高中化學(xué)-金屬專題二-鎂、鋁、鐵

..金屬專題二——鎂、鋁、鐵3．其它常見的金屬〔如Mg、Al、Fe〕[考點掃描]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。[知識指津]1．Mg、Al的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)：鎂、鋁都是密度小、熔點低、硬度較小的銀白色金屬，但鎂與鋁相比擬，鋁的硬度、密度都比鎂大，熔沸點都比鎂高。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)及用途比擬鎂鋁與非金屬反響與X2、O2、S、N2等反響，如：

Mg＋SMgS,2Mg＋O22MgO與X2、O2、S等反響，如：

2Al＋3SAl2S3，4Al＋3O22Al2O3與酸反響Mg＋2H+＝Mg2+＋H2↑，與氧化性酸濃H2SO4、HNO3反響較為復(fù)雜2Al＋6H+＝2Al3+＋3H2↑，室溫時，在濃硫酸、濃硝酸中鈍化與水反響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與沸水緩慢反響

2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑與堿反響不反響2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑與氧化物反響

(干態(tài)置換)2Mg＋CO22MgO＋C

鎂著火，不能用CO2滅之2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe

(鋁熱反響)用途照明彈，制合金等導(dǎo)線、電纜、炊具、化工、合金2．Al2O3Al2O3是一種白色難熔的物質(zhì)，不溶于水，是冶煉金屬鋁的原料，也是一種比擬好的耐火材料。是典型的兩性氧化物，Al2O3＋6H+＝2Al3+＋3H2O，Al2O3＋2OH-＝2AlO2-＋H2O

3．Al(OH)3Al(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，在酸或強堿中都能溶解，能用平衡移動原理解釋，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(OH)3↓

或AlO2-＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3＋HCO3-，Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O

(2)應(yīng)用①制取Al(OH)3，最好用鋁鹽與氨水作用或?qū)O2通人偏鋁酸鹽中；②離子共存問題：Al3+與S2-、AlO2-、HCO3-、CO32-因相互促進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↑

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溶液人CO2直至過量。圖6所示。6．既能與酸又能與堿反響的物質(zhì)⑴某些單質(zhì)如Al、Si等；⑵兩性氧化物如Al2O3；⑶兩性氫氧化物如Al(OH)3；⑷弱酸的銨鹽如CH3COONH4、(NH4)2CO3、(NH4)2S等；⑸多元弱酸的酸式鹽如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，常見的化合價有＋2、＋3價?；瘜W(xué)性質(zhì)比擬活潑，能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響：①與非金屬反響，3Fe＋2O2Fe3O4、2Fe＋3Cl22FeCl3、Fe＋SFeS；②與水反響，3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2；③與酸反響，F(xiàn)e＋2H+＝Fe2+＋H2↑，常溫下與濃硫酸、濃硝酸發(fā)生鈍化；④與某些鹽溶液的反響，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FeOFe2O3Fe3O4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反響FeO+2HCl=FeCl2+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OFe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O與CO反響FexO2＋yCOyCO2＋xFe與Al反響3FexOy＋2yAlyAl2O3＋3xFe注：①三種氧化物中Fe3O4最為穩(wěn)定，F(xiàn)e3O4在Fe的外表能起到保護作用，防止生銹。②Fe3O4可寫成FeO·Fe2O3；③FeO遇到強氧化性的酸如HNO3等發(fā)生氧化復(fù)原反響。(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白色→灰綠色→紅褐色受熱分解

2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O與酸反響Fe(OH)2＋2H+=Fe2+＋2H2OFe(OH)3＋3H+=Fe3+＋3H2O制備相應(yīng)鹽與氨水或強堿作用

Fe2+＋2OH-＝Fe(OH)2↓相應(yīng)鹽與氨水或強堿作用

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。在實驗室制取Fe(OH)2時，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)生氧化復(fù)原反響；Fe2+在水溶液中顯淺綠色，F(xiàn)e3+在水中呈黃色。(3)鐵及其化合物間的相互轉(zhuǎn)化――鐵三角，典型的氧化復(fù)原反響注：①Fe遇到強氧化劑時，直接被氧化成Fe3+，而遇到弱氧化劑時，被氧化成Fe2+，同樣Fe2+只有碰到強氧化劑才能被氧化成Fe3+。②常見Fe2+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↑

③常見Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+的離子方程式有：2Fe3+＋Fe＝3Fe2+，2Fe3+＋2I-＝I2＋2Fe2+，2Fe3+＋SO2+2H2O＝2Fe2+＋SO42-＋4H+9．Fe2+、Fe3+的檢驗方法一：參加強堿或氨水溶液，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KS溶液，溶液變成紅色的為Fe3+，而無明顯現(xiàn)象的為Fe2+。[例點擊]例1將等物質(zhì)的量的鎂和鋁相混合，平均分成4份，分別加到足量的以下溶液中，充分反響后，放出氫氣最多的是()

A．3mol·L-1的HClB．4mol·L-1的HNO3C．8mol·L-1的NaOHD．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均能反響，放出H2，而與NaOH溶液作用，只有Al才能反響，故此題答案為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)量分數(shù)為()

A．B．C．D．解析此題中涉及的反響有：2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑，去掉中間產(chǎn)物NaOH，有關(guān)系式：Na＋Al＋2H2O＝NaAlO2＋2H2↑，amolNa與amolAl正好完全反響，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：________________；________________；________________；________________。解析鉻常用鋁熱反響制得，而金屬鋁可通過Al2O3電解法而制得。Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋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，那么參加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缺乏，n(NaOH)＝0.05mol×3＝0.15mol，v[NaOH(aq)]==150mL

第二種情況：Al3+先與NaOH全部形成沉淀，后再溶解一局部，n(NaOH)＝0.1mol×3＋0.05mol＝0.35mol，v[NaOH(aq)]=＝350mL。答案150mL或350mL

例5以下反響中，鐵只能生成高價化合物的是()

A．過量鐵粉與稀硝酸反響B(tài)．鐵粉與硫蒸氣反響C．鐵粉與過量的濃硫酸共熱D．紅熱的鐵粉與水蒸氣反響解析選項A中Fe元素的變化是：FeFe3+Fe2+；B選項中Fe變成FeS；C選項中由于濃H2SO4是強氧化劑且條件是加熱，F(xiàn)e被氧化成高價；D選項中Fe與H2O(氣)作用，生成Fe3O4。故答案C。答案C例6某溶液中有NH4+、Mg2+、Al3+四種離子，假設(shè)向其中參加過量的氫氧化鈉溶液，微熱攪拌，再參加過量鹽酸，溶液量減少的陽離子是()

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X由氧化亞鐵和氧化銅組成。取質(zhì)量相等的兩份試樣按以下圖所示進展實驗：(1)請寫出步驟③中所發(fā)生的反響的離子方程式：________________。(2)假設(shè)全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反響后，生成的不溶物W的質(zhì)量是m，那么每份試樣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中的反響是：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。答案(1)Fe＋Cu2+=Fe2++Cu，F(xiàn)e＋2H+=H2↑＋Fe2+(2)0.625m

例8在2.0LCuSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中，參加30gFe粉，最后得到2.0L0.25mol·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反響：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。由于n(SO42-)不變，有方程：2x＋6y=2.0L×0.25mol·L-1(1)

反響前固體鐵與溶液中鐵、銅元素總質(zhì)量與反響后固體中鐵、銅與溶液中鐵元素總質(zhì)量相等。反響前，銅、鐵元素總質(zhì)量為：30g＋2x×64g·mol-1+2y×2×56g·mol-1反響后，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=0.05mol·L-1答案c(CuSO4)＝0.10mol·L-1c[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。假設(shè)參加2mol·L-1的NaOH溶液，使得沉淀到達最大量，那么需參加此種NaOH溶液為()

A．1000mLB．500mLC．100mLD．1500mL

答案A2．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，并計算能得到Al(OH)3的物質(zhì)的量。答案分三種情況討淪：①NaOH缺乏，即a≤3b時，n[Al(OH)3]=②NaOH足量，但生成的Al(OH)3不能全溶時，即3b<a<4b，n[Al(OH)3]＝(0.20b-0.05a)mol③NaOH過量，生成的Al(OH)3全溶時，即a≥4b，n[Al(OH)3]＝0

3．為了除去氯化鎂酸性溶液中的Fe3+離子，可在加熱攪拌的條件下參加一種試劑，過濾后再參加適量鹽酸。這種試劑是()

A．氧化鎂B．氫氧化鈉C．碳酸鈉D．碳酸鎂答案AD4．鐵酸鈉(Na2FeO4)是水處理過程中使用的一種新型凈水劑，它的氧化性比高錳酸鉀更強，本身在反響中被復(fù)原為Fe3+。(1)配平制取鐵酸鈉的化學(xué)方程式：()Fe(NO3)2＋()NaOH＋()Cl2→()Na2FeO4＋()NaNO3＋()NaCl＋()H2O，反響中元素________________被氧化，轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為________________。(2)鐵酸鈉之所以能凈水，除了能消毒殺菌外，另一個原因是________________。答案(1)1、8、2、1、2、4、4；Fe(+2)，4e-(2)復(fù)原產(chǎn)物Fe3+發(fā)生水解生成Fe(OH)3膠體能吸附雜物5．稱取0.200g某赤鐵礦樣品，礦樣溶解后，使其中的鐵轉(zhuǎn)化成Fe2+(所得溶液中不含其它復(fù)原性物質(zhì))。另取7.90g硫酸鈰銨2(NH4)2SO4·Ce(SO4)2·2H2O(摩爾質(zhì)量632g·mol-1)，溶解后稀釋至250mL。取30.0mL該溶液恰好與上述的Fe2+溶液完全反響。反響的離子方程式為：Ce4+＋Fe2+＝Ce3+＋Fe3+。請計算該礦樣中Fe2O3的質(zhì)量分數(shù)(Fe2O3的摩爾質(zhì)量為160g·mol-1)

答案3.60％[配套練習(xí)]1．以下的金屬冶煉法，通常不宜采用的是()

A．用加熱法制金屬汞B．用電解法制金屬鋁C．用復(fù)原法制金屬鋅D．用鋁熱法制金屬鉻[答案]A[解析]金屬冶煉的實質(zhì)是用復(fù)原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬單質(zhì)。根據(jù)金屬的化學(xué)活潑性不同，分為三種常用的冶煉方法，熱分解法：適用于活潑性較差的金屬，如汞、銀；熱復(fù)原法：適用于金屬活潑性介于Mg～Cu之間的大多數(shù)金屬；電解法：適用于金屬活潑性很強的金屬，一般位于金屬活動順序表中鋁前面的金屬。[評說]考綱要求"了解金屬的通性，金屬冶煉的一般原理〞、"了解常見金屬的活動順序〞。此題考察學(xué)生對金屬冶煉的方法及適用圍的掌握情況，冶煉方法一般以金屬活動順序為載體分類。根據(jù)題意，只要識記這些金屬冶煉的方法就可解題。2．以下有關(guān)金屬元素特征的表達，正確的選項是()

A．金屬元素的原子只有復(fù)原性，離子只有氧化性D．金屬元素在化合物中有時顯正價，有時顯負價C．金屬元素的單質(zhì)一般都容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性D．金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為金屬晶體[答案]C[解析]有些金屬元素具有可變化合價，故當(dāng)其化合價處于中間價態(tài)時既有氧化性又有復(fù)原性，A的表達錯誤。根據(jù)金屬離子的核外電子排布判斷金屬只有正化合價，故B不正確。由于金屬具有自由電子，故金屬元素的單質(zhì)一般都容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性，C的表達正確。大局部金屬元素的單質(zhì)在常溫下為金屬晶體，但有的例外，如汞，故D的表達錯誤。[評說]考綱要求"了解金屬的通性〞。此題考察學(xué)生對金屬元素通性的理解、識記、分析的能力。3．Wg鐵和鋁的混合物，跟足量稀硫酸反響產(chǎn)生H2的體積是一樣條件下等質(zhì)量該混合物跟足量燒堿溶液反響產(chǎn)生H2體積的4倍(一樣狀況)，那么原混合物中鐵和鋁的質(zhì)量比為()

A．28:3B．14:3C．9:2D．5:4

[答案]A[解析]鋁是兩性金屬，可分別與酸、堿反響，而鐵只能與酸反響。金屬與酸或堿反響時都是金屬作復(fù)原劑，故可由金屬失電子數(shù)來衡量氫氣量。設(shè)鋁為1mol，那么1mol鋁與燒堿反響時失電子3mol。在與酸反響時，1mol鋁同樣失電子3mol。為滿足等量金屬混合物與酸反響時生成的氫氣是與堿反響時生成氫氣的4倍，即在與酸反響時金屬應(yīng)失的總電子數(shù)為12mol，推出鐵應(yīng)失電子數(shù)為9mol，而鐵與硫酸反響時生成的是亞鐵，即1mol鐵失2mol電子，故9mol電子需鐵4.5mol，說明在混合物中鐵與鋁的物質(zhì)的量比是9:2，其質(zhì)量比為28:3。[評說]考察學(xué)生對鐵、鋁性質(zhì)的理解和推理、分析問題的能力。由題意可知可用反響式進展解題，但注意最后求的是質(zhì)量比。4．我國化學(xué)家侯德榜(右圖)改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下：(1)上述生產(chǎn)純堿的方法稱________________，副產(chǎn)品的一種用途為________________。(2)沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反響的方程式是________________。(3)寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式________________。(4)使原料氯化鈉的利用率從70％提高到90％以上，主要是設(shè)計了(填上述流程中的編號)的循環(huán)，從沉淀池中取出沉淀的操作是________________。(5)為檢驗產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加________________。(6)向母液氨氣，參加細小食鹽顆粒，冷卻析出副