几种重要的金属教案

第十二单元几种重要的金属一、金属的通性1、原子结构、位置⑴最外层电子数比同周期非金属元素原子最外层电子数少，一般小于4（Sn、Pb、Sb、Bi≥4）。（化合价）

⑵原子半径比同周期非金属元素原子半径大（惰性元素除外）。2、晶体结构

⑴金属元素形成的金属单质，在固态时全是金属晶体。金属晶体就是依靠金属阳离子和自由电子间的较强作用（金属键）形成的。⑵金属晶体熔沸点与金属键的强弱有关，金属键的强弱与金属离子半径和离子电荷数有关，金属键增强，金属晶体的熔沸点增强。3、金属的分类

⑴按原子结构特点分

无变价金属：ⅠA、ⅡA及Al等金属；

变价金属：ⅣA、ⅤA族、副族、第Ⅷ族金属元素。

⑵冶金工业上

⑶按密度不同

⑷按其含量(丰度)不同

4、物理共性：由于金属一般都是以金属键形成金属晶体，实现层状紧密堆积，使金属具有许多共同的性质。

⑴状态：通常情况下，除Hg外，其余金属都是固态。⑵有金属光泽，不透明。

⑶有导热性和导电性。⑷有延展性。5、化学共性：递变规律及表现⑴均具有较强的还原性：⑵在化合物中只有正价没有负价。6、合金⑴定义：两种或两种以上金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。⑵特性：硬度比各成分大；熔点比各成分低；机械性能优于各成分⑶常见合金介绍二、镁和铝1、单质（镁和铝）⑴结构原子结构：晶体结构：⑵物理性质镁和铝都是，硬度和密度，熔、沸点，具有。镁的硬度，熔、沸点比铝，原因是。⑶化学性质镁和铝都是较活泼的金属，其中比活泼，原因是。①与非金属反应O2：常温下，缓慢氧化，生成致密的氧化物薄膜。因此具有强的抗腐蚀性能。加热时，2Mg+O2=2MgO现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光铝箔在纯氧中4Al+3O2=2Al2O3现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光S：加热Mg+S=MgS2Al+3S=Al2S3Cl2：点燃Mg+Cl2=MgCl22Al+3Cl2=2AlCl3N2：点燃3Mg+N2=Mg3N2思考：Al2S3、Mg3N2必须在无水条件下制备，为什么？②与某些氧化物反应H2O：Mg＋2H2O＝Mg(OH)2＋H2可使酚酞变红，但无沉淀。CO2：2Mg＋CO2＝2MgO＋C现象：剧烈燃烧，生成白色粉末，瓶壁有黑色固体。是否置换反应？（金属置换非金属的重要反应）铝热反应：2Al＋Fe2O3＝2Fe＋Al2O3现象：反应剧烈，大量放热，发出耀眼的光芒，有熔融物落入沙中。操作：将氧化铁粉末和铝粉混合均匀，上面加少量，在混合物中间插一根镁条点燃。应用：工业冶炼金属。铝热剂：[例3]下列物质不能与铝粉组成铝热剂的是()A．Fe2O3B．Fe3O4C．V2O5D．MgO③与酸反应与非氧化性酸：HCl、稀H2SO4：Mg+2H＋＝Mg2＋+H22Al+6H＋＝Al3＋+3H2减缓反应速率的方法：稀释酸；加入醋酸钠与氧化性酸：浓H2SO4、浓HNO3不生成H2Mg：Mg+2H2SO4（浓）＝MgSO4+SO2+2H2OMg+4HNO3（浓）＝Mg(NO3)2+2NO2+2H2O4Mg+10HNO3（浓）＝4Mg(NO3)2+N2O+5H2O4Mg+10HNO3（浓）＝4Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2OAl：常温下，在浓H2SO4、浓HNO3中钝化。加热，反应（与Mg类似）。④与碱反应2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2Mg不反应离子方程式：2Al+2OH－+2H2O＝2AlO2－+3H2氧化还原分析：氧化剂还原剂转移电子数（反应本质，与Si和NaOH反应对比）与Al和酸反应比较，生成量H2与消耗Al的关系？例1：将等物质的量的镁铝相混合，取等质量的该混合物4份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出H2最多的是()A．3mol/LHClB．4mol/LHNO3C．8mol/LNaOH溶液D．18mol/LH2例2：铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为()A．1:1B．2:1C．3:1D．1:3⑤与某些盐溶液反应Al：主要置换阳离子2Al＋3Cu2＋＝2Al3＋＋3CuMg：主要置换H+不用镁置换溶液中阳离子NH4Cl、FeCl3溶液中生成H2例3：下列溶液能与镁反应生成氢气的是（）A．氯化铵溶液

B．氢氧化钠溶液

C．碳酸钾溶液

D．饱和石灰水=4\*GB2⑷制取Mg：电解熔融MgCl2Al：电解熔融Al2O32、镁和铝的重要化合物⑴氧化镁、氧化铝物质氧化镁氧化铝类型碱性氧化物两性氧化物颜色状态白色粉末白色固体熔沸点高高与酸反应MgO＋2H＋＝Mg2＋＋H2OAl2O3＋6H＋＝2Al3＋＋3H2O与碱反应－Al2O3＋2OH－＝AlO2－＋H2O用途耐火材料，耐高温仪器，坩埚耐火材料，冶炼铝，耐高温仪器刚玉（硬度大）制备菱镁矿分解（MgCO3）铝矾土提取（Al2O3、Fe2O3、Si2O）⑵氢氧化铝①物理性质：白色胶状难溶物，可吸附色素。②化学性质a.不稳定性：2Al(OH)3＝Al2O3＋3H2O用于制氧化铝。根据已有知识还可设计哪些制备的实验方案？选择最佳方案。Al＋O2、铝热反应AlCl3或Al(NO3)3溶液蒸干灼烧b.两性：既能与酸反应，又能与强碱反应Al(OH)3电离方程式：Al3＋＋3OH－Al(OH)3AlO2－＋H2O＋H＋加入酸（如盐酸等）不与CO2等太弱的酸反应Al(OH)3＋3H＋＝Al3＋＋3H2O加入强碱（如氢氧化钠溶液等）Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O例4：设计实验从铝矾土中提取Al2O3？例5：某白色固体，可能含有NaHSO4、BaCl2、MgCl2、NaHCO3、NaAlO2中的一种或几种，现进行实验并记录实验现象：⑴取少量该固体物质加水溶解，得到澄清溶液，没有沉淀和气体产生；⑵向所得溶液中滴加NaOH溶液，有白色沉淀产生，加至过量时沉淀消失。请回答：原白色固体中一定含有，一定不含。实验⑴中发生反应的离子方程式为。=3\*GB2⑶盐①氯化镁：易潮解，形成MgCl2·6H2O从海水中提取氯化镁，制取镁的过程：（）（）（）（）（）海水→Mg(OH)2→MgCl2溶液→MgCl2·6H2O→MgCl2→Mg例6：由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。其先后顺序正确的是()A．②④⑤③①

B．③②④①⑤C．③④②⑤①

D．②④③⑤①②明矾KAl(SO4)2·12H2O2KAl(SO4)2+6NaOH=K2SO4+3Na2SO4+2Al(OH)3↓2KAl(SO4)2+3Ba(OH)2=K2SO4+3BaSO4↓+2Al(OH)3↓KAl(SO4)2+2Ba(OH)2=KAlO2+2BaSO4↓净水原理：Al3＋＋3H2O＝Al(OH)3＋3H＋复盐：能电离出两种阳离子和一种阴离子的盐。如光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）(NH4)2Fe(SO4)2NaAlO2呢？3、铝三角(Al3+、Al(OH)3、AlO2－)转化关系及应用⑴转化关系Al3＋Al(OH)3AlO2－只与碱反应两性只与酸反应①Al3+→Al(OH)3→AlO2—与强碱Al3＋＋3OH－＝Al(OH)3Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋H2OAl3＋＋4OH－＝AlO2－＋2H2O与弱碱Al3＋＋3NH3·H2O＝Al(OH)3＋3NH4＋双水解2Al3＋＋3CO32－＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑②AlO2—→Al(OH)3→Al3+与强酸：NaAlO2＋H2O＋HCl＝Al(OH)3↓＋NaClAlO2－＋H2O＋H＋＝Al(OH)3↓（盐酸不足）Al(OH)3＋3H+＝Al3＋＋3H2OAlO2－＋4H+＝Al3＋＋2H2O（盐酸过量）与CO2：AlO2－＋H2O＋CO2＝Al(OH)3↓＋HCO3－（CO2足量）2AlO2－＋3H2O＋CO2＝Al(OH)3↓＋CO32－（CO2少量）AlO2－＋HCO3－＋H2O＝Al(OH)3↓＋CO32－双水解：AlO2－＋2H2O＝Al(OH)3↓＋OH－溶液显碱性3AlO2－＋Al3＋＋6H2O＝4Al(OH)3↓⑵应用①离子共存Al3＋不能与OH－、S2－、AlO2－、HCO3－、ClO－、CO32－等大量共存AlO2－不能与H＋、Fe3＋、NH4＋、HCO3－、HSO3－等大量共存②Al(OH)3的制备a.AlCl3和氨水：Al3＋＋3NH3·H2O＝Al(OH)3＋3NH4＋为何不用NaOH？b.NaAlO2和CO2：AlO2－＋H2O＋CO2＝Al(OH)3＋HCO3－为何不用HCl？c.Al3＋和AlO2－、CO32－、S2－等双水解2Al3＋＋3CO32－＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑2Al3＋＋3S2－＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3H2S↑d.由Al制：可以设计哪些方案？③不用其他试剂鉴别物质：相互滴加（反应不同，现象不同）AlCl3和NaOH、NaAlO2和HCl、AgNO3和氨水、Na2CO3和HCl注：加入试剂先沉淀，后沉淀溶解的较多。石灰水中通、Fe(OH)3胶体中加盐酸、硅酸胶体中加强碱等④有关计算分段讨论法AlCl3和NaOHAl3＋＋3OH－＝Al(OH)3Al3＋＋4OH－＝AlO2－＋2H2O≤3Al(OH)3n(OH－)/n(Al3＋)=(3,4)Al(OH)3、AlO2－≥4AlO2－例7：2mol/LAlCl3溶液500ml中逐滴加入1mol/LNaOH，生成3.9g沉淀，加入的体积是多少？NaAlO2和盐酸AlO2－＋H2O＋H＋＝Al(OH)3AlO2－＋4H+＝Al3＋＋2H2O对比分析法例8：现有甲、乙两瓶无色溶液，已知它们可能是AlCl3溶液和NaOH溶液。现做如下实验：①取440mL甲溶液与120mL乙溶液反应，产生1.56g沉淀。②取120mL甲溶液与440mL乙溶液反应，产生1.56g沉淀。③取120mL甲溶液与400mL乙溶液反应，产生3.12g沉淀。通过必要的计算和推理判定：（1）甲溶液为_______溶液，其物质的量浓度是_______mol/L。（2）乙溶液为_______溶液，其物质的量浓度是_______mol/L。4、计算专题⑴守恒法例9：将mgAl2O3、Fe2O3的混合物溶解在过量的100ml0.05mol/LH2SO4溶液中，向其中加入NaOH溶液，使Fe3+、Al3+刚好全部转化为沉淀，用去NaOH溶液100ml，NaOH溶液的物质的量浓度是mol/L。例10：准确称取6g铝土矿样品（含氧化铝、氧化铁和二氧化硅）放入盛有100mL某浓度的硫酸的烧杯中，充分反应后过滤，向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液，产生的沉淀的质量m与加入NaOH溶液的体积V的关系如下图所示。请回答：（1）硫酸的物质的量浓度为_______________。（2）若a=2.3，用于沉淀Fe3+所消耗的NaOH溶液的体积是_________mL，铝土矿中各组成成分的质量分数：Al2O3为_________，Fe2O3为_________，SiO2为_________。（3）a值的范围应是_________，在这个范围内，a值越大，_________的质量分数越小。⑵比例法例11：甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中加入等质量的铝粉，反应结束后生成气体的体积比为甲：乙=1：2，则加入铝粉的质量为（）A.5.4g B.3.6g C.2.7g D.1.8g⑶差量法（天平平衡问题）例12：在托盘天平的两端各放上盛有同浓度同体积足量的稀硫酸的同质量烧杯，分别加入0.1mol两种金属，反应后需将游码拨动0.2g后天平方能平衡。两种金属是A．镁和铝B.铁和铝C.镁和钠D.铁和铜5、图像专题⑴图像归纳①含1molAlCl3的溶液中滴加NaOH②含1molAlCl3的溶液中通入NH3③含1molNaOH的溶液中滴加AlCl3④含1molNH3的氨水滴加AlCl3⑤含1molNaAlO2的溶液中滴加HCl⑥含1molNaAlO3的溶液中通入CO2⑦1molHCl溶液中滴加NaAlO2⑧含各1molMg2+、Al3+混合液中滴加NaOH溶液⑨含各1molMg2+、Al3+、NH4+混合液中滴加NaOH溶液⑩含1molKAl(SO4)2的溶液中滴加Ba(OH)2溶液：A13+～Ba(OH)2～Al(OH)3SO42—～Ba(OH)2～BaSO4Al(OH)3、BaSO4求能同步沉淀完全molmolmol当加入molBa(OH)2时，生成沉淀Al(OH)31.0mol78gBaSO41.5mol349.5g总2.5mol427.5g②当加入Ba(OH)22mol时Al(OH)3已完全溶解BaSO42mol总质量466g图像如下：思考：如果是硫酸铝溶液中滴加Ba(OH)2溶液呢？⑵图像计算题的解题技巧解题时，必须抓住有关化学原理和有关物质的性质，以及图像的意义和图像的特点，具体来说，重点注意“面”、“线”、“点”。“面”：明确横坐标、纵坐标所表示的物理量；“线”：注意曲线所表示的变化趋势、斜率的大小；“点”：抓住图像中的“四点”：一、原点；二、拐点；三、极值点；四、终点。⑶典型例题例13：如图1所示，0.1mol/LAl2(SO4)3溶液100mL中，需加入0.5mol/LNaOH溶液多少毫升才可得沉淀1.17g?(90mL或130mL)例14：往Al2(SO4)3与H2SO4混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，所得沉淀量变化与OH-加入量的关系如图2所示，则Al2(SO4)3与H2SO4的物质的量浓度之比为（A）1：1（B）2：1（C）1：2（D）1：3⑷巩固练习1.下列曲线图(纵坐标为沉淀的量，横坐标为加入物的量)不正确的是()(A)向1L浓度均为0.1mol/L的Ba(OH)2、NaAlO2混合液加入0.1mol/L稀H2SO4(B)向含有0.1mol/LAlCl3和0.3mol/LNH4Cl的混合液1L中加入0.1mol/LNaOH溶液(C)向烧碱溶液滴加明矾溶液(D)向AlCl3溶液滴加过量氨水2．在Al2（SO4）3和MgSO4混合溶液中滴入NaOH溶液，生成沉淀量与滴入的NaOH溶液体积关系如图3所示，则原溶液中Al2(SO4)3和MgSO4的物质的量之比为（A）1:2（B）2:1（C）3:1（D）6:13．一定量氧化铝与氧化镁混合物溶于200mL盐酸中，往溶液中加入一定量过氧化钠，沉淀量与所耗过氧化钠物质的量关系如图4所示，求：⑴盐酸浓度；（4mol/L）⑵氧化铝、氧化镁的质量。(5.1g4g)4．将一定质量的镁、铝合金投入100mL一定物质的量浓度的盐酸中，使合金全部溶解。向所得溶液中滴加5mol/LNaOH溶液至过量，生成沉淀的质量与加入的NaOH溶液体积的关系如图5曲线所示。试求：（1）原合金中铝的质量分数。（36％） （2）盐酸的物质的量浓度。（8mol/L）三、铁和铁的化合物地壳中金属元素含量铁仅次于铝，通常以化合态存在，陨石中含游离态铁。1、铁⑴原子结构示意图。在周期表中位于第四周期，第=8\*ROMANVIII族。易失去2个或3个电子而显＋2或＋3价。⑵物理性质银白色光泽、密度大，熔沸点高，延展性、导电、导热性较好、能被磁铁吸引。=3\*GB2⑶化学性质①与非金属反应O2：常温下，在干燥的空气里难O2与反应。加热时，剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。(装置放水或砂垫底)3Fe＋2O2＝Fe3O4Cl2：2Fe＋3Cl2＝2FeCl3棕黄色的烟 S：Fe＋S＝FeS黑色固体Fe与强氧化剂生成＋3价，与弱氧化剂生成＋2价，与中等强度氧化剂生成＋2、＋3价②与水反应常温：铁和水不反应，在潮湿的空气中，在O2、H2O和CO2的共同作用下，易生成铁锈。高温：与水蒸气反应3Fe＋4H2O＝Fe3O4＋4H2实验操作，现象③与酸反应与非氧化性酸：HCl、稀H2SO4产生H2Fe+2H＋＝Fe2＋+H2↑减缓反应速率的方法：稀释酸；加入醋酸钠与氧化性酸：浓H2SO4、浓HNO3常温下，在浓H2SO4、浓HNO3中钝化。加热，反应但不生成H2，Fe不足生成高价＋3，足量生成低价＋2。2Fe+6H2SO4（浓）＝Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2OFe+6HNO3（浓）＝Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O④与盐溶液的反应CuSO4溶液：Cu2＋+Fe＝Fe2＋+CuFeCl3溶液：2Fe3＋+Fe＝3Fe2＋小结：与弱氧化剂（）Fe2+Fe与强氧化剂（）Fe3+2、铁的重要化合物⑴氧化物FeO：黑色粉末，难溶于水=1\*GB3①具有碱性氧化物通性：FeO＋2H+=Fe2+＋H2O=2\*GB3②还原性：与O2、HNO3、浓硫酸等反应6FeO＋O2=2Fe3O43FeO＋10HNO3＝3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O=3\*GB3③氧化性：与C、CO、H2、Al等反应FeO＋CO＝Fe＋CO23FeO＋2Al＝3Fe＋Al2O3Fe2O3：红棕色粉末，不溶于水，俗称铁红。=1\*GB3①具有碱性氧化物通性：Fe2O3＋6H+=2Fe3+＋3H2O=2\*GB3②氧化性：与C、CO、H2、Al等反应Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2Fe3O4：黑色晶体，不溶于水，有磁性，俗称磁性氧化铁。=1\*GB3①不是碱性氧化物，但可与酸反应Fe3O4＋8H+=2Fe3+＋Fe2+＋4H2O3Fe3O4＋28HNO3＝9Fe(NO3)3＋NO↑＋14H2O=2\*GB3②组成氧化物形式：Fe2O3·FeO（需已知化合价和比例关系）盐的形式：Fe(OH)2＋2HFeO2＝Fe(FeO2)2＋2H2O（只需知化合价）⑵氢氧化物Fe(OH)3和Fe(OH)2=1\*GB3①性质a.都难溶于水红褐色白色b.不稳定性：2Fe(OH)3＝Fe2O3＋3H2OFe(OH)2＝FeO＋H2Oc.与酸反应：Fe(OH)3＋3H+＝Fe3+＋3H2OFe(OH)2＋2H+＝Fe2+＋2H2Od.Fe(OH)2还原性：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)34Fe(OH)2＋O2＝2Fe2O3＋2H2O3Fe(OH)2＋10HNO3＝3Fe(NO3)3＋NO↑＋8H2O=2\*GB3②制取Fe(OH)3：FeCl3和碱反应Fe3+＋3OH－＝Fe(OH)3或Fe3+＋3NH3·H2O＝Fe(OH)3＋3NH4+Fe(OH)2：FeSO4和碱反应Fe2+＋2OH－＝Fe(OH)2操作：胶头滴管伸入液面下，FeSO4溶液要新制，NaOH溶液可加热。防止氧化生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3现象：产生白色絮状沉淀，迅速变灰绿色，最后呈红褐色。用于检验Fe2+存在。⑶Fe2+和Fe3+的相互转化Fe－Fe2+：Fe＋2H+＝Fe2+＋H2Fe+Cu2＋＝Fe2＋+CuFe+2Fe3＋＝3Fe2＋Fe＋I2＝FeI2Fe2＋+Zn＝Zn2＋+FeFe－Fe3+：2Fe＋3Cl2＝2FeCl3Fe+4H+＋NO3－＝Fe3＋+NO+2H2O2Fe3＋+Zn＝Zn2＋+2Fe2＋（Zn不足）2Fe3＋+3Zn＝3Zn2＋+2Fe（Zn足量）Fe2+－Fe3+：2Fe2＋+Cl2＝2Fe3＋+2Cl－2Fe2＋+Cu＝2Fe3＋+Cu2＋2Fe2＋+H2O2+2H+＝2Fe3＋+2H2O3Fe2＋+4H+＋NO3－＝3Fe3＋+NO+2H2O2Fe3＋+2I－＝2Fe2＋＋I22Fe3＋+H2S＝2Fe2＋＋S＋2H+2Fe3＋+S2－＝2Fe2＋＋S2Fe3＋+3S2－＝2FeS＋S（S2－过量）FeBr2+Cl2：2Fe2＋+Cl2＝2Fe3＋+2Cl－（Cl2不足）2Fe2＋+4Br－+3Cl2＝2Fe3＋+6Cl－+2Br2（Cl2过量）3、Fe2+、Fe3+的检验=1\*GB2⑴Fe3+：=1\*GB3①加碱，产生红褐色沉淀=2\*GB3②加KSCN溶液，溶液变红色。Fe3+＋3SCN－＝Fe(SCN)3=3\*GB3③加苯酚，溶液呈紫色=2\*GB2⑵Fe2+：=1\*GB3①加碱，产生白色沉淀，迅速变灰绿色，最后呈红褐色。=2\*GB3②加入KSCN溶液，无明显变化，再加氯水变红色。例1：用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用不含Fe3＋的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入。（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用的方法。（3）生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是。方法二：在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。（1）在试管Ⅰ里加入的试剂是。（2）在试管Ⅱ里加入的试剂是。（3）为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是。（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是。例2：由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应得到白色纯净的Fe(OH)2abdcabdc（1）a电极材料为，其电极反应式为。（2）电解液d可以是，则白色沉淀在电极上产生；也可以是，则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。A．纯水B．NaCl溶液C．NaOH溶液D．CuCl2溶液（3）液体c为苯，其作用是，在加入苯之前，对d溶液进行加热处理的目的是。三、金属的冶炼1、金属的冶炼⑴热分解法