高中化学-金属专题二-镁、铝、铁

..金属专题二——镁、铝、铁3．其它常见的金属〔如Mg、Al、Fe〕[考点扫描]1．Mg、Al的性质。2．Al2O3和Al(OH)3的两性。3．铁的化学性质。4．铁的氧化物和铁的氢氧化物。5．Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化关系。6．Fe2+、Fe3+的检验。[知识指津]1．Mg、Al的性质(1)物理性质：镁、铝都是密度小、熔点低、硬度较小的银白色金属，但镁与铝相比拟，铝的硬度、密度都比镁大，熔沸点都比镁高。二者都有良好的导热、导电性能及韧性和延展性。(2)镁、铝化学性质及用途比拟镁铝与非金属反响与X2、O2、S、N2等反响，如：

Mg＋SMgS,2Mg＋O22MgO与X2、O2、S等反响，如：

2Al＋3SAl2S3，4Al＋3O22Al2O3与酸反响Mg＋2H+＝Mg2+＋H2↑，与氧化性酸浓H2SO4、HNO3反响较为复杂2Al＋6H+＝2Al3+＋3H2↑，室温时，在浓硫酸、浓硝酸中钝化与水反响Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑

生成的Mg(OH)2能使酚酞试液变红去掉氧化膜的Al与沸水缓慢反响

2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑与碱反响不反响2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑与氧化物反响

(干态置换)2Mg＋CO22MgO＋C

镁着火，不能用CO2灭之2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe

(铝热反响)用途照明弹，制合金等导线、电缆、炊具、化工、合金2．Al2O3Al2O3是一种白色难熔的物质，不溶于水，是冶炼金属铝的原料，也是一种比拟好的耐火材料。是典型的两性氧化物，Al2O3＋6H+＝2Al3+＋3H2O，Al2O3＋2OH-＝2AlO2-＋H2O

3．Al(OH)3Al(OH)3是几乎不溶于水的白色胶状物质，能凝聚水中的悬浮物，又能吸附色素，是典型的两性氢氧化物，在酸或强碱中都能溶解，能用平衡移动原理解释，其两性电离方程式如下：H2O＋AlO2-＋H+Al(OH)3Al3+＋3OH-酸式电离碱式电离4．"铝三角〞及其应用――典型复分解关系(1)"铝三角〞系指Al3+、Al(OH)3、AlO2-相互依存的三角关系；有关离子方程式为：Al3+＋3OH-＝Al(OH)3↓或Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+Al(OH)3＋OH-＝AlO2-＋2H2O，AlO2-＋4H+＝Al3+＋2H2O；Al3+＋4OH-＝AlO2-＋2H2O，AlO2-＋H+＋H2O＝Al(OH)3↓

或AlO2-＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3＋HCO3-，Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O

(2)应用①制取Al(OH)3，最好用铝盐与氨水作用或将CO2通人偏铝酸盐中；②离子共存问题：Al3+与S2-、AlO2-、HCO3-、CO32-因相互促进水解而不能大量共存，AlO2-与H+、NH4+、Al3+、Fe3+等不能大量共存。有关离子方程式如下：Al3++3AlO2-＋6H2O＝4Al(OH)3↓，Al3+＋3HCO3-＝Al(OH)3↓＋CO2↑，2Al3+＋3S2-＋6H2O＝2Al(OH)3↓＋3H2S↑

AlO2-＋NH4+＋H2O＝Al(OH)3↓＋NH3↑，3AlO2-＋Fe3+＋6H2O＝3Al(OH)3↓＋Fe(OH)3↓

5．铝的图像(1)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量。图1所示。(2)向AlCl3溶液中滴加氨水至过量。图2所示。(3)向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液直至过量。图3所示。(4)向NaAlO2溶液中滴加盐酸直至过量。图4所示。(5)向盐酸中滴入NaAlO2溶液直至过量。图5所示。(6)向NaAlO2溶液人CO2直至过量。图6所示。6．既能与酸又能与碱反响的物质⑴某些单质如Al、Si等；⑵两性氧化物如Al2O3；⑶两性氢氧化物如Al(OH)3；⑷弱酸的铵盐如CH3COONH4、(NH4)2CO3、(NH4)2S等；⑸多元弱酸的酸式盐如NaHCO3、NaH2PO4等；⑹氨基酸、蛋白质等。7．铁的性质铁位于周期表中第四周期第Ⅷ族，常见的化合价有＋2、＋3价。化学性质比拟活泼，能与许多物质发生化学反响：①与非金属反响，3Fe＋2O2Fe3O4、2Fe＋3Cl22FeCl3、Fe＋SFeS；②与水反响，3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2；③与酸反响，Fe＋2H+＝Fe2+＋H2↑，常温下与浓硫酸、浓硝酸发生钝化；④与某些盐溶液的反响，如Fe＋Cu2+＝Fe2+＋Cu。8．铁的重要化合物(1)氧化物，铁南主要氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4等，其性质见下表：铁的氧化物FeOFe2O3Fe3O4俗名――铁红磁性氧化铁色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体稳定性不稳定稳定稳定水溶性不溶不溶不溶与HCl反响FeO+2HCl=FeCl2+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OFe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O与CO反响FexO2＋yCOyCO2＋xFe与Al反响3FexOy＋2yAlyAl2O3＋3xFe注：①三种氧化物中Fe3O4最为稳定，Fe3O4在Fe的外表能起到保护作用，防止生锈。②Fe3O4可写成FeO·Fe2O3；③FeO遇到强氧化性的酸如HNO3等发生氧化复原反响。(2)铁的氢氧化物铁的氢氧化物Fe(OH)2弱碱Fe(OH)3弱碱色态白色固体红褐色固体稳定性不稳定，在空气中易被氧化

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3白色→灰绿色→红褐色受热分解

2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O与酸反响Fe(OH)2＋2H+=Fe2+＋2H2OFe(OH)3＋3H+=Fe3+＋3H2O制备相应盐与氨水或强碱作用

Fe2+＋2OH-＝Fe(OH)2↓相应盐与氨水或强碱作用

Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓注：Fe(OH)2在水中稳定存在的寿命只有几秒钟。在实验室制取Fe(OH)2时，一定要用新制的Fe2+盐和NaOH溶液，且滴管末端插入试管的液面下，再滴加NaOH溶液。Fe(OH)2与氧化性酸发生氧化复原反响；Fe2+在水溶液中显浅绿色，Fe3+在水中呈黄色。(3)铁及其化合物间的相互转化――铁三角，典型的氧化复原反响注：①Fe遇到强氧化剂时，直接被氧化成Fe3+，而遇到弱氧化剂时，被氧化成Fe2+，同样Fe2+只有碰到强氧化剂才能被氧化成Fe3+。②常见Fe2+转变为Fe3+的离子方程式有：2Fe2+＋X2＝2Fe3+＋2X-(X＝Cl、Br)

4Fe2+＋4H+＋O2＝4Fe3+＋2H2O

2Fe2+＋H2O2＋2H+＝2Fe3+＋2H2O

3Fe2+＋4H+＋NO3-＝3Fe3+＋2H2O＋NO↑

③常见Fe3+转化为Fe2+的离子方程式有：2Fe3+＋Fe＝3Fe2+，2Fe3+＋2I-＝I2＋2Fe2+，2Fe3+＋SO2+2H2O＝2Fe2+＋SO42-＋4H+9．Fe2+、Fe3+的检验方法一：参加强碱或氨水溶液，立即产生红褐色沉淀的为Fe3+，而产生白色沉淀→灰绿色→红褐色沉淀的为Fe2+；方法二：滴入KS溶液，溶液变成红色的为Fe3+，而无明显现象的为Fe2+。[例点击]例1将等物质的量的镁和铝相混合，平均分成4份，分别加到足量的以下溶液中，充分反响后，放出氢气最多的是()

A．3mol·L-1的HClB．4mol·L-1的HNO3C．8mol·L-1的NaOHD．18mol·L-1的H2SO4解析由于Mg、Al与HNO3及浓H2SO4均无H2放出，排除B、D；Mg、Al与HCl均能反响，放出H2，而与NaOH溶液作用，只有Al才能反响，故此题答案为A。答案A例2将amolNa和amolAl一同投入到mg足量H2O中，所得溶液的密度为dg·L-1，该溶液里溶质的质量分数为()

A．B．C．D．解析此题中涉及的反响有：2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑，去掉中间产物NaOH，有关系式：Na＋Al＋2H2O＝NaAlO2＋2H2↑，amolNa与amolAl正好完全反响，生成amolNaAlO和2amolH2，答案C例3写出以明矾、三氧化二铬为主要原料(其它无机试剂任选)制取金属铬的有关化学方程式：________________；________________；________________；________________。解析铬常用铝热反响制得，而金属铝可通过Al2O3电解法而制得。Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+，2Al(OH)3Al2O3＋3H2O

2Al2O34Al＋3O2↑

2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3例4往100mL1mol·L-1的AlCl3溶液中滴加1mol·L-1的NaOH溶液得沉淀3.9g，那么参加NaOH溶液的体积可能是多少mL"

解析n(Al3+)＝0.1L×1mol·L-1＝0.1mol，而n[Al(OH)3)]=＝0.05mol，说明Al元素并没有全部形成沉淀，故有两解。第一种情况：NaOH缺乏，n(NaOH)＝0.05mol×3＝0.15mol，v[NaOH(aq)]==150mL

第二种情况：Al3+先与NaOH全部形成沉淀，后再溶解一局部，n(NaOH)＝0.1mol×3＋0.05mol＝0.35mol，v[NaOH(aq)]=＝350mL。答案150mL或350mL

例5以下反响中，铁只能生成高价化合物的是()

A．过量铁粉与稀硝酸反响B．铁粉与硫蒸气反响C．铁粉与过量的浓硫酸共热D．红热的铁粉与水蒸气反响解析选项A中Fe元素的变化是：FeFe3+Fe2+；B选项中Fe变成FeS；C选项中由于浓H2SO4是强氧化剂且条件是加热，Fe被氧化成高价；D选项中Fe与H2O(气)作用，生成Fe3O4。故答案C。答案C例6某溶液中有NH4+、Mg2+、Al3+四种离子，假设向其中参加过量的氢氧化钠溶液，微热搅拌，再参加过量盐酸，溶液量减少的阳离子是()

A．NH4+B．Mg2+C．Fe2+D．Al3+解析四种离子的变化情况分别是：NH4+NH3↑(逸出)；Mg2+Mg(OH)2↓Mg2+；Fe2+Fe(OH)2↓Fe(OH)3↓Fe3+；Al3+Al(OH)3↓AlO2-Al(OH)3↓Al3+。答案A、C例7试样X由氧化亚铁和氧化铜组成。取质量相等的两份试样按以下图所示进展实验：(1)请写出步骤③中所发生的反响的离子方程式：________________。(2)假设全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反响后，生成的不溶物W的质量是m，那么每份试样X中氧化铜的质量为________________(用m表示)。解析溶液Y中的离子为Fe2+、Cu2+、H+和Cl-，粉末Z是Fe、Cu的混合物，故③中的反响是：Fe＋Cu2+=Fe2++Cu，Fe＋2H+=H2↑＋Fe2+；不溶物W应该是Cu，故每份中产生的铜应该是，由CuO～Cu，得每份CuO的质量为0.625m。答案(1)Fe＋Cu2+=Fe2++Cu，Fe＋2H+=H2↑＋Fe2+(2)0.625m

例8在2.0LCuSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中，参加30gFe粉，最后得到2.0L0.25mol·L-1的FeSO4溶液及26g固体沉淀物，试求原混合液中CuSO4和Fe2(SO4)3物质的量浓度。解析题中共涉及两个反响：Fe＋Fe2(SO4)3=3FeSO4，Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，由于最后得到FeSO4溶液，故Fe应过量。设CuSO4物质的量浓度为x，Fe2(SO4)3物质的量浓度为y，列方程组可解得。由于n(SO42-)不变，有方程：2x＋6y=2.0L×0.25mol·L-1(1)

反响前固体铁与溶液中铁、铜元素总质量与反响后固体中铁、铜与溶液中铁元素总质量相等。反响前，铜、铁元素总质量为：30g＋2x×64g·mol-1+2y×2×56g·mol-1反响后，铜、铁元素总质量为：2.0L×0.25mol·L-1×56g·mol-1＋26g，即有方程：30g＋2x×64g·mol-1＋4y×56g·mol-1＝26g＋2.0L×0.25mol·L-1×56g·mol-1(2)

联立(1)、(2)得：x=0.10mol·L-1，y=0.05mol·L-1答案c(CuSO4)＝0.10mol·L-1c[Fe2(SO4)3]＝0.05mol·L-1[变式操练]1．将Mg、Al混合粉末10.2g溶于4mol·L-1的盐酸500mL里。假设参加2mol·L-1的NaOH溶液，使得沉淀到达最大量，那么需参加此种NaOH溶液为()

A．1000mLB．500mLC．100mLD．1500mL

答案A2．将500mL浓度为amol·L-1的NaOH溶液滴加到500mL浓度为bmol·L-1的AlCl3溶液中。试推导a、b的关系，并计算能得到Al(OH)3的物质的量。答案分三种情况讨沦：①NaOH缺乏，即a≤3b时，n[Al(OH)3]=②NaOH足量，但生成的Al(OH)3不能全溶时，即3b<a<4b，n[Al(OH)3]＝(0.20b-0.05a)mol③NaOH过量，生成的Al(OH)3全溶时，即a≥4b，n[Al(OH)3]＝0

3．为了除去氯化镁酸性溶液中的Fe3+离子，可在加热搅拌的条件下参加一种试剂，过滤后再参加适量盐酸。这种试剂是()

A．氧化镁B．氢氧化钠C．碳酸钠D．碳酸镁答案AD4．铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中使用的一种新型净水剂，它的氧化性比高锰酸钾更强，本身在反响中被复原为Fe3+。(1)配平制取铁酸钠的化学方程式：()Fe(NO3)2＋()NaOH＋()Cl2→()Na2FeO4＋()NaNO3＋()NaCl＋()H2O，反响中元素________________被氧化，转移电子总数为________________。(2)铁酸钠之所以能净水，除了能消毒杀菌外，另一个原因是________________。答案(1)1、8、2、1、2、4、4；Fe(+2)，4e-(2)复原产物Fe3+发生水解生成Fe(OH)3胶体能吸附杂物5．称取0.200g某赤铁矿样品，矿样溶解后，使其中的铁转化成Fe2+(所得溶液中不含其它复原性物质)。另取7.90g硫酸铈铵2(NH4)2SO4·Ce(SO4)2·2H2O(摩尔质量632g·mol-1)，溶解后稀释至250mL。取30.0mL该溶液恰好与上述的Fe2+溶液完全反响。反响的离子方程式为：Ce4+＋Fe2+＝Ce3+＋Fe3+。请计算该矿样中Fe2O3的质量分数(Fe2O3的摩尔质量为160g·mol-1)

答案3.60％[配套练习]1．以下的金属冶炼法，通常不宜采用的是()

A．用加热法制金属汞B．用电解法制金属铝C．用复原法制金属锌D．用铝热法制金属铬[答案]A[解析]金属冶炼的实质是用复原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属单质。根据金属的化学活泼性不同，分为三种常用的冶炼方法，热分解法：适用于活泼性较差的金属，如汞、银；热复原法：适用于金属活泼性介于Mg～Cu之间的大多数金属；电解法：适用于金属活泼性很强的金属，一般位于金属活动顺序表中铝前面的金属。[评说]考纲要求"了解金属的通性，金属冶炼的一般原理〞、"了解常见金属的活动顺序〞。此题考察学生对金属冶炼的方法及适用围的掌握情况，冶炼方法一般以金属活动顺序为载体分类。根据题意，只要识记这些金属冶炼的方法就可解题。2．以下有关金属元素特征的表达，正确的选项是()

A．金属元素的原子只有复原性，离子只有氧化性D．金属元素在化合物中有时显正价，有时显负价C．金属元素的单质一般都容易导电、导热、有延展性D．金属元素的单质在常温下均为金属晶体[答案]C[解析]有些金属元素具有可变化合价，故当其化合价处于中间价态时既有氧化性又有复原性，A的表达错误。根据金属离子的核外电子排布判断金属只有正化合价，故B不正确。由于金属具有自由电子，故金属元素的单质一般都容易导电、导热、有延展性，C的表达正确。大局部金属元素的单质在常温下为金属晶体，但有的例外，如汞，故D的表达错误。[评说]考纲要求"了解金属的通性〞。此题考察学生对金属元素通性的理解、识记、分析的能力。3．Wg铁和铝的混合物，跟足量稀硫酸反响产生H2的体积是一样条件下等质量该混合物跟足量烧碱溶液反响产生H2体积的4倍(一样状况)，那么原混合物中铁和铝的质量比为()

A．28:3B．14:3C．9:2D．5:4

[答案]A[解析]铝是两性金属，可分别与酸、碱反响，而铁只能与酸反响。金属与酸或碱反响时都是金属作复原剂，故可由金属失电子数来衡量氢气量。设铝为1mol，那么1mol铝与烧碱反响时失电子3mol。在与酸反响时，1mol铝同样失电子3mol。为满足等量金属混合物与酸反响时生成的氢气是与碱反响时生成氢气的4倍，即在与酸反响时金属应失的总电子数为12mol，推出铁应失电子数为9mol，而铁与硫酸反响时生成的是亚铁，即1mol铁失2mol电子，故9mol电子需铁4.5mol，说明在混合物中铁与铝的物质的量比是9:2，其质量比为28:3。[评说]考察学生对铁、铝性质的理解和推理、分析问题的能力。由题意可知可用反响式进展解题，但注意最后求的是质量比。4．我国化学家侯德榜(右图)改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：(1)上述生产纯碱的方法称________________，副产品的一种用途为________________。(2)沉淀池中发生的化学反响的方程式是________________。(3)写出上述流程中X物质的分子式________________。(4)使原料氯化钠的利用率从70％提高到90％以上，主要是设计了(填上述流程中的编号)的循环，从沉淀池中取出沉淀的操作是________________。(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加________________。(6)向母液氨气，参加细小食盐颗粒，冷却析出副