第三章 金属及其化合物
第一节 金属的化学性质
【本节学习要点】
1.了解钠、铝的物理性质。
2.以Na、Mg、Al、Fe为例,掌握金属与O2等非金属的反应,通过Na与O2反应的学习,明确反应条件不同,反应现象及反应产物也不同。
3.通过Na与水反应,Fe与水蒸气反应,Al与NaOH溶液反应,活泼金属与酸反应,掌握金属与酸和水的反应。
4.掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
【重难点讲解】
重难点一、金属的化学性质
1.金属与O2反应的规律
(1)绝大多数金属都能跟氧气反应,生成金属氧化物。活泼性强的金属常温下就能被O2氧化,活泼性较弱的金属在加热条件下才能跟O2发生反应,活泼性很弱的金属(如金、铂等)不能被O2氧化。
(2)常温下Mg、Al表面容易氧化成致密的氧化膜,阻止金属不被继续氧化,与Mg、Al有关的实验时,要注意除去表面的氧化膜。
(3)部分金属与O2反应的产物与条件有关。
如:Fe在不同条件下与O2可以生成FeO、Fe2O3或Fe3O4。铁在O2中燃烧生成Fe3O4。铁生锈时生成Fe2O3•nH2O。
再如:Na在常温下生成Na2O,加热时生成Na2O2。
2.金属与水反应的一般规律
(1)活泼金属如K、Ca、Na可与冷水迅速剧烈反应(放热反应)生成H2。
2K+2H2O===2KOH+H2↑
(2)较活泼金属与冷水不反应,可与沸水或H2O(g)反应。
Mg与冷水反应缓慢,但加热水后(或沸水),Mg与水的反应加快,
Mg+2H2O=====△Mg(OH)2+H2↑
Al在沸水条件下反应缓慢,2Al+6H2O=====△2Al(OH)3+3H2↑
高温下,Zn、Fe、Sn、Pb和水蒸气可以反应生成金属氧化物和H2。
(3)氢后金属不能置换出H2O中的氢。氢前金属在一定条件下可置换出水中的氢。
特别提醒 Fe与H2O反应为置换反应,氧化产物为Fe3O4,而不是Fe2O3。
3.金属与酸反应规律
金属活动顺序表中位于氢之前的金属都可与酸反应放出H2。对于极活泼金属(如Na、K等)与酸反应完后,可再与水反应,故这些金属不会剩余。
4.金属与盐溶液反应规律
一般遵循活泼金属置换不活泼金属规律,但Na、K、Ca等金属投入盐溶液,先与水反应,生成的碱再与盐反应,而不是置换金属。
5.金属与碱溶液反应规律
K、Ca、Na浸入碱溶液中实质是与水反应,A
l、Zn能与强碱溶液反应生成H2,绝大部分金属与碱不反应。
重难点二、钠与酸、碱、盐的水溶液反应的规律
1.钠与水反应
钠与水的反应实质是钠与水电离出的H+反应,置换出H2。
2.钠与酸溶液反应
如与稀盐酸的反应,实质是钠与酸电离出的H+反应。
(1)酸过量时 2Na+2H+===2Na++H2↑(钠与酸电离出的H+反应)
(2)酸不足时,先与酸电离出的H+反应,剩余的钠再与水反应。
警示 (1)不能认为Na先与水反应,生成的NaOH再与碱中和。
(2)因为酸中的c(H+)远大于水中的c(H+),故钠与酸反应要比水反应剧烈,甚至发生燃烧和轻微爆炸。
3.钠与碱溶液反应
实质是Na与水的反应。
4.钠与盐溶液反应
(1)NaCl溶液 实质是Na与水反应
(2)CuSO4溶液 实质是Na与水反应,生成NaOH,NaOH再与CuSO4溶液反应。
①2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
②2NaOH+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4
总反应
2Na+CuSO4+2H2O===Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
(3)NaHSO4溶液
反应原理 NaHSO4===Na++H++SO2-4
2Na+2H+===2Na++H2↑
总反应2Na+2NaHSO4===Na2SO4+H2↑
故钠与盐溶液反应,不能置换出盐中的金属,而是先与水反应,生成的碱再与盐反应。
特别提醒 (1)钠在水溶液中的反应是有酸H+为先,无酸H2O为先,NaOH与盐溶液反应跟在Na与H2O反应后。
(2)分析钠与酸、碱、盐水溶液反应的计算问题时,生成的H2量按钠计算。
(3)求Na与H2O反应后溶液中溶质的质量分数或溶液的物质的量浓度时,不要忘记计算溶液质量时减去生成的H2的质量。
重难点三、铝与酸、碱反应及生成H2的定量关系
1.铝与碱溶液的反应
铝和碱溶液反应,不是直接和碱反应,而是铝先和强碱溶液中的水反应生成Al(OH)3,然后Al(OH)3再和强碱反应生成偏铝酸盐。
2Al+6H2O===2Al(OH)3+3H2↑,Al(OH)3+NaOH===2NaAlO2+2H2O,因此在2Al+2H2O+2NaOH===2NaAlO2+3H2↑中,氧化剂是H2O,而不是NaOH和H2O。电子转移的方向和数目表示如下:
2Al+2NaOH+6H2O===2NaA失去2×3e-lO2+3H得到6×e-2+4H2O
2.铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
铝分别与盐酸、氢氧化钠溶液反应的原理
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑①
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑②
(1)等质量的铝与足量的酸、碱分别反应
①产生H2的物质的量相等
②消耗H+、OH-的物质的量之比为:n(H+)∶n(OH-)=3∶1
(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠反应。
①消耗Al的物质的量之比为1∶3
②生成H2的物质的量之比为1∶3
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸或氢氧化钠溶液反应,若产生氢气的体积比为13<VHCl(H2)VNaOH(H2)<11,则必定是:
①铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足。
②铝与氢氧化钠反应时,铝不足而氢氧化钠过量。
解题时应充分利用上述过量关系快速求解。
3.用铝箔(刺些小孔)包裹的钠投入水中,H2的计算
应考虑两方面:钠跟水反应:2Na+2H2O===2Na