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1、金属元素的单质及其化合物 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（
2、与 O2反应）在空气中点燃发出耀眼白色光 2Mg+O2 2MgO 在纯氧中或高温下可燃烧 4Al+3O2 2Al2O3 与某些氧化物反应 2Mg+CO2 2MgO+C 铝热反应：4Al+3MnO2 2Al2O3 2Al+Fe2O3 Al2O3+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+N2 Mg3N2 2Al+3Cl2 2AlCl3 与非强氧化性酸反应 Mg+2HCl=MgCl2+H2 2Al+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
3、加热下反应生成 SO2，NO，NO2 等 与碱溶液 反应 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+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
4、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
5、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
6、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（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,Na Mg,Al,Zn,Fe,Sn,Pb(H)H Cu,Hg,Ag Pt,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
7、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 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
8、 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 1 Na2O2 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
9、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。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（Fe2O3
10、FeO）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)
11、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+O2 2CuO 2)铜与硫，Cl2 单质的反应 2Cu+S Cu2S Cu+Cl2 CuCl2 CuCl2 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)2 CuO+H2O
12、 CuO+H2 H2O+Cu CuSO4+H2S=H2SO4+CuS Cu(OH)2+4NH3H2O=Cu(NH3)4(OH)2+4H2O 乙醛被新制氢氧化铜氧化 CH3CHO+2Cu(OH)2 CH3COOH+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-，CO3
13、2-+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。