2022-2022学年高中化学(人教版必修一)第三章第一节《金属的化学性质》第1课时——备课资料.docx

第一节金属的化学性质
第1课时
［课时教案］备选例题
例1以下关于金属钠的表达中，说法正确的选项是( )
A.钠在空气中燃烧，发出黄色火焰
B.钠在空气中燃烧，产物是Na2O
C.钠是银白色金属，硬度大，熔点高
D.钠可以在空气中稳定存在
解析：金属钠的硬度小，熔点低，其化学性质非常活泼，在空气中很快就被氧化为Na2O，假设点燃，那么发出黄色火焰，产物为Na2O2。
答案：A
例2以下说法错误的选项是( )
A.钠在空气中燃烧时先熔化，再燃烧，最后所得产物为Na2O
B.镁因在空气中形成了一薄层致密的氧化膜保护了里面的镁，故镁不需要特殊保护
C.铝制品在生活中应用非常普遍，是因为铝不活泼
D.铁因在潮湿的空气中生成的氧化物疏松，不能保护内层金属，故铁制品往往需涂保护层
解析：Na在空气中的燃烧产物主要是Na2O2；铝的化学性质较活泼，其不易锈蚀是因为外表易被氧化成一层致密的氧化膜。
答案：AC
［课时练案］备选习题
1．关于钠元素，以下表达中不正确的选项是( )
A．钠离子与钠原子有相同的质子数
B．钠原子易失一个电子，表现强氧化性
C．不同条件下，钠单质与氧气反响可生成不同的产物
D．自然界中钠元素只以化合态存在
答案：B
解析：钠原子易失一个电子，表现强复原性。

是( )
A．铝不易发生化学反响
B．铝不易被氧化
C．铝的氧化物容易发生复原反响
D．铝易被氧化，但氧化生成的氧化铝具有保护内部铝的作用
答案：D
解析：铝是一种较活泼的金属，在常温下，铝能与空气里的氧气反响，生成一层致密而稳固的氧化物薄膜，从而保护内部的金属铝不被继续氧化。
3．将铁片放入以下溶液中，铁片溶解，溶液质量减小的是( )
A．稀硫酸B．硫酸铜溶液C．稀盐酸D．氯化铝溶液
答案：B
解析：先用排除法将D项排除，Fe与AlCl3溶液不反响。Fe与稀硫酸、稀盐酸反响时，每参加56 g Fe，放出2 g H2，溶液质量会增加。而铁与硫酸铜溶液反响，每参加56 g Fe，会析出64 g Cu，溶液质量会减小。
4．以下实验描述，符合事实的是(多项选择)( )
A．金属钠暴露在空气中，外表变暗，生成白色固体氧化钠
B．用坩埚钳夹住打磨过的镁带，在酒精灯上点燃，发出耀眼的白光，放出大量的热，产生白色
固体
C．用坩埚钳夹住铝箔在酒精灯上点燃，发出耀眼的白光，放出大量的热
D．用坩埚钳夹住铝箔在酒精灯上加热至熔化，轻轻晃动，有液态的铝滴落下来
答案：AB
解析：镁带与铝条在空气中点燃的现象不一样：镁带在酒精灯上点燃，发出耀眼的白光，放出大量的热，产生白色固体；铝箔在酒精灯上点燃，并没有耀眼的白光也没有液态的铝滴落下来。
5．以下表达正确的选项是( )
A．金属单质在氧化复原反响中总是作复原剂
B．非金属单质在氧化复原反响中总是作氧化剂
C．钠原子在氧化复原反响中失去1个电子，而铝原子失去3个电子，所以钠的复原性小于铝
D．金属元素被复原时一定生成金属单质
答案：A
解析：金属单质在氧化复原反响中只能失电子，作复原剂，A正确；H2在氧化复原反响中可作复原剂，B错误；金属复原性的强弱决定于失电子的难易，而不在于失电子的多少，C错误；Fe3+可被复原为Fe2+，D错误。
6.(1)可以证明钠的硬度小的实验事实是______________。
(2)可以说明自然界中不存在游离态的钠的实验事实是______________。
(3)可以证明氧化铝熔点高的实验事实是______________。
答案：(1)金属钠可以用普通刀片切割 (2)新切开的金属钠很快失去了光泽(被氧化) (3)铝箔在酒精灯上加热没有液态的铝滴落下来
解析：金属钠质软，可以用小刀切割。切开的金属钠外表很快变暗，原因就是钠迅速被氧化为氧化钠，由此可见自然界中不存在游离态的钠。铝的氧化物的熔点高于铝的熔点，加热铝箔(外表有一层氧化膜)没有液态铝滴落。
7.现用金属钠和空气制备纯度较高的Na2O2，可利用的装置如下。答复以下问题：(Na2O2 可以与H2O、CO2反响)
(1)装置Ⅳ中盛放的药品是______________，其作用是______________。

(3)装置Ⅱ的作用______________。
(4)操作中通空气和加热的顺序为______________。
答案：(1)氢氧化钠溶液 吸收导入的空气中的二氧化碳 (2)ⅣⅢⅠⅡ h g f e a bc (3)防止空气中的水分和二氧化碳进入装置Ⅰ (4)先通一段时间的空气再加热Ⅰ装置
解析：用金属钠和空气制备纯度较高的Na2O2，要防止生成的Na2O2与空气中的水分和二氧化碳发生反响，在制取过程中要除去这两种杂质，且要防止外界空气中的水分和二氧化碳进入装置。
其他课本、教参中的优秀题目
(苏教版必修1)以下有关金属钠的说法中，错误的选项是〔 〕
A.钠只有在加热条件下才能与氯气反响
B.钠与氧气反响的产物与反响条件有关
C.钠在反响中易失电子，表现出复原性
D.钠应保存在煤油中
答案：A
解析：钠在点燃或加热条件下都能与氯气反响，不仅仅是在加热条件下才能反响。
一、钠露置在空气中的变化〔学案版全解〕
金属钠长期露置于空气中最终完全转变为Na2CO3粉末，此过程中的主要变化与现象有：
发生的主要变化的化学方程式为：
①4Na+O22Na2O
②Na2O+H2O2NaOH
④2NaOH+CO2+9H2ONa2CO3·10H2O
⑤Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O
二、钠跟酸、碱、盐水溶液反响的规律〔学案版全解〕
1.钠跟酸的反响
钠跟盐酸、稀硫酸等非氧化性酸反响时，反响现象比与水反响更剧烈，原因是：钠与水反响的实质是钠被水电离出的H+所氧化，酸溶液中的H+浓度远大于水中的H+浓度，因而反响更剧烈。
2.钠跟碱溶液的反响
实际是钠跟水反响。如钠与NaOH溶液反响时的现象与钠与水反响的现象相同。2Na+2H2O2NaOH+H2↑。
3.钠跟盐溶液的反响
〔1〕NaCl、KCl等溶液：实质是钠与水的反响，与NaCl、KCl等溶质无关。
2Na+2H2O2NaOH+H2↑
2CuSO4溶液：因为硫酸铜溶液里的每个Cu2+都是被假设干个水分子包围着的，钠在CuSO4溶液里直接接触到的微粒是水分子，这样钠先与水反响生成NaOH，生成的NaOH再跟CuSO4反响，而不能认为发生的是钠与铜的置换反响。
上述反响的化学方程式为：
2Na＋2H2O2NaOH＋H2↑
2NaOH＋CuSO4CuOH2↓＋Na2SO4
总反响化学方程式为：
2Na＋CuSO4＋2H2OCuOH2↓＋H2↑＋Na2SO4
与钠跟CuSO4溶液反响类似的还有：FeCl3溶液、MgSO4溶液等。
三、钠的用途〔苏教版教参〕
金属钠主要有以下用途：
1.钠钾合金用做原子反响堆的导热剂。Na的熔点为98 ℃、沸点为883℃，具有较大的液态温度范围。钠不俘获中子，因此钠可用做核反响堆的载热剂。
2.钠单质作复原剂冶炼金属，如冶炼钾、锆、铌、钛、钽等。
3.可用做钠光源。高压钠灯发出的黄光能够穿透云雾，常用于道路和广场的照明，而且在不降低照度水平的情况下能减少能源消耗，降低对环境的污染，正逐渐取代高压汞灯。钠灯还可以用于冲洗相片的暗室，因为这种黄光不会使相纸曝光。
4.制造钠的化合物。
四、金属钠的制取〔鲁科版教参〕
钠最早是在1807年电解氢氧化钠制得的。这个原理应用于工业生产，约在1891年才获得成功。而电解氯化钠制钠的工业方法直到1921年才实现。目前世界上钠的工业生产多数用电解氯化钠的方法，只有少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。
电解氯化钠时需要熔融态的氯化钠，氯化钠的熔点为801 ℃，实际操作有很大困难。改用质量分数为40%的氯化钠和60%的氯化钙的低共熔物〔即两种或两种以上物质形成的熔点较低的混合物〕，熔融温度约为580 ℃，降低了电解时所需的温度，从而也降低了钠的蒸气压。电解时，氯气在阳极放出，金属钠和金属钙同时被复原出来，浮在阴极上方的熔盐上面，从管道溢出。把熔融的金属混合物冷却到105 ℃~110 ℃，金属钙变成晶体析出，经过滤就可以将金属钠与金属钙别离。
五、铝的冶炼历史〔苏教版教参〕
人们对元素铝的认识，经过了一段相当长的历程。在六七千年以前人们烧制陶器的时候，实际上已经在和铝的化合物打交道了。我国早期医学典籍 本草经 中记载矾石［KAlSO42·12H2O］可以作医用，阿拉伯炼金家也使用了明矾，这些都是1 000多年以前的事。当时，并不清楚明矾是由什么物质组成的。直到18世纪中叶，德国化学家马格拉夫指出，铝土、镁土和石灰是不同的土质，这时候人们对铝化合物的认识才比较清楚。
19世纪初，钾、钠、钙、镁、钡等元素相继被电解法复原出来。那时候，英国的戴维和瑞典的贝采利乌斯都试图用电解的方法将铝土里面的元素复原出来，但没有取得成功。1825年，丹麦化学家和物理学家——对电磁现象作出重要奉献的厄斯泰德〔H.C.Oersted〕在复原铝的研究中取得了很大的进展。他先将铝土和木炭的混合物烧至红热，再让枯燥的氯气通过红热的混合物，得到了一种黄色、有挥发性的、容易吸水的固体〔这种固体是无水三氯化铝〕。厄斯泰德将这种无水三氯化铝与钾汞齐混合以后加热，便得到了铝汞齐。他将铝汞齐在隔绝空气的条件下将汞蒸出，得到了一种光泽和颜色都像锡的金属。厄斯泰德实际上得到了不纯的铝。德国化学家沃勒后来重复厄斯泰德所做的实验，也得到锡状金属块，他将所得产物加热，这种金属块即完全气化，放出灰绿色的钾蒸气烟雾，他认为厄斯泰德没有得到金属铝。
现代化学界公认元素铝是沃勒于1827年发现的。他没有能够重现厄斯泰德制取金属铝的实验，在厄斯泰德的勉励下改进了制取无水三氯化铝的方法。他先将碳酸钾参加沸腾的明矾溶液里得到氢氧化铝，将氢氧化铝洗净、烘干后与木炭粉、糖、油调成膏状，在密闭的坩埚里加热，制成黑色的块状物。将块状物烧红后通以枯燥的氯气，得到纯洁的无水三氯化铝。再将所得的无水三氯化铝和金属钾一起放在铂坩埚中，盖好坩埚盖，以小火引发化学反响，反响启动后进行得非常剧烈，迅速将坩埚的温度升至白热，待坩埚冷却后，将坩埚投入大量水中，便得到了金属铝的粉末。虽然铝中仍夹杂有铂、氯化铝等杂质，所得铝粉也不多，但他是第一个描述了金属铝性质的人。
又过了27年，法国化学家德维尔〔H.Deville〕才制得了比较纯的金属铝。在1854年，德维尔打算用钠和三氯化铝反响，制备铝的低价氯化物〔他设想有低价铝存在〕。在实验时虽然没有得到预想的低价氯化铝，但在坩埚的底部得到了银白色带有金属光泽的铝球。钠与三氯化铝之间的化学反响比钾与三氯化铝的反响温和，得到的铝球纯度比较高。此后，德维尔立即着手大量生产铝。他将生产方法进行改进，选用法国南部出产的铁矾土〔铁铝氧石〕与木炭、食盐混匀后加热，通入氯气，制得氯化钠和三氯化铝的复盐（NaAlCl4)。将这种黄色的复盐与过量的金属钠共熔，便得到金属铝。
虽然德维尔第一个制得了纯洁的金属铝并且进行大量生产，但他对沃勒的工作仍然极其尊敬。他在积累了较多的铝以后，就铸了一个铝质纪念章，纪念沃勒于1827年发现铝。他将这一纪念章送给了那位德国化学大师——沃勒。
德维尔最初制取金属铝的时候，由于消耗大量昂贵的金属钠，产率又很低，所得铝的价格很高，与珠宝、黄金的价格相当。后来，由于制钠技术的改进，钠的价格大幅度降低，又因为德维尔对制铝工艺进行了改进，铝的价格逐渐降低。
金属铝的真正工业化生产，得益于美国青年化学家豪尔〔C.M.Hall〕和法国青年化学家埃罗)的杰出创造。当时年轻的豪尔在裘埃特〔)教授的鼓励下，以难熔的铁矾土为原料，将它熔化在熔融的冰晶石（Na3AlF6〕里面，并在设备简陋的实验室里，用自制的蓄电池作电源进行电解。为了降低电解液的熔点，他在冰晶石中添加了少量氯化钙。经过豪尔的努力工作，电解取得了成功。1886年2月23日，他把钮扣般的铝粒展示在裘埃特教授面前。
一两个月以后，埃罗也创造了极为相似的电解方法。埃罗在用铁阴极、石墨阳极电解熔融的冰晶石时，观察到铁阴极在温度并不高时便熔化了。由此，他判断金属铝析出来了，与铁阴极作用生成了熔点较低的合金。为了降低冰晶石的熔点，埃罗在冰晶石里面参加了一些氯化铝钠。他又觉察石墨阳极在电解时消耗很快，由此联想到使用的氯化铝钠有局部潮解，生成了氢氧化铝，因而电解时在阳极上产生氧气，侵蚀电极。他因此受到启发，将氧化铝熔化在冰晶石中进行电解，得到了金属铝。从此，金属铝进入实际应用的时代。
六、铝的性质及其用途〔苏教版教参〕
铝是地球上含量极丰富的金属元素。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的开展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于铝的生产和应用。
当1886年氧化铝电解复原技术开发成功之时，世界上首批以内燃机为动力设备的车辆问世，铝及其合金对汽车工业的开展开始起重要的作用。电气化也要求将大量质轻的导电金属——铝用于长距离输送电，用于建造支撑架空电缆网络所需要的塔架，以便发电厂传输电能。铝工业的开展还不只限于上述内容。铝常用于制作诸如镜框、门牌和餐用托盘之类的物品。现在，铝已开展成具有各种各样用途的材料，其范围之广足以使现代生活的各个侧面直接地受到铝的影响。
铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力学性能好，以及抗腐蚀性强，从而使铝及其合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。
铝的密度只有2.7 g·cm-3，约为钢、铜〔或黄铜〕的密度〔分别为7.83 g·cm-3,8.93 g·cm-3〕的1/3。
在大多数环境条件下，包括在空气、水〔或食盐水〕、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性。
铝的外表具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。
铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功。在质量相等的根底上，铝的电导率是铜的两倍，铝合金的热导率大约是铜的50%~60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具以及汽车的缸盖和散热器是很有利的。
铝是非铁磁性的，这对电气工业和电子工业而言是一个重要特性。铝不能自燃，这对涉及装卸或接触易燃、易爆材料的应用来说是重要的。
一些铝合金在强度上超过结构钢材，但是纯铝及某些铝合金的强度和硬度极低。在现代生活中，铝已经广泛地应用于建筑行业中，虽然结构钢材与板材的基建投资费用较低，但当人们考虑到工程的结构特点、独特的建筑设计、质轻和〔或〕抗腐蚀性时，就采用了铝。
铝的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金、铸造铝合金以及在这些合金产出后具有的各种状态中，机加工特性的变化相当大，这就需要特殊的机床或技术。
可成形性是铝及许多铝合金较重要的特性之一。特定的拉伸强度、屈服强度、可延展性和相应的加工硬化率支配着允许变形量的变化。商业上可提供的铝合金在不同形态下成形性的额定值取决于成形的工艺方法。这些额定值在作金属加工特性的定性对照中仅能起大致的指导作用，即不能定量地作为成形性的极值。铝合金可以锻造成形状与品种繁多的锻件，它们的最终部件锻造设计标准的选择范围〔基于预定的用途〕是很宽的。铝可用各种各样的方法连接，包括熔焊、电阻焊、硬焊焊、软焊焊以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。
铝具有极高的回收性，再生铝的特性与原生铝几乎没有区别。这点使铝成为环保人士的宠儿。
七、尖端技术中的金属钠
钠是碱金属元素中最常见的一种，它不仅在人体中具有重要的作用。另外，金属钠还在尖端技术、日常生活中有着广泛的应用。
我们知道，要把人造地球卫星送上天，发射航天飞机、导弹都要用到火箭，如何确定发射后的火箭在空中的位置呢这就需要钠蒸汽来帮助了。火箭发射后，在大气层真空释放出钠蒸汽可产生明亮的橙黄色云雾，科学家据此就可确定火箭在空中的位置，还可以计算出火箭周围气体的密度。
当前，人们已能利用原子能进行发电，其好处颇多。原子能发电需要的一个重要装置即是原子反响堆。在原子的裂变过程中，由于释放出巨大的能量，会使反响堆内的温度升得很高，因此就需要把热量导出，使反响堆冷却。充当导热剂〔冷却剂〕的就是钠与钾的合金〔含20％～50％的钠〕。这种合金在室温下呈液态，具有比固态金属更为优良的导热性能，是原子反响堆理想的导热剂。
日常生活中，钠也有广泛的应用，如用于制作单色光源的钠光灯〔高压钠灯〕。这种灯发出黄光，射程远，透雾能力强，对道路平面的照度高，广泛地用于制作指示灯、路灯等。另外，钠还可作为合成橡胶的催化剂、石油的脱硫剂等。