高中化学金属及其化合物一、钠及其化合物1、钠(1)钠的物理性质:钠是银白色金属,密度小(cm3),熔点低(97℃),硬度小,质软,可用刀切割。钠通常保存在煤油中。是电和热的良导体。(2)钠的化学性质:从原子结构可知钠是活泼的金属单质。①钠与非金属单质反应:常温:4Na+O2==2NaO,加热:2Na+O==NaO;22Na+Cl==2NaCl;2Na+S==NaS等。22222②钠与水反应:2Na+2HO==2NaOH+H↑;实验现象:钠浮在水面上,熔成小球,22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。注意:钠在空气中的变化:银白色的钠变暗(生成了氧化钠)变白(生成氢氧化钠)潮解变成白色固体(生成碳酸钠)。③钠与酸反应:如2Na+2HCl==2NaCl+H↑,Na放入稀盐酸中,是先与酸反应,酸不足再与水反应。因此Na放入到2酸溶液中Na是不可能过量的。同时Na与H2的物质的量比始终是2:1。当然反应要比钠与水的反应剧烈多。④钠与盐的溶液反应:钠不能置换出溶液中的金属,钠是直接与水反应。反应后的碱再与溶液中的其他物质反应。如钠投入到硫酸铜溶液的反应式:2Na+CuSO4+2HO==Cu(OH)22↓+NaSO4+H↑。22⑤钠与氢气的反应:2Na+H2==2NaH。NaH+H2O==NaOH+H2↑;NaH是强的还原剂。(3)工业制钠:电解熔融的NaCl,2NaCl(熔融)==2Na+Cl↑。2(4)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。2、氧化钠和过氧化钠(1)Na2O:白色固体,是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性: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、二氧化碳反应放出氧气。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,实验研究表明是有:Na2O2+H2O==2NaOH+H2O2,2H2O2==2H2O+O2反应发生。因为H2O2也具有漂白作用。当然过氧化钠也可以直接漂白的。3、碳酸钠和碳酸氢钠溶液中相互转化Na2CO3溶液能吸收CO2转化为NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2==2NaHCO3除CO2中的HCl杂质是用饱和的NaHCO3溶液,而不用Na2CO3溶液用途用在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金等工业中。发酵粉的主要成分之一;制胃酸过多等。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溶液与稀HCl的反应①向Na2CO3溶液中滴加稀HCl,先无气体,后有气体,如果n(HCl)小于n(Na2CO3)时反应无气体放出。发生的反应:先①Na2CO3+HCl==NaCl+NaHCO3,后②NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2.②向稀HCl中滴加Na2CO3溶液,先有气体,反应是:Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2.如果用2mol的Na2CO3和的稀HCl反应,采用①方法放出CO2是;采用②方法放出CO2为。希望同学们在解题时要留意。3、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。4、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。二、镁及其化合物1、镁的性质(1)物理性质:镁是银白色金属,质较软,密度cm3,是轻金属,硬度小。(2)化学性质:镁是较活泼金属①与非金属反应:2Mg+O2==2MgO,Mg+Cl2MgCl2,3Mg+N2Mg3N2等。②与沸水反应:Mg+2H2O(沸水)==Mg(OH)2+H2↑.③与酸反应:与非强氧化性酸反应:是酸中的H+与Mg反应,有H2放出。与强氧化性酸反应:如浓H2SO4、HNO3,反应比较复杂,但是没有H2放出。④与某些盐溶液反应:如CuSO4溶液、FeCl2溶液、FeCl3溶液等。Mg+2FeCl3==2FeCl2+MgCl2,Mg+FeCl2==Fe+MgCl2.2、镁的提取:海水中含有大量的MgCl2,因此,工业上主要是从分离了NaCl的海水中来提取MgCl2.流程:海水中加入CaO或Ca(OH)2Mg(OH)2沉淀、过滤、洗涤沉淀,用稀HCl溶解MgCl2溶液,蒸发结晶MgCl2?6H2O晶体,在HCl气体环境中加热MgCl2固体,电解熔融的MgCl2Mg+Cl2↑。主要反应:MgCl2+Ca(OH)2==Mg(OH)2↓+CaCl2,Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O,MgCl2?6H2OMgCl2+6H2O,MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。3、镁的用途:镁主要是广泛用于制造合金。制造的合金硬度和强度都较大。因此镁合金被大量用火箭、导弹、飞机等制造业中。4、氧化镁(MgO):白色固体,熔点高(2800℃),是优质的耐高温材料(耐火材料)。是碱性氧化物。MgO+H2O==Mg(OH)2,MgO+2HCl==MgCl2+H2O。注意以下几种情况的离子方程式的书写:(1)n(Mg(HCO3)2):n(NaOH)=1:4:Mg2++2HCO3-+4OH-==Mg(OH)2↓+2CO32-+2H2O;(2)n(Mg(HCO3)2):n(NaOH)=1:2:Mg2++2HCO3-+2OH-==MgCO3↓+CO32-+2H2O;(3)n(Mg(HCO3)2):N(NaOH)=1:1:Mg2++HCO3-+OH-==MgCO3↓+H2O。三、铝及其化合物1、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。③与强碱溶液反应:2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+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:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe。该反应放热大,能使置换出的铁成液态,适用性强。在实验室中演示时要加入引燃剂,如浓硫酸和蔗糖或镁条和氯酸钾等。2、氧化铝(Al2O3):白色固体,熔点高(2054℃),沸点2980℃,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。如红宝石因含有少量的铬元素而显红色,蓝宝石因含有少量的铁和钛元素而显蓝色。工业生产中的矿石刚玉主要成分是α-氧化铝,硬度仅次于金刚石,用途广泛。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↑。3、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。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+3H2O4、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↑。5、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。6、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↓。四、金属及其化合物关系网(1)金属钠及其化合物:(2)金属镁及其化合物:(3)金属铝及其化合物:(4)金属铁及其化合物(5)金属铜及化合物+1五、铝相关图像问题Cu1、向Al3+的溶液中加入强碱(OH―)Cl2、向强碱溶液中加入A2l3+R--CHO3、向AlO―2溶浓液H中Cl加入H+4、向H+溶液中加H入AlO―H+OC22SO2SCOI-H2Cu0OClHSOHNOFe3+HO+2KMnO4K2Cr2O7Cu2224322CuCCOHFeNHCHOH2325