化学讲义第三章章末归纳总结

第三章章末归纳总结思维导图思维导图考向分析考向分析考向一铁及其化合物【例1】（2021·辽宁·高考真题）磁性材料在很多领域具有应用前景，其制备过程如下(各步均在氛围中进行)：①称取，配成溶液，转移至恒压滴液漏斗中。②向三颈烧瓶中加入溶液。③持续磁力搅拌，将溶液以的速度全部滴入三颈烧瓶中，100℃下回流3h。④冷却后过滤，依次用热水和乙醇洗涤所得黑色沉淀，在干燥。⑤管式炉内焙烧2h，得产品3.24g。部分装置如图：回答下列问题：(1)仪器a的名称是_______；使用恒压滴液漏斗的原因是_______。(2)实验室制取有多种方法，请根据元素化合物知识和氧化还原反应相关理论，结合下列供选试剂和装置，选出一种可行的方法，化学方程式为_______，对应的装置为_______(填标号)。可供选择的试剂：、、、、饱和、饱和可供选择的发生装置(净化装置略去)：(3)三颈烧瓶中反应生成了Fe和，离子方程式为_______。(4)为保证产品性能，需使其粒径适中、结晶度良好，可采取的措施有_______。A．采用适宜的滴液速度 B．用盐酸代替KOH溶液，抑制水解C．在空气氛围中制备 D．选择适宜的焙烧温度(5)步骤④中判断沉淀是否已经用水洗涤干净，应选择的试剂为_______；使用乙醇洗涤的目的是_______。(6)该实验所得磁性材料的产率为_______(保留3位有效数字)。【答案】(1)

（球形）冷凝管

平衡气压，便于液体顺利流下(2)

(或)

A(或B)(3)(4)AD(5)

稀硝酸和硝酸银溶液

除去晶体表面水分，便于快速干燥(6)90.0%【解析】(1)根据仪器的构造与用途可知，仪器a的名称是（球形）冷凝管；恒压滴液漏斗在使用过程中可保持气压平衡，使液体顺利流下。(2)实验室中制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化，常见的可以是将氨气通入灼热的氧化铜中反应，其化学方程式为：；可选择气体通入硬质玻璃管与固体在加热条件下发生反应，即选择A装置。还可利用饱和和饱和在加热下发生氧化还原反应制备氮气，反应的化学方程式为：，可选择液体与液体加热制备气体型，所以选择B装置。综上考虑，答案为：(或)；A(或B)；(3)三颈烧瓶中溶液与溶液发生反应生成了Fe和，根据氧化还原反应的规律可知，该反应的离子方程式为；(4)结晶度受反应速率与温度的影响，所以为保证产品性能，需使其粒径适中、结晶度良好，可采取的措施有采用适宜的滴液速度、选择适宜的焙烧温度，AD项符合题意，若用盐酸代替KOH溶液，生成的晶体为Fe和，均会溶解在盐酸中，因此得不到该晶粒，故B不选；若在空气氛围中制备，则亚铁离子容易被空气氧化，故D不选，综上所述，答案为：AD；(5)因为反应后溶液中有氯离子，所以在步骤④中判断沉淀是否已经用水洗涤干净，需取最后一次洗涤液，加入稀硝酸酸化后，再加入硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，则证明已洗涤干净；乙醇易溶于水，易挥发，所以最后使用乙醇洗涤的目的是除去晶体表面水分，便于快速干燥。(6)的物质的量为，根据发生反应的离子方程式：，可知理论上所得的Fe和的物质的量各自为0.0125mol，所以得到的黑色产品质量应为，实际得到的产品3.24g，所以其产率为，故答案为：90.0%。【一隅三反】1．（2022·山西省）在一定条件下，用普通铁粉和水蒸气反应,可以得到铁的氧化物，该氧化物又可以经此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉。某校化学小组利用下图所列装置进行铁与水反应的实验，并利用产物进一步与四氧化三铁反应制取铁粉。(装置中的铁架台、铁夹等必要的夹持仪器在图中均已略去)(1)烧瓶A中常加入碎瓷片，其作用是___________________，小试管C的作用是______________________________。(2)为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须_________________，E管中的反应开始后，在F出口处应______________________。(3)反应3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2在一定条件下实际上为可逆反应,本实验中是如何实现Fe向Fe3O4的转变的?试用化学平衡移动原理加以解释_____________________。(4)停止反应，待B管冷却后，取其中固体加入过量稀盐酸，充分反应后过滤。简述证明滤液中含有Fe3+的实验操作及现象______________________。(5)若E管中反应按以下两步进行：Fe3O4+H23FeO+H2O，FeO+H2Fe+H2O，假设实验开始时E管中的Fe3O4为23.2g，反应一段时间后停止实验，冷却后取出其中固体干燥后称量，其质量变为20g。通过计算分析其组成可能为________(填序号)①Fe

②Fe和Fe3O4③FeO和Fe3O4

④Fe和FeO

⑤Fe、FeO和Fe3O4用此20g固体与铝粉在一定条件下进行铝热反应，最多可消耗铝粉________g。(不考虑空气中的成分参与反应)【答案】（1）防止液体暴沸

冷凝水蒸气

检验氢气的纯度

点燃氢气

实验中不断通入水蒸气增大反应物浓度，并移走氢气减小生成物浓度，从而使反应正向进行

取滤液少量，向其中滴加KSCN溶液，溶液变为血红色,即证明含有Fe3+

②④⑤

3.6【解析】(1)加热液体时要防止暴沸，则在烧瓶A中常加入碎瓷片，其目的是防止液体暴沸；小试管C在冰水混合物中，能冷却水蒸气，除去多余的水蒸气；(2)在B装置中Fe与水蒸气反应产生Fe3O4和H2，生成的氢气把装置D、E中的空气排净，为了防止氢气中混有空气加热爆炸，所以加热E前，先检验F出口处氢气的纯度，最后氢气要点燃处理，即在F出口处应点燃氢气；(3)高温下Fe与H2O(g)反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，在一定条件下该反应实际上是可逆反应，如使平衡正向移动，可实验中不断通入水蒸气增大反应物浓度，并移走氢气减小生成物浓度，使平衡正向移动；(4)B管中生成Fe3O4，若检验其中的Fe3+，应该先加盐酸溶解Fe3O4形成溶液，然后加KSCN溶液，若溶液变为血红色，即证明含有Fe3+。即证明Fe3+存在的方法是：取滤液少量，向其中滴加KSCN溶液，若溶液变为血红色，即证明含有Fe3+；(5)Fe3O4质量为23.2g，其物质的量为n(Fe3O4)=，其中Fe元素的物质的量n(Fe)=3n(Fe3O4)=0.3mol，则Fe质量m(Fe)=0.3mol×56g/mol=16.8g；反应一段时间后停止实验，冷却后取出其中固体干燥后称量，其质量变为20g＞16.8g，说明剩余固体中含有O元素，因此不可能完全是Fe单质；其中O元素的物质的量n(O)=，n(Fe)：n(O)=0.3mol：0.2mol=3：2。①固体中含有O元素，不可能完全是Fe单质，①不符合题意；②当Fe和Fe3O4按3：1混合时，符合固体中n(Fe)：n(O)=3：2比例关系，②符合题意；③无论FeO和Fe3O4以任何比例混合，都不符合n(Fe)：n(O)=3：2比例关系，③不符合题意；④当Fe和FeO按1：2混合时，符合固体中n(Fe)：n(O)=3：2比例关系，④符合题意；⑤假设Fe、FeO和Fe3O4混合物中三种物质的物质的量分别是a、b、c，要符合n(Fe)：n(O)=3：2比例关系，则(a+b+3c)：(b+4c)=3：2，整理可得2a=b+6c，就符合上述关系，⑤符合题意；综上所述可知符合题意的物质组合为②④⑤；用上述20g固体与Al粉发生铝热反应，产生Fe单质和Al2O3，根据上述计算可知O元素的物质的量n(O)=0.2mol，则由化学式Al2O3可知n(Al)=n(O)=×0.2mol=mol，其质量m(Al)=mol×27g/mol=3.6g。【点睛】本题主要考查的是铁以及其化合物的相互转化。注意把握平衡移动原理的应用，在判断物质可能组合时，要结合n(Fe)：n(O)=3：2分析，利用铝热反应中Al转化为Al2O3，根据Al、O原子个数比关系解答。2．（2022·广东·模拟预测）某化学学习小组同学学习了铁元素的价类二维图后，对铁及其化合物进行了探究。探究一：对“铁与水蒸气反应”的产物进行检验：(1)①铁与水蒸气反应的化学方程式为_______。②某同学利用磁铁成功吸引反应后的产物，以此确定产物中有未反应的铁单质，请对此结论进行简要分析_______。探究二：向氯化铁溶液中滴加几滴KSCN溶液后，滴加过氧化氢，红色褪去。已知红色褪去的同时有气体生成，经检验为O2。小组同学对红色褪去的原因提出了三种假设：(2)假设I：H2O2还原Fe3+，使其转变为Fe2+；假设II：H2O2分解生成O2，O2氧化KSCN；假设III：_______。并对假设进行了以下实验探究：实验①：取褪色后溶液三份，第一份滴加FeCl3溶液无明显变化；第二份滴加KSCN溶液，溶液出现红色；第三份滴加稀盐酸和BaCl2溶液，产生白色沉淀。实验②：另取同浓度的FeCl3溶液滴加2滴KSCN溶液，溶液变红，再通入O2，无明显变化。(3)实验结论：实验①说明假设_______不正确：实验②的目的是_______；由实验①②得出假设_____是正确的。探究三：甲同学查阅资料“高铁酸盐是优良的多功能水处理剂。K2FeO4为紫色固体，可溶于水，微溶于浓KOH溶液，难溶于有机物；在0~5°C、强碱性溶液中比较稳定，在酸性、中性溶液中易分解放出O2”。甲同学制备高铁酸钾(K2FeO4)装置如图所示，夹持、加热等装置略。(4)已知C中反应为放热反应，C装置应如何改进：_______，且反应中KOH必须过量的原因_______。【答案】(1)

3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2

产物Fe3O4会被磁铁吸引，结论错误(2)H2O2氧化KSCN(3)

I

验证假设II是否成立

III(4)

冰水浴

保持溶液碱性，防止K2FeO4变质【解析】（1）①铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2；②产物Fe3O4也会被磁铁吸引，无法确定产物中有未反应的铁单质，结论错误；（2）H2O2氧化KSCN（3）实验①：取褪色后溶液三份，第一份滴加FeCl3溶液无明显变化，说明溶液中没有KSCN，实验①说明假设I不正确；实验②：另取同浓度的FeCl3溶液滴加2滴KSCN溶液，溶液变红，再通入O2，无明显变化，说明假设II不正确,实验②的目的是验证假设II是否成立；由实验①②知假设I和II都不成立，得出假设III是正确的。（4）K2FeO4在0~5°C溶液中比较稳定，所以反应须在低温下进行，而C中反应为放热反应，故C装置应改进为冰水浴；K2FeO4在强碱性溶液中比较稳定，反应中KOH必须过量的原因是保持溶液碱性，防止K2FeO4变质。3．（2022·北京怀柔·高一期末）某实验小组探究氯水与铁的反应。(1)实验i中产生少量无色气体，该气体可能是_______(填写化学式)。(2)实验ii中观察到溶液变为红色，可推知上层清液中含有_______。(3)实验iii中观察到溶液无明显变化，可推知上层清液中不含Fe3+，其原因是(用离子方程式表示)_______。(4)某同学认为上层清液中的Fe3+是因为Fe2+被氧化，则可能的氧化剂为_______。【答案】(1)H2(2)Fe3+(3)2Fe3++Fe=3Fe2+(4)Cl2、HClO【解析】氯水中含氯气、HClO和HCl，铁与HCl反应生成氯化亚铁和氢气，氯气、HClO具有强氧化性能将Fe2+氧化为Fe3+，Fe3+可用KSCN溶液检验，若铁粉过量，能将Fe3+还原成Fe2+，据此回答。（1）氯气与水反应生成HClO和HCl，铁与HCl反应生成氢气，故实验i中产生少量无色气体，该气体可能是H2。（2）KSCN遇到Fe3+可生成血红色溶液，NaCl与Fe3+不发生反应，则实验ii中观察到溶液变为红色，可推知上层清液中含有Fe3+。（3）实验iii中观察到溶液无明显变化，可推知上层清液中不含Fe3+，可能的原因是铁粉过量，将生成的Fe3+还原成了Fe2+，故离子方程式：2Fe3++Fe=3Fe2+。（4）氯水中除氯气具有强氧化性外，氯气与水反应生成的HClO也具有强氧化性能将Fe2+氧化为Fe3+，故溶液中可能的氧化剂为Cl2、HClO。4．某小组根据白色沉淀迅速变为灰绿色，一段时间后变为红褐色的现象，探究产生灰绿色沉淀的原因。Ⅰ．甲同学猜测灰绿色沉淀是和的混合物，验证实验如下。编号实验操作实验现象实验1液面上方出现白色沉淀，一段时间，后变为灰绿色，长时间后变为红褐色实验2①中出现蓝色沉淀，②中溶液未变红色(1)实验1中加入维生素C是因其具有_______性。(2)实验2中试剂a为_______溶液，试剂b为_______溶液；实验现象说明甲同学的猜测_______(填“正确”或“不正确”)。Ⅱ．乙同学查阅资料得知，沉淀具有较强的吸附性，猜测灰绿色可能是吸附引起的，设计并完成了实验3~实验5。编号实验操作实验现象实验3液面上方产生向色沉淀(带有较多，灰绿色)。沉淀下沉后，部分灰绿色实验4液面上方产生白色沉淀(无灰绿色)。沉淀下沉后，仍为白色实验5取实验4中白色沉淀，洗净后放在潮湿的空气中(3)推测实验4中沉淀无灰绿色的原因为_______。(4)若乙同学的猜测正确，则预测实验5的现象为_______。【答案】(1)还原(2)

铁氰化钾##K3[Fe(CN)6]

硫氰化钾##KSCN

不正确(3)NaOH浓度较大，滴入的FeSO4迅速完全生成Fe(OH)2，没有多余Fe2+可被吸附(4)从白色变为红褐色【解析】NaOH溶液与FeSO4溶液反应生成Fe(OH)3，用维生素C溶液延缓空气对Fe(OH)2的氧化，待沉淀变灰绿色，将其取出，溶解于盐酸，分别用铁氰化钾和硫氰化钾检验Fe2+和Fe3+的存在情况；用过量的较高浓度的NaOH溶液将滴入的FeSO4迅速完全反应，验证乙同学猜测Fe(OH)2因吸附Fe2+而显灰绿色的可能。(1)维生素C具有还原性，实验1中加入维生素C可延缓产生的氢氧化亚铁被空气氧化。(2)实验2中灰绿色沉淀与盐酸反应得到Fe2+，试管①加入试剂a与亚铁离子反应出现蓝色沉淀，则试剂a是铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])溶液；根据实验目的，试剂b用来检验溶液中是否有Fe3+，则试剂b为硫氰化钾(KSCN)溶液；该实验现象说明灰绿色沉淀有Fe(OH)2，没有Fe(OH)3，故甲同学的猜测不正确。(3)由于沉淀具有较强的吸附性，灰绿色可能是吸附引起的，则实验4中沉淀无灰绿色的原因为：NaOH浓度较大，滴入的FeSO4迅速完全生成Fe(OH)2，没有多余Fe2+可被吸附。(4)若乙同学的猜测正确，即灰绿色是吸附引起的，则实验4中白色沉淀洗净后放在潮湿的空气中Fe(OH)2没有Fe2+可以吸附，直接被空气氧化为Fe(OH)3，从白色变为红褐色。考向二铝及其化合物【例2】将一定质量的镁和铝的混合物投入100mL盐酸中，固体全部溶解后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如下图所示。若不考虑金属和盐酸反应时HCl的挥发，则下列说法不正确的是A．镁与铝的物质的量之比为4：3B．盐酸的物质的量浓度为10mol·L1C．NaOH溶液的物质的量浓度为5mol·L1D．生成的氢气在标准状况下的体积为10.08L【答案】A【解析】由图可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明溶解Mg、Al后盐酸有剩余，该阶段发生的反应为：HCl+NaOH=NaCl+H2O，继续滴加NaOH溶液至200mL，到沉淀量最大，此时沉淀为Mg(OH)2和Al(OH)3，二者物质的量之和为0.35mol，此时溶液中溶质为NaCl，再继续滴加NaOH溶液，发生反应NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O，沉淀量开始减小，沉淀量最小时为Mg(OH)2为0.15mol，故到沉淀量最大时Al(OH)3的物质的量为0.35mol0.15mol=0.2mol。A．由分析可知，n(Mg)=n[Mg(OH)2]=0.15mol，n(Al)=n[Al(OH)3]=0.35mol0.15mol=0.2mol，故n(Mg)：n(Al)=0.15mol：0.2mol=3：4，A错误；B．从200mL到240mLNaOH溶解Al(OH)3，由NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O可知，该阶段消耗n(NaOH)=n[Al(OH)3]=0.2mol，则200mLNaOH溶液中n(NaOH)=，沉淀量最大时，溶液中溶质为NaCl，则n(HCl)=n(NaCl)=n(NaOH)=1mol，则盐酸的物质的量浓度为=10mol/L，B正确；C．由B中计算可知，40mL溶液中含有NaOH为0.2mol，则c(NaOH)=，C正确；D．由分析可知n(Al)=0.2mol，n(Mg)=0.15mol，根据电子转移守恒可知2n(H2)=3n(Al)+2n(Mg)=3×0.2mol+2×0.15mol=0.9mol，所以n(H2)=0.45mol，故氢气体积为0.45mol×22.4mol/L=10.08L，D正确；故答案选A。【一隅三反】1．（2022·贵州）下列关于铝及其化合物的性质描述不正确的是A．铝只与盐酸反应 B．Al2O3可以与NaOH溶液反应C．Al2O3可以与盐酸反应 D．Al(OH)3可以与NaOH溶液反应【答案】A【解析】A．铝为两性金属，能和强酸强碱反应，A项错误；B．Al2O3为两性氧化物，可以与NaOH溶液反应，B项正确；C．Al2O3为两性氧化物，可以与盐酸反应，C项正确；D．Al(OH)3为两性氢氧化物，可以与NaOH溶液反应，D项正确；答案选A。2．（2022·江苏宿迁·高一期末）金属铁和铝以及其相关制品在生活和生产中随处可见，用途十分广泛，如在电子、汽车、工业等领域也有各种各样的用途。工业上常利用铝热反应原理来焊接钢轨，化学方程式为：。下列关于铝及其化合物说法正确的是A．铝在常温下不能与氧气发生反应B．铝制品有致密的氧化膜，可长时间盛放酸性或碱性食物C．将氢氧化铝在高温下灼烧，即可得到氧化铝D．等质量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，放出的物质的量之比为3∶1【答案】C【解析】A．铝在常温下能与氧气发生反应生成氧化铝，故A错误；B．氧化铝是两性氧化物，能与酸、碱反应，铝制品不能长时间盛放酸性或碱性食物，故B错误；C．将氢氧化铝在高温下灼烧，氢氧化铝分解为氧化铝和水，故C正确；D．铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，铝元素化合价由0升高为+3，等质量的铝失电子的物质的量相等，所以放出的物质的量之比为1∶1，故D错误；选C。3．某学习小组用如图所示装置测定铝镁合金中的铝的质量分数和铝的相对原子质量。(1)A中试剂为_______。(2)实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是_______。(3)检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：①记录C的液面位置；②将B中剩余固体过滤，洗涤，干燥，称重；③待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；④由A向B滴加足量试剂；⑤检查气密性。上述操作的顺序是_______(填序号)；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应_______。(4)B中发生反应的离子反应方程式为_______；氧化剂是_______(5)若实验用铝镁合金的质量为ag，测得氢气体积为bmL(已换算为标准状况)，B中剩余固体的质量为cg，则铝的相对原子质量为_______。(6)实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得的质量分数将_______(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。【答案】(1)NaOH溶液(2)除去镁铝合金表面的氧化膜(3)

⑤①④③②

使D和C的液面相水平(4)

2Al+2OH+2H2O=2AlO+3H2↑

H2O(5)(6)偏小【解析】由于Mg、Al均可以和酸反应，因此不可以用酸来实验，由于Al可以和碱反应而Mg不反应，则可以用NaOH与Al反应制得H2，然后用排水法收集H2，以计算Al的量，据此解答。(1)由于铝镁都能与酸反应放出氢气，但铝还能与碱（如NaOH溶液）反应放出氢气，而镁不能，要测定铝镁合金中铝的质量分数，应选择NaOH溶液，即A中试剂为NaOH溶液；(2)铝镁的表面都容易形成一层氧化膜，在实验前必须除去，因此实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻的目的是除去铝镁合金表面的氧化膜；(3)实验时，记下量气管中C的液面位置，再加入NaOH溶液开始反应，待反应完毕并冷却至室温后，记录量气管中C的液面位置，最后将B中剩余固体过滤，洗涤，干燥，称重，因此上述操作的顺序是⑤①④③②；量气管读数时为使里面气体压强与外界大气压相等，必须使D和C两管中液面相平；(4)B中发生的反应为铝与NaOH溶液的反应，离子方程为2Al+2OH+2H2O=2AlO+3H2↑，该反应中H2O中H元素化合价降低，为氧化剂；(5)铝镁合金的质量为ag，B中剩余固体镁的质量为cg，则参加反应的铝的质量为(ac)g，生成的氢气为mol，根据方程式可知消耗的Al为mol，所以铝的相对原子质量为；(6)不溶物为镁单质，若未洗涤过滤所得的不溶物，导致镁的质量偏大，则铝的质量分数偏小。4．（2022·广东清远·高一期末）标准的镁铝合金中镁、铝的含量各约为。活性铝含量的多少对烟花的安全生产和产品的质量有很大的影响。某实验小组为检测某品牌的镁铝合金(不含其他元素)中铝的质量分数，将一定量镁铝合金与足量试剂X反应，并设计了下列实验方案进行探究。请填写下列空白：(1)甲组同学们拟选用下列实验装置完成实验：你认为最简易的装置连接顺序是___________；连接好装置首先应进行的操作是___________。滴加过量的试剂X时，发现始终有部分金属未溶解，则该组同学使用的试剂X可能为___________(填化学式)，发生反应的离子方