高二化学第四章几种重要的金属学案

高二化学第四章几种重要的金属学案第一节镁和铝预习导航（预习教材，提供教材关键信息）一、金属的通论1．人类已发现的一百多种元素中，金属元素大约占______，在元素周期表中，金属元素位于每个周期的_______，在常温下，除______是液体外，其余金属都是固体。2．大多数金属具有延展性，其中以_______的延展性最好。金属一般都是热的良导体。其中______和_______的传热导电性能最好。二、镁和铝的原子结构1．镁、铝分别位于______周期的______族和_____族。它们的原子电子层数分别为______和_______，它们的原子最外层电子数分别为______和________。在参加化学反应时，容易失去最外层电子成为阳离子。2．镁和铝位于同一周期，它们都是比较活泼的金属，但由于镁比铝的原子半径_____，最外层电子数_____，原子核对最外层电子的引力更)______，因此镁的最外层电子更易失去，镁比铝更活泼。三、镁和铝的物理性质1．共性：均为____；均为_____；熔点均_____；硬度均____．都具有金属的通性．2．差异：镁在密度、熔点、沸点、硬度上均_________铝．四、镁和铝的化学性质举例镁铝与非金属反应与O2反应与C12反应与酸反应与盐酸反应与硫酸反应与碱反应与水反应与氧化物反应五、铝的重要化合物1．氧化铝(Al2O3)：______色难______，可做_______材料，是典型的______。Al2O3与强酸反应的离子方程式：_____________。Al2O3与强碱反应的离子方程式：____________。2．氢氧化铝[Al(OH)3]：_________色______状物，是典型的_____。氢氧化铝的电离方程式：_________；当向Al(OH)3中加入强酸时，平衡向_______移动；当向Al(OH)3中加入强碱时，平衡向_________移动。实验室制备Al(OH)3时，选用铝盐和氨水作用而不选氢氧化钠溶液的原因是____________。3．十二水合硫酸铝钾俗名明矾，是________色晶体，在水中的电离方程式_______________________________；明矾能够净水其离子方程式为__________________________________。六、合金合金是_______。其特点是：硬度一般比它的各成分金属______；多数合金的熔点一般比它的各成分金属______________；合金化学性质与成分金属_____________；物理、化学和机械性能__________各成分金属。关键信息一、1．4/5前部汞2．金银铜二、1．第3周期第ⅡAⅢA3层3层232．大少小一些三、1．银白色轻金属较低较小2．小于(或低于)四、方程式略五、1．白色难熔耐火两性氧化物2．白色胶状两性氢氧化物碱式电离方向酸式电离方向Al(OH)3能溶于氢氧化钠。3．无色六、由两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。底不同强于要点解析（名师点拨，重点、难点、热点轻松过关）1．金属单质与酸反应回忆金属活动顺序表，写出排在氢前面的金属与酸反应的化学方程式，并总结规律。2．氢氧化铝的两性氢氧化铝的两性一直是高考热点之一，其中原因在于它的典型性，相关的反应可用下式表示：由于氢氧化铝既可溶于强酸又可溶于强碱，所以制备氢氧化铝宜采用以下途径：①可溶性铝盐(Al3+)与氨水反应②偏铝酸盐(A1O2-)与二氧化碳反应③利用Al3+和A1O2-在溶液中可发生相互促进的水解反应。2．试剂的滴加顺序与实验现象在化学反应中，由于反应物的相互滴加顺序不同，而导致产生不同的实验现象，这种情况在中学化学中是很常见的，下面举与本节有关的两例结合图像加以说明。(1)AlCl3与NaOHa．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量首先发生的反应是Al3++3OH一=Al(OH)3↓，溶液中产生白色沉淀并逐渐增多，当AlCl3全部转化为Al(OH)3时，继续加入的NaOH与Al(OH)3反应，离子方程式是：Al(OH)3+OH一=A1O2-+H2O，这时白色沉淀逐渐减少，最后全部消失，整个过程可用下图表示。b．向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至过量，滴人的AlCl3先与Na0H反应生成Al(OH)3沉淀，继而马上被溶液中过量的NaOH溶解，当NaOH全部转化为NaAlO2之后，继续滴加AlCl3，则会发生反应Al3++3A1O2一+6H2O=4Al(OH)3↓，沉淀量的变化可用下图表示。(2)NaAlO2与HCla．向NaAlO2溶液中滴加盐酸至过量。发生反应依次为：NaAlO2+HCl+H2O=Al(OH)3↓+NaCl，A1(OH3)+3HCl=AlCl3+3H2O沉淀量的变化可用下图表示：b．向盐酸滴加NaAlO2溶液至过量。滴入的NaOH先与HCl反应生成Al(OH)3沉淀，继而马上被过量的HCl溶解，反应方程式为：4H++A1O2一=Al3++2H2O继续滴加的NaAlO2则与Al3+发生水解反应，离子方程式为：3A1O2一十Al3++6H2O=4Al(OH)3↓沉淀量的变化可用下图表示：【例1】两个烧杯加入同体积的浓度为2mol／L的H2SO4，置于天平两端，调平天平后分别加入10．8g的A1和Mg，则反应完毕后，天平（）A．可能加Mg一端下倾B．可能加Al一端下倾C．可能仍保持天平平衡D．无法判断【解析】此题未说明稀H2SO4的体积，分下列三种情况讨论：(1)加入稀H2SO4过量，Al、Mg都已反应完毕，按化学反应方程式计算，加入Al、Mg每端增加的重量：2Al+3H2SO4=A12(SO4)3+3H2↑△w54g6g48g10．8gm(A1)m(A1)=9．6gMg+H2SO4=MgSO4+H2↑△w24g2g22g10．8gm(Mg)m(Mg)=9．9g加入Mg一端增加质量多，往下倾。(2)加入稀H2SO4对Al和Mg都不足，两金属都有剩余。因加稀H2SO4物质的量一定，则产生的H2的量也相同，故天平保持平衡。(3)若加入H2SO4量能使Mg完全反应，反应放出H2后，溶液增重9．9g，使Mg不能完全反应，Al有余，加入Al的一端增加质量小于9．6g，故天平向加入Mg的一端下倾。答案：A、C。【点拨】分别分析镁和铝与硫酸反应质量变化情况。【例2】向100mL2mol·L-的AlCl3溶液中，逐滴加入NaOH溶液100mL时产生沉淀为7．8g，则加入NaOH溶液的物质的量浓度是（）A．1mol·L-B．1．5mol·L-C．3mol·L-D．7mol·L-【解析】7．8gAl(OH)3的物质的量为0．1mol。AlCl3逐滴加入NaOH溶液有关反应为：Al3++3OH一=Al(OH)3↓A1(OH)3+OH一=A1O2-+2H2O(1)NaOH不足设参加反应的NaOH的物质的量为n(NaOH）Al3++3OH一=Al(OH)3↓31n(NaOH)0．1moln(NaOH)=0．3molc(NaOH)=0．3mol／0．1L=3mol·L-(2)：NaOH过量Al3+全部沉淀为Al(OH)3，过量的NaOH溶解部分的Al(OH)3，只余0．1molAl(OH)3沉淀。设使Al3+全部沉淀需NaOH的物质的量为n1(NaOH)溶解部分Al(OH)3需NaOH的物质的量为n2(NaOH)Al3++3OH-=Al(OH)31310．2moln1(NaOH)0．2moln1(NaOH)=0．6molAl(OH)3+OH-=A1O2-+2H2110．1moln2(NaOH)n2(NaOH)=0．1molc(NaOH)=7mol·L-【点拨】向AlCl3溶液中，逐滴加入NaOH溶液先生成氢氧化铝沉淀，继续滴加，沉淀会溶解。【例3】向明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至过量．(1)写出可能发生的有关反应的离子方程式．(2)在图中，纵坐标表示生成沉淀的物质的量，横坐标表示加入Ba(OH)2的物质的量．试在图中画出当溶液中明矾为1mol时，生成的每一种沉淀的物质的量随Ba(OH)2物质的量变化的曲线(在曲线上标明沉淀的化学式)．(3)当向aL物质的量浓度为Mmol／L的明矾溶液中滴加物质的量浓度为nmol／L的Ba(OH)2溶液bL，用含a，M，N的表达式表示：①当b满足______条件时，沉淀的总物质的量为最大值．②当b满足______条件时，沉淀的质量为最大值．【解析】(1)设溶液中明矾的物质的量为1mol．则当滴加的Ba(OH)。的物质的量分别在0～1．5mol和1．5mol～2．0mol时，所发生的反应的化学方程式和离子方程式分别为：2KAl(SO4)2+3Ba(OH)2=K2SO4+3BaSO4+2Al(OH)3↓①K2SO4+2Al(OH)3+Ba(OH)2=2KAlO2+BaSO4↓+4H2(2)从化学方程式可以看出，生成BaSO4的物质的量随Ba(OH)2的量的增加而增加，生成Al(OH)3的物质的量随Ba(OH)2的量的增加而发生先增加后减少直至完全溶解的变化过程．(3)由方程式①知，当加入了1．5molBa(OH)2时，生成沉淀的物质的量为质量为1．5mol×233g／mol+1mol×78g／mol=427．5g；由方程式②知，当继续滴加0．5molBa(OH)2时，沉淀的物质的量将减少1mol×=0．5mol，沉淀的质量却增加虿0.5mol×233g／mol—78g=38．5g．所以，把明矾溶液中Al3+恰好沉淀完全时，生成沉淀的总的物质的量最大，把SO42-沉淀完全时，生成沉淀的质量最大．【点拨】沉淀包括两部分，氢氧化铝和硫酸钡，氢氧化铝能溶于过量的碱溶液中，而硫酸钡不溶于过量的碱溶液。综合应用创新（学以致用，这可是新高考方向）1．（应用题）A、B、C、D、E、F是中学化学中的常见物质，它们之间的转化关系如图所示．其中A、B为单质，F为白色沉淀，D为气体．(1)若D的水溶液显弱酸性，则A是_____，B是_____，C是_____，D是_____，E是_____，F是_____．(2)若D的水溶液显弱碱性，则A是_____，B是_____，C是_____，D是_____，E是_____，F是_____．【解析】E与NaOH溶液反应生成白色沉淀F，则F必为氢氧化物，常见的白色氢氧化物沉淀有Mg(OH)2和Al(OH)3。进一步推知E为MgCl2或AlCl3，B为Mg或Al，A为非金属单质．又因C能与H2O反应同时生成Al(OH)3或Mg(OH)2，则C与H2O的反应是水解反应．显碱性的气体常见的只有NH3，可确定C为Mg3N2，A为N2，B为Mg。当D为酸性气体时，且是水解产生的，则C同样是与Mg3N2相类似的盐，常见的为A12S3，推知A为S，B为A1．答案：(1)A．SB．AlC．A12S3D．H2SE．AlCl3F．Al(OH)3(2)A．N2B．MgC．Mg3N2D．NH3E．MgCl2F．Mg(OH)22．（综合题）某无色透明溶液，其中的溶质可能由H+、Ba2+、Mg2+、OH—、SO32-、Cl一、CO2-3、NO3-中的若干离子组成，它能与铝作用产生氢气(无其他气体)，试分析该溶液中可能大量存在的离子成分．【解析】能与铝作用产生氢气的溶液可能是c（H+)较大的溶液，也可能是c（OH—)较大的溶液，所以此题要分两种情况进行讨论：若溶液中含大量的H+，则OH—、SO32-、CO2-3不能大量存在；尤其要注意的是NO3-，若存在NO3-，则在NO3-与H+的共同作用下与铝反应不能产生H2，产生的气体为氮氧化物、氮氢化物等，这与题设“只放出氢气”相矛盾．因此，NO3-也不能大量存在．若溶液中存在大量的OH—，则H+、Mg2+不能大量存在．尤其值得注意的是整个溶液是呈电中性的，故此一定存在Ba2+；因BaSO3和BaCO3都是难溶于水的物质，所以SO32-、CO2-3也不可能大量存在．答案：①H+、Ba2+、Mg2+、Cl一；②OH—、Cl一、Ba2+、NO3-3．（创新题）用铝箔包装0．1mol金属钠，用针扎出一些小孔，放入水中，完全反应后，用排水集气法收集产生的气体，则收集到的气体为(标准状况)()A．O2和H2的混合气体B．1．12LH2C．大于1．12LH2D．小于1．12L气体【解析】在题中隐含一个至关重要的条件“铝箔”。钠与水反应放出氢气，并且生成氢氧化钠，铝能与氢氧化钠溶液反应也生成氢气，故最后收集到的气体是这两部分之和。答案：C【点拨】解答此类题目的关键是寻找突破口，要从题中的文字和转化关系图中挖出关键词(如题中的“白色”、“碱性”、“适量”等)，找出重要的转化关系线(如题中的“E→F”等)．然后通过正向思维和逆向思维(如题中由E→F为正向思维，由C推出A、B为逆向思维)的结合推出其他物质．【点拨】离子共存问题是高考的热点，是对学生综合运用知识的能力的考查．解此类题目，首先要注意题设条件，如“无色”、“透明”(注意：有色溶液也称透明，凡溶液就透明)、“酸碱性”、“因发生氧化还原反应”等关键词．有些关键词很隐蔽，需要挖掘，如题中的“能与铝反应产生H2”．其次，要注意全面分析离子间可能发生的反应，一般涉及的反应类型如下：①与H+不能共存的反应；常见的有OH—及弱酸的酸根离子(如：CO2-3等)能与H+反应．②与OH—不能共存的反应；常见的有H+及弱碱的阳离子和弱酸的酸式酸根离子(如：Fe2+、等)能与OH—反应．③氧化还原反应，常见的有：Fe3+与S2一等，这些离子间能发生氧化还原反应．④沉淀反应．⑤水解反应．【点拨】解题时应注意隐含的反应及隐含的条件。同步达标（只学不练，等于白干）A级（基础巩固）1．下列关于金属元素特征的叙述正确的是（）A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B．金属元素在化合物中一定显正价C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同D．金属单质在常温下均是固体2．向含有amolA1C13的溶液中加入含bmolKOH的溶液，生成沉淀的物质的量可能是（）①amol②bmol③mol④mol⑤0mol⑥(4a-6)toolA．①②④⑤⑥B①③④⑤⑥C①②③⑤⑥D．①③⑤3．下列各金属的混合物2．5g和足量的盐酸反应，放出的H2在标准状况下体积为2．24L，其中可能的是（）A．Zn和FeB．Mg和ZnC．Al和MgD．Cu和Fe4．Na、Mg、Al三种金属各0．2mol，分别与100mL1mol／L的HCl溶液反应，放出H2的量是（）A．Mg最多B．Al最多C．Na最多D．一样多5．某无色透明溶液跟金属Al反应放出H2，试判断下列离子：Mg2+、Cu2+、Ba2+、H+、Ag+、SO32-、SO42-、HCO3-、OH-、NO3-。下列两种情况何者能共存于此溶液中：(1)当生成Al3+时，可能存在___________；C．②和④D．③和④4．把铝粉和Fe3O4粉末配成铝热剂并分成两份，第一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物与足量盐酸充分反应；第二份直接加入足量的氢氧化钠溶液使之充分反应，前后两种情况下生成的气体在相同状况下的体积比是（）A．3：4B4：3C．3：8D．8；35．准确称取6g铝土矿样品(含A12O3、Fe2O3、SiO2)放人盛有100mL某浓度硫酸溶液的烧杯中，充分反应后过滤，向滤液中加入10mol／L的NaOH溶液，产生的沉淀质量m与加入的NaOH溶液的体积V的关系如图所示：请填空回答：(1)H2SO4溶液的物质的量浓度为____；(2)若a=2．3，用于沉淀Fe3+消耗NaOH的体积是_____mL，铝土矿中各组成成分的质量分数：A12O3为____，(2)当生成AlO2-时，可能存在___________。6．金属钠和金属铝共mg，放人适量水中充分反应共产生nL(标准状况)气体，试求原混合物中金属钠和金属铝各多少克?7．现有200mLMgCl2和A1C13的混合溶液，其中c(Mg2+)=0．2mol／L，c(C1-)=1．3mol／L，要使Mg2+转化为Mg(OH)2，并使Mg2+、Al3+分离开来，至少用4mol／LNaOH溶液多少毫升?B级（能力提高）1．明矾是一种较好的净水剂，这是因为（）A．本身有较强的吸附性B．本身与悬浮杂质生成沉淀C．Al3+水解呈酸性D．Al3+水解生成的Al(OH)3有吸附作用2．在托盘天平右盘上放一个盛有100mL3mol／LNaOH溶液的烧杯，左盘上放一个盛有100mL3mol／L盐酸的烧杯，调节天平至平衡，然后在两烧杯中各加入等质量的铝片，反应完全后，则天平可能出现的情况是（）A．左盘下沉B．右盘下沉C．仍保持平衡D．无法判断3．等体积的A1C13和NaOH两种溶液混合后，沉淀物中含铝元素的质量与溶液中含铝元素的质量相等，则A1C13和NaOH两种溶液物质的量浓度之比是（）①1：3②2；3③1：4④2：7A．①和②B①和③Fe2O3为_____，SiO2为_______；(3)a值的范围应是______，在这个范围内，a值越大______的质量分数越小。6．有甲、乙两瓶无色溶液，已知它们只可能是A1Cl3溶液和NaOH溶液。现做如下实验：①取440mL甲溶液与120mL乙溶液反应产生1．56g沉淀；②若取120mL甲溶液与440mL乙溶液反应，也产生1．56g沉淀；③若取120mL甲溶液与400mL乙溶液反应，则产生3．12g沉淀。试通过计算和推理判断：甲溶液为______溶液，甲溶液的物质的量浓度为______，乙溶液的物质的量浓度为______。7．镁条在空气中燃烧生成氧化镁和氮化镁，将燃烧产物溶于60mL浓度为2mol·L-1的盐酸中，以20mL浓度为0．5mol·L-1的氢氧化钠溶液中和多余的盐酸，然后在溶液中加入过量的氢氧化钠溶液，并加热使氨气全部挥发，再用稀盐酸吸收氨气，使此盐酸增重0．17g，求镁条的质量。[已知：Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3]同步达标答案A级1．B2．B3．B4．B5．Mg2+H+SO42-OH-NO3-Ba2+6．m(Na)=(1.64m-1.32n)gn(Al)=(1.32n-0.64m)g7．80mLB级1．D2．AC3．C4．A5．(1)1.75mol／L(2)2.785%12%3%(3)1.625<a<5Fe2O36．A1C130.5mol/Lc(NaOH)=0.5mol/L7．1.2g考题样板（看看高考是怎样考的）1．(1999年全国)下列各组稀溶液，不用其它试剂或试纸，仅利用溶液间的相互反应。就可以将它们区别开的是（）

A．硝酸钾硫酸钠氯化钙氯化钡B．硫酸硫酸铝氯化钠氢氧化钠

C．盐酸硫酸钠碳酸钠氢氧化钠D．硫酸氢钠硫酸镁碳酸钠氢氧化钠

【解析】B中因Al2(SO4)3和NaOH的混合顺序不同，反应现象不同。可首先鉴别出这二种物质，向Al2(SO4)3中加入少量NaOH溶液可产生白色沉淀，再向沉淀中加入另两种物质，能使沉淀溶解的为H2SO4。D中任一物质与其他三种物质混合，现象各不相同，从而一一鉴别。答案：B、D。2．（2002年江苏）等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5：6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是()A．甲、乙中都是铝过量B．甲中铝过量、乙中碱过量C．甲中酸过量、乙中铝过量D．甲中酸过量、乙中碱过量解析：由反应：2Al+3H2SO4＝Al2(SO4)3+3H2↑，2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑，可知，等物质的量的铝完全反应生成相同量的氢气，等物质的量的硫酸和氢氧化钠与足量铝反应放出氢气的体积比为2：3。所以A、C、D是不可能的。答案：B3．(1995年上海)今有碱金属的两种碳酸盐和碱土金属(第二主族)的一种不溶性碳酸盐组成的混合物，取其7．560g与过量盐酸完全反应，放出CO2体积为1．344L(标准状况)，另取等质量的原混合物，加水搅拌。可滤出不溶性盐1．420g。(1)取过滤后滤液的l／10体积，向其中缓慢滴加浓度为0．2500mol／L的盐酸，并同时记录放出的CO2体积(标准状况)和消耗盐酸的体积。得到如下图所示的曲线。试计算确定这两种碱金属碳酸盐的化学式。(2)将滤出的不溶性盐(1．420g)投入到浓度为2．500mol·I。11的盐酸中，当完全反应时，耗去盐酸16．OOmL，试计算确定原不溶性碳酸盐的化学式。【解析】(1)7．56克混合物，n(碳酸盐)=由图分析当加入0．012LHCl无CO2生成，反应为CO32-+H+=HCO3-。由此知碱金属碳酸盐中n（CO32-)=0．2500mol•L-1×0．012L×10=0．03moln(CO2)=112×10-3L／22．4L·mol-1=0．05mol，所以n（HCO3-)=0．05mol—0．03mol=0．02mol设碱金属两种盐中碱金属元素相对原子质量为x、y，则：(2x+60)×0．03+(y+61)×0．02=7．56—1．42，即3x+y=156或(2y+60)×0．03+(x+61)×0．02=7．56一l．42，即x+3y=156；由碱金属Li、Na、K的相对原子质量分析两式，只有当x=y=39时符合题意，故碱金属为K。两种碱金属碳酸盐：n(K2CO3)=0．03moln(KHCO3)=0．02mol(2)碱土金属碳酸盐物质的量是：n=n(碳酸盐)-n(K2CO3)-n(KHCO3)=0．06mol—0．03moI—0．02mol=0．01mol碱土金属酸盐式量=1．42／0．01=142多耗n(HCl)=2．500mol•L-1×16×10-3L—0．0l×2mol=0．02mol该盐为碱式碳酸盐，设为Z2(OH)2CO32Z+17×2+60=142，解得Z=24，碱土金属为Mg所以碱式碳酸盐为Mg2(OH)2CO3【点拨】不用其它试剂，仅利用溶液间的相互反应进行鉴别，是高考常考的考点，只要两种反应物的滴加顺序不同，现象不同，就可以。【点拨】在反应中铝失电子数是相等的，所以生成氢气的量也相等。【点拨】灵活运用基础知识是解决此题的关键。趣味阅读铝人类的好伴侣——铝一、铝的诞生与发展史1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通入氯气后得到了金属铝。这时的铝十分珍贵，据说，在一次宴会上，法国皇帝拿破仑独自用铝制的刀叉，而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链，1889年，伦敦化学会还把铝和金制的花瓶和杯子作为贵重的礼物送给门捷列夫。1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位，这时的铝已不单属于皇家贵族所有，它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛，不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。二、铝及其合金纯的铝很软，强度不大，有着良好的延展性，可拉成细丝和轧成箔片，大量用于制造电线、电缆、无线电工业以及包装业。它的导电能力约为铜的三分之二，但由于其密度仅为铜的三分之一，因而，将等质量和等长度的铝线和铜线相比，铝的导电能力约为铜的二倍，且价格较铜低，所以，野外高压线多由铝做成，节约了大量成本，缓解了铜材的紧张。铝的导热能力比铁大三倍，工业上常用铝制造各种热交换器、散热材料等，家庭使用的许多炊具也由铝制成。与铁相比，它还不易锈蚀，延长了使用寿命。铝粉具有银白色的光泽，常和其它物质混合用作涂料，刷在铁制品的表面，保护铁制品免遭腐蚀，而且美观。由于铝在氧气中燃烧时能发出耀眼的白光并放出大量的热，又常被用来制造一些爆炸混合物，如铵铝炸药等。冶金工业中，常用铝热剂来熔炼难熔金属。如铝粉和氧化铁粉混合，引发后即发生剧烈反应，交通上常用此来焊接钢轨，炼钢工业中铝常用作脱氧剂，光洁的铝板具有良好的光反射性能，可用来制造高质量的反射镜、聚光碗等。铝还具有良好的吸音性能，根据这一特点，一些广播室，现代化大建筑内的天花板等有的采用了铝。纯的铝较软，1906年，德国冶金学家维尔姆在铝中加入少量镁、铜，制得了坚韧的铝合金，后来，这一专利为德国杜拉公司收买，所以铝又有“杜拉铝”之称，在以后几十年的发展过程中，人们根据不同的需要，研制出了许多铝合金，在许多领域起着非常重要的作用。在某些金属中加入少量铝，便可大大改善其性能。如青铜铝(含铝4％～15％)，该合金具有高强度的耐蚀性，硬度与低碳钢接近，且有着不易变暗的金属光泽，常用于珠宝饰物和建筑工业中，制造机器的零件和工具，用于酸洗设备和其它与稀硫酸、盐酸和氢氟酸接触的设备，制作电焊机电刷和夹柄；重型齿轮和蜗轮，金属成型模、机床导轨、不发生火花的工具、无磁性链条、压力容器、热交换器、压缩机叶片、船舶螺旋浆和锚等。在铝中加入镁，便制得铝镁合金，其硬度比纯的镁和铝都大许多，而且保留了其质轻的特点，常用于制造飞机的机身，火箭的箭体，制造门窗、美化居室环境，制造船舶。三、含铝化合物铝在地壳中的含量很高，仅次于氧和硅而居第三位，主要以铝硅酸盐矿石存在，还有铝土矿和冰晶石。氧化铝为一种白色无定形粉末，它有多种变体。刚玉由于含有不同的杂质而有多种颜色。例如含微量Cr(Ⅲ)的呈红色，称为红宝石；含有Fe(Ⅱ)，Fe(Ⅲ)或Ti(Ⅳ)的称为蓝宝石。氢氧化铝可用来制备铝盐、吸附剂、媒染剂和离子交换剂，也可用作瓷釉、耐火材料、防火布等原料，其凝胶液和干凝胶在医药上用作酸药，有中和胃酸和治疗溃疡的作用，用于治疗胃和十二脂肠溃疡病以及胃酸过多症。偏铝酸钠常用于印染织物，生产湖蓝色染料，制造毛玻璃、肥皂、硬化建筑石块。此外它还是一种较好的软水剂、造纸的填料、水的净化剂，人造丝的去光剂等。无水氯化铝是石油工业和有机合成中常用的催化剂；例如：芳烃的烷基化反应，也称为傅列德尔一克拉夫茨烷基化反应，在无水三氯化铝催化下，芳烃与卤代烃(或烯烃和醇)发生亲电取代反应，生成芳烃的烷基取代物。六水合氯化铝可用于制备除臭剂、安全消毒剂及石油精炼等。冰晶石即六氟合铝酸钠，在农业上常用作杀虫剂}硅酸盐工业中用于制造玻璃和搪瓷的乳白剂。由明矾石经加热萃取而制得的明矾是一种重要的净水剂、媒染剂，医药上用作收敛剂。硝酸铝可用来鞣革和制白热电灯丝，也可用作媒染剂}硅酸铝常用于制玻璃、陶瓷、油漆的颜料以及油漆、橡胶和塑料的填料等，硅铝凝胶具有吸湿性，常被用作石油催化裂化或其他有机合成的催化剂载体。硫糖铝又名胃溃宁，学名蔗糖硫酸酯碱式铝盐，它能和胃蛋白酶络合，直接抑制蛋白分解活性，作用较持久，并能形成一种保护膜，对胃粘膜有较强的保护作用和制酸作用，帮助粘膜再生，促进溃疡愈合，毒性低，是·种良好的胃肠道溃疡治疗剂。四、“铝”的危害在铝制品及其盐的使用过程中，如果使用不当也会产生一些副作用。有资料报道，铝盐可能导致人的记忆力丧失。澳大利亚一个私营研究团体说：广泛使用铝盐净化水可能导致脑损伤，造成严重的记忆力丧失，这是早老性痴呆症特有的症状。研究人员对老鼠的实验表明，混在饮水中的微量铝进入老鼠的脑中并在那里逐渐积累，给它们喝一杯经铝盐处理过的水后，它们脑中的含铝量就达到可测量的水平。世界卫生组织提出人体每天的摄铝量不应超过每千克体重1毫克，一般情况下，一个人每天摄取的铝量绝不会超过这个量，但是，经常喝铝盐净化过的水，吃含铝盐的食物，如油条、粉丝、凉粉、油饼、易拉罐装的软饮料等，或是经常食用铅制炊具炒出的饭菜，都会使人的摄铝量增加，从而影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维能力迟钝。铝及其化合物对人类的危害与其贡献相比是无法相提并论的，只要人们切实注意，扬长避短，它对人类社会将发挥出更为重要的作用。第四章几种重要的金属第二节铁和铁的化合物预习导航（预习教材，提供教材关键信息）一、铁的位置和结构位于元素周期表的第______周期第______族，原子结构示意图为________，最外层电子数为_________，在化学反应中不仅可以______________，显___价，还可以___________，显_____价，故通常有_______两种化合价，且_____比_____价稳定：二、铁的存在和物理性质在地壳中的含量居第_____位，在自然界____（有、无）游离态的铁，在_____上才有游离态的铁，纯净的铁呈_______色，硬度_____熔沸点_______，在冶金工业上铁属于_______，按密度分铁属于______，按常见程度分铁属于_________。三、铁的化学性质1．铁与非金属的反应3Fe+2O22Fe+3Cl2Fe+S思考：为何Fe与C12、S生成FeCl3、FeS？2．铁与水起反应常温下铁与水不起反应，在高温时：3Fe+4H2O3．铁与酸起反应(1)非氧化性酸：铁在金属活动顺序表中位于氢的______，能置换出酸(如稀盐酸、稀硫酸)中的______。Fe+2H+=(2)氧化性酸：在常温下，铁遇浓硫酸或浓硝酸发生_______。加热时发生剧烈反应。思考：在常温下，铁与浓硫酸或浓硝酸反应吗？4．铁与盐溶液起反应在溶液中置换出比它活动性______的金属，如Fe+Cu2+=四、铁的氧化物的性质化学式FeOFe2O3Fe3O4颜色、状态铁的化合价水溶性稳定性与H+作用——————与CO的反应铝热反应五、铁的氢氧化物的性质及其相互转化化学式Fe(OH)2Fe(OH)3颜色、状态水溶性稳定性与H+反应转化关系六、Fe2+和Fe3+的检验方法1．Fe3+：Fe3+在溶液中为__________色①加入NaOH溶液，产生__________色沉淀②加入KSCN溶液，溶液变成________色2．Fe2+：Fe2+在溶液中为________色①加入NaOH溶液，产生_____色沉淀，在空气中立即变为______色，最终变为______色。②加入KSCN溶液，_____现象，然后滴加氯水，溶液变为____色。关键信息一、第四周期第=8\*ROMANVIII族2失去最外层上的两个电子+2失去次外层上的一个电子+3+2+3+3+2二、四无陨石光亮的银白色较大高黑色金属重金属常见金属三、1．3Fe+2O2Fe3O42Fe+3Cl22FeCl3Fe+SCl2的氧化性比S强2．3Fe+4H2OFe3O4+H23．(1)前面氢Fe+2H+=Fe2++H2↑(2)钝化钝化也是化学反应4．弱Fe+Cu2+=Fe2++Cu四、（方程式同学们完成）黑色粉末红棕色粉末黑色晶体+2+3+2和+3都不溶于水FeO不稳定生成亚铁盐生成铁盐都被还原生成单质铁都被还原生成单质铁五、白色絮状沉淀红褐色沉淀都不溶于水都不稳定易分解生成亚铁盐生成铁盐4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3六、1．黄色①红褐色②红色2．浅绿色①白色灰绿色红褐色②无明显红色要点解析（名师点拨，重点、难点、热点轻松过关）1．Fe与O2反应的情况铁在纯O2中燃烧生成Fe3O4，在炼钢炉中生成FeO，但在炼钢炉排出的棕色烟气中却含有Fe2O3。事实上，紧密块状的铁在150℃跟干燥的空气中的O2不能反应，若灼烧至500℃就可形成Fe3O4，温度再升高，可以形成Fe2O3；在更高温度下(约1400℃以上)，Fe2O3又可以失氧变为Fe3O4；而FeO只有在铁大量过量的情况下才能生成。并且在高温时才是稳定的，当温度降低至600℃以下时，FeO不稳定，又逐渐变为Fe3O4。应注意Fe3O4不是FeO和Fe2O3的混合物，经研究表明Fe3O4是一种铁酸盐即：Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)[Fe(Ⅲ)O4]2．“铁三角”的关系抓住铁三角，掌握铁及其化合物的性质。铁的变价特征是本节知识的重点和难点，在领会Fe3+具有氧化性、Fe2+既有氧化性又有还原性、Fe具有还原性的基础上掌握铁及其化合物的重要性质。①Fe→Fe2+：铁与氧化性比较弱的非金属(如S、I2)、非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)、不活泼金属的盐溶液(如CuS04溶液)反应，都会实现这种转化。②Fe2+→Fe：比较活泼的金属(如Al、Zn)能从亚铁盐溶液中置换出铁。如：FeCl2+Zn=====ZnCl2+Fe③Fe→Fe3+：铁与强氧化剂(如Cl2、HNO3、浓硫酸)在一定条件下反应都会实现这种转化。④Fe3+→Fe：铁盐溶液与活泼的金属(K、Na、Ca除外)反应时，铁可被还原。如：2FeCl3+3Zn(足量)=2Fe+3ZnCl2⑤Fe2+→Fe3+：亚铁盐与强氧化剂反应。如：2FeClz+Cl2=2FeCl3⑥Fe3+→Fe2+：铁盐溶液与比较强的还原剂反应。如：Fe+2FeCl3=3FeCl2【例1】有0．4g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入过量的澄清石灰水中，得到0．75g固体沉淀物，求这种铁的氧化物的化学式。【解析】设铁的氧化物的化学式为FexOy，根据题意有：FexOy+yCO=xFe+yCO2CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O得关系式：FexOy～yCO～yCaCO3有得即：此种铁的氧化物为Fe2O3。答案：Fe2O3【点拨】连续反应抓住元素守恒是解题的关键。只要是计算题，就应该想到守恒法。【例2】用20mLFeCl3溶液腐蚀3．2gCu片，将Cu片完全腐蚀后，加入铁粉2．8g，反应后溶液中存在不溶物1．6g(设反应前后溶液体积变化忽略不计)。计算：(1)20mL这种溶液中的FeCl3与多少mL5mol·L-1的FeCl3溶液中所含FeCl3的物质的量相等?(2)反应后溶液中Fe2+的物质的量浓度为多少?【解析】在该反应中Fe、Cu都是还原剂，被腐蚀的Cu为0．05mol，投入的Fe粉也为0．05mol，因此铁粉只可能恰好完全反应或不足，最后剩余的1．6g不溶物一定为铜。由于Fe3+得电子数等于Fe和Cu的失电子总数。则：n(Fe3+)=2×n(Fe)+2×n(Cu)n(Fe3+)==0.15mol答案：(1)V(FeCl3)=30ml(2)c(FeCl2)=10mol•L-1【点拨】对于并列反应也应考虑守恒法。【例3】向一定物质的量的Fe3O4和Fe的混合物中加50mL2mol•L-1H2SO4恰好使之完全溶解，并放出448mL(标况)气体，在所得溶液加入KSCN溶液，不变红色，则用足量的CO在高温下与相同质量的此混合物反应，能得到多少克铁?【解析】先求Fe3O4和Fe的物质的量．设此混合物中Fe3O4和Fe的物质的量分别为x和y有。Fe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2OX4xxFe+H2SO4=FeSO4+H2↑0．02mol0．02mol0．02mol所得溶液加入KSCN溶液不变红色，表明必然发生如下反应：Fe+Fe2(SO)3=3FeSO4xx由4x+0.02mol=2mol/L×0.005Lx+0.02mol=y解得 x=0．02moly=0．04mol故能得到铁的质量为(0．04+0．06)mol×56g／mol=5．6g．【点拨】根据铁三角中铁各种价态之间的相互转化进行解题。综合应用创新（学以致用，这可是新高考方向）1．（应用题）已知Fe2O3在高炉中有下列反应：Fe2O3＋CO→2FeO＋CO2反应形成的固体混和物（Fe2O3、FeO）中，元素铁和氧的质量比用mFe︰mO表示。（1）上述固体混和物中，mFe︰mO不可能是（选填a、b、c多选扣分）（a）21︰9（b）21︰7.5（c）21︰6（2）若mFe︰mO＝21︰8，计算Fe2O3被CO还原的百分率（3）设Fe2O3被CO还原的百分率为A％，则A％和混和物中mFe︰mO的关系式为（用含mFe、mO的代数式表示）。A％＝请在下图中画出A%和mFe/mO关系的图形。（4）如果Fe2O3和CO的反应分两步进行：3Fe2O3＋CO→2Fe3O4＋CO2Fe3O4＋CO→3FeO＋CO2试分析反应形成的固体混和物可能的组成及相应的mFe︰mO（令mFe︰mO＝21︰a，写出a的取值范围）。将结果填入下表。混和物组成（用化学式表示）a的取植范围解析：（2）取Fe2O3mFe︰mO＝21︰9FeOmFe︰mO＝21︰6（3）2．（综合题）向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合中加入100mL、1mol／L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出2．24mL(标准状况)的气体。所得溶液中，加入KSCN溶液无血红色出现，那么用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物，得到铁的质量为()。A．11．2gB．5．6gC．2．8gD．无法计算【解析】混合物加入盐酸后发生以下反应。Fe+2HCl＝FeCl2+H2↑FeO+2HCl＝FeCl2+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OFe+2FeCl3=3FeCl2从以上反应可知，最后Fe、FeO、Fe2O3均转化为FeCl2。又因，n(Cl－)=n(HCl)=0．1L×1mol／L=0．1mol可知n(FeCl2)=0．05mol根据铁元素守恒，可知n(Fe)=n(FeCl2)=0．05mol，所以：m(Fe)=0．05mol×56g／mol=2．8g3．（创新题）FeCl3的浓溶液溶解铜粉的离子方程式如下：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，现向FeCl3溶液中加入ng铜粉搅拌使之全部溶解，再向其中加入bg铁粉，经充分反应后过滤得滤渣cg，若已知a>b>c。试推断推出cg滤渣是什么物质?由此推断出上述滤液中存在哪些阳离子?写出简要的推断过程。【解析】因为c<a，所以Cu2+未全部被还原，推知铁的量不足。反应后溶液中存在Cu2+，固体滤渣只能是铜。又由于2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，可知溶液中一定不存在Fe3+。综上所述，滤渣是Cu，滤液中存在Fe2+和Cu2+。【点拨】用极端思维法解有关混合物的计算是化学计算题中常用的方法。Fe2O3中mFe︰mO为23：12，FeO中为23：8，固体混和物中mFe︰mO应在23：12和23：8之间。Fe2O3被CO还原的百分率也用这种方法进行讨论。【点拨】本题考查利用守恒关系的解题思路，同时把握题目的始终关系。利用氯原子、铁原子守恒即可求得。【点拨】本题解题的关键是判断残渣是铜。同步达标（只学不练，等于白干）A级（基础巩固）1．关于铁的叙述正确的是（）①铁能被磁体吸引，纯铁易生锈②在人体的血红蛋白中含有铁元素③铁位于元素周期表中第四周期第ⅧB族④铁能在氧气中剧烈燃烧，但不能在水蒸气中燃烧⑤铁与强氧化剂硝酸反应的产物一定是Fe(NO3)2⑥不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3A．①③B．②④C．②⑤D．④⑥2．下列各组离子中，因发生氧化还原反应而不能大量共存的一组是（）A．H+、Na+、SO32-、Cl—B．Fe3+、SCN-、Cl-、NO3-C．Ba2+、Fe2+、SO42-、NO3-D．Fe2+、H+、SO42-、NO3-3．常温下把铁片分别加入到下列溶液中，铁片能溶解，溶液质量减轻的是（）A．稀硫酸B．浓硫酸C．硫酸铜D．硫酸铝4．已知①2FeCl3+2KI=2KCI+2FeCl2+I2易形成______。(2)铁和酸：铁与稀H2SO4或HCl反应，生成_____离子，放出_____；铁在常温下和浓H2SO4、浓HNO3____反应，形成___；铁与稀HNO3反应时，若硝酸过量，形成_____(阳离子)，若反应后无铁剩余，溶液中的阳离子可能是____、_____、_____；若反应后有铁剩余，则溶液中的阳离子是____，并且铁与HNO3反应时一般_____(有或无)氢气放出。B级（能力提高）1．在由Fe、FeO和Fe2O3组成的混合物中加入100mL2mol·L-1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，并放出448mL气体(标准状况)，此时溶液中无Fe3+存在。则下列判断正确的是（）A．混合物中三种物质反应所消耗的盐酸的物质的量之比为1：1：3B．混合物里Fe2O3的物质的量无法确定，但Fe比FeO的物质的量多C．混合物里，FeO的物质的量无法确定，但Fe比Fe2O3的物质的量多D．反应后所得溶液中的Fe2+与Cl一的物质的量之比为1：32已知Fe(NO3)2溶液呈浅绿色，其中存在下列平衡：Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+，往溶液中逐滴加入稀盐酸，发生的变化是（）①平衡向正反应方向移动②平衡向逆反应方向移动③溶液由浅绿色变为黄色④溶液由浅绿色变为深绿色A．①和②B．①和③C．②和③D．②和④3．用铁酸钠(Na2FeO4)对河湖的淡水消毒是城市饮用水处理的一种新技术，下列对Na2FeO4用于饮用水消毒处理的分析正确的一组是（）①Na2FeO4在溶液中显强酸性，有消毒杀菌②Na2FeO4中Fe为+6价，具有强氧化性，能消毒杀菌③Na2FeO4的还原产物Fe3+水解为Fe(OH)3胶体，可使水中悬浮物凝聚④Na2FeO4的还原产物Fe2+水解为Fe(OH)2胶体，可使水中悬浮物凝聚A．①和③B．⑦和③C．①和④D．②和④②2FeCl2+C12=2FeCl3，由此判断物质或粒子的氧化能力由强到弱的顺序是（）A．Fe3+>Cl2>I2B．Cl2>Fe3+>I2C．Cl2>I2>Fe3+D．I2>Cl2>Fe3+5由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21：8，则这种混合物中FeO、Fe2O3、Fe3O4的物质的量之比可能为（）①1：1：1②1：2：1③1：2：3④1：1：3A．①和②B．②和③C．③和④D．①和④6．将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等.则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是 （）A．2:3 B．3:2 C．1:2 D．1:17．铁和某些物质反应时，由于反应条件或反应物的用量不同，所得到的主要产物也不同。试按下列要求填空。(1)铁和水：在常温下，反应____发生；若在高温条件下，反应生成_____；若在潮湿的空气中，容4．为了除去MgCl2酸性溶液中的Fe3+，可在加热搅拌的情况下，加入一种试剂，过滤后再加入适量盐酸，这种试剂是（）A．NH3·H2OB．NaOHC．Na2CO3D．MgCO35．a、b、c、d、e分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg5种金属中的一种.已知:(1)a、c均能与稀硫酸反应放出气体;(2)b与d的硝酸盐反应,置换出单质d;(3)c与强碱反应放出气体;(4)c、e在冷浓硫酸中发生钝化.由此可判断a、b、c、d、e依次为（）A．Fe Cu Al Ag Mg B．Al Cu Mg Ag FeC．Mg Cu Al Ag Fe D．Mg Ag Al Cu Fe6．称取0.200克某赤铁矿样品,矿样溶解后,使其中的铁全部转化成Fe2+(所得溶液中不含其他还原性物质).另称7.90克硫酸铈铵2(NH4)2SO4·Ce(SO4)2·2H2O(摩尔质量为632克/摩尔),溶解后稀释至250毫升.取该溶液30.0毫升恰好与上述Fe2+溶液完全反应.反应的离子方程式为:Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+.请计算该矿样中Fe2O3的质量百分含量)(Fe2O3摩尔质量为160克/摩尔).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下图所示进行实验:(1)请写出步骤③中所发生的全部反应的离子方程式.(2)若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反应后,生成的不溶物W的质量是m,则每份试样X中氧化铜的质量为_____________.(用m表示)同步达标答案A级1．B2．D3．A4．B5．D6．A7．12．(1)不易Fe3O4铁锈(或Fe2O3·N2O)(2)Fe2+H2钝化致密的氧化膜Fe3+Fe3+Fe2+或两者都有Fe2+无B级1．C2．C3．B4．D5．C6．60%7．(1) Cu2++Fe====Cu+Fe2+ 2H++Fe＝Fe2++H2↑(2)0.625m考题样板（看看高考是怎样考的）1．（2000年理科综合）在氯化铁、氯化铜和盐酸混合溶液中加人铁粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是（）A．Cu2+B．Fe3+C．Fe2+D．H+【解析】铜与磁铁不作用，剩余固体能被磁铁吸引，说明反应有铁剩余，溶液中不可能存在H+、Fe3+、Cu2+。答案：C2．（2002年上海理综）人体血红蛋白中含有Fe2+离子，如果误食亚硝酸盐，会使人中毒，因为亚硝酸盐会使Fe2+离子转变成Fe3+离子，生成高铁血红蛋白而丧失与O2结合的能力。服用维生素C可缓解亚硝酸盐的中毒，这说明维生素C具有（）A．酸性B．碱性C．氧化性D．还原性【解析】亚硝酸盐会使Fe2+转变成Fe3+。表现了亚硝酸盐的氧化性，服用维生素C可缓解亚硝酸盐的中毒，说明维生素C还原了亚硝酸盐或使Fe3+又生成了Fe2+，即：维生素C具有还原性。答案：D3．（1996年全国）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.该氧化物又可以经过此反应的逆反应,生成颗粒很细的铁粉.这种铁粉具有很高的反应活性,在空气中受撞击或受热时会燃烧,所以俗称"引火铁".请分别用下图中示意的两套仪器装置,制取上述铁的氧化物和"引火铁".实验中必须使用普通铁粉和6摩/升盐酸,其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去).填写下列空白:(1)实验进行时试管A中应加入的试剂是;烧瓶B的作用是;烧瓶C的作用是;在试管D中收集得到的是.(2)实验时,U型管G中应加入的试剂是;长颈漏斗H中应加入.(3)两套装置中,在实验时需要加热的仪器是(填该仪器对应的字母).(4)烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液,其目的是.(5)试管E中发生反应的化学方程式是.(6)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.【解析】(1)普通铁粉(或铁粉),作为水蒸气发生器(或用来产生水蒸气);防止水倒吸(或用作安全瓶);氢气(2)固体NaOH(或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂);6摩/升HCl (3)A、B、E (4)加快氢气产生的速度(6)检验氢气的纯度，点燃氢气【点拨】单质铁具有较强的还原性，能与H+、Fe3+、Cu2+反应。【点拨】维生素C与亚硝酸盐的性质相反。【点拨】本题是一道实验综合题，分析没一个装置的原理和作用是解决此题的关键。趣味阅读钛21世纪的金属——钛纯净的钛是银白色的金属。钛的矿物在自然界中分布很广，约占地壳重的0．6％，仅次子铝、铁、钙、钠、钾和镁，而比铜、锡、锰、锌等在地中的含量要多几倍甚至几十倍。钛的熔点为l725℃，它的主要特点是密度小而强度大。和钢相比，它的密度只相当于钢的57％，而强度和硬度与钢相近。和铝相比，铝的密度虽较钛小，但机械强度却很差。因此，钛同时兼有钢(强度高)和铝(质地轻)的优点。纯净的钛有良好的可塑性，它的韧性超过纯铁的2倍，耐热和抗腐蚀性能也很好。基于钛有这些优点。所以50年代以来，一跃成为突出的稀有金属。钛及其合金，首先用在制造飞机、火箭、导弹、舰艇等方面，目前开始推广用于化工和石油部门。例如，在超音速飞机制造方面，由于这类飞机在高速飞行时，表面温度较高，用铝合金或不锈钢，在这种温度下已失去原有性能，而钛合金在550℃以上仍保持良好的机械性能。，因此可用于制造超过音速3倍的高速飞机。这种飞机的用钛量要占其结构总重量的95％，故有“钛飞机”之称，目前，全世界约有一半以上的钛，甩来制造飞机机体和喷气发动机的重要零件。钛在原子能工业中，用于制造核反应堆的主要零件。在化学工业中，钛主要用于制造各种容器、反应器、热交换器、管道、泵和阀等。若把钛加到不锈钢中，只加百分之一左右，就大大提高抗锈本领。钛还能形成许多化合物，它们也有各种各样特殊的性能和用途，如二氧化钛，是雪白的粉末，它是最好的白色颜料，俗称“钛白”1g二氧化钛就可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。世界上用做白色颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。如把二氧化钛加在纸里，可使纸变白并且不透明，因此制造钞票和美术品用的纸，有时就要添加二氧化钛，此外，为使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。二氧化钛被誉为世界上最白的东西。自然界中的钛大部分处于分散状态，主要形成矿物钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2及钒钛铁矿等。我国四川攀枝花地区有极丰富的钒钛铁矿，储量约15亿吨。另外钛在医学上有着独特的用途，可用它代替损坏的骨头，而被称为“亲生物金属”。那么，钛是怎样被发现的呢?1791年，英国科学家格里戈尔在密那汉郊区找到一种矿石——黑色磁性砂，通过对这种矿石的研究，他认为矿石中有一种新的化学元素。并用发现矿石的地点“密那汉”命名这个新元素。过了四年，德国化学家克拉普洛特从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中，发现了这种新元素，他用希腊神话中“太旦”族的名字来命名(中文按它原文名称的译音，定名为钛)。克拉普洛特还特地指出，格里戈尔所发现的新元素“密那汉”就是钛，但在当时找到的，实际上都是粉末状的二氧化钛而不是金属钛。直到1910年，美国化学家罕德尔才第一次制得纯度达99．9％的金属钛，但总共不到1g。从发现钛到制得金属钛，前后经历了120年，到1947年，人们才开始在工厂里炼钛，当时的年产量只有2吨。到了1955年，产量激增到2万吨。到1972年，年产量达到20万吨。钛的用途越来越广，日益受到人们的重视，人们称它为未来的钢铁、21世纪的金属。第四章几种重要的金属第三节金属的冶炼预习导航（预习教材，提供教材关键信息）一、金属的存在金属在自然界中的分布很广，金属元素存在于_______________。__________________的金属，在自然界中能以游离态存在，如______。__________________的金属，在自然界中总是以化合态存在。二、冶炼金属的实质用还原的办法，使金属化合物中的________变成________三、金属冶炼的步骤第一步：_______。除去杂质，提高矿石中有用成分含量。第二步：________。利用______反应，在一定条件下，用____把金属矿石中的_________还原成__________。第三步：______。采用一定方法，提炼纯金属。四、金属的冶炼方法工业上冶炼金属一般用____________________________。1．热分解法：_____________在受热时即可分解生成金属单质。在金属活动性顺序中，位于______的金属(如_____等)的氧化物受热就能分解2．热还原法：常用还原剂有________________________3．电解法：是最强有力的氧化还原手段，适用于冶炼___________的金属。如______________________对于某些不活泼金属，如铜、银等，也常用电解____________的方法进行精炼，但电解法要消耗大量电能，成本较高。五、金属的回收与环境、资源保护回收的废旧金属，大部分可以重新制成金属或它们的化合物再用。例如，废旧钢铁可以用于___，废铁屑等可以用于制____，从电解精炼铜的阳极泥中，可回收_____等贵金属，从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属____。关键信息一、矿物，动植物体内等少数化学性质不活泼金和铂等化学性质比较活泼二、金属离子金属单质三、矿石的富集冶炼氧化还原反应原理还原剂金属离子金属单质精炼四、热分解法、热还原法或电解法1．某些不活泼金属的化合物氢后面Hg、Ag2．焦炭、一氧化碳、氢气和活泼3．金属用普通还原剂难以还原钾、钠、钙、铝其盐溶液炼钢铁盐金、银银要点解析（名师点拨，重点、难点、热点轻松过关）1．金属的冶炼方法与金属活动性金属的活动性影响该元素在自然界的存在形式。一般活泼的金属在自然界中以化合态存在，而活动性很差的金属则以游离态存在于自然界中，如金以单质形式存在，采用物理方法富集冶炼。在以化合态存在的金属元素中，因活动性不同，采用方法也不同：(1)K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属：一般采用的是电解熔融盐或氧化物的方法冶炼。(2)Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等金属，一般采用还原剂(如CO、H2、C)等高温还原的方法冶炼，必要时再进一步精炼。(3)Hg、Ag等较不活泼的金属，一般采用高温分解相应的化合物的方法冶炼。由于生产条件的不同，同一种金属也可能有多种冶炼方法。2．炼铁中是焦炭直接还原铁的氧化物还是CO作还原剂?焦炭有还原性，在高温条件下，能把铁从它的氧化物中还原出来。但是焦炭是固体，与铁的氧化物的表面接触很有限，难以充分发生反应；而CO是气体，能与铁的氧化物充分接触完全反应。因此炼铁过程中主要是CO作还原剂。焦炭在炼铁过程中的作用有两个：一是制造(或者是提供)了还原剂CO；二是作燃料燃烧放出大量的热量，为高炉提供了高温条件。【例1】将nmol木炭粉和1mol氧化亚铁在反应器中混合，隔绝空气加强热．(1)可能发生的化学反应有：④_____________________(2)若n<，充分反应后，反应器中的固体物质是____，气体产物是___________(3)若n>4，充分反应后，反应器中的固体物质是____，气体产物是___(4)若反应的气体产物是混合物。n的取值范围是：_________．(5)若反应的气体产物是混合物，且混合物中CO和CO2的物质的量相等，则n的值为_________．【解析】(1)由反应①、②、③可知，可能发生的反应④为(2)、(3)、(4)和(5)问为多步反应的计算问题，凡多步反应的计算问题首先要通过过程反应找出总反应．此题中①、③为过程反应，总反应为然后通过总反应(有时要结合过程反应)来求解．(2)由反应②当n<时FeO过量，故充分反应后，反应器中的固体物质是FeO和Fe；气体产物是CO2．(3)当n>4时，由②知碳过量，发生反应④：②和④两反应共消耗碳mol十mol=1mol<4mol，在④反应中碳亦过量，故反应器中固体物质是C和Fe；气体产物是CO．(4)若反应的气体产物是混合物，则对于②反应，C过量，即n>，对于④反应C不足量，即n<+=1，综合即得<n<1．(5)若反应后的气体产物是混合物，且n(CO)=n(CO2)，则对于②反应FeO全反应消耗C为mol，产生CO2mol．在④反应中设消耗的C的物质的量为x．由于n(CO)=n(CO2)，所以mol—x=2x，x=mol，故共消耗C为mol+mol=mol，即n=mol．【点拨】两种反应物随量的不同，反应条件不同，产物不同的计算，写出反应的化学方程式是解答的前提。【例2】在一定条件下可实现下图所示物质之间的变化：请填写以下空白：(1)孔雀石的主要成分是CuCO3·Cu(OH)2(碱式碳酸铜)，受热易分解，上图中的F是_________。(2)写出明矾溶液与过量的NaOH溶液反应的离子方程式(3)图中所得G和D都是固体，混合后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式：_______。(4)每生成1molD，同时生成______molE。【解析】根据不活泼金属碳酸盐受热易分解成金属氧化物和CO2，以及不活泼金属的氢氧化物受热易分解成金属氧化物和H2O的规律，可推知孔雀石的分解产物为CuO、CO2和H2O，由题意知G为固体即CuO，则F为气体CO2。根据明矾的组成以及Al的性质可知A为含有NaAlO2的溶液。根据电解冶炼铝可以得到金属铝，推知D为Al，E为O2，用Al作还原剂可以还原CuO。【点拨】利用物质之间的转化关系解无机推断题是最好的方法。综合应用创新（学以致用，这可是新高考方向）1．（应用题）某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山。矿石的主要成分为：软锰矿：MnO2含量≥65%；Al2O3含量为4%；闪锌矿：ZnS含量≥80%；FeS、CuS、CdS含量各约占2%。MnO2和Zn是制造干电池的原料，电解法生产MnO2传统的工艺主要流程为：软锰矿加煤还原焙烧，用H2SO4浸出焙烧料，浸出液经净化然后电解，在阳极上析出MnO2。电解制锌的传统工艺为：闪锌矿高温氧化脱硫再还原得到粗锌。将用热还原法制得的粗锌溶于H2SO4，再电解ZnSO4溶液可生产纯度为99．95%的锌。20世纪90年代生产MnO2和Zn的新工艺是通过电解的方法来获得MnO2和锌。试回答下列问题：(1)已知在第①步中发生了反应：MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4↓+ZnSO4+2H2O。据此写出第①步反应中MnO2和CuS与酸反应的离子方程式___________________，以及Al203与酸反应的离子方程式___________．(2)产品C为____________________．(3)试从环境保护和能量消耗的角度，评价20世纪90年代新工艺与传统工艺相比较有哪些优点___________________．【解析】(1)MnO2、ZnS、S为难溶物，H2O为弱电解质，MnSO4、ZnSO4为易溶于水的强电解质，故第①步反应中MnO2和CuS与酸反应的离子方程式为：MnO2+CuS+4H+=,Mn2++Cu2++S↓+2H2O；A12O3为难溶物，故A12O3溶于酸的离子方程式为A12O3+6H+=2A13++3H2O．(2)根据③反应，反应物中既含有ZnSO4、MnSO4还含有溶剂H2O，溶液中含有的离子有Zn2+、Mn2+、SO42-、H+、OH，电解时发生氧化还原反应：Zn2++2e-=Zn，Mn2++2H2O—2e-=MnO2+4H+，溶液中还有SO42-、H+，故C物质为H2SO4．(3)由题给条件可知，传统工艺条件是高温，且会产生污染环境的SO2、CO等气体，新方法不需要高温焙烧，所以对环境无热污染，同时节约了能源，也无SO2、CO等气体对环境造成污染．2．（综合题）agCuO和炭粉的混合物，在隔绝空气的条件下加热一段时间并冷却，质量变为bg，若反应中炭粉只转化为CO2，求：(1)实验中有多少g氧化铜被还原?(2)b的最小值为多少?【解析】涉及反应为CuO+CO=Cu+CO2(1)由氧原子守恒：m(CuO)=×2×80g•mol-1=(a-b)g(2)当CuO和碳粉恰好完全反应时，CuO全部变为Cu，碳全部生成CO2，此时b最小。3．（创新题）古代的“药金”外观与金相似，常被误认为是金子，冶炼方法如下，将碳酸锌、赤铜(Cu2O)，木炭混合加热到800℃得金光闪闪的“药金”。(1)“药金”的主要成分是__________(2)有关冶炼的化学方程式是___________【解析】高温下，碳酸锌分解生成氧化锌和二氧化碳，木炭将Cu2O和ZnO还原为金属铜和锌，故“药金”的主要成分是铜和锌。【点拨】根据题给条件写出反应的化学方程式是高考的要求，也是常考的考点。能否抓住题中有用信息，并结合书本上的基础知识是一个高中生应具有的能力。【点拨】利用差量法解题。牢牢抓住守恒。【点拨】根据题给条件写出反应的化学方程式。同步达标（只学不练，等于白干）A级（基础巩固）1．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法，②水煤气(或H2或CO)法，③活泼金属置换法，④电解法．四种方法在工业上均有应用．古代有(I)火烧孔雀石法炼铜，(Ⅱ)湿法炼铜，现代有(Ⅲ)铝热法炼铬，(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是（）A．(I)用①B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④2．实验室欲使1．6g氯化铁完全还原，事先应准备的CO在标准状况下的体积为A．672mI。B．336mlC．大于672mI．D．小于336mL正解：C3．铝能用于冶炼金属(如Fe、V、Mn等)，这是因为铝具有（）A．两性B．导电性好C．熔点低D．还原性强，在冶炼反应中放出大量热4．不能用热分解法制得的金属是