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第三章金属及其化合物第一节 金属的化学性质一、钠及其化合物（一）钠 Na1、单质钠的物理性质：钠质软、银白色、熔点低、密度比水的小但比煤油的大。2、单质钠的化学性质： 钠与O2反应常温下：4Na + O22Na2O （新切开的钠放在空气中容易变暗）加热时：2Na + O2Na2O2 （钠先熔化后燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体Na2O2。）钠在空气中的变化过程：NaNa2ONaOHNa2CO310H2O（结晶）Na2CO3（风化），最终得到是一种白色粉末。一小块钠置露在空气中的现象：银白色的钠很快变暗（生成Na2O），跟着变成白色固体(NaOH)，然后在固体表面出现小液滴（NaOH易潮解），最终变成白色粉未（最终产物是Na2CO3）。 钠与H2O反应2Na2H2O2NaOHH2 离子方程式：2Na2H2O2Na2OHH2（注意配平）实验现象：钠浮在水面上，熔成小球，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。“浮钠密度比水小；游生成氢气；响反应剧烈；熔钠熔点低；红生成的NaOH遇酚酞变红”。 钠与盐溶液反应如钠与CuSO4溶液反应，应该先是钠与H2O反应生成NaOH与H2，再和CuSO4溶液反应，有关化学方程式：2Na2H2O2NaOHH2 CuSO42NaOHCu(OH)2Na2SO4总的方程式：2Na2H2OCuSO4Cu(OH)2Na2SO4H2实验现象：钠熔成小球，在液面上四处游动，有蓝色沉淀生成，有气泡放出K、Ca、Na三种单质与盐溶液反应时，先与水反应生成相应的碱，碱再和盐溶液反应 钠与酸反应：2Na2HCl2NaClH2（反应剧烈） 离子方程式：2Na2H2NaH23、钠的存在：以化合态存在。4、钠的保存：保存在煤油或石蜡中。5、工业制钠：电解熔融的NaCl：2NaCl(熔融) 2Na + Cl26、钠的用途： 在熔融的条件下钠可以制取一些金属，如钛、锆、铌、钽等； 钠钾合金是快中子反应堆的热交换剂； 钠蒸气可作高压钠灯，发出黄光，射程远，透雾能力强。(二)氧化钠和过氧化钠1、Na2O Na2O + H2O = 2NaOH,白色固体，是碱性氧化物，具有碱性氧化物的通性：Na2O + CO2 = Na2CO3,Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O .另外：加热时，2Na2O + O2 = 2Na2O22、Na2O2：淡黄色固体是复杂氧化物，易与水和二氧化碳反应。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。（三）钠盐：Na2CO3与NaHCO3的性质比较Na2CO3NaHCO3俗称纯碱、苏打小苏打水溶性比较Na2CO3 NaHCO3溶液酸碱性碱性碱性与酸反应剧烈程度较慢（二步反应）较快（一步反应）与酸反应Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2CO32+2H+=CO2+H2ONaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2HCO3+H+=H2O+CO2热稳定性加热不分解加热分解2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2与CO2反应Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3不反应与NaOH溶液反应不反应（不能发生离子交换）NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2OHCO3+OH=H2O+CO32与Ca(OH)2溶液反应Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3+2NaOHCa2+CO32=CaCO3也能反应生成CaCO3沉淀与CaCl2、溶液反应有CaCO3沉淀不反应用途洗涤剂，玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业发酵粉、灭火剂、治疗胃酸过多（有胃溃疡时不能用）相互转化Na2CO3溶液能吸收CO2转化为NaHCO3Na2CO3 + H2O + CO2 = 2 NaHCO3NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O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: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Na2CO3 + HCl = NaCl + NaHCO3,后NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O +CO2 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2.4mol的稀HCl反应，采用方法放出CO2是0.4mol；采用方法放出CO2为1.2mol。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NaHCO34、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。（四）氢氧化钠NaOH：俗称烧碱、火碱、苛性钠，易潮解，有强腐蚀性，具有碱的通性。二、铝及其化合物（一）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。 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。 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。（ 2Al6H2Al33H2 ） 与强碱溶液反应：2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2（ 2Al2OH2H2O2AlO23H2 ） 与某些盐溶液反应：如能置换出CuSO4、AgNO3等溶液中的金属。 铝热反应：铝与某些金属氧化物的反应（如V、Cr、Mn、Fe的氧化物）叫做铝热反应2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe。Al 和 Fe2O3的混合物叫做铝热剂。利用铝热反应焊接钢轨。（二）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。2Al2O3 4Al + 3O2。（三）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。加热易分解。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 + 2H2O2Al(OH)3 Al2O3 +3 H2O （四）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 +3 H2O ,2Al2O3 4Al + 3O2。（五）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。（六）明矾的净水：化学式：KAl(SO4)212H2O，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：（Al(OH)3）的制备：在氯化铝溶液中加足量氨水。AlCl3 + 3NH3H2O = Al(OH)3+ 3NH4Cl 。 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。 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。 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。 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。 铝三角：三、铁及其化合物（一）铁 Fe1、单质铁的物理性质：铁片是银白色的，铁粉呈黑色，纯铁不易生锈，但生铁（含碳杂质的铁）在潮湿的空气中易生锈。（原因：形成了铁碳原电池。铁锈的主要成分是Fe2O3）。2、单质铁的化学性质： 与非金属单质反应：3Fe2O2 Fe3O4（现象：剧烈燃烧，火星四射，生成黑色的固体）2Fe + 3Cl2 2FeCl3, Fe + S FeS。 与非氧化性酸反应：Fe2HClFeCl2H2 （ Fe2HFe2H2 ） 常温下铝、铁遇浓硫酸或浓硝酸钝化。加热能反应但无氢气放出。 与盐溶液反应：FeCuSO4FeSO4Cu （ FeCu2Fe2Cu ）；Fe +2 FeCl3 = 3FeCl2 与水蒸气反应：3Fe + 4H2O(g) Fe3O4 + 4H2（二） 铁的氢氧化物Fe(OH)2Fe(OH)3主要性质白色难溶于水的沉淀，不稳定，易被氧化成氢氧化铁，颜色变化为：白色灰绿色红褐色。反应式：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3。Fe(OH)22HFe22H2O红褐色难溶于水的沉淀，受热易分解。2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O ,能溶于强酸溶液，生成相应的盐。Fe(OH)33H2Fe33H2O（三）Fe2+、Fe3+的检验离子Fe2+Fe3+常见方法滴加KSCN溶液，无明显变化，再加氯水，溶液变血红色；直接观察溶液是浅绿色；滴加氢氧化钠溶液，出现沉淀的颜色变化是：白色灰绿色红褐色。直接观察溶液是黄色；滴加氢氧化钠溶液，出现红褐色沉淀；滴加KSCN溶液，有血红色溶液出现。（四）铁三角Fe与弱氧化剂反应，如H+、Cu2+ 、I2 、S等；用还原剂如H2 、CO等还原FeO或用Mg、Zn、Al等还原Fe2+盐溶液。 铁与强氧化剂反应如Cl2、Br2、浓H2SO4 、浓HNO3等。 用还原剂如H2 、CO等还原Fe2O3或用足量Mg、Zn、Al等还原 Fe2+遇强氧化剂的反应如Cl2、Br2、O2、浓H2SO4、浓HNO3、 H2O2、Na2O2、HClO等。 Fe3+遇某些还原剂的反应如Fe、Cu、SO2、I-、H2S等以及少量的Zn、Mg、Al等。 （五）铁的冶炼原料：铁矿石（提供铁元素）、焦炭（提供热量和还原剂）、空气（提供氧气）、石灰石（除去铁矿石中的二氧化硅杂质）。设备：高炉。主要反应：C + O2 CO2 ,，C + CO2 2CO （这两个反应是制造还原剂并提供热量），3CO + Fe2O3 2Fe 3CO2 ，CaCO3 CaO + CO2 ，CaO + SiO2 CaSiO3.（六）焰色反应1、定义：金属或它们的化合物在灼烧时使火焰呈现特殊颜色的性质。2、操作步骤：铂丝（或铁丝）用盐酸浸洗后灼烧至无色，沾取试样（单质、化合物、气、液、固均可）在火焰上灼烧，观察颜色。3、 重要元素的焰色：钠元素黄色、 钾元素紫色（透过蓝色的钴玻璃观察，以排除钠的焰色的干扰）焰色反应属物理变化。与元素存在状态（单质、化合物）、物质的聚集状态（气、液、固）等无关，只有少数金属元素有焰色反应。（七）合金1、合金的概念：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。2、合金的特性：合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械的性能。 合金的硬度一般比它的各成分金属的大 合金的熔点一般比它的各成分金属的低
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