人教版高中化学：《几种重要的金属》教案

几种重要的金属

一、知识框架

1、铝及其重要化合物之间的转化关系：

①HC1②心，△

MHAali

①。2,点收

②Fe20s＞局温

HaO

KAI(SO4)2

2、铁的有关反应：

二、重点难点

重点：镁和铝的原子结构及在周期表中的位置，镁、铝的化学性质，铝热反应及其意义,

合金的组成和性质；铁在元素周期表中的位置和原子结构，铁的化学性质，铁的氧化物，铁

的氢氧化物，稀土元素；原电池的化学原理，形成原电池的条件；

难点：氢氧化铝的两性，A产,4(0H)3之间的转化关系，A产与强碱反应，与强酸反

应的现象及图像，明矶溶液中逐滴加入Ba。"方溶液的有关反应及图像；Fe,Fe2+,Fe3+的

相互转化；金属冶炼的常见方法；常见的化学电源，。

三、知识点解析

1、镁和铝

原子结构示意图:第282在周期表中位置:第三周期［JA族(戚土金属)

，物理性质:银白色，密度1.74g・cm-'轻金属，硬度较小，熔沸点较低

点燃

2Mg+()2=2Mg。(发出耀眼白光),常温形成致密氧化膜

直燃点燃

3Mg+Nz-Mg3N22Mg+C()2==2Mg()+C(强还原性)

化学性质|与芈氧化性酸反应;Mg+2H—=Mg2-+H"

单质j与氧化性酸反应:不放出H2

A

.与水反应:Mg+2Hz()=Mg(()H)2+%f

"坟石灰孔、，，c,,、盐酸“八，氯化氢气氛“八，电解”

冶炼:海水-----►Mg(OH)2—►MgCb---------*MgCl2―►Mg

用途:制轻合金、飞机、汽车部件、烟火、照明弹等

z碱性氧化物:MgO+H#=Mg(()H”(缓慢)

g°{MgO+2H*=Mg?—“。

【化合物JA

难溶性中强减:Mg(()H)z-MgO+H2。

[MgSH)?{Mg(OH)2+2Hr=Mg2,+2H式)

良

和、、、

铝原子结构示意图:0)283

在周期表中位置:第三周期IDA族

(物性:银白色，密度2.70gFm-3,硬度较小，熔沸点较低

(常温下被。2氧化,形成致密氧化膜，在02中或高温下点然生成Al?。,,与CLS等非金属反应

与Fe式)3、W(方等氧化物发生铝热反应

单)化件］与非氧化性酸发生置换反应，常温下在浓硫酸、浓硝酸中钝化

质j［与沸水发生置换反应,与强碱液反应：2AI*2()H-+2H2O=2AK)2-+3H?f

通电

冶炼：2船()37-3441+30"

Na3Al卜6

、用途:制轻合金，飞机、汽车、轮船部件，导线，炊具，还原剂,铝热剂

(物性:白色难溶固体，熔点高,硬度大

化性:两性氧化物

AI2O3JA

化制法：2AI(()H)3=AI2O3+3H2O

合V用途:制铝、耐火材料,刚玉可作仪器、手表轴承、磨料等

物A1(OH)3：两性氮氧化物，不溶于水的白色胶状物

AlCh：具有可溶性盐的通性,能水解而呈酸性

NaAK)?：易水解而显碱性，只存在于强碱性溶液中

KAKS()()2•12&0(明祖)：属复盐，易水解生成胶状Al(0H)3,可作净水剂

(1)镁和铝单质

金属镁(Mg)铝(Al)

物理性质p=1.74g-cn「3,熔点648.8七，很软p=2.70g-cm-3,熔点660.4七，比镁硬

暴露在空气常温下被Q,氧化,形成致密氧化很快与乌反应，形成致密氧化膜，抗腐蚀性

中(与反应)膜.因而具有一定的抗腐蚀性比镁还强

燃烧(与5在空气中点燃，发出耀眼白光在纯氧中或高温F可燃烧

△△

反应)

2Mg+O2=2MgO4A1+30：=2A12O^

占燃△

与某些氧化2Mg+CQ>=2MgO+C10A1+3V2O5=5他。3+6V

化△

学物置换反应点燃

2Mg+SiO2=2MgO+Si8Al+3FeO=4AlO,+9Fe

性142

质Mg+2H2。(沸)=Mg(0H)2+HT2AJ+6H2。(沸)=2Al(OH)3+3坨(难)

与H2O反应2A

1点燃△

与非金属化合

3Mg+N2=Mgj12Al+3Cl2=2AlQ3

与非氧化性酸Mg+2HC1=MgCk+H,*2Al+6HCI=2A1C1,+3H;*

与浓丛阻，浓HNO,反应.无H?

与氧化性酸常温F被浓H/SQ,、浓HNO,钝化，加热时反应

生成

药碱反应不发生反应2Al+2NaOH+2坨。=2NaAlO,+3H.A

注：在中学课本中，能与碱反应生成氢气的单质只有铝和硅;

(2)镁和铝的化合物

1)MgO和Al2O3：

类别MgOAl20.

物理性质均为白色难熔固体

属类碱性氧化物两性氧化物

化学性质碱性氧化物的通性既能与酸反应，又能与碱反应

用途耐火材料冶炼铝的原料，耐火材料

注:①42。3是中学阶段所学唯一两性氧化物;②A4。,只能与较强的酸和较强的碱反应;

2)Mg(OH)2Al(OH)3：

类别Mg(OH),A1(OH)3

物理性质均为白色难溶于水的固体

属类弱碱两性氢氧化物

化学言质碱的通性既能与酸反应，又能与被反应

①可溶性铝盐与氨水反应

可溶性镁盐与碱反应

制法②偏铝酸盐与。)2，为0反应

Mg2*+20H-=Mg(OH)|

;③铝盐与偏铝酸盐双水解反应

注：①AKO"%为中学阶段所学的唯一两性氢氧化物，故制法①中不能用强碱，制法②

中不能用强酸；②A/(0”)3不能与太弱的酸或碱反应。

2、铁和铁的化合物

(1)铁的性质和结构：

1)原子结构：原子结构示意图：

2）周期表中位置：第四周期、第VIII族，属过渡元素；

3）物理性质：银白色金属，密度为7.86g/cm3,熔点1535℃,沸点2750℃；纯铁抗

蚀力强，含有杂质时，抗蚀力减弱，并且熔点降到1000℃左右；能被磁铁吸引，本身也易被

磁化；

4）化学性质:

当6；,*温干燥下当会先不作用，在出中燃统业成

点燃

Fe3（）4：3Fe+25"…F%。，+2,+3价）。

一点燃，△

与与X2:2Fe+3c卜-2FeC13,2Fe+3Br22FeBi*3,

非

分△

4Fe+k-Fek（+2、+3价）。

一△

5S:Fe扮与S扮混合加热,Fe+S=FeS（黑色）（+2价）c

一

化ijA4

学与C：3Fe+C=Fe3C（；价）。

柱

质

一f|当水卜》3Fe+4H2（）（g）把Fe3（）4+4%t（旧/制电馔）

弱氧化住般（HC1、相坨电）:Fe+H2SO4-FeS04+地N+2价）

「米温钙化

强氧化核畋（浓H2s0八冰HNQ））高保：2Fe+6H2s0式衣）上

■Fe（SO4）3+3SO2f+6H2O

+Fe=Fe2++Cu（（+2价）

-＞跟H以后的金属法泣底

+Fe=Fe3++3Ag1（+3价）

5）存在:

产石有:磁铁力（F3O4）、赤铁妙标与㈤、福铁e&FejOr3H2O）.

主要是化合志菱铁祐（FeC（）3）

【游畜忐铁只有少量存在陨石里

（2）铁的氧化物:

化学式FeOF/OjFejO4

俗称-铁红磁性氧化铁

色态黑色粉末红棕色固体黑色晶体

价态+2+3+2价，+3价

水溶性不溶不溶不溶

2i2

FeO+2H*=Fe*+HOFeA+6H，=2Fe3+Fe3O4+8H=Fe+

与酸的反应2

3+

遇氧化性酸生成Fe3+盐+3H2O+2Fe+4H2O

高温

与co的反应

FexOr+yCO=xFe+yCG

(3)铁的氢氧化物:

氢氧化物氢氧化亚铁氢氧化铁

化学式Fe(OH)2Fe(0H)3

物理性质白色固体，不溶于水红棕色固体，不溶于水

“+

2+Fe(0H)3-F*

Fe(OH)2^Fe

化学性质

凡。/。2

Fe(OH)2，FKOH%Fe(0H)3tFe2O3

可溶性碱与亚铁盐的溶液反应

制法42++30”-="(0”)3J

F*+20H-=Fe(OH)2J

(4)亚铁盐和铁盐的鉴别：

Fe2+Fe31

溶液的颜色淡绿色棕黄色

加碱溶液白色沉淀f灰绿色f红褐色红褐色沉淀

加KSCN溶液无明显现象溶液变血红色

加苯酚溶液无明显现象溶液呈紫色

3、金属的冶炼

(1)金属冶炼的原理：其实质是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原成金属单质

的过程。即：Mn++ne-

(2)金属冶炼的步骤：

1)富集矿石，除去杂质，提高矿石中有用成分的含量；

2)冶炼。利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原法将矿石中金属还原出来;

3)精炼。采用一定的方法，提炼金属；

(3)冶炼金属的方法：

方法名称主要反应原理(举例)主要冶炼特点

FezQj+3C0^2Fe+3c0炼得的金属为合金，生产成本较

作还原剂低，常用于金属活动性不太强的金

CO△

CuO+CO==Cu+CO2属

热

还△炼得的金属纯度较高,生产成本

原

H2作还原剂WO3+3H=W+3HO

法22也较高

被冶炼的金属活泼性强，熔点

活泼金属

高温，高。炼得的金属纯度较高,生产成

作还原剂4A1+3MnOz=3Mn+2Al26

本也较高

被冶炼的金属活泼性强,炼得的

电解▲

电解法2A)2。3====4A1+3Q2f金属纯度高,耗电量较大，生产成

本较高

△被冶炼的金属活动性较差，原料

热分解法

2HgO=2Hg+()2f物质热稳定性较差

（4）金属规律:

金属活动顺序表KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu

金属原子失电子

强------------------------------＞弱

能力（或其还原性）

金属阳离子得电子能

弱------------------------------►强

力（或其氧化性）

常温下易

与K气化合常温下被缓慢氧化加热被氧化不能

被氧化

置换水中H，常温下能置换加热时能置换不能置换

置换酸中H，能置换不能置换

与盐溶液反应先与H?（）反应前面的金属置换出后面的金属

自然界中存在化合态化合态和游离态游离态

冶炼方法电解熔融物还原剂还原j加热法富集

4、原电池原理及其应用

，装置特点：化学能转化为电能

,①两个活泼性不同的电极

②电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还

形成条件［

原反应）

〔③形成闭合回路（或在溶液中接触）

氧化反应

Zn—2e-Zn2+

失e\沿导线传递，史曳迦产生

反应原理＜

还原反应

原I负极I铜锌原电池

2H*+2e=H»t

阳

电V不

离

断

子

池溶

移

解

向

化学腐蚀

［金属腐蚀.析行腐饨

电化腐蚀（二:t桶）条件、现象、本质、联系

I吸氧腐蚀I

要①改变金属的内部组织结构

应“防护方法［②在金属表面覆盖保护层

用、③电化学保护法

、制造新化学电源

（1）原电池的判定：先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能

为原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定要思路是“三看"：①先看电极：两极为导

体且活泼性不同；②再看溶液：两极插人电解质溶液中；③先看回路：形成闭合回路或两极

接触;

（2）原电池正极和负极的确定:

1)由两极的相对活泼性确定：在原电池中，相对活泼性较强的金属为原电池的负极，相

对活泼性较差的金属或导电的非金属作原电池的正极；

2)由电极现象确定：通常情况下，在原电池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，该

电极发生氧化反应，此为原电池的负极；若原电池中某一电极上有气体生成、电极的质量不

断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，此为原电池的正极；

(3)原电池的设计方法：以氧化还原反应为基础，确定原电池的正负极、电解质溶液及

电极反应。

四、例题

1、镁和铝

例1等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等

质量的铝，生成氢气的体积比为5：6,则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是()

A、甲、乙中都是铝过量B、甲中铝过量、乙中碱过量

C、甲中酸过量、乙中铝过量D、甲中酸过量、乙中碱过量

解析某物质的量的硫酸(甲)和氢氧化钠(乙)溶液分别与等质量的铝反应，生成氢气

体积比即物质的量之比为〃(甲):"(乙)=5:6。

甲：24/+3”25。4=4/式5。4)3+3”2个乙：

2Al+2NaOH+2Hq=2NaAlO2+3%t

—mol5moi5moi4moi4moi

3

6mol

in2

分析可知：甲中铝过量4Mo/---tnol=—mol,乙中氢氧化钠过量

35

5mol-4moi=\mol。

答案Bo

例2有镁、铝混合粉末10.2g,将它溶于500/地4m的盐酸中，若要使沉淀质量

达到最大值，则需加入2的氢氧化钠溶液的体积为()

A^1000mLB、500mLC、100mLD、1500mL

解析依题意，先写出有关反应的化学方程式：Mg+2HCl^MgCI2+HA，

2Al+6Ha=2AlCh

+3%个，MgCk+2NaOH=Mg(OH\J+2NaCl,

AlCk+3NaOH=Al(OH)3(+3NaCl,依化学方程式，仅当镁、铝全部以

Mg(O”)2，A/(O”)3沉淀，即沉淀质量达到最大值时，溶液中只存在NaC/,故当沉淀的量

最多时n(NaOH)=n(HCl)。

n(NaOH)=0.5Lx4mol/L=2mol,n(HCl)=ImoUlmol/L=\L=1000〃比。

答案Ao

例3某混合物A,含有及4/(SQ)2，A，2Q和be?。,，在一定条件下可实现下图所示的物

质之间的变化：

据此判断：

(1)固体B所含物质的化学式为；

(2)固体E所含物质的化学式为；

(3)反应①的离子方程式为o

解析铝及其化合物的性质与一般活泼金属元素的性质有差异之处，即A4Q可溶于

NaOH溶液,Fe2。?不能；KA/(S(94)2是一种复盐，可溶于水，完全电离，加人氨水可生成

A/(0H)3沉淀，A/(0H)3在强碱溶液中溶解，而在氨水中不溶解。本题可用离子反应方程式

描述从A开始的一系列变化：

A产+3N&.”20=A/(0”)3J+3N"；,2Al(OH)^Al2Oi+3H2O,

Al2O,+20H-=2A10；+H20,AIO-+C02+2H2O=Al(OH\J+HCO-。

答案(1)Al2O3；(2)(NH4)SO4,K2SO4；(3)

AIO；+C02+2Hq=AI(0H)3J+HCO；.

2、铁和铁的化合物

例1家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学

反应是()

A、4Fe(OH\+2H2O+O2=4Fe(OH)3B、2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

C、2%O+a+4e-=4。〃-D、Fe-3”=F*

解析铁锅用水清洗后，放置在空气中会发生吸氧腐蚀•铁作负极，其反应式为

2Fe-4”=2F对；正极反应式为2%。+。2+4"=40"，由电极反应式可知反应的化

学方程式为2良+2”2。+。2=2"(0〃)2生成的民(0〃)2极易被空气中氧气氧化生成

Fe(OH)3,出现红棕色的锈斑。

答案D«

例2有关物质间有下图所示的转化关系。其中：A的浓溶液与单质B在加热时才发生反

应①；A的稀溶液与足量B发生反应②。据此回答：

（1）反应④的现象是:

（2）写出反应②的离子方程式；

（3）根据题示信息判断，A的浓溶液和单质B加热时能否产生G,说明理由（写出化学

方程式回答）：一—

解析粗读题目的信息和框图，知本题有两条线索可展开分析。一是A的浓溶液和单质B

必须在加热时才能作用，而A的稀溶液在不需加热时就能与B作用，这与“钝化”的金属和

强氧化性酸作用的情况相符，且强氧化性酸在浓度不同时与同一种金属作用生成的盐中金属

离子的价态可能不同，酸的还原产物也可能不同；二是金属离子价态不同的两种盐分别和

O2.H-,OO,,HQ

作用时形成氢氧化物的转化关系LTK与Fe（OH）2-Fe（OH）3相符。综合以

上两条线索，即可得出结论。

答案（1）白色沉淀〜灰绿色〜红褐色沉淀；（2）

3Fe+2NO；+8/T=3F/++2NOT+4”2O；

（3）由2HNO3+NO=3N0?+2H8知,在浓中不可能生成NO。

3、金属的冶炼

例1把3.2g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标准状况下的体积为（）

A、1344mLB、672mLC、大于1344mLD、小于672〃4

解析根据方程式拄2。,+3cO：2Fe+3Ca计算出所需C。体积的理论值为1344mL,

而实验开始时，需先通入CO排尽玻璃管中空气，实验结束时，停止加热还需继续通入CO至

试管冷却，以防还原出来的铁被氧化。

答案Co

例2冶炼金属一般有下列方法：①焦炭法，②水煤气（或氢气，或一氧化碳）法，③活

泼金属置换法，④电解法；四种方法在工业上均有应用。

(1)请对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入表中

空格:

火烧孔雀从光卤石

湿法炼铜铝热法炼铭

石炼铜中炼镁

火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式(写主要的两

个)：，：

(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程式表示)：

②;

③:

④。

解析选择金属的冶炼方法与金属在自然界中存在的状态、金属活泼性有关。

答案(1)①③③④；CuAOH\CO.=2CUO+CO2T+H2O,

C+2CuO=2Cu+CO2T；

高温高温

(2)②+3CO,=2Fe+3co2,2H2+WO2=W+2H2O,

高温电解人

@3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3,®2NaCl=2Na+Cl2T。

4、原电池原理及其应用

例1在玻璃圆筒中盛有两种无色的互