高中化学 金属专题
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金属专题一——金属总论、典型的金属 1．金属总论
1．金属元素在周期表中的位置及原子结构的特征
(1)金属元素分布在周期表的左下方，目前己知的112种元素中，共有90种金属元素。
(2)金属元素原子最外层电子数比同周期非金属元素原子最外层电子数少，一般小于4(Ge、Sn、Pb＝4，Sb、Bi＝5，Po＝6)。
(3)金属元素原子半径比同周期非金属原子半径大(稀有气体元素除外)。
(4)金属原子的结构特点决定了金属原子易失电子显还原性。
(5)金属元素形成的金属单质固态时全是金属晶体。
2．金属的分类
(1)按常见价态
(2)冶金工业上
(3)按密度分
(4)按存在丰度分
3．金属的物理性质
(1)通性
①状态：通常情况下，除Hg外其他金属都是固态。
②金属光泽：多数金属具有光泽。但除Mg、Al、Cu、Au在粉末状态有光泽外，其他金属在块状时才表现出来。
③易导电、导热：由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热。
④延展性：可以压成薄片，也可以抽成细丝。
⑤熔点及硬度：由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。
(2)特性 2
①颜色：绝大多数金属都是银白色，有少数金属具有其他颜色，如：Au为金黄色，Cu为紫红色，Cs为银白色略带金色。
②密度：与原子半径、相对原子质量、晶体质点排列的紧密程度有关。密度最大的金属为锇(Os 22.57g·cm-3)、铂(Pt
21.45g·cm-3)，密度最小的金属为锂(Li 0.534g·cm-3)。
③熔点：最高的为钨(W 3413℃)，最低的为汞(Hg－39℃)。
④硬度：最硬的金属为铬(硬度为9)，最软的金属为钾(K)、钠(Na)、铯(Cs)等，可用小刀切割。
⑤导电性：导电性能强的金属为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)等。导电性能较差的金属为汞(Hg)。
⑥延展性：延性最好的是铂(Pt)，展性最好的为金(Au)。
4．合金
(1)合金：两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。属于混合物。
(2)特点：一般说熔点比其各成分金属的都低；强度、硬度比成分金属大；有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)；导电性比成分金属差……
(3)常见合金：铝硅合金、硬铝、镁合金、钾钠合金、炼钢生铁、铸造生铁、球墨铸铁、合金生铁、碳素钢(高、中、低)、合金钢、硅钢(含Si 14％、15％)等。
5．金属的化学性质
(1)与非金属单质作用(举例说明)
(2)与H2O作用(举例说明)
(3)与酸作用(分别举例说明与一般酸和强氧化性酸的反应)
(4)与碱作用(仅Al、Zn与碱溶液作用，写出化学方程式和离子方程式)
(5)与盐作用(举例说明)
(6)与某些氧化物作用(举例说明)
6．金属单质与酸反应的定量规律和思维方法
(1)定量规律
①金属与酸反应失去电子的物质的量＝产生氢原子的物质的量。
②不同金属与酸反应时，当参加反应的金属与产生氢气的质量差相等时，则反应后两溶液质量增加相等。
③相同物质的量的金属与足量的酸反应产生氢气的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价之比。
④相同质量的金属与足量酸反应产生氢气的量之比等于其金属失去电子时质量的倒数比。
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⑤若产生相同量的氢气，所需金属的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价的倒数比。
⑥若产生相同量的氢气，所需金属的质量比等于失去1mol电子时金属的质量比。
(2)思维方法
①研讨有关反应关系及实质。
②弄清各起始量的定量关系及过量情况。
③考虑差量(质量)的关系。如气体生成量、溶液质量、体系增加量(加入质量与逸出气体质量的差值)等。
④扣准问题设问角度。如天平平衡、质量守恒、气体等量、加入金属(或其他)的量、讨论等。
⑤综合分析求解。
7．金属腐蚀(Fe为例)
(1)金属腐蚀的本质是金属单质失去电子而被氧化的过程：M－ne－→Mn+
(2)金属腐蚀
8．金属冶炼
(1)冶炼是腐蚀的反过程，即氧化态金属还原为单质态的过程：Mn+＋n→M
冶炼由难到易。
(2)金属冶炼的方法
根据金属离子得电子能力不同而采用不同的方法。
①电解法：(熔融)：活泼金属(K～Al)的冶炼常采用电解它的熔盐或氧化物的方法。
②还原剂法(高温)：金属活动性顺序表中Zn～Cu之间的金属冶炼常采用此法。常用的还原剂有H2(CuO→Cu)、C(ZnO→Zn)、Na(TiCl4→Ti)、Al(Cr2O3→Cr)、CO(Fe2O3→Fe)等。
③加热法：用于冶炼不活泼金属Hg、Ag
2HgO2Hg＋O2↑，HgS＋O2Hg＋SO2，Ag2S＋O22Ag＋SO2
④湿法：Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu↓
⑤物理法：Au、Pt在自然界中主要以游离态存在，利用密度。 4
9．金属的焰色反应
(1)产生焰色的原因：当原子被火焰、电弧、电火花或其他方法产生的能量所激发时，能够发射出一系列具有一定波长的光谱线。当原子核外的电子从火焰、电弧、电火花吸收一定的能量，被激发到一定能级，这样的电子就处于激发态。激发态的电子回到基态的时候，就会放出具有一定能量、一定波长的光谱线。由火焰激发后而发射出的光谱就是焰色光谱，由电弧激发射出的光谱就是电弧光谱，由电火花激发后而发射出的光谱就是电火花光谱。这三种光谱的强度虽有所不同，但从任一种元素的原子发射出的光谱都有某些共同的谱线。从焰色反应的实验里所看到的各元素的特殊焰色。就是光谱谱线的颜色。
(2)每一种元素的光谱都有一些特征谱线。如果在光谱中出现某一种元素的特征光谱线，就可以断定该种元素的存在。
(3)焰色反应的操作方法：取铂丝或无锈铁丝在盐酸中洗一下，放在酒精灯上灼烧至与酒精灯火焰颜色相同，冷却后，沾取待测物(固体粉末或溶液均可)，放在酒精灯上灼烧，观察火焰颜色，必要时要透过蓝色的钴玻璃(检验钾元素)。
10．金属活动性和金属性的比较
(1)金属活动性是指金属单质在水中生成水合离子倾向的大小。这种倾向的大小，不仅与金属本身的性质有关，还与它所处的环境--水有关。
(2)金属性是指金属元素的气态原子失去电子变成阳离子倾向的大小。这种倾向的大小与原子结构密切相关。一般说来，金属元素原子的电子层数越多，原子半径越大，最外层电子数越少，原子变为阳离子的倾向就越大，金属性就越强。否则，金属性就越弱。
(3)一般条件下，金属活动性强的元素，金属性越强。但是有时金属活动性强的元素，不一定金属性也强。例如在金属活动顺序表中，虽然钙排在钠的前面，但钙的金属性却弱于钠。
11．金属之最
(1)在生活、生产中使用最广泛的金属是铁，但一般不使用纯铁，而使用铁的合金。如熟铁(含C在0.03％以下的铁碳合金)。
(2)地壳中含量最多的金属元素为铝，铝单质广泛应用于日常生活中。
(3)最活泼的金属为铯，因为铯原子的半径最大，最外层只有一个电子，易失去电子，金属性最强。
(4)最硬的金属单质为铬，硬度为9。
(5)熔点最高的金属单质是钨，熔点为3413℃。
(6)熔点最低的金属单质是汞，熔点为－39℃。
(7)密度最大的金属单质是锇，密度为22.57g/cm3。
(8)延性最好的金属单质是铂，展性最好的金属单质是金。
(9)金属中的杀菌冠军是银，每升水中只要有一千亿分之一二克的Ag+，就能消灭细菌。
(10)最稳定的金属是金。 5
2．典型的金属——钠
[考点扫描]
1．碱金属的原子结构与性质的相互关系及递变规律。
2．焰色反应及其应用。
3．钠的性质、存在、保存、取用、用途。
4．Na2O、Na2O2的性质。
5．Na2CO3、NaHCO3的性质、转化、鉴别。
6．NaOH的性质。
[知识指津]
1．碱金属元素：碱金属元素钠的原子最外层电子数都是1个，在反应中很易失去，表现出很强的还原性；其单质都有银白色的金属光泽(铯略带金色)，质软，密度小，熔点低，有强的导热、导电性能，有展性；单质的化学性质比较活泼，都能与O2等非金属、水、稀酸溶液等反应；它们最高价的氢氧化物都是强碱。随着Li、Na、K、Rb、Cs核电荷数递增，核外电子层数增多，原子半径逐渐增大，金属性逐渐增强；单质的熔、沸点逐渐降低(与卤族、氧族单质相反)，密度呈增大趋势；单质与水反应越来越剧烈，与O2反应时，Li只能生成Li2O，Na与O2反应常温时生成Na2O，燃烧时生成Na2O2，而K与O2反应，常温时生成K2O2，燃烧生成KO2(超氧化钾)；它们对应的氢氧化物的碱性逐渐增强。
2．焰色反应：多种金属或它们的化合物在燃烧时使火焰呈特殊的颜色，叫做焰色反应。利用焰色反应，可以测定金属或金属离子的存在，焰色反应其过程是物理过程。其操作过程可简单小结为：洗一烧一蘸一烧。常见金属的焰色：钠呈黄色，钾呈紫色(透过蓝色钴玻璃)。
3．钠：钠元素的存在形态只有化合态；钠原子最外层只有一个电子，金属性非常强；其物理性质是：银白色金属，质软，密度比水小，熔、沸点低，是电和热的良导体；其化学性质非常活泼，常温时与O2反应，生成一层化合物(白色的Na2O)，从而使表面变暗，在空气中燃烧，生成淡黄色的Na2O2，还能与卤素单质X2、硫S等非金属反应，与滴有酚酞的水反应现象可小结为：浮、熔、游、嘶、红；钠保存于煤油中；常用电解法制备钠。
4．Na2O与Na2O2的比较
Na2O Na2O2
颜色、状态 白色固体 淡黄色固体
属 类 碱性氧化物 过氧化物
电子式
Na+[]2-Na+ Na+[]2-Na+
与水反应 Na2O＋H2O＝2NaOH 2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2
与二氧化碳反应 Na2O＋CO2＝Na2CO3 2Na2O2＋2CO2＝2Na2CO3＋O2
稳定性 不稳定，与O2反应2Na2O＋O2＝2Na2O2 相对稳定
特 性 强氧化性、漂白性
