1、第三章第三章 金屬及其化合物金屬及其化合物 在人類社會的發展進程中，金屬起著重要作用。在人類社會的發展進程中，金屬起著重要作用。 五千年前使用青銅器；五千年前使用青銅器； 三千年前進入鐵器時代；三千年前進入鐵器時代； 目前生產、生活中使用最廣泛的金屬是鐵；目前生產、生活中使用最廣泛的金屬是鐵； 進入進入20世紀后，鋁的用途逐漸擴大；世紀后，鋁的用途逐漸擴大； 鈦是鈦是20世紀世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬。年代發展起來的一種重要的結構金屬。 青銅器司母戊鼎青銅器司母戊鼎 31 金屬的簡介金屬的簡介 Mg Al Fe 超過超過4/5 311 金屬的分類金屬的分類 1、冶金工業、冶金工業

2、 黑色金屬黑色金屬(Fe、Cr、Mn) 有色金屬有色金屬(除除Fe、Cr、Mn以外的金屬以外的金屬) 2、按密度分、按密度分 輕金屬輕金屬(4.5g/cm3)，多數：如：，多數：如：Cu、Fe、Pb等；等； 3、按含量分、按含量分 常見金屬常見金屬(如：如：Fe、Al、Cu等等) 稀有金屬稀有金屬(如：如：Zr、Nb、Mo等等) 稀有元素稀有元素 稀有氣體稀有氣體 稀土元素稀土元素 212 金屬的結構金屬的結構 313 合金合金 合金是兩種或兩種以上的金屬合金是兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬或金屬與非金屬)熔合而成的具熔合而成的具 有金屬特性的物質。有金屬特性的物質。 合金比它的成分金屬

3、具有許多良好的物理、化學和機械性能。合金比它的成分金屬具有許多良好的物理、化學和機械性能。 合金的硬度一般比它的各成分金屬高，多數合金的熔點一般比合金的硬度一般比它的各成分金屬高，多數合金的熔點一般比 它的各成分金屬低。它的各成分金屬低。 214 金屬的物理性質金屬的物理性質 1、有金屬光澤、不透明；、有金屬光澤、不透明；(常溫下，絕大多數金屬是固體，呈常溫下，絕大多數金屬是固體，呈 銀白色銀白色 ) 2、易導電、導熱；、易導電、導熱； 3、有延展性；、有延展性； 4、熔沸點較高、硬度較大。、熔沸點較高、硬度較大。 與金屬有關的一些常識與金屬有關的一些常識 1在生活、生產中使用最廣泛的金屬是在

4、生活、生產中使用最廣泛的金屬是 。 2地殼中含量最多的金屬元素是地殼中含量最多的金屬元素是 。 3熔點最高的金屬是熔點最高的金屬是 ，熔點最低的金屬是，熔點最低的金屬是 。 4最硬的金屬單質是最硬的金屬單質是 ，最重的金屬單質是，最重的金屬單質是 。 5延性最好的金屬是延性最好的金屬是 ，展性最好的金屬是，展性最好的金屬是 。 6殺菌能力最強的金屬離子是殺菌能力最強的金屬離子是 。 鎢鎢汞汞 鉻鉻鋨鋨 鉑鉑金金 銀離子銀離子 鐵鐵 鋁鋁 密度密度 熔點熔點 structure of heme 血紅蛋白中含有血紅蛋白中含有Fe 2+ 31 金屬的化學性質金屬的化學性質 鋁絲與硫酸銅溶液鋁絲與硫酸

5、銅溶液 鎂條燃燒鎂條燃燒 銅絲與硝酸銀銅絲與硝酸銀 鎂條與鹽酸鎂條與鹽酸 31 金屬的化學性質金屬的化學性質 311 金屬與非金屬的反應金屬與非金屬的反應 1. 鈉與氧氣的反應鈉與氧氣的反應 鈉的物理性質鈉的物理性質(顏色、氣味、狀態、密度、硬度、熔點、沸點等顏色、氣味、狀態、密度、硬度、熔點、沸點等) 銀白色金屬，有金屬光澤，質軟，能導電，導熱，密度比水小銀白色金屬，有金屬光澤，質軟，能導電，導熱，密度比水小 (0.97g/cm3)，熔點低，熔點低(97.810C)，沸點，沸點(882.90C) 鈉的保存和取用鈉的保存和取用 鈉在常溫下易被氧氣氧化成鈉在常溫下易被氧氣氧化成Na2O 思考：鈉

6、長期暴露于空氣中，會有哪些變化？現象思考：鈉長期暴露于空氣中，會有哪些變化？現象? 最終產物是什么？最終產物是什么？ Na 變暗變暗 Na2ONaOH 吸水吸水 潮解潮解 濃溶液濃溶液 吸吸CO2 Na2CO310H2 O風化風化 Na2CO3(白色粉末白色粉末) 4Na+O2 2Na2O(白色白色) 常溫常溫 4e 現象：先熔成銀白色光澤小球，繼而燃燒，發出黃色現象：先熔成銀白色光澤小球，繼而燃燒，發出黃色 火焰，生成淡黃色固體火焰，生成淡黃色固體 鈉在加熱或點燃條件下易被氧氣氧化成鈉在加熱或點燃條件下易被氧氣氧化成Na2O2 2Na+O2 Na2O2(淡黃色固體淡黃色固體) 點燃點燃 或或

7、 2e 2. 鎂和鋁與氧氣的反應鎂和鋁與氧氣的反應 鎂和鋁在常溫下也能與氧氣反應鎂和鋁在常溫下也能與氧氣反應 鋁箔在酒精燈上加熱鋁箔在酒精燈上加熱 常溫下，鎂和鋁都有抗腐蝕性能常溫下，鎂和鋁都有抗腐蝕性能 2Mg+O2 2MgO 劇烈燃燒，放出大量熱和耀眼的白光劇烈燃燒，放出大量熱和耀眼的白光 4Al(鋁箔鋁箔)3O2 2Al2O3劇烈燃燒，放出大量熱和耀眼的白光劇烈燃燒，放出大量熱和耀眼的白光 3. 鐵與氧氣的反應鐵與氧氣的反應 432 23OFeOFe 點燃 2Na+Cl2 2NaCl 點燃點燃 2Na+S Na2S(爆炸爆炸) 研磨研磨 燃燒：任何發熱、發光的劇烈的化學反應，都叫做燃燃燒

8、：任何發熱、發光的劇烈的化學反應，都叫做燃 燒。燒。 Fe+S FeS 點燃點燃 3Fe+2O2 Fe3O4 2Fe+3Cl2 2FeCl3 3Mg+N2 Mg3N2 點燃點燃 312 金屬與酸或水的反應金屬與酸或水的反應 1.鈉與水的反應鈉與水的反應 2Na+2H2O 2NaOH+H2 現象：現象：(1)鈉浮于水面上；鈉浮于水面上； (2)鈉熔成小球；鈉熔成小球； (3)鈉球在水面上四處游動；鈉球在水面上四處游動； (4)發出嘶嘶的響聲，有白霧；發出嘶嘶的響聲，有白霧； (5)溶液呈紅色。溶液呈紅色。 (浮、熔、游、紅、響浮、熔、游、紅、響) 2e MgH2 FeH2 Al3/2H2 Na1

9、/2H2 2.Mg、Al與水反應與水反應 Mg與冷水反應緩慢，與熱水反應較劇烈，滴入酚酞，溶液變與冷水反應緩慢，與熱水反應較劇烈，滴入酚酞，溶液變 紅。紅。 Mg+2H2O(沸水沸水) Mg(OH)2+H2 Al和冷水幾乎不反應，與熱水反應微弱。和冷水幾乎不反應，與熱水反應微弱。 3.鐵與水的反應鐵與水的反應 常溫下常溫下Fe與與H2O不反應；不反應； 但在水、空氣但在水、空氣(O2)及及CO2等共同作用下，常溫卻很容易發生電等共同作用下，常溫卻很容易發生電 化腐蝕；化腐蝕； 在高溫下，在高溫下，Fe可與可與H2O(g)反應。反應。 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 Na與與CuSO

10、4溶液的反應溶液的反應 現象：比在水中反應更劇烈，有藍色絮狀沉淀生成。現象：比在水中反應更劇烈，有藍色絮狀沉淀生成。 2Na+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2 +Na2SO4+H2 313 金屬與鹽溶液的反應金屬與鹽溶液的反應 活潑金屬置換不活潑金屬的反應活潑金屬置換不活潑金屬的反應 314鋁與氫氧化鈉溶液的反應鋁與氫氧化鈉溶液的反應 222 32222HNaAlOOHNaOHAl 222 32222HAlOOHOHAl OHHNaAlOOHNaOHAl 2222 432622 232 3)(262HOHAlOHAl OHNaAlONaOHOHAl 223 422)(2+ 6e- 鎂不能與

11、鎂不能與NaOH溶液反應，但鋁可與溶液反應，但鋁可與NaOH溶液反應，生成溶液反應，生成H2。 Mg不僅能跟空氣中的氧氣、氮氣反應，而且能夠跟不僅能跟空氣中的氧氣、氮氣反應，而且能夠跟CO2反應，反應， 奪取其中的氧，析出游離的碳。奪取其中的氧，析出游離的碳。 2Mg +CO2 2MgO+C 現象：現象： Al也能與某些氧化物在一定的條件下反應。也能與某些氧化物在一定的條件下反應。 2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3 現象：現象： 315 金屬與氧化物的反應金屬與氧化物的反應 Mg在干冰中的燃燒 鋁熱反應 鋁熱反應：鋁粉和氧化鐵鋁熱反應：鋁粉和氧化鐵(或某些其它氧化物，如：或某些其它氧化物

12、，如：Cr2O3、 V2O5、MnO2等等)粉末按適當比例混合，引燃后可劇烈反應，放出大粉末按適當比例混合，引燃后可劇烈反應，放出大 量的熱，稱為鋁熱反應。量的熱，稱為鋁熱反應。 鋁熱劑：鋁粉和氧化鐵鋁熱劑：鋁粉和氧化鐵(或某些其它氧化物，如：或某些其它氧化物，如：Cr2O3、 V2O5、MnO2等等)粉末的混合物，叫鋁熱劑。粉末的混合物，叫鋁熱劑。 鋁熱反應的應用：鋁熱反應的應用： 焊接鋼軌；設備簡單，焊接鋼軌；設備簡單， 速度快，適合野外作業。速度快，適合野外作業。 冶煉難熔金屬；冶煉難熔金屬； 鋁可作煉鋼過程中的脫氧劑；鋁可作煉鋼過程中的脫氧劑； 可制金屬陶瓷。可制金屬陶瓷。 如：如：V

13、、Cr、Mn 名稱及化學式名稱及化學式 氧化鈉氧化鈉(Na2O)過氧化鈉過氧化鈉(Na2O2) 顏色、狀態顏色、狀態 組成組成 氧元素化合價氧元素化合價 跟水反應跟水反應 跟跟CO2反應反應 與酸反應與酸反應 類別類別 轉化關系轉化關系 用途用途 一、一、Na的兩種氧化物的兩種氧化物 白色固體白色固體淡黃色固體淡黃色固體 2Na+、O2 2Na+、O22 2價價 1價價 Na2O+H2O=2NaOH2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 Na2O+2HCl=2NaCl+H2O2Na2O2+4HCl=4NaCl+2H2O+O2 堿性氧化物堿性氧化物

14、不屬于堿性氧化物不屬于堿性氧化物(過氧化物、鹽過氧化物、鹽) 22 400300 22 22ONaOONa CC Na2O+CO2=Na2CO3 Na2O2與H2O反應歷程 Na2O2與CO2反應 32 幾種重要的金屬化合物幾種重要的金屬化合物 321 鈉的重要化合物鈉的重要化合物 供氧劑供氧劑 二、二、 鈉的其他重要化合物鈉的其他重要化合物 (1)NaOH 俗名：俗名： 性質及用途：性質及用途： 火堿、燒堿、苛性鈉火堿、燒堿、苛性鈉 強堿，有強吸水性，易潮解，可作干強堿，有強吸水性，易潮解，可作干 燥劑燥劑(固體固體NaOH) (2)Na2SO410H2O 用途：用途： (芒硝芒硝) 制玻璃

15、、造紙、染色、紡織、制水玻璃制玻璃、造紙、染色、紡織、制水玻璃 (Na2SiO3的水溶液的水溶液)、在醫藥上可作緩瀉劑。、在醫藥上可作緩瀉劑。 (3)Na2CO3、NaHCO3、Na2S2O3 俗名：蘇達俗名：蘇達 小蘇打小蘇打 大蘇打大蘇打(海波海波) Na2S2O3可作顯影劑，可發生可作顯影劑，可發生 Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2 +S +H2O Na2CO3和和NaHCO3各方面比較各方面比較 名稱及化學式名稱及化學式碳酸鈉碳酸鈉(Na2CO3)碳酸氫鈉碳酸氫鈉(NaHCO3) 顏色、狀態顏色、狀態 俗名俗名 水溶性水溶性 與與NaOH反應反應 溶液酸堿性溶液酸堿性

16、熱穩定性熱穩定性 與酸反應與酸反應 轉化關系轉化關系 主要用途主要用途 白色粉末白色粉末 細小白色晶體細小白色晶體 蘇打、純堿蘇打、純堿小蘇打小蘇打 易溶于水易溶于水 可溶于水、溶解度比可溶于水、溶解度比Na2CO3小小 不反應不反應 HCO3 +OH =H2O+CO32 很穩定很穩定 32322 2NaHCONa COCOH O 3 2 3 HCOHCO OHCOHHCO 223 22 233 COH O OH Na CONaHCO 或 玻璃、制皂、造紙、紡織等玻璃、制皂、造紙、紡織等發酵、醫藥、滅火器發酵、醫藥、滅火器 OHCOHHCO 223 都顯堿性都顯堿性 思考一：如何鑒別思考一：如

17、何鑒別Na2CO3和和NaHCO3兩種固體粉末？兩種固體粉末？ 思考二：如何鑒別思考二：如何鑒別Na2CO3溶液和稀鹽酸兩種無色溶液？溶液和稀鹽酸兩種無色溶液？ 紫紅色紫紅色 黃色黃色 紫色紫色(透過藍色鈷透過藍色鈷 玻璃玻璃) 磚紅色磚紅色 洋紅色洋紅色 黃綠色黃綠色 綠色綠色 三、三、 焰色反應焰色反應 多種金屬或它們的化合物在灼燒時，火焰呈特殊的顏色，這在多種金屬或它們的化合物在灼燒時，火焰呈特殊的顏色，這在 化學上叫做焰色反應。化學上叫做焰色反應。 焰色反應操作步驟：焰色反應操作步驟： (1)用稀鹽酸洗凈用稀鹽酸洗凈Pt絲絲(Fe、Ni、Cr、W等等)； (2)在火焰上灼燒在火焰上灼燒

18、Pt絲至與火焰顏色一致為止；絲至與火焰顏色一致為止； (3)蘸取待測藥品，在火焰上灼燒，觀察顏色；蘸取待測藥品，在火焰上灼燒，觀察顏色； (4)重復重復(1)、(2)、(3)步，測定其它藥品。步，測定其它藥品。 注意：注意： (1)焰色反應是元素的性質，不論元素以游離態還是化合態，焰色反焰色反應是元素的性質，不論元素以游離態還是化合態，焰色反 應是一樣的；應是一樣的； (2)焰色反應是物理性質；焰色反應是物理性質； (3)不是所有的金屬都有焰色反應。不是所有的金屬都有焰色反應。 322 鎂和鋁的重要化合物鎂和鋁的重要化合物 含鎂礦物含鎂礦物: 光鹵石光鹵石(KClMgCl26H2O)、白云石、

19、白云石(CaCO3MgCO3)、 菱鎂礦菱鎂礦(MgCO3)、硫酸鎂、硫酸鎂(MgSO4)、滑石、滑石(3MgO4SiO2H2O)、 石棉石棉(含鎂的一種硅酸鹽含鎂的一種硅酸鹽)、海水。、海水。 含鋁礦物：含鋁礦物： 長石長石(有多種長石，如：有多種長石，如：KAlSi3O8)、 云母、鋁土礦云母、鋁土礦(又稱礬土，又稱礬土，Al2O3H2O、Al2O33H2O、少量、少量 Fe2O3、石英、石英)、 明礬石明礬石KAl(SO4)212H2O 1、MgO MgCO3(菱鎂礦菱鎂礦) MgO+CO2(工業制工業制MgO) 煅燒煅燒 MgO+H2O=Mg(OH)2(緩慢緩慢) MgO是一種耐火材料

20、，熔點高。是一種耐火材料，熔點高。 2、MgCl2 MgCl2是一種無色、味苦、易溶的晶體，極易潮解。是一種無色、味苦、易溶的晶體，極易潮解。 MgCl2(熔融熔融) Mg+Cl2 電解電解 3、Al2O3 鋁土礦鋁土礦 Al2O3 Al2O3是一種白色難熔而難溶的物質，是一種典型的兩性氧化是一種白色難熔而難溶的物質，是一種典型的兩性氧化 物。物。 Al2O3(新制新制)+6H+=2Al3+3H2O Al2O3+2OH-=2AlO2 +H2O 提取提取 Al2O3的用途：的用途： (1)Al2O3是比較好的耐火材料，可制耐火坩堝，耐火管和耐高是比較好的耐火材料，可制耐火坩堝，耐火管和耐高 溫的

21、其它實驗儀器；溫的其它實驗儀器； (2)天然產的無色氧化鋁叫剛玉；天然產的無色氧化鋁叫剛玉； (3)藍藍(紅紅)寶石是混有少量不同氧化物雜質的剛玉，可作精密儀寶石是混有少量不同氧化物雜質的剛玉，可作精密儀 器和飾品。器和飾品。 4、Al(OH)3 物理性質：物理性質：Al(OH)3是一種白色固體，難溶于水，沉淀是一種是一種白色固體，難溶于水，沉淀是一種 白色膠狀物，具有吸附水中懸浮物和色素的能力，是一種胃酸中和白色膠狀物，具有吸附水中懸浮物和色素的能力，是一種胃酸中和 劑。劑。 化學性質化學性質 (1)不穩定性不穩定性 2Al(OH)3 Al2O3+3H2O (2)Al(OH)3是典型的兩性氫

22、氧化物，能溶于酸或強堿的溶液中。是典型的兩性氫氧化物，能溶于酸或強堿的溶液中。 H2O+AlO2 +H+Al(OH)3 Al3+3OH 酸式電離酸式電離 堿式電離堿式電離 Al(OH)3的制法：的制法： OHAlHOHAl 2 3 3 33)( OHAlOOHOHAl 223 2)( 5、KAl(SO4)2 明礬明礬(白礬白礬)：KAl(SO4)212H2O或或K2SO4Al2(SO4)324H2O 兩種不同的金屬離子兩種不同的金屬離子(或銨根或銨根)和一種酸根離子組成的鹽叫復鹽。和一種酸根離子組成的鹽叫復鹽。 化學性質：能水解，其水溶液顯酸性。化學性質：能水解，其水溶液顯酸性。 氧化亞鐵氧化

23、亞鐵 (FeO) 三氧化二鐵三氧化二鐵 (Fe2O3) 四氧化三鐵四氧化三鐵 (Fe3O4) 顏色、狀態顏色、狀態黑色粉末黑色粉末紅棕色粉末紅棕色粉末黑色晶體黑色晶體 俗稱俗稱鐵紅鐵紅磁性氧化鐵磁性氧化鐵 鐵的價態鐵的價態+2價價+3價價+2(1/3)，+3(2/3) 水溶性水溶性不溶不溶不溶不溶不溶不溶 與酸反應與酸反應 與還原劑與還原劑(H2、CO) 反應反應 氧化物間的轉化氧化物間的轉化 FeO+2H+=Fe2+H2O Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O Fe3O4+8H+=Fe2+2Fe3+4H2O FeO Fe3O4 Fe2O3 Fe3O4 空氣空氣 空氣空氣 更高更高 溫度溫度

24、 1.鐵的氧化物鐵的氧化物 FexOy+yH2xFe+yH2O FexOy+yCOxFe+yCO2 235 鐵的化合物鐵的化合物 2.鐵的氫氧化物鐵的氫氧化物 氫氧化亞鐵氫氧化亞鐵Fe(OH)2氫氧化鐵氫氧化鐵Fe(OH)3 物理物理 性質性質 白色固體，不溶于水，絮狀沉淀白色固體，不溶于水，絮狀沉淀紅褐色固體，不溶于水紅褐色固體，不溶于水 化學化學 性質性質 制法制法 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 4Fe(OH)2+O22Fe2O3+4H2O Fe(OH)2+2H+=Fe2+2H2O 很不穩定很不穩定 Fe(OH)3+3H+=Fe3+3H2O 2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O 可溶性堿與亞鐵鹽溶液反應可溶性堿與亞鐵鹽溶液反應 Fe2+2OH =Fe(OH)2 可溶性堿與鐵鹽溶液反應可溶性堿與鐵鹽溶液反應 Fe3+3OH =Fe(OH)3 向沸水中滴入氯化鐵溶液向沸水中滴入氯化鐵溶液 可生成紅褐色的氫氧化鐵可生成紅褐色的氫氧化鐵 膠體膠體 FeCl3+3H2OFe(OH)3(膠體膠體)+3HCl 不穩定不穩定 3、亞鐵鹽和鐵鹽的存放方法、亞鐵鹽和鐵鹽的存放方法 鐵鹽溶液：加少量相應的酸溶液抑制水解；鐵鹽溶液：加少量相應的酸溶液抑制水解； 亞鐵鹽溶液：加少量鐵屑亞鐵鹽溶液：加少量鐵屑(或鐵粉或鐵粉