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【期中单元知识点归纳】（人教版2019）2023-2024学年高一上学期化学 必修1 第三章 铁 金属材料试卷.zip
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第三章 铁 金属材料
必背知识清单01 铁的单质
一、铁的存在和冶炼，物理性质和应用
1．自然界中铁的存在
铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝元素，居第四位。
铁元素在自然界中主要以+2价和+3价化合物的形式存在于铁矿石。
2．铁的冶炼（高炉炼铁）
w 原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气
w 工业炼铁得到的铁是：生铁（混合物）
w 高炉（炼铁炉）：从下到上化学方程式为：
C+O2CO2 C+CO22CO（吸收热量） 3CO + Fe2O32Fe + 3CO2
w 焦炭的作用：
① 提供热量：C+O2 CO2（放热反应） ②提供还原剂：C+CO22CO
炼铁过程中 石灰石的主要作用是：将矿石中的二氧化硅转变为炉渣
3．铁的物理性质和应用
(1)物理性质
纯铁具有银白色金属光泽，质软，有良好的延展性，密度是7.86g.cm-3,熔点为1535℃，沸点为2750℃，铁是电和热的良导体，铁可以被磁铁吸引。
(2)应用
钢铁是人类生活和生产中非常重要的材料，广泛应用用于生活用具、生产工具、建筑、机械、电力、桥梁、国防等领域。
二、铁的化学性质
1．铁与非金属单质反应
（1）铁与氧气反应：3Fe+2O2(纯) Fe3O4
现象：剧烈燃烧，放出大量热，火星四射，产生黑色固体。
（2）铁与氯气反应: 2Fe+3Cl2=2FeCl3
现象：剧烈燃烧，放出大量热，产生棕黄色烟。
（3）铁与硫反应：Fe+SFeS
2．铁与酸(非氧化性酸)反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
3．铁与盐（溶液）反应
（1）与铜盐：Fe+Cu2+= Fe2＋＋Cu
（2）与铁盐：Fe+ 2Fe3＋=3Fe2＋
4．铁与水反应
铁不能与冷水、热水反应，但能和水蒸气反应。
反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2；
现象为加热时试管内铁粉红热，点燃从试管中逸出的气体可听到爆鸣声。
必背知识清单02 铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
名称（俗称）
氧化亚铁
氧化铁（铁红）
四氧化三铁（磁性氧化铁）
物质类别
碱性氧化物
碱性氧化物
——
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价，＋3价
与H＋反应的离子方程式
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
共性
高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，生成单质铁
与CO反应：FexOy＋y COx Fe＋y CO2
必背知识清单03 铁的氢氧化物
一、氢氧化亚铁的制备原理和方法
1. 制备原理
(1)制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。
(2)成功关键：溶液中不含O2等氧化性物质；制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的、隔绝空气的体系中。
2. 常用方法
(1)有机层隔离法
①反应在试管底部进行(这是唯一一种把胶头滴管插入反应溶液的实验)。
②加隔氧剂，如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂[如图，由于苯的液封作用，可防止生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀]。
(2)还原性气体保护法
该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽整个装置中的空气，待检验H2的纯度后，再关闭止水夹K，利用产生的H2把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。
二、铁的氢氧化物的比较
Fe(OH)2
Fe(OH)3
名称
氢氧化亚铁
氢氧化铁
颜 色
白色固体
红褐色固体
状态
固体
固体
溶解性
不溶于水
不溶于水
物质类别
二元（弱）碱
二元（弱）碱
铁元素化合价
+2
+3
稳定性
易被溶解在溶液中的氧气氧化为Fe(OH)3
受热易分解：
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
与盐酸反应(离子方程式)
Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O
制备(离子方程式)
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
转化
化学方程式
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
现象
白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,过一段时间后会有红褐色物质生成
【注意事项】
①FeO、Fe3O4、Fe(OH)2与HNO3反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋被HNO3氧化成Fe3＋。
②Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。
必背知识清单04 亚铁盐和铁盐的性质
一、亚铁盐的性质
Fe2＋既有氧化性又有还原性：
弱氧化性
（1）Mg、Al、Zn与亚铁盐溶液发生置换反应
①Fe2++ZnFe+Zn2+
②Fe2++MgFe+Mg2+
③3Fe2++3Al3Fe+2Al3+
（2）K、Ca、Na与亚铁盐溶液反应
①先与水反应：2Na+2H2O2NaOH+H2↑
②碱与亚铁盐反应：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓
强还原性
（1）能够被Cl2、Br2氧化
①除FeCl3溶液中的FeCl2溶液：2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－
②Br2：2Fe2++Br22Fe3++2Br－
（2）能够被O2氧化
①反应：12Fe2++O2+6H2O8Fe3++4Fe（OH）3↓
②保存：密封保存，防止O2将Fe2+氧化；加少量铁将Fe3+还原成Fe2+
（3）能够被酸性的H2O2氧化
①反应：2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O
②应用：除去Fe3+中Fe2+的最佳方法
（4）与酸性条件下的MnO4－、NO3－、ClO－等离子不能大量共存
①酸性MnO4－：5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O
②酸性NO3－：3Fe2++NO3－+4H+3Fe3++NO↑+2H2O
③酸性ClO－：2Fe2++2H++ClO－2Fe3++H2O+Cl－
（5）还原性：I－＞Fe2+＞Br－
①向FeBr2溶液通入Cl2，先氧化Fe2+，后氧化Br－
②向FeI2溶液通入Cl2，先氧化I－，后氧化Fe2+
二、铁盐的性质
Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁：
强氧化性
（1）与Fe反应
①反应：2Fe3++Fe3Fe2+
②应用：除去Fe2+中的Fe3+
（2）与Cu反应
①反应：2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
②应用：电子工业上腐蚀铜印刷电路板
（3）Mg、Al、Zn等活泼金属
①少量锌：2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+
②过量锌：2Fe3++3Zn2Fe+3Zn2+
（4）与KI溶液反应
①反应：2Fe3++2I－2Fe2++I2（FeI3不存在的原因）
②应用：溶液颜色变化不明显，产生紫黑色沉淀
（5）与H2S反应
①反应：2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+
②应用：溶液由棕黄色变成浅绿色，产生黄色沉淀
（6）与SO2反应
①反应：2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++SO42－+4H+
②应用：溶液由棕黄色变成浅绿色
必背知识清单05 铁离子和亚铁离子的检验
一、Fe2＋的检验
方法1
观察法：浅绿色
方法2
无现象溶液变红色，证明含有Fe2＋
方法3
产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明含有Fe2＋
方法4
生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
二、Fe3＋的检验
方法1
观察法：棕黄色
方法2
溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法3
产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
检验Fe2＋的注意事项
(1)只含Fe2＋的溶液：检验Fe2＋加入试剂的顺序
待测液不变色红色(含Fe2＋、不含Fe3＋)。
①加KSCN溶液前，防止加氧化性物质，使Fe2＋被氧化。如H2O2、NO(H＋)等。
②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液，原因：酸性KMnO4 溶液本身显紫红色，对Fe(SCN)3红色有干扰；酸性KMnO4溶液能氧化KSCN，溶液不变红色，不能证明不含Fe2＋。
(2)同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液
Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能采用加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪色说明含有Fe2＋。
(3)检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，正确的思路为
少量固体溶液紫色褪去。
①步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。
②步骤a中，不能选用稀HNO3，原因是稀HNO3可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。
必背知识清单06 Fe、Fe2+ 、Fe3+的相互转化及应用
Fe、Fe2+ 、Fe3+的相互转化-----铁三角
（1）Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化为Fe2＋、Fe3＋
①Fe→Fe2＋(与较弱氧化剂反应：如I2、S、Fe3+、H+、Cu2+、Ag+)
Fe＋SFeS
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
②Fe→Fe3＋(与较强氧化剂反应：如Cl2、Br2、浓H2SO4、稀硝酸(足量)等)
2Fe＋3Cl22FeCl3
③Fe→Fe3O4(与氧化剂反应：如O2、H2O(g))
3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
（2）Fe2＋既具有氧化性又具有还原性
①Fe2＋→Fe3＋(与强氧化剂反应：如O2、Cl2、Br2、H2O2、HNO3、KMnO4(H+)、浓H2SO4、等)
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，
5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
②Fe2＋→Fe(与还原剂反应：如C、CO、Al、Zn等)
Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe FeO＋COFe＋CO2。
（3）Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe
①Fe3＋→Fe2＋(与还原剂反应：如Fe、Cu、I-、S2-等)
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，
2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。
2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋
②Fe3＋→Fe(与还原剂反应：如C、CO、Al等)
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。
【注意事项】
1. 金属阳离子被还原不一定得到金属单质。如：Fe3＋―→Fe2＋。
2. 离子共存问题：
①Fe3＋与I－、S2－、HS－、SO、HSO等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
②Fe2＋与MnO(H＋)、NO(H＋)、ClO－等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
3. 除杂问题(括号内为杂质)：
①FeCl3溶液(FeCl2)：加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。
②FeCl2溶液(FeCl3)：加足量铁粉，充分反应后过滤。
③FeSO4溶液(CuSO4)：加足量铁粉，充分反应后过滤。
④Fe粉(铝)、Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液，充分反应后过滤。
4. Fe2＋盐溶液的配制与保存：加铁粉，防止Fe2＋被氧化。
必背知识清单07 金属材料的性能及应用
1．合金的概念
合金是指由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2．合金与纯金属的性能差异
（1）合金具有各成分金属的优良性能。合金一定是混合物。
（2）合金的硬度及机械性能一般大于它的各成分金属。
（3）合金的熔点一般低于它的各成分金属。
3.铁合金、铝合金
铝合金中，常会有的合金元素： Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。
硬铝中含有的合金元素： Cu、Mg、Mn、Si。
铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
4.新型合金
5．合金的种类与性能
（1）合金的种类和性能与成分有关。不同的原料，不同的原料配比，不同的制造工艺，得到不同性能的合金。
（2）由于合金的形成改变了金属的内部结构，所以对金属的物理性质和化学性质都有影响。如不锈钢的抗腐蚀性比纯铁强得多。
（3）常见合金的比较
①铜合金
合金
主要成分
主要性能
主要用途
青铜
铜、锡
强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀
机械零件，如轴承、齿轮等
黄铜
铜、锌
强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀
机械零件、仪表、日用品
白铜
铜、镍、锌
光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工
钱币、代替银做饰品
②合金钢
名称
主要合金元素
主要特性
主要用途
锰钢
锰
韧性好，硬度大
钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲
不锈钢
铬、镍
抗腐蚀性好
医疗器械、容器、反应釜、炊具
硅钢
硅
导磁性好
变压器、发电机和电动机中的铁芯
钨钢
钨
耐高温、硬度大
刀具
③铝合金
成分元素
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、Si等
密度小，强度大
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造等
④钛合金
钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等领域
必背知识清单08 铝及其化合物的性质
一、铝的性质
1．物理性质
银白色固体，ρ=2.7g/cm3，熔点660.4℃，沸点2467℃，导电热性，轻金属。
2．化学性质
（1）与非金属单质反应常温下Al的表面生成一层致密的氧化膜Al2O3，抗腐蚀能力加强对Al起到保护作用可做炊具，Al2O3熔点较高，灼烧Al熔化成铝滴却不滴落。
4Al+3O2=2Al2O3(抗腐蚀性)4Al+3O2 2Al2O3(白色粉末)
（2）与沸水几乎不反应
原因：铝表面有一层致密氧化铝薄膜阻止铝与沸水的反应。
（3）与H+反应（酸的氧化性）：2Al+6H+=2Al3+ +3H2↑
（4）与氧化性酸（浓H2SO4、浓HNO3）反应
常温下Al和Fe二者若遇到浓HNO3浓H2SO4则发生反应，生成一层致密的氧化膜，该氧化膜阻碍了单质与氧化性酸的反应，使反应难以继续进行，是化学变化，称为钝化现象。钝化现象说明铁、铝是因生成致密的氧化膜而不能继续反应，可以利用这个性质将铝铁制成铝铁槽车来运输浓HNO3和浓H2SO4，洗刷车时注意防火和中毒现象，如破坏钝化现象只需加热。
2Al+6H2SO4Al2(SO4)3+3SO2↑+6H2OAl+6HNO3Al(NO3)3+3NO2↑+3H2O
（5）Al与强碱反应，与弱碱溶液几乎不反应
2Al+2NaOH+6H2O=2NaAlO2+3H2↑溶液呈碱性（NaOH既不是氧化剂也不是还原剂，实质NaAlO2呈碱性的原因NaAlO2+2H2O=2NaOH+Al(OH)3↓)
2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2↑
2Al(OH)3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O
2Al+6H2O=2NaAlO2+4H2O+3H2↑ Al是还原剂，H2O是氧化剂，NaOH既不是氧化剂也不是还原剂。
（6）Al与金属氧化物（铝热反应）混合：铝热剂
铝热反应：铝与难熔金属氧化物混合在一起高温条件下发生反应且放出大量热，此反应可以应用于焊接钢轨和冶炼稀有金属。
2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe现象：放出大量热，生成金属单质Fe；
8Al+3Fe3O49Fe+4Al2O3 4Al+3MnO2 2Al2O3+3Mn
（7）铝与某些盐溶液反应2Al+3CuCl2=3Cu+2AlCl3
（8）铝的制备Al2O3=4Al+3O2↑
二、氧化铝——两性氧化物
1．俗名（刚玉）
2．物理性质：白色固体难溶于水，离子化合物，熔沸点高，含有钛的叫蓝宝石，含有铬的叫红宝石硬度大，可做钻头。
3．化学性质
与H+反应Al2O3+6H+＝2Al3++3H2O
与强碱反应Al2O3+2OH-＝2AlO2-+H2O
Al2O3是两性氧化物，因为既能和H+反应又能和OH-反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。
必背知识清单09 物质的量在化学方程式计算中的应用
1．化学方程式是表示物质间发生化学反应的式子，它必须遵循质量守恒定律，即在反应前后质量守恒、原子种类和数目守恒。在化学方程式中，可反映出物质的质量关系、粒子数目关系、物质的量关系等。
例如： 2Na ＋ 2H2O===2NaOH＋H2↑
质量之比 46 g 36 g 80 g 2 g
计量数之比 2 2 2 1
扩大NA倍 2NA 2NA 2NA NA
物质的量之比 2 mol 2_mol 2_mol 1_mol
结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比，等于粒子数目之比，等于物质的量之比，在同一条件下也等于气体体积之比。
2．根据化学方程式进行计算的基本步骤
(1)设：设所求物质的物质的量为n(B)[或质量为m(B)，或气体在标准状况下的体积为V(B)等]。
(2)写：写出相关的化学方程式。
(3)标：在有关物质的化学式下面标出已知量和未知量。
(4)列：列出所求物质的数学表达式。
(5)解：根据比例式求解。
(6)答：简明地写出答案。
【要点强化】
1.铁的还原性
铁是变价金属，与强氧化剂反应生成三价铁，与弱氧化剂反应生成二价铁。
(1)铁与弱氧化剂
如：H＋、Cu2＋、S、I2反应时，被氧化为＋2价。
(2)铁与H2O(g)、O2反应的氧化产物为Fe3O4。
(3)铁与Cl2、Br2等反应时，被氧化为＋3价。
【例1】下列反应中，铁只能生成高价化合物的是
A．过量的铁与稀HNO3反应 B．铁粉与硫蒸气反应
C．铁粉与氯气反应 D．红热的铁粉与水蒸气反应
【答案】C
【解析】铁遇到强的氧化剂反应生成三价铁离子，遇到弱的氧化剂反应生成二价铁离子，据此解答．
A．过量的铁与稀HNO3反应硝酸亚铁，故A不选；
B．铁粉与硫蒸气反应生成硫化亚铁，故B不选；
C．氯气具有强的氧化性，能够与铁反应生成氯化铁，故C选；
D．红热的铁粉与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，故D不选；故选：C。
2. 几种铁的氧化物在反应中的区别
(1)铁的氧化物中Fe的常见化合价只有＋2价和＋3价，Fe3O4可以看成由FeO和Fe2O3按物质的量之比1∶1组合而成的复杂氧化物，通常也可写成FeO·Fe2O3的形式。
(2)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。
(3)Fe3O4与盐酸反应可看作Fe2O3、FeO分别与盐酸反应，然后把两个反应式相加。
(4)FeO、Fe3O4遇氧化性酸(如HNO3)发生氧化还原反应，＋2价的铁均被氧化成＋3价。
【例2】下列关于铁的氧化物说法不正确的是( )
A．铁的氧化物通常状况下都是有色固体
B．四氧化三铁是一种复杂的铁的氧化物，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2+和Fe3+
C．氧化铁是铁锈的主要成分，因此氧化铁俗称为铁锈
D．工业上常使用铁的氧化物做原料冶炼铁
【答案】C
【解析】A、铁的氧化物通常状况下都是有色固体，如氧化铁是红棕色，氧化亚铁和四氧化三铁都是黑色的，故A正确；B、四氧化三铁是一种复杂的铁的氧化物，其中1/3是Fe2＋、2/3是Fe3＋，Fe3O4可看作是由FeO、Fe2O3形成的化合物。[实质是Fe(FeO2)2，偏铁酸亚铁盐]，，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2+和Fe3+，B正确；C、铁锈的主要成分是Fe2O3·XH2O，故C错误；D、 工业上常使用铁的氧化物做原料用一氧化碳冶炼铁，故D正确；故选C。
3.Fe(OH)2的制备
(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。
(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。
(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。
(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。
【例3】用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。
方法一：用FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
(1)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
(2)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_____________________________________。
方法二：在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备。
(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是________。
(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是________。
(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_________________________________。
【答案】方法一：(1)煮沸 (2)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
方法二：(1)稀硫酸、铁屑 (2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹
(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入装置
【解析】方法一：
(1)气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。
(2)避免生成的Fe(OH)2被空气(氧气)氧化。
方法二：
试管Ⅱ是开口式，无法利用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中进行，而在试管Ⅱ中应加入不含O2的NaOH溶液。当把Fe与稀硫酸放入试管Ⅰ后，产生的H2可通过试管Ⅰ内的短导管排出试管Ⅰ内的空气，然后经过止水夹进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气，最后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管Ⅰ内生成的FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2环境中，从而避免了空气中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。
4.Fe3＋、Fe2＋、Cu、Fe之间的转化
判断化学反应先后顺序的方法
(1)一种氧化剂与多种还原剂反应，还原性强的还原剂优先发生反应。如向含等物质的量浓度的碘化亚铁、溴化亚铁溶液中缓慢通入氯气，发生反应的先后顺序为I－、Fe2＋、Br－。
(2)一种还原剂与多种氧化剂反应，氧化性强的氧化剂优先发生反应。如在含等物质的量浓度的H＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的溶液中加入镁粉，反应的先后顺序为Fe3＋、Cu2＋、H＋、Fe2＋、Zn2＋。
(3)一种碱与多种阳离子反应，生成物越难电离，越先发生反应。如在含等物质的量浓度的H＋、Fe3＋、NH的溶液中滴加氢氧化钠溶液，发生反应的先后顺序为H＋、Fe3＋、NH。
【例4】向氧化铁、氧化铜、铁、铜的混合粉末中加入过量的稀盐酸，充分反应后，仍有红色粉末存在，则关于溶液中阳离子的判断正确的是( )
A．只有Fe2＋和Cu2＋
B．一定有Fe2＋、Cu2＋，可能有Fe3＋
C．一定有Fe2＋，可能有Cu2＋
D．只有Fe2＋
【答案】C
【解析】混合粉末中加入过量的稀盐酸反应后，仍有红色固体铜存在，溶液中一定有Fe2＋，一定不可能有Fe3＋，可能有Cu2＋。
5.检验Fe2＋的注意事项
(1)只含Fe2＋的溶液
检验Fe2＋加入试剂的顺序：待测液不变色 红色(含Fe2＋，不含Fe3＋)。
①加KSCN溶液前，不能加氧化性物质[如H2O2、NO(H＋)等]，防止Fe2＋被氧化。
②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液，原因有：酸性KMnO4溶液本身显紫红色，对Fe(SCN)3红色有干扰；酸性KMnO4溶液能氧化KSCN，溶液不变红色，不能证明不含Fe2＋。
(2)同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液
Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；
Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去说明含有Fe2＋（当然如果含有氯离子这个方法就不行了）。
【例5】氯化亚铁具有独有的脱色能力，适用于染料、染料中间体、印染、造纸行业的污水处理。某课题小组设计如下方案制备氯化亚铁并探究氯化亚铁(Fe2＋)的还原性。
方案Ⅰ：甲同学设计如下装置制备氯化亚铁。
已知：实验室常用氯化钠固体与浓硫酸共热制备氯化氢；氯化亚铁能与水蒸气剧烈反应。
（1）写出A中反应的化学方程式： _______________。B中盛装的试剂为____________________，D装置中四氯化碳的作用是_____________。
（2）实验过程中，观察到D中现象是___________________________________________。
用物理方法检验氯化亚铁产品中是否混有铁粉：______________。
（3）上述方案有明显不足，请你提出改进上述方案的建议：______________________。方案Ⅱ：乙同学选择下列装置用氯化铁制备少量氯化亚铁(装置可以重复使用，氯化铁遇水剧烈水解)。查阅资料知，在加热条件下，氢气还原氯化铁生成氯化亚铁和氯化氢。
（4）气流从左至右，装置接口连接顺序是a______________________________________。
（5）设计简单实验证明氢气和氯化铁已发生反应：__________________________________。
（6）为了探究上述实验制备的氯化亚铁(Fe2＋)具有还原性，设计如下方案：
a．取少量氯化亚铁样品溶于蒸馏水，滴加酸性高锰酸钾溶液，观察现象
b．取少量氯化亚铁样品溶于蒸馏水，滴加酸化的双氧水和KSCN溶液，观察现象
c．取少量氯化亚铁样品溶于蒸馏水，滴加铁氰化钾溶液，观察现象
d．取少量氯化亚铁样品溶于蒸馏水，先加KSCN溶液，后加氯水，观察现象
上述方案合理的是________(填代号)。
【答案】2NaCl＋H2SO4(浓) ＝ Na2SO4＋2HCl↑ 浓硫酸 防倒吸 有气泡逸出 用磁铁吸附，若有黑色粉末被吸起，则混有铁粉；否则，没有混入铁粉 在C、D之间增加一个盛有浓硫酸的试剂瓶(或将D换成盛装碱石灰的干燥管) cb→gh→cb→d 在G中滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则已发生反应；否则，未发生反应 d
【解析】（1）氯化钠固体与浓硫酸共热生成硫酸钠和氯化氢，反应方程式为：2NaCl＋H2SO4(浓)＝Na2SO4＋2HCl↑，装置B中加入的试剂是浓硫酸，四氯化碳与氯化氢不反应，四氯化碳起防倒吸作用，故答案为：2NaCl＋H2SO4(浓)＝Na2SO4＋2HCl↑，浓硫酸，防倒吸。
（2）氯化氢与铁粉反应生成氯化亚铁和氢气，在D中逸出了氢气，用磁铁可以吸附铁粉，若有黑色粉末被吸起，则混有铁粉；否则，没有混入铁粉，故答案为：有气泡逸出；用磁铁吸附，若有黑色粉末被吸起，则混有铁粉；否则，没有混入铁粉。
（3）该装置包括制取氯化氢、干燥、氯化氢与铁反应、干燥（防止水蒸气与铁反应）、尾气吸收（防倒吸），所以在C、D之间增加一个盛有浓硫酸的试剂瓶(或将D换成盛装碱石灰的干燥管)，故答案为：在C、D之间增加一个盛有浓硫酸的试剂瓶(或将D换成盛装碱石灰的干燥管)。
（4）该装置包括制取氯化氢、干燥、氯化氢与铁反应、干燥（防止水蒸气与铁反应）、尾气吸收（防倒吸），气流从左至右，装置接口连接顺序是a→cb→gh→cb→d，
故答案为：cb→gh→cb→d。
（5）H2+2FeCl3=2FeCl2+2HCl，检验氯化氢可以确认氢气与氯化铁是否已发生反应，方法为：在G中滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则已发生反应；否则，未发生反应，故答案为：在G中滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则已发生反应；否则，未发生反应。
（6）验证氯化亚铁中(Fe2＋)具有还原性，要排除Cl-、Fe3+的干扰。
a.氯离子能和酸性高锰酸钾溶液反应，也能使溶液褪色，故a错误；
b.加入酸化的双氧水和KSCN溶液，可能有Fe3+的干扰，所以溶液显红色不一定是Fe2＋被氧化为Fe3+，故b错误；
c.加入铁氰化钾溶液，只能检验Fe2＋，不能证明Fe2＋具有还原性，故C错误；
d.滴加KSCN溶液，无颜色变化，再滴加氯水，溶液变红色，说明Fe2＋具有还原性，故d正确。
故答案为：d。
6.铝与酸和强碱反应的一般规律
(1)金属铝无论是与酸还是与强碱反应，铝与氢气的关系式均为2Al～3H2↑，利用此式可以很方便地进行有关计算。
(2)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应时，
若产生的氢气的体积比为1∶3
铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠溶液过量。
【例6】两份铝，一份加入足量强碱溶液中，另一份加入足量盐酸中，要使前后反应收集到的氢气量之比为1︰2，则两份铝质量比为
A．1︰2 B．2︰1 C．1︰4 D．1︰1
【答案】A
【解析】金属铝和碱或酸反应时，2摩尔铝都产生3摩尔氢气，即氢气的比例等于铝的比例，则铝的质量比为1:2，选A。
【例7】将盛有等质量等浓度稀盐酸的甲、乙两个烧杯分别放在托盘天平的两边，调节天平，使天平达到平衡。然后在甲、乙烧杯中分别投入a mol Mg和b mol Al，充分反应。
(1)若甲、乙两烧杯中酸均过量，则甲、乙两烧杯中净增量分别为________g，________g。
(2)若甲、乙两烧杯中酸均用完，金属均过量，且天平仍保持平衡，则甲、乙两烧杯中产生H2的质量________(填“相等”或“不相等”)，由此推出a∶b＝________。
【答案】(1)22a 24b (2)相等 9∶8
【解析】(1)酸过量时金属完全反应，则：
甲烧杯中 Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ Δm1
24 2 22
24a g 22a g
乙烧杯中 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ Δm2
54 6 48
27b g 24b g
则充分反应后甲增重22a g，乙增重24b g。
(2)两烧杯中金属均过量，酸均反应完，则产生H2的量相等，天平保持平衡，则加入的Mg和Al的质量也相等，故24a＝27b，a∶b＝9∶8。
第三章 铁 金属材料
必背知识清单01 铁的单质
一、铁的存在和冶炼，物理性质和应用
1．自然界中铁的存在
铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝元素，居第四位。
铁元素在自然界中主要以+2价和+3价化合物的形式存在于铁矿石。
2．铁的冶炼（高炉炼铁）
w 原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气
w 工业炼铁得到的铁是：生铁（混合物）
w 高炉（炼铁炉）：从下到上化学方程式为：
C+O2CO2 C+CO22CO（吸收热量） 3CO + Fe2O32Fe + 3CO2
w 焦炭的作用：
① 提供热量：C+O2 CO2（放热反应） ②提供还原剂：C+CO22CO
炼铁过程中 石灰石的主要作用是：将矿石中的二氧化硅转变为炉渣
3．铁的物理性质和应用
(1)物理性质
纯铁具有银白色金属光泽，质软，有良好的延展性，密度是7.86g.cm-3,熔点为1535℃，沸点为2750℃，铁是电和热的良导体，铁可以被磁铁吸引。
(2)应用
钢铁是人类生活和生产中非常重要的材料，广泛应用用于生活用具、生产工具、建筑、机械、电力、桥梁、国防等领域。
二、铁的化学性质
1．铁与非金属单质反应
（1）铁与氧气反应：3Fe+2O2(纯) Fe3O4
现象：剧烈燃烧，放出大量热，火星四射，产生黑色固体。
（2）铁与氯气反应: 2Fe+3Cl2=2FeCl3
现象：剧烈燃烧，放出大量热，产生棕黄色烟。
（3）铁与硫反应：Fe+SFeS
2．铁与酸(非氧化性酸)反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
3．铁与盐（溶液）反应
（1）与铜盐：Fe+Cu2+= Fe2＋＋Cu
（2）与铁盐：Fe+ 2Fe3＋=3Fe2＋
4．铁与水反应
铁不能与冷水、热水反应，但能和水蒸气反应。
反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2；
现象为加热时试管内铁粉红热，点燃从试管中逸出的气体可听到爆鸣声。
必背知识清单02 铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
名称（俗称）
氧化亚铁
氧化铁（铁红）
四氧化三铁（磁性氧化铁）
物质类别
碱性氧化物
碱性氧化物
——
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价，＋3价
与H＋反应的离子方程式
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
共性
高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，生成单质铁
与CO反应：FexOy＋y COx Fe＋y CO2
必背知识清单03 铁的氢氧化物
一、氢氧化亚铁的制备原理和方法
1. 制备原理
(1)制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。
(2)成功关键：溶液中不含O2等氧化性物质；制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的、隔绝空气的体系中。
2. 常用方法
(1)有机层隔离法
①反应在试管底部进行(这是唯一一种把胶头滴管插入反应溶液的实验)。
②加隔氧剂，如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂[如图，由于苯的液封作用，可防止生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀]。
(2)还原性气体保护法
该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽整个装置中的空气，待检验H2的纯度后，再关闭止水夹K，利用产生的H2把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。
二、铁的氢氧化物的比较
Fe(OH)2
Fe(OH)3
名称
氢氧化亚铁
氢氧化铁
颜 色
白色固体
红褐色固体
状态
固体
固体
溶解性
不溶于水
不溶于水
物质类别
二元（弱）碱
二元（弱）碱
铁元素化合价
+2
+3
稳定性
易被溶解在溶液中的氧气氧化为Fe(OH)3
受热易分解：
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
与盐酸反应(离子方程式)
Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O
制备(离子方程式)
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
转化
化学方程式
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
现象
白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,过一段时间后会有红褐色物质生成
【注意事项】
①FeO、Fe3O4、Fe(OH)2与HNO3反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋被HNO3氧化成Fe3＋。
②Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。
必背知识清单04 亚铁盐和铁盐的性质
一、亚铁盐的性质
Fe2＋既有氧化性又有还原性：
弱氧化性
（1）Mg、Al、Zn与亚铁盐溶液发生置换反应
①Fe2++ZnFe+Zn2+
②Fe2++MgFe+Mg2+
③3Fe2++3Al3Fe+2Al3+
（2）K、Ca、Na与亚铁盐溶液反应
①先与水反应：2Na+2H2O2NaOH+H2↑
②碱与亚铁盐反应：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓
强还原性
（1）能够被Cl2、Br2氧化
①除FeCl3溶液中的FeCl2溶液：2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－
②Br2：2Fe2++Br22Fe3++2Br－
（2）能够被O2氧化
①反应：12Fe2++O2+6H2O8Fe3++4Fe（OH）3↓
②保存：密封保存，防止O2将Fe2+氧化；加少量铁将Fe3+还原成Fe2+
（3）能够被酸性的H2O2氧化
①反应：2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O
②应用：除去Fe3+中Fe2+的最佳方法
（4）与酸性条件下的MnO4－、NO3－、ClO－等离子不能大量共存
①酸性MnO4－：5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O
②酸性NO3－：3Fe2++NO3－+4H+3Fe3++NO↑+2H2O
③酸性ClO－：2Fe2++2H++ClO－2Fe3++H2O+Cl－
（5）还原性：I－＞Fe2+＞Br－
①向FeBr2溶液通入Cl2，先氧化Fe2+，后氧化Br－
②向FeI2溶液通入Cl2，先氧化I－，后氧化Fe2+
二、铁盐的性质
Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁：
强氧化性
（1）与Fe反应
①反应：2Fe3++Fe3Fe2+
②应用：除去Fe2+中的Fe3+
（2）与Cu反应
①反应：2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
②应用：电子工业上腐蚀铜印刷电路板
（3）Mg、Al、Zn等活泼金属
①少量锌：2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+
②过量锌：2Fe3++3Zn2Fe+3Zn2+
（4）与KI溶液反应
①反应：2Fe3++2I－2Fe2++I2（FeI3不存在的原因）
②应用：溶液颜色变化不明显，产生紫黑色沉淀
（5）与H2S反应
①反应：2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+
②应用：溶液由棕黄色变成浅绿色，产生黄色沉淀
（6）与SO2反应
①反应：2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++SO42－+4H+
②应用：溶液由棕黄色变成浅绿色
必背知识清单05 铁离子和亚铁离子的检验
一、Fe2＋的检验
方法1
观察法：浅绿色
方法2
无现象溶液变红色，证明含有Fe2＋
方法3
产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明含有Fe2＋
方法4
生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
二、Fe3＋的检验
方法1
观察法：棕黄色
方法2
溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法3
产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
检验Fe2＋的注意事项
(1)只含Fe2＋的溶液：检验Fe2＋加入试剂的顺序
待测液不变色红色(含Fe2＋、不含Fe3＋)。
①加KSCN溶液前，防止加氧化性物质，使Fe2＋被氧化。如H2O2、NO(H＋)等。
②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液，原因：酸性KMnO4 溶液本身显紫红色，对Fe(SCN)3红色有干扰；酸性KMnO4溶液能氧化KSCN，溶液不变红色，不能证明不含Fe2＋。
(2)同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液
Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能采用加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪色说明含有Fe2＋。
(3)检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，正确的思路为
少量固体溶液紫色褪去。
①步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。
②步骤a中，不能选用稀HNO3，原因是稀HNO3可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。
必背知识清单06 Fe、Fe2+ 、Fe3+的相互转化及应用
Fe、Fe2+ 、Fe3+的相互转化-----铁三角
（1）Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化为Fe2＋、Fe3＋
①Fe→Fe2＋(与较弱氧化剂反应：如I2、S、Fe3+、H+、Cu2+、Ag+)
Fe＋SFeS
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
②Fe→Fe3＋(与较强氧化剂反应：如Cl2、Br2、浓H2SO4、稀硝酸(足量)等)
2Fe＋3Cl22FeCl3
③Fe→Fe3O4(与氧化剂反应：如O2、H2O(g))
3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
（2）Fe2＋既具有氧化性又具有还原性
①Fe2＋→Fe3＋(与强氧化剂反应：如O2、Cl2、Br2、H2O2、HNO3、KMnO4(H+)、浓H2SO4、等)
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，
5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
②Fe2＋→Fe(与还原剂反应：如C、CO、Al、Zn等)
Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe FeO＋COFe＋CO2。
（3）Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe
①Fe3＋→Fe2＋(与还原剂反应：如Fe、Cu、I-、S2-等)
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，
2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。
2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋
②Fe3＋→Fe(与还原剂反应：如C、CO、Al等)
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。
【注意事项】
1. 金属阳离子被还原不一定得到金属单质。如：Fe3＋―→Fe2＋。
2. 离子共存问题：
①Fe3＋与I－、S2－、HS－、SO、HSO等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
②Fe2＋与MnO(H＋)、NO(H＋)、ClO－等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
3. 除杂问题(括号内为杂质)：
①FeCl3溶液(FeCl2)：加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。
②FeCl2溶液(FeCl3)：加足量铁粉，充分反应后过滤。
③FeSO4溶液(CuSO4)：加足量铁粉，充分反应后过滤。
④Fe粉(铝)、Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液，充分反应后过滤。
4. Fe2＋盐溶液的配制与保存：加铁粉，防止Fe2＋被氧化。
必背知识清单07 金属材料的性能及应用
1．合金的概念
合金是指由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2．合金与纯金属的性能差异
（1）合金具有各成分金属的优良性能。合金一定是混合物。
（2）合金的硬度及机械性能一般大于它的各成分金属。
（3）合金的熔点一般低于它的各成分金属。
3.铁合金、铝合金
铝合金中，常会有的合金元素： Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。
硬铝中含有的合金元素： Cu、Mg、Mn、Si。
铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
4.新型合金
5．合金的种类与性能
（1）合金的种类和性能与成分有关。不同的原料，不同的原料配比，不同的制造工艺，得到不同性能的合金。
（2）由于合金的形成改变了金属的内部结构，所以对金属的物理性质和化学性质都有影响。如不锈钢的抗腐蚀性比纯铁强得多。
（3）常见合金的比较
①铜合金
合金
主要成分
主要性能
主要用途
青铜
铜、锡
强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀
机械零件，如轴承、齿轮等
黄铜
铜、锌
强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀
机械零件、仪表、日用品
白铜
铜、镍、锌
光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工
钱币、代替银做饰品
②合金钢
名称
主要合金元素
主要特性
主要用途
锰钢
锰
韧性好，硬度大
钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲
不锈钢
铬、镍
抗腐蚀性好
医疗器械、容器、反应釜、炊具
硅钢
硅
导磁性好
变压器、发电机和电动机中的铁芯
钨钢
钨
耐高温、硬度大
刀具
③铝合金
成分元素
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、Si等
密度小，强度大
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造等
④钛合金
钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等领域
必背知识清单08 铝及其化合物的性质
一、铝的性质
1．物理性质
银白色固体，ρ=2.7g/cm3，熔点660.4℃，沸点2467℃，导电热性，轻金属。
2．化学性质
（1）与非金属单质反应常温下Al的表面生成一层致密的氧化膜Al2O3，抗腐蚀能力加强对Al起到保护作用可做炊具，Al2O3熔点较高，灼烧Al熔化成铝滴却不滴落。
4Al+3O2=2Al2O3(抗腐蚀性)4Al+3O2 2Al2O3(白色粉末)
（2）与沸水几乎不反应
原因：铝表面有一层致密氧化铝薄膜阻止铝与沸水的反应。
（3）与H+反应（酸的氧化性）：2Al+6H+=2Al3+ +3H2↑
（4）与氧化性酸（浓H2SO4、浓HNO3）反应
常温下Al和Fe二者若遇到浓HNO3浓H2SO4则发生反应，生成一层致密的氧化膜，该氧化膜阻碍了单质与氧化性酸的反应，使反应难以继续进行，是化学变化，称为钝化现象。钝化现象说明铁、铝是因生成致密的氧化膜而不能继续反应，可以利用这个性质将铝铁制成铝铁槽车来运输浓HNO3和浓H2SO4，洗刷车时注意防火和中毒现象，如破坏钝化现象只需加热。
2Al+6H2SO4Al2(SO4)3+3SO2↑+6H2OAl+6HNO3Al(NO3)3+3NO2↑+3H2O
（5）Al与强碱反应，与弱碱溶液几乎不反应
2Al+2NaOH+6H2O=2NaAlO2+3H2↑溶液呈碱性（NaOH既不是氧化剂也不是还原剂，实质NaAlO2呈碱性的原因NaAlO2+2H2O=2NaOH+Al(OH)3↓)
2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2↑
2Al(OH)3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O
2Al+6H2O=2NaAlO2+4H2O+3H2↑ Al是还原剂，H2O是氧化剂，NaOH既不是氧化剂也不是还原剂。
（6）Al与金属氧化物（铝热反应）混合：铝热剂
铝热反应：铝与难熔金属氧化物混合在一起高温条件下发生反应且放出大量热，此反应可以应用于焊接钢轨和冶炼稀有金属。
2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe现象：放出大量热，生成金属单质Fe；
8Al+3Fe3O49Fe+4Al2O3 4Al+3MnO2 2Al2O3+3Mn
（7）铝与某些盐溶液反应2Al+3CuCl2=3Cu+2AlCl3
（8）铝的制备Al2O3=4Al+3O2↑
二、氧化铝——两性氧化物
1．俗名（刚玉）
2．物理性质：白色固体难溶于水，离子化合物，熔沸点高，含有钛的叫蓝宝石，含有铬的叫红宝石硬度大，可做钻头。
3．化学性质
与H+反应Al2O3+6H+＝2Al3++3H2O
与强碱反应Al2O3+2OH-＝2AlO2-+H2O
Al2O3是两性氧化物，因为既能和H+反应又能和OH-反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。
必背知识清单09 物质的量在化学方程式计算中的应用
1．化学方程式是表示物质间发生化学反应的式子，它必须遵循质量守恒定律，即在反应前后质量守恒、原子种类和数目守恒。在化学方程式中，可反映出物质的质量关系、粒子数目关系、物质的量关系等。
例如： 2Na ＋ 2H2O===2NaOH＋H2↑
质量之比 46 g 36 g 80 g 2 g
计量数之比 2 2 2 1
扩大NA倍 2NA 2NA 2NA NA
物质的量之比 2 mol 2_mol 2_mol 1_mol
结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比，等于粒子数目之比，等于物质的量之比，在同一条件下也等于气体体积之比。
2．根据化学方程式进行计算的基本步骤
(1)设：设所求物质的物质的量为n(B)[或质量为m(B)，或气体在标准状况下的体积为V(B)等]。
(2)写：写出相关的化学方程式。
(3)标：在有关物质的化学式下面标出已知量和未知量。
(4)列：列出所求物质的数学表达式。
(5)解：根据比例式求解。
(6)答：简明地写出答案。
【要点强化】
1.铁的还原性
铁是变价金属，与强氧化剂反应生成三价铁，与弱氧化剂反应生成二价铁。
(1)铁与弱氧化剂
如：H＋、Cu2＋、S、I2反应时，被氧化为＋2价。
(2)铁与H2O(g)、O2反应的氧化产物为Fe3O4。
(3)铁与Cl2、Br2等反应时，被氧化为＋3价。
【例1】下列反应中，铁只能生成高价化合物的是
A．过量的铁与稀HNO3反应 B．铁粉与硫蒸气反应
C．铁粉与氯气反应 D．红热的铁粉与水蒸气反应
【答案】C
【解析】铁遇到强的氧化剂反应生成三价铁离子，遇到弱的氧化剂反应生成二价铁离子，据此解答．
A．过量的铁与稀HNO3反应硝酸亚铁，故A不选；
B．铁粉与硫蒸气反应生成硫化亚铁，故B不选；
C．氯气具有强的氧化性，能够与铁反应生成氯化铁，故C选；
D．红热的铁粉与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，故D不选；故选：C。
2. 几种铁的氧化物在反应中的区别
(1)铁的氧化物中Fe的常见化合价只有＋2价和＋3价，Fe3O4可以看成由FeO和Fe2O3按物质的量之比1∶1组合而成的复杂氧化物，通常也可写成FeO·Fe2O3的形式。
(2)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。
(3)Fe3O4与盐酸反应可看作Fe2O3、FeO分别与盐酸反应，然后把两个反应式相加。
(4)FeO、Fe3O4遇氧化性酸(如HNO3)发生氧化还原反应，＋2价的铁均被氧化成＋3价。
【例2】下列关于铁的氧化物说法不正确的是( )
A．铁的氧化物通常状况下都是有色固体
B．四氧化三铁是一种复杂的铁的氧化物，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2+和Fe3+
C．氧化铁是铁锈的主要成分，因此氧化铁俗称为铁锈
D．工业上常使用铁的氧化物做原料冶炼铁
【答案】C
【解析】A、铁的氧化物通常状况下都是有色固体，如氧化铁是红棕色，氧化亚铁和四氧化三铁都是黑色的，故A正确；B、四氧化三铁是一种复杂的铁的氧化物，其中1/3是Fe2＋、2/3是Fe3＋，Fe3O4可看作是由FeO、Fe2O3形成的化合物。[实质是Fe(FeO2)2，偏铁酸亚铁盐]，，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2+和Fe3+，B正确；C、铁锈的主要成分是Fe2O3·XH2O，故C错误；D、 工业上常使用铁的氧化物做原料用一氧化碳冶炼铁，故D正确；故选C。
3.Fe(OH)2的制备
(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。
(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。
(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。
(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。
【例3】用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。
方法一：用FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
(1)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
(2)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_____________________________________。
方法二：在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备。
(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是________。
(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是________。
(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_________________________________。
【答案】方法一：(1)煮沸 (2)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
方法二：(1)稀硫酸、铁屑 (2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹
(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入装置
【解析】方法一：
(1)气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。
(2)避免生成的Fe(OH)2被空气(氧气)氧化。
方法二：
试管Ⅱ是开口式，无法利用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中进行，而在试管Ⅱ中应加入不含O2的NaOH溶液。当把Fe与稀硫酸放入试管Ⅰ后，产生的H2可通过试管Ⅰ内的短导管排出试管Ⅰ内的空气，然后经过止水夹进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气，最后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管Ⅰ内生成的FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2环境中，从而避免了空气中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。
4.Fe3＋、Fe2＋、Cu、Fe之间的转化
判断化学反应先后顺序的方法
(1)一种氧化剂与多种还原剂反应，还原性强的还原剂优先发生反应。如向含等物质的量浓度的碘化亚铁、溴化亚铁溶液中缓慢通入氯气，发生反应的先后顺序为I－、Fe2＋、Br－。
(2)一种还原剂与多种氧化剂反应，氧化性强的氧化剂优先发生反应。如在含等物质的量浓度的H＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的溶液中加入镁粉，反应的先后顺序为Fe3＋、Cu2＋、H＋、Fe2＋、Zn2＋。
(3)一种碱与多种阳离子反应，生成物越难电离，越先发生反应。如在含等物质的量浓度的H＋、Fe3＋、NH的溶液中滴加氢氧化钠溶液，发生反应的先后顺序为H＋、Fe3＋、NH。
【例4】向氧化铁、氧化铜、铁、铜的混合粉末中加入过量的稀盐酸，充分反应后，仍有红色粉末存在，则关于溶液中阳离子的判断正确的是( )
A．只有Fe2＋和Cu2＋
B．一定有Fe2＋、Cu2＋，可能有Fe3＋
C．一定有Fe2＋，可能有Cu2＋
D．只有Fe2＋
【答案】C
【解析】混合粉末中加入过量的稀盐酸反应后，仍有红色固体铜存在，溶液中一定有Fe2＋，一定不可能有Fe3＋，可能有Cu2＋。
5.检验Fe2＋的注意事项
(1)只含Fe2＋的溶液
检验Fe2＋加入试剂的顺序：待测液不变色 红色(含Fe2＋，不含Fe3＋)。
①加KSCN溶液前，不能加氧化性物质[如H2O2、NO(H＋)等]，防止Fe2＋被氧化。
②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液，原因有：酸性KMnO4溶液本身显紫红色，对Fe(SCN)3红色有干扰；酸性KMnO4溶液能氧化KSCN，溶液不变红色，不能证明不含Fe2＋。
(2)同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液
Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；
Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去说明含有Fe2＋（当然如果含有氯离子这个方法就不行了）。
【例5】氯化亚铁具有独有的脱色能力，适用于染料、染料中间体、印染、造纸行业的污水处理。某课题小组设计如下方案制备氯化亚铁并探究氯化亚铁(Fe2＋)的还原性。
方案Ⅰ：甲同学设计如下装置制备氯化亚铁。
已知：实验室常用氯化钠固体与浓硫酸共热制备氯化氢；氯化亚铁能与水蒸气剧烈反应。
（1）写出A中反应的化学方程式： _______________。B中盛装的试剂为____________________，D装置中四氯化碳的作用是_____________。
（2）实验过程中，观察到D中现象是___________________________________________。
用物理方法检验氯化亚铁产品中是否混有铁粉：______________。
（3）上述方案有明显不足，请你提出改进上述方案的建议：______________________。方案Ⅱ：乙同学选择下列装置用氯化铁制备少量氯化亚铁(装置可以重复使用，氯化铁遇水剧烈水解)。查阅资料知，在加热条件下，氢气还原氯化铁生成氯化亚铁和氯化氢。
（4）气流从左至右，装置接口连接顺序是a______________________________________。
（5）设计简单实验证明氢气和氯化铁已发生反应：__________________________________。
（6）为了探究上述实验制备的氯化亚铁(Fe2＋)具有还原性，设计如下方案：
a．取少量氯化亚铁样品溶于蒸馏水，滴加酸性高锰酸钾溶液，观察现象
b．取少量氯化亚铁样品溶于蒸馏水，滴加酸化的双氧水和KSCN溶液，观察现象
c．取少量氯化亚铁样品溶于蒸馏水，滴加铁氰化钾溶液，观察现象
d．取少量氯化亚铁样品溶于蒸馏水，先加KSCN溶液，后加氯水，观察现象
上述方案合理的是________(填代号)。
【答案】2NaCl＋H2SO4(浓) ＝ Na2SO4＋2HCl↑ 浓硫酸 防倒吸 有气泡逸出 用磁铁吸附，若有黑色粉末被吸起，则混有铁粉；否则，没有混入铁粉 在C、D之间增加一个盛有浓硫酸的试剂瓶(或将D换成盛装碱石灰的干燥管) cb→gh→cb→d 在G中滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则已发生反应；否则，未发生反应 d
【解析】（1）氯化钠固体与浓硫酸共热生成硫酸钠和氯化氢，反应方程式为：2NaCl＋H2SO4(浓)＝Na2SO4＋2HCl↑，装置B中加入的试剂是浓硫酸，四氯化碳与氯化氢不反应，四氯化碳起防倒吸作用，故答案为：2NaCl＋H2SO4(浓)＝Na2SO4＋2HCl↑，浓硫酸，防倒吸。
（2）氯化氢与铁粉反应生成氯化亚铁和氢气，在D中逸出了氢气，用磁铁可以吸附铁粉，若有黑色粉末被吸起，则混有铁粉；否则，没有混入铁粉，故答案为：有气泡逸出；用磁铁吸附，若有黑色粉末被吸起，则混有铁粉；否则，没有混入铁粉。
（3）该装置包括制取氯化氢、干燥、氯化氢与铁反应、干燥（防止水蒸气与铁反应）、尾气吸收（防倒吸），所以在C、D之间增加一个盛有浓硫酸的试剂瓶(或将D换成盛装碱石灰的干燥管)，故答案为：在C、D之间增加一个盛有浓硫酸的试剂瓶(或将D换成盛装碱石灰的干燥管)。
（4）该装置包括制取氯化氢、干燥、氯化氢与铁反应、干燥（防止水蒸气与铁反应）、尾气吸收（防倒吸），气流从左至右，装置接口连接顺序是a→cb→gh→cb→d，
故答案为：cb→gh→cb→d。
（5）H2+2FeCl3=2FeCl2+2HCl，检验氯化氢可以确认氢气与氯化铁是否已发生反应，方法为：在G中滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则已发生反应；否则，未发生反应，故答案为：在G中滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则已发生反应；否则，未发生反应。
（6）验证氯化亚铁中(Fe2＋)具有还原性，要排除Cl-、Fe3+的干扰。
a.氯离子能和酸性高锰酸钾溶液反应，也能使溶液褪色，故a错误；
b.加入酸化的双氧水和KSCN溶液，可能有Fe3+的干扰，所以溶液显红色不一定是Fe2＋被氧化为Fe3+，故b错误；
c.加入铁氰化钾溶液，只能检验Fe2＋，不能证明Fe2＋具有还原性，故C错误；
d.滴加KSCN溶液，无颜色变化，再滴加氯水，溶液变红色，说明Fe2＋具有还原性，故d正确。
故答案为：d。
6.铝与酸和强碱反应的一般规律
(1)金属铝无论是与酸还是与强碱反应，铝与氢气的关系式均为2Al～3H2↑，利用此式可以很方便地进行有关计算。
(2)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应时，
若产生的氢气的体积比为1∶3
铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠溶液过量。
【例6】两份铝，一份加入足量强碱溶液中，另一份加入足量盐酸中，要使前后反应收集到的氢气量之比为1︰2，则两份铝质量比为
A．1︰2 B．2︰1 C．1︰4 D．1︰1
【答案】A
【解析】金属铝和碱或酸反应时，2摩尔铝都产生3摩尔氢气，即氢气的比例等于铝的比例，则铝的质量比为1:2，选A。
【例7】将盛有等质量等浓度稀盐酸的甲、乙两个烧杯分别放在托盘天平的两边，调节天平，使天平达到平衡。然后在甲、乙烧杯中分别投入a mol Mg和b mol Al，充分反应。
(1)若甲、乙两烧杯中酸均过量，则甲、乙两烧杯中净增量分别为________g，________g。
(2)若甲、乙两烧杯中酸均用完，金属均过量，且天平仍保持平衡，则甲、乙两烧杯中产生H2的质量________(填“相等”或“不相等”)，由此推出a∶b＝________。
【答案】(1)22a 24b (2)相等 9∶8
【解析】(1)酸过量时金属完全反应，则：
甲烧杯中 Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ Δm1
24 2 22
24a g 22a g
乙烧杯中 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ Δm2
54 6 48
27b g 24b g
则充分反应后甲增重22a g，乙增重24b g。
(2)两烧杯中金属均过量，酸均反应完，则产生H2的量相等，天平保持平衡，则加入的Mg和Al的质量也相等，故24a＝27b，a∶b＝9∶8。
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