1、 金属元素的单质及其化合物主讲人 钟国娟本讲内容可分金属元素概述，钠、镁、铝、铁、铜及其化合物。基础知识 一.碱金属是金属元素的典型代表，特别是金属钠能与许多非金属元素及其化合物发生现象明显的化学反应，钠的重要化合物都是生产，生活及实验室中应用普遍的试剂。 钠的单质及其化合物知识结构如下。二.镁、铝是代表A和A二族重要的元素，由于Al及其化合物的特殊性，以这一知识点为载体的一些化学内容，具有较强的综合性。镁铝的单质及其化合物性质列表如下。镁铝原子结构化学性质暴露在空气中（与O2）常温下被O2氧化形成致密氧化膜，因而具有一定抗腐蚀性很快与O2反应，形成致密氧化膜抗腐蚀性比镁还强燃烧（与O2反应）
2、在空气中点燃发出耀眼白色光2Mg+O22MgO在纯氧中或高温下可燃烧4Al+3O22Al2O3与某些氧化物反应2Mg+CO22MgO+C铝热反应：4Al+3MnO22Al2O32Al+Fe2O3Al2O3+2Fe与H2O反应Mg+2H2O（沸）=Mg（OH）2+H2与碱的水溶液反应与非金属反应3Mg+N2Mg3N22Al+3Cl22AlCl3与非强氧化性酸反应Mg+2HCl=MgCl2+H22Al+6HCl=2AlCl3+3H2与强氧化性酸反应与浓H2SO4,浓HNO3反应无H2生成常温下被浓H2SO4浓硝酸钝化加热下反应生成SO2，NO，NO2等与碱溶液反应2Al+2NaOH+2H2O=2N
3、aAlO2+3H2三.铁与铜是二种重要的过渡元素，铁又是生产中应用最广泛的金属，由于铁是变价元素，性质较复杂，在学习中需注意它们间的相互转化规律并要及时归纳总结。 原子结构：最外电子层有2个电子，通常显+2价或+3价 周期表位置：第四周期第族 物理性质：银白色、熔点高、沸点高、具有金属的一般物性，能被磁 铁 铁吸引 化学性质：比较活泼，能与非金属、水、酸、盐等物质反应 化合物：氧化物、氢氧化物、盐及两种价态化合物间相互转化Fe3+离子检验：Fe3+3SCN-=Fe（SCN）3（显血红色） 原子结构：最外层有1个电子，常有+1和+2两种化合价 周期表位置：第四周期B族 铜化学性质：不活泼，在一定
4、条件下也能与氧、硫、卤素、氧化性酸反 应 化合物：氧化物、氢氧化物、盐、铜锈Cu(OH)2CO3 铜离子检验：CuSO4+4NH3H2O=Cu（NH3）4SO4+4H2O（深蓝色）学习指导1.请说出金属元素在周期表中的位置和原子结构。 金属元素分布在元素周期中的左下方，有八十余种金属。分别在除零族，卤族（A）以外的各主副族中。 金属元素原子的最外层电子数大部分少于4个电子。有六种金属元素的原子最外层电子数为4或大于4个。Ge、Sn、Pb原子最外层电子数为4，Sb，Bi原子最外层电子数为5，Po原子最外层电子数为6，金属元素的原子半径均比同周期的非金属原子半径大（惰性气体原子半径除外） 同一周期
5、金属元素的原子的电子层数相同从左到右随原子序数递增，价电子数增多，原子半径减小。同一主族金属元素原子价电子数相同，从上到下随原子序数递增电子层数增多，原子半径变大。 2.你能根据金属元素在周期表的位置及结构，分析典型金属单质及其化合物的性质吗？请参考以下方面进行分析。 金属的晶体结构中金属阳离子与自由电子间存在较强的作用，使金属离子按一定规律紧密堆积而结合在一起，使金属有金属光泽，优良延展性，是电和热的良导体，此外金属的硬度，熔点也与其结构有关。 根据金属元素原子核外电子排布的周期性与元素性质的递变关系理解A族，A族元素（单质及其化合物）性质的相似性及递变性。金属元素的原子最外层电子数一般较少
6、（1-4个），原子半径较大，容易失去电子发生氧化反应。从而决定了金属的通性。 金属元素的化学性质主要决定于金属元素原子的价电子数与原子半径，所以表现出可与非金属反应，与氯气，酸，水，盐溶液等的反应。不同金属元素由于结构特点不同，其还原能力的强弱不同，置换出酸中或水中氢的能力也不同并可根据金属活动顺序总结以下规律。金属活动顺序K, Ca, NaMg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb(H)HCu, Hg, AgPt, Au原子失电子能力依次减小，还原性减弱阴离子得电子能力依次增大，氧化性增强在空气中与O2的反应常温易被氧化常温能被氧化常温干燥空气中不易被氧化加热时能被氧化不能被氧化与水的反应
7、常温可置换出水中的氢加热或跟水蒸汽反应时能置换出氢不能跟水反应与酸的反应能置换出稀酸（如HCl,H2SO4）中的氢不能置换出稀酸中的氢反应剧烈Al,Fe常温在浓HNO3,H2SO4中钝化与氧化性酸反应能跟王水反应与碱的反应仅Al、Zn具有两性的金属可以与碱反应与盐的反应先与水反应位于金属活动性顺序前面的金属能将后面的金属从其盐溶液中置换出来对应碱的热分解受热不分解受热分解常温分解硫化物溶解性溶于水水解不溶于水、溶于非氧化性稀酸只溶于强氧化性酸治炼方法电解法热还原法加热分解法物理方法3.你能说出下列实验的现象及写出有关反应的离子方程式吗？将一小粒金属钠投入Ca（HCO3）2水溶液 解析1Na2O
8、2粉末投入滴有几滴酚酞试液的少量水中 解析2浓溴水中撒入镁粉，并加入AgNO3溶液 解析3将擦去氧化膜的镁条置于NH4Cl溶液中 解析4氯化铁溶液中加入少量铁粉 解析5氯化铁溶液中通入H2S气体 解析6 氯化亚铁溶液露置于空气中一段时间 解析7氯化铜溶液中逐滴加入浓氨水至过量 解析8 4.化学反应图象题是用平面坐标讨论当反应物的量改变时，它们的变化趋势及相互关系对生成物影响的一类题型，这是典型的“数”与“形”的统一的反映。解析9解析10解析11解析12解析13请问你能正确地认识以下有关铝的综合图象吗？ 5.Fe，Fe3+，Fe2+三种价态之间是如何相互转化的？Fe元素是一种变价金属元素，它三种
9、价态之间的相互转化特点是均属于氧化还原反应，它们的相互转化关系如下图。请注意：铁单质是比较活泼的金属单质，常温下遇浓HNO3浓H2SO4会有钝化现象。铁单质与一般氧化剂反应，产物中Fe显+2价。铁单质与强氧化剂反应，产物中Fe显+3价。解析14铁的氧化物有FeO，Fe2O3，Fe3O4，其中Fe3O4是一种结构复杂的纯净物，可写成（Fe2O3FeO）Fe2+容易被氧化，所以新制的亚铁盐溶液中加入一些铁屑（或铁钉）以防Fe+2向Fe3+转化而变质。在Fe2+盐溶液中加入NaOH溶液，有白色絮状沉淀产生，在空气中迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。Fe3+在较强的酸性条件下稳定存在，在弱酸性或碱性条件
10、下，可形成Fe（OH）3沉淀，Fe3+易水解，配制Fe3+溶液时，应先在蒸馏水中滴加少量的相应的强酸，抑制Fe3+水解。6.请写出有关铜与铜的化合物的反应方程式。铜的化学性质不活泼，一定条件下在化学反应中能失去1个或2个电子生成Cu+或Cu2+。因此铜常有+1和+2两种化合价。单质Cu的主要反应方程式：1)铜与O2的反应常温潮湿空气中铜表面形成一层碱式碳酸铜俗称铜绿 2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2（OH）2CO3加热时，2Cu+O22CuO2)铜与硫，Cl2单质的反应 2Cu+SCu2S Cu+Cl2CuCl2CuCl2固体呈棕色，CuCl2浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色3)铜与某些强氧化剂
11、的反应Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2+2H2O Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2 Cu+4HNO3（浓）=Cu(NO3)+2NO2+2H2O 3Cu+8HNO3（稀）3Cu(NO3)2+2NO+4H2O铜化合物的反应方程式:Cu(OH)2CuO+H2OCuO+H2H2O+CuCuSO4+H2S=H2SO4+CuSCu(OH)2+4NH3H2O=Cu(NH3)4(OH)2+4H2O乙醛被新制氢氧化铜氧化CH3CHO+2Cu(OH)2CH3COOH+Cu2O+2H2O例题精析例1向碳酸钠的浓溶液中逐滴加入稀盐酸，直到不再生成二氧化碳气体为止，则此过程中溶液中碳酸氢根离子变化
12、趋势是_。分析在碳酸钠浓溶液中随着H+浓度的增大，CO32-转变为HCO3-，而随H+浓度的继续增大，HCO3-又转化为不稳定的H2CO3分解为CO2气体。先增大，后变小。解释因为Na2CO3=2Na+CO32-，HCl=H+Cl-，CO32-+H-=HCO3-，溶液中HCO3-逐渐增大；当CO32-全部转为HCO3-时，溶液中再滴加盐酸HCO3-+H+=H2CO3， H2CO3=H2O+CO2使溶液中HCO3-的浓度又减小。所以溶液中碳酸氢根离子浓度先逐渐增大，而后减小。解题后的点拨通过本题培养辨证思维能力及树立量变引起质变的观点。例2在托盘天平的两端各放一只烧杯，分别盛等体积等物质的量浓度
13、的稀H2SO4（含硫酸m mol）再将天平调平衡。然后向左边烧杯中加入ag镁粉，右边烧杯中加入bg铝粉。若反应结束后，天平仍恢复平衡状态，试讨论在各情况下a与b的关系和取值范围。分析要使天平平衡，天平两端增加或减小的质量必须相等，据此求出a与b的关系，并求a与b的取值范围计算H2时，要分酸过量或金属过量及何种金属过量来计算。解题由方程式知，与mmolH2SO4恰好完全反应，消耗镁粉24mg，消耗铝粉18mg。分三种情况讨论：两边酸均过量，两端金属的质量与放出氢气质量差应相等即 将b18m,代入上式得a、b的取值范围a17.45m,b18m，验证，酸有余，Mg的加入量要小于24m，此答案符合题意
14、。当左边酸过量（或恰好完全反应）右边铝过量 即 11a=12b-24m将a24m代入上式得b24ma、b取值范围为：17.45 ma24m若两边金属均过量，则放出H2的量取决于酸的量则b才能保持天平平衡。a,b的取值范围圈定b24m.例3将一定量的镁铝合金属放入100ml一定物质的量浓度的盐酸中，合金全部溶解，向所得溶液中逐滴加入5molL-1NaOH溶液，所得沉淀量和NaOH体积的关系如图所示求所用盐酸的物质的量浓度合金中Mg、Al的物质的量之比合金中Mg的质量分数。分析由图可知反应分四个阶段NaOH用量0-20ml时无沉淀，是NaOH与盐酸的反应NaOH用量20-160ml生成沉淀并达最大
15、量。说明OH-把Mg2+及Al3+逐渐沉淀完全。NaOH用量160-180ml时，Al（OH）3完全溶解，仅剩沉淀物Mg（OH）2.NaOH用量大于180ml时沉淀量保持不变。该题用质量守恒及电荷守恒法解题较简单解题根据图像可知当滴入160mlNaOH溶液时，Mg2+，Al3+已全部沉淀完全，所以溶液中为NaOH溶液，由电荷守恒n（Na+）=n（Cl-）n（NaOH）=n（HCl）即：CHCl（aq）=又依据图像当滴入20molNaOH溶液时，Al（OH）3全部溶解，从关系式： AlAl（OH）3OH-AlO2-知n（Al）=nAl（OH）3=n（NaOH）=从Mg2+与Al3+和NaOH反应
16、中对OH-求物料守恒2n(Mg2+)+3n(Al3+)=n(OH-)2n（Mg2+）=即n（Mg）=0.2moln（Al）：n（Mg）=0.1:0.2=1:2W（Mg）=解题后点拨结合图象中的各点含义及曲线的变化趋势，找出反应物与其它物间的定量关系是本题解题的关键，分析各物质间的守恒关系，便可迅速求解。例4现有AlCl3和FeCl3混和溶液，其中Al3+和Fe3+的物质的量之和为0.1mol,此溶液中加入90ml 4mol/L的NaOH溶液，使其充分反应，设Al3+物质的量与Fe3+总物质的量之比为.(1)根据反应的化学方程式计算，当时，溶液中产生的沉淀是什么？物质的量是多少？(2)计算沉淀中
17、只有Fe(OH)3时，的取值范围。并在图中画出沉淀总物质的量随的变化曲线。(3)若Al3+和Fe3+的总物质的量之和为A（A为合理数值），其它条件不变时，求沉淀同时有Fe(OH)3、Al(OH)3的取值范围和各沉淀的物质的量（用含有A、的式子表示）分析 AlCl3和FeCl3和足量NaOH反应可生成Fe(OH)3和Al(OH)3，当NaOH过量时，Al(OH)3可部分或全部转变为NaAlO2.若能计算出沉淀FeCl3,需用NaOH的物质的量，n(OH-)和n(Al3+)的比值，就可得知AlCl3与FeCl3混合溶液与NaOH溶液反应中产生什么沉淀，以及沉淀的物质的量。而这两个量只需依据n(Al
18、3+)+n(Fe3+)=0.1mol和的值即能求出。另一方面我们还可根据Fe(OH)3和Al(OH)3的沉淀量反推出溶液中n(Al3+)及n(Fe3+)的关系式从而画出它们的变化曲线，讨论出的取值范围。解题 （1）当时， 沉淀Fe3+需用的OH-的物质的量为 余下的OH-的物质的量： 此时溶液中Al3+全部生成AlO2-，故沉淀只能是Fe(OH)3,其物质的量为（2）由知：n(Al3+)=0.1mol,n(Fe3+)=0.1(1-)mol,当沉淀中仅有Fe(OH)3,沉淀Fe(OH)3的物质的量时，所需的的物质的量为，那么剩余下的的物质的量必须满足4，4 解之，的取值范围是：根据不同的取值对F
19、e(OH)3沉淀，作图如下： （3）当 若与同时存在，沉淀后剩余 即：解不等式得 ，沉淀 解后点拨 本题思维容量较大，不仅包括的化学基本反应，也涵盖了与形成沉淀或以形式存在时，它们之间的量的关系，并将这种量的关系要求用数学的函数式表达出来，只有掌握了化学的基本知识和以自变量的比值为出发点，它们的化学意义及数学涵义也就一目了然。巩固提高 1.CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（ ）A氯化钙溶液B饱和碳酸钠溶液C硅酸钠溶液D偏铝酸钠溶液2.在甲、乙、丙丁四个烧杯中分别加入0.1ml的Na、Na2O、Na2O2、NaOH、而后加入100ml水，搅拌，使固体完全溶解，则甲、乙、丙、丁中溶质的质
20、量分别排列顺序正确的是（ ）A甲=丁乙=丙 B丁甲乙=丙C丁乙=丙甲 D丁甲乙丙3.在标准状况一，将CO2与CO有混合气体（密度）充满一盛有足量Na2O2的密闭容器内（容积为22.4L）用间断的电火花引发充分反应，反应完成后，容器中存在的物质及其量的判断正确的是（ ）A存在0.5molCO2B存在0.125molO2C存在0.25molNa2CO3D存在0.5molNa2CO34.下列离子方程式正确的是（ ）A铁和稀盐酸反应2Fe+6H+=2Fe3+3H2B铁跟硫酸铁溶液反应Fe+Fe3+=2Fe2+C氢氧化亚铁跟硝酸反应Fe（OH）2+2H+=Fe2+2H2OD氧化亚铁与溴水反应2Fe2+B
21、r2=2Fe3+2Br-5.将1.92g铜粉与定量浓硝酸反应，当铜粉完全作用时收集到气体1.12L（标准状况）则所消耗硝酸的物质的量是（ ）A0.12molB0.11molC0.09molD0.08mol 6.某溶液中，可能存在Fe3+，Fe2+，Mg2+加入NaOH溶液，开始生成白色沉淀然后发现沉淀逐渐变色最终变为红褐色，下列结论正确的是（ ）A一定有Fe3+存在，可能有Fe2+存在，一定无Mg2+存在B一定有Fe2+存在，可能有Mg2+存在，一定无Fe3+存在C一定有Fe3+存在，可能有Fe2+，Mg2+存在D一定有Fe2+一定无Fe3+，Mg2+存在7.向下列离子的水溶液中加入Na2O2
22、有无色无味气体产生，并有沉淀生成，生成的沉淀与加入Na2O2的用量如图所示，则符合要求的离子组是（ ）AAg+ Mg2+ Cl-BMg2+ Al3+ Cl-CCa2+ Na+ H2PO4-DZn2+ Al3+ SO42-8.取等物质的量的A和B两种粉未，混合均匀后进行下列实验。 根据物质的性质及实验现象，推断AI各物质A _ B _ C _ D _ E _ F _ G _ H _ I _完成方程式：_ _ _9.在AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，已知AlCl3溶液体积为20ml浓度为0.5NaOH溶液浓度为1.0，体积为xml。(1)讨论x的取值范围，建立生成白色沉淀y的函数方程(2)画出y
23、=f(x)的函数曲线.10.有FeCl2，CuCl2混合溶液400mol，经测定其中C(Cl-）为a投入过量锌粉bg，充分反应过滤，所得固体残渣经洗涤干燥后，质量为cg，求原混合溶液中Fe2+,Cu2+的物质的量浓度（只考虑金属与盐的反应）自我反馈1.A2.B 3.B 4.D 5.B 6.B7.B8.Fe，无水CuSO4 Cu Cu(OH)2 Cu2O FeSO4 Fe(OH)3 Fe2O3 BaSO4 Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2+2H2O CH2OH-（CHOH）4-CHO+2Cu（OH）2CH2OH-（CHOH）4COOH+Cu2O+2H2O Fe2O3+2AlAl2O3+
24、2Fe9. Al 3NaOH Al（OH）3 0.01mol 0.03mol 0.01mol V（NaOH）=0.03mol/1.0 =30ml mAl(OH)3=0.01mol78g =0.78g AlCl3 4NaOH AlO2- 0.01mol 0.04mol V（NaOH）= mAl(OH)3=0 当 3NaOH Al(OH)3 3 1 1V(NaOH)10-3 mAl(OH)3= =0.0026V(NaOH)当 30mlV(NaOH)45ml时沉淀量保持不变（Mg（OH）2不溶解）离了方程式：OH-+H+=H2O Al3+3OH-=Al（OH）3 Mg2+2OH-=Mg（OH）2 Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O解析14铁与Cl2及S两种物质发生化学反应时，化合价的变化不同，在Fe跟Cl2反应里，Fe原子失去3个电子变为+3价的Fe。在Fe与S的反应里，Fe原子失去2个电子变为+2价的Fe。这说明，在Cl2与S的两种物质中，Cl2夺电子的能力强，它的氧化性强，S的氧化性相对较弱。铜与Cl2及S的反应中也有与Fe相似的可变化合价+1及+2价最终生成CuCl2和Cu2S。高考资源网w。w-w*k&s%5￥u高考资源网w。w-w*k&s%5￥u
