2023年12月31日发(作者：)
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授课内容 第三章 金属及其化合物
时间支配
学习目标
学习重点
1、驾驭金属单质（Na、Mg、Al、Fe）的化学性质
2、驾驭钠、镁、铝、铁等金属化合物的性质
金属单质（Na、Mg、Al、Fe）及其化合物的化学性质
化合物之间的相互转化关系及应用
有关金属及其化合物的有关计算
学习笔记
与
H
应
+
第三章 金属及其化合物
（一）金属的通用性
金属的物理通用性：有金属光泽、有延展性、导电、导热。但不同金属在密度、硬度、熔沸点等方面差别较大，这也是金属单质的一大特点。
金属的化学性质是具有还原性，主要表现在金属能与非金属、水、酸、某些盐发生反应。金属的还原性有很大差别，其还原性强弱与金属原子的结构亲密相关，一般说来，金属原子的半径越大，最外层电子越少，金属的还原性越强。
金属活动性依次表中金属的金属性从左到右依次减弱，可以推断金属失电子的难易；可以推断金属离子得到电子的实力
［小结］由金属活动性依次表分析金属学问的规律
金属活动依次
Cl2
Fe、K、Ca 、Na Mg Al、Zn Sn、Pb
H
Cu、Hg、Ag
Pt、Au
不反应
不反应
不反应
与非金属反应
都能干脆化合，变价金属一般生成高价金属氯化物
与硫蒸气干脆化合，变价金属生成低价金属化合物
常温下易氧S
O2
化，点燃生成过氧化物
常温生成氧化膜
加热化合
与与H2O反应
常温下生成碱和氢气
热水
反应
反生成盐的氢气
与水反应，不与盐反应，碱与盐反应
有碱存在下与水反应
与高温水蒸气反应
不反应
不反应
不反应
不反应
与盐溶液的反应
排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来
不反应
（二）钠及钠的化合物
1、钠的性质
学习笔记
（1）钠的物理性质：银白色、质软、比水轻、熔点低
（2）钠的化学性质：
与非金属反应：2Na＋Cl2点燃
2NaCl (白烟)
2Na＋S＝＝Na2S
与O2反应：缓慢氧化：4Na+O2== 2Na2O (白色固体)与H2O 反应：2Na+2H2O==2NaOH+H2↑
(2Na+2H2O==2Na+2OH―+H2↑)
＋
猛烈燃烧：2Na+O2== Na2O2 (淡黄色固体)
与酸反应：2Na+2H==2Na+H2↑
＋＋与盐溶液反应：(先与水作用生成NaOH，NaOH再与盐发生复分解反应)
2Na+2H2O+CuSO4 ==Cu(OH)2↓+Na2SO4 +H2↑
6Na+6H2O+2FeCl3==2Fe(OH)3↓+6NaCl+3H2↑
2Na+2NH4Cl===2NaCl+2NH3↑+H2↑
2、钠的氧化物
化学式
化合价
颜色、状态
化学性质
O2
CO2
H2O
HCl
SO2
类别
氧化钠
Na2O
O(-2)
白色固体
2Na2O+O2 ==Na2O2
Na2O+CO2==Na2CO3
Na2O+H2O==2NaOH
过氧化钠
Na2O2
O(-1)
淡黄色粉末
---
2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2 ↑
2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2 ↑
3、碱------氢氧化钠
NaOH，白色固体，易潮解，俗名苛性钠，烧碱，火碱。一元强碱，具有碱的通性，即：
能与酸反应生成盐和水，例：NaOH+HCl==NaCl+H2O
能与酸性氧化物反应生成盐和水，例：2NaOH+CO2==Na2CO3+H2O
Na2O+2HCl==2NaCl+H2O 2Na2O2+4HCl==4NaCl+2H2O+O2↑
Na2O+SO2==Na2SO3
碱性氧化物
Na2O2 +SO2 ==Na2SO4
过氧化物
学习笔记
能与某些盐发生复分解反应，例：2NaOH+CuCl2==Cu(OH)2↓+2NaCl
4、盐------碳酸钠和碳酸氢钠
物质
俗名
颜色、状态
水溶性 易溶于水 能溶于水
溶解度大小比较: Na2CO3 >NaHCO3
溶液与酚酞
与盐酸反应
变红
颜色深浅比较: Na2CO3 > NaHCO3
Na2CO3+2HCl==
2NaCl+CO2↑+H2O
Na2CO3+CaCl2==CaCO3↓+
2NaCl
(CO32―+Ca2==CaCO3↓)
＋Na2CO3
苏打、纯碱
白色固体
NaHCO3
小苏打
白色粉末
变红
NaHCO3+HCl==NaCl+H2O
+CO2↑
-------
反应速率： NaHCO3 >Na2CO3
与氯化钙溶液
与澄清石灰水
Na2CO3+Ca(OH)2==
CaCO3 ↓+2NaOH
(CO32―+Ca2==CaCO3↓)
＋NaHCO3+Ca(OH)2==
NaOH + CaCO3↓ +H2O
(HCO3―+OH―+Ca2==CaCO3↓+H2O)
或2NaHCO3+Ca(OH)2==
Na2CO3 +CaCO3↓+2H2O
(2HCO3―+2OH―+Ca2=CaCO3↓+2H2O+CO32―)
＋＋
与氢氧化钠溶液
----- NaOH+NaHCO3
==Na2CO3+H2O
(OH―+HCO3―==CO32―+H2O)
热稳定性 稳定
2NaHCONa2CO3+H2O+CO2↑
△
Na2CO3 NaHCO3:
Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3
相互
转化
NaHCO3 Na2CO3 :
NaOH+NaHCO3
(OH―+HCO3―==CO32―+H2O)
2NaHCO
△
==Na2CO3+H2O
Na2CO3+H2O+CO2↑
学习笔记
(三)铝的化合物------氧化物与氢氧化物
物质
化学式
物理性质
氧化铝
Al2O3
白色粉末，不溶于水，熔点高，自然界中为无色晶体。
化 与酸
Al2O3 +6HCl==AlCl3 +3H2O Al(OH)3+3HCl==AlCl3+3H2学 反应
(Al2O3+6H＋==Al3＋+3H2O)
性
质
反应
H2O
(Al2O3+2OH―=2AlO2―
+H2O)
相互转化
----
2H2O
Al(OH)3+OH―=AlO2―+2H2O
2Al(OH)3
△
氢氧化铝
Al(OH)3
白色固体，不深于水
O
(Al(OH)3+3H==Al3＋＋+3H2O)
与碱
Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+ Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+
Al2O3+3H2O
(四)铁的化合物
1、铁的氧化物
颜色、状态
俗名
水溶性
---
不溶
铁红
不溶
稳定
磁性氧化铁
不溶
稳定
FeO
黑色粉末
Fe2O3
红棕色粉末
Fe3O4
黑色晶体
稳定性 不稳定，在空气里加热快速被氧化，
氧化物类别
与非氧化性酸反应
FeO+2HCl==FeCl2+H2O
(FeO+2H==Fe2＋＋碱性氧化物 碱性氧化物 困难氧化物
Fe2O3+6HCl==2FeCl3
(Fe2O3+6H＋＋Fe3O4+8HCl==2FFe3O4+8H==2Fe3＋＋+3H2O eCl3+FeCl2+4H2O
+Fe2＋+H2O)
＋＋==2Fe3 +3H2O )
+4H2O
2、铁的氢氧化物及Fe2 与Fe3的转化
化 学 式
名 称
溶液颜色
二价铁
FeCl2
氯化亚铁
浅绿色
三价铁
FeCl3
氯化铁
黄色
学与KSCN与氢氧化钠
现象：产生白色沉淀，快速变成灰绿色，最终变成红褐色。FeCl2+2NaOH
==Fe(OH)2↓+2NaCl
4Fe(OH)2+O2+2H2O
==4Fe(OH)3
无现象
产生血红色
Fe3+3SCN-==Fe(SCN)3
＋现象：产生红褐色沉淀
FeCl3+3NaOH
==Fe(OH)3 ↓+ 3NaCl
习笔记
溶液
氧化（还原性）
相互转化
名 称
化学式
颜色、状态
水溶性
主要表现： 还原 性，举例： 表现：氧化性，举例：
2FeCl2+Cl2 ==2FeCl3
FeCl2 FeCl3：
2FeCl2+Cl2 ==2FeCl3
氢氧化亚铁
Fe(OH)2
白色固体
难溶于水
Fe(OH)2+2HCl==FeCl2+2H2O
Fe(OH)2+2H==Fe2＋＋2FeCl3+Fe==3FeCl2
FeCl3
FeCl2：
2FeCl3+Fe==3FeCl2
氢氧化铁
Fe(OH)3
红褐色固体
难溶于水
Fe(OH)3+3HCl==FeCl3+3H2O
Fe(OH)3+3H==Fe3＋＋与酸反应
+2H2O
氢氧化亚铁露置空气中
3、铁三角
+3H2O
4Fe(OH)2+O2+2H2O ==4Fe(OH)3
二、本章典型题剖析
1、滴加依次不同，试验现象不同
（1）稀Na2CO3溶液与稀盐酸间的反应
向Na2CO3溶液中逐滴加入稀盐酸，起先时无气体产生，达到肯定量后才有气泡冒出，由少到多的过程中依次发生下列反应：
Na2CO3+HCl==NaCl+NaHCO3
NaHCO3+HCl==NaCl+CO2 ↑+H2O
向稀盐酸中逐滴加入稀Na2CO3溶液马上有气泡冒出，由少到多只发生下列反应：
2HCl+Na2CO3==2NaCl+CO2 ↑+H2O
(2) 稀AlCl3溶液与稀NaOH溶液间的反应
向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量时发生的反应依次为：
Al3 +3OH―==Al(OH)3 ↓ Al(OH)3+OH―==AlO2―+2H2O
＋现象：白色沉淀渐渐增多，接着加NaOH溶液沉淀渐渐溶解，直至完全消逝。
向NaOH 溶液中滴加AlCl3溶液至过量时发生的反应依次为：
Al3+4OH―==AlO2―+2H2O Al3+3AlO2―+6H2O ==4Al(OH)3 ↓
＋＋现象：起先时无沉淀，接着产生沉淀，接着滴加AlCl3溶液，沉淀量不变。
(3) 稀NaAlO2溶液与稀盐酸间的反应：
向盐酸溶液中滴加NaAlO2溶液，直至过量时发生的反应依次为：
4H+ +AlO2―==Al3+2H2O Al3+3AlO2―+6H2O ==4Al(OH)3↓
＋＋现象：起先无沉淀，接着产生白色沉淀，渐渐增多至达到最大值，接着加入NaAlO2溶液，沉淀量不变。
向NaAlO2溶液中滴加盐酸直至过量时发生的反应依次为：
AlO2―+H +H2O==Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H==Al3+3H2O
＋＋＋现象：白色沉淀渐渐增多至最大值，接着加盐酸，沉淀渐渐削减，最终完全消逝。
三、本章专题讲座――－有关金属及其化合物的有关计算（守恒最为重要）
1、基本计算方法
(1) 代数方程组法------解决混合物问题的基本方法
例1 将70克由Na2O2和Na2O组成的混合物跟98克H2O充分反应后，所得NaOH溶液中溶质的质量分数为50%，试分别写出Na2O2和Na2O 跟H2O 反应的化学方程式，并计算原混合物中Na2O2和Na2O的质量。
解：设混合物中有Na2O2 的物质的量为x mol,Na2O的物质的量为y mol
2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2 ↑
2 4 1
x 2x 0.5xNa2O + H2O === 2NaOH
y y 2y
由题意可得，78x+62y=70
40*(2x2y)*100%50%
709832*0.5x解得，x= 0.5 mol y=0.5 mol
则混合物中Na2O2 的质量为39克，Na2O的质量为31克。
1、今有Na2CO3与NaHCO3混合物1.37克，加热到不再产生气体为止，残余物与足量盐酸反应后，得到CO2气体0.44克，求原混合物中Na2CO3的质量分数为多少？
2、差量法
差量法是依据化学改变前后物质的量的改变，找出所谓“理论差量”，再依据题目供应的“实际差量”列出比例式，求出答案。
数学原理：acac
bdbd例2 将肯定量H2和CuO 10克共热，CuO部分被还原，得到固体粉末质量为8.4克，有多少克Cu生成？参与反应的H2有多少克？
解： CuO + H2
△
Cu + H2O △m
80 2 64 80-64==16
y x 10-8.4=1.6 g
解得 x=6.4g y=0.2g
例3 加热10克Na2CO3和NaHCO3混合物至质量不再改变，剩余的固体质量为8.4克，求混合物中Na2CO3的质量分数是多少。
解： 2 NaHCO3
△
Na2CO3 + H2O↑ +CO2↑ △m
84*2 106 84*2-106=62
x 10-8.4=1.6 g
x==4.34 g
w(Na2CO3)%==56.6%
1、将CO2气体通过78克Na2O2固体，一段时间后测得固体质量增至92克，求生成O2的质量
2、200℃，11.6克CO2和H2O(g)与足量Na2O2充分反应后，固体质量增加了3.6克，求原混合物气体中CO2、H2O质量各是多少克？
(3) 假设法------快速击破选择型计算题
I 平均值法
当x 断出x和z的取值范围。它是解答化学计算题常用的思维方法，也是快速解决选择题的决招。 例4 有两种金属组成的混合物粉末10g与足量的稀盐酸反应，生成11．2L（标况）H2，则该混合物的组成不行能是（ A ） A．Fe、Zn B．Al、Cu C．Al、Mg D．Al、Fe 解：设金属为二价金属R，其平均分子量为M R+2HCl ==RCl2+H2 ↑ n(R)==n(H2)==11.2/22.4==0.5 mol M=10/0.5==20 g/mol A(56，65) B(18，∞) C(18，24) D(18，56) 故选 A 1、两种金属粉末的混合物15克，投入足量的稀盐酸中，得到5.6升氢气（标准状态），这种混合物可能是： （ ） A.镁和铁 B.镁和铝 C.铁和锌 D.镁和铜 2、有碳酸盐组成的混合物9克，加足量稀盐酸，产生4.4克CO2 气体，问下列哪种状况合理( ) A、CaCO3、Na2CO3 B、Na2CO3 、K2CO3 C、NaHCO3、Na2CO3 D、K2CO3、KHCO3 （4）分类探讨法------探讨过量问题 例6 NaOH、NaHCO3 固体混合物16.6克，在密闭容器中加热到250℃，经充分反应排出气体，冷却，称得剩余固体质量为13.25克。求原混合物中NaOH的质量分数 解：假设二者恰好完全进行时，质量削减W克。 NaOH+NaHCO3 △ Na2CO3 +H2O↑ △m(-) 40 + 84 18 16.6 W W==2.4 g 实际减轻了16.6-13.5==3.35>2.4 故NaHCO3过量 设NaOH为x mol, NaHCO3 为y mol 40x+84y==16.6 NaOH+NaHCO3 △ Na2CO3 +H2O↑ 1 1 1 x x x 2 NaHCO3 △ Na2CO3 + H2O ↑+ CO2 ↑ 2 1 1 y-x 0.5(y-x) 18*(0.5y-0.5x+x)+44(y-x)==3.35 解得 x=0.1 mol, y=0.15 mol w(NaOH )%==24.1% 1、今有120 mL 1mol/L 的Na2CO3溶液和80 mL 2.5 mol/L的盐酸。(1) 若将Na2CO3溶液逐滴加至盐酸中则可收集到标况下的CO2气体体积为______ 解：n(Na2CO3)==0.12*1=0.12 mol n(HCl)=0.08*2.5=0.2 mol 若将Na2CO3 加到盐酸中，则马上生成CO2 直至盐酸完全反应，即： Na2CO3+2HCl==2NaCl+CO2 ↑+H2O 1 2 1 0.2 X X=0.1 mol 则在标况下收集到CO2气体体积为2.24L (2) 若将上述盐酸逐滴加至碳酸钠溶液中，则反应的离子方程式是______，当反应完全时，测得CO2在水中的浓度为0.04 mol/L，假设溶液体积不变，则收集到的CO2在标况下的体积为______ 解：若将HCl滴加到Na2CO3溶液中，直至全部的Na2CO3全部转化为NaHCO3 再接着加盐酸才有CO2生成 ，即： Na2CO3+HCl==NaHCO3+NaCl 0.12 0.12 0.12 则剩余盐酸为0.2-0.12=0.08 mol NaHCO3+HCl==NaCl+H2O +CO2 ↑ 0.08 0.08 溶液体积V=120+80=200 mL 溶液中的CO2 为0.04*0.2=0.008 mol 则逸出的CO2 体积为：22.4*(0.8-0.08)=16.128L (5) 守恒法 例7 有一空气暴露过的NaOH固体，经分析知其含H2O 7.65%，含Na2CO3 4.32%，其余 是NaOH。若将1克该样品放入含有HCl 3.65克的盐酸中使其完全反应后，残酸再用50克2%的NaOH溶液恰好中和反应，蒸干溶液，所得固体的质量是多少克？ 解：所得固体是NaCl ，是5.85克 ［小结］本题数据众多，反应物不纯，过程困难。若按常规方法，一步步分析计算，不但费时还易出错，若仔细分析就会发觉，最终所得固体物质NaCl中全部的Cl全来自于HCl中的Cl 1、有5.1gMg–Al合金，投入500mL 2mol/L HCl中，金属完全溶解后，又加4mol/LNaOH溶液VmL，得最多沉淀8.6g，则V等于 A. 425mL B. 560mL C. 250mL D. 500mL 2、铝三角转化及铝的图像问题 (1) 向Al3 的溶液中加入强碱(OH―) ＋现象：先出现白色溶液后消逝 方程式：Al3＋3OH―＝＝Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH― ==AlO2―+H2O ＋图像： (2) 向强碱溶液中加入Al3 ＋现象：先没有沉淀后出现并不消逝 方程式：Al3+4OH―==AlO2―+2H2O ＋3AlO2―+Al3+6H2O==4Al(OH)3 ↓ ＋图像： (3) 向AlO2― 溶液中加入H ＋现象：先生成白色沉淀，然后白色沉淀渐渐溶解。 方程式：AlO2―＋H＋H2O==Al(OH)3 ↓ ＋ Al(OH)3+3H==Al3+3H2O ＋＋图像： (4) 向H溶液中加入AlO2― ＋ 现象：起先生成的白色沉淀振荡后消逝，随后生成的白色沉淀不溶解 方程式：AlO2―＋4H==Al3+2H2O ＋＋3AlO2―+Al3+6H2O==4Al(OH)3 ↓ ＋图像： 例1、有肯定质量的Mg、Al 合金投入100 mL肯定物质的量浓度的盐酸溶液中，合金全部溶液，向所得溶液中滴加5 mol/L NaOH溶液到过量，生成沉淀的质量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示，求(1) 原合金中Mg、Al的质量各是多少？(2) HCl的浓度是多少？ 解：(1) 设 原合金中Mg的质量为X，Al的质量为y Mg -----Mg(OH)2 Al-----Al(OH)3 24 58 27 78 x 11.6 y 19.4-11.6==7.8 x=4.8 g y == 2.7 g (2) 当沉淀达到最大值时，则n(HCl)==n(NaOH) 则 c(HCl)== 5*160/100= 8 mol/L 1、0.1molAl2（SO4）3跟2mol/L NaOH溶液350mL混合，所得沉淀的质量为( ) A.78g B.15.6g C.7.8g 3、铁的转化关系 （1）铁三角应用 例1、在FeCl3、CuCl2和HCl的混合液中加入Fe粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能 被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是( ) A、Cu2 B、Fe3 C、Fe2 D、H ＋＋＋＋(2) 铁与稀HNO3 反应规律 当稀HNO3过量时，Fe+4HNO3==Fe(NO3)3+NO↑+H2O 若铁过量，则在上述反应基础上，接着反应， Fe+2Fe(NO3)3==3Fe(NO3)2 当铁粉过量时，3Fe+8HNO3==3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O 依据Fe与HNO3的物质的量的改变，可分为以下三种状况： n(Fe) ≦ 1/4时，产物为Fe(NO3)3 n(HNO3) ≧ 3/8时，产物为Fe(NO3)2 若1/4≦ n(Fe)≦ 3/8时，产物为Fe(NO3)3与Fe(NO3)2 的混合物 n(HNO3)＋＋但须要留意的是，无论Fe过量与否，被还原的HNO3占总消耗的HNO3的1/4 1、已知有关物质及离子的氧化性依次为：浓硫酸＞Ｆｅ3＞Ｈ。现将30ｇ铁粉（过量）与44．0ｍＬ浓硫酸在加热条件下充分反应，共收集到11．2Ｌ（标准状况）气体，其质量为19．6ｇ。试计算： 1）浓硫酸的物质的量浓度； （2）反应后剩余铁粉的质量。 解：设参与反应的铁粉的物质的量为ｘ，由题意知，混合气体的成分应为ＳＯ2、Ｈ2的混合气，物质的量总和为11．2Ｌ／22．4Ｌ·ｍｏｌ－1＝0．5ｍｏｌ，则混合气体的平均摩尔质量为： 19．6ｇ÷0．5ｍｏｌ＝39．2ｇ·ｍｏｌ－1 所以，混合气体中的ＳＯ2、Ｈ2体积比（即物质的量之比）为：37．2∶24．8＝3∶2，即生成的ＳＯ2、Ｈ2的物质的量分别为0．3ｍｏｌ和0．2ｍｏｌ。 Ｆｅ－2ｅ－——→Ｆｅ2＋ Ｈ2ＳＯ4＋2ｅ－——→ＳＯ2 2Ｈ＋＋2ｅ－——→Ｈ2 依据电子守恒原理可得： 2ｘ＝0．3ｍｏｌ×2＋0．2ｍｏｌ×2＝1．0ｍｏｌ 解得：ｘ＝0．5ｍｏｌ 实际参与反应的铁粉质量为0．5ｍｏｌ×56ｇ·ｍｏｌ－1＝28ｇ，由质量守恒原理知剩余铁粉质量为30ｇ－28ｇ＝2ｇ。 ［总结］涉及铁元素及其化合物的计算题许多，解这类题时，建议解题者首先考虑“守恒”原理的应用，具备“守恒意识”是快速精确解答此类题的关键，因为大部分状况下，发生在溶液中的反应均具备上述诸种守恒关系。
