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元素及其化合物的知识胡征善一、金属单质的理化性质（一）金属的物理通性金属的物理通性均与金属晶体内的自由电子有关。1、块状金属具有金属光泽，一般是不透明的；粉末状金属由于对光的多次反射多次吸收而呈灰暗色或黑色。2、具有良好的导电导热性：Ag Cu Au Al Zn Pt Sn Fe Pb Hg截面积相同时，导电导热性依次减弱注：当等长等质量时，Al的导电导热性比Cu的强（Al的密度为2.7 gcm3，Cu的密度为8.96 gcm3，等长等质量时，Al的截面积是Cu的3.3倍）。3、大多数金属具有优良的延展性：Pt Au Ag Al Cu Fe Ni Zn Sn Pb 延性（抽成细丝）递减Au Ag Al Cu Sn Pt Pb Zn Fe Ni展性（展成薄片）递减注： 最细的铂丝直径不超过1/5000 mm，最薄的金箔厚度不超过1/10 000 mm。 少数金属如锑、鉍、锰等，性质较脆，延展性很小。4、熔沸点 金属的沸点均较高。金属的熔点高低差别很大，最难熔的金属是钨（3683K），最易熔的金属是汞（234K，常温常压下为液态），镓（303K）、铯（301.4K）在手上（当然不能放在手上）受热就能熔化。5、硬度 金属的硬度差别亦很大，最硬的金属是铬，仅次于金刚石，最软的金属是铯，碱金属、Ca、Mg、Al、Sn等硬度均较小。6、密度 密度4.5 gcm3的金属为重金属，密度最大的金属是锇（Os，22.57 gcm3），其次是铂（Pt，21.45gcm3）， 密度4.5 gcm3的金属为轻金属，密度最小的金属是锂（Li，0.53 gcm3），钠、钾的密度均比水小。 （二）金属的主要化学性质 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au与O2反应常温下，易被氧化，加热时Na、K生成Na2O2、KO2常温下，Mg、Al、Zn、Sn、Pb能被氧化，但表面形成致密的氧化物薄膜；加热时均可被氧化。HgO、Ag2O不稳定，加热又分解为单质。潮湿空气中，Fe、Cu等易发生吸氧腐蚀不 能被氧化与水反应与冷水剧烈反应 与热水反应 跟水蒸气在高温下反应生成金属氧化物和氢气生成氢氧化物和氢气与酸反应金属 + H+ 低价金属阳离子+ H2注：Al、Fe在冷、浓硫酸和硝酸中钝化与氧化性酸如浓硫酸、硝酸反应与王水（浓盐酸与浓硝酸按体积比为31）反应金属间的置换 位于前面的金属能从后面阳离子的化合物中置换出后面的金属，如： nA(前) + mBn+ nAm+ + mB(后)高温 8Al + 3Fe3O4= 9Fe + 4Al2O3 注：若是水溶液中的反应，必须除去K、Ca、Na金属的冶炼一般采用电解法通直流电电解熔融的化合物一般采用还原法（高温） 加还原剂：H2、CO、C、Al 热 法二、非金属单质的理化性质与制备 （一）非金属单质在固态时的晶体类型 1、分子晶体稀有气体、X2、H2、O2、O3、N2、P4、S8、Cx(碳原子簇，x=32、60、70、100、540、960)等 2、原子晶体金刚石、晶体硅、晶体硼等 具有原子晶体的性质：熔沸点很高 3、混合型晶体：如石墨 具有分子晶体的性质：质软 具有金属晶体的性质：电、热的良导体（二）非金属单质（不含稀有气体）的化学通性 注意：非金属单质的化学活泼性非金属元素的活泼性，虽然多数情况下，两者的递变规律是一致的，但属于两个不同的概念。非金属单质的化学活泼性是由共价键的键能决定，非金属元素的活泼性是由元素的递变规律决定，如非金属性：NP，而单质的活泼性N2P41、与H2反应多数非金属单质在一定条件下，可与H2直接化合生成气态氢化物（Te不能与H2直接化合）。非金属性越强，其单质与H2直接化合的反应越剧烈，生成的气态氢化物越稳定。液 碱性减弱溶水 酸性增强还原性增强热稳定性减弱B2H6 CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl难溶于水AsH3 H2Se HBr H2Te HI 热稳定性减弱，还原性增强2、与O2反应除卤素单质外，其他非金属单质均可与O2在一定条件下直接化合生成氧化物。绝大多数非金属氧化物是酸酐，如SiO2是原硅酸、硅酸的酸酐；P4O10是磷酸和偏磷酸（HPO3）的酸酐。 3、与金属反应 H2与碱金属和除Be、Mg外的A金属可直接化合生成离子氢化物RH和RH2。 硫、碘单质与变价金属如Fe、Cu等反应，一般生成低价化合物如FeS、FeI2和Cu2S、CuI。 Si、P、B、C等单质与某些金属亦可直接化合,且生成物很容易水解，如：3Ca +2P=Ca3P2 3Mg+ 2B=Mg3B2 2Mg + Si=Mg2Si+6H2O +6H2O +2H2O 3Ca(OH)2 + PH3 Mg(OH)2 + B2H6 Mg(OH)2 + SiH44、与水反应 置换反应 2F2+2H2O = 4HF + O2（亦有少量O3、H2O2、OF2等产生）高温C + H2O = CO+H2 歧化反应X2 + H2O H+ +X +HXO（除F2外，反应剧烈程度依Cl2、Br2、I2减弱）5、与碱溶液反应高温 置换反应Si + 2OH+2H2O=SiO32+2H2 Si + 2NaOH = Na2SiO3+H2B也有类似的反应。 歧化反应X2 + 2OH= X + XO + H2O 或 X2 + 6OH= 5X + XO3 + 3H2O（反应的难易依Cl2、Br2、I2增强）S8、P4等也能发生类似的反应： P4 + 3OH +3H2O = 3H2PO2 + PH3（亦有少量P2H4气体生成） F2与2%的NaOH溶液能发生如下反应：2F2 + 2OH= 2F + H2O + OF26、还原性较强的非金属单质如硫、磷、碳、碘等与氧化性酸如硝酸、浓硫酸反应： 非金属单质 + HNO3（浓）= 对应的正酸（碳酸分解）+NO2 （硫、磷、碳、碘等） S + 2H2SO4（浓）= 2H2O+3SO2 三、非金属单质的制备方法 （1）氧化法 MnO2 + 4HCl（浓）= MnCl2 + Cl2+H2O Cl2 +2Br（I）= 2Cl + Br2（I2）高温（2）还原法 Zn +2H+=Zn2+ + H2 C + H2O = CO + H2高 温催化剂高温CO + H2O CO2 + H2 2C + SiO2 = Si（粗硅）+ COSiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl B2O3 + 3Mg = 3MgO + 2B 2Ca3(PO)2+10C+6SiO2 = P4+ 10CO + 6CaSiO3（3）分解法KClO3催化分解、KMnO4分解、H2O2催化分解制O2；NH4NO2（通常用饱和NH4Cl溶液和饱和NaNO2溶液代替）分解制N2。直流电（4）电解法 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2+Cl2直流电熔 融 2KHF2 = 2KF+ H2+F2（5）干馏法将木柴或煤隔绝空气加热至高温，使之分解制得碳单质（木炭、焦炭）。四、常见物质或离子的颜色 （1）黄色AgI、Ag3PO4（可溶于稀硝酸）；FeS2；含苯环的蛋白质遇浓硝酸（微热）；稀溴水；甲基橙在pH 4.4的溶液中；浓硝酸中溶有NO2；盐酸中混有Fe3+；硝基苯中混有NO2或多硝基苯；无水FeCl3和CuCl2（棕黄色）；碘的碘化钾稀溶液（深黄色）；Na2O2、AgBr、单质硫和PbO等.（2）黑色除ZnS、MnS等外的重金属硫化物CuS、Cu2S、Ag2S、PbS、FeS；某些金属氧化物FeO、Fe3O4、MnO2、CuO；多数金属粉末如Ag、Fe；石墨和炭；I2和KMnO4固体（紫黑色）。（3）红色CuO、Cu；甲基橙在pH 3.1、石蕊在pH 5、酚酞在pH 8.2 的溶液中；品红溶液；K2Cr2O7和浓溴水（橙红色）；I2KI浓溶液和Fe(OH)3(红褐色)；液溴（深红棕色）；Fe2O3；NO2和Br2（红棕色）；红磷（暗红棕色）；Fe(SCN)2+(血红色)；苯酚部分氧化（粉红色）。（4）绿色CuCl2浓溶液；Cu2(OH)2CO3；FeSO47H2O、水合Fe2+(浅绿色)；水合Cr3+(墨绿色)；Cl2（黄绿色）；F2和氯水（浅绿色）；Cu(NO3)2浓溶液溶有NO2。（5）蓝色CuSO47H2O；淀粉遇I2；石蕊在pH 8的溶液中；水合Cu2+。（6）紫色KMnO4溶液；Fe()63；I2在非极性溶剂（如苯、四氯化碳和二硫化碳等）中。五、常见气体的性质（1）颜色单 质：F2（浅黄绿色）、Cl2（黄绿色）、Br2（g，红棕色）；化合物：NO2（红棕色）（2）气味有刺激性气味：HX、NH3、SO2、NO2、X2（g）、HCHO、HNO3（g）有臭鸡蛋气味：H2S略带香甜气味：CH2=CH2、N2O特殊难闻气味：CHCH中混有H2S、PH3、AsH3（3）溶解性（含与水发生反应）极易溶于水：NH3、HX易溶于水：SO2、NO2能溶于水：CO2、H2S、Cl2、Br2（g）（4）熔沸点易液化：NO2（沸点21.2）、HF（沸点19.54）、SO2（沸点10）、NH3（沸点33.35）、Cl2（沸点34.6）难液化：He（沸点268.9）、H2（沸点252.4）、Ne（沸点245.9）、N2（沸点195.8）、O2（沸点183） （5）密度 密度最大的气体是氡（Rn），次之为Xe、SiF4、N2O4 密度最小的气体是氢气，次之为氦（He） （6）形成白雾的气体（在空气中）： HX、HNO3（g） （7）可燃性气体 在空气中自燃的气体：SiH4、P2H4（PH3在空气中不能自燃，其着火点为150，但PH3中往往混有P2H4） 在空气中可点燃的气体：气态烃、H2、CO、H2S，其中H2、CO、H2S、CH4燃烧时火焰呈浅蓝色。 （8）稳定性 化学性质很稳定的气体：稀有气体、N2（N2、Ar常用作保护气） （9）漂白性 Cl2（有水存在）、SO2、O3（10）（遇水）呈酸碱性的气体 酸性：HX、H2S、SO2、CO2、NO2、X2（g）碱性：NH3、(CH3)3N、(CH3)2NH、(CH3)NH2（11）氧化性气体：X2（g）、O3、NO2、O2（12）还原性气体：H2S、HI、HBr、SO2、NO（遇O2变红棕色）、NH3、H2、CO，其中H2、CO的还原性在高温条件下才表现出来，所以可用浓硫酸干燥）（13）使澄清石灰水变浑浊的气体：CO2、SO2、HF（14）能使潮湿的淀粉KI试纸变蓝色的气体：X2（g）、O3、NO2（15）与AgNO3溶液反应产生沉淀的气体：HCl、HBr、HI、H2S、Cl2、Br2（g）、NH3（NH3过量时，沉淀溶解生成Ag(NH3)2+）（16）使溴水和KMnO4溶液褪色的气体：H2S、SO2、HI、气态烯烃和炔烃、HCHO（17）常共存于一起的气体：2NO2 N2O4（18）生理毒性：F2、HF、Cl2、NO2、H2S、SO2、CO、NO、Br2、(CN)2、HCN六、铝、铁元素及其化合物的性质比较项目相似点不同点存在与冶炼1除陨石外，自然界中均以化合态存在，金属元素中，铝含量最多，次之为铁2冶炼原理：矿石中高价元素被还原1陨石中含有游离态的铁2冶炼方法不同铁是用还原剂CO还原铁矿石；铝是用冰晶石作熔剂，电解熔融的氧化铝单质1均为银白色金属，均能导电导热2均为较活泼的金属，易失电子3经特殊处理都“钝化”1密度不同，铝的密度约为铁的1/32铝只有+3价；铁变价，有+2价、+3价，还有+6价如高铁酸根FeO423通常情况下，铝表面形成致密的氧化物保护膜；铁则不能，经特殊处理亦可形成致密的氧化物保护膜4铝与强碱反应，铁则不能5铝亲氧能力比铁强（铝热剂）6铁能被磁化，铝则不能氢氧化物1均难溶于水，可溶于较强的酸2受热均易分解3均难溶于氨水1颜色不同：Fe(OH)3红褐色；Al(OH)3白色2Al(OH)3可溶于强碱溶液，而Fe(OH)3却很难Al3+与Fe3+1均能水解产生胶体，均可作净水剂2无水氯化物均为共价型化合物，蒸气中均存在双聚分子，通常采用单质与氯气在干态条件下制备无水氯化物3加热（蒸干）、灼烧其氯化物溶液或结晶水合物，均可得到对应的氢氧化物或氧化物4在溶液中与Na2CO3、NaHCO3反应均生成氢氧化物沉淀并放出二氧化碳气体5在溶液中分别与Mg等金属反应，均有氢气放出并生成氢氧化物沉淀1水合离子的颜色不同：水合铝离子无色，水合Fe3+呈紫色，但Fe2(OH)2(H2O)44+呈棕黄色2氧化性不同：Fe3+具有较强的氧化性，是一种常见的氧化剂3离子的