铁和铝典型例题答案.doc

【典型例题】类型一：铝与NaOH溶液的反应例题1 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol/L的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为12，则加入铝粉的质量为（ ）A5.4 g B3.6 g C2.7 g D1.8 g【答案】A【解析】2Al+6HCl2AlCl3+3H22Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2由反应方程式可知，若在等物质的量浓度的盐酸和NaOH溶液中分别加入足量铝，反应时产生H2的体积之比13，现在产生H2的体积之比为12，说明铝粉的量相对于盐酸来说是过量的，对于NaOH来说是不足量的，所以与盐酸反应的铝粉质量为2.7 g，与NaOH反应的铝粉质量为5.4 g。【总结升华】因为铝与NaOH溶液反应是一个较为特殊的反应，所以当铝与NaOH溶液在同一题目中出现时，往往要用到2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2这一关系来解。举一反三：【变式1】取两份等质量的铝粉，分别与足量的盐酸、浓氢氧化钠溶液反应，在相同情况下产生的气体体积之比是（ ）A11 B12 C13 D32【答案】A【变式2】下列关于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【答案】B【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。类型二：Al2O3、Al(OH)3的性质与制法例题2 既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是（ ）Al NaHCO3 Al2O3 Mg(OH)2 Al(OH)3A B C D【答案】C【解析】注意审题，题目要求是“化合物”，防止错选A。特别提示：两性物质是指既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的化合物。两性氧化物有Al2O3、ZnO等，两性氢氧化物有Al(OH)3、Zn(OH)2等。定义中的酸指非氧化性强酸溶液，碱指强碱溶液，其实质是与H+和OH反应。弱酸的铵盐如(NH4)2CO3、(NH4)2S等、弱酸的酸式盐（如NaHCO3）均既能与强酸（H+）反应又能与强碱（OH）反应，但它们不属于两性物质。举一反三：【变式1】氧化铝熔点很高，常用于制造耐火材料，例如制作坩埚，下列操作不能在氧化铝坩埚中进行的是（ ）A加热使CuSO45H2O失水 B加热使KMnO4分解C加热熔化烧碱 D加热分解碱式碳酸铜【答案】C 类型三：“铝三角”及其转化例题3 向50 mL 1 molL1的Al2(SO4)3溶液中加入100 mL KOH溶液，充分反应后得到3.9 g沉淀，则KOH溶液的物质的量浓度可能是（ ）A1 molL1 B3 molL1 C1.5 molL1 D3.5 molL1【答案】C、D【解析】方法一：根据Al3+的物质的量与沉淀Al(OH)3的物质的量比较可推测KOH溶液的两种情况：（1）当加入KOH不足量时，故。（2）当加入KOH过量时，n (KOH)=4n (Al3+)n Al(OH)3=0.4 mol0.05 mol=0.35 mol。故。方法二：用图像法求解，如图所示，用纵坐标表示生成的Al(OH)3的物质的量，横坐标表示KOH的物质的量。当生成沉淀0.05 mol时，需KOH的物质的量为0.15 mol或0.35 mol。 【总结升华】本题易漏选答案D，原因是未考虑到3.9 g沉淀可以是Al(OH)3被过量的KOH溶液溶解了一部分而剩余部分沉淀的情况。举一反三：【变式1】等体积的AlCl3和NaOH溶液混合后，沉淀物中含铝的质量与溶液中含铝的质量相等，则AlCl3和NaOH两种溶液的物质的量浓度之比为（ ）A、13 B、23 C、14 D、27【答案】B、D【解析】AlCl3和NaOH溶液混和有沉淀物生成，可能有两种情况：NaOH不足量，NaOH部分过量。假设溶液中含有2mol的AlCl3，如果为第一种情况生成Al(OH)3沉淀的物质的量与未反应的AlCl3物质的量相等，所以耗NaOH 3mol。则答案为B。如果为第二种情况，则生成1mol的Al(OH)3，1mol的AlO2-，共消耗NaOH为7mol。所以答案为D。【变式2】向50mL1mol/L的AlCl3溶液中加入0.2mol/L的NaOH溶液，生成沉淀1.56g，需NaOH溶液多少mL?【解析】当NaOH不足时： 3NaOHAl(OH)3 3 78 x 1.56解得 x=0.06molV(NaOH)=0.3L=300mL当NaOH过量时：Al3+3NaOHAl(OH)31mol 3mol 78g0.05mol y x解得 x=3.9g y=0.15molAl(OH)3NaOH 78g 1mol(3.9-1.56)g z解得 z=0.03moln(NaOH)=0.15+0.03 =0.18(mol)V(NaOH)=0.9L=900mL另解： nAl(OH)3=4n(Al3+) n(OH-)nAl(OH)3=1.56/78 = 0.02(mol) 0.02 = 40.05 - n(OH-) n(OH-) = 0.18mol V(NaOH)=0.18/0.2 =0.9L=900mL类型四：与Al(OH)3、Al3+、AlO2有关的图像例题4 把x溶液（或气体）慢慢加入（或通入）到一定量的y溶液中，产生的沉淀量与加入x物质的量的关系如图所示，符合图中曲线的是（ ）A、x为CO2，y为Ca(OH)2B、x为NH3H2O，y为AlCl3C、x为NaOH，y为AlCl3D、x为HCl，y为NaAlO2【答案】D【解析】CO2通入Ca(OH)2溶液中可产生碳酸钙沉淀，继续通CO2沉淀溶解而生成Ca(HCO3)2溶液。氨水加入AlCl3溶液产生沉淀，但过量不溶，方程式为：Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+NaOH溶液滴加到AlCl3溶液中生成Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成偏铝酸盐。AlCl3+3NaOH=Al(OH)3+3NaCl Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O盐酸加入到NaAlO2溶液中，先生成Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成三价铝盐。HCl+NaAlO2+H2O=Al(OH)3+NaCl Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O从观察方程式的系数，定量角度分析。举一反三：【变式1】有一透明溶液，可能含有Al3+、Fe3+、K+、NH4+、Mg2+和Cu2+等离子中的一种或几种。现加入Na2O2粉末只有无色无味的气体放出，并同时析出白色沉淀。加入Na2O2的量与生成白色沉淀的量之间的关系用下图来表示。试推断： （1）原溶液中一定含有_。（2）一定不含有_。（3）可能含有_。（4）为了进一步确定可能含有的离子，应增加的实验操作为_。【答案】（1）Al3+和Mg2+ （2）Fe3+、NH4+、Cu2+ （3）K+ （4）焰色反应【解析】向溶液里加入过氧化钠粉末，会发生Na2O2和H2O的反应，生成NaOH和O2。因题目中没有刺激性气味气体产生，说明原溶液中不含有Fe3+和NH4+。又因生成的沉淀是白色的，所以原溶液中不含有Fe3+和Cu2+。根据图中曲线的变化，表明随Na2O2的加入（即NaOH的形成），白色沉淀逐渐增多，后来又逐渐减少，最后保持不变，说明原溶液中一定含有Al3+和Mg2+。K+可能存在，可通过焰色反应来检验。规律总结：解答图像计算题，必须抓住有关化学原理和有关物质的性质，结合图像的特点，综合分析逐步计算求解，其关键是抓住图像四点（原点、交点、转折点、终点），数形结合，分析计算。【变式2】向20 mL某物质的量浓度AlCl3溶液中滴入2 molL1 NaOH溶液时，得到Al(OH)3沉淀质量与所滴加NaOH溶液的体积（mL）关系如右图所示，试回答下列问题：（1）图中A点表示的意义是_。（2）图中B点所示的意义是_。（3）上述两反应用总的离子方程式可表示为_。（4）假若溶液中有Al(OH)3沉淀0.39 g，则此时用去NaOH溶液的体积为_。【答案】（1）加入NaOH溶液15 mL时，沉淀达到最多，质量为0.78 g（2）当NaOH溶液达到20 mL时，生成的沉淀恰好全部溶液（3）Al3+4OHAlO2+2H2O（4）7.5 mL或17.5 mL【典型例题】类型一：金属与水（水蒸气）反应的实验探究例1 如下图所示，在玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热并通入水蒸气，用试管收集产生的经干燥的气体，并靠近火焰点火。 （1）所观察到的现象是_，有关反应的化学方程式是_。（2）干燥管内可装入的试剂是_，其作用是_。干燥管还可用_（填装置名称）代替。（3）玻璃管中石棉绒的作用是_。实验开始时应先点燃_，实验结束时，应先熄灭_。【答案】（1）红热的铁与水蒸气反应，放出气体，这种气体靠近火焰点火时，能燃烧或发出爆鸣声3Fe+4H2O (g)Fe3O4+4H2（2）碱石灰（或无水CaCl2、硅胶等） 吸收水蒸气，干燥氢气 U形管（3）铁粉的载体，增大铁粉与水蒸气的接触面积 酒精灯 酒精喷灯【解析】常温下Fe不与H2O发生反应，但在高温下，Fe与H2O (g)反应生成Fe3O4和H2。因铁粉和Fe3O4均为黑色，因此实验过程中固体颜色无明显变化，但产物H2可用点燃的方法验证。石棉绒成分为硅酸盐，它耐高温且性质稳定，是铁粉的载体。举一反三：【变式1】有人设计了如右图所示的实验装置，目的是做钠与水反应的实验并验证：钠的物理性质；钠与水反应的产物是什么。（1）当进行适当操作时还需要的仪器有_。（2）如何进行操作？_。（3）实验现象是_。【答案】（1）小试管和酒精灯 （2）将大头针向上提，使钠块落入水中，将小试管扣在导管上收集反应产生的气体，用拇指堵住小试管口移近酒精灯，松开拇指点燃小试管中的气体 （3）钠浮在水面上很快熔化成闪亮的小球，并逐渐消失，水溶液由无色变成红色，点燃小试管中的气体时，有尖锐的爆鸣声类型二：铁的氧化物、氢氧化物的性质 例2 有0.4 g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入足量的澄清石灰水中，得到0.75 g固体沉淀物。这种铁的氧化物的化学式为（ ）。 AFeO BFe2O3 CFe3O4 DFe4O5 【答案】B【解析】可设这种铁的氧化物的化学式为FexOy，则发生的反应为FexOy+yCOxFe+yCO2，Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O。从而得到FexOy与CaCO3的关系式为： FexOy yCaCO3 56x+16y 100y 0.4 g 0.75 g 解得：xy23。 所以，这种铁的氧化物的化学式为Fe2O3。 【总结升华】（1）Fe3O4是一种纯净物，而不是由FeO和Fe2O3组成的混合物。其组成也可用盐的形式表示为Fe(FeO2)2。 （2）铁的氧化物都能与铝粉混合发生铝热反应，其通式可以表示为： 2yAl+3FexOyyAl2O3+3xFe 此反应可应用于野外焊接钢轨，在定向爆破中熔断钢筋。举一反三：【变式1】对于金属的氢氧化物，下列说法正确的是（ ）。 A全部由金属氧化物溶于水制得 B可以用化合反应、复分解反应制得 CFe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3都不溶于过量的强碱 D金属氢氧化物的热稳定性均较差 【答案】B类型三：铁盐和亚铁盐的性质 例3 将铁粉、铜粉、FeCl3溶液和CuCl2溶液混合于某容器中充分反应（假定容器不参与反应）。试判断下列情况下，溶液中存在的金属离子和金属单质。 （1）若铁粉有剩余，则容器中不可能有的离子是：_；铜单质_（填“一定”或“可能”）存在。（2）若氯化铁和氯化铜都有剩余，则容器中不可能有的单质是_，Fe2+_（填“一定”或“可能”）存在。 【答案】（1）Fe3+、Cu2+ 一定 （2）Fe、Cu 一定【解析】本题属于物质共存问题，解答时应首先弄清物质间可能发生的反应，凡相互间能发生反应的物质就不可能大量共存。本题涉及的反应有： Fe+2FeCl33FeCl2 Fe+CuCl2Cu+FeCl2 Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2 （1）若铁粉有剩余，则容器中不可能有Fe2+、Cu2+，因为它们能发生上述反应，一定有铜单质。 （2）若FeCl3和CuCl2都有剩余，则容器中一定没有Fe、Cu，一定有Fe2+。【总结升华】在氧化还原反应中，氧化剂与不同还原剂反应时，应先与还原性强的反应；同样，还原剂与不同氧化剂反应时，也应先与氧化性强的反应，即遵循“先强后弱”的规律。举一反三：【变式1】要证明某溶液中不含Fe3+，而含有Fe2+，进行如下实验操作时最佳顺序为（ ）。 加入少量氯水 加入少量KMnO4溶液 加入少量KSCN溶液A B C D 【答案】C【变式2】在FeCl3、CuCl2和HCl的混合溶液中加入铁粉。待反应结束，剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液存在的较多阳离子是（ ）ACu2+BFe3+ CFe2+DH+ 【答案】C【解析】由题中所给信息可知，铁粉有剩余，因此加入的铁粉将与混合溶液中的三种具有氧化性的粒子即Fe3+、Cu2+、H+依次反应，所以反应后溶液存在的较多阳离子是Fe2+。类型四：Fe(OH)2的制取 例4 用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。 方法一：用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。 （1）除去蒸馏水中溶解的O2常采用_的方法。 （2）生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_。【高清课堂：铁及其化合物】 方法二：在如右图所示装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。 （1）在试管里加入的试剂是_。 （2）在试管里加入的试剂是_。 （3）为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管和中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是_。（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_。 【答案】方法一：（1）煮沸 （2）避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2方法二：（1）稀H2SO4、铁屑 （2）NaOH溶液 （3）检验试管出口处排出的氢气的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹 （4）试管中反应生成的H2充满了试管I和试管，且外界空气不容易进入【解析】方法一： （1）气体的溶解度是随温度升高而降低的