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金屬單質(zhì)及其化合物

考點(diǎn)聚焦

金屬單質(zhì)及其化合物

2、鎂及其化合物

3、鋁及其化合物

4、鐵、銅及其化合物

知識(shí)梳理

一、鈉及其化合物

1、鈉

（1）鈉的物理性質(zhì)：鈉是銀白色金屬，密度�。�0.97g/cm³），熔點(diǎn)低（97℃），硬度小，質(zhì)軟，可用刀切割。鈉通常保存在煤油中。是電和熱的良導(dǎo)體。

（2）鈉的化學(xué)性質(zhì)：從原子結(jié)構(gòu)可知鈉是活潑的金屬單質(zhì)。

①鈉與非金屬單質(zhì)反應(yīng)：常溫：4Na + O₂ == 2Na₂O,加熱：2Na + O₂ Na₂O₂;

2Na + Cl₂ 2NaCl; 2Na + S Na₂S等。

②鈉與水反應(yīng):2Na + 2H₂O == 2NaOH + H₂↑；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鈉浮在水面上，熔成小球，

在水面上游動(dòng)，有哧哧的聲音，最后消失，在反應(yīng)后的溶液中滴加酚酞，溶液變紅。

注意：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）。

③鈉與酸反應(yīng)：如2Na + 2HCl == 2NaCl + H₂↑,Na放入稀鹽酸中，是先與酸反應(yīng)，酸不足再與水反應(yīng)。因此Na放入到酸溶液中Na是不可能過(guò)量的。同時(shí)Na與H₂的物質(zhì)的量比始終是2:1。當(dāng)然反應(yīng)要比鈉與水的反應(yīng)劇烈多。

④鈉與鹽的溶液反應(yīng)：鈉不能置換出溶液中的金屬，鈉是直接與水反應(yīng)。反應(yīng)后的堿再與溶液中的其他物質(zhì)反應(yīng)。如鈉投入到硫酸銅溶液的反應(yīng)式：2Na + CuSO₄ + 2H₂O == Cu(OH)₂ ↓+ Na₂SO₄ + H₂ ↑。

⑤鈉與氫氣的反應(yīng)：2Na + H₂ == 2NaH。NaH + H₂O == NaOH + H₂ ↑；NaH是強(qiáng)的還原劑。

（3）工業(yè)制鈉：電解熔融的NaCl，2NaCl(熔融) 2Na + Cl₂↑。

（4）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鈉鉀合金是快中子反應(yīng)堆的熱交換劑；

③鈉蒸氣可作高壓鈉燈，發(fā)出黃光，射程遠(yuǎn)，透霧能力強(qiáng)。

2、氧化鈉和過(guò)氧化鈉

（1）Na₂O：白色固體，是堿性氧化物，具有堿性氧化物的通性：Na₂O + H₂O == 2NaOH,

Na₂O + CO₂ == Na₂CO₃,Na₂O + 2HCl == 2NaCl + H₂O .另外：加熱時(shí)，2Na₂O + O₂ == 2Na₂O₂.

(2)Na₂O₂：淡黃色固體是復(fù)雜氧化物，易與水、二氧化碳反應(yīng)放出氧氣。

2Na₂O₂ + 2H₂O == 4NaOH + O₂ ↑,2Na₂O₂ + 2CO₂ == 2Na₂CO₃ + O₂ ↑（作供氧劑）。

因此Na₂O₂常做生氧劑，同時(shí)，Na₂O₂還具有強(qiáng)氧化性，有漂白作用。如實(shí)驗(yàn)：Na₂O₂和水反應(yīng)后的溶液中滴加酚酞，變紅后又褪色，實(shí)驗(yàn)研究表明是有：Na₂O₂ + H₂O == 2NaOH + H₂O₂,2H₂O₂ == 2H₂O + O₂ 反應(yīng)發(fā)生。因?yàn)镠₂O₂也具有漂白作用。當(dāng)然過(guò)氧化鈉也可以直接漂白的。

3、碳酸鈉和碳酸氫鈉

性質(zhì)

Na₂CO₃（Na₂CO₃?10H₂O）

NaHCO₃

性質(zhì)比較

俗稱(chēng)

純堿或蘇打

小蘇打

NaHCO₃的顆粒比Na₂CO₃小

水溶性

易溶于水

S(Na₂CO₃)>S(NaHCO₃)

溶液酸堿性

顯堿性

同濃度Na₂CO₃溶液的pH大于NaHCO₃溶液的pH

熱穩(wěn)定性

穩(wěn)定

受熱分解生成Na₂CO₃、H₂O、CO₂

NaHCO₃的熱穩(wěn)定性比Na₂CO₃差，用于除雜質(zhì)。

與酸反應(yīng)

能與強(qiáng)酸反應(yīng)

等物質(zhì)的量時(shí)Na₂CO₃耗酸量大于NaHCO₃

溶液中相互轉(zhuǎn)化

Na₂CO₃溶液能吸收CO₂轉(zhuǎn)化為NaHCO₃

Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ == 2 NaHCO₃

除CO₂中的HCl雜質(zhì)是用飽和的NaHCO₃溶液，而不用Na₂CO₃溶液

用途

用在玻璃、肥皂、合成洗滌劑、造紙、紡織、石油、冶金等工業(yè)中。

發(fā)酵粉的主要成分之一；制胃酸過(guò)多等。

注意幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題：

1、向飽和的Na₂CO₃溶液中通足量的CO₂有晶體NaHCO₃析出。

2、Na₂CO₃溶液與稀HCl的反應(yīng)①向Na₂CO₃溶液中滴加稀HCl，先無(wú)氣體，后有氣體，如果n(HCl)小于n(Na₂CO₃)時(shí)反應(yīng)無(wú)氣體放出。發(fā)生的反應(yīng)：先①Na₂CO₃ + HCl == NaCl + NaHCO₃,后②NaHCO₃ + HCl == NaCl + H₂O +CO₂ .

②向稀HCl中滴加Na₂CO₃溶液，先有氣體，反應(yīng)是：Na₂CO₃ + 2HCl == 2NaCl + H₂O + CO₂.

如果用2mol的Na₂CO₃和2.4mol的稀HCl反應(yīng)，采用①方法放出CO₂是0.4mol；采用②方法放出CO₂為1.2mol。希望同學(xué)們?cè)诮忸}時(shí)要留意。

3、Na₂CO₃溶液和NaHCO₃溶液的鑒別：取兩種試液少量，分別滴加CaCl₂或BaCl₂溶液，有白色沉淀的原取溶液為Na₂CO₃，另一無(wú)明顯現(xiàn)象的原取溶液為NaHCO₃。

4、侯氏制堿法

反應(yīng)式：NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O == NaHCO₃ ↓+ NH₄Cl.

注意:在生產(chǎn)中應(yīng)先在飽和的NaCl溶液中先通入NH₃,后通入CO₂,NaHCO₃晶體析出過(guò)濾，在濾液中加入NaCl細(xì)末和通NH₃析出NH₄Cl晶體為副產(chǎn)品。NH₄Cl晶體析出后的母液進(jìn)行循環(huán)試用，提高原料的利用率。

二、鎂及其化合物

1、鎂的性質(zhì)

（1）物理性質(zhì)：鎂是銀白色金屬，質(zhì)較軟，密度1.74g/cm³，是輕金屬，硬度小。

（2）化學(xué)性質(zhì)：鎂是較活潑金屬

①與非金屬反應(yīng)：2Mg + O₂ == 2MgO,Mg + Cl₂ MgCl₂,3Mg + N₂ Mg₃N₂等。

②與沸水反應(yīng)：Mg + 2H₂O(沸水)== Mg(OH)₂ + H₂ ↑.

③與酸反應(yīng)：與非強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)：是酸中的H⁺與Mg反應(yīng)，有H₂放出。

與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)：如濃H₂SO₄、HNO₃，反應(yīng)比較復(fù)雜，但是沒(méi)有H₂放出。

④與某些鹽溶液反應(yīng)：如CuSO₄溶液、FeCl₂溶液、FeCl₃溶液等。

Mg + 2FeCl₃ == 2FeCl₂ + MgCl₂, Mg + FeCl₂ == Fe + MgCl₂.

2、鎂的提�。汉Ｋ泻写罅康腗gCl₂,因此，工業(yè)上主要是從分離了NaCl的海水中來(lái)提取MgCl₂.

流程：海水中加入CaO或Ca(OH)₂Mg(OH)₂沉淀、過(guò)濾、洗滌沉淀，用稀HCl溶解MgCl₂溶液，蒸發(fā)結(jié)晶MgCl₂?6H₂O晶體，在HCl氣體環(huán)境中加熱MgCl₂固體，電解熔融的MgCl₂Mg + Cl₂ ↑。

主要反應(yīng)：MgCl₂ + Ca(OH)₂ == Mg(OH)₂↓+ CaCl₂, Mg(OH)₂ + 2HCl == MgCl₂ + 2H₂O, MgCl₂?6H₂O MgCl₂ + 6H₂O , MgCl₂(熔融) Mg + Cl₂↑。

3、鎂的用途：鎂主要是廣泛用于制造合金。制造的合金硬度和強(qiáng)度都較大。因此鎂合金被大量用火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)等制造業(yè)中。

4、氧化鎂（MgO）：白色固體，熔點(diǎn)高（2800℃），是優(yōu)質(zhì)的耐高溫材料（耐火材料）。是堿性氧化物。

MgO + H₂O == Mg(OH)₂, MgO + 2HCl == MgCl₂ + H₂O 。

注意以下幾種情況的離子方程式的書(shū)寫(xiě)：

（1）n(Mg(HCO₃)₂):n(NaOH)＝1:4：Mg²⁺ + 2HCO₃^- + 4OH^- == Mg(OH)₂↓+ 2CO₃^2- + 2H₂O；

(2)n(Mg(HCO₃)₂):n(NaOH)=1:2：Mg²⁺ + 2HCO₃^- + 2OH^- == MgCO₃↓+ CO₃^2- + 2H₂O；

(3)n(Mg(HCO₃)₂):N(NaOH)=1:1： Mg²⁺ + HCO₃^- + OH^- == MgCO₃↓+H₂O 。

三、鋁及其化合物

1、鋁的性質(zhì)：

（1）物理性質(zhì)：銀白色金屬，質(zhì)較軟，但比鎂要硬，熔點(diǎn)比鎂高。有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和延展性。

（2）化學(xué)性質(zhì)：鋁是較活潑的金屬。

①通常與氧氣易反應(yīng)，生成致密的氧化物起保護(hù)作用。4Al + 3O₂ == 2Al₂O₃。同時(shí)也容易與Cl₂、S等非金屬單質(zhì)反應(yīng)。

②與酸反應(yīng)：強(qiáng)氧化性酸，如濃硫酸和濃硝酸在常溫下，使鋁發(fā)生鈍化現(xiàn)象；加熱時(shí)，能反應(yīng)，但無(wú)氫氣放出；非強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)時(shí)放出氫氣。

③與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：2Al + 2NaOH + 2H₂O == 2NaAlO₂ + 3H₂↑。

④與某些鹽溶液反應(yīng)：如能置換出CuSO₄、AgNO₃等溶液中的金屬。

⑤鋁熱反應(yīng)：2Al + Fe₂O₃ Al₂O₃ + 2Fe。該反應(yīng)放熱大，能使置換出的鐵成液態(tài)，適用性強(qiáng)。在實(shí)驗(yàn)室中演示時(shí)要加入引燃劑，如濃硫酸和蔗糖或鎂條和氯酸鉀等。

2、氧化鋁（Al₂O₃）：白色固體，熔點(diǎn)高（2054℃），沸點(diǎn)2980℃，常作為耐火材料；是兩性氧化物。我們常見(jiàn)到的寶石的主要成分是氧化鋁。有各種不同顏色的原因是在寶石中含有一些金屬氧化物的表現(xiàn)。如紅寶石因含有少量的鉻元素而顯紅色，藍(lán)寶石因含有少量的鐵和鈦元素而顯藍(lán)色。工業(yè)生產(chǎn)中的礦石剛玉主要成分是α－氧化鋁，硬度僅次于金剛石，用途廣泛。

兩性氧化物：既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。

Al₂O₃ + 6HCl == 2AlCl₃ + 3H₂O ,Al₂O₃ + 2NaOH == 2NaAlO₂ + H₂O 。

Al₂O₃是工業(yè)冶煉鋁的原料，由于氧化鋁的熔點(diǎn)高，電解時(shí)，難熔化，因此鋁的冶煉直到1886年美國(guó)科學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)在氧化鋁中加入冰晶石(Na₃AlF₆)，使氧化鋁的熔點(diǎn)降至1000度左右，鋁的冶煉才快速發(fā)展起來(lái)，鋁及其合金才被廣泛的應(yīng)用。2Al₂O₃ 4Al + 3O₂↑。

3、氫氧化鋁（Al(OH)₃）：白色難溶于水的膠狀沉淀，是兩性氫氧化物。熱易分解。

兩性氫氧化物：既能與強(qiáng)酸又能與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物。

Al(OH)₃ + 3HCl == AlCl₃ + 3H₂O, Al(OH)₃ + NaOH == NaAlO₂ + 2H₂O．2Al(OH)₃ Al₂O₃ +3 H₂O

4、鋁的冶煉：鋁是地殼中含量最多的金屬元素，自然界中主要是以氧化鋁的形式存在。工業(yè)生產(chǎn)的流程：鋁土礦（主要成分是氧化鋁）用氫氧化鈉溶解過(guò)濾向?yàn)V液中通入二氧化碳酸化，過(guò)濾氫氧化鋁氧化鋁鋁。

主要反應(yīng)：Al₂O₃ + 2NaOH == 2NaAlO₂ + H₂O ，CO₂ + 3H₂O + 2NaAlO₂ == 2Al(OH)₃↓+ Na₂CO₃ ，2Al(OH)₃ Al₂O₃ +3 H₂O ,2Al₂O₃ 4Al + 3O₂↑。

5、鋁的用途：鋁有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和延展性，主要用于導(dǎo)線、炊具等，鋁的最大用途是制合金，鋁合金強(qiáng)度高，密度小，易成型，有較好的耐腐蝕性。迅速風(fēng)靡建筑業(yè)。也是飛機(jī)制造業(yè)的主要原料。

6、明礬的凈水：化學(xué)式：KAl(SO₄)₂?12H₂O，它在水中能電離：KAl(SO₄)₂ == K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2-。鋁離子與水反應(yīng)，生成氫氧化鋁膠體，具有很強(qiáng)的吸附能力，吸附水中的懸浮物，使之沉降已達(dá)凈水目的。Al³⁺ + 3H₂O == Al(OH)₃ (膠體)+ 3H⁺ 。