第三章第一节金属的化学性质

周课题：金属的化学性质编稿老师：吴佃水责编:于冬梅[本节学习目标]1．了解钠、铝、铁、铜的主要化学性质。2．通过金属性质的实验，提高学生对“化学是一门以实验为基础的科学”的认识，培养学生的实验意识、操作技能、观察能力和分析问题的能力等。3．通过阅读、查阅资料、讨论和概括等，培养学生获取知识及信息加工的能力。4．通过比较、归纳、概括、总结等，让学生逐步掌握学习元素化合物知识的一般方法。5．通过金属在生产和生活中的应用等学习，提高学生学习化学的兴趣，增强学好化学、服务社会的责任感和使用感。6．通过各项活动，鼓励学生积极提出问题，培养学生敢于质疑、勇于创新的精神和合作精神等。7．掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。重点：钠的氧化反应和钠与水的反应，钠与NaOH溶液的反应。难点：钠与水反应、铝与NaOH溶液反应的实验现象观察。物质的量在化学方程式计算中的应用。[知识要点梳理]知识点一：金属通性要点诠释：在人类社会的发展进程中，对金属的认识和使用，成为社会生产力进步的巨大推动力。1．金属元素的存在：绝大多数的金属元素都以化合态存在，但也有极少数金属元素存在游离态，如金（Au）、陨铁等。在地壳中含量最高的金属元素是铝（7.73%），其次是铁（4.75%）；以下依次是钙、钠、钾、镁、钛等。在人体中含有最多的金属元素为钙。2．金属共同物理性质：不透明，有金属光泽、易导电、易导热、有延展性、密度相对较大、熔沸点较高等等。除铜为红色、金为黄色，个别金属带一些其它颜色的光泽外，金属通常都为银白色；铁、钴、镍具有铁磁性，能被磁铁磁化并吸引。熔点最低的金属是汞（常温下唯一呈液态的金属单质），熔点最高的金属是钨；导电性最好的金属是银；硬度最大的金属是铬；密度最大的金属是锇；密度最小的金属是锂。3．金属共同的化学性质：（1）金属与非金属的反应：如2Mg+O22MgO，3Fe+2O2Fe3O4等（2）金属与酸的反应：如：Mg+2HCl＝MgCl2+H2↑，Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑等（3）金属与盐溶液的反应：如2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu，Cu+2AgNO3＝Cu(NO3)2+2Ag等（4）金属的原子结构特点：原子结构示意图为：NaMgAl由于绝大多数金属原子最外层电子数都小于4个，所以在化学反应中很容易失去，表现出较强的还原性，因此自然界中绝大多数金属都以化合态存在，也表现出很多相似的性质。知识点二：金属与非金属的反应要点诠释：金属元素的最外层电子数较少，最外层电子容易失去，单质往往表现出较强的还原性，当遇到氧化剂时，就会发生氧化还原反应。1．钠与氧气的反应（1）钠的取用：打开盛有钠的试剂瓶的瓶盖并将其倒放在试验桌上，用镊子夹取一块钠并用滤纸将其表面煤油吸干，用小刀切取一小块金属钠并将剩余钠块放回试剂瓶，将试剂瓶盖盖好。（2）钠的物理性质：通常状况下，钠是银白色金属固体，硬度小，质软，可用小刀切割。（3）新切取金属钠的断面呈银白色，露置空气中会逐渐失去光泽，生成白色的氧化钠：4Na+O2＝2Na2O（4）取一小块金属钠放在坩埚中，加热后，钠与氧气剧烈反应，发出黄色火焰，生成一种淡黄色固体——过氧化钠（Na2O2）。2Na+O2Na2O22．铝与氧气的反应（1）用坩埚钳夹住一小块铝箔在酒精灯上加热至熔化，可观察到尽管铝失去了光泽，但熔化的铝并不脱落。（2）另取一块铝箔，用砂纸仔细打磨，除去表面的氧化膜，再加热至熔化，也可观察到熔化的铝不脱落。（3）探究上述两个实验现象的原因：活泼金属都易与氧气反应，表面生成一层氧化物薄膜。有的氧化膜疏松，不能保护内层金属，如铁表面的铁锈等；有的氧化膜致密，可以保护内层金属不被继续氧化。熔化了的铝不脱落，就是因为铝表面氧化膜保护了铝，即便是打磨过的铝箔，在空气中也会很快生成新的氧化膜。构成薄膜的Al2O3的熔点（2050℃）高于Al的熔点（660℃），包在铝的外面，所以熔化了的液态铝不会滴落下来。日常生活中常用铝制品，正是利用了这一性质，表面总是覆盖着保护膜，起着保护内层金属的作用。也正是性质活泼的铝在空气中能稳定存在的原因。（4）铝在纯氧气中反应的化学方程式可表示为：4Al+3O22Al2O33．镁与氧气的反应镁表面也有一层氧化物薄膜，用砂纸打磨去表面氧化膜，用坩埚钳夹住，并置于酒精灯火焰上灼烧，可观察到镁条剧烈燃烧，放出耀眼的白光，放出大量的热，生成一种白色的物质——氧化镁（MgO）。2Mg+O22MgO4．铁与氧气的反应在螺旋状的细铁丝末端系上火柴秆，用坩埚钳夹住铁丝并点燃末端的火柴秆，待火柴秆即将燃尽时，将它们伸入集满氧气的集气瓶中。可观察到铁丝剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，并生成一种黑色固体物质——四氧化三铁（Fe3O4）。3Fe+2O2Fe3O4注意：为防止反应生成的固体物质溅落瓶底使集气瓶炸裂，应预先在集气瓶底铺少量沙子或加少量水。5．铜与氧气的反应将红色铜放在空气或氧气中加热，可观察到会逐渐变黑。2Cu+O22CuO6．金属与其它非金属的反应金属除了会被氧气氧化之外，还可被氯气（Cl2）、硫（S）等具有氧化性的物质所氧化，生成相应的氯化物或硫化物。知识点三：金属与水的反应要点诠释：日常生活中，人们常用金属器皿来盛水，也常用铁、铝或铜制的水壶来烧水，说明这几种金属与热水是不反应的，但是有一些活泼金属会直接与水反应。1．钠与水的反应实验猜想：由氧化还原反应的知识可知：钠在反应中肯定被氧化为Na+，而H2O中只可能是H+被还原为H2，Na+与OH－结合成为NaOH。实验用品：烧杯、小刀、镊子、滤纸、玻璃片、金属钠、蒸馏水、酚酞实验步骤：在烧杯中加一些水，滴入几滴酚酞溶液，然后把一小块钠放入水中。实验现象及分析：（1）钠浮在水面——说明（Na）＜（H2O）（2）钠熔化成小球——说明钠熔点低且反应放热（3）钠球四处游动，并越来越小，最后消失——说明钠与水反应气体（4）发出嘶嘶响声——说明反应放热，使产生气泡破裂（5）滴有酚酞的水变红——说明有OH－生成，即生成碱NaOH实验结果：（1）反应方程式为：2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑（2）钠的物理性质：银白色固体，硬度较小，质软可用小刀切割，熔点较低，密度比水小。（3）钠的保存：钠与氧气、水都能反应，所以实验室中要把钠保存于石蜡油或煤油中，以隔绝空气和水。（4）钠着火后，不能用水灭火，必须用干燥沙土盖灭。2．镁与水反应常温下，镁并不与水反应，但在加热条件下，镁可与热水反应，生成Mg(OH)2和H2。Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑3．铁跟水蒸气的反应实验猜想：铁与冷水、热水都不反应，但能否与水蒸气反应？探究方案：由氧化还原反应知识可知，若铁与水蒸气反应，则可得到铁的氧化物（或氢氧化物）和氢气，这就需要产生水蒸气的装置、铁与水蒸气反应装置、验证产物等装置。实验用品：三支试管、水槽、蒸发皿、胶塞、导管、酒精喷灯及其必要的仪器和物品。实验装置图：请思考两装置的优点并跟同学交流：图3—1的装置铁粉与石棉绒混合，增大了水蒸气与Fe粉的接触面积，但产生的氢气用排空气法收集，存在安全隐患；图3—2用排水法收集氢气比图3—1安全，但实验所用时间长，用图3—3就会使所用时间缩短并且安全。实验操作步骤：（利用图3—3进行实验）在试管底部塞有一团潮湿的棉花，在湿棉花左边放有铁粉，蒸发皿中放肥皂水，然后把酒精灯置于铁粉处加热，反应产生的气体把肥皂水吹成气泡，用火柴点燃气泡，有爆鸣声产生。实验注意事项：（1）试管口应低于试管底。（2）酒精灯应先在湿棉花位置加热至有水蒸气产生，然后再移动放铁粉的位置，可防止发生倒吸现象。（3）加热一会之后，再将导气管插入肥皂水中，最初插入时吹起的是空气泡。（4）肥皂水不宜太稀，否则吹起的氢气泡太小，点燃时难以有较大的爆鸣声。（5）实验结束，应先从肥皂水中撤出导管，再移去燃着的酒精灯。实验现象：加热时试管内铁粉红色，点燃肥皂泡可听到爆鸣声，反应完成后试管内有黑色物生成，经进一步实验可证明Fe3O4。实验结果：3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2知识点四：金属与酸的反应要点诠释：位于金属活动性顺序表中氢以前的金属遇到酸时，能够发生化学反应，生成盐和氢气；而排在氢以后的金属则没有此反应。1．钠与强酸反应的离子方程式为：2Na+2H+＝2Na++H2↑2．镁与强酸反应的离子方程式为：Mg+2H+＝Mg2++H2↑3．铝与强酸反应的离子方程式为：2Al+6H+＝2Al3++3H2↑4．铁与强酸反应的离子方程式为：Fe+2H+＝Fe2++H2↑说明：①Fe与强酸（H+）反应不能生成Fe3+。②硝酸、浓硫酸是强氧化性酸，与金属的反应较为复杂，一般不产生H2。知识点五：铝与强碱溶液的反应要点诠释：能与酸反应是活泼和较活泼金属的通性，但有些金属还是有特殊的性质，如铝就可以与强碱溶液反应生成盐和氢气。实验：在两支试管中分别加入5mL盐酸和5mLNaOH溶液，再分别放入一小段铝片。可观察到都产生大量气泡，用点燃的木条放在试管口，都能看到淡蓝色火焰。实验结果分析：铝既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，反应都放出一种可燃性气体——氢气(H2)，化学方程式如下：2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑2NaOH+2Al+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑说明：①铝与强碱溶液反应的实质是铝与水反应生成氢氧化铝和氢气，氢氧化铝能溶于强碱溶液中，导致铝与水的反应能继续下去。所以该反应中铝是还原剂，水是氧化剂，其电子转移情况如下：②实验证明NaAlO2在水溶液中存在的形式为Na[Al(OH)4]（四羟基合铝酸钠），所以化学方程式也可表示为：2Al+2NaOH+6H2O＝2Na[Al(OH)4]+3H2↑③等量的铝分别与足量的强酸、强碱反应，生成氢气的量也是相同的。应用：由于酸、碱、盐等可直接侵蚀铝的保护膜以及铝制品本身，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性或咸的食物。知识点六：物质的量在化学方程式计算中的应用要点诠释：物质之间的化学反应，从微观层面上说，参加反应的微观粒子按照化学计量数的比例进行反应，即化学方程式中各物质的微粒数之比等于化学计量数之比；从宏观层面上说，化学反应遵循质量守恒定律，即化学反应中反应物的总质量等于生成物的总质量。而物质的量就是联系微观粒子与宏观可称量物质之间的桥梁，由可知化学反应中各物质的物质的量之比等于各物质的微观粒子数之比，等于化学计量数之比。可推导如下：2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑微粒数之比：2∶2∶2∶1扩大NA倍：2NA∶2NA∶2NA∶1NA物质的量之比：2mol∶2mol∶2mol∶1mol质量之比：46g∶36g∶80g∶2g由可知，利用物质的量作为桥梁，将物质的量、摩尔质量、物质的浓度、气体摩尔体积应用于化学方程式进行计算时，对于定量研究化学反应各物质之间量的关系会更加方便。根据化学方程式进行计算时，可有以下三种基本模式：1．知道一种物质的质量，求另一种物质的质量，即m(A)→m(D)：aA+bB＝cC+dDaMr(A)dMr(D)m(A)m(D)则有：即2．知道一种物质的物质的量，求另一种物质的物质的量，即n(A)→n(D)：aA+bB＝cC+dDadn(A)n(D)则有：即3．知道一种物质的某一物理量，求另一种物质的另一物理量，即m(A)→n(B)→N(C)→V(D)：aA+bB＝cC+dD(g)amol×Mr(A)bmolcmol×NAdmol×Vmm(A)n(B)N(C)V(D)则有：注意：此种模式要求以物质的量为核心进行转化，并保证“上下单位一致，左右单位对应。”[例题]将5.4g金属铝放入足量NaOH溶液中，铝完全溶解，试计算：（1）5.4g金属铝的物质的量；（2）参加反应的NaOH的物质的量；（3）生成的H2在标准状况下的体积。解：铝跟NaOH溶液反应的化学方程式如下：2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑54g2mol3×22.4L5.4gn(NaOH)V(H2)则有：即：答：（1）5.4gAl的物质的量为0.2mol；（2）参加反应的NaO