第三章铁金属材料（知识梳理）高一化学

第三章铁金属材料知识梳理知识梳理铁及其化合物第1节铁及其化合物第1节一、铁元素的存在游离态——陨铁化合态——黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿二、铁单质1、物理性质银白色、密度较大、熔沸点较高、能导电、具有延展性、能被磁铁吸引2、化学性质三、铁的化合物1、氧化物铁的氧化物氧化亚铁氧化铁四氧化三铁化学式FeOFe2O3Fe3O4铁元素价态+2+3+2、+3颜色、状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体在水中的溶解性不溶于水，也不和水反应与稀酸的反应(生成相应的盐)FeO+2H+Fe2++H2OFe2O3+6H+2Fe3++3H2OFe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O与CO的反应FexOy+yCOxFe+yCO2存在不稳定，在空气中受热易被氧化成Fe3O4赤铁矿磁铁矿用途红色油漆和涂料、炼铁原料炼铁、磁性材料2、氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体溶解性难溶于水难溶于水与盐酸反应(离子方程式)Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2OFe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O稳定性不稳定，分解产物很复杂不稳定，受热易分解：2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O制法可溶性亚铁盐与碱反应：FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4可溶性铁盐与碱反应：FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl转化方程式4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3现象白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色总结提升：实验操作实验现象结论(用化学方程式表示)试管中有红褐色沉淀产生Fe3++3OH−=Fe(OH)3↓试管中先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色Fe2++2OH−=Fe(OH)2↓(白色)、4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)33、铁盐总结提升——铁三角：【典例1】下列反应中，铁只能生成高价化合物的是A．过量的铁与稀HNO3反应 B．铁粉与硫蒸气反应C．铁粉与氯气反应 D．红热的铁粉与水蒸气反应【答案】C【解析】铁遇到强的氧化剂反应生成三价铁离子，遇到弱的氧化剂反应生成二价铁离子，据此解答．A．过量的铁与稀HNO3反应硝酸亚铁，故A不选；B．铁粉与硫蒸气反应生成硫化亚铁，故B不选；C．氯气具有强的氧化性，能够与铁反应生成氯化铁，故C选；D．红热的铁粉与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，故D不选；故选：C。【典例2】下列铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是A．Fe粉具有还原性，可用作抗氧化剂B．Fe2O3粉末呈红棕色，可用于制取铁盐C．Fe2(SO4)3易溶于水，可用作净水剂D．FeCl3溶液呈酸性，用于蚀刻铜电路板【答案】A【解析】Fe2O3粉末呈红棕色，可用于染料，B错误；Fe3＋水解生成氢氧化铁胶体，可用作净水剂，C错误；FeCl3溶液具有氧化性，用于蚀刻铜电路板，D错误。【典例3】下列反应的离子方程式书写正确的是A．铁和稀硝酸反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑B．氯化铁腐蚀印刷线路板：Fe3++Cu=Fe2++Cu2+C．铁与水蒸气反应生成黑色固体：3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2D．少量的铁与稀硝酸反应：3Fe+8H++2NO3=3Fe2++2NO↑+4H2【答案】C【解析】A.铁和稀硝酸反应不产生氢气。B.电荷不守恒。D.稀硝酸过量应生成三价铁。【典例4】用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验，下列有关说法正确的是A．实验时，先点燃酒精喷灯再点燃酒精灯B．反应中H2O作氧化剂，发生反应的化学方程式为2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2C．干燥管中加入的固体干燥剂可以是无水氯化钙D．收集反应产生的气体选用装置②【答案】C【解析】A．实验时，应先用水蒸气排出装置中的空气，即先点燃酒精灯再点燃酒精喷灯，A错误；B．铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，B错误；C．氢气是中性气体，可以用碱石灰干燥，C正确；D．收集的是氢气，密度比空气小，应用向下排气法，选用装置c，D错误；故选C。【典例5】用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用FeSO4溶液与不含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_____________________________________。方法二：在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备。(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是________。(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是________。(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ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而被氧化方法二：(1)稀硫酸、铁屑(2)NaOH溶液(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入装置【解析】方法一：(1)气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。(2)避免生成的Fe(OH)2被空气(氧气)氧化。方法二：试管Ⅱ是开口式，无法利用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中进行，而在试管Ⅱ中应加入不含O2的NaOH溶液。当把Fe与稀硫酸放入试管Ⅰ后，产生的H2可通过试管Ⅰ内的短导管排出试管Ⅰ内的空气，然后经过止水夹进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气，最后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管Ⅰ内生成的FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2环境中，从而避免了空气中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。【典例6】把某表面被氧化的钢铁样品，加入过量稀H2SO4中，过滤，除去杂质，在滤液中滴加KSCN溶液无血红色，继续向滤液中加入适量硝酸后，再加入过量的氨水，有沉淀生成。上述过程中加入硝酸之前溶液中的溶质和最终生成的沉淀颜色分别为A．Fe2(SO4)3；白色B．Fe2(SO4)3；红褐色C．FeSO4；红褐色D．FeSO4；白色→灰绿色→红褐色【答案】C【解析】三价铁遇KSCN变红，溶液无血红色，说明没有三价铁。加入硝酸将二价铁氧化为三价铁，最终生成氢氧化铁红褐色沉淀。【典例7】为了除去FeSO4溶液中的Fe2(SO4)3和CuSO4，最好选用的试剂是A．烧碱溶液B．浓氨水C．铁粉D．硫酸【答案】C【解析】除杂实际选择遵循不引入新杂质，不消耗需要的物质。金属材料第2节金属材料第2节一、铝元素的存在化合态，地壳中含量仅次于氧和硅。二、铁单质1、物理性质银白色、质软、密度小、导电性强2、化学性质（1）铝和氧气的反应4Al+3O22Al2O3（2）铝和酸、碱的反应2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑（2Al+6H+=2Al3++3H2↑）2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑（2Al+2OH—+2H2O=2AlO2—+3H2↑）铝热反应实验原理：铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质，如Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。实验装置：反应现象及结论剧烈燃烧，放出大量的热，导致混合物剧烈反应过后，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中；待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。应用①野外焊接钢轨。②冶炼高熔点金属。三、氧化铝1、物理性质颜色状态熔点硬度溶解性白色固体很高（2050℃）很大不易溶于水2、氧化铝的存在和用途自然界中纯净的Al2O3为无色晶体俗称刚玉，硬度仅次于金刚石。用途：耐火材料，常用于耐火坩埚和耐火管等。3、化学性质①与酸（稀HCl）反应：Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O。②与碱（NaOH）反应：Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O。氧化铝既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水，所以氧化铝是两性氧化物。两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能和碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。四、氢氧化铝1、物理性质氢氧化铝是白色胶状物质，不溶于水，有强的吸附性，可以吸附水中的悬浮物和各种色素。2、化学性质①氢氧化铝的两性：Al(OH)3沉淀中加盐酸或NaOH溶液，沉淀都消失。Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。氢氧化铝既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水，所以氢氧化铝是两性氢氧化物。Al(OH)3的电离方程式为：氢氧化铝只能与强酸、强碱反应②不稳定性氢氧化铝不稳定，受热易分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O（这是工业上制取纯净氧化铝的方法）3、用途医用的胃酸中和剂中的一种4、氢氧化铝的制备①在试管里加入10mL0.5mol·L－1Al2(SO4)3溶液，再滴加氨水，观察现象。继续滴加氨水至过量，观察现象。Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)②向偏铝酸盐溶液中通入CO2可制得Al(OH)3。2AlO2+CO2(少量)+3H2O==2Al(OH)3↓+CO32AlO2+CO2(过量)+2H2O==2Al(OH)3↓+HCO3五、明矾1．化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水。2．明矾净水的原理电离方程式为KAl(SO4)2=K＋＋Al3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)，其中Al3＋发生水解反应，产生Al(OH)3(胶体)，能吸附水中悬浮物形成沉淀，使水澄清。总结提升——铝三角化学计算中的常用方法方法一：守恒法——质量守恒、电荷守恒、电子守恒反应前后元素种类、质量、原子个数不变还原剂失电子总数＝氧化剂得电子总数方法二：差量法——质量差值法、体积差值法根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓的“理论差量”，方法三：关系式法——解答连续反应类型计算题的捷径当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。方法四：方程组法——两个已知量求解混合物中两种物质的未知量一般方程组法用于解决两种物质的混合物计算，一般读题时能找到两个已知量时，均可以利用二元一次方程组进行求算未知量。【典例1】两份铝，一份加入足量强碱溶液中，另一份加入足量盐酸中，要使前后反应收集到的氢气量之比为1︰2，则两份铝质量比为A．1︰2B．2︰1C．1︰4D．1︰1【答案】A【解析】金属铝和碱或酸反应时，2摩尔铝都产生3摩尔氢气，即氢气的比例等于铝的比例，则铝的质量比为1:2，选A。【典例2】某同学通过系列实验探究Al及其化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是A．将水加入浓硫酸中得到稀硫酸，将铝条置于其中探究Al的活泼性B．将NaOH溶液缓慢滴入Al2(SO4)3溶液中至过量，最终观察到有沉淀生成C．将Al(OH)3浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤，洗涤并收集沉淀D．将Al(OH)3沉淀转入蒸发皿中，加足量稀硫酸，加热蒸干得无水Al2(SO4)3固体【答案】D【解析】A项，稀释浓硫酸时应将浓硫酸加入水中并不断搅拌；B项，将过量的NaOH溶液滴入Al2(SO4)3溶液中，最终生成NaAlO2溶液，无沉淀。【典例3】以氧化铝为原料制取氢氧化铝，最好的方法是

A．将氧化铝溶于水将氧化铝溶于盐酸中，之后滴加氢氧化钠溶液

C.将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氨水D．将氧化铝溶于氢氧化钠溶液中，之后滴加盐酸【答案】C【解析】A.氧化铝不溶于水。B.氢氧化钠过量生成偏铝酸钠。D盐酸过量会生成铝离子。【典例4】下列叙述中正确的是A．Al、Fe、Cu三者对应的氧化物均为碱性氧化物B．向污水中投放明矾，能生成凝聚悬浮物的Al(OH)3胶体，起到净水的作用C．向NaAlO2溶液中通入过量CO2：2AlO+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+COD．加入铝粉能产生H2的溶液中，一定存在大量的Na+、Ba2+、AlO、Cl【答案】B【详解】A．氧化铝能和酸、碱反应生成盐和水，为两性氧化物，A错误；B．明矾溶于水电离产生铝离子，铝离子水解可以生成凝聚悬浮物的Al(OH)3胶体，起到净水的作用，B正确；C．二氧化碳过量会生成碳酸氢钠，离子方程式为AlO+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO，C错误；D．加入Al能放出H2的溶液，为强酸或强碱溶液，强酸性条件下AlO不会大量存在，D错误；综上所述答案为B。【典例5】在2L硫酸铜和硫酸铁的混合溶液中，加入30g铁粉，最后得到2L0.25mol·L－1的硫酸亚铁溶液及26g固体沉淀物。分别求原混合溶液中硫酸铁和硫酸铜的物质的量浓度。【答案】0.05mol·L－10.1mol·L－1【解析】设硫酸铁、硫酸铜的物质的量分别为x和y。根据反应前后铁和铜的质量和相等得：56g·mol－1×2x＋64g·mol－1×y＋30g＝2L×0.25mol·L－1×56g·mol－1＋26g①再由反应前后硫酸根离子的物质的量守恒得：3x＋y＝2L×0.25mol·L－1②联立①②解得x＝0.1mol，y＝0.2mol。因此硫酸铁、硫酸铜的物质的量浓度分别为：0．05m