人教版高中化學(xué)：《幾種重要的金屬》教案

幾種重要的金屬

一、知識(shí)框架

1、鋁及其重要化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系：

①HC1②心，△

MHAali

①。2,點(diǎn)收

②Fe20s＞局溫

HaO

KAI(SO4)2

2、鐵的有關(guān)反應(yīng)：

二、重點(diǎn)難點(diǎn)

重點(diǎn)：鎂和鋁的原子結(jié)構(gòu)及在周期表中的位置，鎂、鋁的化學(xué)性質(zhì)，鋁熱反應(yīng)及其意義,

合金的組成和性質(zhì)；鐵在元素周期表中的位置和原子結(jié)構(gòu)，鐵的化學(xué)性質(zhì)，鐵的氧化物，鐵

的氫氧化物，稀土元素；原電池的化學(xué)原理，形成原電池的條件；

難點(diǎn)：氫氧化鋁的兩性，A產(chǎn),4(0H)3之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，A產(chǎn)與強(qiáng)堿反應(yīng)，與強(qiáng)酸反

應(yīng)的現(xiàn)象及圖像，明磯溶液中逐滴加入Ba。"方溶液的有關(guān)反應(yīng)及圖像；Fe,Fe2+,Fe3+的

相互轉(zhuǎn)化；金屬冶煉的常見方法；常見的化學(xué)電源，。

三、知識(shí)點(diǎn)解析

1、鎂和鋁

原子結(jié)構(gòu)示意圖:第282在周期表中位置:第三周期［JA族(戚土金屬)

，物理性質(zhì):銀白色，密度1.74g?cm-'輕金屬，硬度較小，熔沸點(diǎn)較低

點(diǎn)燃

2Mg+()2=2Mg。(發(fā)出耀眼白光),常溫形成致密氧化膜

直燃點(diǎn)燃

3Mg+Nz-Mg3N22Mg+C()2==2Mg()+C(強(qiáng)還原性)

化學(xué)性質(zhì)|與羋氧化性酸反應(yīng);Mg+2H—=Mg2-+H"

單質(zhì)j與氧化性酸反應(yīng):不放出H2

A

.與水反應(yīng):Mg+2Hz()=Mg(()H)2+%f

"墳石灰孔、，，c,,、鹽酸“八，氯化氫氣氛“八，電解”

冶煉:海水-----?Mg(OH)2—?MgCb---------*MgCl2―?Mg

用途:制輕合金、飛機(jī)、汽車部件、煙火、照明彈等

z堿性氧化物:MgO+H#=Mg(()H”(緩慢)

g°{MgO+2H*=Mg?—“。

【化合物JA

難溶性中強(qiáng)減:Mg(()H)z-MgO+H2。

[MgSH)?{Mg(OH)2+2Hr=Mg2,+2H式)

良

和、、、

鋁原子結(jié)構(gòu)示意圖:0)283

在周期表中位置:第三周期IDA族

(物性:銀白色，密度2.70gFm-3,硬度較小，熔沸點(diǎn)較低

(常溫下被。2氧化,形成致密氧化膜，在02中或高溫下點(diǎn)然生成Al?。,,與CLS等非金屬反應(yīng)

與Fe式)3、W(方等氧化物發(fā)生鋁熱反應(yīng)

單)化件］與非氧化性酸發(fā)生置換反應(yīng)，常溫下在濃硫酸、濃硝酸中鈍化

質(zhì)j［與沸水發(fā)生置換反應(yīng),與強(qiáng)堿液反應(yīng)：2AI*2()H-+2H2O=2AK)2-+3H?f

通電

冶煉：2船()37-3441+30"

Na3Al卜6

、用途:制輕合金，飛機(jī)、汽車、輪船部件，導(dǎo)線，炊具，還原劑,鋁熱劑

(物性:白色難溶固體，熔點(diǎn)高,硬度大

化性:兩性氧化物

AI2O3JA

化制法：2AI(()H)3=AI2O3+3H2O

合V用途:制鋁、耐火材料,剛玉可作儀器、手表軸承、磨料等

物A1(OH)3：兩性氮氧化物，不溶于水的白色膠狀物

AlCh：具有可溶性鹽的通性,能水解而呈酸性

NaAK)?：易水解而顯堿性，只存在于強(qiáng)堿性溶液中

KAKS()()2?12&0(明祖)：屬?gòu)?fù)鹽，易水解生成膠狀A(yù)l(0H)3,可作凈水劑

(1)鎂和鋁單質(zhì)

金屬鎂(Mg)鋁(Al)

物理性質(zhì)p=1.74g-cn「3,熔點(diǎn)648.8七，很軟p=2.70g-cm-3,熔點(diǎn)660.4七，比鎂硬

暴露在空氣常溫下被Q,氧化,形成致密氧化很快與烏反應(yīng)，形成致密氧化膜，抗腐蝕性

中(與反應(yīng))膜.因而具有一定的抗腐蝕性比鎂還強(qiáng)

燃燒(與5在空氣中點(diǎn)燃，發(fā)出耀眼白光在純氧中或高溫F可燃燒

△△

反應(yīng))

2Mg+O2=2MgO4A1+30：=2A12O^

占燃△

與某些氧化2Mg+CQ>=2MgO+C10A1+3V2O5=5他。3+6V

化△

學(xué)物置換反應(yīng)點(diǎn)燃

2Mg+SiO2=2MgO+Si8Al+3FeO=4AlO,+9Fe

性142

質(zhì)Mg+2H2。(沸)=Mg(0H)2+HT2AJ+6H2。(沸)=2Al(OH)3+3坨(難)

與H2O反應(yīng)2A

1點(diǎn)燃△

與非金屬化合

3Mg+N2=Mgj12Al+3Cl2=2AlQ3

與非氧化性酸Mg+2HC1=MgCk+H,*2Al+6HCI=2A1C1,+3H;*

與濃叢阻，濃HNO,反應(yīng).無H?

與氧化性酸常溫F被濃H/SQ,、濃HNO,鈍化，加熱時(shí)反應(yīng)

生成

藥堿反應(yīng)不發(fā)生反應(yīng)2Al+2NaOH+2坨。=2NaAlO,+3H.A

注：在中學(xué)課本中，能與堿反應(yīng)生成氫氣的單質(zhì)只有鋁和硅;

(2)鎂和鋁的化合物

1)MgO和Al2O3：

類別MgOAl20.

物理性質(zhì)均為白色難熔固體

屬類堿性氧化物兩性氧化物

化學(xué)性質(zhì)堿性氧化物的通性既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)

用途耐火材料冶煉鋁的原料，耐火材料

注:①42。3是中學(xué)階段所學(xué)唯一兩性氧化物;②A4。,只能與較強(qiáng)的酸和較強(qiáng)的堿反應(yīng);

2)Mg(OH)2Al(OH)3：

類別Mg(OH),A1(OH)3

物理性質(zhì)均為白色難溶于水的固體

屬類弱堿兩性氫氧化物

化學(xué)言質(zhì)堿的通性既能與酸反應(yīng)，又能與被反應(yīng)

①可溶性鋁鹽與氨水反應(yīng)

可溶性鎂鹽與堿反應(yīng)

制法②偏鋁酸鹽與。)2，為0反應(yīng)

Mg2*+20H-=Mg(OH)|

;③鋁鹽與偏鋁酸鹽雙水解反應(yīng)

注：①AKO"%為中學(xué)階段所學(xué)的唯一兩性氫氧化物，故制法①中不能用強(qiáng)堿，制法②

中不能用強(qiáng)酸；②A/(0”)3不能與太弱的酸或堿反應(yīng)。

2、鐵和鐵的化合物

(1)鐵的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)：

1)原子結(jié)構(gòu)：原子結(jié)構(gòu)示意圖：

2）周期表中位置：第四周期、第VIII族，屬過渡元素；

3）物理性質(zhì)：銀白色金屬，密度為7.86g/cm3,熔點(diǎn)1535℃,沸點(diǎn)2750℃；純鐵抗

蝕力強(qiáng)，含有雜質(zhì)時(shí)，抗蝕力減弱，并且熔點(diǎn)降到1000℃左右；能被磁鐵吸引，本身也易被

磁化；

4）化學(xué)性質(zhì):

當(dāng)6；,*溫干燥下當(dāng)會(huì)先不作用，在出中燃統(tǒng)業(yè)成

點(diǎn)燃

Fe3（）4：3Fe+25"…F%。，+2,+3價(jià)）。

一點(diǎn)燃，△

與與X2:2Fe+3c卜-2FeC13,2Fe+3Br22FeBi*3,

非

分△

4Fe+k-Fek（+2、+3價(jià)）。

一△

5S:Fe扮與S扮混合加熱,Fe+S=FeS（黑色）（+2價(jià)）c

一

化ijA4

學(xué)與C：3Fe+C=Fe3C（；價(jià)）。

柱

質(zhì)

一f|當(dāng)水卜》3Fe+4H2（）（g）把Fe3（）4+4%t（舊/制電饌）

弱氧化住般（HC1、相坨電）:Fe+H2SO4-FeS04+地N+2價(jià)）

「米溫鈣化

強(qiáng)氧化核畋（濃H2s0八冰HNQ））高保：2Fe+6H2s0式衣）上

■Fe（SO4）3+3SO2f+6H2O

+Fe=Fe2++Cu（（+2價(jià)）

-＞跟H以后的金屬法泣底

+Fe=Fe3++3Ag1（+3價(jià)）

5）存在:

產(chǎn)石有:磁鐵力（F3O4）、赤鐵妙標(biāo)與㈤、福鐵e&FejOr3H2O）.

主要是化合志菱鐵祐（FeC（）3）

【游畜忐鐵只有少量存在隕石里

（2）鐵的氧化物:

化學(xué)式FeOF/OjFejO4

俗稱-鐵紅磁性氧化鐵

色態(tài)黑色粉末紅棕色固體黑色晶體

價(jià)態(tài)+2+3+2價(jià)，+3價(jià)

水溶性不溶不溶不溶

2i2

FeO+2H*=Fe*+HOFeA+6H，=2Fe3+Fe3O4+8H=Fe+

與酸的反應(yīng)2

3+

遇氧化性酸生成Fe3+鹽+3H2O+2Fe+4H2O

高溫

與co的反應(yīng)

FexOr+yCO=xFe+yCG

(3)鐵的氫氧化物:

氫氧化物氫氧化亞鐵氫氧化鐵

化學(xué)式Fe(OH)2Fe(0H)3

物理性質(zhì)白色固體，不溶于水紅棕色固體，不溶于水

“+

2+Fe(0H)3-F*

Fe(OH)2^Fe

化學(xué)性質(zhì)

凡。/。2

Fe(OH)2，F(xiàn)KOH%Fe(0H)3tFe2O3

可溶性堿與亞鐵鹽的溶液反應(yīng)

制法42++30”-="(0”)3J

F*+20H-=Fe(OH)2J

(4)亞鐵鹽和鐵鹽的鑒別：

Fe2+Fe31

溶液的顏色淡綠色棕黃色

加堿溶液白色沉淀f灰綠色f紅褐色紅褐色沉淀

加KSCN溶液無明顯現(xiàn)象溶液變血紅色

加苯酚溶液無明顯現(xiàn)象溶液呈紫色

3、金屬的冶煉

(1)金屬冶煉的原理：其實(shí)質(zhì)是使金屬化合物中的金屬離子得到電子被還原成金屬單質(zhì)

的過程。即：Mn++ne-

(2)金屬冶煉的步驟：

1)富集礦石，除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量；

2)冶煉。利用氧化還原反應(yīng)原理，在一定條件下，用還原法將礦石中金屬還原出來;

3)精煉。采用一定的方法，提煉金屬；

(3)冶煉金屬的方法：

方法名稱主要反應(yīng)原理(舉例)主要冶煉特點(diǎn)

FezQj+3C0^2Fe+3c0煉得的金屬為合金，生產(chǎn)成本較

作還原劑低，常用于金屬活動(dòng)性不太強(qiáng)的金

CO△

CuO+CO==Cu+CO2屬

熱

還△煉得的金屬純度較高,生產(chǎn)成本

原

H2作還原劑WO3+3H=W+3HO

法22也較高

被冶煉的金屬活潑性強(qiáng)，熔點(diǎn)

活潑金屬

高溫，高。煉得的金屬純度較高,生產(chǎn)成

作還原劑4A1+3MnOz=3Mn+2Al26

本也較高

被冶煉的金屬活潑性強(qiáng),煉得的

電解▲

電解法2A)2。3====4A1+3Q2f金屬純度高,耗電量較大，生產(chǎn)成

本較高

△被冶煉的金屬活動(dòng)性較差，原料

熱分解法

2HgO=2Hg+()2f物質(zhì)熱穩(wěn)定性較差

（4）金屬規(guī)律:

金屬活動(dòng)順序表KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu

金屬原子失電子

強(qiáng)------------------------------＞弱

能力（或其還原性）

金屬陽(yáng)離子得電子能

弱------------------------------?強(qiáng)

力（或其氧化性）

常溫下易

與K氣化合常溫下被緩慢氧化加熱被氧化不能

被氧化

置換水中H，常溫下能置換加熱時(shí)能置換不能置換

置換酸中H，能置換不能置換

與鹽溶液反應(yīng)先與H?（）反應(yīng)前面的金屬置換出后面的金屬

自然界中存在化合態(tài)化合態(tài)和游離態(tài)游離態(tài)

冶煉方法電解熔融物還原劑還原j加熱法富集

4、原電池原理及其應(yīng)用

，裝置特點(diǎn)：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

,①兩個(gè)活潑性不同的電極

②電解質(zhì)溶液（一般與活潑性強(qiáng)的電極發(fā)生氧化還

形成條件［

原反應(yīng)）

〔③形成閉合回路（或在溶液中接觸）

氧化反應(yīng)

Zn—2e-Zn2+

失e\沿導(dǎo)線傳遞，史曳迦產(chǎn)生

反應(yīng)原理＜

還原反應(yīng)

原I負(fù)極I銅鋅原電池

2H*+2e=H?t

陽(yáng)

電V不

離

斷

子

池溶

移

解

向

化學(xué)腐蝕

［金屬腐蝕.析行腐飩

電化腐蝕（二:t桶）條件、現(xiàn)象、本質(zhì)、聯(lián)系

I吸氧腐蝕I

要①改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)

應(yīng)“防護(hù)方法［②在金屬表面覆蓋保護(hù)層

用、③電化學(xué)保護(hù)法

、制造新化學(xué)電源

（1）原電池的判定：先分析有無外接電源，有外接電源者為電解池，無外接電源者可能

為原電池，然后依據(jù)原電池的形成條件分析判定要思路是“三看"：①先看電極：兩極為導(dǎo)

體且活潑性不同；②再看溶液：兩極插人電解質(zhì)溶液中；③先看回路：形成閉合回路或兩極

接觸;

（2）原電池正極和負(fù)極的確定:

1)由兩極的相對(duì)活潑性確定：在原電池中，相對(duì)活潑性較強(qiáng)的金屬為原電池的負(fù)極，相

對(duì)活潑性較差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髟姵氐恼龢O；

2)由電極現(xiàn)象確定：通常情況下，在原電池中某一電極若不斷溶解或質(zhì)量不斷減少，該

電極發(fā)生氧化反應(yīng)，此為原電池的負(fù)極；若原電池中某一電極上有氣體生成、電極的質(zhì)量不

斷增加或電極質(zhì)量不變，該電極發(fā)生還原反應(yīng)，此為原電池的正極；

(3)原電池的設(shè)計(jì)方法：以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，確定原電池的正負(fù)極、電解質(zhì)溶液及

電極反應(yīng)。

四、例題

1、鎂和鋁

例1等體積、等物質(zhì)的量濃度的硫酸、氫氧化鈉溶液分別放在甲、乙兩燒杯中，各加等

質(zhì)量的鋁，生成氫氣的體積比為5：6,則甲、乙兩燒杯中的反應(yīng)情況可能分別是()

A、甲、乙中都是鋁過量B、甲中鋁過量、乙中堿過量

C、甲中酸過量、乙中鋁過量D、甲中酸過量、乙中堿過量

解析某物質(zhì)的量的硫酸(甲)和氫氧化鈉(乙)溶液分別與等質(zhì)量的鋁反應(yīng)，生成氫氣

體積比即物質(zhì)的量之比為〃(甲):"(乙)=5:6。

甲：24/+3”25。4=4/式5。4)3+3”2個(gè)乙：

2Al+2NaOH+2Hq=2NaAlO2+3%t

—mol5moi5moi4moi4moi

3

6mol

in2

分析可知：甲中鋁過量4Mo/---tnol=—mol,乙中氫氧化鈉過量

35

5mol-4moi=\mol。

答案Bo

例2有鎂、鋁混合粉末10.2g,將它溶于500/地4m的鹽酸中，若要使沉淀質(zhì)量

達(dá)到最大值，則需加入2的氫氧化鈉溶液的體積為()

A^1000mLB、500mLC、100mLD、1500mL

解析依題意，先寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：Mg+2HCl^MgCI2+HA，

2Al+6Ha=2AlCh

+3%個(gè)，MgCk+2NaOH=Mg(OH\J+2NaCl,

AlCk+3NaOH=Al(OH)3(+3NaCl,依化學(xué)方程式，僅當(dāng)鎂、鋁全部以

Mg(O”)2，A/(O”)3沉淀，即沉淀質(zhì)量達(dá)到最大值時(shí)，溶液中只存在NaC/,故當(dāng)沉淀的量

最多時(shí)n(NaOH)=n(HCl)。

n(NaOH)=0.5Lx4mol/L=2mol,n(HCl)=ImoUlmol/L=\L=1000〃比。

答案Ao

例3某混合物A,含有及4/(SQ)2，A，2Q和be?。,，在一定條件下可實(shí)現(xiàn)下圖所示的物

質(zhì)之間的變化：

據(jù)此判斷：

(1)固體B所含物質(zhì)的化學(xué)式為；

(2)固體E所含物質(zhì)的化學(xué)式為；

(3)反應(yīng)①的離子方程式為o

解析鋁及其化合物的性質(zhì)與一般活潑金屬元素的性質(zhì)有差異之處，即A4Q可溶于

NaOH溶液,Fe2。?不能；KA/(S(94)2是一種復(fù)鹽，可溶于水，完全電離，加人氨水可生成

A/(0H)3沉淀，A/(0H)3在強(qiáng)堿溶液中溶解，而在氨水中不溶解。本題可用離子反應(yīng)方程式

描述從A開始的一系列變化：

A產(chǎn)+3N&.”20=A/(0”)3J+3N"；,2Al(OH)^Al2Oi+3H2O,

Al2O,+20H-=2A10；+H20,AIO-+C02+2H2O=Al(OH\J+HCO-。

答案(1)Al2O3；(2)(NH4)SO4,K2SO4；(3)

AIO；+C02+2Hq=AI(0H)3J+HCO；.

2、鐵和鐵的化合物

例1家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，出現(xiàn)紅棕色的銹斑，在此變化過程中不發(fā)生的化學(xué)

反應(yīng)是()

A、4Fe(OH\+2H2O+O2=4Fe(OH)3B、2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

C、2%O+a+4e-=4?！?D、Fe-3”=F*

解析鐵鍋用水清洗后，放置在空氣中會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕?鐵作負(fù)極，其反應(yīng)式為

2Fe-4”=2F對(duì)；正極反應(yīng)式為2%。+。2+4"=40"，由電極反應(yīng)式可知反應(yīng)的化

學(xué)方程式為2良+2”2。+。2=2"(0〃)2生成的民(0〃)2極易被空氣中氧氣氧化生成

Fe(OH)3,出現(xiàn)紅棕色的銹斑。

答案D?

例2有關(guān)物質(zhì)間有下圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系。其中：A的濃溶液與單質(zhì)B在加熱時(shí)才發(fā)生反

應(yīng)①；A的稀溶液與足量B發(fā)生反應(yīng)②。據(jù)此回答：

（1）反應(yīng)④的現(xiàn)象是:

（2）寫出反應(yīng)②的離子方程式；

（3）根據(jù)題示信息判斷，A的濃溶液和單質(zhì)B加熱時(shí)能否產(chǎn)生G,說明理由（寫出化學(xué)

方程式回答）：一—

解析粗讀題目的信息和框圖，知本題有兩條線索可展開分析。一是A的濃溶液和單質(zhì)B

必須在加熱時(shí)才能作用，而A的稀溶液在不需加熱時(shí)就能與B作用，這與“鈍化”的金屬和

強(qiáng)氧化性酸作用的情況相符，且強(qiáng)氧化性酸在濃度不同時(shí)與同一種金屬作用生成的鹽中金屬

離子的價(jià)態(tài)可能不同，酸的還原產(chǎn)物也可能不同；二是金屬離子價(jià)態(tài)不同的兩種鹽分別和

O2.H-,OO,,HQ

作用時(shí)形成氫氧化物的轉(zhuǎn)化關(guān)系LTK與Fe（OH）2-Fe（OH）3相符。綜合以

上兩條線索，即可得出結(jié)論。

答案（1）白色沉淀?灰綠色?紅褐色沉淀；（2）

3Fe+2NO；+8/T=3F/++2NOT+4”2O；

（3）由2HNO3+NO=3N0?+2H8知,在濃中不可能生成NO。

3、金屬的冶煉

例1把3.2g氧化鐵完全還原，事先應(yīng)準(zhǔn)備的CO在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為（）

A、1344mLB、672mLC、大于1344mLD、小于672〃4

解析根據(jù)方程式拄2。,+3cO：2Fe+3Ca計(jì)算出所需C。體積的理論值為1344mL,

而實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，需先通入CO排盡玻璃管中空氣，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，停止加熱還需繼續(xù)通入CO至

試管冷卻，以防還原出來的鐵被氧化。

答案Co

例2冶煉金屬一般有下列方法：①焦炭法，②水煤氣（或氫氣，或一氧化碳）法，③活

潑金屬置換法，④電解法；四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。

(1)請(qǐng)對(duì)下表中的金屬冶煉方法進(jìn)行分析，從上述四種方法中選擇相應(yīng)的序號(hào)填入表中

空格:

火燒孔雀從光鹵石

濕法煉銅鋁熱法煉銘

石煉銅中煉鎂

火燒孔雀石煉銅所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式(寫主要的兩

個(gè))：，：

(2)請(qǐng)?jiān)倥e出使用上述方法冶煉金屬的例子各一個(gè)(用化學(xué)方程式表示)：

②;

③:

④。

解析選擇金屬的冶煉方法與金屬在自然界中存在的狀態(tài)、金屬活潑性有關(guān)。

答案(1)①③③④；CuAOH\CO.=2CUO+CO2T+H2O,

C+2CuO=2Cu+CO2T；

高溫高溫

(2)②+3CO,=2Fe+3co2,2H2+WO2=W+2H2O,

高溫電解人

@3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3,?2NaCl=2Na+Cl2T。

4、原電池原理及其應(yīng)用

例1在玻璃圓筒中盛有兩種無色的互