第三章鐵金屬材料知識梳理知識梳理鐵及其化合物第1節鐵及其化合物第1節一、鐵元素的存在游離態——隕鐵化合態——黃鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦二、鐵單質1、物理性質銀白色、密度較大、熔沸點較高、能導電、具有延展性、能被磁鐵吸引2、化學性質三、鐵的化合物1、氧化物鐵的氧化物氧化亞鐵氧化鐵四氧化三鐵化學式FeOFe2O3Fe3O4鐵元素價態+2+3+2、+3顏色、狀態黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體在水中的溶解性不溶于水，也不和水反應與稀酸的反應(生成相應的鹽)FeO+2H+Fe2++H2OFe2O3+6H+2Fe3++3H2OFe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O與CO的反應FexOy+yCOxFe+yCO2存在不穩定，在空氣中受熱易被氧化成Fe3O4赤鐵礦磁鐵礦用途紅色油漆和涂料、煉鐵原料煉鐵、磁性材料2、氫氧化物化學式Fe(OH)2Fe(OH)3色態白色固體紅褐色固體溶解性難溶于水難溶于水與鹽酸反應(離子方程式)Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2OFe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O穩定性不穩定，分解產物很復雜不穩定，受熱易分解：2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O制法可溶性亞鐵鹽與堿反應：FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4可溶性鐵鹽與堿反應：FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl轉化方程式4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3現象白色沉淀迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色總結提升：實驗操作實驗現象結論(用化學方程式表示)試管中有紅褐色沉淀產生Fe3++3OH?=Fe(OH)3↓試管中先生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色Fe2++2OH?=Fe(OH)2↓(白色)、4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)33、鐵鹽總結提升——鐵三角：【典例1】下列反應中，鐵只能生成高價化合物的是A．過量的鐵與稀HNO3反應 B．鐵粉與硫蒸氣反應C．鐵粉與氯氣反應 D．紅熱的鐵粉與水蒸氣反應【答案】C【解析】鐵遇到強的氧化劑反應生成三價鐵離子，遇到弱的氧化劑反應生成二價鐵離子，據此解答．A．過量的鐵與稀HNO3反應硝酸亞鐵，故A不選；B．鐵粉與硫蒸氣反應生成硫化亞鐵，故B不選；C．氯氣具有強的氧化性，能夠與鐵反應生成氯化鐵，故C選；D．紅熱的鐵粉與水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，故D不選；故選：C。【典例2】下列鐵及其化合物的性質與用途具有對應關系的是A．Fe粉具有還原性，可用作抗氧化劑B．Fe2O3粉末呈紅棕色，可用于制取鐵鹽C．Fe2(SO4)3易溶于水，可用作凈水劑D．FeCl3溶液呈酸性，用于蝕刻銅電路板【答案】A【解析】Fe2O3粉末呈紅棕色，可用于染料，B錯誤；Fe3＋水解生成氫氧化鐵膠體，可用作凈水劑，C錯誤；FeCl3溶液具有氧化性，用于蝕刻銅電路板，D錯誤。【典例3】下列反應的離子方程式書寫正確的是A．鐵和稀硝酸反應：Fe+2H+=Fe2++H2↑B．氯化鐵腐蝕印刷線路板：Fe3++Cu=Fe2++Cu2+C．鐵與水蒸氣反應生成黑色固體：3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2D．少量的鐵與稀硝酸反應：3Fe+8H++2NO3=3Fe2++2NO↑+4H2【答案】C【解析】A.鐵和稀硝酸反應不產生氫氣。B.電荷不守恒。D.稀硝酸過量應生成三價鐵。【典例4】用如圖所示裝置進行Fe與水蒸氣反應的實驗，下列有關說法正確的是A．實驗時，先點燃酒精噴燈再點燃酒精燈B．反應中H2O作氧化劑，發生反應的化學方程式為2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2C．干燥管中加入的固體干燥劑可以是無水氯化鈣D．收集反應產生的氣體選用裝置②【答案】C【解析】A．實驗時，應先用水蒸氣排出裝置中的空氣，即先點燃酒精燈再點燃酒精噴燈，A錯誤；B．鐵和水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，B錯誤；C．氫氣是中性氣體，可以用堿石灰干燥，C正確；D．收集的是氫氣，密度比空氣小，應用向下排氣法，選用裝置c，D錯誤；故選C。【典例5】用下面兩種方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用FeSO4溶液與不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應制備。(1)除去蒸餾水中溶解的O2常采用________的方法。(2)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再擠出NaOH溶液。這樣操作的理由是_____________________________________。方法二：在如圖所示裝置中，用不含O2的NaOH溶液、鐵屑和稀硫酸制備。(1)在試管Ⅰ里加入的試劑是________。(2)在試管Ⅱ里加入的試劑是________。(3)為了制得白色Fe(OH)2沉淀，在試管Ⅰ和試管Ⅱ中加入試劑，打開止水夾，塞緊塞子后的實驗步驟是_______。(4)這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時間保持白色，其理由是_________________________________。【答案】方法一：(1)煮沸(2)避免生成的Fe(OH)2沉淀接觸O2而被氧化方法二：(1)稀硫酸、鐵屑(2)NaOH溶液(3)檢驗試管Ⅱ出口處排出的H2的純度，當排出的H2純凈時，再夾緊止水夾(4)試管Ⅰ中反應生成的H2充滿了試管Ⅰ和試管Ⅱ，且外界空氣不容易進入裝置【解析】方法一：(1)氣體的溶解度是隨溫度升高而降低的，所以煮沸后的蒸餾水中溶解的O2變少。(2)避免生成的Fe(OH)2被空氣(氧氣)氧化。方法二：試管Ⅱ是開口式，無法利用產生的氣體將溶液壓入試管Ⅰ中，所以制取FeSO4應在試管Ⅰ中進行，而在試管Ⅱ中應加入不含O2的NaOH溶液。當把Fe與稀硫酸放入試管Ⅰ后，產生的H2可通過試管Ⅰ內的短導管排出試管Ⅰ內的空氣，然后經過止水夾進入試管Ⅱ中，再排盡試管Ⅱ內的空氣，最后關閉止水夾，試管Ⅰ內產生的H2無法逸出，H2產生的壓強將試管Ⅰ內生成的FeSO4溶液通過長導管壓入試管Ⅱ內，在此過程中，液體都處于H2環境中，從而避免了空氣中的O2將反應生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。【典例6】把某表面被氧化的鋼鐵樣品，加入過量稀H2SO4中，過濾，除去雜質，在濾液中滴加KSCN溶液無血紅色，繼續向濾液中加入適量硝酸后，再加入過量的氨水，有沉淀生成。上述過程中加入硝酸之前溶液中的溶質和最終生成的沉淀顏色分別為A．Fe2(SO4)3；白色B．Fe2(SO4)3；紅褐色C．FeSO4；紅褐色D．FeSO4；白色→灰綠色→紅褐色【答案】C【解析】三價鐵遇KSCN變紅，溶液無血紅色，說明沒有三價鐵。加入硝酸將二價鐵氧化為三價鐵，最終生成氫氧化鐵紅褐色沉淀。【典例7】為了除去FeSO4溶液中的Fe2(SO4)3和CuSO4，最好選用的試劑是A．燒堿溶液B．濃氨水C．鐵粉D．硫酸【答案】C【解析】除雜實際選擇遵循不引入新雜質，不消耗需要的物質。金屬材料第2節金屬材料第2節一、鋁元素的存在化合態，地殼中含量僅次于氧和硅。二、鐵單質1、物理性質銀白色、質軟、密度小、導電性強2、化學性質（1）鋁和氧氣的反應4Al+3O22Al2O3（2）鋁和酸、堿的反應2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑（2Al+6H+=2Al3++3H2↑）2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑（2Al+2OH—+2H2O=2AlO2—+3H2↑）鋁熱反應實驗原理：鋁將金屬氧化物中化合態的金屬還原為金屬單質，如Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。實驗裝置：反應現象及結論劇烈燃燒，放出大量的熱，導致混合物劇烈反應過后，紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中；待熔融物冷卻后，除去外層熔渣，可以發現落下的是鐵珠。應用①野外焊接鋼軌。②冶煉高熔點金屬。三、氧化鋁1、物理性質顏色狀態熔點硬度溶解性白色固體很高（2050℃）很大不易溶于水2、氧化鋁的存在和用途自然界中純凈的Al2O3為無色晶體俗稱剛玉，硬度僅次于金剛石。用途：耐火材料，常用于耐火坩堝和耐火管等。3、化學性質①與酸（稀HCl）反應：Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O。②與堿（NaOH）反應：Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O。氧化鋁既能跟酸反應生成鹽和水，又能跟堿反應生成鹽和水，所以氧化鋁是兩性氧化物。兩性氧化物：既能與酸反應生成鹽和水，又能和堿反應生成鹽和水的氧化物稱為兩性氧化物。四、氫氧化鋁1、物理性質氫氧化鋁是白色膠狀物質，不溶于水，有強的吸附性，可以吸附水中的懸浮物和各種色素。2、化學性質①氫氧化鋁的兩性：Al(OH)3沉淀中加鹽酸或NaOH溶液，沉淀都消失。Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。氫氧化鋁既能跟酸反應生成鹽和水，又能跟堿反應生成鹽和水，所以氫氧化鋁是兩性氫氧化物。Al(OH)3的電離方程式為：氫氧化鋁只能與強酸、強堿反應②不穩定性氫氧化鋁不穩定，受熱易分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O（這是工業上制取純凈氧化鋁的方法）3、用途醫用的胃酸中和劑中的一種4、氫氧化鋁的制備①在試管里加入10mL0.5mol·L－1Al2(SO4)3溶液，再滴加氨水，觀察現象。繼續滴加氨水至過量，觀察現象。Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)②向偏鋁酸鹽溶液中通入CO2可制得Al(OH)3。2AlO2+CO2(少量)+3H2O==2Al(OH)3↓+CO32AlO2+CO2(過量)+2H2O==2Al(OH)3↓+HCO3五、明礬1．化學式為KAl(SO4)2·12H2O，它是無色晶體，可溶于水。2．明礬凈水的原理電離方程式為KAl(SO4)2=K＋＋Al3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)，其中Al3＋發生水解反應，產生Al(OH)3(膠體)，能吸附水中懸浮物形成沉淀，使水澄清。總結提升——鋁三角化學計算中的常用方法方法一：守恒法——質量守恒、電荷守恒、電子守恒反應前后元素種類、質量、原子個數不變還原劑失電子總數＝氧化劑得電子總數方法二：差量法——質量差值法、體積差值法根據化學反應前后物質的有關物理量發生的變化，找出所謂的“理論差量”，方法三：關系式法——解答連續反應類型計算題的捷徑當已知量和未知量之間是靠多個反應來聯系時，只需直接確定已知量和未知量之間的比例關系，即“關系式”。方法四：方程組法——兩個已知量求解混合物中兩種物質的未知量一般方程組法用于解決兩種物質的混合物計算，一般讀題時能找到兩個已知量時，均可以利用二元一次方程組進行求算未知量。【典例1】兩份鋁，一份加入足量強堿溶液中，另一份加入足量鹽酸中，要使前后反應收集到的氫氣量之比為1︰2，則兩份鋁質量比為A．1︰2B．2︰1C．1︰4D．1︰1【答案】A【解析】金屬鋁和堿或酸反應時，2摩爾鋁都產生3摩爾氫氣，即氫氣的比例等于鋁的比例，則鋁的質量比為1:2，選A。【典例2】某同學通過系列實驗探究Al及其化合物的性質，下列操作正確且能達到目的的是A．將水加入濃硫酸中得到稀硫酸，將鋁條置于其中探究Al的活潑性B．將NaOH溶液緩慢滴入Al2(SO4)3溶液中至過量，最終觀察到有沉淀生成C．將Al(OH)3濁液直接倒入已裝好濾紙的漏斗中過濾，洗滌并收集沉淀D．將Al(OH)3沉淀轉入蒸發皿中，加足量稀硫酸，加熱蒸干得無水Al2(SO4)3固體【答案】D【解析】A項，稀釋濃硫酸時應將濃硫酸加入水中并不斷攪拌；B項，將過量的NaOH溶液滴入Al2(SO4)3溶液中，最終生成NaAlO2溶液，無沉淀。【典例3】以氧化鋁為原料制取氫氧化鋁，最好的方法是

A．將氧化鋁溶于水將氧化鋁溶于鹽酸中，之后滴加氫氧化鈉溶液

C.將氧化鋁先溶于鹽酸中，之后滴加氨水D．將氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液中，之后滴加鹽酸【答案】C【解析】A.氧化鋁不溶于水。B.氫氧化鈉過量生成偏鋁酸鈉。D鹽酸過量會生成鋁離子。【典例4】下列敘述中正確的是A．Al、Fe、Cu三者對應的氧化物均為堿性氧化物B．向污水中投放明礬，能生成凝聚懸浮物的Al(OH)3膠體，起到凈水的作用C．向NaAlO2溶液中通入過量CO2：2AlO+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+COD．加入鋁粉能產生H2的溶液中，一定存在大量的Na+、Ba2+、AlO、Cl【答案】B【詳解】A．氧化鋁能和酸、堿反應生成鹽和水，為兩性氧化物，A錯誤；B．明礬溶于水電離產生鋁離子，鋁離子水解可以生成凝聚懸浮物的Al(OH)3膠體，起到凈水的作用，B正確；C．二氧化碳過量會生成碳酸氫鈉，離子方程式為AlO+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO，C錯誤；D．加入Al能放出H2的溶液，為強酸或強堿溶液，強酸性條件下AlO不會大量存在，D錯誤；綜上所述答案為B。【典例5】在2L硫酸銅和硫酸鐵的混合溶液中，加入30g鐵粉，最后得到2L0.25mol·L－1的硫酸亞鐵溶液及26g固體沉淀物。分別求原混合溶液中硫酸鐵和硫酸銅的物質的量濃度。【答案】0.05mol·L－10.1mol·L－1【解析】設硫酸鐵、硫酸銅的物質的量分別為x和y。根據反應前后鐵和銅的質量和相等得：56g·mol－1×2x＋64g·mol－1×y＋30g＝2L×0.25mol·L－1×56g·mol－1＋26g①再由反應前后硫酸根離子的物質的量守恒得：3x＋y＝2L×0.25mol·L－1②聯立①②解得x＝0.1mol，y＝0.2mol。因此硫酸鐵、硫酸銅的物質的量濃度分別為：0．05m