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常见金属单质与其化合物

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常见金属单质及其化合物 金属单质及其化合物 金属单质与其化合物 金属单质及其化合物金属单质及其化合物 单质及其化合物 常见金属单质
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第七章第七章 常见金属单质及其化合物常见金属单质及其化合物 第一节金属单质 1 金属的氧化物与氢氧化物 2 重要金属离子的检验 3 第四节 重要的盐 4 第五节 重金属污染及防治 5 第六节 用途广泛的金属材料 6 第一节第一节 金属单质金属单质 三 铁(Fe) 一 钠(Na) 二 铝(Al) • 在常温下,除汞是液体外,其余金属都是固体。 • 除金、铜、铋等少数金属具有特殊的颜色外,大多 数金属呈银白色。 • 金属都是不透明的,整块金属具有金属光泽,但当 金属处于粉末状态时,常显不同的颜色。 • 金属的密度、硬度、熔点等性质的差别很大。 •大多数金属有延展性,可以被抽成丝或压成薄片, 还可以锻造、冲压、轧制成各种不同的形状。 •金属一般都是电和热的良导体。 一、钠一、钠 1.物理性质 钠是银白色的金属,切面有金属光泽, 但在空气中迅速变暗,这是因为金属表面生 成一层氧化物的缘故。 钠有良好的导电性、导热性和延展性, 硬度为0.5,密度为0.971 g/cm3,熔点为97.81 ℃,能在常温下形成液体合金。 一、钠一、钠 2.化学性质 钠的化学性质非常活泼,能跟许多非金属、水 、酸等反应,是一种很强的还原剂。 (1)钠与氧的反应。钠的切面变暗,这是因为钠 在常温下可被氧化为氧化物。钠的氧化物有氧化钠 和过氧化钠,氧化钠很不稳定,可以继续在空气中 发生变化。 一、钠一、钠 钠可在空气中燃烧,在纯氧中燃烧更剧 烈,生成黄色的过氧化钠。 一、钠一、钠 (2)钠与其他非金属的反应。常温下,钠 能与卤素、硫、磷等非金属单质直接化合, 生成离子化合物,反应剧烈,在加热时甚至 发生爆炸 。 一、钠一、钠 (3)钠与水的反应。钠遇水剧烈反应,产 生大量的热,使钠熔化成小球在水面上游动 ,溶液由无色变成红色。 二、铝二、铝 1.物理性质 •铝在自然界以化合态的形式存在。 •主要的铝矿石有矾土(Al2O3·3H2O)、冰晶 石(Na3AlF6)、明矾石 [KAl(SO4)2·Al2O3·3H2O]等。 •在地壳中,铝的含量居第三位,仅次于氧和 硅。 二、铝二、铝 •铝是银白色的轻金属,密度为2.7 g/cm3,熔点为 660℃。延展性好,可以抽成细丝,制成带材和箔 材。铝的导电、导热性强,在工业上常用做导线、 热交换器等。 •铝在粉末状态仍能保持原有金属光泽,并有一定 的耐腐蚀能力,因而可用铝粉与某些涂料混合制成 银白色的防锈涂料。 •铝还可以跟许多元素形成合金,因铝合金质轻而 坚韧,它们在汽车、飞机、火箭等制造业以及日常 生活中具有广泛的用途。 二、铝二、铝 2.化学性质 •铝的最外电子层上有3个电子,在化学反应 中很容易失去电子而形成+3价的阳离子,因 此,铝具有较强的还原性。在化学反应中, 常用做还原剂。 二、铝二、铝 (1)与非金属反应。在常温下,铝能够与空气中 的氧气反应,生成一层致密而坚固的氧化铝薄膜。 实验:用坩埚钳夹一条铝箔,在酒精灯上点燃 后立刻伸入盛有氧气的集气瓶中, 可以看到,铝箔在氧气中能剧烈燃烧,发出耀 眼的白光,并冒白烟。铝的这种性质在军事上常用 做照明弹和燃烧弹的原料。 二、铝二、铝 (2)与金属氧化物的反应。铝不但能跟空气中的 氧气起反应,而且还能夺取某些金属氧化物中的氧 ,把金属还原出来。通常把用铝从金属氧化物中置 换金属的方法称为铝热法。工业上常用铝热法冶炼 难熔的金属、焊接钢轨等。 二、铝二、铝 (3)与酸的反应。铝可以和盐酸或稀硫酸进行 剧烈的反应。 (4)与碱的反应。铝可以跟强碱溶液反应,生 成偏铝酸盐和氢气。 三、铁三、铁 1.物理性质 纯铁具有银白色的金属光泽,密度为 7.86g/cm3,熔点为1535℃,有良好的导电性 、导热性和延展性。还能被磁铁吸引,具有 铁磁性,是制造电机必不可少的材料。 三、铁三、铁 2.化学性质 铁原子的最外电子层上有2个电子,在化 学反应中容易失去而成为+2价的阳离子。 铁在化学反应中还能再失去次外层上的 一个电子而成为+3价的阳离子。所以,铁在 化合物中通常都显+2价和+3价。 三、铁三、铁 (1)与非金属的反应。在常温下,铁在干燥的空 气里与氧、硫、氯等典型的非金属不起显著的反应 ,因此,工业上可用钢瓶储存干燥的氯气和氧气。 但在高温下,铁能和氧、硫、氯等非金属反应。 三、铁三、铁 (2)与水的反应。红热的铁跟水蒸气起反应,生 成四氧化三铁和氢气。 在常温下,铁与水不起反应,但在潮湿空气中 ,铁在水、氧气、二氧化碳等的共同作用下,易发 生电化学腐蚀而生锈,铁锈的主要成分是Fe2O3。 三、铁三、铁 (3)与酸的反应。铁能与稀酸发生置换反应: (4)与盐溶液的反应。铁也能与某些盐溶液发 生置换反应,置换出较不活泼的金属。 第二节第二节 金属的氧化物和氢氧化物金属的氧化物和氢氧化物 二 铁的 重要化合物 一 铝的 重要化合物 1.氧化铝 氧化铝(Al2O3)是一种白色粉末,熔点为 2 050℃,不溶于水。天然产的无色氧化铝 晶体称为刚玉,其硬度仅次于金刚石;它 耐高温,是一种比较好的耐火材料,常被 用来制成砂轮、研磨纸或研磨石等。 一、铝的重要化合物一、铝的重要化合物 通常所说的蓝宝石和红宝石就是混有 少量不同氧化物杂质的刚玉,它们不但可 用做装饰品,而且还可用做精密仪器和手 表的轴承。 人工高温烧结的氧化铝称为人造刚玉。 一、铝的重要化合物一、铝的重要化合物 氧化铝不溶于水,但新制的氧化铝能与 酸或碱反应,生成盐和水。因此, Al2O3是 两性氧化物。 一、铝的重要化合物一、铝的重要化合物 2.氢氧化铝 氢氧化铝[A1(OH)3]是一种白色难溶的 胶状物质,能凝聚水中的悬浮物,又有吸 附色素的性能。 氢氧化铝凝胶在医药上也是一种良好 的抗酸药,可用于治疗消化性溃疡病。 一、铝的重要化合物一、铝的重要化合物 在实验室里,通常用铝盐溶液跟氨水反 应制取Al(OH)3。 Al(OH)3是两性氢氧化物,既能与酸起反 应,又能与强碱溶液起反应。 一、铝的重要化合物一、铝的重要化合物 Al(OH)3是医用的胃酸中和剂中的一种, 它的碱性不强,不至于对胃壁产生强烈的刺 激或腐蚀作用,但却可以与酸反应,使胃液 酸度降低,起到中和过多胃酸的作用。 加热时,Al(OH)3分解为氧化铝和水。 一、铝的重要化合物一、铝的重要化合物 1.氧化物 • 铁元素可以形成3种氧化物:氧化亚铁(FeO)、氧 化铁(Fe2O3)和四氧化三铁(Fe3O4)。 •FeO是一种黑色粉末,它不稳定,在空气里受热, 就迅速被氧化成Fe3O4。 • Fe3O4是一种复杂的化合物,它是具有磁性的黑色 晶体,俗称磁性氧化铁。 • Fe2O3是一种红棕色粉末,俗称铁红,常用做红色 油漆和涂料。赤铁矿(主要成分Fe2O3)是炼铁原料。 二、铁的重要化合物二、铁的重要化合物 铁的氧化物都不溶于水,也不与水起反 应。FeO和Fe2O3是碱性氧化物,它们都能与 酸起反应,分别生成亚铁盐和铁盐。 二、铁的重要化合物二、铁的重要化合物 2.氢氧化物 铁的氢氧化物有氢氧化亚铁[Fe(OH)2]和氢氧化 铁[Fe(OH)3]两种,这两种氢氧化物都可用相应的可 溶性铁盐和碱溶液起反应制得。 Fe(OH)2是白色絮状沉淀,在空气中不稳定, 能氧化成红褐色的Fe(OH)3。在氧化过程中,颜色 由白色变成灰绿色,最终变为红褐色。 二、铁的重要化合物二、铁的重要化合物 Fe(OH)2和Fe(OH)3都是不溶性碱,它们 能与酸反应,分别生成亚铁盐和铁盐。 Fe(OH)3受热不稳定,易分解。 二、铁的重要化合物二、铁的重要化合物 第三节第三节 重要金属离子的检验重要金属离子的检验 一 焰色反应 二 Fe3+的 检验 一、焰色反应一、焰色反应 很多金属及其化合物在无色火焰上灼烧 时会产生特殊的颜色,这种现象称为焰色反 应。表7-2是碱金属及其盐的焰色反应现象。 一、焰色反应一、焰色反应 • 烟花制造的原理就是将不同金属的硝酸盐 混入火药中,爆轰过程中发生焰色反应,就 可以看到了缤纷的色彩。 • 利用焰色反应产生的特殊颜色,除了可以 制造焰火以外,还可以检验金属或金属离子 的存在。 二、二、FeFe3+ 3+的检验 的检验 1. FeFe3+ 3+与KSCN溶液反应 在两支试管中分别注入2 mL FeCl3溶液和FeCl2 溶液,再分别滴入几滴硫氰化钾(KSCN)溶液。 可以看到,Fe3+遇到KSCN溶液变成红色,利用 这一反应可以检验Fe3+的存在。 二、二、FeFe3+ 3+的检验 的检验 2. FeFe3+ 3+与NaOH溶液反应 在两支试管中分别注入2 mL FeCl3溶液和FeCl2 溶液,再分别注入2 mL NaOH溶液, 可以看到,Fe3+与NaOH溶液反应产生红褐色沉 淀,Fe2+与NaOH溶液反应产生白色沉淀,利用这 一反应也可以检验Fe3+的存在。 第四节第四节 重要的盐重要的盐 三 漂白粉 一 碳酸盐和 碳酸氢钠 二 铁盐和 亚铁盐 四 铵盐 碳酸钠(Na2CO3)俗名纯碱或苏打,是白 色粉末。含结晶水的碳酸钠(Na2CO3·10H2O) 为白色晶体,在空气中很容易风化而变成白 色粉末。 碳酸氢钠(NaHCO3)俗称小苏打,是 细小的白色晶体。 一、碳酸盐和碳酸氢钠一、碳酸盐和碳酸氢钠 • Na2CO3比NaHCO3更易溶于水,它们的水 溶液都因水解而呈碱性。 • Na2CO3和NaHCO3都能与HCl溶液反应放 出CO2。 NaHCO3与HCl溶液的反应比 Na2CO3与HCl溶液的反应要剧烈。 一、碳酸盐和碳酸氢钠一、碳酸盐和碳酸氢钠 Na2CO3很稳定,而NaHCO3不稳定,受 热易分解。 利用这个反应可区别Na2CO3和NaHCO3 。 一、碳酸盐和碳酸氢钠一、碳酸盐和碳酸氢钠 1. 硫酸亚铁 硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)含有7分子结 晶水,是淡绿色晶体,又称绿矾,易溶于水 。绿矾在潮湿的空气中能逐渐被氧化而变成 黄棕色的碱式硫酸铁,因此绿矾须保存在密 闭容器内。 二、铁盐和亚铁盐二、铁盐和亚铁盐 绿矾在农业上用做杀菌剂,它也是一种 微量元素肥料,可防治小麦黑穗病和条纹病 等,植物缺铁时叶子发黄。 在医药上可作内服药用于治疗缺铁性贫 血,工业上用于制造蓝黑墨水和媒染剂,也 可用于木材的防腐。 二、铁盐和亚铁盐二、铁盐和亚铁盐 2. 氯化铁 氯化铁(FeCl3)是棕黄色固体,吸湿性很 强,易溶于水。在水溶液中易水解而生成红 褐色沉淀。 氯化铁在医药上用做止血剂。 二、铁盐和亚铁盐二、铁盐和亚铁盐 +2价铁的化合物,在较强氧化剂的作用下,会 氧化成+3价铁的化合物。例如,氯化亚铁溶液遇到 氯水时生成氯化铁: +3价铁的化合物,在还原剂的作用下,会被还 原成+2价铁的化合物。例如,氯化铁溶液中加入铁 粉时,生成氯化亚铁: 二、铁盐和亚铁盐二、铁盐和亚铁盐 漂白粉是一种常见的白色粉状的消毒剂 、杀菌剂,广泛用于杀菌、消毒、食品防腐 保鲜以及各种纺织品印染漂白等。 漂白粉是混合物,它的有效成分是次氯 酸钙Ca(ClO)2。漂白粉往往含有Ca(OH)2, CaCl2,Ca(ClO2)2和Cl2等杂质。 三、漂白粉三、漂白粉 次氯酸钙与稀酸或空气里的二氧化碳和 水蒸气反应生成具有强氧化性的次氯酸,起 到漂白和杀菌作用。 三、漂白粉三、漂白粉 工业上使用漂白粉时要加入少量弱酸, 如醋酸等,或加入少量的稀盐酸。家庭使用 漂白粉不必加酸,因为空气里的二氧化碳溶 在水里也起弱酸的作用。 漂白粉应储存于阴凉、通风的库房。远 离火种、热源。库温不超过30℃,相对湿度 不超过80%。包装要求密封,不可与空气接触 。 三、漂白粉三、漂白粉 • 氨与酸反应的生成物都是由铵离子和酸根离子构 成的离子化合物,这类化合物称为铵盐。 • 常见的铵盐有氯化铵(NH4Cl),硫酸铵[ (NH4)2SO4],硫酸氢铵(NH4HSO4),硝酸铵 (NH4NO3),碳酸铵((NH4)2CO3),碳酸氢铵 (NH4HCO3),氟化铵(NH4F),碘化铵(NH4I),溴化铵 (NH4Br)等。 • 铵盐是离子型化合物,都是白色晶体,易溶于水 ,溶水时吸热。 四、铵盐四、铵盐 1.铵盐的不稳定性 (1)挥发性酸形成的铵盐分解后生成氨气和相应的酸 ; (2)不稳定的酸形成的铵盐分解后生成氨气与酸的分 解产物; 四、铵盐四、铵盐 (3)氧化性的酸形成的铵盐分解后生成物有多 种情况,要依据反应的条件不同而变化; (4)稳定的酸形成的铵盐一般不易分解; 四、铵盐四、铵盐 2.铵盐与碱反应 (1)两种溶液反应生成NH3·H2O; (2)两种溶液在加热条件下反应生成NH3。 四、铵盐四、铵盐 重金属一般以天然浓度广泛存在于自然 界中,但由于人类对重金属的开采、冶炼、 加工及商业制造活动日益增多,造成不少重 金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土 壤中,引起严重的环境污染。 第五节第五节 重金属污染及防治重金属污染及防治 重金属污染指由重金属或其化合物造成 的环境污染,主要由采矿、废气排放、污水 灌溉和使用重金属制品等人为因素所致,其 危害程度取决于重金属在环境、食品和生物 体中存在的浓度和化学形态。 重金属污染主要表现在水污染中,还有 一部分是在大气和固体废物中。 第五节第五节 重金属污染及防治重金属污染及防治 第六节第六节 用途广泛的金属材料用途广泛的金属材料 三 铜合金 一 钢铁 二 铝合金 四 锌合金 合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金 属经一定方法所合成的具有金属特性的物质,一般 通过熔合成均匀液体和凝固而得。 钢铁是铁与C,Si,Mn,P,S以及少量的其他 元素所组成的合金。其中除Fe外,C的含量对钢铁 的机械性能起着主要作用,故统称为铁碳合金。 一、钢铁一、钢铁 • 按含碳量不同,铁碳合金分为钢和生铁两大类, 其中,钢是含碳量为0.03%~2%的铁碳合金。 • 碳钢是最常用的普通钢,按含碳量不同,碳钢又 分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。 • 合金钢又叫特种钢,是在碳钢的基础上加入一种 或多种合金元素,使钢的组织结构和性能发生变化 ,从而具有一些特殊性能,如高硬度、高耐磨性、 高韧性、耐腐蚀性等。经常加入钢中的合金元素有 Si,W,Mn,Cr,Ni,Mo,V,Ti等。 一、钢铁一、钢铁 含碳量为2%~4.3%的铁碳合金称为生铁 。生铁硬而脆,但耐压耐磨。 根据生铁中碳存在的形态不同又可分为 白口铁、灰口铁和球墨铸铁。 一、钢铁一、钢铁 • 白口铁中碳以Fe3C形态分布,断口呈银白色,质 硬而脆,不能进行机械加工,是炼钢的原料,故又 称炼钢生铁。 •碳以片状石墨形态分布的称为灰口铁,断口呈银灰 色,易切削,易铸,耐磨。 •若碳以球状石墨分布则称为球墨铸铁,其机械性能 、加工性能接近于钢。 一、钢铁一、钢铁 纯铝的强度低,只有通过合金化才能得 到可作结构材料使用的各种铝合金 铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝 中加入Mn,Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具 有很好的耐蚀性、良好的塑性和较高的强度 ,称为防锈铝合金,用于制造油箱、容器、 管道、铆钉等。 二、铝合金二、铝合金 •新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度 比普通硬铝减小15%,且能挤压成形,可用做摩托 车骨架和轮圈等构件。 •Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动 器材。 •目前,高强度铝合金广泛应用于制造飞机、舰艇和 载重汽车等,可增加它们的载重量以及提高运行速 度,并具有抗海水侵蚀,避磁性等特点。 二、铝合金二、铝合金 纯铜呈紫红色,故又称紫铜,有极好的 导热、导电性,其导电性仅次于银而居金属 的第二位。铜具有优良的化学稳定性和耐蚀 性能,是优良的电工材料。 工业中广泛使用的铜合金有黄铜、青铜和 白铜等。 三、铜合金三、铜合金 • Cu与Zn的合金称黄铜,其中Cu占60%~90%、 Zn占40%~10%,有优良的导热性和耐腐蚀性,可 用做各种仪器零件。 • 青铜是人类使用历史最久的金属材料,它是Cu, Sn合金。锡的加入明显地提高了铜的强度,并使其 塑性得到改善,抗腐蚀性增强,因此锡青铜常用于 制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀配件。 • 白铜是Cu-Ni合金,有优异的耐蚀性和高的电阻, 故可用做苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的 材料。 三、铜合金三、铜合金 锌合金是以锌为基础加入其他元素组成的 合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、 铅、钛等。 锌合金按加工工艺可分为形变与铸造锌 合金两类。其中,铸造锌合金的流动性和耐 腐蚀性较好,适用于压铸仪表,汽车零件外 壳等。 四、锌合金四、锌合金
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