北京四中網(wǎng)校2013年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 金屬 專題二 鎂、鋁、鐵 3.其它常見的金屬(如Mg、Al、Fe)知識導(dǎo)學(xué)
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1、金屬專題二——鎂、鋁、鐵 3.其它常見的金屬(如Mg、Al、Fe) [考點(diǎn)掃描] 1.Mg、Al的性質(zhì)。 2.Al2O3和Al(OH)3的兩性。 3.鐵的化學(xué)性質(zhì)。 4.鐵的氧化物和鐵的氫氧化物。 5.Fe、Fe2+、Fe3+之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。 6.Fe2+、Fe3+的檢驗(yàn)。 [知識指津] 1.Mg、Al的性質(zhì) (1)物理性質(zhì):鎂、鋁都是密度小、熔點(diǎn)低、硬度較小的銀白色金屬,但鎂與鋁相比較,鋁的硬度、密度都比鎂大,熔沸點(diǎn)都比鎂高。二者都有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能及韌性和延展性。 (2)鎂、鋁化學(xué)性質(zhì)及用途比較
2、鎂 鋁 與非金屬反應(yīng) 與X2、O2、S、N2等反應(yīng),如: Mg+SMgS,2Mg+O22MgO 與X2、O2、S等反應(yīng),如: 2Al+3SAl2S3,4Al+3O22Al2O3 與酸反應(yīng) Mg+2H+=Mg2++H2↑,與氧化性酸濃H2SO4、HNO3反應(yīng)較為復(fù)雜 2Al+6H+=2Al3++3H2↑,室溫時(shí),在濃硫酸、濃硝酸中鈍化 與水反應(yīng) Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ 生成的Mg(OH)2能使酚酞試液變紅 去掉氧化膜的Al與沸水緩慢反應(yīng) 2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑ 與堿反應(yīng) 不反應(yīng) 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H
3、2↑ 與氧化物反應(yīng) (干態(tài)置換) 2Mg+CO22MgO+C 鎂著火,不能用CO2滅之 2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe (鋁熱反應(yīng)) 用 途 照明彈,制合金等 導(dǎo)線、電纜、炊具、化工、合金 2.Al2O3 Al2O3是一種白色難熔的物質(zhì),不溶于水,是冶煉金屬鋁的原料,也是一種比較好的耐火材料。是典型的兩性氧化物,Al2O3+6H+=2Al3++3H2O,Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 3.Al(OH)3 Al(OH)3是幾乎不溶于水的白色膠狀物質(zhì),能凝聚水中的懸浮物,又能吸附色素,是典型的兩性氫氧化物,在酸或強(qiáng)堿中都能溶解,能用
4、平衡移動(dòng)原理解釋,其兩性電離方程式如下: H2O+AlO2-+H+Al(OH)3Al3++3OH- 酸式電離 堿式電離 4.“鋁三角”及其應(yīng)用――典型復(fù)分解關(guān)系 (1)“鋁三角”系指Al3+、Al(OH)3、AlO2-相互依存的三角關(guān)系;有關(guān)離子方程式為: 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(
5、OH)3↓ 或AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3+HCO3-,Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O (2)應(yīng)用 ?、僦迫l(OH)3,最好用鋁鹽與氨水作用或?qū)O2通人偏鋁酸鹽中; ?、陔x子共存問題:Al3+與S2-、AlO2-、HCO3-、CO32-因相互促進(jìn)水解而不能大量共存,AlO2-與H+、NH4+、Al3+、Fe3+等不能大量共存。有關(guān)離子方程式如下: Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓,Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+CO2↑,2Al3++3S2-+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑
6、 AlO2-+NH4++H2O=Al(OH)3↓+NH3↑,3AlO2-+Fe3++6H2O=3Al(OH)3↓+Fe(OH)3↓ 5.鋁的圖像 (1)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至過量。圖1所示。 (2)向AlCl3溶液中滴加氨水至過量。圖2所示。 (3)向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液直至過量。圖3所示。 (4)向NaAlO2溶液中滴加鹽酸直至過量。圖4所示。 (5)向鹽酸中滴入NaAlO2溶液直至過量。圖5所示。 (6)向NaAlO2溶液中通人CO2直至過量。圖6所示。 6.既能與酸又能與堿反應(yīng)的
7、物質(zhì) ⑴某些單質(zhì)如Al、Si等; ?、苾尚匝趸锶鏏l2O3; ?、莾尚詺溲趸锶鏏l(OH)3; ?、热跛岬匿@鹽如CH3COONH4、(NH4)2CO3、(NH4)2S等; ?、啥嘣跛岬乃崾禁}如NaHCO3、NaH2PO4等; ⑹氨基酸、蛋白質(zhì)等。 7.鐵的性質(zhì)鐵位于周期表中第四周期第Ⅷ族,常見的化合價(jià)有+2、+3價(jià)。化學(xué)性質(zhì)比較活潑,能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng): ?、倥c非金屬反應(yīng),3Fe+2O2Fe3O4、2Fe+3Cl22FeCl3、Fe+SFeS; ?、谂c水反應(yīng),3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2;
8、③與酸反應(yīng),F(xiàn)e+2H+=Fe2++H2↑,常溫下與濃硫酸、濃硝酸發(fā)生鈍化; ?、芘c某些鹽溶液的反應(yīng),如Fe+Cu2+=Fe2++Cu。 8.鐵的重要化合物 (1)氧化物,鐵南主要氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4等,其性質(zhì)見下表: 鐵的氧化物 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗 名 ―― 鐵紅 磁性氧化鐵 色 態(tài) 黑色粉末 紅棕色粉末 黑色晶體 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 穩(wěn)定 水溶性 不溶 不溶 不溶 與HCl反應(yīng) FeO+2HCl=FeCl2+H2O Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O Fe3O4+8HC
9、l=FeCl2+2FeCl3+4H2O 與CO反應(yīng) FexO2+yCOyCO2+xFe 與Al反應(yīng) 3FexOy+2yAlyAl2O3+3xFe 注: ?、偃N氧化物中Fe3O4最為穩(wěn)定,F(xiàn)e3O4在Fe的表面能起到保護(hù)作用,防止生銹。 ?、贔e3O4可寫成FeO·Fe2O3; ③FeO遇到強(qiáng)氧化性的酸如HNO3等發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 (2)鐵的氫氧化物 鐵的氫氧化物 Fe(OH)2弱堿 Fe(OH)3弱堿 色 態(tài) 白色固體 紅褐色固體 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定,在空氣中易被氧化 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 白
10、色→灰綠色→紅褐色 受熱分解 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 與酸反應(yīng) Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O 制 備 相應(yīng)鹽與氨水或強(qiáng)堿作用 Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 相應(yīng)鹽與氨水或強(qiáng)堿作用 Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓ 注: Fe(OH)2在水中穩(wěn)定存在的壽命只有幾秒鐘。在實(shí)驗(yàn)室制取Fe(OH)2時(shí),一定要用新制的Fe2+鹽和NaOH溶液,且滴管末端插入試管的液面下,再滴加NaOH溶液。Fe(OH)2與氧化性酸發(fā)生氧化還原反應(yīng);Fe2+在水溶液中顯淺綠色,F(xiàn)e3+在水中呈黃色。
11、 (3)鐵及其化合物間的相互轉(zhuǎn)化――鐵三角,典型的氧化還原反應(yīng) 注: ?、貴e遇到強(qiáng)氧化劑時(shí),直接被氧化成Fe3+,而遇到弱氧化劑時(shí),被氧化成Fe2+,同樣Fe2+只有碰到強(qiáng)氧化劑才能被氧化成Fe3+。 ?、诔R奆e2+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+的離子方程式有: 2Fe2++X2=2Fe3++2X-(X=Cl、Br) 4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++2H2O+NO↑ ?、鄢R奆e3+轉(zhuǎn)化為Fe2+的離子方程式有: 2Fe3+
12、+Fe=3Fe2+,2Fe3++2I-=I2+2Fe2+,2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+ 9.Fe2+、Fe3+的檢驗(yàn) 方法一:加入強(qiáng)堿或氨水溶液,立即產(chǎn)生紅褐色沉淀的為Fe3+,而產(chǎn)生白色沉淀→灰綠色→紅褐色沉淀的為Fe2+; 方法二:滴入KSCN溶液,溶液變成紅色的為Fe3+,而無明顯現(xiàn)象的為Fe2+。 [范例點(diǎn)擊] 例1 將等物質(zhì)的量的鎂和鋁相混合,平均分成4份,分別加到足量的下列溶液中,充分反應(yīng)后,放出氫氣最多的是( ) A.3mol·L-1的HCl B.4mol·L-1的HNO3
13、 C.8mol·L-1的NaOH D.18mol·L-1的H2SO4 解析 由于Mg、Al與HNO3及濃H2SO4均無H2放出,排除B、D;Mg、Al與HCl均能反應(yīng),放出H2,而與NaOH溶液作用,只有Al才能反應(yīng),故本題答案為A。 答案 A 例2 將amolNa和amolAl一同投入到mg足量H2O中,所得溶液的密度為dg·L-1,該溶液里溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為( ) A. B. C. D. 解析 本題中涉及的反應(yīng)有:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,2Al+2NaOH+2H
14、2O=2NaAlO2+3H2↑,去掉中間產(chǎn)物NaOH,有關(guān)系式:Na+Al+2H2O=NaAlO2+2H2↑,amolNa與amolAl正好完全反應(yīng),生成amolNaAlO和2amolH2, 答案 C 例3 寫出以明礬、三氧化二鉻為主要原料(其它無機(jī)試劑任選)制取金屬鉻的有關(guān)化學(xué)方程式: ________________;________________;________________;________________。 解析 鉻常用鋁熱反應(yīng)制得,而金屬鋁可通過Al2O3電解法而制得。 Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+
15、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,則加入NaOH溶液的體積可能是多少mL? 解析 n(Al3+)=0.1L×1mol·L-1=0.1mol,而n[Al(OH)3)]==0.05mol,說明Al元素并沒有全部形成沉淀,故有兩解。 第一種情況:NaOH不足,n(NaOH)=0.05mol×3=0.15mol,v[NaOH(aq)]==150mL 第二種情況
16、:Al3+先與NaOH全部形成沉淀,后再溶解一部分,n(NaOH)=0.1mol×3+0.05mol=0.35mol,v[NaOH(aq)]= =350mL。 答案 150mL或350mL 例5 下列反應(yīng)中,鐵只能生成高價(jià)化合物的是( ) A.過量鐵粉與稀硝酸反應(yīng) B.鐵粉與硫蒸氣反應(yīng) C.鐵粉與過量的濃硫酸共熱 D.紅熱的鐵粉與水蒸氣反應(yīng) 解析 選項(xiàng)A中Fe元素的變化是:FeFe3+Fe2+;B選項(xiàng)中Fe變成FeS;C選項(xiàng)中由于濃H2SO4是強(qiáng)氧化劑且條件是加熱,F(xiàn)e被氧化成高價(jià);D選項(xiàng)中Fe與H2O(氣)作用,生成F
17、e3O4。故答案C。 答案 C 例6 某溶液中有NH4+、Mg2+、Al3+四種離子,若向其中加入過量的氫氧化鈉溶液,微熱攪拌,再加入過量鹽酸,溶液中大量減少的陽離子是( ) A.NH4+ B.Mg2+ C.Fe2+ D.Al3+ 解析 四種離子的變化情況分別是: 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 試樣
18、X由氧化亞鐵和氧化銅組成。取質(zhì)量相等的兩份試樣按下圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn): (1)請寫出步驟③中所發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式:________________。 (2)若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反應(yīng)后,生成的不溶物W的質(zhì)量是m,則每份試樣X中氧化銅的質(zhì)量為________________(用m表示)。 解析 溶液Y中的離子為Fe2+、Cu2+、H+和Cl-,粉末Z是Fe、Cu的混合物,故③中的反應(yīng)是:Fe+Cu2+=Fe2++Cu,F(xiàn)e+2H+=H2↑+Fe2+;不溶物W應(yīng)該是Cu,故每份中產(chǎn)生的銅應(yīng)該是,由CuO~Cu,得每份CuO的質(zhì)量為0.625m。
19、 答案 (1)Fe+Cu2+=Fe2++Cu,F(xiàn)e+2H+=H2↑+Fe2+ (2)0.625m 例8 在2.0L CuSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中,加入30g Fe粉,最后得到2.0L 0.25mol·L-1的FeSO4溶液及26g固體沉淀物,試求原混合液中CuSO4和Fe2(SO4)3物質(zhì)的量濃度。 解析 題中共涉及兩個(gè)反應(yīng):Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4,F(xiàn)e+CuSO4=FeSO4+Cu,由于最后得到FeSO4溶液,故Fe應(yīng)過量。設(shè)CuSO4物質(zhì)的量濃度為x,F(xiàn)e2(SO4)3物質(zhì)的量濃度為y,列方程組可解得。 由
20、于n(SO42-)不變,有方程: 2x+6y=2.0L×0.25mol·L-1 (1) 反應(yīng)前固體鐵與溶液中鐵、銅元素總質(zhì)量與反應(yīng)后固體中鐵、銅與溶液中鐵元素總質(zhì)量相等。反應(yīng)前,銅、鐵元素總質(zhì)量為: 30g+2x×64g·mol-1+2y×2×56g·mol-1 反應(yīng)后,銅、鐵元素總質(zhì)量為: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) 聯(lián)立(1)、(2)得:x=0.10mol·L-1,y=0.
21、05mol·L-1 答案 c(CuSO4)=0.10mol·L-1 c[Fe2(SO4)3]=0.05mol·L-1 [變式操練] 1.將Mg、Al混合粉末10.2g溶于4mol·L-1的鹽酸500mL里。若加入2mol·L-1的NaOH溶液,使得沉淀達(dá)到最大量,則需加入此種NaOH溶液為( ) A.1000mL B.500mL C.100mL D.1500mL 答案 A 2.將500mL濃度為amol·L-1的NaOH溶液滴加到500mL濃度為bmol·L-1的AlCl3溶液中。試推導(dǎo)a、b的關(guān)系,并計(jì)
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