【新高一】必修1——第三章?金屬的化學性質！

許愿真 2016-08-04

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　　【知識回顧】

　　一、金屬的存在

　　地殼中含量由多到少的元素是：氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鎂；含量最多的金屬元素是鋁元素。

　　二、金屬的物理性質

　　1、有金屬光澤：大多數(shù)金屬都有銀白色金屬光澤，少數(shù)金屬是特殊顏色如銅是紫紅色，金是金黃色。

　　2、固體：除汞(液體)外，大多數(shù)為固體

　　3、導電性:電場中,自由電子定向運動.

　　4、傳熱性：自由電子與金屬離子碰撞而交換能量.

　　5、延展性：形變末破壞金屬鍵。延性：拉成細絲的性質。展性：壓成薄片的性質。

　　三、金屬的化學性質（離子方程式）

　　1、金屬與氧氣反應鎂條燃燒Mg+O2=（點燃）2MgO

　　2、金屬與酸的反應Zn+2HCl=ZnCl2+H2

　　（排在H前面的金屬能置換出酸里的氫）

　　金屬活動性順序表: K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au

　　3、金屬與鹽的反應Fe+CuSO4=FeSO4+Cu

　　鋁絲與硫酸銅溶液反應2Al+3CuSO4=Al2（SO4）3+3Cu

　　銅絲與硝酸銀溶液反應Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag

　　排在前面的金屬能把排在后面的金屬從其鹽溶液中置換出來

　　Na、Mg、Al的原子結構示意圖

　　金屬最外層上的電子一般少于4個,反應中很容易失去電子,表現(xiàn)出較強的還原性。(做還原劑）

　　【知識梳理】

　　一、金屬與非金屬的反應

　　實驗步驟：

　　(1)用鑷子夾取一小塊金屬鈉，用濾紙把鈉塊表面上的煤油擦干.

　　(2)將鈉放在玻璃片上，用小刀切下綠豆大小的一塊鈉，觀察新切開的鈉的顏色和光澤.將此鈉塊在空氣中停放一段時間，看其顏色和光澤是否有變化

　　實驗現(xiàn)象：用小刀輕輕一切，就能把鈉塊切開，新切開的鈉呈銀白色，像無銹的鐵一樣光亮，放置一段時間鈉表面顏色逐漸變暗。

　　【注意】①取用鈉要用鑷子，切不可用手接觸.②待用的鈉要用濾紙吸凈其表面的煤油.③取用的鈉粒一般為綠豆粒大小，最大不超過黃豆粒大小.④切下來未用的鈉要及時放回盛鈉的試劑瓶.⑤吸過煤油的濾紙要妥善處理，切莫亂扔.

　　（一）鈉的物理性質

　　①銀白色固體金屬

　　②密度?。?/span>0.97g/cm3）（鈉通常保存在煤油中），熔點低（97℃），硬度?。ㄙ|軟，可用刀切割）

　　③鈉電和熱的良導體。

　　（二）鈉與非金屬的反應

　　鈉原子核內有11個質子，核外有11個電子，最外層只有1個電子，其原子結構示意圖為：

　　鈉原子容易失去最外層的電子，形成8電子的穩(wěn)定結構，表現(xiàn)出很強的還原性. 鈉是還原性很強的活潑金屬

　　1、與氧氣反應

　　實驗步驟：

　　①將金屬鈉用小刀切開，在空氣中放置一會兒，可看到表面逐漸變暗，生成的主要產物為氧化鈉.

　　②再另取一小塊金屬鈉，擦干表面的煤油后，放在石棉網(wǎng)上加熱，直至燃燒有粉末狀固體產生，燃燒時，火焰呈黃色，最后生成了淡黃色粉末——過氧化鈉.

　　實驗結論：

　　（1）常溫：

　　4Na+O2=2Na2O（氧化鈉白色固體）

　　（2）加熱或點燃：

　　Na+O2 =（點燃）Na2O2（淡黃色固體）

　　【注意】

　　②鈉與氧氣反應，條件不同，產物不同：不加熱，生成氧化鈉；點燃，生成過氧化鈉.

　　②鈉在空氣中的變化：銀白色的鈉變暗（生成了氧化鈉）變白（生成氫氧化鈉）潮解變成白色固體（生成碳酸鈉）。鈉放置在空氣中最終生成碳酸鈉,有關反應如下：

　　（1）4Na+O2=2Na2O

　　（2）Na2O+H2O=2NaOH

　　（3）2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

　　（4）Na2CO3?10H2O=Na2CO3+10H2O

　　2、與氯氣、硫的反應

　　①鈉與氯氣的反應：鈉在氯氣中劇烈燃燒，產生蒼白色的煙

　　2Na+Cl2=（點燃）2NaCl

　　②鈉與硫粉的反應：鈉與硫粉混合研磨時燃燒，火星四射，發(fā)生爆炸

　　2Na+S=(研磨) Na2S

　　3、鋁與氧氣反應

　　加熱鋁箔

　　現(xiàn)象：鋁箔熔化，表面失去光澤，熔化的鋁并不滴落

　　現(xiàn)象解釋：因為鋁表面有一層氧化膜保護了鋁。即使打磨過的鋁箔，在空氣中也會很快生成新的氧化膜。有薄膜的Al2O3的熔點（2050℃）高于Al（660 ℃），沒有熔化，包在鋁的外面使熔化的液態(tài)鋁不會滴落下來。

　　鋁容易被氧化而生成一層致密的氧化膜。

　　4Al + 3O2 =2Al2O3

　　二、金屬與酸和水的反應

　　（一）鈉與水反應

　　鈉是非?；顫姷慕饘伲诔叵潞屠渌磻?，產生氣體。

　　實驗步驟：

　?。?）向一盛水的燒杯中滴入幾滴酚酞試液，然后將一小塊鈉(約為1/2豌豆大小)投入燒杯中.

　?。?）再用鋁箔將一小塊鈉(綠豆大)包好，并在鋁箔上刺些小孔，用鑷子夾住，放在燒杯中試管口下面，用排水法收集一小試管氣體，小心移近火焰，點燃.

　　實驗現(xiàn)象：

　　浮——鈉的密度比水小

　　熔——鈉的熔點低，反應放熱

　　游——產生氣體，推動小球游動

　　響——會發(fā)出嘶嘶的響聲

　　紅——使酚酞變紅，生成堿性物質

　　鈉與水反應的化學方程式：

　　2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

　　離子方程式:

　　2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑

　　（二）鐵與水蒸氣的反應

　　1.水蒸氣的發(fā)生裝置

　　2.水蒸氣與鐵粉反應裝置

　　3.產物的檢驗(收集)裝置

　　3Fe＋4H2O(g)=(△) Fe3O4＋4H2

　　（三）鈉與酸的反應

　　鈉與酸的反應比與水的反應更劇烈，極易爆炸，要特別小心.

　　2Na + 2HCl = 2NaCl+ H2↑

　　2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

　　Na放入稀鹽酸中，是先與酸反應，置換出酸中的氫，酸不足再與水反應。因此Na放入到酸溶液中Na是不可能過量的。同時Na與H2的物質的量比始終是2:1。當然反應要比鈉與水的反應劇烈多（酸中氫離子的濃度大于水中氫離子的濃度）。

　　【注意】鈉和水反應就是鈉與水電離出來的氫離子反應，酸在水中電離出氫離子，所以鈉和酸直接反應，而不是先和水反應生成氫氧化鈉后再和酸反應.

　　（四）鈉與鹽溶液反應

　　1、鈉與硫酸銅溶液的反應

　　2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

　　CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓ +Na2SO4

　　Cu（OH）2=CuO+H2O

　　總反應方程式：2Na + CuSO4 + 2H2O = Cu(OH)2↓+ Na2SO4 + H2 ↑

　　現(xiàn)象：有藍色沉淀生成，有氣泡放出

　　2、鈉投入到NaCl溶液中只與水反應：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

　　3、鈉投入到NH4Cl溶液中：

　　2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑(放熱)

　　NH4Cl+NaOH=NH3↑+H2O+NaCl

　　4、鈉投入到TiCl4熔融鹽中：

　　4Na+TiCl4＝（700~800℃）4NaCl+Ti

　　【注意】將鈉加入到鹽的水溶液中，首先是鈉和水反應，若氫氧化鈉和鹽反應生成難溶的堿或氣體，則氫氧化鈉和鹽反應，否則只有鈉與水的反應.

　　（五）鈉的用途

　　①在熔融的條件下鈉可以制取一些金屬，如鈦、鋯、鈮、鉭等；

　　②鈉鉀合金是原子反應堆的熱交換劑；

　　③鈉蒸氣可作高壓鈉燈，發(fā)出黃光，射程遠，透霧能力強。

　?、茏龌ぴ?。

　　【典型例題】

　　一、鈉的物理性質

　　1.金屬鈉放入水中浮在水面上，放入煤油中則沉在油層下，已知煤油的密度為0.8g/cm3，則可推知金屬鈉的密度( )

　　A.大于1.0g/cm3

　　B.小于0.8 g/cm3

　　C.在0.8g/cm3～1.0g/cm3之間

　　D.等于0.8g/cm3

　　【答案】C

　　二、鈉與非金屬反應

　　2.下列說法中不正確的是( )

　　A．鈉的熔點較低

　　B．鈉在發(fā)生化學反應時化合價升高C．鈉在空氣中燃燒生成氧化鈉，并發(fā)出黃色火焰

　　D．鈉原子最外層只有一個電子，容易失電子，體現(xiàn)還原性

　　【答案】C

　　三、鈉與水反應

　　3.將一塊鈉投入預先滴入2～3滴紫色石蕊試液的水溶液中，可觀察到的現(xiàn)象正確的一組為（）

　　①鈉沉到水下面；②鈉浮在水面上，四處游動；③鈉熔成閃亮的小球，聽到滋滋的響聲；④溶液變紅；⑤溶液變藍

　　A. ①③④B．②③⑤

　　C．①③⑤D．②③④

　　【答案】B

　　四、鐵與水蒸氣的反應

　　4.在常溫下，Fe與水并不起反應，但在高溫下，Fe與水蒸氣可發(fā)生反應。應用下列裝置，在硬質玻璃管中放入還原鐵粉和石棉絨的混合物，加熱，并通入水蒸氣，就可以完成高溫下“Fe與水蒸氣的反應實驗”。

　　請回答該實驗中的問題。

　　（1）寫出該反應的反應方程式：；并指明該氧化還原反應的還原劑是，氧化劑是。

　　（2）實驗前必須對整套裝置進行氣密性檢查，操作方法是。

　　（3）圓底燒瓶中盛裝的水，該裝置受熱后的主要作用是；燒瓶底部放置了幾片碎瓷片，碎瓷片的作用是。

　　（4）酒精燈和酒精噴燈點燃的順序是，為什么？。

　　（5）干燥管中盛裝是的物質是，作用是。

　　（6）試管中收集氣體是，如果要在A處玻璃管處點燃該氣體，則必須對該氣體進行，方是。這一操作的目的是。

　　【答案】（1）

　　；Fe；H2O

　　（2）在玻璃管口A處接一段乳膠管，乳膠管頭上連一段玻璃管，并將管口沒入水中，用酒精燈火焰微熱燒瓶底部，如果能夠觀察到沒入水中的玻璃管口有氣體逸出，停止加熱后，玻璃管內有水柱上升，且較長時間水柱不回落，則標明該套裝置氣密性良好。（3）為硬質玻璃管內Fe與水蒸氣的反應實驗提供持續(xù)不斷的水蒸氣；防止爆沸事故的發(fā)生。（4）先點燃酒精燈，產生水蒸氣后，再點燃酒精噴燈；防止先點燃酒精噴燈所導致的Fe與O2的反應。（5）堿石灰干燥劑；除去反應產生的H2中的水蒸氣。（6）H2；驗純；用試管收集一試管氣體，靠近火焰酒精燈火焰，如果發(fā)出的聲音是“啪”的爆鳴聲，則證明產生的氫氣不純（含有氧氣），如果是“噗”的聲音，則證明是純凈的氫氣；防止點燃時，氫氣因含有氧氣而爆炸。