重要的金属元素及其化合物

第六章重要的金属元素及其化合物引言已经学习过一些金属的知识，对常见金属的性质和用途有了初步的了解。在现代社会，金属在工农业生产、国防和日常生活中，都起着非常重要的作用，因此，需要进一步学习有关金属的知识。引言第六章重要的金属元素及其化合物第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述第二节钠第三节铝第四节铁第五节原电池节目录第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述1.了解金属的通性2.了解合金的概念学习目标金属元素概述第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述镧系La镧Ce铈Pr镨Nd钕Pm钷Sm钐Eu铕Gd钆Tb铽Dy镝Ho钬Er铒Tm铥Yb镱Lu镥锕系Ac锕Th钍Pa镤U铀Np镎Pu钚Am镅*Cm锔*Bk锫*Cf锎*Es锿*Fm镄*Md钔*No锘*Lr铹*ⅠA01ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2Li锂Be铍3Na钠Mg镁Al铝ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB4K钾Ca钙Sc钪Ti钛V钒Cr铬Mn锰Fe铁Co钴Ni镍Cu铜Zn锌Ga镓Ge锗5Rb铷Sr锶Y钇Zr锆Nb铌Mo钼Tc锝Ru钌Rh铑Pd钯Ag银Cd镉In铟Sn锡Sb锑6Cs铯Ba钡镧系Hf铪Ta钽W钨Re铼Os锇Ir铱Pt铂Au金Hg汞Tl铊Pb铅Bi铋Po钋7Fr钫Ra镭锕系Rf*Db*Sg*Bh*Hs*Mt*Uun*Uuu*Uub*金属元素概述第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述3第一节金属元素概述在已发现的lOO多种元素中，只有22种非金属元素(包括6种稀有气体元素)，其余90多种都是金属元素，占元素总数的4/5左右。在元素周期表中，从第ⅢA族的硼元素至第ⅦA的砹元素之间划一条斜线，则周期表的右下角区域(氢除外)都是金属元素。第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述4第一节金属元素概述金属的分类常见金属和稀有金属：常见金属如铜、铝等。锆、铌、钼等自然界存在量较少的金属叫稀有金属。重金属和轻金属：密度小于4.5g/cm3的叫轻金属（如钾、钠、钙、镁等）；密度大于4.5g/cm3的叫重金属（如锌、铅、镍等）。黑色金属和有色金属：黑色金属通常是指铁、铬、锰及其合金，主要是铁碳合金；有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所有金属。第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述5第一节金属元素概述在常温下，除汞外，其余都是固体。一、金属的物理性质金属都具有晶体结构。金属晶体中包含着中性原子、带有正电荷的金属阳离子和从原子上脱落下来的电子。金属具有很多共同的物理性质。这些电子在晶体中自由地移动，所以叫自由电子。依靠流动的自由电子，使金属原子和金属阳离子相互连结在一起而形成金属晶体。第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述61.金属的颜色和光泽大多数金属呈银白色，少数金属呈其他颜色。例如，金呈黄色，铜呈紫红色。金属都是不透明的，块状或片状的金属具有金属光泽。一、金属的物理性质FePt在粉末状态时，除镁、铝等少数金属仍保持原有的光泽外，一般金属都呈黑色或暗灰色。第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述7第一节金属元素概述一般地说，金属具有不同程度的延展性，可以抽成细丝，例如，最细的白金丝直径不过0.2μm；可以压成薄片，例如，最薄的金箔，只有0.1μm厚。也有少数金属，如锑、铋、锰等，性质较脆，延展性较差。2.金属的延展性一、金属的物理性质金属具有不同程度的延展性受外力挤压第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述8第一节金属元素概述一、金属的物理性质大多数金属具有良好的导电性和导热性。导电性好的金属导热性也好。常见的几种金属按照导电和导热能力由大到小排列如下：银、铜、金、铝、锌、铁、铂、锡、铅3.金属的导电性和导热性在电场中，金属晶体中的自由电子由原来的不规则运动变成定向流动而形成电流，显示导电性。在金属受热时，自由电子通过运动将能量传递到整块金属。因此导电性和导热性都与自由电子的运动有关。因为金、银比较贵重，所以，一般的电线都是用铜和铝制的。第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述9第一节金属元素概述大多数金属密度、硬度较大，熔点较高。但不同金属差别也较大。几种金属的密度、硬度和熔点如下：4.金属的密度、硬度和熔点一、金属的物理性质金属铂金铜铁铝备注密度/(g/cm3)21.4519.38.927.862.70水的密度为1g/cm3硬度4.32.5342.9金刚石的硬度为10熔点/℃1774106210831535660钨的熔点3370℃第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述10第一节金属元素概述多数金属元素在发生化学反应时，较容易失去电子。所以，金属最主要的共同化学性质是都易失去电子变成金属阳离子而表现出还原性。由于金属失去电子的难易程度不同，所以各种金属还原性的强弱也不同，化学活动性差别也较大。二、金属的化学性质金属性是指金属原子失去电子形成阳离子的性质。第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述11第一节金属元素概述二、金属的化学性质金属活动性由强到弱的顺序为：KCaNaMgAlMnZnCrFeNiSnPb(H)CuHgAgPtAu活动性强的金属可以置换活动性弱的金属。CuZnSOCuSOZn442442HZnSOSOHZn氢以上的金属称为活泼金属，可以和酸反应放出氢气。第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述12第一节金属元素概述合金是由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。例如，生铁和钢都是铁–碳合金。黄铜是铜–锌合金等。随着科技的发展，工业生产中对材料的性能提出更高的要求，纯金属很难满足这些要求，因此，工业上使用的金属材料几乎都是各种合金。三、合金第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述13第一节金属元素概述三、合金一般来说，除密度以外，合金的性质并不是它的各组分性质的平均值。合金的熔点低于组成它的主体金属的熔点。例如，铝硅合金(含Si13.5％)的熔点为564℃，比纯铝或硅的熔点都低(硅的熔点是l410℃，铝的熔点是660℃)。合金的硬度一般比各组分金属的硬度大。例如，在铜里加1％的铍所生成的合金的硬度，比纯铜大7倍。第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述14第一节金属元素概述合金的化学性质也与组成它的纯金属有些不同。例如，铁容易与酸反应，如果加入25％左右的铬和少量的镍，就不易跟酸反应，这种钢称为耐酸钢。三、合金合金的导电性和导热性比纯金属也低得多。不锈钢洁具青铜器铝合金建材紫铜管第六章重要的金属元素及其化合物第一节金属元素概述15几种重要的合金种类成分性质用途青铜Cu80%Sn15%Zn5%硬度比铜大，耐磨性好制造铀承、齿轮焊锡Sn25%~90%Pb75%~10%熔化时易附着于金属表面焊接金属伍德合金Bi50%Pb25%Sn12.5%Cd12.5%熔点低（67℃）制保险丝印刷合金Pb83%~88%Sb10%~13%Sn2%~4%凝固时略有膨胀，易熔、坚硬铸造铅字第一节金属元素概述三、合金第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠1第二节钠1.了解钠的物理性质2.理解钠和水的反应3.理解碳酸钠和碳酸氢钠的性质4.了解焰色反应学习目标第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠2第二节钠元素周期表中的第ⅠA族中，除氢外，其余6种元素锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)都是金属元素，由于它们的氢氧化物多是易溶于水的强碱，所以称它们为碱金属。碱金属元素的原子最外电子层都只有1个电子，在化学反应中很容易失去这个电子而变成+l价的阳离子，因此碱金属是典型的活泼金属，是强还原剂。在碱金属中，以钠最常见。第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠第二节钠3从实验可知，金属钠很软，可以用刀切割，新切开的断面呈银白色，具有金属光泽，但很快因氧化而失去金属光泽。一、钠1.钠的物理性质第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠4钠是电和热的良导体，熔、沸点低，密度小，是轻金属。一、钠1.钠的物理性质单质颜色状态密度(20℃)/（g/cm3）硬度(金刚石=10)熔点/℃沸点/℃导电性(Hg=1)Na银白色固0.9710.497.988320.8第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠5钠原子最外电子层上只有1个电子，在化学反应中该电子很容易失去，因此钠的化学性质非常活泼。(1)与氧气的反应新切开的光亮的金属钠的断面很快失去了银白色光泽，已经变暗。这主要是生成了一薄层氧化物。在常温下，钠和空气中的氧气反应。ONa2ONa422一、钠2.钠的化学性质222ONaONa2点燃钠在空气中燃烧，燃烧时火焰呈黄色，氧气充足时生成了过氧化钠。第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠6可以观察到，当把钠投入水中时，钠立刻熔化成小球，浮在水面上并迅速游动，放出气体，然后逐渐消失。烧杯里滴加了酚酞的溶液由无色变为红色。把收集到的气体移近火焰，点燃气体时，气体发出爆鸣声。(2)与水的反应钠和水的反应一、钠2.钠的化学性质22HNaOH2OH2Na2第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠7(2)与水的反应由于钠在空气中不稳定，容易与氧气、水发生反应，因此在实验室通常将它保存在煤油中，以隔绝氧气和水。使用时绝对不能用手拿。一、钠2.钠的化学性质钠作为还原剂，用于冶炼金属。也应用在电光源上。高压钠灯发出的黄光射程远，透雾能力强，作路灯时，照度比高压水银灯高几倍。液态钠和钾的合金是原子反应堆的导热剂。第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠8第二节钠碳酸钠(Na2CO3)俗名纯碱或苏打。含结晶水的碳酸钠(Na2CO3·10H2O)为白色晶体。碳酸钠晶体在空气中很容易风化而失去结晶水，失水以后的碳酸钠叫无水碳酸钠，是白色粉末。二、碳酸钠和碳酸氢钠碳酸氢钠(NaHCO3)俗称小苏打，是细小的白色晶体。第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠9二、碳酸钠和碳酸氢钠碳酸钠比碳酸氢钠更易溶于水，碳酸钠水溶液因水解而呈较强碱性。碳酸氢钠的碱性比碳酸钠弱，其水溶液因水解而呈弱碱性。第二节钠第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠9二、碳酸钠和碳酸氢钠0.1mol/LNaHCO3溶液的pH约等于8.3，使酚酞显浅红或几乎无色。0.05mol/LNa2CO3溶液的pH约等于11.6，使酚酞显红色。用此性质可以区分碳酸钠和碳酸氢钠。碳酸钠溶液和酚酞碳酸氢钠溶液和酚酞蒸馏水和酚酞第二节钠第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠10二、碳酸钠和碳酸氢钠碳酸钠和碳酸氢钠都能与盐酸反应放出二氧化碳气体。2232COOHNaCl2HCl2CONa223COOHNaClHClNaHCO碳酸钠很稳定，加热至熔融也不分解。碳酸氢钠不稳定，受热易分解。22323COOHCONaNaHCO2如何除去固体Na2CO3中混有的少量NaHCO3？答：加热使NaHCO3分解。第二节钠问题第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠11碳酸钠用途十分广泛，大量用于玻璃、肥皂、造纸、石油等工业，也可以用来制造其他钠的化合物。二、碳酸钠和碳酸氢钠在食品工业上，碳酸氢钠是发酵粉的主要成分之一。医药上碳酸氢钠是常用药。第二节钠第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠12二、碳酸钠和碳酸氢钠碳酸氢钠在医学临床上的应用主要用做制酸药，口服小苏打片可以用于中和胃酸过多等症；输液用于纠正酸中毒(血液pH小于7.35)等。碳酸氢钠注射液大黄碳酸氢钠片第二节钠第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠13三、焰色反应很多金属及它们的化合物在被灼烧时，都会使火焰呈现特殊的颜色，这在化学上叫做焰色反应。钠的焰色反应呈黄色，钾的焰色反应呈紫色。很多金属如钙、锶、钡、铜等及它们的化合物也能发生焰色反应，钙(砖红色)锶(洋红色)钡(黄绿色)钾(紫色)第二节钠第六章重要的金属元素及其化合物第二节钠14利用焰色反应所呈现的特殊颜色，可以鉴定金属或金属离子的存在。三、焰色反应金属或金属离子锂铷钙锶钡铜钾钠焰色反应的颜色紫红紫砖红洋红黄绿绿紫黄还可以制造各种焰火。节日燃放的五光十色的焰火中，就含有某些金属或它们的化合物