高中化学必修1金属及其氧化物知识点汇总.docx

一、金属
Na
物理性质
　　钠单质很软，可以用小刀切割。切开外皮后，可以看到钠具有银白色的金属光泽，很快就会被氧化失去
　　光泽。钠是热和电的良导体，钾钠合金（液态）是原子堆导热剂。钠的密度是0.97g/cm3，比水的密度小，比煤油密度大，钠的熔点是97.81℃，沸点是882.9℃。钠单质还具有良好的延展性硬度低。
　　钠原子的最外层只有1个电子，很容易失去，所以有强还原性。因此，钠的化学性质非常活泼，在与其他物质发生氧化还原反应时，作还原剂，都是由0价升为+1价。金属性强。其离子氧化性弱。
化学性质
跟氧气的反应
　　在常温时:4Na+O2=2Na2O （白色粉末）
　　在点燃时:2Na+O2=△=Na2O2 (淡黄色粉末)
　　★钠在空气中点燃时，迅速熔化为一个闪亮的小球，发出黄色火焰，生成过氧化钠（Na2O2）和少量超氧化钠（Na2O4）。过氧化钠比氧化钠稳定，氧化钠可以和氧气化合成为过氧化钠，化学方程式为：2Na2O+O2=2Na2O2
跟卤素、硫、磷、氢等非金属直接发生反应
　　2.钠能跟卤素、硫、磷、氢等非金属直接发生反应，生成相应的化合物（已下反应常温下均反应），如
　　2Na+Cl2=2NaCl （放出大量热，生成大量白烟）
　　2Na+S=Na2S(硫化钠)（钠与硫化合时研磨会发生爆炸）
　　2Na+Br2=2NaBr(溴化钠）（溴化钠可以用作镇静剂）
跟水的反应
　　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。为了安全应在烧杯上加盖玻璃片。
　　观察到的现象及由现象得出的结论有：
　　1、钠浮在水面上（钠的密度比水小）　2、钠熔成一个闪亮的小球（钠与水反应放出热量，钠的熔点低）
　　3、钠在水面上四处游动（有气体生成）
　　钠单质与水的反应
　　4、发出嘶嘶的响声（生成了气体，反应剧烈）
　　5、事先滴有酚酞试液的水变红（有碱生成）
　　反应方程式
　　2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
　　★钠由于此反应剧烈，能引起氢气燃烧，所以钠失火不能用水扑救，必须用干燥沙土来灭火。钠具有很强的还原性，可以从一些熔融的金属卤化物中把金属置换出来。由于钠极易与水反应，所以不能用钠把居于金属活动性顺序钠之后的金属从其盐溶液中置换出来。
与酸溶液反应
　　钠与酸溶液的反应涉及到钠的量，如果钠少量，只能与酸反应，如钠与盐酸的反应：
　　2Na+2HCl=2NaCl+H2↑
　　如果钠过量，则优先与酸反应，然后再与酸溶液中的水反应，方程式见3
与盐反应
　　（1）与盐溶液反应
　　将钠投入盐溶液中，钠先会和溶液中的水反应，生成的氢氧化钠如果能与盐反应则继续反应。
　　如将钠投入硫酸铜溶液中：
　　2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
　　2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓
　　（2）与熔融盐反应
　　这类反应多数为置换反应，常见于金属冶炼工业中，如
　　4Na+TiCl4（熔融）=4NaCl+Ti（条件为高温）
　　Na+KCl=K+NaCl（条件为高温）
　　★钠与熔融盐反应不能证明金属活动性的强弱
与有机物反应
　　钠还能与某些有机物反应，如钠与乙醇反应：
　　2Na+2C2H5OH→2CH3CH2ONa+H2↑（生成物为氢气和乙醇钠）
有关化学方程式
　　⑴与非金属单质: 2Na+H2=高温=2NaH
　　4Na+O2=2Na2O （白色固体）
　　2Na+O2=点燃=Na2O2 (淡黄色粉末)
　　⑵与金属单质反应
　　4Na+9Pb=加热=Na4Pb9
　　Na+Tl=加热=NaTl
　　⑶与水: 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
　　⑷与酸: 2Na+2HCl=2NaCl+H2↑
　　⑸与碱; 不反应(与碱溶液反应)
　　⑹与盐; ①4Na+TiCl4=高温=4NaCl+Ti
　　6Na+2NaNo2=高温=N2↑+4Na2O
　　Na+KCl=高温=K↑+NaCl
　　②2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
　　2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓
　　或2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
　　NH4Cl+NaOH=NaCl+NH3↑+H2O
　　⑺与氧化物: 4Na+CO2=点燃=2Na2O+C↓
制取
　　钠最早是在1807年电解氢氧化钠制得的。这个原理应用于工业生产，约在1891年才获得成功。
　　1921年，电解氯化钠的工业方法实现。目前，世界上钠的工业生产多数采用电解氯化钠的方法
　　电解熔融的氯化钠（食盐）或熔融氢氧化钠：
　　反应方程式：熔融状态下
　　2NaCl(通电）=2Na+Cl2↑
　　2NaOH(通电）=2Na+O2↑+H2↑
保存
　　钠的化学性质很活泼，所以它在自然界里不能以游离态存在，因此，在实验室中通常将钠保存在煤油或石蜡油里。
(原因：ρ Na>ρ煤油且Na与煤油不发生化学反应）
Mg
现过程1808年，英国的戴维，用钾还原白镁氧（即氧化镁MgO），最早制得少量的镁。物理性质：银白色的金属，密度1.738克/厘米3，熔点648.9℃。沸点1090℃。化合价+2，电离能7.646电子伏特，是轻金属之一，具有延展性金属镁无磁性，且有良好的热消散性。
在空气中，镁的表面会生成一层很薄的氧化膜，使空气很难与它反应。镁和醇、水反应能够生成氢气。粉末或带状的镁在空气中燃烧时会发出强烈的白光。在氮气中进行高温加热，镁会生成氮化镁（Mg3N2）；镁也可以和卤素发生强烈反应；镁也能直接与硫化合。镁的检测可以用EDTA滴定法分析。
化学性质

具有比较强的还原性，能与热水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光，镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用，也不受苛性碱侵蚀，但极易溶解于有机和无机酸中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合，包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用镁能和二氧化碳发生燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。
　　1.与非金属单质的反应：
　　2Mg+O2==点燃==2MgO
　　3Mg+N2==点燃==Mg3N2
　　Mg+Cl2==点燃==MgCl2
　　2.与水的反应：
　　Mg+2H2O==△==Mg(OH)2+H2↑
　　3.与酸的反应：
　　Mg+2HCl=MgCl2+H2 ↑ Mg+H2SO4=MgSO4+H2 ↑
4.与氧化物的反应：
　　2Mg+CO2==点燃==2MgO+C
　　*注：该反应在氧气充足时一般不发生或发生后又有 C+O2=CO2（点燃），所以在反应后不见有黑色固体生成。
　　5.镁与氯化铵反应：　
　　Mg + 2NH4Cl ===MgCl2 + 2NH3↑ + H2↑　
　　NH4+ + H2O ==(可逆）==NH3·H2O + H+（水解）　
　　Mg+ 2H+ =====Mg2+ +H2↑　NH3H2O====NH3↑+H2O　
　　工业制法
　　镁存在于菱镁矿（碳酸镁）MgCO3．白云石（碳酸镁钙）CaMg(CO3)2．光卤石（水合氯化镁钾）KCl·MgCl2·H2O中。工业上利用电解熔融氯化镁或在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁，前者叫做熔盐电解法，后者叫做硅热还原法。氯化镁可以从海水中提取，每立方英里海水含有约120亿磅镁。
　　Mg在海水中的提取
　　① CaCO3(s)= (高温)CaO(s)+CO2(g)↑
　　CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s)
　　② Ca(OH)2(aq)+MgCl2(aq)=Mg(OH)2(s)↓+CaCl2(aq)
　　③ Mg(OH)2(s)+2HCl(l)+6H2O(l)=MgCl2·6H2O(s)+2H2O(l)
　　④ MgCl2·6H2O(s)=(HCl) MgCl2(s) +6H2O(l)
　　⑤ MgCl2（l）==熔融电解== Mg(s)+Cl2(g)↑
同位素
　　已发现镁的同位素共有13种，包括镁20至镁32，其中只有镁24．镁25．镁26是天然存在并且稳定的，其他镁的同位素都带有放射性。
元素用途
　　常用做还原剂，去置换钛、锆、铀、铍等金属。主要用于制造轻金属合金、球墨铸铁、科学仪器脱硫剂脱氢和格氏试剂。也能用于制烟火、闪光粉、镁盐、吸气器、照明弹等。结构特性类似于铝，具有轻金属的各种用途，可作为飞机、导弹的合金材料。但是镁在汽油燃点可燃，这限制了它的应用。
Mg+Cl2＝MgCl2
Mg+Br2＝MgBr2
2Mg+O22MgO
Mg+S＝MgS
Mg+2H2O＝Mg(OH)2+H2↑
2Mg+TiCl4(熔融)＝Ti+2MgCl2
Mg+2RbCl(熔融)＝MgCl2+2Rb
2Mg+CO22MgO+C
2Mg+SiO22MgO+Si
Mg+H2S＝MgS+H2
Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑
Al
性质
　　铝为银白色轻金属。有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，不溶于水。相对密度2.70。熔点660℃。沸点2327℃。
铝是活泼金属，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约50埃的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水；但铝的粉末与空气混合则极易燃烧；熔融的铝能与水猛烈反应；高温下能将许多金属氧化物还原为相应的金属；铝是两性的，即易溶于强碱，也能溶于稀酸。
　铝和水的反应是 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑，反应实质：水是极弱的电解质，但在水中能电离出氢离子和氢氧根离子与铝反应，生成Al(OH)3和H2。反应条件可加热也可以在常温下进行，在常温下起现象很难观察
实验说明
　　 根据铝的还原性可推断铝可以与水反应，但实验发现，铝与沸水几乎没有反应现象，因此许多人认为铝与水不反应。其实不然，铝在加热条件下就可以与水蒸汽发生明显反应，但反应一开始就与水中的氧气生成致密氧化膜阻止反应进一步进行。
2Al+3Cl22AlCl3
4Al+3O22Al2O3(钝化)
4Al(Hg)+3O2+2xH2O＝2(Al2O3.xH2O)+4Hg
4Al+3MnO22Al2O3+3Mn
2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr
2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe
2Al+3FeOAl2O3+3Fe
2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑
2Al+3H2SO4＝Al2(SO4)3+3H2↑
2Al+6H2SO4(浓)Al2(SO4)3+3SO2↑+6H2O
(Al、Fe、C在冷、浓的H2SO4、HNO3中钝化)
Al+4HNO3(稀)＝Al(NO3)3+NO↑+2H2O
2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑
工业制法
　　铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾时，等等。由铝的氧化物与冰晶石（3NaF·AlF?）共熔电解可制得铝，其主要反映过程如下：
　　从铝土矿中提取铝反应过程
　　①溶解：将铝土矿溶于NaOH（aq)Al2O3+ 2NaOH ==== 2NaAlO2（偏铝酸钠）+ H2O
　　②过滤：除去残渣氧化亚铁(FeO)、硅铝酸钠等
　　③酸化：向滤液中通入过量CO2 .NaAlO2+ CO2+ 2H2O ==== Al(OH)3↓+ NaHCO3
　　④过滤、灼烧 Al(OH)3 2Al(OH)3==高温== Al2O3 3H2O
　　注：电解时为使氧化铝熔融温度降低，在Al2O3 中添加冰晶石(3NaF·AlF6)
　　⑤电解：2Al2O3l)==通电== 4Al + 3O2↑
　　注：不电解熔融AlCl3炼Al 原因：AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
　　1．从整个工艺流程看，可分成提纯和冶炼两个阶段
　　2．NaOH溶解铝土矿的目的是溶解氧化铝
　　3．两次过滤的作用是除去杂质和分离Al（OH）3
　　4．把滤液酸化的作用是生成Al（OH）3
　　5．流程中用二氧化碳而不用盐酸的原因是Al（OH）3可溶解在过量的HCl中
　　6．将过滤后的白色固体灼烧，生成了Al2O3 2Al（OH）3 Al2O3+3H2O
Fe
　铁是一种光亮的银白色金属。密度7.86克/立方厘米。熔点1535℃，沸点2750℃。常见化合价+2和+3，有好的延展性和导热性。也能导电。纯铁既能磁化，又可去磁，且均很迅速。　铁活泼，为强还原剂，化合价有0、+2、+3、+6，最常见的价态是+2和+3。在室温下，铁可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速度增大。有杂质，在潮湿的空气中易锈蚀；在有酸气或卤素蒸气存在的湿空气中生锈更快。易溶于稀酸。在浓硝酸中能被钝化。
　铁在干燥空气中很难跟氧气反应，但在潮湿空气中很容易发生电化学腐蚀，若在酸性气体或卤素蒸气氛围中腐蚀更快。
与Cl2、Br2、硝酸及热浓硫酸反应，则被氧化成Fe3+。铁与氧气或水蒸气反应生成的Fe3O4，可以看成是FeO·Fe2O3，其中有1/3的Fe为+2价，另2/3为+3价。铁的+3价化合物较为稳定
2Fe+3Br2＝2FeBr3
Fe+I2FeI2
Fe+SFeS
铁的化学性质活泼，为强还原剂，在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速率增高：
　　3Fe+4H2O（g）===Fe3O4+4H2
　　Fe和高温水蒸气反应，因此，生成氢气一般不带气体符号。
　　铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等离子，如：
　　CuSO4+Fe===FeSO4+Cu
　　铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中，形成二价铁离子并放出氢气；在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵：
　　Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
　　（ 2 Fe+6H2SO4（浓）===Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O）
　　4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O
　　铁溶于热的或较浓的硝酸中，生成硝酸铁并释放出氮的氧化物。在浓硝酸或冷的浓硫酸中，铁的表面形成一层氧化薄膜而被钝化。铁与氯在加热时反应剧烈（2Fe+3Cl2===2FeCl3）。铁也能与硫、磷、硅、碳直接化合。铁与氮不能直接化合，但与氨作用，形成氮化铁Fe2N。
　　铁的最重要的氧化态是+2和+3。二价铁离子呈淡绿色，在碱性溶液中易被氧化成三价铁离子。三价铁离子的颜色随水解程度的增大而由黄色经橙色变到棕色。纯净的三价铁离子为淡紫色。二价和三价铁均易与无机或有机配位体形成稳定的配位化合物，如 Phen为菲罗林，配位数通常为6。零价铁还可与一氧化碳形成各种羰基铁，如Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12。羰基铁有挥发性，蒸气剧毒。铁也有+4、+5、+6价态的化合物，但在水溶液中只有+6价的。
　　化合物 主要有两大类：亚铁Fe（Ⅱ)和正铁Fe（Ⅲ）化合物，亚铁化合物有氧化亚铁(FeO)、氯化亚铁(FeCl2)、硫酸亚铁（FeSO4）、氢氧化亚铁{Fe(OH)2}等；正铁化合物有三氧化二铁(Fe2O3)、三氯化铁(FeCl3)、硫酸铁{Fe2(SO4)3}、氢氧化铁{Fe(OH)3}等。
　　如在亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]·3H2O（俗名：黄血盐）和铁氰化钾K3[Fe(CN)6]（俗名：赤血盐）中。铁与环戊二烯的化合物二茂铁，是一种具有夹心结构的金属有机化合物。
　　【铁的化学性质之三种状态】
　氧化态有0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活泼，为强还原剂，在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速率增高： 3Fe+4H2O(g)===(加热)Fe3O4+4H2
　　铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等离子，如： CuSO4+Fe===FeSO4+Cu
　　铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中，形成二价铁离子并放出氢气；在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵：
　　Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ 4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O
用途
　它的最大用途是用于炼钢；也大量用来制造铸铁和煅铁。铁和其化合物还用作磁铁、染料墨水、蓝晒图纸、胭脂颜料）和磨料（红铁粉）。还原铁粉大量用于冶金。
　　浮选发治理污水：以铁为阳极电解污水，阴极产生气泡（氢气）使污垢浮起，达到一定厚度使可去除，阳极产生的Fe2+遇到阴极产生的OH-生成具有吸附性的沉淀（Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3)，吸附杂质。
二、金属氧化物
(1)、低价态的还原性
6FeO+O22Fe3O4
FeO+4HNO3＝Fe(NO3)3+NO2↑+2H2O
(2)、氧化性
Na2O2+2Na＝2Na2O
(此反应用于制备Na2O)
MgO、Al2O3几乎没有氧化性、很难被还原为Mg、Al.
一般通过电解熔融态的MgCl2和Al2O3制Mg和Al.
Fe2O3+3H2＝2Fe+3H2O (制还原铁粉)
Fe3O4+4H23Fe+4H2O
(3)、与水的作用
Na2O+H2O＝2NaOH
2Na2O2+2H2O＝4NaOH+O2↑
(此反应分两步Na2O2+2H2O＝2NaOH+H2O2 ;
2H2O2＝2H2O+O2↑. H2O2的制备可利用类似的反应
BaO2+H2SO4(稀)＝BaSO4+H2O2)
MgO+H2O＝Mg(OH)2 (缓慢反应)
(4)、与酸性物质的作用
Na2O+SO3＝Na2SO4
Na2O+CO2＝Na2CO3
Na2O+2HCl＝2NaCl+H2O
2Na2O2+2CO2＝2Na2CO3+O2
Na2O2+H2SO4(冷、稀)＝Na2SO4+H2O2
MgO+SO3＝MgSO4

MgO+H2SO4＝MgSO4+H2O
Al2O3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+3H2O
(Al2O3是两性氧化物
Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O)
FeO+2HCl＝FeCl2+3H2O
Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O
Fe3O4+8HCl(浓)FeCl2+2FeCl3+4H2O

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