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《几种重要的金属》22个为什么

来源:作者:林夕 点击:所属专题: 铝及其化合物 铁及其化合物 金属材料
1 .为什么整块金属不透明但具有金属光泽,而金属粉末常呈暗灰色或黑色 ? 答:由于金属原子以紧密堆积方式排列,最外层电子 ( 价电子 ) 释放出来,成为自由电子。当光线投射到其表面时,自由电子可以吸收所有频率的光,光线不能透过,所以金属不透明。自由电子吸收光后

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1.为什么整块金属不透明但具有金属光泽,而金属粉末常呈暗灰色或黑色?

答:由于金属原子以紧密堆积方式排列,最外层电子(《几种重要的金属》22个为什么价电子)释放出来,成为自由电子。当光线投射到其表面时,自由电子可以吸收所有频率的光,光线不能透过,所以金属不透明。自由电子吸收光后,跃迁到高的能级上去,不稳定,很快迁回低能级,释放出绝大部分频率的光,这就使得绝大多数金属呈银白色光泽,而金显黄色、铜显红色、铅显灰蓝色等,是由于它们较容易吸收某些频率的光。

在粉末状态时,金属的颗粒很小,没有规则晶面,光线入射后不能反射出来,多呈黑色。

2.铝和氢氧化钠溶液反应的实质是什么?

答:铝和氢氧化钠溶液反应,不是铝直接和氢氧化钠反应,而是铝先和氢氧化钠溶液中的水反应生成氢氧化铝,然后氢氧化铝再和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,反应的化学方程式如下:2Al+6H2O = 2Al(OH)3+3H2↑;Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O。总反应:2Al + 6H2O+2NaOH = 2NaAlO2+4H2O+3H2↑,Al是还原剂,H2O是氧化剂,电子转移为6e-。

3.金属铝能与沸水反应,但为什么能用铝锅做饭或用铝壶烧开水?

答:我们知道,铝是一种比较活泼的金属,它在纯净的氧气中加热即可燃烧,即使在常温下,也极易与空气中的氧气反应,在表面生成—层致密而坚固的氧化物保护膜,氧化膜不但防止了内部的金属继续被氧化,也使铝与水难以直接接触,所以用铝锅做饭或用铝壶烧开水时,即使温度超过100OC,铝也不会与水反应。同样的原因,镁和铝虽然活泼性很强,但抗腐蚀能力也很强。

4.镁的金属性强于铝,为什么镁不能像铝一样发生“镁热反应”,而还原某些金属氧化物中的金属?

答:“铝热反应”之所以能够进行,除了与金属铝的还原性有关外,还与该反应的能量变化有关,由于Al2O3很稳定,铝氧《几种重要的金属》22个为什么键能大,造成该反应放出热量多,大量的热能使氧化物熔化,又促使了反应的发生。而镁虽比铝的金属性强,但反应前后的能量变化较小,不能发生“镁热反应”。

5.怎样理解氧化铝和氢氧化铝的两性?

答:在元素周期表中Al位于Mg与Si ,B与Ga之间, Mg、Ga为金属元素,B、Si为非金属元素,所以Al介于金属与非金属之间,故其化合物Al2O3、Al(OH)3,均具有两性。Al(OH)3的两性还可以用电离平衡移动的原理来解释,氢氧化铝的电离方程式可表示如下:

H+AlO2+H2O 《几种重要的金属》22个为什么Al(OH)3 《几种重要的金属》22个为什么Al3++ 3OH

(酸式电离) (碱式电离)

其电离程度相当微弱,只有加入强酸(或强碱)时,大量的H(或OH—)才能破坏氢氧化铝的电离平衡,使平衡移动,生成铝盐(或偏铝酸盐),所以氢氧化铝既具有酸性,又具有碱性。

6.两性物质与物质的两性有什么区别?

答:两性物质指既能与酸反应,又能与碱反应生成盐和水的化合物。例如:Al2O3、Al(OH)3等。

物质的两性指某些弱酸酸式盐(如NaHCO3等),弱酸弱碱盐(如CH3COONH4等),既能与酸反应又能与碱反应,但只能说这种物质的性质有两性,不能称它们为两性物质。因为这些化合物不是由本身直接电离出的H或OH—参加反应,并且生成物不全是盐和水。

Al既能与酸反应又能与碱反应,但不属于两性物质,也不能说它具有两性。从它与碱溶液反应实质看,Al不是直接与碱反应的。

7.将NaOH溶液逐滴加入到AlCl3溶液中和将AlCl3溶液逐滴加入到NaOH溶液中现象相同吗?

答:不相同。将NaOH溶液逐滴加入到A1C13溶液中,生成白色胶状沉淀,随着NaOH溶液的滴入,沉淀量逐渐增多,后又逐渐减少,直到完全消失。其离子反应可表示如下:

Al3++ 3OH= Al(OH)3↓;Al(OH)3+OH=AlO2+2H2O 。

将A1C13溶液逐滴加入到NaOH溶液中时,先无沉淀,后又沉淀且沉淀最终不溶解,其离子反应可表示如下:

Al3++ 4OH-=AlO2+2H2O; Al3++3AlO2+6H2O =4Al(OH)3↓。

8.铁原子最外层只有两个电子,为什么铁能显+3价?

答:铁元素的可变化合价是由其原子结构决定的,也是过渡元素的通性之一。与主族元素不同,过渡元素的原子最外层有1~2个电子,次外层处于8~18个电子之间的不稳定状态。所以,当过渡元素失去最外层的电子后,还可以失去次外层的一个或多个电子而呈多变价,而主族元素的次外层都是饱和结构,不会出现因失去次外层电子而产生的多变价现象。

9.如何正确判断铁发生化学反应后的生成物?

答:在化学反应中,铁可能表现出+3价,也可能表现出+2价。这与反应物的氧化性强弱有关,也与反应物的量有关。氯气、硝酸等物质的氧化性很强,能把铁氧化成+3价。氧气和水,在点燃或高温的条件下与铁反应生成Fe3O4。硫单质、盐酸、稀硫酸、硫酸铜溶液等物质,氧化性都弱,与铁反应都生成+2价铁的化合物。由于铁能生成Fe2+、Fe3+,因此在水溶液里或熔化状态下,过量的铁与强氧化剂作用,也生成+2价铁的化合物。

10.铁的化合物为什么往往具有多种颜色?

答:过渡元素的化合物往往有颜色,这是由过渡元素电子层结构引起的。过渡元素的次外层电子层结构大多处于不饱和状态,而处于不饱和状态结构的离子大多有颜色。Fe2+和Fe3+次外层电子都未饱和,所以都有颜色,其颜色既与结构有关又与所结合的阴离子、晶体中是否含结晶水有关,在水溶液中则主要是水合离子的颜色。Cu的化合物有色原因与Fe相同。

11.缺铁与贫血有何关系?

答:人体内血红蛋白是铁的化合物,它具有固定氧和输送氧的功能,人体若缺铁,血红蛋白含量会减少,易患缺铁性贫血。此时,可服含硫酸亚铁等药物或多食含铁丰富的食物。

12.医疗上包扎伤口为什么常涂抹氯化铁溶液?

答:因为三价铁离子易水解生成氢氧化铁胶体,该胶体能使蛋白质迅速凝聚,具有止血作用。

13.炒过菜的铁锅未及时清洗,为什么会出现红棕色的锈斑?

答:铁是活泼金属,易被氧化为亚铁离子,特别是铁锅中含有食盐溶液时,铁会发生电化学腐蚀,生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁在水和氧气的共同作用下被氧化为氢氧化铁。氢氧化铁再变为氧化铁的水合物而呈红棕色。

14.三氯化铁应用于电子工业腐蚀印刷线路板的原理如何?

答:把印刷铜版上需要去掉的部分与三氯化铁作用,铜被氧化为氯化铜溶解而除去。

15.为什么用《几种重要的金属》22个为什么草酸溶液可除去衣服上的墨迹?

答:硫酸亚铁与鞣酸生成易溶于水的鞣酸亚铁,由于它易被氧化成黑色的鞣酸铁,故可用来制蓝黑墨水。而鞣酸铁能氧化草酸,因此,可用草酸溶液洗去衣服上的墨迹。

16.砖的颜色为何不一样,有红砖与青砖?

答:同种砖坯烧制而成的为什么有红色和青色之分呢?将用粘土制成的砖坯置于窑内,先用大火将砖坯从外向里烧透,然后停火,使砖和窑体慢慢冷却下来,在这个过程中,由于空气充足,砖坯中的铁元素就被氧化为Fe2O3(红棕色)使砖呈现红色;如果在砖坯烧透之后,不让它自然冷却,而是从窑顶向砖坯上淋水,使其迅速冷却。由于产生大量的CO和H2,氧化铁被还原为氧化亚铁和四氧化三铁,同时还有未烧的碳粒,烧出的砖就是青砖。

17.热敷袋为什么能发热?

答:热敷是一种有效的理疗手段,为了让患者随时随地进行热敷,减轻病痛,人们发明了热敷袋(理疗特效热)。“理疗特效热”的心脏材料——发热剂,就是用铁粉和添加剂制成的。铁粉表面未经氧化,平时要密封在塑料袋里,使用时接触空气,即会放出热量。这种由缓慢氧化发出的热均匀、稳定,通过调节塑料袋的进气量,温度还可升或降,一袋发热剂可以连续使用近三十小时。

18.如何保存亚铁盐溶液?

答:亚铁盐溶液在保存时,除了要考虑加同根的酸来抑制水解外,还要防止亚铁离子被氧化为铁离子,所以在亚铁盐溶液中要加入少量铁屑。

19.如何选择金属的冶炼方法?

答:按照金属活动顺序表,越是排在后面的金属,其离子的氧化性就越强,越容易从化合物中被还原出来,获得金属的手段也越多。例如:处在Al之前的金属,只能用电解其熔融化合物的方法制得;而在Zn~Pb之间的金属,可电解其熔融化合物,或电解其可溶性盐的水溶液,就能得到其单质金属,但考虑到成本等一些因素,大批生产时是用热还原法。排在Hg以后的金属,可用电解其水溶液法制得。因此,有的金属有许多冶炼方法,其生产成本往往是选择方法的重要依据。

20.热还原法中使用不同还原剂各有何优缺点?

答:用焦碳还原冶炼得到的金属往往会有少量的碳熔合在其中,又由于用CO冶炼法时,CO一般是在金属冶炼炉中通过下列反应生成的:C+O2 《几种重要的金属》22个为什么CO2,CO2+C 《几种重要的金属》22个为什么2CO。

所以用CO炼制的金属中也会含有少量的碳。用H2还原冶炼得到的金属的纯度相对较高,但成本也较高。用铝热反应冶炼出的金属,克服了被炼金属及其氧化物熔点高、难以冶炼的问题,但成本也较高。

21.实验室制取H2时,为什么常向锌和稀H2SO4的反应溶液中加入少量CuSO4溶液?

答:锌与CuSO4溶液反应置换出铜,锌和铜构成无数个微小的原电池,使锌和稀H2SO4的反应速率加快。同样,粗锌与稀H2SO4反应比纯锌稀H2SO4反应放出氢气速率快。

22.活泼金属一定做原电池的负极吗?

答:在原电池中,相对活泼金属做负极,相对不活泼材料做正极。这里的“相对活泼金属”仅是指金属活动顺序表中位置靠前的金属吗?不是。这里的金属活泼性还应考查电解质溶液的影响。

例如:在酸性溶液中镁比铝要活泼,但在碱性溶液中铝就要比镁活泼,更容易失去电子。实验证明,在Mg—Al—H2SO4形成的原电池中Mg为负极,当往该原电池的电解质溶液中加入过量的NaOH时,电流立即反向,这说明在Mg—Al—NaOH形成的原电池中Mg为正极。再如Fe—Cu—浓HNO3形成的原电池中,因为Fe钝化,故Cu为负极,Fe为正极。

因此,在引导学生判断原电池的正负极时,既要看金属活动顺序,也要看电解质溶液是什么,具体问题具体分析,以免学生误判。

(责任编辑:化学自习室)
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