高中化学知识总结金属专题二镁铝铁doc.docx
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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,但镁与铝相比较,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较
镁
铝
与非金属反应
与X2、O2、S、N2等反应,如:
Mg+S
MgS,2Mg+O2
2MgO
与X2、O2、S等反应,如:
2Al+3S
Al2S3,4Al+3O2
2Al2O3
与酸反应
Mg+2H+=Mg2++H2↑,与氧化性酸浓H2SO4、HNO3反应较为复杂
2Al+6H+=2Al3++3H2↑,室温时,在浓硫酸、浓硝酸中钝化
与水反应
Mg+2H2O
Mg(OH)2+H2↑
生成的Mg(OH)2能使酚酞试液变红
去掉氧化膜的Al与沸水缓慢反应
2Al+6H2O
2Al(OH)3+3H2↑
与碱反应
不反应
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
与氧化物反应
(干态置换)
2Mg+CO2
2MgO+C
镁着火,不能用CO2灭之
2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe
(铝热反应)
用 途
照明弹,制合金等
导线、电缆、炊具、化工、合金
2.Al2O3
Al2O3是一种白色难熔的物质,不溶于水,是冶炼金属铝的原料,也是一种比较好的耐火材料。
是典型的两性氧化物,Al2O3+6H+=2Al3++3H2O,Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
3.Al(OH)3
Al(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)3
Al3++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溶液中通人CO2直至过量。
图6所示。
6.既能与酸又能与碱反应的物质
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。
化学性质比较活泼,能与许多物质发生化学反应:
①与非金属反应,3Fe+2O2
Fe3O4、2Fe+3Cl2
2FeCl3、Fe+S
FeS;
②与水反应,3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2;
③与酸反应,Fe+2H+=Fe2++H2↑,常温下与浓硫酸、浓硝酸发生钝化;
④与某些盐溶液的反应,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
FeO
Fe2O3
Fe3O4
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反应
FeO+2HCl=FeCl2+H2O
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O
与CO反应
FexO2+yCO
yCO2+xFe
与Al反应
3FexOy+2yAl
yAl2O3+3xFe
注:
①三种氧化物中Fe3O4最为稳定,Fe3O4在Fe的表面能起到保护作用,防止生锈。
②Fe3O4可写成FeO·Fe2O3;
③FeO遇到强氧化性的酸如HNO3等发生氧化还原反应。
(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)3
Fe2O3+3H2O
与酸反应
Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O
Fe(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还原反应;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,典型的氧化还原反应
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:
加入强碱或氨水溶液,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KSCN溶液,溶液变成红色的为Fe3+,而无明显现象的为Fe2+。
[范例点击]
例1 将等物质的量的镁和铝相混合,平均分成4份,分别加到足量的下列溶液中,充分反应后,放出氢气最多的是( )
A.3mol·L-1的HCl
B.4mol·L-1的HNO3
C.8mol·L-1的NaOH
D.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均能反应,放出H2,而与NaOH溶液作用,只有Al才能反应,故本题答案为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
本题中涉及的反应有:
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正好完全反应,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
铬常用铝热反应制得,而金属铝可通过Al2O3电解法而制得。
Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+,
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O
2Al2O3
4Al+3O2↑
2Al+Cr2O3
2Cr+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,则加入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不足,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 下列反应中,铁只能生成高价化合物的是( )
A.过量铁粉与稀硝酸反应
B.铁粉与硫蒸气反应
C.铁粉与过量的浓硫酸共热
D.红热的铁粉与水蒸气反应
解析
选项A中Fe元素的变化是:
Fe
Fe3+
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,若向其中加入过量的氢氧化钠溶液,微热搅拌,再加入过量盐酸,溶液中大量减少的阳离子是( )
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下图所示进行实验:
(1)请写出步骤③中所发生的反应的离子方程式:
________________。
(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)。
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中的反应是:
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,加入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
题中共涉及两个反应:
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)
反应前固体铁与溶液中铁、铜元素总质量与反应后固体中铁、铜与溶液中铁元素总质量相等。
反应前,铜、铁元素总质量为:
30g+2x×64g·mol-1+2y×2×56g·mol-1
反应后,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-1 c[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。
若加入2mol·L-1的NaOH溶液,使得沉淀达到最大量,则需加入此种NaOH溶液为( )
A.1000mL
B.500mL
C.100mL
D.1500mL
答案 A
2.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不足,即a≤3b时,n[Al(OH)3]=
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