化学课件：专题复习金属的化学性质系列问题

金属的化学性质系列问题专题复习在化学学习中，金属元素构成了元素周期表的大部分了解金属的化学性质对于掌握化学反应规律和解决实际问题至关重要本专题复习将系统地探讨金属的各种化学性质，包括与氧气、水、酸和盐溶液的反应，以及金属的腐蚀、冶炼和应用等方面课程目标应用与实践解决实际问题1分析与比较2不同金属间的性质比较掌握反应规律3常见金属的反应方程式理解基本原理4金属活动性顺序表记忆基础知识5金属的物理和化学性质本课程旨在帮助学生系统掌握金属的基本化学性质，包括金属与非金属、酸、碱、盐等物质的反应规律和现象学生将通过学习理解金属活动性顺序表，掌握如何预测和解释不同金属的化学反应金属的定义与特点物理特性化学特性•良好的导电性和导热性•原子外层电子易失去•金属光泽•形成阳离子的倾向•可延展性（可锻造和拉伸）•具有还原性•通常为固体（汞除外）•与非金属元素反应形成盐•高密度和高熔点（碱金属除外）•活动性遵循特定顺序金属是具有特殊物理和化学性质的元素，在元素周期表中占据大部分位置从原子结构角度看，金属原子的外层价电子少且结合不牢固，容易失去电子形成阳离子，这决定了金属的基本化学性质金属活动性顺序表活泼金属（强还原剂）中等活泼金属12钾、钙、钠、镁、铝锌、铁、锡、铅属于K CaNa MgZn Fe Sn Pb属于活泼金属，它们的还原性极强，中等活泼金属，它们在常温下可以与Al在常温下容易与氧气、水或酸发生反氧气缓慢反应，与冷水不反应，但能应钾和钠甚至需要保存在煤油中以与酸反应这些金属在工业和日常生防止与空气和水接触活中应用广泛低活泼金属（弱还原剂）3铜、汞、银、铂、金属于低活泼金属，它们的化学性质不活泼，Cu HgAg PtAu难以与氧气、水或稀酸发生反应这也是为什么它们常被用作货币、珠宝和装饰品的原因金属活动性顺序表按照金属失去电子能力的强弱排列，表示不同金属的化学活动性这个顺序从左到右依次为、、、、、、、、、、、、、、K CaNa MgAl ZnFeSnPb HCu HgAg PtAu金属与氧气的反应反应条件1不同金属与氧气反应所需的条件各不相同钠、钾等活泼金属在常温下即可与氧气反应；镁、铝等需加热才能与氧气充分反应；铜、银等活动性较弱的金属需在高温条件下才能与氧气反应反应类型2金属与氧气反应通常是氧化还原反应，金属被氧化为金属氧化物，氧气被还原根据金属的活动性和反应条件不同，可能生成不同价态的氧化物反应现象3不同金属与氧气反应时会表现出不同的现象钠燃烧产生橙黄色火焰；镁燃烧产生耀眼的白光；铝燃烧产生白色烟雾；铁在氧气中燃烧会喷射火星；铜在高温下氧化成黑色固体金属与氧气反应是化学中最基本的氧化还原反应之一在这类反应中，金属作为还原剂失去电子被氧化，氧气作为氧化剂得到电子被还原，生成金属氧化物钠与氧气反应反应原理钠是一种活泼的碱金属，电子构型为，外层只有一个电子，极易失去电子[Ne]3s¹被氧化氧气是一种强氧化剂，容易得到电子被还原当钠与氧气接触时，钠失去电子，氧气得到电子，形成氧化钠反应条件钠与氧气在常温下即可反应，无需加热由于钠的活动性极强，实验时需要在无水条件下进行，通常将钠切成小块后放入装有少量氧气的燃烧匙中点燃反应现象钠在氧气中燃烧时产生明亮的黄色火焰，同时伴随着大量的热量释放反应生成白色固体氧化钠，具有强碱性，能溶于水生成氢氧化钠溶液钠与氧气反应的化学方程式为实际上，钠在空气中燃烧主要生成的是过氧4Na+O₂=2Na₂O化钠（），反应方程式为这是因为空气中氧气含量充足，钠会进一步Na₂O₂2Na+O₂=Na₂O₂与氧气反应生成过氧化物镁与氧气反应燃烧前燃烧中燃烧后镁条呈银白色金属光泽，表面可能有一层薄薄镁条被点燃后，在氧气中燃烧发出极其耀眼的燃烧后生成白色粉末状的氧化镁，质地疏松，的氧化镁保护膜实验前需用砂纸打磨镁条表白光，亮度甚至可以用于早期的闪光灯这种体积比原来的镁条大氧化镁是一种碱性氧化面，除去氧化层，以保证反应能顺利进行强烈的白光是镁原子被激发后释放能量的结果，物，能溶于酸生成镁盐和水，但难溶于水观察时应当使用墨镜以保护眼睛镁与氧气反应的化学方程式为这是一个放热反应，镁作为还原剂失去电子被氧化成镁离子，氧气作为氧化剂得到电子被还原成2Mg+O₂=2MgO氧离子，最终形成离子化合物氧化镁铝与氧气反应活动性分析铝在金属活动性顺序表中位置靠前，理论上化学性质活泼但实际上铝表面会形成一层致密的氧化铝保护膜，阻止铝与氧气进一步反应，使铝表现出较低的化学活性反应条件铝必须加热至较高温度才能与氧气充分反应在实验中，常用铝粉而非铝块，这是因为铝粉的比表面积大，有利于反应的进行反应过程铝粉在点燃后，会在氧气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，同时伴随大量热量释放反应过程迅速且强烈，生成白色的氧化铝粉末铝与氧气反应的化学方程式为这是一个典型的氧化还原反应，铝作为4Al+3O₂=2Al₂O₃还原剂失去电子被氧化，氧气作为氧化剂得到电子被还原反应生成的氧化铝是一种两性氧化物，既能与酸反应，又能与碱反应铁与氧气反应反应现象2铁丝在空气中加热至红热时，表面会形成一层黑色的四氧化三铁（）若在纯氧气中燃烧，铁会反应条件Fe₃O₄剧烈燃烧并喷射出明亮的火星，反应后生成红棕色铁在常温下能与空气中的氧气缓慢反应，但反应速的三氧化二铁（）Fe₂O₃率非常慢要使铁与氧气充分反应，需要加热到较1高温度在实验中，通常使用细铁丝或钢丝绒以增产物分析大反应表面积反应的主要产物是三氧化二铁（），呈红棕色Fe₂O₃粉末状，具有弱磁性在某些条件下，也可能生成3四氧化三铁（），呈黑色，具有强磁性Fe₃O₄铁与氧气反应的化学方程式为这是一个放热反应，铁元素由价被氧化为价，而氧元素由价被还原为价在高温条件下4Fe+3O₂=2Fe₂O₃0+30-2反应速率显著提高，表现为铁的剧烈燃烧铜与氧气反应℃1045反应温度铜与氧气反应需要的最低温度，低于此温度反应难以进行+2铜离子价态反应产物氧化铜中铜元素的化合价，表明铜原子失去两个电子32g氧气摩尔质量参与反应的氧气每摩尔的质量，用于计算反应物和产物的质量关系

79.5g氧化铜摩尔质量反应生成物每摩尔的质量，由铜和氧元素组成铜与氧气反应的化学方程式为2Cu+O₂=2CuO铜在常温下不与氧气反应，需要加热至高温才能与氧气反应这显示出铜的化学活性较弱，在金属活动性顺序表中位置靠后金属氧化物的性质碱性氧化物两性氧化物•活泼金属的氧化物，如Na₂O、K₂O、•中等活泼金属的氧化物，如Al₂O₃、ZnO等CaO、MgO等•既能与酸反应又能与碱反应•能与水反应生成碱，如Na₂O+H₂O→•与酸反应ZnO+2HCl→ZnCl₂+H₂O2NaOH•与碱反应ZnO+2NaOH+H₂O→•能与酸反应生成盐和水，如CaO+2HCl→Na₂[ZnOH₄]CaCl₂+H₂O•通常为白色固体，水溶液呈碱性酸性氧化物•某些非金属元素的高价氧化物，如SO₃、P₂O₅、CO₂等•能与水反应生成酸，如SO₃+H₂O→H₂SO₄•能与碱反应生成盐和水，如CO₂+2NaOH→Na₂CO₃+H₂O金属氧化物是金属元素与氧气反应的产物，根据其化学性质可分为碱性氧化物和两性氧化物一般来说，金属活动性越强，其氧化物的碱性越强；金属活动性越弱，其氧化物可能表现出两性金属与水的反应金属与水的反应通常生成金属氢氧化物和氢气，反应方程式一般为（代表金属，为金属的化合价）这类反应中，金属作为还原剂失去M+nH₂O→MOHn+n/2H₂↑M n电子被氧化，而水中的氢元素作为氧化剂得到电子被还原金属与水反应的活泼程度与金属在活动性顺序表中的位置直接相关位于氢前面的金属理论上能与水反应，但实际反应难易受多种因素影响钾、钠、钙能在常温下与冷水剧烈反应；镁只能与热水反应；铝、锌、铁需与水蒸气在高温下反应；铜、银、金等则不与水反应钠与水反应反应前准备实验前需从煤油中取出少量钠，用滤纸吸去表面煤油使用镊子夹取豌豆大小的钠块，切勿用手直接接触准备一盆清水，并可加入几滴酚酞指示剂以观察溶液pH变化反应过程将钠块轻轻放入水中，钠立即在水面上快速移动并发出嗤嗤声，同时释放出氢气钠周围的水变成紫红色（若加入了酚酞），表明溶液呈碱性反应剧烈放热，钠可能熔化成银白色小球反应结束反应完全后，钠消失，水中形成无色的氢氧化钠溶液收集反应液，蒸发水分可得到白色固体氢氧化钠反应过程中产生的氢气可点燃，发出砰的声音钠与水反应的化学方程式为2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑这是一个强烈的放热反应，反应速率非常快在反应中，钠原子失去一个电子形成钠离子（Na⁺），水分子中的氢离子得到电子形成氢气（H₂）钙与水反应反应条件反应现象产物性质钙与水在常温下即可反应，钙块在水中反应时会产生反应生成的氢氧化钙溶解不需要加热实验时使用气泡，这些气泡是氢气度较低，饱和后形成氢氧小块新鲜的钙块，将其放与钠不同，钙不会在水面化钙悬浊液，俗称石灰水入盛有清水的试管或烧杯上快速移动，而是沉在水石灰水呈碱性，能使酚酞中，反应会立即开始由底缓慢反应随着反应进溶液变红，能与二氧化碳于反应放热，水温会逐渐行，水逐渐变浑浊，呈现反应生成碳酸钙白色沉淀升高乳白色钙与水反应的化学方程式为这是一个放热反应，钙原子Ca+2H₂O=CaOH₂+H₂↑失去两个电子形成钙离子（），水分子中的氢离子得到电子形成氢气（）Ca²⁺H₂镁与水蒸气反应实验装置将镁条放入硬质玻璃管中，通过酒精灯或本生灯加热玻璃管在玻璃管的另一端连接装置产生水蒸气，使水蒸气通过被加热的镁条为安全起见，需设置气体收集装置反应过程当镁条被加热到足够高的温度（约℃）时，与通过的水蒸气发生反应镁条表面650逐渐变白，体积膨胀，同时有气体产生这种反应比镁与氧气的反应要缓和得多产物检验反应产生的气体可用排水法收集，点燃后发出砰的声音，证明是氢气白色固体产物是氧化镁，可溶于酸生成镁盐和水，但难溶于水用酚酞试液检验，不会变红镁与水蒸气反应的化学方程式为在这个反应中，镁作为还原剂失Mg+H₂O=MgO+H₂↑去电子被氧化成镁离子，水中的氢离子得到电子被还原成氢气值得注意的是，镁与水蒸气反应生成的是氧化镁而非氢氧化镁铝与水蒸气反应理论反应性高温反应条件反应现象与产物从金属活动性顺序看，铝位于氢前面，要使铝与水蒸气反应，需要将温度升高铝与水蒸气在高温下反应时，铝粉会逐理论上能与水反应但实际上，铝在常到约℃以上在这种条件下，铝表面渐变成白色粉末状的氧化铝，同时产生800温下既不与冷水也不与热水反应这是的氧化膜会破裂，露出新鲜的铝表面，氢气反应产生的氢气可以点燃，发出因为铝表面形成了一层致密的氧化铝保从而与水蒸气发生反应实验室中通常清脆的爆鸣声氧化铝是一种两性氧化护膜，阻止了进一步的反应使用铝粉增大反应表面积物，既能与酸反应又能与碱反应铝与水蒸气反应的化学方程式为这是一个典型的氧化还原反应，铝作为还原剂失去电子被氧化，水中的2Al+3H₂O=Al₂O₃+3H₂↑氢元素作为氧化剂得到电子被还原成氢气铁与水蒸气反应实验装置1将干净的铁屑或细铁丝放入耐热的玻璃管中，通过高温热源（如马弗炉）使温度达到600℃以上在一端通入水蒸气，另一端连接气体收集装置，用来收集产生的氢气反应过程2当水蒸气通过红热的铁时，铁表面会逐渐变黑，形成黑色的四氧化三铁（Fe₃O₄）层随着反应的进行，铁的质量增加，体积膨胀，同时有无色气体从另一端排出产物检验3收集到的气体用点燃的木条靠近时会发出砰的声音，证明是氢气反应后的黑色固体用磁铁检验，发现具有磁性，这是因为生成的四氧化三铁（Fe₃O₄）是磁性物质铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H₂O=Fe₃O₄+4H₂↑这个反应表明铁能在高温条件下与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气值得注意的是，这里生成的是Fe₃O₄而不是Fe₂O₃，这与铁与氧气反应不同金属与酸的反应金属与酸的反应是一类重要的置换反应，通常表现为金属+酸→盐+氢气在这类反应中，金属作为还原剂失去电子被氧化成金属离子，而酸中的氢离子作为氧化剂得到电子被还原成氢气并非所有金属都能与酸反应一般规律是位于金属活动性顺序表中氢前面的金属能与酸反应生成相应的盐和氢气，位于氢后面的金属通常不与酸反应然而，某些特殊的强氧化性酸（如浓硫酸、浓硝酸）可以氧化低活动性金属镁与盐酸反应反应前反应中反应后实验前准备新鲜的镁条，表面呈银白色金属光泽将镁条放入稀盐酸中，立即有大量细小气泡从镁条反应完全后，镁条完全溶解，溶液中含有氯化镁，由于镁表面可能有一层氧化镁保护膜，通常需要用表面产生，反应非常活泼镁条表面逐渐变薄，溶仍然保持无色透明产生的氢气可用排水法收集，砂纸轻轻打磨镁条表面以确保反应顺利进行盐酸液保持透明但温度明显升高，这表明反应是放热的用点燃的木条靠近时会发出啪的声音，证明是氢溶液呈无色透明状反应速率随时间推移逐渐减慢气镁与盐酸反应的化学方程式为这是一个典型的金属与酸反应，镁作为还原剂失去电子被氧化成镁离子（），氢离子得到电子Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑Mg²⁺被还原成氢气（）H₂铝与盐酸反应反应剧烈程度1铝与盐酸反应的最终阶段反应加速阶段2保护膜被破坏后反应迅速加剧反应诱导期3开始时反应极慢或看不见反应铝与盐酸反应的化学方程式为这是一个氧化还原反应，铝作为还原剂失去电子被氧化成铝离子（），氢离子得到电子被还原2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑Al³⁺成氢气（）H₂然而，铝与盐酸的反应在常温下表现出明显的诱导期刚开始时反应极慢，几乎观察不到气泡产生，这是因为铝表面覆盖着一层致密的氧化铝保护膜随着反应的进行，盐酸逐渐侵蚀氧化膜，当氧化膜被破坏后，反应速率突然增大，产生大量氢气泡锌与稀硫酸反应反应物特性反应条件反应现象锌是一种银白色金属，质地较硬但有一定延展性在反应在常温下即可进行，无需加热使用的稀硫酸一将锌粒加入稀硫酸中，立即有气泡从锌表面产生这金属活动性顺序中，锌位于氢前面，理论上能与酸反般浓度为5%-10%反应速率受多种因素影响，包括酸些气泡是氢气，可以收集并进行可燃性检验随着反应工业用锌常含有少量杂质，这些杂质可能影响反的浓度、温度、锌的纯度和表面积等反应过程中会应进行，锌粒逐渐减少，最终完全溶解，形成无色的应速率实验中常用锌粒或锌片以增大反应表面积放出热量，溶液温度逐渐升高硫酸锌溶液锌与稀硫酸反应的化学方程式为这是一个典型的金属与酸反应，锌作为还原剂失去电子被氧化成锌离子（），而氢离子作为氧化剂得到Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑Zn²⁺电子被还原成氢气（）H₂铁与稀硫酸反应实验准备1选用铁粉或细铁丝增大反应表面积，准备5%-10%的稀硫酸溶液实验前清洁铁表面，去除可能存在的氧化物或油脂由于反应会产生氢气，需在通风良好的环境中进行实验反应过程2铁与稀硫酸接触后，表面开始产生细小气泡，但反应速率明显慢于锌或镁与酸的反应随着反应进行，溶液颜色逐渐由无色变为浅绿色（由于Fe²⁺离子），同时溶液温度略有升高反应完成3反应完全后，铁完全溶解，形成浅绿色的硫酸亚铁FeSO₄溶液产生的氢气可通过气泡的可燃性进行鉴定若溶液长时间放置，可能由于空气中氧气的作用而逐渐变为黄褐色（Fe²⁺氧化为Fe³⁺）铁与稀硫酸反应的化学方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑这是一个氧化还原反应，铁作为还原剂失去电子被氧化成亚铁离子（Fe²⁺），氢离子作为氧化剂得到电子被还原成氢气（H₂）铜与浓硫酸反应加热铜与浓硫酸产生刺激性气体1将铜片与浓硫酸混合后加热二氧化硫气体具有特殊刺激性气味2铜表面变化溶液颜色变化4铜表面逐渐被腐蚀，体积减小3溶液由无色变为蓝色硫酸铜溶液铜与浓硫酸反应的化学方程式为浓这是一个特殊的氧化还原反应，铜作为还原剂被氧化成铜离子（），而浓硫酸Cu+2H₂SO₄=CuSO₄+SO₂↑+2H₂O Cu²⁺中的硫元素（价）部分被还原成二氧化硫（价）+6+4铜在金属活动性顺序中位于氢后面，理论上不能置换出氢气然而，铜能与浓硫酸反应是因为浓硫酸不仅是一种酸，还是一种强氧化剂这种反应需要加热条件，反应中产生的二氧化硫是一种有刺激性气味的有毒气体，实验时必须在通风橱中进行金属与盐溶液的反应应用价值工业提纯金属和分析检测1条件限制2活动性顺序、溶液浓度、温度基本原理3置换反应和氧化还原反应反应类型4金属金属的盐金属的盐金属A+B→A+B金属与盐溶液的反应是一类重要的单金属置换反应，也属于氧化还原反应在这类反应中，活动性较强的金属能置换出活动性较弱金属盐溶液中的金属，形成新的盐和金属单质例如，活动性较强的铁能置换出硫酸铜溶液中的铜，生成硫酸亚铁和铜单质金属置换反应能否发生的关键在于金属活动性顺序一般规律是位于金属活动性顺序表中靠前的金属能置换出位于其后的金属盐溶液中的金属例如，铁能置换铜，但铜不能置换铁这一规律在化学分析、金属提纯和金属表面处理等领域有广泛应用。