第五讲 金属及其化合物性质的复习.docx
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第五讲金属及其化合物性质的复习
第五讲金属及其化合物性质的复习
一、复习回顾
复习钠的结构和性质,镁和铝的物理性质,镁和铝的原子结构,镁和铝的化学性质,镁和铝的存在形式和用途,铁和铜的原子结构,铁和铜的化学性质。
二、知识梳理
考点1:
钠的物理性质
1.钠的物理性质
新切开的钠的断面是光亮的银白色,所以钠是银白色的金属,密度小于水。
(1)实验过程
将钠用镊子从煤油中取出,用滤纸吸干煤油,然后在玻璃片上将钠用小刀切下一小块(豆粒大小),进行观察,并注意切面的变化.
(2)注意事项
①取钠时要用镊子夹取、不能用手拿,因为易与汗液反应,灼伤腐蚀皮肤.
②取出钠后要迅速吸干煤油,并要放到玻璃上切割.
③钠用剩后要放回盛钠的试剂瓶,不能乱扔乱放,因为钠很活泼容易引起危险.
④钠与O2反应很容易,在观察钠的颜色光泽时要在切割后立即观察.
(3)实验现象
切面银白色,但迅速变暗(4Na+O2=2Na2O等),失去金属光泽.
(4)实验结论
金属钠硬度很小(质软),具有银白色金属光泽,很容易被空气氧化.
考点2:
钠的化学性质
1.钠的化学性质——钠与水的反应
金属钠跟水反应
生成氢气的实验,用拇指堵住试管口倒放入烧杯中,这样的操作对学生来讲,不熟练可能会使一部分空气进入试管.所以在正式做收集气体的实验之前,教师可安排学生练习几次放入试管的操作.如果操作还是有困难,可用一个与试管口大小合适的橡皮塞堵住试管口,放入水中后再提去橡皮塞.本实验也可以用水槽代替烧杯,这样口径比较大,操作方便.
注意在实验时不能取用较大的钠块.这是因为钠的性质很活泼,它跟水反应时放出大量的热,甚至能使周围的水沸腾,因此钠同时也跟水蒸气反应.如果在水面上游动的钠被容器壁上的油污粘住,不能游动,放出的热不易扩散,会使氢气着火燃烧,甚至还会发生小爆炸,使生成的氢氧化钠飞溅出来.
(1)实验过程:
①②③④
Na与水的反应
图2—7
(2)反应原理:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
(3)注意事项:
取钠不要太大,钠块过大,会发生爆炸.
(4)实验现象:
①钠与水剧烈反应、②钠熔化成小球、③钠球在水面上不停地滚动、④有气体生成,并发出嘶嘶声.
(5)实验结论:
钠与水反应剧烈,生成碱并放出气体.
延伸知识:
钠与盐溶液的反应。
口诀:
浮、游、熔、嘶、红
2.钠的化学性质——钠与氧气的反应
易跟氧起反应,但产物较复杂,如氧化钠(Na2O)、过氧化钠(Na2O
(2)等.
在做钠与氧气反应的实验时,为了保证倾斜的空气能够流通,玻璃管不能太细,而且装入玻璃管中的钠粒不能太大.待玻璃管中的钠受热溶化并开始燃烧时,稍稍倾斜玻璃管即可看到燃烧后由白色变为黄色的过程.实验时如果没有太粗的玻璃管,也可用去底的试管代替.注意本实验中所用的钠块,应去掉其表面的氧化物,否则燃烧时会使试管壁显黑色,影响对实验现象的观察.
钠和氧气的反应
(1)实验过程:
①②③④⑤⑥⑦
钠与氧气的反应
图2—9
(2)反应原理:
2Na+O2
Na2O2,2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
(3)注意事项
①玻璃管中装的钠不能太大,太大反应太剧烈,会将玻璃管炸裂.
②反应开始时,即钠熔成小球后要稍稍倾斜玻璃管,但是角度不能太大,以防止钠从玻璃管中脱出.并能保证空气疏通从而观察到明显现象.
③在取钠时要将其表面的氧化物用小刀除去,用纯钠进行实验.因为表面被氧化的钠在受热熔化后,钠表面会有一层黑色而影响实验现象的观察.
④加热时间不能太长,否则钠与O2迅速反应、燃烧起来,现象就不是很明显了.
⑤盛Na2O2的小试管要干燥.
(4)实验现象
钠熔成小球,先变成白色后变成淡黄色固体,淡黄色固体遇水放出使带火星木条复燃的气体.
(5)实验结论
钠熔点低,与O2加热反应生成Na2O2,Na2O2遇水生成O2.
考点3:
钠及其化合物之间的转化关系
注意:
钠及钠的重要化合物的性质
(1)Na2O、Na2O2中,阴离子和阳离子数目之比均为1∶2。
(2)钠与盐溶液反应时,钠不是置换出溶液中的金属,而是钠与水反应后,生成的碱再与盐溶液反应。
(3)1molNa2O2与足量的CO2(或H2O)反应时转移1mol电子,生成0.5molO2。
(4)一定量的Na2O2与CO2和水蒸气组成的混合气体反应时,应先考虑Na2O2与CO2的反应。
(5)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸,反应是分步进行的,反应的离子方程式为:
CO
+H+===HCO
,HCO
+H+===H2O+CO2↑。
考点4:
镁和铝的性质
金属
项目
镁(Mg)
铝(Al)
原子结构
2882
2883
原子半径
1.60×10-10m
1.43×10-10m
化合价
+2
+3
晶体结构
金属晶体
金属晶体
单质
物理
性质
镁和铝都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属,但镁和铝相比较,铝的硬度比镁的稍大,熔点和沸点都是铝比镁的高
活泼性
较活泼:
Mg-2e=Mg2+
较活泼:
Al-3e=Al3+
抗腐
蚀性
在空气中都能跟氧气反应,表面覆盖一层致密而坚硬的氧化物薄膜,都具有搞腐蚀性能
与O2反应
2Mg+O2
2MgO
4Al+3O2
2Al2O3
与酸
反应
Mg+2H+=Mg2++
H2↑
2Al+6H+=Al3++3H2↑
与碱
反应
不反应
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
与氧化物反应
2Mg+CO2
2MgO+C
2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe
结论
镁、铝均为较活泼的金属,但镁的金属性强于铝
解释
核电荷数镁小于铝,而原子半径镁大于铝,故核对最外层的电子引力镁小于铝,即Al比Mg难失电子,金属性弱于Mg
主要
用途
镁合金汽车、飞机制造、照明弹等
铝合金汽车、船舶、飞机制造、防锈油漆、导线、电缆等
考点5:
镁、铝与水的反应
镁和铝都是较活泼的金属。
在一定条件下,它们都可以和水反应,置换出水中的氢。
镁跟冷水便缓慢地反应,加热时反应更为显著。
铝和沸水也能微弱的反应,但现象不明显。
这一方面是因为镁的金属活动性较铝相对较强,另一个不可忽视的原因是它们的氢氧化物虽然都难溶于水,但Mg(OH)2较Al(OH)3的溶解性相对较大,所以与水反应时生成的Mg(OH)2在镁条表面的覆盖要小,尤其是在加热的条件下(加热时水中的氢离子浓度也相对较大)。
但在像在NaOH溶液的强碱性条件下,情况就不一样了。
在强碱溶液中,Mg(OH)2的溶解度大为减小,水中的氢离子浓度也减小了,事实证明,镁和强碱溶液不反应,而铝则不然,由于Al(OH)3是典型的两性氢氧化物,它可溶于强碱溶液。
即:
Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
由上分析可知:
铝是一种较活泼的金属,它并不能直接与碱反应,而是先与水反应,2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑……①
生成的Al(OH)3是典型的两性氢氧化物,它溶于强碱
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O……②
将两反应按①+②×2合并,即得总反应方程式:
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
所以在上述反应中铝是还原剂,而氧化剂是H2O,不是NaOH。
注意:
Al既能与酸作用,又能与强碱溶液反应,但不属于两性物质,也不能说它具有两性,因为Al与强碱溶液反应的本质是:
2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑,Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O,两式相加为:
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,由以上反应可知:
Al不直接与NaOH溶液反应,Al仍然为金属元素。
考点6:
镁、铝及其化合物的转化
1.镁及其化合物的转化
2.铝及其化合物的转化
考点7:
铁的结构及物理性质
1.铁是26号元素,位于第四周期第Ⅷ族,属于过渡元素。
原子结构示意图:
主要化合价:
+2,+3
2.铁在金属的分类中属于黑色金属,重金属,常见金属。
纯净的铁是光亮的银白色金属,密度为7.86g/㎝3,熔沸点高,有较好的导电、传热性,能被磁铁吸引,也能被磁化。
还原铁粉为黑色粉末。
考点8:
铁的化学性质
铁是较活泼的金属元素,在金属活动性顺序表中排在氢的前面。
①跟非金属反应:
3Fe+2O2
Fe3O42Fe+3Cl2
2FeCl3Fe+S
FeS
Fe+I2
FeI2
②跟水反应:
3Fe+4H2O
Fe3O4+4H2↑
③跟酸作用:
Fe+2H+=Fe2++H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化;与氧化性酸反应不产生H2,且氧化性酸过量时生成Fe3+)
④部分盐溶液反应:
Fe+Cu2+=Fe2++CuFe+2Fe3+=3Fe2+
考点9:
铁三角、铜及其化合物的转化
1.铁三角:
从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:
Fe只有还原性,Fe3+通常只有氧化性,Fe2+既具有氧化性又具有还原性。
上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应,才能实现不同价态的铁相互转化,
如下图(常称为铁三角)
学习铁及其化合物的性质要注意:
(1)抓价态:
从铁元素三种价态的相互转化(铁三角关系)去认识铁及其化合物间的氧化—还原反应规律.
(2)想属类:
如铁是一种比较活泼的过渡金属,氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物,氢氧化亚铁、氢氧化铁为不溶性弱碱,氯化铁为强酸弱碱盐,由此去分析理解它们各自所具有的性质.
2.铜及其化合物的转化:
三、真题精讲
【基础】
1.取一小块金属钠,放在燃烧匙里加热,下列实验现象描述正确的是( )
①金属钠先熔化 ②在空气中燃烧,放出黄色火花 ③燃烧后得到白色固体 ④燃烧时火焰为黄色 ⑤燃烧后生成浅黄色固体物质
A.①② B.①②③
C.①④⑤D.④⑤
【答案】C
【解析】由于金属钠的熔点比较低,所以金属钠放在燃烧匙中加热先熔化,然后燃烧生成黄色粉末并且伴有黄色火焰。
2.下列变化不可能通过一步实验直接完成的是( )
A.Al(OH)3→Al2O3 B.Al2O3→Al(OH)3
C.Al→AlO
D.Al3+→Al(OH)3
【答案】B
【解析】Al(OH)3加热分解可直接得Al2O3,Al与强碱溶液反应可得AlO
,Al3+遇碱可直接得Al(OH)3,Al2O3难溶于水,不能通过一步反应得Al(OH)3,应将Al2O3与酸或碱反应得Al3+或AlO
,再与碱或酸反应,才能得Al(OH)3。
3.使溶液中的AlO
完全转化成Al(OH)3,应选择的最好试剂是( )
A.稀H2SO4B.盐酸
C.CO2D.氨水
【答案】C
【解析】使AlO
转化成Al(OH)3需加酸,若用强酸会使Al(OH)3溶解,最好通入CO2气
体。
【巩固】
1.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.该过程的所有化学反应均为氧化还原反应
【答案】C
【解析】钠露置在空气中迅速变暗,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,Na2CO
3·10H2O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,C项正确。
2.关于Na2O2与CO2、H2O反应的叙述正确的是( )
A.Na2O2与CO2反应中,Na2O2只作还原剂,CO2作氧化剂
B.Na2O2与H2O反应中,Na2O2既作氧化剂又作还原剂
C.Na2O2与CO2反应中,1molNa2O2转移2mol电子
D.Na2O2与水反应中,1molNa2O2转移1mol电子
【答案】BD
【解析】Na2O2与CO2、H2O反应中,既作氧化剂又作还原剂,且1molNa2O2反应均转移1mol电子。
故选B、D。
3.下列对于过氧化钠的叙述中,正确的是( )
A.过氧化钠能与酸反应生成盐和水,所以过氧化钠是碱
性氧化物
B.过氧化钠能与水反应,所以过氧化钠可以作很多气体的干燥剂
C.过氧化钠与水反应时,过氧化钠是氧化剂,水是还原剂
D.过氧化钠与二氧化碳反应时,过氧化钠既是氧化剂又是还原剂
【答案】D
【解析】A项:
产物中还有O2生成,故不是碱性氧化物,B项,Na2O2与H2O反应产生O2,故不能作干燥剂,Na2O2与水、CO2的反应中,Na2O2既是氧化剂又是还原剂。
D项正确。
【提高】
1.将一小块金属钠投入CuSO4溶液中,不可能观察到的现象是( )
A.溶液中有蓝色沉淀生成
B.有气体生成
C.有红色物质析出
D.钠熔成小球浮游在液面上
【答案】C
【解析】钠投入CuSO4溶液中首先与水反应:
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,此时钠熔化成闪亮的小球浮游在液面上,有气体生成,生成的NaOH与CuSO4发生复分解反应,产生蓝色絮状沉淀。
A、B、D项所指的现象均能观察到,但钠不能将铜置换出来。
2.200℃时CO2和水蒸气的混合气体共23.2g与足量的Na2O2充分反应后,固体质量增加了7.2g,则原混合气体的物质的量为( )
A.0.2mol B.0.6mol
C.0.8molD.1.0mol
【答案】D
【解析】设混合气体中CO2、H2O的物质的量分别为x、y。
2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2 固体的质量差
2mol 88g-32g=56g
x 28x
2H2O(g)+2Na2O2===4NaOH+O2 固体的质量差
2mol 36g-32g=4g
y 2y
则:
44x+18y=23.2 28x+2y=7.2
解得:
x=0.2mol y=0.8mol
所以混合气体的总物质的量为0.2mol+0.8mol=1.0mol。
3.将少量稀盐酸滴加到盛有碳酸钙的U形管中,可观察到U形管中的脱脂棉剧烈燃烧。
(1)稀盐酸与碳酸钙反应的离子方程式是______________________
_______________________________________________________。
(2)从脱脂棉的燃烧可以推出Na2O2与CO2反应的结论是a.____________________,b.______________________。
(3)Na2O2与CO2反应的化学方程式是_______________________________________
________________________________________________________________________。
还原剂是________,氧化剂是________。
【答案】
(1)2H++CaCO3===Ca2++CO2↑+H2O
(2)反应放出O2 反应放热
(3)2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 Na2O2 Na2O2
【解析】盐酸与碳酸钙反应放出CO2,CO2遇Na2O2也发生反应:
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,该反应放热,使脱脂棉的温度很容易达到其着火点,在O2充足的条件下剧烈燃烧起来。
在上述反应中只有Na2O2中的氧元素的化合价发生变化,故Na2O2既是氧化剂,又是还原剂。
四、课堂练习
【基础】
1.下列对于过氧化钠的叙述中,正确的是( )
A.过氧化钠能与酸反应生成盐和水,所以过氧化钠是碱
性氧化物
B.过氧化钠能与水反应,所以过氧化钠可以作很多气体的干燥剂
C.过氧化钠与水反应时,过氧化钠是氧化剂,水是还原剂
D.过氧化钠与二氧化碳反应时,过氧化钠既是氧化剂又是还原剂
【答案】D
【解析】A项:
产物中还有O2生成,故不是碱性氧化物,B项,Na2O2与H2O反应产生O2,故不能作干燥剂,Na2O2与水、CO2的反应中,Na2O2既是氧化剂又是还原剂。
D项正确。
2.有关铝及其化合物的说法错误的是( )
A.用于熔化烧碱的坩埚,可用Al2O3这种材料制成
B.铝能在空气中稳定存在是因为其表面覆盖着一层氧化铝薄膜
C.氧化铝是一种难熔物质,是一种较好的耐火材料
D.氢氧化铝能中和胃酸,可用于制胃药
【答案】A
【解析】Al2O3和NaOH能发生反应,熔化烧碱的坩埚不能用Al2O3材料制成。
3.既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是( )
①Al(OH)3 ②Al2O3 ③Al ④NaHCO3⑤Mg(OH)2
A.①②③④B.①②③④⑤
C.①②④D.①②④⑤
【答案】C
【解析】Mg(OH)2只与酸反应,不与强碱反应;Al虽然既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应,但不是化合物。
【巩固】
1.镁、铝混合粉末10.2g溶于500mL4mol/L盐酸中。
若加入2mol/L的氢氧化钠溶液,使得沉淀达到最大量,则需加入氢氧化钠溶液的体积为( )
A.100mLB.500mL
C.1000mLD.1500mL
【答案】C
【解析】当沉淀量达到最大时,溶液中的溶质为NaCl,根据Na、Cl原子个数比为1∶1可知需NaOH溶液的体积为1000mL。
2.胃酸过多是常见的胃病。
下面是甲、乙两种常见胃药的说明摘要。
甲:
①白色结晶状粉末,可缓慢分解;②能溶于水;③遇酸及酸性药物则产生二氧化碳;④胃酸过多患者服用多见胃胀气,甚至有引起胃溃疡穿孔的危险。
乙:
①与胃酸作用是中和反应,作用缓慢而持久,可维持3~4小时;②凝胶本身覆盖于溃疡面上,具有保护作用;③可溶于稀酸或氢氧化钠溶液中。
(1)请你推测,甲中含有的主要化学成分是________(填化学式);乙中含有的主要化学成分是________(填化学式)。
(2)试写出甲中含有的主要化学成分引起胃胀气反应的离子方程式:
________________________________________________________________________。
(3)试写出乙中含有的主要化学成分溶于NaOH溶液的离子方程式:
________________________________________________________________________。
【答案】
(1)NaHCO3 Al(OH)3
(2)HCO
+H+===H2O+CO2↑(3)Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
【解析】据题目信息对甲、乙性质的描述可知甲为NaHCO3,乙为Al(OH)3,NaHCO3与酸反应的离子方程式为HCO
+H+===CO2↑+H2O,Al(OH)3溶于OH-的反应为Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O。
3.下列说法正确的是( )
A.铜的化学性质活泼,不宜用铜制作盛食品的器皿
B.铜的导电能力不如铝
C.由于Cu2+有氧化性,所以用CuSO4来配制农药
D.因为Cu2+能使蛋白质变性,所以铜盐溶液有毒
【答案】D
【解析】金属铜的化学性质比较稳定,所以使用铜器皿比较安全;铜属于重金属,铜盐有毒,因Cu2+会与蛋白质作用,使蛋白质变性。
【提高】
1.某混合物A中含有KAl(SO(4)2、Al2O3和Fe2O3,在一定条件下可实现下列所示的物质之间的转变:
据此判断:
(1)固体B所含物质的化学式为_________________________________________。
(2)固体E所含物质的化学式为_________________________________________。
(3)反应①的离子方程式为_____________________________________________。
【答案】
(1)Al2O3
(2)(NH(4)2SO4、K2SO4(3)Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
【解析】铝及其化合物的性质与一般活泼金属元素的性质有差异之处,如Al2O3可溶于NaOH溶液,Fe2O3不能;KAl(SO(4)2是一种复盐,可溶于水,完全电离,加入氨水可生成Al(OH)3沉淀,Al(OH)3在强碱溶液中溶解,而在氨水中不溶解。
本题可用反应离子方程式描述从A开始的一系列变化:
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
,
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O,
Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
。
2.如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。
实验时必须使用铁屑、6mol/L硫酸溶液,其他试剂任选。
填写下列空白:
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是________,A中反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)实验开始时应先将活塞E________(填“打开”或“关闭”),其目的是________。
在C中收集到的气体主要为__________________。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:
___________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)提去装置B中的橡皮塞,使空气进入,看到的现象为
________________________________________________________________________;
写出有关反应的化学方程式:
______________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】
(1)铁屑 Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
(2)打开 排除B中的空气 H2
(3)关闭活塞E,A中压强增大,将FeSO4溶液压入B瓶中进行反应
(4)白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色
【解析】Fe(OH)2属于难溶碱,制取时可根据:
盐+碱―→新盐+新碱的规律,用可溶性的亚铁盐和可溶性碱反应生成。
B中有NaOH溶液,还需要亚铁盐溶液,实验要求必须使用铁屑和6mol/L的H2SO4,很显然是用于制取FeSO4,然后采用一定的方法使两者混合。
由于Fe(OH)2极易被氧化,所以FeSO4和NaOH溶液反应,应在无空气的情况下进行,可以用生成的H2将系统内的空气排尽。
3.某化学兴趣小组利
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