钠镁铝的性质.docx
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钠镁铝的性质
【本讲教育信息】
一.教学容:
钠、镁、铝的性质
二.教学目标:
认识钠是一种很活泼的金属,了解钠及其化合物的物理性质,掌握钠及其化合物的化学性质;
了解镁和铝的物理性质、化学性质和主要用途;了解镁及铝的化合物的性质及用途;
运用氢氧化铝的两性能解决有关计算和图象问题。
三.教学重点、难点:
钠及其化合物的性质;铝及其化合物的两性
四.教学过程:
〔一〕钠及其化合物:
1、钠的性质:
金属钠很软,用刀切开可以看到它具有银白色的金属光泽,是热和电的良导体;它的密度为0.97g/cm3,比水的密度小比煤油的密度大;熔点〔97.8℃〕、沸点〔882.9℃〕都较低。
钠元素位于元素周期表中第三周期ⅠA族;钠原子最外电子层上只有1个电子,在化学反响中很容易失去电子。
因此,钠的化学性质很活泼,具有强的复原性。
钠的化学性质很活泼,能与许多非金属单质直接化合:
如与S、O2、Cl2等反响:
2Na+S=Na2S;4Na+O2=2Na2O;2Na+O2
Na2O2;2Na+Cl2=2NaCl;
钠还能与酸及水反响放出H2:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,反响比拟剧烈;
工业上利用钠作复原剂把钛、锆、铌、钽等金属从它们的熔融卤化物中复原出来,但不能有水参与,否那么就是与水反响;
钠还可以和某些有机物反响:
如钠与含有-OH官能团的有机物:
醇、酚和羧酸等物质反响:
2、钠的氧化物:
过氧化钠与氧化钠的比拟:
物质
普通氧化物Na2O
过氧化物Na2O2
形成条件
钠露置于空气中
钠在空气中燃烧
色态
白色固体
淡黄色固体
电子式
构造
存在O2-离子
存在O22-离子〔过氧离子〕
属类
碱性氧化物
盐〔不属于碱性氧化物〕过氧化物
稳定性
不稳定
稳定
性质
与水的反响
Na2O+H2O=2NaOH
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
与H+反响
Na2O+2H+=2Na++H2O
2Na2O2+4H+=4Na++2H2O+O2↑
与CO2反响
生成相应的碳酸盐
生成碳酸钠和氧气
氧化性、漂白性
无
有强氧化性和漂白性
用途
呼吸面具、潜水艇中的氧气来源,用作强氧化剂,具有漂白性
3、氢氧化钠〔NaOH〕俗称火碱、烧碱、苛性钠,主要物理性质:
白色固体,易吸收空气中的水而潮解,易溶解于水,并且放出大量的热,水溶液有涩味,有强碱性。
主要化学性质:
一元强碱,具有碱的通性。
如:
NaOH与酸、酸性氧化物、两性物质、某些盐反响,还可以提供碱性环境发生无机和有机反响,如卤代烃的水解和消去反响,酯类的水解,油脂的皂化反响等。
4、碳酸钠和碳酸氢钠的比拟:
名称
碳酸钠
碳酸氢钠
化学式
Na2CO3
NaHCO3
俗名
纯碱或打
小打
水溶液酸碱性
碱性
碱性
水溶性
易溶于水,溶解度大于NaHCO3
可溶于水,溶解度小于Na2CO3
鉴别方法
加CaCl2溶液,产生白色沉淀
先加CaCl2溶液,无沉淀产生,再加酸,产生无色无味的气体
与盐酸反响的速率和方程式
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
逐滴参加时,那么开场无气泡,后有气体逸出
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
反响剧烈,迅速产生气体
热稳定性
稳定,受热不分解
不稳定,受热易分解
相互转化
加热时2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑,溶液中Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3
说明:
1、钠的性质很活泼,能与空气中的氧气和水反响,因此少量钠必须保存在煤油中,而大量钠,那么必须保存在密闭容器中;
2、钠与氧气反响时,条件不同产物不一样。
露置于空气中生成Na2O,而在空气中燃烧时,那么生成Na2O2;
3、Na2O2具有强氧化性和漂白性,其漂泊原理与新制氯水的漂白原理相似,都是利用强氧化性使有色物质被氧化而褪色;
4、钠与水、酸、盐溶液反响,实质上是钠原子与水或酸电离出的H+的反响,所以H+浓度不同,反响的剧烈程度不同。
金属活动顺序表中氢后面的金属阳离子的氧化性强于H+,但其反响速率远小于钠与H+的反响速率,故钠投入盐溶液中首先是与水反响,然后再分析NaOH是否与盐发生复分解反响。
如果是铝盐溶液还要考虑钠与铝的量的问题,因过量的NaOH能溶解Al〔OH〕3。
5、钠的用途:
工业上用钠作强复原剂来冶炼金属;钠-钾合金〔液态〕用作原子反响堆的导热剂;在电光源上,用钠制造高压钠灯。
6、Na2O2具有强氧化性,它不仅能与H2O、CO2反响,还能与几乎所有的常见气态非金属氧化物反响,在与高价非金属氧化物反响时,过氧化钠既作氧化剂又是复原剂,产物一般为高价含氧酸盐和O2;在与低价的氧化物反响时,一般反响生成高价含氧酸盐。
7、盛NaOH的试剂瓶需用橡皮塞,不能用玻璃塞,因为玻璃可与碱溶液反响,从而使瓶口和瓶塞粘在一起,不易翻开;NaOH的碱性很强,贮存时假设未密闭,表层易变质生成碳酸钠;称量NaOH要放在烧杯里,动作要迅速,不能放在量筒、量杯、纸上称量;不慎将浓NaOH沾在皮肤上,应先用大量水冲洗,然后再涂上硼酸稀溶液;在实验室里常用NaOH溶液吸收Cl2,在工业上常用NaOH溶液吸收NO和NO2的尾气,以消除污染;实验室制取少量的NaOH溶液可在饱和碳酸钠溶液中撒入石灰粉末、加热、过滤。
8、往Na2CO3溶液中逐滴滴加盐酸,先无气体放出,后有气体产生,反响方程式为:
Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl、NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
往NaHCO3溶液中逐滴滴加盐酸,迅速产生气体,方程式为:
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
因此,利用两者的这一性质,可采用互滴的方法来鉴别Na2CO3和NaHCO3;
9、碳酸氢钠和碳酸钠的制法:
A、制取NaHCO3的方法
①减压低温蒸干NaHCO3溶液。
NaHCO3遇热易分解,其水溶液加热更易分解,所以不可能采用常压下蒸发溶剂的方法制得NaHCO3晶体。
②往饱和Na2CO3溶液入CO2,过滤得到晶体。
Na2CO3+C02+H2O=2NaHCO3
B、制取NaCO3的方法
往饱和食盐水中依次通入足量的NH3、CO2〔氨碱法〕,利用NaHCO3的溶解性小于NH4HCO3的溶解性原理,使NaHCO3从溶液中析出〔依次通入CO2、NH3至饱和行吗?
〕:
NH3+H2O+CO2=NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑〔制纯碱的工业方法〕
[例1]某枯燥粉末可能由Na2O、Na2O2、Na2CO3、NaHCO3、NaCl中的一种或几种组成。
将该粉末与足量的盐酸反响有气体X逸出,X通过足量的NaOH溶液后体积缩小〔同温、同压下测定〕。
假设将原来混合粉末在空气中用酒精灯加热,也有气体放出,且剩余固体的质量大于原混合粉末的质量。
以下判断正确的选项是:
A.粉末中一定有Na2O、Na2O2、NaHCO3
B.粉末中一定不含有Na2CO3和NaCl
C.粉末中一定不含有Na2O和NaCl
D.无法肯定粉末里是否含有Na2CO3和NaCl
解析:
与盐酸反响产生气体的物质可能为Na2O2〔生成O2〕、Na2CO3和NaHCO3〔生成CO2〕,气体X通过NaOH溶液后体积缩小〔而不是气体全部消失〕,说明X由O2和CO2组成,原粉末中Na2O2、Na2CO3和NaHCO3至少有一种一定存在。
将原混合粉末加热,有气体放出,说明混合物中一定有NaHCO3,但NaHCO3受热分解会使混合粉末质量减少,而实际剩余固体的质量却增加了,原因只能是发生了反响:
2Na2O+O2=2Na2O2。
综上分析,混合物中一定有Na2O、Na2O2、NaHCO3,无法确定混合物中是否有Na2CO3和NaCl。
故答案为A、D。
答案:
AD
[例2]在一定条件下,将钠与氧气反响的生成物1.5g溶于水,所得溶液恰好能被80mL浓度为0.50mol/L的HCl溶液中和,那么该生成物的成分是:
A.Na2O B.Na2O2
C.Na2O和Na2O2 D.Na2O2和NaO2
解析:
HCl为0.04mol。
钠的氧化物假设为Na2O,应为0.02mol×62g·mol-1=1.24g;假设为Na2O2,应为0.02mol×78g·mol-1=1.56g。
因1.5g介于1.24~1.56之间,应为二者的混合物
答案:
C
[例3]纯碱是一种重要的化工原料。
目前制碱工业主要有“氨碱法〞和“联合制碱法〞两种工艺。
请按要求答复以下问题:
〔1〕“氨碱法〞产生大量CaCl2废弃物,请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式:
________;
〔2〕写出“联合制碱法〞有关反响的化学方程式:
____________________________;______________________________________。
〔3〕CO2是制碱工业的重要原料,“联合制碱法〞与“氨碱法〞中CO2的来源有何不同?
____________________________________________________________________________;
〔4〕绿色化学的重要原那么之一是提高反响的原子利用率。
根据“联合制碱法〞的总反响,列出计算原子利用率的表达式:
原子利用率〔%〕=________________________________________。
解析:
〔1〕“氨碱法〞中产生的NH4Cl与Ca〔OH〕2作用生成CaCl2:
2NH4Cl+Ca〔OH〕2
2NH3↑+CaCl2+2H2O。
〔2〕“联合制碱法〞又称“侯氏制碱法〞是向饱和食盐水入过量的NH3气体,再向其入过量的CO2,发生反响的方程式为:
NH3+CO2+H2O+NaCl〔饱和〕=NaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O;
〔3〕“氨碱法〞的CO2来源于石灰石煅烧,“联合制碱法〞的CO2来源于合成氨工业的废气。
〔4〕由于“联合制碱法〞总反响可看作是:
2NH3+2NaCl+CO2+H2O=Na2CO3+2NH4Cl,所以:
原子利用率〔%〕=
×100%=
×100%;
答案:
〔1〕2NH4Cl+Ca〔OH〕2
2NH3↑+CaCl2+2H2O。
〔2〕NH3+CO2+H2O+NaCl〔饱和〕=NaHCO3↓+NH4Cl;
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O;
〔3〕“氨碱法〞的CO2来源于石灰石煅烧,“联合制碱法〞的CO2来源于合成氨工业的废气。
〔4〕原子利用率〔%〕=
×100%;
[例4]以下图中A至F是化合物,G是单质。
写出A、B、E、F的化学式:
A:
____________;B____________;E____________;F____________。
解析:
试题中包含着多条信息,假设是一条、一条地单独分析,似乎找不到明显的突破口,这里要求解题者先弄清每条信息的含义,再综合起来,就可确定推断的围。
在此根底上进展验证。
从题示条件可得出以下结论:
〔1〕固体A可分解为三种物质,可能是多元弱酸盐之类的物质;
〔2〕A的分解产物C、D都可跟化合物E反响产生单质G,像是过氧化物跟水、二氧化碳等之间的反响;
〔3〕A和B可互相转化,可能是某种多元酸、多元酸盐之间的关系。
综合起来,可推测A是碳酸氢钠、碳酸氢钾等,E是过氧化钠、过氧化钾等。
代入题给反响进展验证很吻合。
所以答案可确定为:
A为NaHCO3,B为Na2CO3,E为Na2O2,F为NaOH;也可能是KHCO3,K2CO3,K2O2,KOH。
答案:
A为NaHCO3,B为Na2CO3,E为Na2O2,F为NaOH;也可能是KHCO3,K2CO3,K2O2,KOH。
[例5]在隔绝空气的条件下,某同学将一块局部被氧化的钠块用一已除去氧化膜、并用针刺一些小孔的铝箔包好,然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器。
待钠块反响完全后,在容器中仅收集到1.12L氢气〔标准状况〕,此时测得铝箔质量比反响前减少了0.27g,水槽和容器溶液的总体积为2.0L,溶液中NaOH的浓度为0.050mol·L-1〔忽略溶液中离子的水解和溶解的氢气的量〕。
〔1〕写出该实验中发生反响的化学方程式。
〔2〕试通过计算确定该钠块中钠元素的质量分数。
解析:
〔1〕Na2O+H2O=2NaOH,2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。
〔2〕n〔NaOH余〕=2.0L×0.05mol·L-1=0.1mol,
n〔H2〕=
=0.05mol,n〔Al〕=
=0.01mol=n〔NaAlO2〕,
由电子守恒知:
n〔Na〕+3n〔Al〕=2n〔H2〕,即:
n〔Na〕+3×0.01mol=2×0.05mol,得:
n〔Na〕=0.07mol。
由钠守恒知:
n〔NaAlO2〕+n〔NaOH〕=n〔Na〕+2n〔Na2O〕,即:
0.01mol+0.1mol=0.07mol+2n〔Na2O〕,
得:
n〔Na2O〕=0.02mol。
w〔Na〕=
≈89%。
答案:
〔1〕Na2O+H2O=2NaOH,2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
〔2〕89%
〔二〕镁、铝及其化合物的性质:
1、镁和铝的性质:
镁和铝都属于密度小,熔点较低,硬度较小的银白色金属,但它们的熔沸点都比同周期的钠的熔沸点高,硬度大,其中铝的熔沸点比镁和钠都大。
镁和铝元素原子的最外层电子数分别为2和3,都容易失去电子,在化学反响中显复原性。
〔1〕跟O2及其它非金属反响:
常温下,在空气中都因生成氧化膜,具有抗腐蚀能力.
2Mg+O2
2MgO3Mg+N2
Mg3N2Mg+Br2
MgBr2
2Al+3S
Al2S34Al+3O2
2Al2O3
〔2〕跟某些氧化物:
2Mg+CO2
2MgO+C;2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3〔铝热反响〕
〔3〕跟水反响
Mg+2H2O
Mg〔OH〕2+H2↑〔冷水慢,沸水快〕
铝与水一般不反响,只有氧化膜被破坏后才可能缓慢发生反响。
〔4〕跟酸的反响:
Mg+2H+=Mg2++H2↑〔比铝与酸反响快〕
2Al+6H+=2Al3++3H2↑〔常温下,在浓H2SO4、浓HNO3中钝化〕
〔5〕跟碱反响
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
2、镁和铝的化合物:
氧化镁和氧化铝
MgO
Al2O3
物理性质
白色粉末、熔点高
白色固体、熔点高
类别
碱性氧化物
两性氧化物
跟水的反响
MgO+H2O=Mg〔OH〕2↓〔缓慢〕
不反响
跟酸反响
MgO+2H+=Mg2++H2O
Al2O3+6H+=2Al3++3H2O
跟碱反响
不反响
Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
用途
耐火材料
冶炼铝,耐火材料
氢氧化镁和氢氧化铝
Mg〔OH〕2
Al〔OH〕3
物理性质
白色粉末难溶于水
白色固体,难溶于水
类别
弱碱
两性氢氧化物
跟酸反响
Mg〔OH〕2+2H+=Mg2++2H2O
〔可溶于NH4Cl等强酸弱碱盐〕
Al〔OH〕3+3H+=Al3++3H2O
跟碱反响
不反响
Al〔OH〕3+OH-=AlO2-+2H2O
受热分解
Mg〔OH〕2
MgO+H2O
2Al〔OH〕3
Al2O3+3H2O
实验室制法
可溶性镁盐加NaOH溶液
Mg2++2OH-=Mg〔OH〕2↓
可溶性铝盐加氨水
Al3++3NH3·H2O=Al〔OH〕3↓+3NH+4
说明:
1、铝与强碱溶液反响的实质
反响过程:
2Al+6H2O=2Al〔OH〕3↓+3H2↑;2Al〔OH〕3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O
总反响式:
2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑
Al与水很难反响,且生成的Al〔OH〕3附在Al的外表,阻止了Al继续反响,但强碱NaOH能溶解Al〔OH〕3,故可促使Al与强碱溶液反响,而弱碱如氨水,不溶解Al〔OH〕3,故Al在弱碱溶液中不反响。
2、Al〔OH〕3的两性:
Al〔OH〕3在溶液中同时发生酸式电离和碱式电离.
Al〔OH〕3=H3AlO3
HAlO2+H2O
Al3++3OH- AlO2-+H+
假设向此溶液中参加酸,因H+与OH-结合生成水,反响向碱式电离方向进展,此时Al〔OH〕3是碱性;假设参加碱,因OH-与H+结合生成水,故向酸式电离方向进展,这时Al〔OH〕3显酸性。
3、铝盐溶液与强碱溶液的反响:
〔1〕向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液
①现象:
白色沉淀
沉淀增加
减少
消失
②有关反响:
Al3++3OH-=Al〔OH〕3↓;Al〔OH〕3+OH-=AlO2-+2H2O
〔2〕向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液
①现象:
沉淀
立刻消失,沉淀
沉淀增加
沉淀量不变
②有关反响:
Al3++4OH-=AlO2-+2H2O;Al3++3AlO2-+6H2O=4Al〔OH〕3↓
4、铝热反响:
铝和金属氧化物所形成的混合物称为铝热剂,在引燃剂〔KClO3与镁条或KClO3、蔗糖和浓硫酸存在时〕发生氧化复原反响,冶炼高熔点金属。
如冶炼金属:
铁、钨、铜等,也可用来焊接钢轨;
5、MgCl2、AlCl3都属于强酸弱碱盐,其水溶液均水解显酸性,因此欲制得无水物,均必须在HCl气流中蒸发结晶。
否那么,均水解得到相应的氢氧化物,加热后分解得到相应的氢化物;
6、金属镁的冶炼可电解熔融的制取:
MgCl2=Mg+Cl2;而固体AlCl3属于分子晶体,熔融状态不能导电,因此金属铝的冶炼,只能通过电解熔融Al2O3的方法制取:
2Al2O3=4Al+3O2↑,但由于Al2O3的熔点很高,为了使其在较低的温度下熔化,可参加冰晶石〔Na3AlF6〕
[例1]由海水制备无水氯化镁,主要有以下步骤:
①在一定条件下脱水枯燥;②加熟石灰;③加盐酸;④过滤;⑤浓缩结晶。
其先后顺序正确的选项是:
A、②④⑤③① B、③②④①⑤ C、③④②⑤① D、②④③⑤①
解析:
海水中存在着丰富的镁,均以Mg2+的形式存在,可以用碱将Mg2+沉淀析出,
Mg2++2OH-=Mg〔OH〕2↓过滤后,用盐酸溶解产生的Mg〔OH〕2,并在HCl气流中蒸发结晶,就可以得到无水氯化镁,故此题的答案为②④③⑤①
答案:
D
[例2]两个烧杯参加同体积的浓度为2mol/L的H2SO4,置于天平两端,调平天平后分别参加10.8g的A1和Mg,那么反响完毕后,天平:
A、可能加Mg一端下倾 B、可能加Al一端下倾
C、可能仍保持天平平衡 D、无法判断
解析:
此题未说明稀H2SO4的体积,分以下三种情况讨论:
〔1〕参加稀H2SO4过量,Al、Mg都已反响完毕,按化学反响方程式计算,参加Al、Mg每端增加的重量:
2Al+3H2SO4=A12〔SO4〕3+3H2↑ △w
54g 6g 48g
10.8g m〔A1〕 m〔A1〕=9.6g
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑ △w
24g 2g 22g
10.8g m〔Mg〕 m〔Mg〕=9.9g
那么参加Mg一端增加质量多,往下倾。
〔2〕参加稀H2SO4对Al和Mg都缺乏,两金属都有剩余。
因加稀H2SO4物质的量一定,那么产生的H2的量也一样,故天平保持平衡。
〔3〕假设参加H2SO4的量能使Mg完全反响,反响放出H2后,溶液增重9.9g,使Mg不能完全反响,Al有余,参加Al的一端增加质量小于9.6g,故天平向参加Mg的一端下倾。
答案:
A、C。
[例3]向100mL2mol·L-1的AlCl3溶液中,逐滴参加NaOH溶液100mL时产生沉淀为7.8g,那么参加NaOH溶液的物质的量浓度是:
A、1mol·L-1 B、1.5mol·L-1C、3mol·L-1 D、7mol·L-1
解析:
7.8gAl〔OH〕3的物质的量为0.1mol。
AlCl3逐滴参加NaOH溶液有关反响为:
Al3++3OH一=Al〔OH〕3↓A1〔OH〕3+OH一=A1O2-+2H2O
〔1〕NaOH缺乏
设参加反响的NaOH的物质的量为n〔NaOH〕
Al3++3OH一=Al〔OH〕3↓
3 1
n〔NaOH〕 0.1mol 那么n〔NaOH〕=0.3mol
c〔NaOH〕=0.3mol/0.1L=3mol·L-1
〔2〕NaOH过量
Al3+全部沉淀为Al〔OH〕3,过量的NaOH溶解局部的Al〔OH〕3,只余0.1molAl〔OH〕3沉淀。
设使Al3+全部沉淀需NaOH的物质的量为n1〔NaOH〕
溶解局部Al〔OH〕3需NaOH的物质的量为n2〔NaOH〕
Al3++3OH-=Al〔OH〕3↓
1 3 1
0.2moln1〔NaOH〕0.2moln1〔NaOH〕=0.6mol
Al〔OH〕3+OH-=A1O2-+2H2O
1 1
0.1moln2〔NaOH〕n2〔NaOH〕=0.1mol
c〔NaOH〕=0.7mol/0.1L=7mol·L-1
答案:
CD
[例4]A、B、C、D、E、F是中学化学中的常见物质,它们之间的转化关系如下图.其中A、B为单质,F为白色沉淀,D为气体.
〔1〕假设D的水溶液显弱酸性,那么A是_____,B是_____,C是_____,D是_____,E是_____,F是_____.
〔2〕假设D的水溶液显弱碱性,那么A是_____,B是_____,C是_____,D是_____,E是_____,F是_____.
解析:
E与NaOH溶液反响生成白色沉淀F,那么F必为氢氧化物,常见的白色氢氧化物沉淀有Mg〔OH〕2和Al〔OH〕3。
进一步推知E为MgCl2或AlCl3,B为Mg或Al,A为非金属单质.又因C能与H2O反响同时生成Al〔OH〕3或Mg〔OH〕2,那么C与H2O的反响是水解反响.显碱性的气体常见的只有NH3,可确定C为Mg3N2,A为N2,B为Mg。
当D为酸性气体时,且是水解产生的,那么C同样是与Mg3N2相类似的盐,常见的为A12S3,推知A为S,B为A1.
答案:
〔1〕A.S B.Al C.A12S3 D.H2S E.AlCl3 F.Al〔OH〕3
〔2〕A.N2 B.Mg C.Mg3N2 D.NH3 E.MgCl2 F.Mg〔OH〕2
[例5]向明矾[KAl〔SO4〕2·12H2O]溶液中逐滴参加Ba〔OH〕2溶液至过量.
〔1〕写出可能发生的有关反响的离子方程式.
〔2〕在图中,纵坐标表示生成沉淀的物质的量,