第二节 金属的化学性质.docx
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第二节金属的化学性质
第二节金属的化学性质
一、金属与氧气的反应
1、许多金属都能与氧气发生化学反应,但反应的难易和剧烈程度不同。
金属
实验现象
化学反应方程式
镁
(1)、常温下,镁带置于空气中,表面变暗,生成白色固体;
(2)、在点燃时,镁带在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体。
常温时:
2Mg+O2=2MgO
点燃时;
2Mg+O2
2MgO
铝
(1)、常温下,铝与空气中的氧气反应,表面变暗,生成一层致密的氧化膜,从而阻止铝进一步氧化;
(2)、在点燃时,铝在氧气中能燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体。
常温是时:
4Al+3O2=2Al2O3
点燃时:
4Al+3O2
2Al2O3
铁
常温下,在干燥的空气中,铁很难与氧气发生反应;
在潮湿的空气中,易生锈(主要成分是氧化铁)。
4Fe+3O2=2Fe2O3
续表
金属
实验现象
化学反应方程式
铁
在点燃时,铁在氧气中剧烈燃烧(在空气中不燃烧),火星四射,生成黑色固体(主要成分是四氧化三铁)。
3Fe+2O2
Fe3O4
铜
(1)、常温下,铜在干燥空气中化
学性质稳定;
(2)、在加热条件下,铜能与氧气
反应,表面变黑。
2Cu+O2
2CuO
金
金在高温条件下也不与氧气反应,“真金不怕火炼”,说的是金在高温条件下也不与氧气反应。
可见金的化学性质很稳定。
2、说明:
(1)、由于镁或镁粉燃烧时发出耀眼的白光,所以可用镁作照明弹和烟花。
(2)、常温下在空气中铝表面生成一层致密的氧化膜,从而阻止铝进一步被氧化,因此,铝具有较好的抗腐蚀性。
(3)、做Fe(或Al)在O2中燃烧的实验时集气瓶底部要留少量水或铺一层细沙,燃烧的铁丝(或铝丝)不要接触集气瓶内壁,防止熔融物炸裂集气瓶。
(4)、可以利用煅烧法来鉴别黄铜和黄金。
煅烧时没有变化的是黄金,变黑色的是黄铜,因为黄铜中的铜与氧气反应生成了黑色氧化铜。
二、金属活动性顺序
(一)、金属与盐酸、稀硫酸的反应
金属
现象
化学反应方程式
镁
剧烈反应,产生大量气泡,溶液
仍为无色,试管壁发热,生产的
气体能燃烧,产生淡蓝色火焰。
Mg+2HCl=MgCl2+H2
Mg+H2SO4=MgSO4+H2
铝
打磨过的铝放入酸中,剧烈反应,产生大量气泡,溶液仍为无色,生成的气体能燃烧,产生淡蓝色焰。
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2
2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+H2
锌
反应比较剧烈,产生大量气泡,溶液仍无色,生成的气体能燃烧,产生淡蓝色火焰。
Zn+2HCl=ZnCl2+H2
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
铁
反应缓慢,有气泡产生,溶液由无色逐渐变为浅绿色,生成的气体能够燃烧,产生淡蓝色火焰。
Fe+2HCl=FeCl2+H2
Fe+H2SO4=FeSO4+H2
铜
无任何现象
不反应
说明:
1、铁与稀盐酸、稀硫酸反应时,生成亚铁盐即铁元素为+2价,不是+3价,分别为FeCl2和FeSO4,不能错写成FeCl3和Fe2(SO4)3,所有的亚铁盐溶液都是浅绿色的,而所有的铁盐都是黄褐色。
2、根据金属与相同酸反应的剧烈程度或产生气泡的快慢,判断金属的活动性。
若产生气泡多且快,则金属活动性强,反之,金属活动性弱。
(二)、置换反应:
1、置换反应的概念:
由一种单质与一种化合物作用,生成另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应。
2、特征:
反应物和生成物都是一种单质和一种化合物。
3、通式:
A+BC=B+AC
4、常见类型:
(1)、金属与酸的反应:
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
(2)、金属与盐的反应:
Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2
(3)、非金属与金属氧化物反应:
C+2CuO
2Cu+CO2
5、化合反应、分解反应、置换反应的比较
反应类型
特点
举例
简单表示
化合反应
多变一
C+O2
CO2
A+B+……C
分解反应
一变多
2KClO3
2KCl+O2
AB+C+……
置换反应
一换一
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
A+BCB+AC
(三)、金属与金属化合物(盐)溶液的反应
把刚打磨过的铁钉、铝丝、铜丝分别放入几种化合物的溶液中,出现情况记录如下表:
实验操作
现象
反应方程式
质量变化
活动性
比较
铁钉
+
硫酸铜溶液
铁钉表面覆盖
一层紫红色固体
物质;
溶液由
蓝色逐渐变为浅
绿色。
Fe+CuSO4=
FeSO4+Cu
金属质量增
加,溶液
质量减少。
Fe>Cu
铝丝
+
硫酸铜溶液
铝丝表面覆盖
一层紫红色物质
,
溶液逐渐由
蓝色变为无色。
2Al+3CuSO4=
Al2(SO4)3+
3Cu
金属质量增
加,溶液
质量减少。
Al>Cu
铜丝
+
硝酸银溶液
铜丝表面覆盖一层银白色固体物质;
溶液由无色逐渐变为蓝色。
Cu+2AgNO3=
Cu(NO3)2+2Ag
金属质量增
加,液
质量减少。
Cu>Ag
铜丝
+
硫酸铝溶液
无现象(不反应)。
Cu 实验结论: 1、上述反应的化学方程式的特点是: 一种单质与一种化合物反应,生成另一种单质与另一种化合物,属于置换反应。 2、活动性强的金属能把活动性弱的金属从其化合物的溶液中置换出来。 铝、铁、铜、银的活动性由强到弱的顺序是: Al>Fe>Cu>Ag 3、铁跟金属化合物(盐)溶液发生置换反应时生成的铁的化合物中,铁的化合价为+2价,而不是+3价。 4、比较金属质量增减,要看参加反应的金属与置换出的金属相对原子质量大小。 (四)、金属活动性顺序 根据金属与酸的反应快慢,能否与酸发生反应以及一种金属能否置换出化合物溶液中的另一种金属,可以判断金属活动性顺序。 1、人们通过大量的实验得到金属活动性顺序: KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgPtAu 金属活动性由强逐渐减弱 (金属活动性顺序可采用“五元素一句”的方法记忆,即“钾钙钠镁铝,锌铁锡铅氢,铜汞银铂金。 ” 2、金属活动性顺序的应用: (1)、判断金属活动性顺序里,金属的位置越靠左边,它的活动性就越强。 (2)、判断金属与酸的置换反应能否发生 在金属活动性顺序里,位于氢左边的金属能置换出稀盐酸、稀硫酸中的氢。 如: Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,Cu与稀硫酸、稀盐酸不反应。 (3)、判断金属与金属化合物(盐)溶液的置换反应能否发生: 排在金属活动性顺序里位于左边的金属能把排在右边的金属从其盐溶液中置换出来。 如: Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,而Cu不能把Fe从FeSO4溶液中置换出来。 金属与金属化合物(盐)只能在溶液中才能进行反应,否则不反应,如Fe与AgCl(不溶于水)不反应。 三、例题讲解: 例1、下列事实与金属的化学性质无关的是() A、将铝粉涂在铁器的表面以保护铁;B、真金不怕火炼; C、钨在高温下不熔化;D、燃烧镁作照明弹。 分析: 将铝粉涂在铁表面以保护铁,是因为铝在常温下能与氧气反应形成致密的氧化膜,从而保护易生锈的铁,它与金属的化学性质有关。 真金不怕火炼是因为金的化学性质稳定,在高温下也不与氧反应。 镁作照明弹是因为镁容易燃烧,发出耀眼的强光。 钨在高温下不熔化与钨的熔点高有关,而与钨的化学性质无关。 答: C。 例2、晓敏在一次实验中,将一根洁净的铁钉放入稀硫酸中,她观察到的现象可能是()。 铁钉表面产生气泡; 溶液由无色变成浅绿色; 铁钉逐渐变小; 液体质量减轻。 A、 、 、 ;B、 、 、 ; 、 、 ;D、 、 、 。 分析: A Fe+H2SO4=FeSO4+H2,铁钉逐渐反应而变小,产生氢气,H2SO4溶液为无色,FeSO4为浅绿色,故 、 、 ;由方程式知,每56份质量的铁与硫酸反应生成2份质量氢气,溶解的金属质量大,放出的气体质量小,使溶液质量增加。 B × C × D × 答: A。 例3、下列各组物质,可由金属与稀盐酸直接反应制取的是()。 A、AgCl;B、FeCl3;C、CuCl2;D、AlCl3。 分析: A × 银、铜不能和稀盐酸直接反应制取AgCl、CuCl2。 B × C × 铁能直接与稀盐酸反应生成FeCl2,而不是FeCl3. D 铝在金属活动性顺序表里排在氢的左边,能与稀盐酸直接反应生成AlCl3。 答: D。 例4、某化学兴趣小组,设计了如下装置,用来研究不同金属跟稀硫酸反应快慢。 他们用此装置,选择了甲、乙、丙、丁四种大小相同的金属片,分别与相同体积、相同浓度的稀硫酸反应,观察30秒内从导管口冒出的氢气泡多少。 记录在下表中(“+”越多表示产生的气泡越多)。 金属 甲 乙 丙 丁 氢气泡多少 ++ ++++ +++ + 如果四种金属分别是镁、铝、铁、锌中的一种,则丁最有可以能是()。 A、镁;B、铝;C、铁;D、锌。 分析: 根据反应时放出气泡的多少,可判断金属活泼性的强弱。 30秒内产生的气泡越多,金属活动性越强。 依据表中提供的信息可知,四种金属活泼性由强到弱依次是乙、丙、甲、丁,丁在四种金属中活动性最差,应为铁。 答: C。 例5、硅是太阳能电池和电脑芯片不可缺少的材料。 工业上用石英(主要成分为SiO2)制备粗硅的反应为: SiO2+2C Si+2X,则X的化学式为,该化学反应的基本反应类型是。 分析: 根据质量守恒守律: 反应前后原子的种类和个数不变,则有: 反应前有1个Si、2个O、2个C,反应后有1个Si、尚缺2个C和2个O,则X的化学式为CO。 该反应由一种化合物和一种单质反应,生成了另一化合物和另一种单质,符合置换反应的特征。 答: CO,置换反应。 例6、某金属a能与硫酸铜溶液发生置换反应,但不能跟氯化锌溶液反应,关于a、铜和锌的金属活动性由强到弱排列正确的是()。 A、Zn、a、Cu;B、Zn、Cu、a;C、a、Zn、Cu;D、Cu、a、Zn。 分析: 活动性强的金属能与弱的金属的化合物溶液反应。 金属a能与硫酸铜溶液反应,但不能跟氯化锌溶液反应,说明活动性由强到弱的顺序依次是: Zn、a、Cu。 答: A。 例7、王明为验证a、b、c三种金属的活动性,做了如下实验: 将三种金属分别投入稀盐酸中,只有c不能与盐酸反应产生气体。 再把a投入b的硝酸盐(含b和硝酸根的化合物)溶液中,在a的表面有b析出。 王明得出这三种金属的活动性顺序的正确结论是()。 A、b>a>c;B、a>b>c;C、b>c>a;D、c>a>b。 分析;根据金属与酸的反应可以判断金属与氢的位置关系,只有C不能与盐酸反应产生氢气,说a、b排在氢左边,c排在H右边;根据金属与化合物溶液的反应可以判断两种金属的位置关系,a投入b的硝酸盐溶液中,在a的表面有b析出,说明a排在b前。 故活动性顺序为: a>b>c。 答: B。 例8、往AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量的铁粉,充分反应后,有金属析出,过滤、洗涤后往滤渣中加入稀盐酸,有无色气体放出,则滤液中一定有的物质是()。 /A、AgNO3、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2;B、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2;C、Fe(NO3)2;D、Fe(NO3)3。 分析: 在金属的活动性顺序中Fe>Cu>Ag,所以铁粉能与AgNO3、Cu(NO3)2溶液反应。 向滤渣中加入稀盐酸,有无色气体放出,证明滤渣中有铁粉,则溶液中银、铜都被置换出来完了。 所以滤液中一定有的物质是Fe(NO3)2。 答: C。 例9、下列反应中有单质出现,但不属于置换反应的是()。 A、Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag;B、2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2 C、2Mg+CO2 2MgO+C;D2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 分析;置换反应的反应物、生成物都必须是一种单质和一种化合物,如A、B、C。 D的反应物是两种化合物,故D不属于置换反应。 答: D。 例10、某工厂产生的铜屑中含有少量铁屑,现要回收利用其中的铜,需除去其中的铁屑,张山同学设计了甲、乙两个实验方案: Cu、Fe 甲: 过滤洗涤 Cu、Fe 乙: 过滤洗涤 (1)、以上两个实验方案中,从回收利用率角度考虑,你愿意选取择。 (2)、两个方案中都有过滤操作,该操作中必须用到的玻璃仪器有。 (3)、写出两个实验方案中有关反应的化学方程式: 方案甲: 方案乙: (4)、你能否再设计一个不同原理的方案? 写出你的答案。 分析: (1)、甲方案利用Fe和CuSO4溶液反应,生成Cu和FeSO4,而除去Fe;乙方案利用Fe与稀H2SO4反应,生成H2和FeSO4而除去Fe。 甲方案增加了Cu的质量。 (2)、过滤常用仪器有: 铁架台、滤纸、漏斗、玻璃棒、烧杯,后三种是玻璃仪器。 (4)、利用磁铁吸引铁而除去铁粉。 答: (1)、甲。 (2)、烧杯、漏斗、玻璃棒。 (3)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu Fe+H2SO4=FeSO4+H2 (4)用磁铁吸引铁粉。 例11、等质量的M、N两种金属,分别与相同质量分数的足量稀盐酸反应(已知M、N在生成物中均为+2价),生成氢气质量和反应时间的关系如下图所示,下列叙述正确的是() A、M、N两种金属中较活泼的是N; B、生成H2的质量M C、相对原子量较大的是N; D、产生H2的速率N>M. 分析: 根据反应的快慢可判断金属的活动性强弱,在相同的时间内,金属M产生的氢气多,说明M比N反应速率快,即M比N活泼,当等质量的金属与足量的酸反应且在生成物中化合价相同时,可根据产生H2的多少说明M的相对原子质量小,故C正确。 答: C。 方法技巧: (1)、在图象题中比较金属的活动性强弱可以看单位时间内产生H2的多少,产生H2多的反应速率快,该金属活泼。 (2)、当等质量的金属与足量的酸反应时,产生H2的质量等于 ,如果生成物中金属元素化合价相同则相对原子质量越小,产生H2越多。 例12、我国第四套人民币从1999年开始发行,一元币为钢芯镀镍(Ni),伍角币为钢芯镀铜合金,一角币为铝合金或不锈钢。 (1)、铸造以上硬币用到的材料都是(填“合成材”或“金属材料”); (2)、选择铸造硬币的材料不需要考虑的因素是(填序号)。 A、金属的导电性;B、金属的耐腐蚀性;C、金属的硬度;D、金属价格与硬币面值的吻合度。 (3)、以上硬币中涉及Fe、Cu、Ai(镍),已知Ai能够发生如下反应: Ni+H2SO4=H2+NiSO4 Fe+NiCl2=Ni+FeCl2 这两个反应的基本类型都是,四种金属的活动性由强到弱的顺序为(用元素符号表示)。 分析: (1)、金属材料包括纯金属和合金,铸造硬币用的是金属材料; (2)、铸造硬币不需要考虑金属的导电性,要考虑的因素有: 耐腐蚀性、硬度、材料是否廉价等; (3)、两个反应都符合“单质+化合物单质+化合物”,属于置换反应,Ni与H2SO4反应,则Ni比Cu活泼,Fe与NiCl2反应,则Fe比Ni活泼,即四种金属的活动性由强到弱的顺序为Al、Fe、Ni、Cu。 答; (1)、金属材料; (2)、A; (3)、置换反应;Al>Fe>Ni>Cu。 例13、某工厂排放的废液中含有Zn(NO3)2和AgNO3,为回收金属Ag,设计了下列方案: Ag 稀ZnSO4 滤渣B Ag 废液 气体C 滤液 B中含有。 气体C是 分析: 根据题意,为回收金属Ag,向废液中加入的应为比Ag活泼的金属,它可将废液中的Ag置换出来。 加入过量A如果为Zn,则Zn+2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag。 滤渣B为Ag和Zn。 向滤渣中加入足量稀硫酸,则Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,过滤后得到Ag。 答: Zn、Ag;H2。 14、黄铜是铜、锌合金,它用于制造机器、电器零件等。 为测定某黄铜样品中铜的质量分数,取10克该黄铜样品加入到稀硫酸中,恰好完全反应,产生氢气0.1克。 试求: (1)、该黄铜样品中锌的质量。 (2)、该黄铜样品中铜的质量分数。 分析: 黄铜中能与酸反应产生气体的只有锌,利用化学方程式计算,根据氢气的质量求出锌的质量,从而求出铜的质量分数。 解: (1)、设黄铜样品中锌质量为X克。 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 652 X0.1g 65: 2=X: 0.1g X= =3.25g (2)、黄铜中铜的质量分数为: ×100%=67.5% 答: (1)、黄铜样品中锌的质量是3.25克。 (2)、样品中铜的质量分数是67.5%。 【注】鉴别黄铜和黄金的方法之一是将样品放入稀盐酸或稀硫酸中,有气泡产生的是黄铜,没有气泡产生的是黄金。 15、将等质量的甲、乙两金属分别与足量的稀硫酸反应,产生氢气的质量与反应时间的关系如下图所示。 关于甲、乙两金属判断合理的是()。 A、铁、镁;B、铁、锌;C、锌、铁;D、锌、镁。 分析: 从题给图象看,乙比甲反应剧烈,但产生的氢气比甲少。 A、Fe+H2SO4=FeSO4+H2 Mg+H2SO4=MgSO4+H2 Fe的相对原子质量是56,Mg的相对原子质量是24,由于甲、乙质量相等,所以镁的原子个数比铁的原子个数多,它们都是+2价的氢前金属,镁产生的氢气比铁产生的氢多;且镁的化学活动性比铁活泼,反应比铁激烈。 图象应是图1: 而题给图象的情况相反,不合理。 B、Fe+H2SO4=FeSO4+H2 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 铁和锌的化合价都是+2价,Fe的相对原子质量是56,Zn的相对原子质量是65,在等质量的铁和锌里,Zn的原子个数少,从稀酸里置换出的氢气少;锌比铁的化学活动性强,反应比铁与硫酸反应剧烈,与图象相符,所以选B。 C、与B的分析相反,它的图象应是图2: 这个图象与题给条件相反,所以不合理。 D、Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 Mg+H2SO4=MgSO4+H2 锌与镁的化合价都是+2价,锌的相对原子质量是65,镁的相对原子质量是24,在等质量的锌与镁中,锌的原子个数少,镁的原子个数多,镁从稀硫酸中置换出的氢气多;镁的化学活动性比锌强,曲线的倾斜率小,应为图3所示: : 这与题给条件不符,所以也不合理。 五、本节知识梳理: 2Mg+O2 2MgO(耀眼白光,生成白色固体)内K、Ca、Na、Mg、Al, 4Al+3O2=2AL2O3(形成致密氧化膜)容Zn、Fe、Sn、Pb、(H), 与O2反应Cu、Hg、Ag、Pt、Au。 3Fe+O2 Fe3O4(火星四射,生成黑色固体) 金属活动性顺序里,位置越 2Cu+O2 CuO(生成黑色固体)金靠左,它的化学性质越活 金 Mg+2HCl=MgCl2+H2属泼; 、氢左边的金属能置 属2Al+6HCl=2AlCl3+3H2活应酸中的氢; 的与酸反应Zn+2HCl=ZnCl2+H2动用 、在金属活动顺序里,排 化Fe+H2SO4=FeSO4+H2体现性左边的金属能把右边的金 学Cu与H2SO4不反应顺属从它的盐溶液里置换出 性序来。 质置换反应: A+BCB+AC Fe+CuSO4=FeSO4+Cu 表面覆盖红色物质, 与金属溶液由蓝色变成浅 化合物绿色 溶液反Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+Cu 应表面覆盖银白物质,无 色溶液变成蓝色 作业 1、选择题: (1)、废旧计算机的某些部件含有Zn、Fe、Cu、Ag、Pt、Au等金属,经物理方法初步处理后,与足量稀盐酸充分反应后,然后过滤,剩余的固体中不应有的金属是()。 A、Cu、Ag;B、Fe、Zn;C、Pt、Cu;D、Ag、Au。 (2)、下列反应的化学方程式书写正确且属于置换反应的是()。 A、2Fe+3H2SO4=Fe2(SO4)3+H2 B、CO2+H2O=H2CO3 C、2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu D、Na2SO4+BaCl2=BaSO4+2NaCl (3)、炼铁选用的铁矿石不仅要求含铁量高,还要求“有害元素”少。 今有下列铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、褐铁矿(2Fe3·3H2O)、黄铁矿(FeS2),你认为不适宜炼铁的矿石是()。 A、磁铁矿;B、赤铁矿;C、菱铁矿;D、黄铁矿。 (4)、下列化学反应方程式中正确的是()。 A、2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2B3Fe+2O2=Fe3O4 C、2Fe+3H2SO4=FeSO4+3H2DFe+CuSO4=FeSO4+Cu (5)、有X、Y、Z三种金属,把Y投入X(NO3)2溶液中,Y表面有X析出,把X投入Z(NO3)2溶液中,X表面有Z析出。 X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序是()。 A、Z>Y>X;B、Y>X>Z;C、X>Y>Z;D、X>Z>Y。 (6)、X、Y、Z是三种金属。 已知: X+YSO4=XSO4+Y;Z+YSO4=ZSO4+Y; Z+H2SO4=ZSO4+H2;X+H2SO4(不发生反应)。 据此推断,它们的金属活动性顺序正确的是()。 A、Z>X>Y;B、X>Y>Z;C、Y>X>Z;D、Z>Y>X。 (7)、向足量稀硫酸中加入适量铁粉,下列图象能正确表示其中变化情况的是( )。 A. B. C. D. (8)、在天平两边盘中的烧杯中各放入质量分数和质量相同的盐酸(足量),调节天平至平衡,分别向两边烧杯中各加5克镁和5克铁,镁和铁反应完全后,最后天平的指针()。 A、偏向加镁的一边;B、偏向加铁一边; C、停留原位;D、不能确定偏向哪边。 2、、用金属的化学式填空: (1)白铁及表面镀上一层金属材料是; (2)、涂在保温胆夹层的银白金属是; (3)、包装糖果、香烟的银白色金属材料是; (4)、生铁和足量的稀盐酸充分反应,
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