《幾種重要的金屬》析疑

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1、 《幾種重要的金屬》析疑 1．為什么整塊金屬不透明但具有金屬光澤，而金屬粉末常呈暗灰色或黑色 ? 答：由于金屬原子以緊密堆積方式排列，最外層電子 (價電子 ) 釋放出來，成為自由電子。當(dāng)光線投 射到其表面時， 自由電子可以吸收所有頻率的光， 光線不能透過， 所以金屬不透明。 自由電子吸收光后， 躍遷到高的能級上去，不穩(wěn)定，很快遷回低能級，釋放出絕大部分頻率的光，這就使得絕大多數(shù)金屬呈 銀白色光澤，而金顯黃色、銅顯紅色、鉛顯灰藍色等，是由于它們較容易吸收某些頻率的光。 在粉末狀態(tài)時，金屬的顆粒很小，沒有規(guī)則晶面，光線入射后不能反射出來，多呈黑色。

2、 2．鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實質(zhì)是什么 ? 答：鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，不是鋁直接和氫氧化鈉反應(yīng)，而是鋁先和氫氧化鈉溶液中的水反應(yīng)生 成氫氧化鋁，然后氫氧化鋁再和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下： 2Al+6H 2O = 2Al （ OH ）3 +3H 2↑；Al（ OH）3+NaOH=NaAlO 2+2H 2O。總反應(yīng)： 2Al + 6H 2O+2NaOH = 2NaAlO 2+4H 2O+3H 2 ↑， Al 是還原劑， H 2O 是氧化劑，電子轉(zhuǎn)移為 6e— 。 3.金屬鋁能與沸水反應(yīng)，但為什么能用鋁鍋做飯或用鋁壺?zé)_水 ? 答：我們知道

3、，鋁是一種比較活潑的金屬，它在純凈的氧氣中加熱即可燃燒，即使在常溫下，也極 易與空氣中的氧氣反應(yīng)， 在表面生成—層致密而堅固的氧化物保護膜， 氧化膜不但防止了內(nèi)部的金屬繼 續(xù)被氧化，也使鋁與水難以直接接觸，所以用鋁鍋做飯或用鋁壺?zé)_水時，即使溫度超過 100oC，鋁也 不會與水反應(yīng)。同樣的原因，鎂和鋁雖然活潑性很強，但抗腐蝕能力也很強。 4．鎂的金屬性強于鋁， 為什么鎂不能像鋁一樣發(fā)生 “鎂熱反應(yīng)”，而還原某些金屬氧化物中的金屬 ? 答：“鋁熱反應(yīng)”之所以能夠進行，除了與金屬鋁的還原性有關(guān)外，還與該反應(yīng)的能量變化有關(guān)， 由于 Al 2O3 很穩(wěn)定，鋁氧鍵能大

4、，造成該反應(yīng)放出熱量多，大量的熱能使氧化物熔化，又促使了反應(yīng)的 發(fā)生。而鎂雖比鋁的金屬性強，但反應(yīng)前后的能量變化較小，不能發(fā)生“鎂熱反應(yīng)” 。 5．怎樣理解氧化鋁和氫氧化鋁的兩性 ? 答：在元素周期表中 A1 位于 Mg 與 Si ，B 與 Ga 之間， Mg 、Ga 為金屬元素， B、Si 為非金屬元 素，所以 Al 介于金屬與非金屬之間，故其化合物 Al 2O3、Al(OH) 3，均具有兩性。 Al(OH) 3 的兩性還可以 用電離平衡移動的原理來解釋，氫氧化鋁的電離方程式可表示如下： — Al （OH） 3 — H ++AlO

5、 2 +H 2O Al 3+ + 3OH (酸式電離 ) ( 堿式電離 ) 其電離程度相當(dāng)微弱，只有加入強酸 — (或強堿 )時，大量的 H+(或 OH ) 才能破壞氫氧化鋁的電離平衡，使 平衡移動，生成鋁鹽 (或偏鋁酸鹽 )，所以氫氧化鋁既具有酸性，又具有堿性。 6．兩性物質(zhì)與物質(zhì)的兩性有什么區(qū)別 ? 答：兩性物質(zhì)指既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的化合物。例如： Al 2O3、Al(OH) 3 等。 物質(zhì)的兩性指某些弱酸酸式鹽 (如 NaHCO 3 等 )，弱酸弱堿鹽 (如 CH 3COONH 4 等)，既

6、能與酸反應(yīng)又 能與堿反應(yīng)，但只能說這種物質(zhì)的性質(zhì)有兩性，不能稱它們?yōu)閮尚晕镔|(zhì)。因為這些化合物不是由本身直接電離出的 H +或 OH— 參加反應(yīng)，并且生成物不全是鹽和水。 Al 既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)，但不屬于兩性物質(zhì)，也不能說它具有兩性。從它與堿溶液反應(yīng)實質(zhì)看， Al 不是直接與堿反應(yīng)的。 7．將 NaOH 溶液逐滴加入到 AlCl 3 溶液中和將 A1C1 3 溶液逐滴加入到 NaOH 溶液中現(xiàn)象相同嗎 ? 答：不相同。將 NaOH 溶液逐滴加入到 A1C1 3 溶液中，生成白色膠狀沉淀，隨著 NaOH 溶液的滴 1 入，沉淀量逐漸增多，

7、后又逐漸減少，直到完全消失。其離子反應(yīng)可表示如下： Al 3+ + 3OH — = Al （ OH） 3↓； Al （ OH） 3+ OH — =AlO 2— +2H 2O 。 將 A1C1 3 溶液逐滴加入到 NaOH 溶液中時，先無沉淀，后又沉淀且沉淀最終不溶解，其離子反應(yīng)可表示如下： — — — +6H2 O =4Al （OH ）3 ↓。 Al 3+ + 4OH =AlO 2 +2H 2O； Al 3+ +3AlO 2 8．鐵原子最外層只有兩個電子，為什么鐵能顯 +3 價? 答：鐵元素的可變化合價是由其原子結(jié)構(gòu)決定的，也是過渡元素的通

8、性之一。與主族元素不同，過 渡元素的原子最外層有 1～ 2 個電子，次外層處于 8～18 個電子之間的不穩(wěn)定狀態(tài)。所以，當(dāng)過渡元素 失去最外層的電子后， 還可以失去次外層的一個或多個電子而呈多變價， 而主族元素的次外層都是飽和 結(jié)構(gòu)，不會出現(xiàn)因失去次外層電子而產(chǎn)生的多變價現(xiàn)象。 9．如何正確判斷鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的生成物 ? 答：在化學(xué)反應(yīng)中，鐵可能表現(xiàn)出 +3 價，也可能表現(xiàn)出 +2 價。這與反應(yīng)物的氧化性強弱有關(guān)，也 與反應(yīng)物的量有關(guān)。氯氣、硝酸等物質(zhì)的氧化性很強，能把鐵氧化成 +3 價。氧氣和水，在點燃或高溫 的條件下與鐵反應(yīng)生成 Fe3 O4。硫

9、單質(zhì)、鹽酸、稀硫酸、硫酸銅溶液等物質(zhì)，氧化性都弱，與鐵反應(yīng)都 生成 +2 價鐵的化合物。由于鐵能生成 Fe2+、Fe3+，因此在水溶液里或熔化狀態(tài)下，過量的鐵與強氧化劑 作用，也生成 +2 價鐵的化合物。 10．鐵的化合物為什么往往具有多種顏色 ? 答：過渡元素的化合物往往有顏色，這是由過渡元素電子層結(jié)構(gòu)引起的。過渡元素的次外層電子層 結(jié)構(gòu)大多處于不飽和狀態(tài)， 而處于不飽和狀態(tài)結(jié)構(gòu)的離子大多有顏色。 Fe2+和 Fe3+次外層電子都未飽和， 所以都有顏色，其顏色既與結(jié)構(gòu)有關(guān)又與所結(jié)合的陰離子、晶體中是否含結(jié)晶水有關(guān)，在水溶液中則主 要是水

10、合離子的顏色。 Cu 的化合物有色原因與 Fe 相同。 11．缺鐵與貧血有何關(guān)系？ 答：人體內(nèi)血紅蛋白是鐵的化合物，它具有固定氧和輸送氧的功能，人體若缺鐵，血紅蛋白含量 會減少，易患缺鐵性貧血。此時，可服含硫酸亞鐵等藥物或多食含鐵豐富的食物。 12．醫(yī)療上包扎傷口為什么常涂抹氯化鐵溶液？ 答：因為三價鐵離子易水解生成氫氧化鐵膠體，該膠體能使蛋白質(zhì)迅速凝聚，具有止血作用。 13．炒過菜的鐵鍋未及時清洗，為什么會出現(xiàn)紅棕色的銹斑？ 答：鐵是活潑金屬，易被氧化為亞鐵離子，特別是鐵鍋中含有食鹽溶液時，鐵會發(fā)生電化學(xué)腐蝕，生成 氫氧化亞鐵， 氫氧化亞鐵在水

11、和氧氣的共同作用下被氧化為氫氧化鐵。 氫氧化鐵再變?yōu)檠趸F的水合物 而呈紅棕色。 14．三氯化鐵應(yīng)用于電子工業(yè)腐蝕印刷線路板的原理如何？ 答：把印刷銅版上需要去掉的部分與三氯化鐵作用，銅被氧化為氯化銅溶解而除去 。 15．為什么用草酸溶液可除去衣服上的墨跡？ 答：硫酸亞鐵與鞣酸生成易溶于水的鞣酸亞鐵， 由于它易被氧化成黑色的鞣酸鐵， 故可用來制藍黑墨水。 而鞣酸鐵能氧化草酸，因此，可用草酸溶液洗去衣服上的墨跡。 16．磚的顏色為何不一樣，有紅磚與青磚 ? 答：同種磚坯燒制而成的為什么有紅色和青色之分呢？ 將用粘土制成的磚坯置于窯內(nèi)，先用大火

12、 將磚坯從外向里燒透，然后停火，使磚和窯體慢慢冷卻下來，在這個過程中，由于空氣充足，磚坯中的鐵元素就被氧化為 Fe2O3(紅棕色 )使磚呈現(xiàn)紅色；如果在磚坯燒透之后，不讓它自然冷卻，而是從窯頂 2 向磚坯上淋水， 使其迅速冷卻。 由于產(chǎn)生大量的 CO 和 H 2，氧化鐵被還原為氧化亞鐵和四氧化三鐵， 同時還有未燒的碳粒，燒出的磚就是青磚。 17．熱敷袋為什么能發(fā)熱 ? 答：熱敷是一種有效的理療手段， 為了讓患者隨時隨地進行熱敷， 減輕病痛， 人們發(fā)明了熱敷袋 (理療特效熱 ) ?！袄懑熖匦帷钡男呐K材料——發(fā)熱劑，就是用鐵粉和添加劑制成的。鐵粉表面未經(jīng)氧

13、化， 平時要密封在塑料袋里，使用時接觸空氣，即會放出熱量。這種由緩慢氧化發(fā)出的熱均勻、穩(wěn)定，通過 調(diào)節(jié)塑料袋的進氣量，溫度還可升或降，一袋發(fā)熱劑可以連續(xù)使用近三十小時。 18．如何保存亞鐵鹽溶液 ? 答：亞鐵鹽溶液在保存時，除了要考慮加同根的酸來抑制水解外，還要防止亞鐵離子被氧化為鐵離 子，所以在亞鐵鹽溶液中要加入少量鐵屑。 19．如何選擇金屬的冶煉方法 ? 答：按照金屬活動順序表，越是排在后面的金屬，其離子的氧化性就越強，越容易從化合物中被還 原出來，獲得金屬的手段也越多。例如：處在 Al 之前的金屬，只能用電解其熔融化合物的方法制得；

14、 而在 Zn～Pb 之間的金屬，可電解其熔融化合物，或電解其可溶性鹽的水溶液，就能得到其單質(zhì)金屬， 但考慮到成本等一些因素， 大批生產(chǎn)時是用熱還原法。 排在 Hg 以后的金屬， 可用電解其水溶液法制得。 因此，有的金屬有許多冶煉方法，其生產(chǎn)成本往往是選擇方法的重要依據(jù)。 20．熱還原法中使用不同還原劑各有何優(yōu)缺點 ? 答：用焦碳還原冶煉得到的金屬往往會有少量的碳熔合在其中，又由于用 CO 冶煉法時， CO 一般 是在金屬冶煉爐中通過下列反應(yīng)生成的： C+O2 CO2， CO2+C 2CO。 所以用 CO 煉制的金屬中也會含有少量的碳。用 H2 還原冶煉得

15、到的金屬的純度相對較高，但成本也 較高。用鋁熱反應(yīng)冶煉出的金屬， 克服了被煉金屬及其氧化物熔點高、 難以冶煉的問題， 但成本也較高。 21．實驗室制取 H 2 時，為什么常向鋅和稀 H2SO4 的反應(yīng)溶液中加入少量 CuSO4 溶液 ? 答：鋅與 CuSO4 溶液反應(yīng)置換出銅，鋅和銅構(gòu)成無數(shù)個微小的原電池，使鋅和稀 H 2SO4 的反應(yīng)速 率加快。同樣，粗鋅與稀 H 2SO4 反應(yīng)比純鋅稀 H 2SO4 反應(yīng)放出氫氣速率快。 22．活潑金屬一定做原電池的負(fù)極嗎 ? 答：在原電池中，相對活潑金屬做負(fù)極，相對不活潑材料做正極。這里的“相對活潑金屬”僅是指金屬活動

16、順序表中位置靠前的金屬嗎 ?不是。這里的金屬活潑性還應(yīng)考查電解質(zhì)溶液的影響。 例如：在酸性溶液中鎂比鋁要活潑， 但在堿性溶液中鋁就要比鎂活潑， 更容易失去電子。 實驗證明， 在 Mg— Al — H 2SO4 形成的原電池中 Mg 為負(fù)極，當(dāng)往該原電池的電解質(zhì)溶液中加入過量的 NaOH 時， 電流立即反向，這說明在 Mg —Al —NaOH 形成的原電池中 Mg 為正極。再如 Fe—Cu —濃 HNO 3 形成的原電池中，因為 Fe 鈍化，故 Cu 為負(fù)極， Fe 為正極。 因此，在引導(dǎo)學(xué)生判斷原電池的正負(fù)極時，既要看金屬活動順序，也要看電解質(zhì)溶液是什么，具 體問題具體分析，以免學(xué)生誤判。 3