资源简介 第二章第2节 金属的化学性质培优训练思维导图知识梳理一、置换反应置换反应是单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应,是化学中四大基本反应类型之一,包括金属与金属盐的反应、金属与酸的反应等。它是一种单质与一种化合物作用,生成另一种单质与另一种化合物的反应。反应公式:二、金属的分类及性质1.金属的分类黑色金属:铁、铬、锰三种。有色金属:铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钻、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钉、铑、钯、饿、铱、铍、锂、铆、铯、钛、错、钒、铌、钽、钨、钥、镓、钢、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、钍。常见金属:如铁、铝、铜、锌等。稀有金属:如锆、铪、铌、钽等。轻金属:密度小于4500千克/立方米,如钛、铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等。重金属:密度大于4500千克/立方米,如铜、镍、钻、铅、锌、锡、锑、铋、镉、汞等。贵金属:价格比一般常用金属昂贵,地壳丰度低(又称克拉克值(CLARKE value),一种表示地壳中化学元素平均含量的数值),提纯困难,如金、银及铂族金属。准金属元素:性质价于金属和非金属之间,如硅、硒、碲、砷、硼等。稀有金属:包括稀有轻金属,如锂、铷、铯等;稀有难熔金属:如锆、钼、钨等;稀有分散金属:如镓、钢、锗、铊等;稀土金属:如钪、钇、镧系金属;放射性金属:如镭、钫、钋及锕系元素中的轴、针等。金属之最:地壳中含量最高的金属元素——铝;人体中含量最高的金属元素——钙;目前世界上年产量最高的金属——铁;导电、导热性最好的金属——银;硬度最高的金属——铬;熔点最高的金属——钨;熔点最低的金属一一汞;密度最大的金属—锇;密度最小的金属一锂。2.金属的导电性和延展性由于金属的电子倾向脱离,因此具有良好的导电性且金属元素在化合物中通常带正价电,但当温度越高时,因为受到了原子核的热震荡阻碍,电阻将会变大。金属分子之间的联结是金属键,因此随意更换位置都可再重新建立联结,这也是金属伸展性良好的原因。三、合金合金:一种金属与另一种或几种金属或非金属经过混合熔化,冷却凝固后得到的具有金属性质的固体产物。由两种元素组成的合金统称为“二元合金”,由三种以上元素组成的合金通称为“多元合金”。合金的结构和性质,决定于组成合金的组分间相互作用的特性。合金的生成常会改善元素单质的性质,例如,钢的强度大于其主要组成元素铁。合金的物理性质,例如密度、反应性、导电性和导热性可能与合金的组成元素尚有类似之处,但是合金的抗拉强度和抗剪强度却通常与组成元素的性质有很大不同。这是由于合金与单质中的原子排列有很大差异。少量的某种元素可能会对合金的性质造成很大的影响。例如,铁磁性合金中的杂质会使合金的性质发生变化。不同于纯净金属的是,多数合金没有固定的熔点,温度处在熔化温度范围间时,混合物为固液并存状态。因此可以说,合金的熔点比组分金属低。常见的合金中,黄铜是由铜和锌的合金;青铜是锡和铜的合金,用于雕像、装饰品和教堂钟。一些国家的货币都会使用合金(如镍合金)。四、金属的化学性质金属分为活性金属和钝性金属两种。根据金属活动性顺序,氢前金属称为活性金属,氢后金属就是钝性金属。钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅 (氢) 铜 汞 银 铂 金1.氢前面的金属能与弱氧化性强酸反应,置换出酸中的氢(浓硫酸、硝酸强氧化性强酸与金属反应不生成氢气)。如:2.活动性强的金属能与活动性弱的金属盐溶液反应。3.大多数金属能与氧气反应。4.排在H前面的金属,理论上讲都能与水发生化学反应。在常温下,钾,钙,钠等能与水发生剧烈反应,镁、铝等能与热水反应,铁等金属在高温下能与水蒸气反应。5.金属均无氧化性,但金属离子有氧化性,活动性越弱的金属形成的离子氧化性越强。6.金属都有还原性,活动性越弱的金属还原性越弱。(1)金属和氧气的反应①镁在常温下能发生缓慢氧化,但在点燃情况下能发生剧烈燃烧,发出耀眼白光,放出热量,生成白色固体。反应方程式为②常温下,铝在空气中会发生缓慢氧化,在表面生成一层致密的氧化物薄膜,可以避免铝被进一步被氧化,因而铝具有良好的抗腐蚀性。③铁在常温下在干燥的空气中很难与氧气反应。常温下在潮湿的空气中,铁与空气中的氧气和水分作用红色疏松物质铁锈(化学式为)。铁在氧气中点燃时剧烈燃烧,火星四射,放出热量,生成一种黑色物质,反应方程式为④铜在干燥的空气中不与氧气反应,在潮湿的空气中能与氧气、二氧化碳和水反应,所以在红色物质表面还生成一种绿色物质,反应方程式为。但在空气中加热时,铜丝表面会变黑,反应方程式为。(2)金属和酸的反应①金属能和盐酸或稀硫酸反应,生成盐和氢气,反应的剧烈程度可以反映金属的活泼性程度,也即金属活动性。②写出镁、锌、铁和盐酸、硫酸反应的化学方程式:③置换反应是指一种单质于一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应。(3)金属和盐的溶液的反应①写出铝丝和硫酸铜溶液、铜丝和硝酸银溶液反应的化学方程式并简述反应现象:A.铝丝和硫酸铜溶液反应:化学方程式:。现象:铝丝表面有红色物质析出,溶液由蓝色变成无色。B.铜丝和硝酸银反应:化学方程式:。现象:铜丝表面有银白色物质析出,溶液由无色变成蓝色五、金属的冶炼金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程。用碳、一氧化碳、氢气等还原剂与金属氧化物在高温下发生还原反应,获得金属单质。冶炼原理1.还原法:金属氧化物(与还原剂共热)→游离态金属。2.置换法:金属盐溶液(加入活泼金属)→游离态金属。3.电解法:熔融金属盐(电解)→游离。例题精讲一、置换反应【例】置换反应是化学反应的基本类型之一。(1)金属与金属的化合物溶液之间的置换反应,一般是活动性较强的金属可把活动性较弱的金属从其盐溶液中置换出来,如铜和硝酸银溶液反应,其化学方程式为________________________________。(2)非金属单质也具有类似金属与金属的化合物溶液之间的置换反应规律,即活动性较强的非金属可把活动性较弱的非金属从其金属的化合物溶液中置换出来,如在溶液中可发生下列反应:;;,由此可判断:①S、、、活动性由强到弱顺序是________________。②下列化学方程式书写错误的是________。A. B.C. D.二、合金的物理性质和化学性质【例1】合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。一般来说,合金的熔点低于其中任何一个组成金属的熔点。下表是一些金属熔点的数据。金属 铜 锌 锡 铅 铋 镉熔点/℃ 1083 419.6 231.9 327.5 271.3 320.9(1)铅锡合金中某种金属的质量分数与合金的熔点有如图1所示的关系,其中横坐标表示的是锡的质量分数;当合金熔点最低时,合金中铅与锡的质量比为________。(2)保险丝由铋、铅、锡、镉等金属组成,其熔点约为________。A.20~40℃ B.60~80℃C.230~250℃ D.300~320℃(3)青铜器的主要成分是铜锡合金。崭新的青铜器呈土黄色。当青铜器长期埋在地下,逐渐形成了绿色的铜绿[主要成分],从其化学式可知,铜绿是铜与________(填物质的化学式)长期作用的结果。【例2】已知:(溶于水)。将5.1g镁铝合金溶于29.4%100g硫酸溶液中,合金完全溶解后加入26%100g氢氧化钠溶液,得到沉淀的质量为9.7g,继续滴加氢氧化钠溶液时沉淀会减少,则反应中生成气体的质量为( )。A.2g B.1g C.0.5g D.0.25g【变式训练1】铁和铁合金是生活中常用的材料,下列说法中正确的是( )。A.不锈钢是铁合金,只含金属元素B.生铁的含碳量比铁低C.铁与盐酸反应,铁合金不与盐酸反应D.铁合金的熔点低于铁的熔点【变式训练2】制取合金常用的方法是将两种或多种金属(或非金属)加热到某一定温度,使其全部熔化,再冷却成为合金。根据下表中的数据判断(其他条件均满足),下列合金不宜采用上述方法制取的是( )。金属 Na Mg Al Cu Fe熔点/℃ 97.5 649 660 1083 1535沸点/℃ 1883 1090 2467 2567 2750A.Fe—Cu合金 B.Mg—Fe合金 C.Na—Al合金 D.Fe—Al合金【变式训练3】钨是熔点最高的金属,是重要的战略物资,广泛用于钢铁工业、电真空照明材料等方面。钨在自然界主要以钨(+6价)酸盐的形式存在。有开采价值的钨矿石是白钨矿和黑钨矿。黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐,化学式常写成、。黑钨矿传统冶炼工艺的第一阶段是碱熔法(如图2,已知钨酸是一种难溶性强酸、对热不稳定)。其中A、B、C都是钨的化合物。(1)写出A的化学式:A________;写出生成B的化学方程式:________________;由产品C得到高纯度的钨,应该用做还原剂,写出用还原三氧化钨的化学方程式:____________________________________________。(2)目前,冶炼拉制钨丝的金属钨,都用组成为非整比的钨氧化物为原料,这种氧化钨中存在五价和六价两种价态的钨。试确定组成为的氧化钨中这两种价态的钨原子数之比等于________。三、金属和酸反应制取氢气1.金属能和盐酸或稀硫酸反应,生成盐和氢气,反应的剧烈程度可以反映金属的活泼性程度,也即金属活动性。2.写出镁、锌、铁和盐酸、硫酸反应的化学方程式:3.制氢气坐标图从图像上看生成氢气的多少,只需看线高低,线越高表示生成氢气越多,线越低表示生成氢气越少;通过曲线的斜率来判断金属的活动性,斜率越大,反应的速率越快,则金属的活动性越强。情况一、将相同质量铁、锌、镁、铝分别投人足量的稀盐酸中,则产生气体质量由多到少的顺序是________;产生氢气的速率由快到慢的顺序是________。情况二、将足量铁、锌、镁、铝分别投入一定量的稀盐酸中的图像情况三、质量相等的镁、铝、锌、铁四种金属分别与足量的硫酸溶液反应,产生氢气的质量与四种金属质量的关系图像(纵坐标是氢气,横坐标是金属的质量或酸的质量)(1)金属不足,酸过量,看效率比等质量的Na、Mg、Al、Zn、Fe和等质量等浓度且过量的稀硫酸反应(Na本质是和水反应产生氢气),比较生成氢气的质量和速率,完成下表。(提示:假设金属质量均为1克,稀硫酸中溶质质量98克)核心:酸过量,金属用完,金属效率比等于化合价除以相对原子质量。产生氢气质量公式: 口诀:“旅美拿铁芯”Na、Mg、Al、Zn、Fe产生氢气的质量由大到小排列产生氢气的速率由大到小排列【例】等质量的锌、铁两种金属与足量的盐酸反应,生成氢气的质量与时间的关系如图4所示,则下列说法正确的是( )。A.甲是金属铁,乙是金属锌B.生成氢气的质量是甲小于乙C.甲金属的活动性比乙强D.参加反应的盐酸的质量一定相等【变式训练】向等质量的Mg、A1、Zn、Fe(假设均为1克)中加入等质量等浓度且过量的稀硫酸,产生氢气的质量随时间变化的曲线是( )。(2)金属过量,酸不足,看酸中氢元素量等质量且过量的Mg、Al、Zn、Fe和等质量等浓度的稀硫酸反应,比较生成氢气的质量和速率,完成下表。(提示:假设金属质量均为100克,稀硫酸中溶质质量98克)核心:金属过量,酸用完Mg、Al、Zn、Fe产生氢气的质量由大到小排列 酸中的氢都被置换成氢气产生氢气的速率由大到小排列【例】一定量的金属甲与乙分别放入等质量、等浓度的稀硫酸中。充分反应后,放出的氢气质量与时间关系如图6所示,则下列判断正确的是( )。A.金属活动性:甲<乙B.相对原子质量:甲>乙C.金属消耗的盐酸质量:甲=乙D.若甲是锌,乙是铁,则参加反应的甲、乙质量比为56:65【变式训练1】已知钠与水反应的化学方程式为:。质量均为mg的钠、镁、锌三种金属分别与25g质量分数为19.6%的稀硫酸反应。(1)由于金属的量不确定,产生的氢气的质量大小有多种可能(不考虑镁与水的反应),如镁、锌产生氢气的质量相同且都小于钠产生的氢气质量的情况表示为。请按以上表示,写出所有可能情况:________________________。(2)试确定,当产生的氢气的质量大小为时,m的取值范围________。(3)时,Zn与酸反应产生的质量与金属质量(m)的关系如图7.请在图中再画出钠和镁二种金属分别与酸反应产生的质量与金属质量(m)的关系图线。(在图线上用元素符号注明)【变式训练2】现有铝,锌,铁,镁四种金属,任取其中两种混合物共15g与足量稀盐酸反应,正好生成1g氢气,则该混合物的组成最多有( )种。A.2 B.3 C.4 D.6四、几种特殊的制取氢气方法(煤改气)【例1】已知某铝合金的成分除铝外,还含有铁、铜中的一种或两种。某化学兴趣小组对合金中铁、铜的存在情况进行如下探究。查阅资料:铝与氢氧化钠溶液反应,生成偏铝酸钠()与水,反应的化学方程式为:,铁、铜不与氢氧化钠溶液反应。猜想:猜想一:该合金中除铝外,还含有铁。猜想二:该合金除铝外,还含有铜。·猜想三:该合金除铝外,还含有铜铁。实验探究:该小组同学进行了如下实验。请你完成下表,写出他们所用的试剂和实验现象。实验步骤 实验现象 结论或解释①将适量的合金粉末置于烧杯中,加入过量的________,充分反应。 ________________ 除去合金金粉中的铝②将步骤①所得物质过滤,再向滤液渣中加入过量的________,充分反应。 ________________ 猜想三成立反思交流:根据金属活动性得知,铝的化学性质比较活泼,但是日常生活中使用的铝制品却耐腐蚀,原因是_______________________________________。【例2】铝镁合金因密度小、强度高、刚性好等特点,在人类生活中应用广泛。某兴趣小组的同学对编号为①、②的两种铝镁合金样品进行了如下实验。已知:镁能与酸反应,但不能与碱溶液反应;铝既能与酸反应,又能与氢氧化钠等碱溶液反应,化学方程式为:,溶液与二氧化碳反应能产生氢氧化铝沉淀,后者经过滤、洗涤、灼烧后生成相应氧化物。(1)取质量为的样品①和过量的氢氧化钠溶液反应,然后过滤;再向滤液中通入过量的二氧化碳气体,将所得沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧,所得固体的质量仍为。求样品①中铝的质量分数。(2)取不同质量的样品②分别和30g相同浓度的盐酸反应,所取合金质量与产生气体体积(气体的密度为0.0893g/L)如下表所示:实验序号 a b c合金质量/mg 510 765 918气体体积/mL 560 672 672求:①盐酸中溶质的质量分数。②合金中铝镁的质量比。五、天平问题解有关天平题的基本思路是:进入烧杯的物质的质量与离开烧杯(主要以气体形式离开)的物质的质量之差就是烧杯内反应前后增加的质量。若左右烧杯中增加的质量相等,天平平衡;不等时,天平发生倾斜,向增加质量大的一边倾斜。【例】如图8所示,在已调平的托盘两边各放一只等质量的烧杯,再向烧杯中各倒入质量相等、质量分数也相等的稀硫酸,然后在左盘的烧杯中放入agZn的粉末,同时在右盘的烧杯中放入agAl的粉末。完全后,观察到左、右两只烧杯中的粉末均无剩余。则从开始到结束的整个过程中,指针指向的变化是( )。A.始终向左偏 B.始终向右偏C.先向右偏,后向左偏 D.先向左偏,后向右偏【变式训练1】在托盘天平两边各放一只烧杯,调节至平衡。在两只烧杯里注入相同体积、相同质量分数的足量稀盐酸,然后分别向左右两烧杯中加入质量相等的铁和金属A。有气体产生时,天平指针慢慢向左偏转(如图9A);指针偏转到一定角度后,又慢慢向右偏转;反应结束后,天平指针指向右端(如图9B)。则天平右端加入的金属A可能是( )。A.ZnB.MgC.CuD.Al【变式训练2】在杠杆的两端分别挂着质量和体积都相同的铁球和铝球,这时杠杆平衡。将两球分别浸没在质量相同、溶质的质量分数也相同的稀硫酸中(如图10),直至两个烧杯中均没有气泡产生为止。两球的外形变化不大且无孔洞出现。下列推测中,正确的是( )。A.铁球一定是实心的B.拿掉烧杯后,杠杆仍然平衡(金属球上附着的液体忽略不计,下同)C.拿掉烧杯后,要想使杠杆平衡,支点应向N移动D.拿掉烧杯后,要想使杠杆平衡,支点应向M移动六、金属与盐的反应【例】向一定质量和的混合溶液中加入Zn,溶液质量与加入Zn的质量关系如图11所示。下列说法正确的是( )。A.取a点溶液,滴加稀盐酸,无白色沉淀B.b点溶液中溶质只有C.若取b~c段固体,滴加稀盐酸,无气泡产生D.取d点的固体有2种【变式训练1】继黄金、白金之后,钯金(Pd)首饰在市场上悄然兴起。为了获得钯金,取17.7%的溶液100g,加入10.0g铁粉使其充分反应得钯金和铁的氯化物。经分析所得钯金的质量为10.6g,未反应的铁粉质量为4.4g。下列说法正确的是( )。A.生成铁的氯化物质量为12.7g B.生成铁的氯化物质量为16.25gC.生成铁的氯化物为和 D.生成铁的氯化物为【变式训练2】已知一铜、锌合金粉末,加入溶液中,如果过滤后得到的固体中物质的种类为a,滤液中溶质的种类为b,则下列说法正确的是( )。A.若向固体中滴加稀盐酸,有气泡产生,则B.若,则滤纸上一定有Ag和Cu,滤液中一定含有和C.若溶液呈蓝色,则D.若,则滤液中可能含七、金属资源的利用和保护1.地球上的金属资源除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在。2.工业上把能用来提炼金属的矿物叫作矿石。常见的矿石有赤铁矿(主要成分是)、磁铁矿(主要成分是)、黄铁矿(主要成分是)、菱铁矿(主要成分是)、黄铜矿(主要成分是)、辉铜矿(主要成分是)、铝土矿(主要成分是)等。3.炼铁的过程(1)早在春秋战国时期,我国就开始生产和使用铁器。湿法制铜(2)炼铁的原料是:铁矿石、焦炭、石灰石。(3)炼铁的原理是:在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石石里还原出来。(4)炼铁原理用化学方程式表示为:。(5)在实际生产时,所用的原料和产物一般都含有杂质,因此在计算用料和产量时应考虑杂质问题。纯物质质量=含杂质物质质量×纯度。4.一氧化碳还原氧化铁的实验(1)实验装置如图12所示:(2)实验现象:在此实验中可以看到硬质玻璃管中红色物质变成黑色,试管中的澄清石灰水变浑浊,导气管末端有蓝色火焰。(3)在实验中应先通入一会儿一氧化碳,再加热,原因是防止一氧化碳混入空气而引发爆炸;实验结束后应先停止加热,然后继续通一氧化碳一直到玻璃管冷却,主要是为了防止被还原的铁被氧化。5.铁制品锈蚀的过程其实是铁与空气中的氧气、水等发生化学反应的过程。生成物铁锈的主要成分是。6.防锈的原理是破坏铁制品锈蚀的条件,就能防止铁制品锈蚀。方法有物理方法,如刷漆、涂油;化学方法有镀膜、烤蓝等。7.保护金属资源的有效途径是防止金属腐蚀、回收利用废旧金属、有计划合理的开采矿物、寻找金属的替代品等。【例1】工业铁红的主要成分是,还含有少量的FeO、。为了测定铁红中铁的质量分数,兴趣小组的同学进行了如下的实验,请你参与过程分析。资料1:草酸晶体()在浓硫酸作用下受热分解,化学方程式为:(1)下列可用作草酸分解制取气体的装置是________(填字母编号)问题讨论:用图14所示装置进行实验:(2)实验前应先________________。(3)进入D中的气体是纯净、干燥的CO,则A、C中的试剂依次是________、________(填字母编号)a.浓硫酸 b.澄清石灰水 c.氢氧化钠溶液(4)B装置的作用是________________________。(5)对D装置加热前和停止加热后,都要通入过量的CO,其作用分别是:①加热前________。停止加热后________。(6)写出D装置中所发生反应的一个化学方程式_______________________。资料2:铁的常见氧化物中铁的质量分数:铁的氧化物 FeO铁的质量分数 77.8% 70.0% 72.4%(7)称取铁红样品10.0g,用上述装置进行实验,测定铁红中铁的质量分数。①D中充分反应后得到Fe粉的质量为mg,则________________。②实验前后称得E装置增重6.6g,则此铁红中铁的质量分数是________。实验反思:反思1:本实验中如果缺少C装置(不考虑其他因素),则测得样品中铁的质量分数会________(填“偏小”“不变”或“偏大”)。反思2:请指出“问题讨论”中实验装置的一个明显缺陷___________________。【例2】甲、乙两位同学查阅资料知:和CO两种气体均具有可燃性和还原性。他们想对的还原性进行研究,设计了以下装置(假设药品都是足量的)(1)甲同学对还原CuO的产物提出了以下假设:假设1:Cu、CO、;假设2:Cu、CO、假设3:Cu、、;假设4:Cu、CO、、其中假设________不合理。(2)为了判断其他几种假设的合理性,甲同学设计了以下几个实验步骤:①通入;②停止通;③点燃酒精灯加热;④停止加热,乙同学认为还缺少一个步骤,缺少的步骤是⑤________,其合理的操作顺序是(填序号)________。若将合理操作中顺序中的第2步和第3步交换顺序,造成的后果是______________,实验过程中能观察到的现象是____________________________。(3)实验过程中记录的实验数据如下:A B C实验前装置的质量 150 156.6 256.8实验后装置的质量 147.2 158.4 257.9由以上数据可推测,假设________合理,相应的化学方程式为:________________。【变式训练1】甲同学设计了如图16实验装置,验证一氧化碳的部分性质并验证产物。实验时,在点燃B处酒精灯之前先通一氧化碳排除装置中的空气,然后继续实验。(1)B中反应的化学方程式是________________________,该反应的还原剂是________。(2)实验过程中,C中的现象是________________________,反应的化学方程式是________________________。D处点燃的目的是________________。(3)对该实验的分析正确的是________(选填编号)。a.实验结束时应先熄灭B处酒精灯;b.C中增加的质量与B中固体减小的质量相等;c.反应结束后继续通入一氧化碳的目的是防止铜被氧化。【变式训练2】氨气是一种有强烈刺激性气味的气体,不宜直接排放到大气中。实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的相对原子质量。已知:试回答:(1)如果选用测定反应物CuO和生成物的质量[,],请用图17中的仪器设计一个简单的实验方案。①仪器连接的顺序(用字母编号表示,仪器可重复使用)________________;②列出计算Cu的相对原子质量的表达式________________;③下列情况将使测定结果偏大的是________。A.CuO未全部还原为Cu B.CuO受潮C.CuO中混有Cu(2)如果仍采用上述仪器装置,其他方案可选用测定的物理量有________。A.和 B.和C.和 D.和 展开更多...... 收起↑ 资源预览