第三章金属及其化合物
第一节金属的化学性质
一、钠及其化合物
（一）钠 Na
1、单质钠的物理性质：钠质软、银白色、熔点低、密度比水的小但比煤油的大。
2、单质钠的化学性质：
①钠与O2反应
常温下：4Na + O2＝2Na2O （新切开的钠放在空气中容易变暗）
加热时：2Na + O2＝＝Na2O2（钠先熔化后燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体Na2O2。）
钠在空气中的变化过程：Na―→Na2O―→NaOH―→Na2CO3·10H2O（结晶）―→Na2CO3（风化），最终得到是一种白色粉末。一小块钠置露在空气中的现象：银白色的钠很快变暗（生成Na2O），跟着变成白色固体(NaOH)，然后在固体表面出现小液滴（NaOH易潮解），最终变成白色粉未（最终产物是Na2CO3）。
②钠与H2O反应
2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑离子方程式：2Na＋＋2H2O＝2Na＋＋2OH－＋H2↑（注意配平）
实验现象：钠浮在水面上，熔成小球，在水面上游动，有哧哧的声音，最后消失，在反应后的溶液中滴加酚酞，溶液变红。“浮——钠密度比水小；游——生成氢气；响——反应剧烈；熔——钠熔点低；红——生成的NaOH遇酚酞变红”。
③钠与盐溶液反应
如钠与CuSO4溶液反应，应该先是钠与H2O反应生成NaOH与H2，再和CuSO4溶液反应，有关化学方程式：2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑CuSO4＋2NaOH＝Cu(OH)2↓＋Na2SO4
总的方程式：2Na＋2H2O＋CuSO4＝Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑
实验现象：钠熔成小球，在液面上四处游动，有蓝色沉淀生成，有气泡放出
K、Ca、Na三种单质与盐溶液反应时，先与水反应生成相应的碱，碱再和盐溶液反应④钠与酸反应：2Na＋2HCl＝2NaCl＋H2↑（反应剧烈）离子方程式：2Na＋2H＋＝2Na＋＋
H 2↑
3、钠的存在：以化合态存在。
4、钠的保存：保存在煤油或石蜡中。
5、工业制钠：电解熔融的NaCl ：2NaCl(熔融
) 2Na + Cl 2↑
6、钠的用途：① 在熔融的条件下钠可以制取一些金属，如钛、锆、铌、钽等；
② 钠钾合金是快中子反应堆的热交换剂；
③ 钠蒸气可作高压钠灯，发出黄光，射程远，透雾能力强。
(二)氧化钠和过氧化钠
1、Na 2O Na 2O + H 2O == 2NaOH,
Na 2O + CO 2 == Na 2CO 3,
Na 2O + 2HCl == 2NaCl + H 2O .
另外：加热时，2Na 2O + O 2 == 2Na 2O 2
2、Na 2O 2：淡黄色固体是复杂氧化物，易与水和二氧化碳反应。
2Na 2O 2 + 2H 2O == 4NaOH + O 2 ；2Na 2O 2 + 2CO 2 == 2Na 2CO 3 + O 2 （作供氧
剂）。
因此Na 2O 2常做生氧剂，同时，Na 2O 2还具有强氧化性，有漂白作用。如实验：Na 2O 2
和水反应后的溶液中滴加酚酞，变红后又褪色。 （三）钠盐：Na 2CO 3与NaHCO 3的性质比较 通电
白色固体，是碱性氧化物，具有碱性氧化物的通
★注意几个实验的问题：
1、向饱和的Na2CO3溶液中通足量的CO2有晶体NaHCO3析出。
2、Na2CO3溶液与稀HCl的反应①:向Na2CO3溶液中滴加稀HCl，先无气体，后有气体，
如果n(HCl)小于n(Na2CO3)时反应无气体放出。发生的反应：先Na2CO3 + HCl == NaCl + NaHCO3,
后NaHCO3 + HCl == NaCl + H2O +CO2↑
②向稀HCl中滴加Na2CO3溶液，先有气体，反应是：Na2CO3 + 2HCl == 2NaCl + H2O + CO2↑
如果用2mol的Na2CO3和2.4mol的稀HCl反应，采用①方法放出CO2是0.4mol；采用方法放出CO2为1.2mol。希望同学们在解题时要留意。
3、Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的鉴别：取两种试液少量，分别滴加CaCl2或BaCl2溶液，
有白色沉
淀的原取溶液为Na2CO3，另一无明显现象的原取溶液为NaHCO3
4、侯氏制碱法
反应式：NaCl + NH3 + CO2 + H2O == NaHCO3 + NH4Cl.
注意：在生产中应先在饱和的NaCl溶液中先通入NH3，后通入CO2，NaHCO3晶体析出过滤，在滤液中加入NaCl细末和通NH3析出NH4Cl晶体为副产品。NH4Cl晶体析出后的母液进行循环试用，提高原料的利用率。
（四）氢氧化钠NaOH：俗称烧碱、火碱、苛性钠，易潮解，有强腐蚀性，具有碱的通性。
二、铝及其化合物
（一）铝的性质
1、物理性质：银白色金属，质较软，但比镁要硬，熔点比镁高。有良好的导电、导热性和延展性。
2、化学性质：铝是较活泼的金属。
①通常与氧气易反应，生成致密的氧化物起保护作用。4Al + 3O2 == 2Al2O3。同时也
容易与Cl2、S等非金属单质反应。
②与酸反应：强氧化性酸，如浓硫酸和浓硝酸在常温下，使铝发生钝化现象；加热
时，能反应，但无氢气放出；非强氧化性酸反应时放出氢气。（ 2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑）
③与强碱溶液反应：2Al + 2NaOH + 2H2O == 2NaAlO2 + 3H2↑（ 2Al＋2OH－＋2H2O＝2AlO2－＋3H2↑）
④与某些盐溶液反应：如能置换出CuSO4、AgNO3等溶液中的金属。
⑤铝热反应：铝与某些金属氧化物的反应（如V、Cr、Mn、Fe的氧化物）叫做铝热反应
2Al + Fe2O3高温 Al2O3 + 2Fe。Al 和 Fe2O3的混合物叫做铝热剂。利用铝热反应焊接钢轨。
（二）氧化铝（Al2O3）
白色固体，熔点高（2054℃），沸点2980℃，常作为耐火材料；是两性氧化物。我们常见到的宝石的主要成分是氧化铝。有各种不同颜色的原因是在宝石中含有一些金属氧化物的表现。如红宝石因含有少量的铬元素而显红色，蓝宝石因含有少量的铁和钛元素而显蓝色。工业生产中的矿石刚玉主要成分是α－氧化铝，硬度仅次于金刚石，用途广泛。
两性氧化物：既能与强酸反应又能与强碱反应生成盐和水的氧化物。
Al2O3 + 6HCl == 2AlCl3 + 3H2O ,Al2O3 + 2NaOH == 2NaAlO2 + H2O 。
Al2O3是工业冶炼铝的原料，由于氧化铝的熔点高，电解时，难熔化，因此铝的冶炼直到1886年美国科学家霍尔发现在氧化铝中加入冰晶石(Na3AlF6 )，使氧化铝的熔点降至1000
通电
度左右，铝的冶炼才快速发展起来，铝及其合金才被广泛的应用。2Al2O3 4Al + 3O2↑。
（三）氢氧化铝（Al(OH)3）
白色难溶于水的胶状沉淀，是两性氢氧化物。加热易分解。
两性氢氧化物：既能与强酸又能与强碱反应生成盐和水的氢氧化物。
Al(OH)3 + 3HCl == AlCl3 + 3H2O, Al(OH)3 + NaOH == NaAlO2 + 2H2O．
2Al(OH)3 Al2O3 +3 H2O
（四）铝的冶炼
铝是地壳中含量最多的金属元素，自然界中主要是以氧化铝的形式存在。工业生产的流程：铝土矿（主要成分是氧化铝）→用氢氧化钠溶解过滤→向滤液中通入二氧化碳酸化，过滤→氢氧化铝→氧化铝→铝。
主要反应：Al2O3 + 2NaOH == 2NaAlO2 + H2O ，CO2 + 3H2O + 2NaAlO2 == 2Al(OH)3↓+
Na2CO3，2Al(OH)3△
Al2O3 +3 H2O ,2Al2O3
通电
4Al + 3O2↑。
（五）铝的用途：铝有良好的导电、导热性和延展性，主要用于导线、炊具等，铝的最大用途是制合金，铝合金强度高，密度小，易成型，有较好的耐腐蚀性。迅速风靡建筑业。也是飞机制造业的主要原料。
（六）明矾的净水：化学式：KAl(SO4)2·12H2O，它在水中能电离：KAl(SO4)2 == K+ + Al3+ + 2SO42-。铝离子与水反应，生成氢氧化铝胶体，具有很强的吸附能力，吸附水中的悬浮物，使之沉降已达净水目的。Al3+ + 3H2O == Al(OH)3 (胶体)+ 3H+。
知识整理：
①（Al(OH)3）的制备：在氯化铝溶液中加足量氨水。AlCl3 + 3NH3·H2O == Al(OH)3↓+ 3NH4Cl 。
②实验：A、向氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液，现象是先有沉淀，后溶解。
反应式：先Al3+ + 3OH- == Al(OH)3↓, 后Al3+ + 4OH- == AlO2- + 2H2O。
B、向氢氧化钠溶液中滴加氯化铝溶液，现象是开始无沉淀，后来有沉淀，且不溶解。
反应式：先Al3+ + 4OH- == AlO2- + 2H2O，后Al3+ + 3AlO2- + 6H2O == 4Al(OH)3↓。
③实验：向偏铝酸钠溶液中通二氧化碳，有沉淀出现。CO2 + 3H2O + 2NaAlO2 ==
2Al(OH)3↓+ Na2CO3。
④将氯化铝溶液和偏铝酸钠溶液混和有沉淀出现。 Al3+ + 3AlO2- + 6H2O == 4Al(OH)3↓。
△
⑤ 实验：A 、向偏铝酸钠溶液中滴加稀盐酸，先有沉定，后溶解。
反应的离子方程式：AlO 2- + H + + H 2O == Al(OH)3 ,Al(OH)3 + 3H + == Al 3+ + 2H 2O 。 B 、向稀盐酸中滴加偏铝酸钠溶液，先无沉淀，后有沉淀且不溶解。
反应的离子方程式：AlO 2- + 4H + == Al 3+ + 2H 2O ,3AlO 2- + Al 3+ + 6H 2O == 4Al(OH)3↓。 ⑥
三、铁及其化合物 （一）铁 Fe
1、单质铁的物理性质：铁片是银白色的，铁粉呈黑色，纯铁不易生锈，但生铁（含碳杂质的铁）在潮
湿的空气中易生锈。（原因：形成了铁碳原电池。铁锈的主要成分是Fe 2O 3）。 2、单质铁的化学性质：
① 与非金属单质反应：3Fe ＋2O 2 Fe 3O 4（现象：剧烈燃烧，火星四射，生成黑色的
固体）
2Fe + 3Cl 2 2FeCl 3,
Fe + S FeS 。
② 与非氧化性酸反应：Fe ＋2HCl ＝FeCl 2＋H 2↑ （ Fe ＋2H ＋＝Fe 2＋
＋H 2↑ ） 常温下铝、铁遇浓硫酸或浓硝酸钝化。加热能反应但无氢气放出。
③ 与盐溶液反应：Fe ＋CuSO 4＝FeSO 4＋Cu （ Fe ＋Cu 2＋
＝Fe 2＋
＋Cu ）；Fe +2 FeCl 3 == 3FeCl 2
④ 与水蒸气反应：3Fe + 4H 2O(g)
高温
Fe 3O 4 + 4H 2↑
（二） 铁的氢氧化物 △
点燃
点燃
（三）Fe 2+、Fe 3+的检验
（四）铁三角
S
、
I 2、
C
u 2+H +C l 2、B r 2
、H N O 3 H 2S O 4(浓)O 2、Cl 2、HNO 3、H 2SO 4(浓)、（其它如：Br 2、H 2O 2、MnO 4-）
Fe 、Cu 、H 2S 、S 2-、I -、
H 2、C O 、C
、
活泼金属H
2
、C O
、C 、
活泼金属Fe
Fe 3+
Fe 2+
Fe 与弱氧化剂反应，如H +、Cu 2+ 、I 2 、S 等；
用还原剂如H 2 、CO 等还原FeO 或用Mg 、Zn 、Al 等还原Fe 2+盐溶液。 铁与强氧化剂反应如Cl 2、Br 2、浓H 2SO 4 、浓HNO 3等。
用还原剂如H 2 、CO 等还原Fe 2O 3或用足量Mg 、Zn 、Al 等还原 Fe 2+遇强氧化剂的反应如Cl 2、Br 2、O 2、浓H 2SO 4、浓HNO 3、 H 2O 2、Na 2O 2、HClO 等。
Fe 3+遇某些还原剂的反应如Fe 、Cu 、SO 2、I -、H 2S 等以及少量的Zn 、Mg 、Al 等。
(2)Fe Fe2
+Fe+2Fe3
+==3Fe2+(3)Fe Fe3
+2Fe 3++3Zn==2Fe+3Zn 2+
(1) Fe2
+Fe 3+
2Fe3++2I -== 2Fe 2++I 22Fe 2++Cl 2 == 2Fe3
++2Cl -3Fe 2+ +4H ++NO 3-== 3Fe 3++NO + 2H 2O
2Fe3
+ + Fe == 3Fe 2+2Fe3
++Cu==2Fe 2++Cu 2+Fe+2H +==Fe2
++H 2Fe2
++Zn==Zn 2++Fe Fe + 4H ++NO 3–(稀）== Fe 3++ NO + 2H 2O 点燃
2Fe+3Cl 2===2FeCl 3
Fe+S == FeS
加热
（五）铁的冶炼
原料：铁矿石（提供铁元素）、焦炭（提供热量和还原剂）、空气（提供氧气）、石灰石（除去铁矿石中的二氧化硅杂质）。 设备：高炉。
主要反应：C + O 2 CO 2 ,，C + CO 2 2CO （这两个反应是制造还原剂并提供热量），
3CO + Fe 2O 3 2Fe ＋ 3CO 2 ，CaCO 3 CaO + CO 2↑ ，CaO + SiO 2 CaSiO 3. （六）焰色反应
1、定义：金属或它们的化合物在灼烧时使火焰呈现特殊颜色的性质。
2、操作步骤：铂丝（或铁丝）用盐酸浸洗后灼烧至无色，沾取试样（单质、化合物、气、液、固均可）在火焰上灼烧，观察颜色。
3、 重要元素的焰色：钠元素黄色、 钾元素紫色（透过蓝色的钴玻璃观察，以排除钠的焰
色的干扰）
焰色反应属物理变化。与元素存在状态（单质、化合物）、物质的聚集状态（气、液、固）等无关，只有少数金属元素有焰色反应。 （七）合金
1、合金的概念：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。
2、合金的特性：合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械的性能。
点燃
高温
高温
高温
高温
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大
②合金的熔点一般比它的各成分金属的低