高中化学人教版特色专题3我们身边的化学材料铁金属材料《讲义教师版》.docx
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高中化学人教版特色专题3我们身边的化学材料铁金属材料《讲义教师版》
第3讲我们身边的化学材料——铁、金属材料
学习目标
1.掌握铁及其化合物的化学性质及用途
2.了解金属材料及合金的用途
3.掌握金属的防护与保护
入门测
单选题
练习1.
(2021秋∙辽宁期末)向59.2gFe2O3和FeO的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5L,固体物质完全反应,生成NO和Fe(NO3)3.在所得溶液中加入1.0mol/L,的NaOH溶液2.8L,金属离子刚好沉淀完全,过滤、灼烧得固体质量64g,下列有关说法错误的是( )
A.Fe2O3与FeO的物质的量之比为1:
6
B.硝酸的物质的量浓度为6.0mol/L
C.产生的NO在标准状况下的体积为4.48L
D.Fe2O3,FeO与硝酸反应后剩余HNO3为0.2mL
【答案】D
【解析】
题干解析:
在所得溶液中加入NaOH溶液后,金属离子完全沉淀,溶液中溶质为NaNO3,n(NaNO3)=n(NaOH)=1.0mol/L×2.8L=2.8mol,沉淀为Fe(OH)3,灼烧生成氧化铁为64g,物质的量为
=0.4mol,则Fe(OH)3为0.8mol,根据铁元素守恒有n(FeO)+2n(Fe2O3)=n[Fe(OH)3],所以反应后的溶液中n[[Fe(NO3)3]=n[Fe(OH)3]=0.8mol,
设Fe2O3和FeO的物质的量分别为xmol、ymol,
根据二者质量有160x+72y=59.2,根据铁元素守恒有:
2x+y=0.8,联立方程解得x=0.1、y=0.6,
A.由上述分析可知,n(Fe2O3):
n(FeO)=0.1mol:
0.6mol=1:
6,故A正确;
B.根据电子守恒,生成NO的物质的量为:
=0.2mol,根据N元素守恒可知n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)=0.2mol+2.8mol=3mol,所以原硝酸溶液的浓度为:
=6mol/L,故B正确;
C.根据B可知n(NO)=0.2mol,所以标准状况下NO的体积为:
0.2mol×22.4L/mol=4.48L,故C正确;
D.反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠与硝酸铜反应,剩余的氢氧化钠与硝酸反应,最后为硝酸钠溶液,根据氮元素守恒可知反应后溶液中n(HNO3)+3n[[Fe(NO3)3]=n(NaNO3),所以n(HNO3)=n(NaNO3)-3n[[Fe(NO3)3]=2.8mol-3×0.8mol=0.4mol,故D错误;
练习2.
(2021秋∙辽宁期末)合金因其优质的性能,广泛应用于各种制造业中,下列物质不属于合金的是( )
A.硬铝
B.水银
C.青铜
D.碳素钢
【答案】B
【解析】
题干解析:
A.硬铝是铝合金,含有Al、Cu、Mg等金属,故A不选;
B.水银是金属汞,属于金属单质,是纯净物,不是合金,故B选;
C.青铜是铜锡合金,属于合金,故C不选;
D.碳素钢是铁的合金,由铁和碳组成,故D不选。
练习3.
往CuO和Fe粉的混合物中,加入一定量的稀硫酸,并微热,当反应停止后,滤出不溶物,并向滤液中插入一枚光亮的铁钉,片刻后,取出铁钉,发现铁钉无任何变化.根据上述现象,确定下面结论正确的是( )
A.滤出的不溶物一定是铜
B.滤出的不溶物一定含铜,但不一定含铁
C.滤出的不溶物一定是铁
D.滤液中一定含有Fe2+和Cu2+
【答案】B
【解析】
题干解析:
A.由于不能确定所加入稀硫酸的量,因此,氧化铜、铁粉都有可能剩余,因此,不溶物不一定全部是Cu;故A错误;
B.根据金属的活动性铁>氢>铜,铁粉能把氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜中的铜置换出来,铜不能与硫酸反应,因此,不溶物一定含有Cu;在实验过程中,铁粉可能完全反应也可能出现剩余,因此,不溶物中不一定含有铁;故B正确;
C.由B分析可知,不溶物一定含铜,但不一定含铁,故C错误;
D.铁与硫酸、硫酸铜反应都可得到硫酸亚铁,而向滤液中插入一枚铁钉,发现铁钉无任何变化,说明滤液中一定不含硫酸铜,故D错误;
练习4.
为了除去FeSO4溶液中的硫酸铁和硫酸铜杂质,可选用的试剂是( )
A.氢氧化钠
B.氨水
C.铜粉
D.铁粉
【答案】D
【解析】
题干解析:
根据离子反应方程式:
2Fe3++Fe=3Fe2+、Fe+Cu2+=Fe2++Cu,除去FeSO4溶液中的硫酸铁和硫酸铜杂质,可以向硫酸亚铁溶液中加入过量的铁粉,将铁离子、铜离子杂质除去,不会引进新的杂质,
A、氢氧化钠能够与亚铁离子反应生成氢氧化亚铁,还引进了杂质离子钠离子,违反了除杂原则,故A错误;
B、氨水能够与亚铁离子反应,同时引进了杂质离子铵离子,故B错误;
C、铜粉只能够与铁离子反应,且反应后引进了杂质离子铜离子,故C错误;
D、加入铁粉,发生了反应:
2Fe3++Fe=3Fe2+、Fe+Cu2+=Fe2++Cu,能够将杂质除掉,没有引进新的杂质,操作简单,故D正确;
练习5.
已知甲、乙、丙、丁四种无机物均由原子序数为前18号的元素组成,且它们之间的转化关系如下:
甲
乙
丙
丁,下列说法正确的是( )
A.甲一定为单质
B.丙一定为氧化物
C.丁一定为酸
D.甲、乙、丙、丁的相对分子质量一定是16或16的倍数
【答案】B
【解析】
题干解析:
A、甲可以是化合物,如NH3
NO
NO2
HNO3,故A错误;
B、丙溶于水,是甲两步氧化得到的一定是氧化物,故B正确;
C、丁可以是碱,如Na
Na2O
Na2O2
NaOH,故C错误;
D、依据各种转化关系可知甲、乙、丙、丁的相对分子质量不一定是16或16的倍数,故D错误;
情景导入
知识集结
知识元
铁及其化合物
知识讲解
1.化学性质
(1)铁和非金属反应
①在纯净的氧气中燃烧(略)
(2)铁和酸反应
①铁和 HCl:
化学反应方程式 Fe + 2HCl = FeCl 2 + H ↑2
例题精讲
铁及其化合物
例1.如图所涉及的物质均为中学化学中的常见物质,其中C、D、E为单质,E为固体,F为有磁性的化合物。
它们之间存在如下关系(反应中生成的水及次要产物均已略去):
(1)写出下列物质的化学式:
B________,E________。
(2)指出MnO2在相关反应中的作用:
反应①中是________剂,反应②中是________剂。
(3)若反应①是在加热条件下进行,则A是________(填化学式);若反应①是在常温条件下进行,则A是_________(填化学式);如在上述两种条件下得到等质量的C单质,反应中转移的电子数之比为________。
【答案】
HCl Fe
催化 氧化
KClO3 H2O2 2∶1
【解析】
题干解析:
本题的突破口为“F为有磁性的化合物”,故F为Fe3O4,C为O2,E为Fe,则A为KClO3。
同时注意到G、H之间的转化为Fe3+与Fe2+之间的转化,不难推出D为Cl2。
例2.稀土元素是指元素周期表中15个镧系元素以及钪和钇,它们在科技、生产中有广泛的应用,被称为万能之土,还被称为工业上的维生素。
我国拥有丰富的稀土资源,约占世界已知储量的80%.其中稀土铈(Ce)元素可作为反应核燃料的稀释剂,金属铈在空气中易氧化变暗,受热时燃烧,遇水很快反应并产生气体。
已知:
铈常见的化合价为+3和+4,且Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+,下列说法正确的是( )
A.在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能,合金具有硬度大,熔点大等性能
B.用少量碘化亚铁溶液滴加到Ce(SO4)2溶液中,离子方程式为Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+
C.金属铈着火,可用水灭火
D.金属铈应储存在阴凉、通风的地方,要远离火种和热源
【答案】D
【解析】
题干解析:
A.合金的硬度大,熔点比其各成分低,在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能,故A错误;
B.碘离子的还原性大于亚铁离子的还原性,则少量碘化亚铁溶液滴加到Ce(SO4)2溶液中,碘离子、亚铁离子均被氧化,故B错误;
C.金属铈遇水很快反应并产生气体,金属铈着火,不能用水灭火,故C错误;
D.金属铈在空气中易氧化变暗,受热时燃烧,则金属铈应储存在阴凉、通风的地方,要远离火种和热源,故D正确;
例3.下列有关化学反应的叙述正确的是( )
A.高温下,Fe与Al2O3反应生成Fe2O3和Al
B.SO2与NaOH溶液反应生成Na2SO4和H2O
C.在加热及铜作催化剂的条件下,乙醇与氧气反应生成乙醛和水
D.在光照条件下,CH4与Cl2反应生成CH2Cl2和H2
【答案】C
【解析】
题干解析:
A、铝的金属性大于铁,故只能发生铝热反应,即高温下Fe2O3和Al反应,生成Fe与Al2O3,故A错误;
B、SO2与NaOH溶液反应生成Na2SO3和H2O,故B错误;
C、乙醇的催化氧化,在铜做催化剂情况下,加热乙醇生成乙醛和水,故C正确;
D、在光照条件下,CH4与Cl2发生取代反应,先生成CH3Cl和HCl,再逐步取代,故D错误;
例4.用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得溶液中加入过量的铁粉,充分反应后,最终溶液中的金属阳离子( )
A.只含Fe2+
B.含Cu2+和Fe2+
C.含Cu2+和Fe3+
D.只含Fe3+
【答案】A
【解析】
题干解析:
铁先和FeCl3发生氧化还原反应,再和Cu2+反应,溶液中只含Fe2+,不会再含Cu2+和Fe3+
铁的氧化物和氢氧化物
知识讲解
(一)铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化合价
+2
+3
+2,+3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+=== Fe2++2Fe3++4H2O
【强调】FeO、Fe2O3属于碱性氧化物;Fe3O4不是碱性氧化物。
(二)铁的氢氧化物:
铁有两种氢氧化物,他们可分别由其对应的可溶性盐与碱溶液反应而制得。
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热分解
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱溶液反应
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的关系
在空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,反应方程式为
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
【总结】成功关键:
①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质;
②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。
【归纳方法】
(1)使用煮沸的蒸馏水配制溶液。
(2)在溶液上加入保护层(例如植物油、苯)。
(3)使用长胶头滴管伸入液面下滴加溶液。
例题精讲
铁的氧化物和氢氧化物
例1.甲学生在研究制取Fe(OH)2的方法时,设计出了较好的方法。
实验方案如下:
①在一支大的硬质试管中倒入2mL~3mL煤油,②再缓缓倒入4mL~5mLFeSO4溶液,③往试管中投入绿豆大小的金属钠。
试回答下列问题:
(1)写出实验时发生的有关反应的离子方程式:
_________________________,煤油的作用是_____________________。
(2)甲方案实验结束时,用尖嘴滴管将煤油吸去,这时可观察到的现象是(简答并写出相关反应的化学方程式):
____________。
【答案】
2Na+2H2O=== 2Na++2OH-+H2↑,Fe2++2OH-=== Fe(OH)2↓ 隔绝空气以防生成的Fe(OH)2被氧化
白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O=== 4Fe(OH)3
【解析】
题干解析:
例2.把Fe2O3中混有的少量Al2O3除去,应选用的试剂是( )
A.氯水
B.硫酸铜溶液
C.烧碱溶液
D.稀盐酸
【答案】C
【解析】
题干解析:
除杂的原则是不能引入新的杂质,不能反应掉需提纯的物质,把杂质变为沉淀、气体或溶解除去,三氧化二铁与氢氧化钠溶于不反应,三氧化二铝与氢氧化钠反应生成易溶性的偏铝酸钠溶液,通过过滤法可以分离.
例3.下列能通过化合反应制取的物质是( )
①Fe(OH)3 ②FeCl2 ③Fe(NO3)2 ④FeI2
A.①②
B.②③④
C.①②③
D.①②③④
【答案】D
【解析】
题干解析:
例4.铁屑溶于过量的稀硫酸,过滤后向滤液中再加入过量的氨水,放置一段时间后有红褐色沉淀生成.过滤,加热沉淀物至质量不再发生变化,得到红棕色的残渣.上述沉淀和残渣分别是( )
A.氢氧化铁,氧化铁
B.氢氧化亚铁,氧化亚铁
C.氢氧化亚铁、氢氧化铁,四氧化三铁
D.氧化铁,氢氧化铁
【答案】A
【解析】
题干解析:
铁屑溶于过量的稀硫酸,反应生成硫酸亚铁,过滤后向滤液中再加入过量的氨水,反应生成氢氧化亚铁沉淀,放置一段时间后,氢氧化亚铁被氧化成氢氧化铁沉淀,氢氧化铁不稳定分解生成三氧化二铁.
例5.取少量Fe2O3粉末(红棕色)加入适量盐酸,发生反应的化学方程式:
,反应后得到的溶液呈 色.用此溶液分别做如下实验:
(1)取少量溶液置于试管中,NaOH溶液,可观察到有红褐色沉淀生成,反应的化学方程式为 ,此反应属于
(2)在小烧杯中加入20mL蒸馏水,加热至沸腾后,向沸水中滴入几滴饱和FeCl3溶液,继续煮沸至溶液呈 色,即制得Fe(OH)3胶体
(3)取另一只小烧杯也加入20mL蒸馏水,向烧杯中加入1mLFeCl3溶液,振荡均匀后,将此烧杯(编号甲)与盛有Fe(OH)3胶体的烧杯(编号乙)一起放置于暗处,分别用激光笔照射烧杯中的液体,可以看到 烧杯中的液体产生丁达尔效应.这个实验可以用来区别 .
(4)取乙烧杯中少量Fe(OH)3胶体置于试管中,向试管中滴加一定量的稀HI溶液,边滴加边振荡,会出现一系列变化.
①先出现红褐色沉淀,原因是 .
②随后沉淀溶解,溶液呈黄色,写出此反应的离子方程式:
.
③最后溶液颜色加深,原因是 .(用离子方程式表示).
【答案】
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,黄;
FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl,复分解反应;
红褐;
乙,胶体和溶液;
①加入电解质后,胶体发生聚沉;②Fe(OH)3+3H+═Fe3++3H2O;③2Fe3++2I﹣═I2+2Fe2+
【解析】
题干解析:
氢氧化亚铁的制备
知识讲解
可溶性亚铁盐与碱溶液反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
由于Fe(OH)2易被空气中的氧气、溶液中的氧气氧化,因此在制备过程中要注意隔绝氧气,往往采取如下措施:
煮沸NaOH溶液赶尽空气;采用铁粉和稀H2SO4新制备FeSO4溶液;滴加NaOH溶液时使用长胶头滴管且插入液面以下将NaOH溶液挤出;用油层隔绝空气;制造还原性气氛(如通氢气)等,以避免Fe(OH)2被氧化。
例题精讲
氢氧化亚铁的制备
例1.读图,解释说明Fe(OH)2制备原理,并比较优缺点。
【答案】
原理①将盛NaOH溶液的滴管伸入FeSO4溶液内部,挤压胶头,在FeSO4溶液底部出现白色沉淀;
②将盛NaOH溶液的滴管穿过苯层伸入FeSO4溶液中,挤压胶头,在FeSO4溶液中出现白色沉淀;
③滴加稀H2SO4与铁粉反应一段时间后,挤压盛NaOH溶液的滴管的胶头,则试管内溶液中产生白色Fe(OH)2沉淀;
④打开止水夹使反应进行一段时间,然后关闭止水夹,则左侧试管内FeSO4溶液沿导管进入右侧试管内NaOH溶液中,产生白色Fe(OH)2沉淀。
优缺点比较:
①比NaOH溶液直接滴到FeSO4溶液表面产生的Fe(OH)2,氧化变色慢些,但不能保存长时间。
②由于苯液体隔离了FeSO4溶液与空气接触,避免了氧气的继续溶解,故白色沉淀保存时间比①长些。
③由于开始Fe与H2SO4反应产生的H2逸出,减少了溶液中O2并排净了试管内空气,右边烧杯中水也起到隔绝空气的作用,故白色Fe(OH)2沉淀保持时间较长。
缺点是反应未完的Fe粉使溶液呈灰色浑浊状态,干扰Fe(OH)2白色沉淀的观察。
④开始铁与H2SO4反应产生的H2,减少了NaOH溶液中O2的溶解并排净了试管内空气,铁片代替③中的铁粉,减少了Fe粉存在对Fe(OH)2的观察,并使白色沉淀保持长时间,最好是在④装置后再接一个③图后面的烧杯,用以隔离空气。
【解析】
题干解析:
铁盐和亚铁盐的转化
知识讲解
∙铁盐和亚铁盐
1、Fe3+、Fe2+的检验
滴入几滴KSCN溶液
FeCl3溶液
溶液呈红色【Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3】
FeCl2溶液
刚开始溶液颜色无变化,一段时间后溶液变红
例题精讲
铁盐和亚铁盐的转化
例1.浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入少量的稀硫酸时,溶液的颜色变化应该是( )
A.颜色变浅
B.变为血红色
C.没有改变
D.变为黄色
【答案】D
【解析】
题干解析:
往浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀硫酸时,发生反应的离子方程式为:
3Fe2++NO3﹣+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O,三价铁离子为棕黄色.
例2.能将溶液中的Fe3+转化为Fe2+的是( )
A.CuB
B.NH3•H2O
C.Cl2
D.KSCN
【答案】A
【解析】
题干解析:
能将溶液中的Fe3+转化为Fe2+的物质具有还原性,Cu是常见的还原剂,氯气常做氧化剂,铁离子和氨水以及硫氰酸钾之间发生复分解反应。
例3.用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得溶液中加入过量的铁粉,充分反应后,最终溶液中的金属阳离子( )
A.只含Fe2+
B.含Cu2+和Fe2+
C.含Cu2+和Fe3+
D.只含Fe3+
【答案】A
【解析】
题干解析:
铁先和FeCl3发生氧化还原反应,再和Cu2+反应,溶液中只含Fe2+,不会再含Cu2+和Fe3+
例4.关于反应过程中的先后顺序,下列评价正确的是( )
A.向浓度都为0.1mol/L的FeCl3和CuCl2加入铁粉,溶质CuCl2首先与铁粉反应
B.向过量的Ba(OH)2溶液中滴加少量的KAl(SO4)2溶液,开始没有白色沉淀生成
C.向浓度都为0.1mol/LNa2CO3和NaOH溶液通入CO2气体,NaOH首先反应
D.向浓度都为0.1mol/L的FeCl3溶液中,加入质量相同、颗粒大小相同的铁和铜,铜单质首先参加反应
【答案】C
【解析】
题干解析:
A、三价铁的氧化性强于铜离子,还原剂铁先是和氧化性强的离子反应铁离子反应,故A错误;
B、钡离子和硫酸根离子反应生成白色沉淀硫酸钡,所以开始有白色沉淀生成,故B错误;
C、碳酸钠和氢氧化钠均可以和二氧化碳反应,但是氢氧化钠的碱性强于碳酸钠,所以NaOH先和二氧化碳发生反应,故C正确;
D、一种氧化剂与多种还原剂反应,还原性强的铁首先反应,故D错误;
亚铁离子和铁离子的检验
知识讲解
Fe3+、Fe2+的检验
滴入几滴KSCN溶液
FeCl3溶液
溶液呈红色【Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3】
FeCl2溶液
刚开始溶液颜色无变化,一段时间后溶液变红
例题精讲
亚铁离子和铁离子的检验
例1.向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化。
当再滴入几滴新制氯水后,混合溶液变成红色,则下列结论错误的是( )
A.该溶液中一定含有SCN-
B.氧化性:
Fe3+>Cl2
C.Fe2+与SCN-不能形成红色物质
D.Fe2+被氧化为Fe3+
【答案】B
【解析】
题干解析:
溶液中的Fe2+与加入的新制氯水发生如下反应:
2Fe2++Cl2=== 2Fe3++2Cl-,故氧化性:
Fe3+
例2.下列关于Fe2+和Fe3+的叙述中,错误的是( )
A.含Fe2+的水溶液为浅绿色
B.含Fe3+的水溶液为棕黄色
C.Fe3+具有氧化性,Fe2+具有还原性
D.含Fe3+的溶液中滴入含SCN-的溶液,立即出现红色沉淀
【答案】D
【解析】
题干解析:
当溶液中含有Fe2+时溶液呈浅绿色,A项正确;当溶液中含有Fe3+时溶液呈棕黄色,B项正确;Fe3+具有较强的氧化性,而Fe2+既有氧化性也有还原性,并且主要表现还原性,C项正确;含Fe3+的溶液与含SCN-的溶液反应使溶液呈红色,但不是生成红色沉淀,D项错误。
例3.Fe与下列物质反应的产物,能使KSCN溶液显红色的是( )
A.H2O
B.O2
C.S
D.足量稀HNO3
【答案】D
【解析】
题干解析:
A、Fe和H2O反应生成四氧化三铁和氢气,不能电离出三价铁离子,不能使KSCN溶液变红,故A错误;
B、Fe和氧气反应生成四氧化三铁,不能电离出三价铁离子,不能使KSCN溶液变红,故B错误;
C、Fe和S反应生成硫化亚铁,不含三价铁离子,不能使KSCN溶液变红,故C错误;
D、Fe和足量稀HNO3反应生成硝酸铁、NO和水,能电离出三价铁离子,能使KSCN溶液变红,故D正确;
当堂练习
单选题
练习1.
将铁屑溶于过量盐酸后,滴加KSCN溶液后再加入下列物质,溶液会变为红色的是( )
A.硫酸
B.氨水
C.硝酸锌
D.氯化铜
【答案】C
【解析】
题干解析:
二价铁离子变为三价铁离子发生了氧化反应,应加入氧化性的物质,在H+存在的情况下,NO3-表现强氧化性,发生反应:
3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O;硫酸必须是浓硫酸才有强氧化性,