金屬元素單質(zhì)的性質(zhì)和制法
教學(xué)目標
知識技能:根據(jù)金屬元素在周期表中的位置和原子結(jié)構(gòu)特征,歸納、整理金屬單質(zhì)的性質(zhì)和制法內(nèi)在規(guī)律。
能力培養(yǎng):通過分析和討論,培養(yǎng)學(xué)生對金屬單質(zhì)性質(zhì)和制法進行歸納重組,統(tǒng)攝整理和綜合演繹能力,并能做“意義記憶”和“邏輯記憶”的能力。
科學(xué)思想:通過對金屬活動性順序和原子結(jié)構(gòu)的理解,進行“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)與制法”的辯證唯物主義教育。
科學(xué)方法:通過問題的分析、討論,引導(dǎo)學(xué)生掌握實踐歸納、總結(jié)、探究式學(xué)習(xí)方法,逐步形成學(xué)習(xí)方法的新模式。
重點、難點
重點:金屬單質(zhì)的性質(zhì):金屬活動性順序的理解和應(yīng)用。
難點:金屬活動性順序的理解和應(yīng)用。
教學(xué)過程設(shè)計
教師活動
【板書】一、金屬元素在周期表中的位置和原子結(jié)構(gòu)特征
【板書】
①原子最外層電子:一般≤3個。
②價電子:主族――最外層電子;
副族――最外層+次外層電子。
③半徑:
同一周期原子r金屬>r非金屬;
同一元素的原子和陽離子r原子>r陽離子
【板書】二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)
1.金屬晶體
【講述】金屬晶體是由金屬陽離子通過自由電子的強烈相互作用(即金屬鍵)形成的晶體。這一結(jié)構(gòu)特征決定了金屬具有的通性。
回憶筆記:
【投影】
例題1 下列說法正確嗎?為什么?
(1)含有金屬陽離子的晶體一定含有陰離子。
(2)在離子晶體中既有陰離子,又有金屬陽離子。
(3)離子晶體的化合物其熔點一定高于金屬晶體。
引導(dǎo)學(xué)生思考、回答。
回答:(1)不正確。在金屬晶體內(nèi)就不存在陰離子。
(2)不正確。由銨根離子形成的離子晶體所含的陽離子不是金屬陽離子。
(3)不正確。不同金屬晶體熔點高低有的相差較大,如鎢的熔點3410℃,而離子晶體的熔點一般在800℃左右。
【板書】
2.金屬的物理性質(zhì)
【講述】金屬都具有金屬光澤、良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和延展性。而密度、顏色、硬度、熔點等,不同金屬之間存在一定的差別。
【投影】
例題2 判斷、填空題:
(1)金屬可分為重金屬和輕金屬,其中密度大于______的叫做重金屬,如(舉5種)_______。
(2)金屬又可分為黑色金屬和有色金屬,其中Fe、Cr、Mn常稱為______。
(3)在金屬中,熔點最低的是______,硬度最大的是______。
引導(dǎo)學(xué)生思考、回答。
回答:(1)4.5g?cm-3,Cu、Hg、Ag、Pb、Ba
(2)黑色金屬
(3)Hg、Cr
【講述】金屬原子易失去價電子成為陽離子,因而表現(xiàn)出較強的還原性。由于不同的金屬原子結(jié)構(gòu)、原子半徑的不同,表現(xiàn)的還原性也有強弱不同。
【提問】請寫出金屬活動性順序,并按它們的活動性順序把有關(guān)反應(yīng)的難易條件總結(jié)出來。
(指導(dǎo)學(xué)生討論回答,并填表整理)
討論回答(并列表投影展示)
金屬活動性順序:
K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au
金屬活動性(還原性):由強→弱
與O2:
與Cl2:
與水:
與酸:
與鹽:
【投影】下圖表示物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系:
【板書】三、金屬的化學(xué)性質(zhì)
(1)若單質(zhì)甲為金屬,單質(zhì)乙為非金屬,指出它們的物質(zhì)名稱,并寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。
(2)若單質(zhì)甲為非金屬,單質(zhì)乙為金屬,指出它們的物質(zhì)名稱,并寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。
分析、討論:
①X+甲→Y+丙,是置換反應(yīng)。
②X與Z都是含Z、丙兩種元素的化合物,則:X+丙→Z,為相同元素的不同價態(tài)的轉(zhuǎn)化,可以考慮下列化合物轉(zhuǎn)化的有:
CO2 CO;
FeBr2 FeBr3; FeCl2 FeCl3;
FeCl3 FeCl2; SO2 SO3;
NO NO2等。
③若甲為金屬,乙為非金屬,能形成X與甲置換關(guān)系的可能有:
由于單質(zhì)丙的不一致性,后者可以刪去,答案只有前者。
④若甲為非金屬,乙為金屬,能形成X與甲置換關(guān)系的只有:
答案:(1)X:二氧化碳;Z:一氧化碳;Y:氧化鎂
甲:鎂;乙:氧氣;丙:碳(化學(xué)方程式從略)。
(2)X:溴化鐵;Y:氯化亞鐵;Z:溴化鐵;
甲:氯氣;乙:鐵;丙:溴。(化學(xué)方程式從略)
【投影】有 A、B、C、D、E五種金屬。已知:①E的氧化產(chǎn)物比D的氧化產(chǎn)物氧化能力強;②A投入E的鹽溶液中可得E單質(zhì);③在以A、D為極板形成的原電池中,D極上發(fā)生還原反應(yīng);④電解含有A、B、C、E離子的鹽溶液時,B離子最先在電極上放電,其次是
E離子,而A、C離子則不能在電極上放電;⑤C的碳酸鹽的溶解度大于它的酸式碳酸鹽。推出五種金屬的活動順序是______。
判斷金屬活動性強弱順序,也就是判斷出金屬在反應(yīng)中失去電子的難易?梢愿鶕(jù)金屬活動性順序和金屬元素在周期表中位置結(jié)合試題進行分析、判斷。
由①:氧化性E離子>D離子,說明金屬性D>E。
由②:A能從鹽溶液置換出E,說明金屬性A>E。
由③:根據(jù)原電池工作原理,活潑金屬為負極,發(fā)生氧化反應(yīng);不活潑金屬為正極,發(fā)生還原反應(yīng),說明A>D。
由④:根據(jù)金屬離子在溶液中放電順序一般恰好與金屬活動性順序相反,說明金屬性強弱A(或C)>E>B。
由⑤:只有堿金屬元素才具有碳酸鹽的溶解度大于相應(yīng)酸式碳酸鹽的溶解度。
總結(jié)分析,金屬的活動性順序為:C>A>D>E>B。
【答案】C>A>D>E>B。
【小結(jié)】本節(jié)只對金屬單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)規(guī)律進行了總結(jié),不同的金屬特性,將在以后的課中復(fù)習(xí)。
【板書】四、金屬的冶煉
【提問】什么是金屬的冶煉?其本質(zhì)上是怎樣的一個過程?
引導(dǎo)學(xué)生分析,回答,并進行筆記整理(見右側(cè)內(nèi)容)。
原理:將金屬化合物或礦石通過還原反應(yīng)的方法使金屬陽離子還原成金屬單質(zhì)的過程。
【投影】設(shè)計化學(xué)方法怎樣實現(xiàn)Ag+→Ag。
要求寫出各方案的原理,并寫相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式。
學(xué)生分析、討論:
方案A:置換法。用鐵置換出銀:
2Ag++Fe=Fe2++2Ag↓
方案B:銀氨溶液還原法。先使Ag+轉(zhuǎn)化成銀氨溶液,然后用葡萄糖溶液去還原:
2Ag++NH3?H2O=AgOH↓+NH4+
AgOH+2NH3?H2O=Ag(NH2)2++OH-+2H2O
方案C:電解法:粗Ag為陽極,精Ag為陰極,NO3-溶液為電解液。
4AgNO3+2H2O 4Ag↓+O2↑+4HNO3
【提問】在溶液中能實現(xiàn)Mg2+→Mg;Al3+→Al和Na+、Na嗎?為什么?
學(xué)生:Na+、Mg2+、Al3+的得電子能力比溶液中的H+強,所以很難被還原成金屬。
【講解】
由此可以看出,隨著不同金屬的陽離子的氧化能力不同,主要有:電解法、還原劑法、加熱法等,我們可以根據(jù)金屬活動順序把金屬冶煉的方法規(guī)律總結(jié)如下:
學(xué)生思考、記筆記:
K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、Ag、Pt、Au、
熔融電解法 高溫還原劑法 加熱法 溶液電解法
金屬陽離子:得電子(氧化性):弱→強
【投影――內(nèi)容見右】
【提問】請同學(xué)通過Na、Al、Fe、Hg的生成冶煉的方法,寫出化學(xué)方程式。
學(xué)生回答:
①Na和Al用熔融電解法冶煉:
2NaCl 2Na+Cl2↑
2Al2O3 4Al+3O2↑
②Fe用高溫還原劑法:
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2↑
③Hg用加熱法或溶液電解法:
2HgO 2Hg+O2↑
2Hg(NO3)2+2H2O 2Hg↓+O2↑+4HNO3
精選題
一、選擇題
1.下列質(zhì)量相同的各組金屬混合物,分別與足量的鹽酸反應(yīng),在相同狀況下產(chǎn)生H2的體積也相同。其中含鋁的質(zhì)量最少的金屬混合物是
( )
A.Fe和Al
B.Zn和Al
C.Mg和Al
D.Na和Al
2.下表中的各組元素的單質(zhì),將0.02 mol甲放入1L 0.01 mol? L-1的鹽酸中,完全反應(yīng)后過濾,再往溶液中(假設(shè)無損耗)加入0.01 mol乙,整個過程中放出氫氣的量最多的是 ( )
3.下列敘述中,可以說明金屬甲的活動性比金屬乙的活動性強的是
( )
A.在氧化還原反應(yīng)中,甲原子失去的電子比乙原子失去的電子多
B.同價態(tài)的陽離子,甲比乙的氧化性強
C.甲能跟稀硫酸反應(yīng)放出氫氣,而乙則不能
D.將甲、乙作電極組成原電池時,甲溶解了,乙放出H2
4.a(chǎn)、b、c、d、e分別是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五種金屬中的一種。已知:①a、C都能跟稀硫酸反應(yīng)放出氣體;②b跟d的硝酸鹽溶液反應(yīng),會有單質(zhì)d析出;③C跟強堿溶液反應(yīng)放出氣體;④c、e在冷濃硝酸中發(fā)生鈍化。由此可判斷a、b、c、d、e依次為
( )
A.Fe、Cu、Al、Ag、Mg
B.Al、Cu、Mg、Ag、Fe
C.Mg、Cu、Al、Ag、Fe
D.Mg、Ag、Al、Cu、Fe
5.某單質(zhì)X能從鹽的溶液中置換出單質(zhì)Y。由此可知 ( )
A.當(dāng)X、Y都是金屬時,X一定比Y活潑
B.當(dāng)X、Y都是非金屬時,Y一定比X活潑
C.當(dāng)X是金屬時,Y可能是金屬,也可能是非金屬
D.當(dāng)X是非金屬時,Y可能是金屬,也可能是非金屬
6.相等物質(zhì)的量的短周期金屬元素單質(zhì)A和B,分別加入足量的酸,其中A中加入的是鹽酸,B中加入的是稀硫酸,二者完全反應(yīng)后生成的H2體積分別為VA和VB(同溫、同壓下),并且VA≠VB。若要確定反應(yīng)生成物中A和B的陽離子電荷數(shù),至少還需要給出的數(shù)據(jù)有
( )
A.VA和VB的比值(即VA/VB)
B.VA的值或VB的值
C.A和B的摩爾質(zhì)量
D.鹽酸和稀硫酸物質(zhì)的量濃度
7.14.0g的銅、銀金屬混合粉末,跟足量的某濃度的硝酸反應(yīng),將放出的氣體與1.12L標準狀況下的氧氣混合,通過水中恰好完全被吸收。則原金屬混合粉末中銅的質(zhì)量分數(shù)為 ( )
A.68.86% B.45.71%
C.22.86% D.11.43%
8.將8.4g鐵粉和3.2g硫粉均勻混合加熱至紅熱時,停止加熱后使反應(yīng)進行完全,冷卻后,向所得固體加入足量的鹽酸,在標準狀況下得到的氣體體積是 ( )
A.1.12L B.2.24L
C.3.36L D.4.48L
9.相等物質(zhì)的量的鈉、鎂、鋁分別與相等質(zhì)量且過量的稀硫酸反應(yīng),反應(yīng)完全后三種溶液的質(zhì)量(用m金屬表示)大小關(guān)系為 ( )
A.mNa>mMg>mAl
B.mNa=mMg=mAl
C.mNa=mMg<mAl
D.mNa<mMg<mAl
10.鉈(Tl)是硼族元素,是超導(dǎo)體材料的組成元素之一,下列關(guān)于鉈的敘述可能不正確的是 ( )
①是易導(dǎo)電的銀白色金屬;②反應(yīng)后能生成+3價的化合物;③Tl(OH)3是兩性氫氧化物;④Tl3+的氧化能力比Al3+氧化能力強;⑤金屬鉈能跟稀HNO3反應(yīng)生成硝酸鹽。
A.①、② B.②、③
C.④、⑤ D.③、④
二、非選擇題
11.如果1 mol金屬投入含1 mol酸的溶液中產(chǎn)生1 mol H2,下列哪種情況是可能的____。
①一價金屬和二元酸 ②二價金屬和二元酸
③三價金屬和二元酸 ④三價金屬和一元酸
⑤二價金屬和三元酸 ⑥一價金屬和一元酸
12.用鈉、鎂、鋁分別與鹽酸反應(yīng),填寫下面幾種情況的空白。
(1)稱取相同質(zhì)量的鈉、鎂、鋁,然后再分別與足量的鹽酸反應(yīng),產(chǎn)生的氫氣在通常條件下的體積比為______________。
(2)取相同物質(zhì)的量的鈉、鎂、鋁,后再分別與足量的鹽酸反應(yīng),產(chǎn)生的氫氣的質(zhì)量比為________________________。
(3)如果要制取相同體積的氫氣(同溫、同壓下),與足量鹽酸分別反應(yīng)時所消耗的鈉、鎂、鋁的質(zhì)量比為_____________;物質(zhì)的量之比為__________。
13.X、Y、Z是主族元素的單質(zhì),U、V的化合物。它們會有如下反應(yīng)(式中的反應(yīng)系數(shù)和條件均已略去):
①X+U→V+Y ②X+Z→V ③Y+Z→U
(1)若X、Y的組成元素不是同一族,請寫出符合①式的3個不同的化學(xué)方程式,并要求3個式子中的3種X和3種Y,分別由不同族的元素組成。
_____________________________________________。
(2)今有某化合物W,它跟化合物U或CO2反應(yīng),都能生成單質(zhì)Y。符合題設(shè)的3個反應(yīng)式關(guān)系的單質(zhì)X是______,單質(zhì)Y是______,單質(zhì)Z是______,化合物W為______。
14.在標準狀況下進行下列實驗,甲、乙、丙各取30.0mL同濃度的鹽酸,加入同一鎂、鋁合金粉末產(chǎn)生氣體,有關(guān)數(shù)據(jù)列表如下:
(1)鹽酸的物質(zhì)的量濃度為______mol?L-1,在表中可作為計算依據(jù)的是(填寫實驗序號,要求全部寫出):___________________________________。
(2)根據(jù)實驗序號______中的數(shù)據(jù),可計算出鎂、鋁合金中鎂和鋁的物質(zhì)的量之比為___________________。
15.11.5g鋁、銅、鎂合金溶于足量鹽酸中,直到反應(yīng)無氣體放出,收集到的氣體在標準狀況下體積為5.6L。將反應(yīng)的不溶物溶于足量稀硝酸中時,被還原的HNO3的質(zhì)量為4.2g。試計算合金中各金屬成分的質(zhì)量分數(shù)。
答 案
一、選擇題
1.C 2.B 3.C、D 4.C 5.A、C
6.A 7.C 8.C 9.C 10.D
二、非選擇題
11.②③⑤
12.(1)23∶12∶9
(2)1∶2∶3
(3)23∶12∶9 6∶3∶2
13.(1)2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
2Mg+CO2=2MgO+C
2F2+2H2O=4HF+O2↑
(2)F2 O2 H2 Na2O2
14.(1)1 mol?L-1 乙、丙
(2)甲1∶1
15.Al:23.48%;Cu:55.65%;Mg:20.87%
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