金属的物理性质

第二章镁铝

第一节金属的物理性质

目标:

１,了解金属的分类.

２,理解金属晶体的结构特点,金属键的概念.并能解释金属单质的一些特性.

３,比较四类晶体在结构,物性上的异同.

重点:

金属的物理性质.

难点:

金属键,金属晶体.

引入:金属之重要性.

新授:

(一.)概述

一.元素:占４/５

在已发现的一百多种元素里，大约有五分之四是金属元素。这一章主要学习两种

重要的轻金属镁和铝。

二.分类:

金属有不同的分类方法。在冶金工业上，人们常把金属分为黑色金属（包括铁、铬、

锰）和有色金属（铁、铬、锰以外的金属）两大类。人们也常按照密度大小来把金属分类，

把密度小于4.5g/cm3的叫做轻金属（如钾、钠、钙、镁、铝等）；把密度大于4.5g/cm3的

叫做重金属（如铜、镍、锡、铅等）。此外，还可把金属分为常见金属（如铁、铝等）和稀

有金属（如锆、铪、铌、钼等）。

板书：

黑色金属仅:铁.钴.镍

有色金属介绍:铁的外观颜色,(与命名有关)

铁与人类历史的发展.

轻金属以密度４.５为界

重金属介绍:重金属及其盐的毒性,如:

铜绿;汽油中的铅;但注意

BaSO

4

.BaCO３的差别.

常见金属

稀有金属介绍:稀有金属元素及其应用前景;

我国占有世界上的绝大部分资源.

三.通性:

金属有许多共同性质，像有金属光泽、不透明、容易导电、导热、有延展性等。

(二.)金属键.金属晶体.

一.概念:

怎样解释金属的这些共同性质呢？金属（除汞外）在常温下一般都是晶体。用X射

线进行研究发现，在晶体中，金属原子好像硬球，一层一层地紧密堆积着。

数学方法可计算出,一定大小的原子,什么方式堆积是最紧密的堆积。

观察与计算一致.

问题:

金属原子之间为什么能.且都是紧密的结合在一起呢?

假设:

因为金属原子的最外层电子易失去,原子失去电子后就成为金属阳离子和很多

的电子,称这些电子为自由电子,那么,在金属晶体中,其立体模型想像为:

如图:

金属离子浸在雾一样的自由电子之中

.

分析金属阳离子的受力情况,引出如下概念：

金属键---------金属晶体中,金属阳离子与自由电子之间的强烈相互作用.

金属晶体--------由金属键形成的晶体.

二.解释金属的通性.

１.导电.关键词:电场中,自由电子定向运动.

２.传热.关键词:自由电子与金属离子碰撞而交换能量.

3、可延展关键词：形变末破坏金属键。

补充：碱金属单质的熔点、沸点、硬度的变化规律。

钠、镁、铝的熔点、沸点、硬度的变化规律。

小结：影响金属物性的主要因素是：

金属离子的电荷数、半径。

*熔点最高的金属是钨、最低的是汞；硬度最大的是铬。

第二节镁和铝的性质

目标:

1.了解合金的概念.用途和熔点特征,介绍镁铝合金.

2掌握镁.铝的性质及性质差异.

3.掌握铝热剂,铝热反应及应用.

重点:

镁.铝的性质

难点:

铝的两性

新授：

镁和铝都是第三周期的金属元素，它们原子的价电子数都比较少，因而性质有类似的

地方。但是由于结构不同，所以它们的性质又有许多差异。为了便于比较，我们把镁和铝

的性质并列介绍。

(一.)物性.

１.小(密度,硬度).低(熔点,沸点)

２.优良.导电,延展.

３合金.-------由金属与金属或非金属熔合而成的具有金属性质的混合物.

介绍:熔点低于任一组成的金属.如:保险丝.

(二)化性:

镁或铝原子的最外层分别有2个或3个电子，它们都容易失去最外层电子成为阳

离子。

镁和铝是比较活泼的金属，能跟非金属、酸等起反应。

一,与非金属反应.

(１).与氧气

１.常温:

在常温下，镁和铝在空气里都能跟氧气起反应，生成一层致密而坚固的氧化物

薄膜，从而使金属失去光泽。但是，这层氧化物薄膜能够阻止金属的继续氧化，所以镁和

铝都有抗腐蚀的性能。(与钝化同理但说法不同)

2．加热:

镁在空气里点燃可以燃烧，放出大量的热并发出耀眼的白光。我们利用镁的这

种性质来制造照明弹等。

铝跟氧气起反应没有镁那样容易，可是把铝粉或铝箔放在氧气里加热，铝也能燃烧，

放出大量的热，同时发出耀眼的白光。但是，在空气里，只是在高温下，铝才能发生这样

剧烈的变化。

上述差异可据氧化还原反应原理分析.

(２)与硫,氮气.

2Al+3S===Al

2

S

3

3Mg+N

2

====Mg

3

N

2

介绍:产物在水中都不存在(制法),反应时相当于复分解

Al

2

S

3

+6H

2

O===2Al(OH)

3

+3H

2

S

Mg

3

N

2

+6H

2

O===3Mg(OH)

2

+2NH

3

(３)与卤素

但:2Ａl+3I

2

===2AlI

3

需要催化剂,据氧化还原反应原理可分析出该结论

二.与酸反应

通性;

介绍:与硝酸反应时还原产物的复杂性.

与强碱反应

2Al+5H

2

O===2Al(OH)3+3H

2

Al(OH)

3

+NaOH===NaAlO

2

+2H

2

O

2Al+2NaOH+6H

2

O===NaAlO

2

+4H

2

O

复习硅与碱的反应.

四,与某些氧化物.

２Ｍg+CO

2

===2MgO+C

演示:

〔实验2－1〕如右图所示，点燃镁条，放入盛有二氧化碳的集气瓶里，镁条剧烈燃烧，

生成氧化镁，析出的碳附着在集气瓶内壁上。

〔实验2－2〕用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起使四周都有四层。把内

层的纸漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另

一纸漏斗套在一起，架在铁圈上（如右图），下面放置

盛沙的蒸发皿。把5g炒干的氧化铁粉末和2g铝粉混合

均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中

间插一根镁条，用小木条点燃镁条，观察发生的现象。

从实验我们看到，镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高的温

度下发生了剧烈的反应，放出大量的热，发出耀眼的光芒。我们还可以看到纸漏斗下部被

烧穿，有熔融物落入沙中。冷却后除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠。这个

反应叫铝热反应。在反应中放出大量的热，可达很高的温度，生成了氧化铝和液态铁。

Al+Fe

2

O

3

===Al

2

O

3

+Fe

通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂。铝热反应原理可以应用在生产上，例如焊接钢

轨等。往铝热剂里加入一定量的铁合金和铁钉屑，把这种混合物放到特制的坩埚里，点燃后，

立即发生剧烈的复杂的化学反应，产生了高温的钢水和熔渣。随即把高温钢水浇入扣在两根

钢轨缝上的沙型中，这样可以把两根钢轨焊接起来（如右图）。这种焊接不用电源，而且焊

接的速度快，设备简易，适合在野外作业。用这种焊接方法可以把比较短的钢轨（12.5～

25m）焊接成较长的钢轨（约1000m），这在建设铁道的无缝线路上有着重要的意义。此外，

工业上，也用铝热剂的焊接法焊接大截面的钢材部件。

铝热剂还有:Al+(FeO,Fe

2

O

3

,Fe

3

O

4,

V

2

O

5,

WO

3,

MnO

2

)

第三节.镁和铝的重要化合物

目标:

1.掌握氧化镁.氯化镁的物性,化性.来源及主要用途

2.掌握氧化铝,氢氧化铝,铝盐的性质,制备,主要用途及转化关系.

3.理解复盐的组成,明矾的物性的净水原理.

重点:

氧化铝,氢氧化铝,铝盐的性质及转化关系.

难点:

氧化铝,氢氧化铝,铝盐的转化关系.

(一.)镁的重要化合物

一.ＭgO

１.物性:

镁在空气里燃烧可以生成氧化镁。工业上通常由煅烧菱镁矿（主要成分是MgCO

3

）

来制取氧化镁：

氧化镁是密度很小的白色粉末，它的熔点高达2800℃，是优良的耐火材料，常用来

制造耐火砖、耐火管和坩埚等。

板书：

白色粉末,熔点高,------制耐火材料.

２.化性:

氧化镁是一种碱性氧化物，可以跟水缓慢地反应生成氢氧化镁

复习:MgO+H

2

O===Mg(OH)

2

3.工业来源

菱镁矿MgCO

3

====MgO+CO

2

不溶性碳酸盐受热与此相似,举例:

CaCO

3

===

CuCO

3

===

二,MgCl

2

１,工业来源:

从光卤石（KCl·MgCl

2

·6H

2

O）溶液里把KCl提出以后，把溶液浓缩，就得到六水合

氯化镁（MgCl

2

·6H

2

O）晶体。氯化镁也存在于海水里，它是制取食盐的副产品。

在制盐剩下的苦卤里加入熟石灰，或直接把海水引入水渠中加入熟石灰，氢氧化镁

就沉淀析出。

然后用盐酸溶解氢氧化镁，再将溶液浓缩，就得到氯化镁晶体。

氯化镁是一种无色、苦味、易溶的晶体，极易吸收空气中的水分而潮解，粗制食盐在

潮湿的空气中容易吸湿变潮，就是由于里面含有少量氯化镁杂质的缘故。氯化镁是制取镁的

重要原料，工业上采用通电分解熔融的氯化镁的方法制取镁。

板书：

光卤石(复盐)

2

.6H

2

O-------MgCl

2

.6H

2

O------MgCl

2

------Mg

或由制食盐的卤水中提取,(步骤?-----)

２.主要用途:

制金属镁.

三.Mg(OH)

2

演示并写出离子反应方程式.

Mg2++OH--===Mg(OH)

2

Mg2++2NH

3

.H

2

O===Mg(OH)

2

+NH

4

+

第二课时

(二.)铝的重要化合物

一.Al

2

O

3

1．存在:

氧化铝（Al

2

O

3

·H

2

O）、三水合氧化铝（Al

2

O

3

·3H

2

O）以及少量氧化铁和石英等杂质组

成的。铝土矿可用来提取纯氧化铝。氧化铝是一种白色难熔的物质，工业上，主要是以氧化

铝为原料，采用通电分解的方法制得铝的。氧化铝也是一种比较好的耐火材料，它可以用来

制造耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器等。

刚玉是天然产的无色氧化铝晶体。刚玉的硬度很大，仅次于金刚石。因此，它常被用

来制成砂轮、研磨纸或研磨石等，用以加工光学仪器和某些金属制品。通常所说的蓝宝石和

红宝石是混有少量不同氧化物杂质的刚玉。它们可以用做精密仪器和手表的轴承。

板书：

铝土矿(钒土)

刚玉其形式有:红.蓝宝石,属原子晶体

与二氧化硅的两种存在形式相似.

２.物性

轻,高熔点,可制耐火材料.

3．化性:

氧化铝是典型的两性氧化物，新制备的氧化铝既能跟酸起反应生成铝盐，又能跟碱

起反应生成偏铝酸盐。

氧化铝不溶于水，因此，不能用它来制备氢氧化铝。

两性(复习)

Al

2

O

3

+6H+===2Al3++3H

2

O

Al

2

O

3

+2OH--===2AlO

2

--+H

2

O

二,Al(OH)

3

1.物性:

凝聚水中悬浮物(净水),吸附色素.

以９５年洪水为例,说明其作用.

2．化性:

氢氧化铝是不溶于水的白色胶状物质。氢氧化铝能凝聚水中悬浮物，又有吸附色素

的性能。在实验室里我们可以用铝盐溶液跟氨水的反应来制备氢氧化铝。

〔实验2－3〕把3mL0.5mol/L硫酸铝溶液注入试管里，向硫酸铝溶液里滴加氨水，生

成蓬松的白色胶状氢氧化铝沉淀，继续滴加氨水，直到不再产生沉淀为止。过滤，用蒸馏

水冲洗沉淀，得到较纯净的氢氧化铝（大部分留下做下面的实验）。取少量氢氧化铝沉淀

放在蒸发皿里，加热。观察氢氧化铝的分解。

上述实验的反应用化学方程式可表示如下：

〔实验2－4〕把上面实验制得的氢氧化铝沉淀分装在两个试管里，往一个试管里滴加

2mol/L盐酸；往另一个试管滴加2mol/L氢氧化钠溶液。观察两个试管里发生的现象。

通过上述实验我们看到，氢氧化铝在酸或强碱的溶液里都能溶解。可见它既能跟酸

起反应，又能跟强碱起反应。这两个反应可以分别表示如下：

实验证明，氢氧化铝是典型的两性氢氧化物。

（复习两性.Al(OH)

3

+H+===Al3++2H

2

OAl(OH)

3

+OH--===Al3++2H

2

O

２Al(OH)

3

====Al

2

O

3

+３H

2

O）

明矾:

硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的盐，像这样的盐，叫

做复盐。它电离时可解离出两种金属的阳离子。

十二水合硫酸铝钾（KAl（SO

4

）

2

·12H

2

O）的俗名是明矾，明矾通常也用K

2

SO

4

·Al

2

（SO

4

）

3

·24H

2

O表示。明矾是无色晶体，明矾溶于水时能与水反应，有胶状的氢氧化铝生

成，生成的氢氧化铝可以吸附水里悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。所以，明矾是一种

净水剂。

用途:

三.重要的转化关系.

3+-----Al(OH)

3

Al3++3OH--===Al(OH)

3

Al3++3NH

3

.H

2

O===Al(OH)

3

+3NH

4

+

强调:完全沉淀铝离子的最好方法.

3+-----AlO

2

--

Al3++3OH--===Al(OH)

3

Al(OH)

3

+OH--==AlO

2

--+2H

2

O

总反应为:Al3++4OH--===AlO

2

--+2H

2

O

2

------Al(OH)

3

AlO

2

--+H++H

2

O====Al(OH)

3

2AlO

2

--+CO

2

+3H

2

O====2Al(OH)

3

+CO

3

2--

强调:完全沉淀偏铝酸根的最好方法.

2

------Al3+

AlO

2

--+H++H

2

O====Al(OH)

3

Al(OH)

3

+3H+====Al3++2H

2

O

总反应为:AlO

2

--+4H+===Al3++2H

2

O

5.演示:Al3++3AlO

2

--+6H

2

O===4Al(OH)

3

介绍灭火器原理:

在此仅介绍配平方法,告之:原理待续.

第三课时

四.小结:

Al3+Al(OH)

3

AlO

2

--

观察,分析.

1.实验一:向硫酸铝溶液中逐滴加入氢氧化钠,完成可能发生的反应;

分析比例关系,可知:(图)

OH-

2.实验二:向氢氧化钠溶液中逐滴加入硫酸铝,完成可能发生的反应;

分析比例关系,可知:(图)

Al3+

3.实验三:向偏铝酸钠溶液中逐滴加入稀盐酸,完成可能发生的反应;

分析比例关系,可知:(图)

H+

4.实验四:向稀盐酸溶液中逐滴加入偏铝酸钠溶液,完成可能发生的反应;

分析比例关系,可知:(图)

AlO

2

--

小结:

练习题;

课外作业辅导:(以重难点手册为主)

第四节硬水及其软化

目标:

1.掌握如下概念:

硬水(暂时,永久).软水;硬水软化.水的净化;硬度(暂时,永久)及其计算方法

2.掌握离子交换法原理

3.从离子反应的角度理解药剂软化法的化学原理

重点:

软化水的化学原理

难点:

石灰---纯碱法软化水的化学原理

引入:

水与生活,与工.农业上的需求.

新授:

(一).硬水和软水

一.形成过程.

水是日常生活和工农业生产不可缺少的物质。水质的好坏对生产和生活影响很大。

天然水跟空气、岩石和土壤等长期接触，溶解了许多杂质，如无机盐类、某些可溶性有机物

以及气体等。水里溶解的无机盐有钙和镁的酸式碳酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐，

等等。也就是说，天然水里一般含有Ca2+、Mg2+等阳离子和HCO3

-、CO3

2-、Cl-、SO4

2-和NO3

-等

阴离子。各地的天然水含有这些离子的种类和数量有所不同。例如，溶有二氧化碳的水，遇

到主要成分是碳酸钙的岩石时，会使碳酸钙逐渐变成可溶性的碳酸氢钙：

这种水中就含有Ca2+和HCO3

-离子。

板书：

CaCO

3

+CO

2

+H

2

O===Ca(HCO

3

)

2

MgCO

3

+CO

2

+H

2

O===Mg(HCO

3

)

2

还有钙.镁离子的其它无机盐

强调:硬水----含有较多的钙,镁离子

软水----含有较少的钙,镁离子

鉴别：有的天然水里含Ca2+和Mg2+比较多，在这种水里加入肥皂水，就会

发生沉淀。

〔实验2－5〕用两个试管分别取蒸馏水、天然水5～6mL，各注入少量肥皂水，振荡。

观察发生的现象。

通过实验，我们可以看到盛有蒸馏水的试管里泡沫很多，没有沉淀产生。在盛有天然

水的试管里泡沫较少，并出现絮状沉淀。这是因为天然水里含有Ca2+或Mg2+，肥皂跟Ca2+或

Mg2+起反应以后，生成了不溶于水的物质。通常把溶有较多量的Ca2+和Mg2+的水，叫做硬水；

只溶有少量或不含Ca2+和Mg2+的水，叫做软水。

二.硬度.

计算方法.Ca2+----CaOMg2+-----CaO

10mg/L===10

计算举例:

规定:硬水>80软水<80

三.暂时硬水(度)、永久硬水(度)

如果水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起的，这种硬度叫做暂时硬度。具有暂时

硬度的水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙就分解而生成不溶性的碳酸钙：

水里所含的碳酸氢镁先形成难溶于水的碳酸镁沉淀。

碳酸镁虽然难溶于水，但它仍有少量能溶解在水里（在18℃时，它的溶解度为0.011g，相

当于110mg/L）。因此，当继续加热煮沸时，碳酸镁就跟水发生反应，生成了更难溶的氢氧

化镁（在18℃时，它的溶解度为0.00084g，相当于8.4mg/L）。这样水里溶解的Ca2+和Mg2+

就转变成为碳酸钙和氢氧化镁的沉淀，从水里析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度高的

水得到软化。如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的，这种硬度叫做永久硬

度。永久硬度不能用加热的方法软化。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度，因此，一

般所说的水的硬度是泛指上述两种硬度的总和。水的硬度高对生活和生产都有危害。洗涤

用水如果硬度太高，不仅浪费肥皂，而且衣物也不易洗干净。长期饮用硬度很高或硬度过低

的水，都不利于人体的健康。锅炉用水硬度太高，特别是暂时硬度太高，十分有害。因为经

过长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内的金属管道的导热能力

大大降低，这不但浪费燃料，而且会使管道局部过热，当超过金属允许的温度时，锅炉管道

将变形或损毁，严重时会引起锅炉爆炸事故。很多工业部门，如纺织、印染、造纸、化工等，

都要求用软水。因此，对天然水进行处理，以降低或消除它的硬度是很重要的。

板书：

暂时硬度可以通过加热降低:

Ca(HCO

3

)

2

====CaCO

3

+CO

2

+H

2

O

Mg(HCO

3

)

2

====MgCO

3

+CO

2

+H

2

O

以课本中MgCO

3

的溶解度数据计算硬度,约7.30

故下列反应符合复分解反应的条件:

MgCO

3

+H

2

O====Mg(OH)

2

+CO

2

因此锅垢的主要成份是:CaCO

3

Mg(OH)

2

和少量MgCO

3

(二)硬水软化的方法

一.离子交换法

离子交换法是用离子交换剂软化水的一种方法。在工业上常用磺化煤（NaR）做离子交

换剂。磺化煤是黑色颗粒状物质，它不溶于酸和碱。这种物质的阳离子会跟溶液里其他物

质的阳离子发生离子交换作用。所示，在离子交换柱里装有磺化煤。把硬水从离子交换

柱的上口注入，使硬水慢慢地流经磺化煤。当硬水通过磺化煤时，硬水里的Ca2+和Mg2+跟

磺化煤的Na2+起离子交换作用。

〔实验2－6〕把实验2－5所用的天然水经离子交换剂软化以后，用试管取5～6mL，

注入少量肥皂水，振荡。

通过实验，我们可以看到，硬水软化以后，加入肥皂水振荡时，泡沫很多，就没有沉淀产

生了。磺化煤的Na+全部为Ca2+和Mg2+所代替后，磺化煤就失去了软化硬水的能力。但

是用质量分数为8％～10％氯化钠溶液浸泡，CaR

2

和MgR

2

跟Na＋就会发生交换作用，重新

生成NaR，从而又恢复了磺化煤软化硬水的能力，这个过程叫做再生。可以表示如下：

这种软化硬水的方法具有质量高，设备简单，占地面积小，操作方便等优点，因此，

目前使用比较普遍。

板书：

软化原理:2NaR+Ca2+===CaR

2

+2Na+

Mg2+

再生原理:CaR

2

+2Na+===2NaR+Ca2+

强调:磺化媒中R的化合价.

二.药剂软化法

１.石灰---纯碱法

第一步:加入生石灰.

Ca(HCO

3

)

2

+Ca(OH)

2

===2CaCO

3

+2H

2

O

Mg(HCO

3

)

2

+Ca(OH)

2

===MgCO

3

+CaCO

3

+2H

2

O

MgCO

3

+Ca(OH)

2

===Mg(OH)

2

+CaCO

3

介绍溶解度的原因而发生复分解反应。

总反应为:

Mg(HCO

3

)

2

+2Ca(OH)

2

====Mg(OH)

2

+2CaCO

3

+2H

2

O

除此之外,永久硬水中的Mg2++2OH--===Mg(OH)

2

(写化学方程式直观些)

综上:

生石灰的作用有:

降低暂时硬度;

使永久硬水中的镁离子形成的硬度转化成钙离子形成的硬度.

第二步:加入纯碱.

Ca2++CO

3

2--===CaCO

3

纯碱的作用：

消除钙离子形成的硬度（原硬水中的，加生石灰转化的）

２.磷酸三钠法

写出离子方程式,并介绍:

由于两种盐的溶解度原因加入磷酸三钠可达目的,化学原理比上述方法简单,但药品价

格贵些.

小结:比较上述方法的优、缺点。

作业和作业辅导.