金属的物理性质和结构特点以及镁铝的性质

金属的物理性质和结构特点以及镁铝的性质
重点内容讲解：镁和铝是学习周期表后最典型和最有代表性的金属，知识内容丰富，是应用周期律掌握元素化合物性质的典型内容；在学习时要注意运用对比的方法，并充分发挥理论对学习金属元素知识的指导作用等。

一、复习：几种晶体结构
晶体类型：离子晶体
氯化钠(NaCl)——结构特点：黄球表示钠离子(Na+) 绿球表示氯离子(Cl-)
在NaCl晶体中，Na+与Cl-通过离子键相结合，每个Na+与和它紧邻的6个氯离子相连，每个Cl-与和它紧邻的6个Na+相连，Na+和Cl-在三维空间上交替出现，并延长形成NaCl晶体，NaCl 晶体中没有NaCl分子，NaCl只是代表NaCl晶体中Na+和Cl-的个数比为1:1。

氯化铯(CsCl)——结构特点：黄球表示铯离子(Cs+) 紫球表示氯离子(Cl-)
在CsCl晶体中，Cs+与Cl-通过离子键相结合，每个Cs+与和它紧邻的8个Cl-相连，每个Cl-与和它紧邻的8个Cs+相连，Cs+和Cl-在三维空间上交替出现，并延长形成CsCl晶体，CsCl晶体中没有CsCl分子，CsCl只是代表CsCl晶体中Cs+和Cl-的个数比为1:1。

(如下图)
晶体类型：原子晶体
金刚石(C)——结构特点：每个黄球表示一个碳原子(C)
在金刚石晶体中，所有碳原子以非极性共价键相结合成网状结构每个碳原子与和它紧邻的4个碳原子相连，键角109º28'；由碳原子组成的最小环为六元环，且六个碳原子不在一个平面内。

晶体类型：分子晶体
干冰(CO2)——结构特点：每个黄球表示一个碳原子(C)，每个紫球表示一个氧原子(O)
在干冰晶体中，CO2之间以分子间作用力相连，CO2与和它紧邻的12个CO2相连。

晶体类型：混合晶体(既有原子晶体的结构特点，也有分子晶体的结构特点)
石墨(C)——结构特点：每个小球表示一个碳原子(C)
在石墨晶体中，碳原子是分层排布在同一层内：所有碳原子以非极性共价键相结合成平面网状结构，每个碳原子与和它紧邻的3个碳原子相连，键角120°，由碳原子组成的最小环为平面六元环，层与层之间为分子间作用力(范德华力)。

晶体类型：金属晶体
金属——结构特点：每个小球表示一个金属原子(或金属离子)
在金属晶体中含有金属阳离子与自由电子，自由电子可以在金属原子的缝隙间自由移动，它们不属于任何一个原子，金属原子总是以紧密堆积的形式结合在一起。

二、金属晶体的结构及性质：
1、金属晶体的结构：
金属原子结构的共同特征是：①最外层电子数较少，一般在4个以下；②原子半径较大。

这种结构特点使其原子易失去价电子而变成金属离子，释放出的价电子在整个晶体中可以自由运动，被称为“自由电子”。

它不再属于哪个或哪几个指定的金属离子，而是整块金属的“集体财富”，它们在整个晶体内自由运动，所以有人描述金属内部的实际情况是“金属离子沉浸在自由电子的海洋中”，金属阳离子与自由电子之间存在着较强的作用（金属键），因而使金属离子相互结合在一起，形成金属晶体。

2、金属的物理性质：
金属在常温下，一般大多都是晶体（除汞外），有金属光泽、不透明、容易导电、导热、有延展性。

（1）导电性：自由电子在外加电场作用下发生定向移动。

（2）导热性：金属受热后，自由电子运动速率加快，碰撞中能够传递热量。

（3）有延展性：外力作用下，金属因层与层之间相对滑动而变形，但并不改变金属微粒间的相互作用。

3、金属的化学性质：
金属单质的化学性质——只有还原性：M-ne-=M n+。

具体表现在以下方面：
1、与非金属反应：如与O
2、Cl2、Br2、I2、N2等
2、与水反应：较活泼的金属可与水反应，如K、Ca、Na等
3、与酸反应：排在氢前面的金属可将氢从酸溶液中置换出来（浓H2SO
4、HNO3除外）
4、与盐反应：排在前面的金属可将后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。

三、金属的分类：
现在已经发现的112种元素中，金属有90种，约占4/5。

金属元素可以从不同方面进行分类：按照活动性：排在氢前的金属称为活泼金属，排在氢后的金属称为不活泼金属。

按密度分：轻金属（r<4.5g·cm-3），如K、Ca、Na、Mg、Al等；
重金属（r>4.5g·cm-3），如Fe、Cu、Ag、Au等。

按冶金工业分：黑色金属（Fe、Cr、Mn及其合金）和有色金属（除Fe、Cr、Mn外的其它金属）。

按地壳中的含量分：常见金属（如Fe、Al、Na、Mg等）和稀有金属（如Zr、Hf、Nb等）。

说明：在掌握金属分类中，要注意联系常见金属，认识它们在不同的分类标准中所属的类别。

四、合金
1、合金：是指两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

合金一般在某些性质，如物理性质、化学性质或机械加工性能上比较优良。

2、性质：一般来说，合金的熔点比它的各成分金属的都低；硬度比它各组分的金属都大。

五、镁和铝
1、镁和铝的原子结构和物理性质：
思考：为什么铝的硬度比镁的稍大，熔点和沸点都比镁高？考虑此问题时要从金属的晶体结构入手。

2、化学性质
共同点：M-ne-=M n+
（1）跟非金属单质的反应：
a、镁铝在常温下能很快被氧化，形成致密的氧化膜，因而具有一定的抗腐蚀性，铝的抗腐蚀性比镁强。

同时，镁在空气中可点燃，Al在纯氧中或高温下可燃烧，都能放出大量热，发出
耀眼的白光：2Mg+O22MgO；4Al+3O22Al2O3。

b、与其它非金属单质反应：
3Mg+N2Mg3N2Mg+S MgS Mg+Cl2MgCl2
2Al+3S Al2S32Al+3Cl22AlCl3
（2）跟酸的反应
（3）跟碱的反应
镁不能跟碱起反应，铝和强碱溶液反应，不是铝直接和碱反应，而是铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝，然后再和强碱反应生成偏铝酸盐：
2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O
总反应：
（标电子转移时就必须清楚地理解铝和NaOH溶液反应的实质）
简写为：2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑
（4）与氧化物的反应：
a、与H2O的反应：
Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑（能使酚酞变红）
2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2↑
b、与某些氧化物的置换反应
2Mg+CO22MgO+C2Mg+SO22MgO+S
c、铝热反应：Al(固)+M x O y(固)Al2O3+xM(液)+Q
铝热反应的应用：冶炼高熔点金属，如Fe、V、Cr、Mn等或焊接钢轨。

3、用途：镁铝主要用来制轻合金。

[例题分析]
例1、下列关与金属元素特征的叙述正确的是（）
（1）金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性；（2）金属元素在化合物中只显正价；（3）金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱；（4）价电子越多的金属原子金属性越强；（5）离子化合物一定含金属元素
A、(1)(2)(3)
B、(2)(3)
C、(1)(4)(5)
D、全部
解析：(1)对于变价金属中，较低价态的金属离子既有氧化性，又有还原性，如Fe2+。

(2)金属元素的原子只具有还原性，故在化合物中只显正价。

(4)金属性的强弱要看失电子的难易。

（5）离子化合物不一定含金属元素，如NH4Cl。

故正确答案为选项B。

例2、把镁粉中混入的少量铝粉除去。

应选用的试剂是（）
A、稀盐酸
B、新制氯水
C、烧碱溶液
D、纯碱溶液
解析：盐酸跟镁、铝都能反应，故A错。

氯水中存在Cl2，是强氧化性，金属都有还原性，
镁铝都能和Cl2反应，同时，氯水中有Cl2和H2O反应生成的盐酸和次氯酸，这两种酸也都能和镁、铝反应，故B也不能选。

烧碱是NaOH，铝可以跟NaOH溶液反应放出H2，而镁不反应而和铝分离，故C可选。

纯碱溶液是碳酸钠溶液，镁、铝都不与之反应，故正确答案为选项C。

[本周参考练习]
1、称取两份铝粉，第一份加入足量稀硫酸，第二份加入足量浓氢氧化钠溶液，在相同条件下，若放出的气体体积相同，则两份铝粉的质量比为（）
A、1∶1
B、1∶2
C、1∶3
D、2∶3
2、甲、乙两烧杯中各盛有100mL 3mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为甲∶乙=1∶2，则加入铝粉的质量为（）
A、5.4g
B、3.6g
C、2.7g
D、1.8g
3、用铝热法还原下列化合物，制得金属各1mol，需消耗铝最少的是：（）
A、MnO2
B、WO3
C、Co3O4
D、Cr2O3
4、将相同质量的镁条分别在：⑴O2中⑵空气中⑶CO2中充分燃烧。

所得固体产物的质量排列顺序正确的是（）
A、⑴>⑵>⑶
B、⑶>⑵>⑴
C、⑵>⑴>⑶
D、⑶>⑴>⑵
参考练习答案
1、A
2、A
3、C
4、D。