浅B、逐渐加深C、没有改变D、变棕黄色

9、在允许加热的条件下,只用一种试剂就可以鉴别硫酸铵、氯化钾、氯化镁、硫酸铝和硫酸铁溶液,这种试剂是()

A、NaOHB、NH3·H2OC、AgNO3D、BaCl2

10、把少量CO2分别通入到浓度相同的①Ba(NO3)2溶液;②Ba(OH)2溶液;③溶有氨的BaCl2溶液中。

预计能观察到白色沉淀的溶液是()

A、②和③B、只有②C、①和②D、只有③

11、欲除去小苏打溶液中少量的Na2CO3杂质,最易选用加入的物质是()

A、干冰B、盐酸C、碳酸氢钙D、氢氧化钙

12、a、b、c、d、e分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五种金属中的一种,已知:

①a、e均能与稀硫酸反应放出气体;②b与d的硝酸盐溶液反应能置换出单质d;

③c与强碱溶液反应能放出气体;④e的离子在溶液中有两种化合价

由此判断a、b、c、d、e分别是()

A、Fe、Cu、Al、Ag、MgB、Al、Cu、Mg、Ag、Fe

C、Mg、Cu、Al、Ag、FeD、Mg、Ag

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