幾種重要的金屬

第1講鎂和鋁第四章幾種重要的金屬要點(diǎn)感悟

1.Al、Al2O3、Al(OH)3與酸、堿的反應(yīng)

例2

下列敘述正確的是（）

A.和互為同位素，性質(zhì)相似

B.常溫下，pH＝1的水溶液中Na＋、NO、HCO、Fe2＋可以大量共存

C.明礬和漂白粉常用于自來水的凈化和殺菌消毒，兩者的作用原理相同

D.C(石墨,s)C(金剛石,s)；ΔH＞0，所以石墨比金剛石穩(wěn)定D要點(diǎn)感悟例3

將一定質(zhì)量的Mg、Al合金全部溶解在500mL鹽酸中（體積變化不計(jì)），取10mL反應(yīng)后的溶液，用1mol／LNaOH溶液滴定得下圖關(guān)系。

2.鋁及其化合物轉(zhuǎn)化的有關(guān)圖像問題（1）求Mg、Al質(zhì)量各是多少？（2）求鹽酸的物質(zhì)的量濃度為多少？要點(diǎn)感悟沉淀；bc段表示溶解氫氧化鋁沉淀；b點(diǎn)（最高點(diǎn)）表示鹽酸和氫氧化鈉恰好完全中和。（1）由Al～Al(OH)3～OH－～AlO

知：

27g1mol

m1(Al)(16－14)×10－3L×1mol／L

則：m1(Al)＝0.054g

則：m(Al)＝0.054g×500／10＝2.7g

由Mg～2OH－～Mg(OH)2知：

24g2mol

m1(Mg)(14－2－2×3)×10－3L×1mol／L

［解析］

理解點(diǎn)和各線段的含義：oa段表示氫氧化鈉中和過量的鹽酸；ab段表示Mg2＋和Al3＋與OH－反應(yīng)生成Mg(OH)2和Al(OH)3則：m1(Mg)＝0.072g

則：m總(Mg)＝0.072g×500／10＝3.6g

（2）當(dāng)沉淀達(dá)到最大值時，溶液中溶質(zhì)為NaCl，根據(jù)NaOH～NaCl～HCl，相當(dāng)于鹽酸和氫氧化鈉恰好完全中和，所以c(HCl)＝14mL×1mol／L／10＝1.4mol／L

［答案］（1）Mg3.6gAl2.7g

（2）1.4mol／L隨堂試訓(xùn)

1.把鎂粉中混入的少量鋁粉除去，應(yīng)選用的試劑是（）

A.鹽酸B.氯水C.燒堿溶液D.純堿溶液C第2講鐵和鐵的化合物第四章幾種重要的金屬

1.鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可用下圖表示：

2.氫氧化亞鐵的制備

例2

用下面兩種方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用不含F(xiàn)e3＋的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應(yīng)制備。（1）用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時還需加入

。（2）除去蒸餾水中溶解的O2常采用

的方法。（3）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：在如圖裝置中，用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備（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Ⅱ中加入試劑，打開止水夾，塞緊塞子后的實(shí)驗(yàn)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）稀H2SO4、鐵屑（2）煮沸（3）避免生成的Fe(OH)2沉淀接觸O2

方法二（1）稀H2SO4、鐵屑（2）NaOH溶液（3）檢驗(yàn)試管Ⅱ出口處排出的氫氣的純度。當(dāng)排出的H2純凈時，再夾緊止水夾（4）試管Ⅰ中反應(yīng)生成的H2充滿了試管Ⅰ和試管Ⅱ，且外界空氣不容易進(jìn)入要點(diǎn)感悟3.Fe2＋與Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化

Fe2＋既有氧化性又有還原性，但主要表現(xiàn)為還原性，當(dāng)遇到較強(qiáng)氧化劑時，轉(zhuǎn)化為Fe3＋。Fe3＋具有較強(qiáng)的氧化性，可被還原性較強(qiáng)的物質(zhì)還原為Fe2＋。

Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示。

例3

鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。（1）寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式

.（2）若將（1）中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式正極反應(yīng)

；負(fù)極反應(yīng)

。（3）腐蝕銅板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的濃度均為0.10mol·L－1，請參照下表給出的數(shù)據(jù)和藥品，簡述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的實(shí)驗(yàn)步驟

。（4）某科研人員發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)不銹鋼在酸中腐蝕緩慢，但在某些鹽溶液中腐蝕現(xiàn)象明顯。請從上表提供的藥品中選擇兩種（水可任選），設(shè)計(jì)最佳實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證劣質(zhì)不銹鋼易被腐蝕。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式

劣質(zhì)不銹鋼腐蝕的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

。氫氧化物開始沉淀時的pH氫氧化物沉淀完全時的pHFe3＋Fe2＋Cu2＋1.97.04.73.29.06.7提供的藥品：Cl2

濃H2SO4

NaOH溶液CuOCu

［答案］

（1）2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋

（2）正極反應(yīng)：Fe3＋＋e－Fe2＋（或2Fe3＋＋2e－2Fe2＋）負(fù)極反應(yīng)：CuCu2＋＋2e－（或Cu－2e－Cu2＋）（3）①通入足量氯氣將Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2～4.7；③過濾［除去Fe(OH)3］（4）CuO＋H2SO4CuSO4＋H2OCuSO4＋FeFeSO4＋Cu

不銹鋼表面有紅色物質(zhì)生成要點(diǎn)感悟

4.鐵與硝酸反應(yīng)計(jì)算

例4

含ngHNO3的稀溶液，恰好使5.6g鐵粉完全溶解，若有g(shù)HNO3被還原成NO（無其他還原產(chǎn)物）則n值不可能是（）

A.12.6B.16.8C.18.9D.25.2A

［提示］

Fe＋4HNO3Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O（HNO3相對過量）

3Fe＋8HNO33Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O（鐵相對過量）

只進(jìn)行第二步反應(yīng)時，需HNO3最少，

m(HNO3)＝×63g·mol－1＝16.8g；所以需硝酸的質(zhì)量為：16.8g≤n≤25.2g要點(diǎn)感悟

［解析］

Fe＋4HNO3Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O（HNO3相對過量）

3Fe＋8HNO33Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O（鐵相對過量）

5.6g鐵粉完全溶解，只進(jìn)行第一步反應(yīng)時，需HNO3最多，

m(HNO3)＝×4×63g·mol－1＝25.2g；隨堂試訓(xùn)

2.制印刷電路時常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”：發(fā)生的反應(yīng)為2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2向盛有氯化鐵溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，反應(yīng)結(jié)束后，下列結(jié)果不可能出現(xiàn)的是（）

A.燒杯中有銅無鐵B.燒杯中有鐵無銅

C.燒杯中鐵、銅都有D.燒杯中鐵、銅都無B可能再現(xiàn)。當(dāng)FeCl3過量或恰好完全反應(yīng)時，F(xiàn)e、Cu均無剩余，即選項(xiàng)D，反應(yīng)后溶液中有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋或Fe2＋、Cu2＋。當(dāng)FeCl3不足量時，有兩種情況：①Fe粉有剩余，則Cu尚未參加反應(yīng)，即選項(xiàng)C，反應(yīng)后溶液中只有Fe2＋（不考慮H＋、OH－）；②鐵粉無剩余，則Cu反應(yīng)了一部分或尚未參加反應(yīng)，即選項(xiàng)A，反應(yīng)后溶液中有Fe2＋、Cu2＋或只有Fe2＋。

［解析］

向盛有FeCl3溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，由于Fe的還原性比Cu強(qiáng)，F(xiàn)e3＋首先應(yīng)與Fe反應(yīng)，如果Fe3＋有剩余，剩余的Fe3＋再與Cu反應(yīng)。鐵粉未反應(yīng)完時銅粉就不會被氧化，所以不可能出現(xiàn)燒杯中有鐵無銅的現(xiàn)象，故應(yīng)選B。其他三個選項(xiàng)的都第3講金屬的冶煉第四章幾種重要的金屬1.金屬冶煉方法的選擇2.極值法應(yīng)用于混合金屬與酸（H＋）反應(yīng)計(jì)算

例3

當(dāng)燃燒鎂和某金屬組成的合金時，所形成的氧化物的質(zhì)量為反應(yīng)前合金質(zhì)量的2倍，則另一金屬可能是（）

A.銅B.鈹C.鈉D.鋁B［解析］

由Mg生成MgO，質(zhì)量增加的倍數(shù)小于1，則另一金屬變?yōu)檠趸锖筚|(zhì)量增加的倍數(shù)應(yīng)大于1，符合情況的為B。

1.在冶金工業(yè)上均不能用通常化學(xué)還原劑制得的金屬組是（）

A.Na、Ba、Mg、AlB.Na、K、Zn、Fe

C.Zn、Fe、Cu、AgD.Mg、Al、Zn、Fe2.經(jīng)分析知，某工廠的廢水中含有Zn2＋、Cu2＋、Hg2＋、Fe3＋離子，請你設(shè)計(jì)一個回收并分別得到Cu和Hg的實(shí)驗(yàn)方案。（要求：寫出簡明的操作步驟和有關(guān)的離子方程式）A

［解析］

根據(jù)金屬活潑性不同，用鐵粉與廢水中的三種離子反應(yīng)，得到銅、汞、鐵的固體混合物；將固體混合物隔絕空氣加熱，汞變成氣態(tài)，再冷凝得到液態(tài)汞；再用稀鹽酸溶解鐵，余下銅。

［答案］

（1）向廢水中加入過量的鐵粉，過濾。

Fe＋2Fe3＋3Fe2＋

Fe＋Hg2＋Fe2＋＋HgFe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu

（2）將（1）中的濾渣隔絕空氣加熱，將Hg變成Hg蒸氣，再冷凝得到液態(tài)Hg，固體中得到單質(zhì)Fe和Cu。（3）向（2）所得的固體中加入過量的稀鹽酸，過濾，從濾渣中得到單質(zhì)Cu。

Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑

3.冶煉金屬一般有下列方法：①焦炭法，②水煤氣(或氫氣，或一氧化碳)法，③活潑金屬置換法，④電解法；四種方法在工業(yè)上均有運(yùn)用。（1）孔雀石［Cu2(OH)2CO3］，光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)。請對下表中的金屬冶煉方法進(jìn)行分析，從上述四種方法中選擇相應(yīng)的序號填入表中空格：

火燒孔雀石煉銅所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式（寫主要的兩個）：

；

?；馃兹甘療掋~濕法煉銅鋁熱法煉鉻從光鹵石中煉鎂隨堂試訓(xùn)（2）請?jiān)倥e出使用上述方法冶煉金屬的例子各一個（用化學(xué)方程式表示）：②

；③

；④

。

［解析］

焦炭、氫氣、一氧化碳是常使用的還原劑，方法①、②一般冶煉不活潑或較活潑的金屬，如銅、鐵等?；顫娊饘僦脫Q法，一般在水溶液中進(jìn)行，也可以是粉末狀。在工業(yè)上利用鋁熱反應(yīng)，用鋁作還原劑冶煉難溶的金屬，如釩、鉻、錳等?；顫姷慕饘僖话悴捎秒娊獾姆椒?，電解熔融的氯化鈉、氯化鎂、氧化鋁制取鈉、鎂、鋁。隨堂試訓(xùn)（Ⅰ）孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，加熱分解：

Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑

火燒時，使用的樹木變?yōu)槟咎浚珻uO再與木炭反應(yīng)，產(chǎn)生銅，屬于焦炭法。

C＋2CuO2Cu＋CO2↑

符合①

（Ⅱ）濕法煉銅是我國西漢時期用鐵從某些含銅化合物的溶液中置換出銅，屬活潑金屬置換法。

Fe＋CuSO4FeSO4＋Cu適合于③

（Ⅲ）是使鋁粉和Cr2O3的混合物在高溫下反應(yīng)，置換出鉻，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量使鉻熔化而分離。

2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr適合于③隨堂試訓(xùn)（Ⅳ）從光鹵石（KCl·MgCl2·6H2O）中可得到六水合氯化鎂晶體，再采用通電分解熔融的氯化鎂的方法制取鎂。

MgCl2Mg＋Cl2↑

符合④

［答案］

（1）①③③④

Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑C＋2CuO2Cu＋CO2↑

（2）②Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2↑WO3＋3H2W＋3H2O③3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3④2NaCl2Na＋Cl2↑

第4講原電池第四章幾種重要的金屬

1.理解原電池的原理

例2

（1）將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池，兩電極間連接一個電流計(jì)。鋅片上發(fā)生的電極反應(yīng)：

；銀片上發(fā)生的電極反應(yīng)：

。（2）若該電池中兩電極的總質(zhì)量為60g，工作一段時間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質(zhì)量為47g，試計(jì)算：①產(chǎn)生氫氣的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)；②通過導(dǎo)線的電量。（已知NA＝6.02×1023／mol，電子電荷為1.60×10－19C）要點(diǎn)感悟

［解析］

（1）因金屬的活動性順序?yàn)閆n＞Ag，所以將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池時，鋅片作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)Zn－2e－Zn2＋；銀片作正極，發(fā)生還原反應(yīng)2H＋＋2e－H2↑。（2）①根據(jù)電極反應(yīng)，知鋅片與銀片減少的質(zhì)量等于生成氫氣所消耗的鋅的質(zhì)量，設(shè)產(chǎn)生的氫氣的體積為x。

Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑65g22.4L60g－47gx

所以，解得x＝4.5L。②反應(yīng)消耗的鋅的物質(zhì)的量為，因?yàn)殇\發(fā)生氧化反應(yīng)時Zn－2e－

Zn2＋，所以通過導(dǎo)線的電量為0.20mol×2×6.02×1023mol－1×1.60×10－19C＝3.8×104C。

2.金屬腐蝕與防護(hù)

例3

為了避免青銅器生成銅綠，以下方法正確的是

A.將青銅器放在銀質(zhì)托盤上

B.將青銅器保存在干燥的環(huán)境中BD

［答案］（1）Zn－2e－Zn2＋

2H＋＋2e－H2↑

（2）①4.5L②3.8×104CC.將青銅器保存在潮濕的空氣中D.在青銅器的表面覆蓋一層防滲的高分子膜

3.新型電池的分析

例4

熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為正極助燃?xì)?，制得?50℃下工作的燃料電池。完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：