(共50张PPT)
第1课时 铁及其氧化物
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.了解铁与某些非金属单质、酸和盐溶液的反应,及与不同的氧化剂反应时化合价的变化情况。
2.通过实验探究了解铁与水蒸气的反应,并通过铁与水蒸气反应实验原理的探究,分析可能的产物,培养科学探究的能力。
3.了解铁的氧化物的性质及应用。
4.通过氢氧化铁和氢氧化亚铁的制备实验,探究其性质。
5.通过实验探究了解铁盐和亚铁盐的性质,掌握铁离子和亚铁离子检验的方法,了解铁的重要化合物间的转化,培养变化观念和证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
6.通过对铁的存在和使用历史、铁及其化合物应用的学习,体会化学对社会发展的重要意义。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、铁的存在和使用历史
1.铁的存在。
铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以单质形态存在,但主要是以 +2 价和 +3 价化合物的形态存在于矿石中。铁元素在地壳中的含量仅次于 氧、硅和铝 ,居第 四 位。
2.铁的使用历史。
人类最早使用的铁,是来自太空的陨铁。我国目前发现最早的人工冶铁制品是河南三门峡出土的西周晚期的玉柄铁剑,这说明西周晚期我国已掌握了冶铁技术。战国中期以后,铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。工业冶铁原理是用还原的方法把铁从铁矿石中提炼出来。工业炼铁的反应原理为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。
二、铁的单质
1.铁的物理性质。
铁有 延展 性和 导热 性。铁能导电,但其导电性不如铜和铝。铁能被磁体吸引。
2.铁的化学性质。
铁的化学性质比较活泼,能与许多物质发生化学反应。写出下列反应的化学方程式,是离子反应的,只写离子方程式。
(1)铁与非金属反应。
微判断1(1)铁的化学性质活泼,在自然界中只能以化合物的形态存在。( )
(2)铁在加热条件下与液态水或水蒸气均能反应。( )
(3)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。( )
(4)铁与水蒸气的反应属于置换反应。( )
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三、铁的氧化物
微判断2(1)氧化铁、四氧化三铁都具有磁性。( )
(2)Fe2O3常用作油漆、油墨的红色颜料。( )
(3)FeO、Fe2O3都能溶于水生成相应的碱。( )
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课堂·重难突破
重难归纳
1.铁与氧化性不同的氧化剂反应,显示不同的化合价。
一 铁的化学性质
(3)铁与稀盐酸、稀硫酸反应的离子方程式:
Fe+2H+══Fe2++H2↑。
(4)铁与硫酸铜溶液反应的离子方程式:
Fe+Cu2+══Fe2++Cu。
2.铁与水蒸气的反应:
(1)铁与冷水、热水不能反应,只能与水蒸气在高温下反应。
通过铸造工艺可以将炽热的铁水注入设计好的模具中生产铸铁用品。
(1)在钢铁厂的生产中,炽热的铁水或者是钢水注入模具之前,模具必须进行充分干燥,这样操作的原因是什么
(2)设计如图所示装置,进行还原铁粉与水蒸气反应的实验。思考并分析装置中A、B、C各部分的设计意图并预测反应现象。你还能设计出哪些实验装置
提示:(1)因为炽热的铁可以与水蒸气反应,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4 + 4H2,干燥的目的是避免高温下铁与水反应,生成四氧化三铁。
(2)A处提供反应需要的水蒸气;B处提供反应需要的“高温”条件;C处检验反应产物。
实验现象:肥皂液产生肥皂泡,把燃着的火柴靠近,有爆鸣声,稍后有肥皂泡飘到空中,证明生成了H2。还可以设计如下两个实验装置:
方法一
方法二
典例剖析
某化学兴趣小组利用如图装置(铁架台及夹持装置已省略)进行“铁与水蒸气反应”的实验,并检验产物的性质,请回答下列问题:
(1)A装置的作用是 ,烧瓶底部放碎瓷片的作用是 。
(2)写出装置B中发生反应的化学方程式: ,该反应中氧化剂是 ,氧化产物是 。
(3)D的作用是 。
(4)E中的实验现象是 。
(5)A、B两个装置中应先点燃 处的酒精灯(或酒精喷灯),点燃E处酒精灯之前应进行的操作是 。
答案:(1)产生水蒸气 防止加热时液体暴沸
(3)吸收未反应的水蒸气,干燥H2
(4)黑色固体变成红色,玻璃管内壁上有水珠生成
(5)A 收集H2并检验其纯度
解析:(1)B中发生的反应是3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,故A装置的作用是为B中的反应提供水蒸气。
(3)D的作用是吸收未反应的水蒸气,干燥H2。
(4)E中的反应为H2+CuO Cu+H2O,故实验现象是黑色固体变红,且玻璃管内壁上有水珠生成。
(5)应先点燃A处的酒精灯,排出B中的O2,再点燃酒精喷灯。进行H2还原CuO的实验前,应首先检验H2的纯度。
学以致用
1.下列关于铁与盐酸反应的叙述不正确的是( )。
A.该反应是置换反应 B.铁是还原剂
C.盐酸是氧化剂 D.产物是氯化铁和氢气
答案:D
解析:铁与盐酸发生置换反应生成氯化亚铁和氢气,化学方程式为Fe+2HCl══FeCl2+H2↑,该反应的还原剂是铁,氧化剂是盐酸,产物是氯化亚铁和氢气。
2.某学习小组进行了下图所示的实验,实验后组员之间的下列交流中不合理的是( )。
A.甲同学认为试管b中收集到的气
体可点燃,且产生淡蓝色火焰
B.乙同学认为试管a中生成的黑色
固体可能为四氧化三铁
C.丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中,加适量的水,加热也可实现该反应
D.丁同学认为用盐酸溶解固体生成物所得溶液有颜色
C
解析:在高温下铁与水蒸气反应生成氢气和四氧化三铁。甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰,A项正确;乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁,B项正确;铁在加热条件下与液态水不反应,丙同学的观点错误,C项错误;丁同学认为用盐酸溶解固体生成物得到氯化亚铁和氯化铁的混合溶液,溶液带有颜色,D项正确。
重难归纳
1.稳定性: Fe2O3、Fe3O4较稳定;FeO不稳定,受热能氧化为Fe3O4。
2.与酸反应:FeO、Fe2O3都是碱性氧化物,都能与酸反应生成盐和水。
3.四氧化三铁中铁元素化合价为+2、+3价,Fe3O4的组成可用FeO·Fe2O3表示,但是Fe3O4是纯净物。
二 铁的氧化物的化学性质
4.与C、CO、H2反应,生成单质铁及CO2或H2O,例如
砖瓦是用含铁等元素的黏土隔绝空气烧制而成的。当烧窑作业临近结束时,若用淋水的办法来降低温度,窑内处于还原性气氛,则砖呈青色,称青砖。若用捅开窑顶自然冷却的办法,则砖呈红色,称红砖。
实际上这些都与铁的氧化物有关,其中Fe3O4可以看成Fe2O3·FeO,你能写出它与盐酸反应的离子方程式吗
提示:根据FeO·Fe2O3可知Fe3O4与盐酸反应生成Fe2+、Fe3+的物质的量之比为1∶2,Fe3O4与盐酸反应的离子方程式为Fe3O4+8H+══Fe2++2Fe3++4H2O。
典例剖析
下列关于铁的氧化物的说法正确的是( )。
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.铁的三种氧化物都能与盐酸反应,且均只生成一种盐
C.铁与水蒸气在高温下的反应产物是Fe2O3和H2
D. Fe2O3俗称铁红,常用作制造油漆、涂料的红色颜料
答案:D
解析:赤铁矿的主要成分是Fe2O3;Fe3O4与盐酸反应同时生成氯化亚铁、氯化铁和水;铁与水蒸气在高温下反应,生成Fe3O4和H2。答案为D。
学以致用
1.下列关于铁的氧化物说法错误的是( )。
A.铁的氧化物在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.四氧化三铁是铁锈的主要成分,因此四氧化三铁俗称铁红
D.工业上常使用铁的氧化物作原料冶炼铁
答案:C
解析:铁的氧化物在通常状况下都是有色固体,如氧化铁是红棕色固体,氧化亚铁和四氧化三铁都是黑色固体,A项正确。四氧化三铁是一种复杂的铁的氧化物,可看作FeO·Fe2O3,它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2+和Fe3+,B项正确。铁锈的主要成分Fe2O3·xH2O,Fe2O3俗称铁红,C项错误。工业上常使用铁的氧化物作原料,用一氧化碳冶炼铁,D项正确。
2.用足量CO还原32.0 g某种氧化物,将生成的气体通入足量澄清石灰水中,得到60 g沉淀,则该氧化物是下列中的( )。
A.FeO B.Fe2O3
C.CuO D.Fe3O4
答案:B
解析:由生成CaCO3 60 g可得生成的CO2为26.4 g,参加反应的CO为16.8 g,即32 g金属氧化物中含氧元素的质量m(O)= (26.4-16.8) g=9.6 g,则氧化物中金属元素的质量m(Fe)=(32.0-9.6) g=22.4 g,两元素的物质的量之比为 =2∶3,即该氧化物为Fe2O3。
随堂训练
1.将铁片放入下列溶液中,铁片溶解,溶液质量减小的是( )。
A.稀硫酸 B.硫酸铜溶液
C.氢氧化钠溶液 D.氯化铝溶液
答案:B
解析:A项,由于每溶解56 g Fe,溶液中析出2 g H2,所以溶液质量增大;B项,由于每溶解56 g Fe,溶液中析出64 g Cu,所以溶液质量减小;C项,Fe与NaOH不发生反应;D项,Fe与AlCl3不发生反应。故选B。
2.把下列金属投入0.1 mol·L-1盐酸中,能发生反应且反应最剧烈的是( )。
A.Cu B.Fe
C.Mg D.Al
答案:C
解析:由金属活动性顺序可知,Fe、Mg、Al能与盐酸反应,而Cu不与盐酸反应,金属越活泼,与酸反应越剧烈,在Fe、Mg、Al中,Mg最活泼,反应最剧烈。
3.一定条件下,等质量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气充分反应,则在相同的条件下产生氢气的体积之比是( )。
A.1∶1 B.4∶3
C.2∶3 D.3∶4
答案:D
4.铁在一定条件下分别与O2、水蒸气反应的共同产物是
( )。
A.FeO B.Fe2O3
C.Fe3O4 D.Fe(OH)3
答案:C
解析:Fe在O2中燃烧生成Fe3O4,Fe与水蒸气高温条件下反应生成Fe3O4和H2。
5.在一定条件下用普通铁粉与水蒸气反应可以得到铁的氧化物。用氢气还原该氧化物可生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很强的反应活性,在空气中受撞击或受热时会燃烧,所以俗称“引火铁”。请分别用下图所示的两套仪器装置,制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6 mol·L-1盐酸,其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、陶土网、加热设备等在图中均已略去)。
回答下列问题。
(1)实验开始前,试管A中应加入的试剂是 ;烧瓶B的作用是 ;烧瓶C的作用是 ;在试管D中收集到的是 。
(2)实验时,U形管G中应加入的试剂是 ;分液漏斗H中应加入 。
(3)两套装置中,在实验时需要加热的仪器是 (填该仪器对应的字母)。
(4)试管E中发生反应的化学方程式是 。
(5)为了安全,在E管中的反应发生前,在F出口处必须 ;E管中的反应开始后,在F出口处应 。
答案:(1)普通铁粉(或铁粉) 作为水蒸气发生器 防止倒吸(或用作安全瓶) 氢气
(2)碱石灰(或固体NaOH、无水CaCl2等) 6 mol·L-1盐酸
(3)ABE
(5)检验氢气的纯度 点燃氢气
解析:首先分析两套装置的特点,有水槽和倒扣小试管的一套显然是反应生成了氢气,该装置用于实现铁粉与水蒸气的反应,则另一套用于“引火铁”的制取。(共59张PPT)
第2课时 铁的氢氧化物、铁盐和亚铁盐
课前·基础认知
课堂·重难突破
随堂训练
课前·基础认知
一、铁的氢氧化物
1.铁的氢氧化物的制备。
实验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁的方法如图所示:
(1)图甲实验中观察到的现象是 有红褐色沉淀生成 。
反应的离子方程式是 Fe3++3OH-═Fe(OH)3↓ 。
(2)图乙实验中先观察到有 白色沉淀 生成,迅速变成 灰绿 色,最后变成 红褐 色,反应的化学方程式是 FeSO4+2NaOH═Fe(OH)2↓+Na2SO4 , 4Fe(OH)2+O2+2H2O═4Fe(OH)3 。
2.铁的氢氧化物的性质。
(1)物理性质。
(2)化学性质。
微判断1(1)向氯化铁溶液中滴加氢氧化钠溶液可得到红褐色胶体。( )
(2)Fe(OH)2属于碱,在空气中易与CO2反应而变质。( )
(3)Fe(OH)2、Fe(OH)3都必须通过复分解反应制得。( )
(4)Fe(OH)2、Fe(OH)3均为不溶性碱,可与盐酸反应。( )
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二、铁盐和亚铁盐
1.常见的铁盐有 Fe2(SO4)3、FeCl3 等,常见的亚铁盐有 FeSO4、FeCl2 等。
2.Fe2+、Fe3+的检验方法。
3.Fe2+与Fe3+的相互转化。
(1)实验现象:在盛有氯化铁溶液的试管中加适量铁粉振荡后,溶液变成 浅绿 色,再加KSCN溶液,溶液 不变色 ,再加入氯水后,溶液变成 红色 。
(2)上述实验中有关反应的离子方程式是 2Fe3++Fe═3Fe2+ , 2Fe2++Cl2═2Fe3++2Cl- 。
(3)结论:由上述实验可知,Fe3+遇到 较强 的还原剂,会被还原成Fe2+;Fe2+在 较强 氧化剂的作用下,会被氧化成Fe3+。
微判断2(1)FeSO4溶液久置后呈棕黄色。( )
(2)某溶液通入氯气后,再加入KSCN溶液,溶液变红色,则原溶液中一定含有Fe2+。( )
(3)向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液后产生红色沉淀。( )
(4)Fe3+有氧化性,所以FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜。( )
(5)用铁粉除去氯化亚铁溶液中的少许氯化铁杂质。( )
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课堂·重难突破
重难归纳
铁的氢氧化物:
一 铁的氢氧化物
下面是某同学用现配制的FeSO4溶液与煮沸过冷却后的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2白色沉淀的实验。
(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁易被氧化的原因是什么
(2)采用FeSO4晶体配制上述FeSO4溶液时,还需要加入某种固体,该固体可能是什么 为什么要加入该固体
(3)除去蒸馏水中溶解的O2,常采用什么方法
(4)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长胶头滴管吸取煮沸过冷却后的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。为什么这样操作
(5)根据该同学的实验,请你总结一下在实验室里用FeSO4溶液和NaOH溶液制备Fe(OH)2时,采取哪些措施可以较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀
提示:(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁元素为+2价,具有还原性,易被氧化。
(2)可以加入铁粉,以防止+2价铁被氧化。
(3)可以加热煮沸。
(4)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化。
(5)①Fe2+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。
典例剖析
下图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L-1的稀硫酸,其他试剂任选。
请回答下列问题:
(1)装置B中盛有一定量的NaOH溶液,装置A中应预先加入的试剂是 ,装置A中发生反应的离子方程式是 。
(2)实验开始时应先将活塞a (填“打开”或“关闭”)。
(3)简述制取Fe(OH)2的操作过程: 。
(4)实验完毕,拔去装置B中的橡胶塞,放入一部分空气,此时装置B中发生反应的化学方程式为 。
答案:(1)铁屑 Fe+2H+══Fe2++H2↑
(2)打开
(3)先打开活塞a,再打开分液漏斗开关让稀硫酸与铁反应一段时间,得到足量FeSO4溶液,再关闭活塞a,使FeSO4溶液被压入装置B中进行反应
(4)4Fe(OH)2+2H2O+O2══4Fe(OH)3
解析:(1)题图中装置A的作用是产生H2,利用H2赶走整个装置中的空气,减小Fe2+被氧化的速率,以便能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,故装置A中应预先加入的试剂为铁屑:Fe+H2SO4══FeSO4+H2↑。(2)实验开始时打开活塞a,装置A中产生的H2沿导管进入装置B,赶走装置中的空气。(3)关闭活塞a,气体不能逸出,压迫装置A中的液体通过导管进入装置B,FeSO4溶液与NaOH溶液混合产生Fe(OH)2白色沉淀。(4)实验完毕拔去装置B的橡胶塞,空气进入装置B,O2与Fe(OH)2发生反应,使Fe(OH)2转化为Fe(OH)3红褐色沉淀。
学以致用
1.下列关于Fe(OH)2的制备方案最佳的是( )。
A.向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液
B.向FeSO4溶液中逐滴加入氨水
C.先将吸有NaOH溶液的长滴管插到FeSO4液面下,再挤出NaOH溶液可制得Fe(OH)2
D.取新配制的FeSO4溶液适量放入试管中,然后向试管内逐滴加入NaOH溶液
答案:C
解析:Fe(OH)2的制备可用Fe2+的盐溶液与强碱或弱碱反应制得,但由于Fe(OH)2有很强的还原性,接触空气迅速被氧化生成Fe(OH)3,所以制备中特别注意隔绝 Fe(OH)2与空气的接触。
2.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )。
A.①② B.①③ C.②③ D.①②③
答案:B
解析:因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3,故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的空气或氧气。装置①是先用H2将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中,③中液面上加植物油阻止了空气进入;②由于能接触到空气中的O2,故不能较长时间观察到白色沉淀。
重难归纳
1.Fe3+、Fe2+的检验。
二 铁盐和亚铁盐
2.Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化关系(铁三角)。
(1)Fe只具有还原性,可以被氧化剂氧化为Fe2+、Fe3+。
(2)Fe2+既具有氧化性又具有还原性。
(3)Fe3+具有较强氧化性,可被还原为Fe2+或Fe。
工业印刷电路板的制作流程如图所示,其中“蚀刻”所用的就是FeCl3溶液。
(1)FeCl3溶液蚀刻印刷铜板的原理是怎样的
(2)反应后的“蚀刻液”中含有哪些金属离子 如果要回收得到Cu和FeCl3,需要怎样设计回收方案
提示:(1)2Fe3++Cu══2Fe2++Cu2+。
(2)反应后的“蚀刻液”中含有Fe3+、Fe2+、Cu2+等金属离子。为从溶液中提取Cu,应向溶液中加入过量铁粉:Fe+Cu2+══ Fe2++Cu,Fe+2Fe3+══3Fe2+;然后用盐酸溶解过量的铁粉: Fe+2HCl══FeCl2+H2↑;过滤后,得到Cu,再向滤液中加入新制氯水即可得到FeCl3:2FeCl2+Cl2══2FeCl3。
典例剖析
已知A是一种常见金属,F是一种红褐色沉淀。试根据图中转化关系,回答下列问题。
(1)写出A、C、F、G的化学式:
A ,C ,F ,G 。
(2)检验D中阳离子的方法是 。
(3)保存C溶液时要加固体A的原因是 。
(4)写出下列转化的离子方程式。
①A→C: ;
②C→D: 。
答案:(1)Fe FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3
(2)取少量D溶液加入试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红,证明有Fe3+
(3)防止Fe2+被氧化
(4)①Fe+2H+══Fe2++H2↑ ②2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-
解析:(1)A是一种常见金属,F是一种红褐色沉淀,由转化关系可知,F为Fe(OH)3,A为Fe。Fe与O2反应生成的B为Fe3O4, Fe3O4与盐酸反应得到FeCl2和FeCl3,故Fe与盐酸反应得到的X为H2、C为FeCl2,进而可推知E为Fe(OH)2、D为FeCl3、G为Fe2O3。
(2)D为FeCl3,含有的阳离子为Fe3+,检验Fe3+的方法为取少量D溶液加入试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,证明有Fe3+。
(3)FeCl2易被空气中的O2氧化,保存FeCl2溶液时加固体Fe,防止Fe2+被氧化。
(4)①A→C反应的离子方程式为Fe+2H+══Fe2++H2↑;
②C→D反应的离子方程式为2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-。
学以致用
1.在氯化铁、氯化铜和盐酸的混合溶液中加入铁粉,待反应结束后,所剩余的部分固体滤出后能被磁铁吸引,则反应后溶液中存在较多的阳离子是( )。
A.Cu2+ B.Fe3+ C.Fe2+ D.H+
答案:C
解析:因所剩部分固体能被磁铁吸引,说明Fe有剩余。因2Fe3++Fe══3Fe2+,Cu2++Fe══Cu+Fe2+,2H++Fe══Fe2++H2↑,即Fe3+、Cu2+、H+可与Fe反应,不可能大量存在。
2.要证明某溶液中不含Fe3+,而可能含有Fe2+,进行如下实验操作的最佳顺序为( )。
①加入足量氯水 ②加入足量酸性KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液
A.①③ B.③②
C.③① D.①②③
答案:C
解析:先加入少量KSCN溶液,若溶液不变红色,证明无Fe3+,然后加足量的氯水,若溶液出现红色,说明有Fe2+存在。
随堂训练
1.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是( )。
①过量的Fe与Cl2反应 ②Fe与过量稀硫酸反应后,再向其中加入新制氯水 ③Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A.① B.②③
C.①② D.①②③
答案:C
解析:①中的Cl2氧化性强,它能将铁氧化为+3价,由于不是在溶液中反应,过量的铁不会将氯化铁还原;②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2+,但加入新制氯水后,氯水中的氯分子能将Fe2+氧化成Fe3+;③中未给出反应物间相对量的关系,若铁是足量的,则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2,若铁是不足的,则溶液中可能存在Fe3+。
2.下列关于铁及其化合物的离子方程式,正确的是( )。
A.铁与盐酸反应:2Fe+6H+══2Fe3++3H2↑
B.氯气与氯化亚铁溶液反应:2FeCl2+Cl2══2FeCl3
C.氯化铁溶液与铁反应:Fe3++Fe══2Fe2+
D.氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应:Fe3++3OH-══Fe(OH)3↓
答案:D
解析:A项,应为Fe+2H+══Fe2++H2↑;B项,应为2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-;C项,应为2Fe3++Fe══3Fe2+。
3.下列有关氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中,不正确的是
( )。
A.氢氧化亚铁易被空气氧化
B.氢氧化亚铁为灰绿色絮状沉淀
C.可利用如图所示装置,制备氢氧化亚铁
D.实验中所用氢氧化钠溶液应预先煮沸
答案:B
解析:氢氧化亚铁不稳定,极易与空气中的氧气反应生成氢氧化铁,A项正确;氢氧化亚铁是一种白色沉淀,B项错误;由于氢氧化亚铁极易被氧化,所以滴管应该插在溶液下面,C项正确;煮沸的目的是排出溶液中溶解的氧气,防止氢氧化亚铁被氧化,D项正确。
4.下列各组物质中,X是主体物质,Y是少量杂质,Z是为除去杂质所要加入的试剂,其中所加试剂正确的一组是( )。
答案:C
解析:A项,氯气能与FeCl2反应生成FeCl3,不符合题意。B项,铁单质不仅可以将杂质除去,还会将FeCl3除去,不符合题意。D项,BaCl2不仅与碳酸钠反应,还与硫酸钠反应,不符合题意。
5.某化学兴趣小组利用下列试剂:铁粉、锌粉、0.1 mol·L-1 FeCl3溶液、0.1 mol·L-1 FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水,探究Fe2+、Fe3+的氧化性、还原性,并利用实验结论解决一些问题。
(1)用所给试剂写出体现Fe2+具有还原性的反应的化学方程式:
。
(2)设计实验方案,完成下列表格。
探究内容 实验方案 实验现象
探究Fe3+是否具有氧化性 取少量0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,往溶液中加入足量铁粉,再加入少量KSCN溶液 加入铁粉后,溶液颜色变为 。加入KSCN溶液,溶液
(3)该兴趣小组为说明“Fe2+具有氧化性”,提出了向FeCl2溶液中加入锌粉,观察实验现象的方案,该反应的离子方程式为
。
答案:(1)2FeCl2+Cl2══2FeCl3
(2)浅绿色 不变色
(3)Fe2++Zn══Zn2++Fe
解析:(1)在反应中Fe2+做还原剂,体现其还原性,因此应选择氧化剂,所以选用新制氯水,反应为2FeCl2+Cl2══2FeCl3。
(2)向FeCl3溶液中加入铁粉,发生的反应为2Fe3++Fe══3Fe2+,所以溶液由棕黄色变为浅绿色。向FeCl2溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变红色。
(3)向FeCl2溶液中加入锌粉,发生反应的离子方程式为Zn+Fe2+══Fe+Zn2+。(共52张PPT)
第1课时 合金 金属材料
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素养 目标定位
目 标 素 养
1.结合生活中对常见合金的优良性能的认识经验,阅读教材中合金的结构介绍,了解合金的概念,并能联系纯金属与合金的微观结构解释两者性能的差异。
2.以铁合金、铝合金为例,能从元素组成上对合金进行分类,并认识不同类型金属材料的组成、性能与应用的联系,强化性能决定用途的观念。
3.通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化,认识两性氧化物,丰富对金属多样性的认识,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用。
4.了解储氢合金、钛合金等新型合金,感受化学科学对创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用。
5.能基于物质的量认识化学变化,运用物质的量及相关物理量根据化学方程式进行简单计算,感受定量研究对化学科学的重要作用。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、合金
1.金属材料包括 纯金属 和 它们的合金 。我们日常使用的金属材料大多数属于 合金 。
2.合金与纯金属的性能差异。
(1)合金具有许多优良的 物理 、 化学 或 机械 性能,如合金的硬度、熔点不同于其成分金属,可满足不同的需要。
(2)合金的性能可以通过所添加的合金元素的 种类 、 含量 和 生成合金的条件 等来加以调节。
(3)合金性能不同于成分金属的原因是在纯金属中加入了其他元素形成了合金之后, 结构 发生了变化。
微判断1(1)合金的性能与纯金属有很大差异。( )
(2)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。( )
(3)合金的硬度一般比它的各成分金属的小。( )
(4)纯金属比合金的应用范围更广泛。( )
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二、铁合金
1.生铁和钢是含碳量不同的两种 铁碳 合金。生铁的含碳量为 2%~4.3% ,钢的含碳量为 0.03%~2% 。
2.钢和生铁在性能上的差异及应用:生铁硬度 大 、抗 压 ,性脆、可以 铸造成型 ,是制造机座、管道的重要材料;钢有良好的 延展 性, 机械 性能好,可以锻轧和铸造,广泛应用于制造机械和交通工具等。
3.钢是用量最大、用途最广的合金,根据其化学成分,可分为两大类: 碳素钢 和 合金钢 。
(1)根据含碳量不同,碳素钢可分为 高碳钢 、中碳钢 、 低碳钢 。
(2)合金钢也叫 特种 钢,是在碳素钢里适量地加入了一种或几种 合金元素 ,使钢的 组织结构 发生变化,从而使钢具有各种特殊性能,如强度、硬度大,可塑性、韧性好,耐磨,耐腐蚀等。
(3)不锈钢是最常见的一种合金钢,它的合金元素主要是 铬 和 镍 。不锈钢在大气中比较 稳定 ,不容易
生锈 ,具有很强的 抗腐蚀 能力。生活中常见的医疗器材、厨房用品和餐具等,很多都是不锈钢制造的,有些地铁列车的车体材质也是不锈钢。
微判断2(1)钢是用量最大、用途最广的合金。( )
(2)碳素钢是合金,不锈钢是纯铁。( )
(3)不锈钢抗腐蚀性能好,长期使用绝对不会生锈。( )
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三、铝和铝合金
1.铝是地壳中含量 最多 的金属元素。铝是一种活泼金属,在常温下就能与空气中的氧气发生反应,表面生成一层 致密 的 氧化铝 薄膜。人们日常用的铝制品通常都是由 铝合金 制造的,其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜,这层膜起着 保护内部金属 的作用。
2.铝及其氧化物的化学性质。
两性氧化物:Al2O3是两性氧化物,既能与酸反应,又能与碱反应。
微思考1 将一定质量的Al片放入足量的稀盐酸或氢氧化钠溶液中,最终生成气体的物质的量相等吗
提示:相等。根据铝与酸或强碱溶液反应的化学方程式可知,2 mol Al最终均可生成3 mol H2。
3.铝合金:纯铝的硬度和强度 较小 ,不适合制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素,如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等,可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合金之一。例如,硬铝中含Cu 4% 、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%,它的密度 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。
微判断3(1)硬铝只含金属元素,不含非金属元素。( )
(2)铝金属适宜制作门窗是因为其易加工且抗腐蚀。( )
(3)铝合金不能与氢氧化钠溶液反应。( )
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四、新型合金
1.储氢合金:储氢合金是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结合成 金属氢化物 的材料。具有实用价值的储氢合金要求 储氢量大 ,金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下 吸、放氢 的速率快。
2.其他新型合金:钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于 航空航天 、 生物工程 和 电子工业 等领域。
微思考2 为什么说新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用
提示:氢能是人类未来的理想能源,氢能利用存在两大难题:制取和储存。氢气易燃易爆,要利用H2,关键要解决H2的安全储存和运输问题。而储氢合金材料可以较好地解决这两个问题。
课堂·重难突破
重难归纳
1.合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素。
2.合金一定是混合物,合金具有金属的特性。
3.合金的形成改变了金属的内部结构,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。
4.合金的硬度一般大于其成分金属;合金的熔点一般比其成分金属的熔点低。
一 合金
5.并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点高于另一金属的沸点,则二者不能形成合金。
6.选用金属材料的基本依据。
(1)金属的用途、外观、价格等;
(2)物理性质(密度、硬度、强度、导电性、导热性等)决定金属材料的加工难易程度;
(3)化学性质(与水的作用、耐腐蚀性等)决定金属材料的日常维护和对环境的影响等。
(1)飞机中使用了铝合金材料,是因为铝合金具有哪些优良性能
(2)为什么一些合金的硬度比其成分金属的硬度大
提示:(1)密度小、硬度大、耐腐蚀等。
(2)纯金属中所有原子的大小和形状相同,原子排列十分规整;加入或大或小的其他元素的原子后,改变了金属原子有规则的层状排列,使原子层之间的相对滑动变得困难,导致一些合金的硬度变大。
典例剖析
某合金与铁的物理性质的比较如下表所示:
已知该合金抗腐蚀性强、强度大。从以上性能看,该合金不适合做( )。
A.导线 B.门窗框 C.炉具 D.飞机外壳
答案:A
解析:该合金与铁相比较导电性差,不适合做导线;做门窗主要是利用合金的硬度、强度大和抗腐蚀性强;做炉具主要利用其熔点高和抗腐蚀性强;做飞机外壳则是利用强度、硬度大和密度小的性质。
学以致用
1.铁是人类较早使用的金属之一。据有关报道,目前已经能冶炼出纯度较高的铁。你估计这种“纯铁”不会具有的性质是
( )。
A.硬度比生铁的大
B.熔点比生铁的高
C.能与Fe2(SO4)3溶液反应
D.能与盐酸反应
答案:A
解析:依据题目叙述,可认为这种“纯铁”为纯净物,与生铁(合金)相比,硬度小,熔点高。同时它具有单质铁的化学性质。
2.(1)将铝的用途与主要性质搭配起来(每个选项只选用一次)。
A.密度小 B.延展性好
C.易传热 D.易导电
①太阳能热水器: (填字母,下同);②飞机: ;③电缆: ;④铝箔: 。
(2)铝合金材料属于 (填“纯净物”“混合物”或“单质”)。
答案:(1)①C ②A ③D ④B (2)混合物
解析:(1)铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。铝合金硬度大、密度小,是制造飞机的良好材料。铝用作电缆和铝箔则分别是由于其具有良好的导电性和延展性。
(2)合金是由一种金属与其他金属(或非金属)熔合在一起而形成的具有金属特性的物质,因此肯定是混合物。
重难归纳
1.反应原理。
(1)铝与盐酸反应:
2Al+6HCl══2AlCl3+3H2↑。
(2)铝与氢氧化钠溶液反应:
2Al+2NaOH+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑。
二 金属铝与盐酸、NaOH溶液的反应
2.“量”的关系。
(1)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。
(2)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为1∶1。
(3)足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为1∶3。
(4)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,若产生氢气的体积比为1∶3如何除去铁粉中混有的少量铝粉
提示:
反应的化学方程式为
2Al+2NaOH+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑。
典例剖析
等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝,生成氢气的体积比为3∶4,则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )。
A.甲、乙中都是铝过量
B.甲中铝过量,乙中碱过量
C.甲中酸过量,乙中铝过量
D.甲中酸过量,乙中碱过量
答案:B
解析:因为等质量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应时,产生H2的体积比为1∶1,足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应时,产生H2的体积比为1∶3,而今产生H2的体积比 <1,所以反应的情况为甲中盐酸不足,乙中氢氧化钠过量。
学以致用
1.用铝箔包裹着2.3 g金属钠,用针扎若干小孔,然后放入足量水中,理论上可以收集到氢气的物质的量为( )。
A.0.05 mol
B.0.2 mol
C.大于0.05 mol,小于或等于0.2 mol
D.无法判断
答案:C
解析:铝箔包裹着2.3 g金属钠放入足量水中,钠首先与水反应:2Na+2H2O══2NaOH+H2↑,然后生成的NaOH再与Al发生反应:2NaOH+2Al+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑,根据题中数据知:2.3 g钠可产生0.05 mol H2,生成的0.1 mol NaOH与足量铝作用可生成0.15 mol H2,因此产生的氢气的物质的量一定大于0.05 mol,并且小于或等于0.2 mol。
2.在天平的左右两个托盘上放有两个质量相等的烧杯,两个烧杯中分别盛有盐酸和氢氧化钠溶液,天平处于平衡状态,当分别向两烧杯中加入等质量的铝(酸和碱都是足量的)充分反应后( )。
A.天平保持平衡 B.左高右低
C.左低右高 D.无法确定
答案:A
解析:等质量的Al与盐酸、NaOH溶液完全反应生成的H2质量相同,两边减少的质量相同。
随堂训练
1.下列所用材料不属于合金的是( )。
A.家用的铝窗 B.温度计用的水银
C.铸造用的黄铜 D.建筑用的钢筋
答案:B
解析:家用的铝窗是铝合金,A项不符合题意;温度计用的水银是金属汞单质,不是合金,B项符合题意;铸造用的黄铜是铜的合金,C项不符合题意;建筑用的钢筋是铁合金,D项不符合题意。
2.储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误的是( )。
A.储氢合金是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物的新型合金材料
B.储氢合金具有储氢量大、能耗低、工作压力低、使用方便的特点
C.储氢合金具有很强的捕捉氢的能力,氢分子在合金中先分解成单个的原子,氢原子进入合金原子的缝隙中,并与合金生成金属氢化物
D.储氢合金形成的金属氢化物性质稳定,高温条件下也不易分解
答案:D
解析:储氢合金形成的金属氢化物既要容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快。
3.下列有关厨房铝制品的使用中,你认为合理的是( )。
A.盛放食醋 B.烧煮开水
C.用金属丝擦洗表面的污垢 D.用碱水洗涤
答案:B
解析:食醋呈酸性,能与铝和氧化铝发生反应而使其被腐蚀;用金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝层,使铝裸露在外继续被腐蚀;而用碱水洗涤也同样不行,因为铝和氧化铝都能与碱溶液反应而使其被腐蚀。
4.下列说法正确的是( )。
A.Al2O3难溶于水,不与水反应,所以它不是Al(OH)3对应的氧化物
B.因为Al2O3是金属氧化物,所以它是碱性氧化物
C.Al2O3能与所有的酸、碱溶液反应
D.Al2O3能与强酸、强碱溶液反应
答案:D
解析:Al2O3虽然难溶于水,但是2Al(OH)3 Al2O3+3H2O, Al2O3和Al(OH)3中Al的化合价相同,所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物,A项错误。金属氧化物与碱性氧化物是两个不同的概念,两者没有必然的联系,B项错误。Al2O3是两性氧化物,能与强酸、强碱溶液反应,与弱碱溶液不反应,C项错误,D项正确。
5.足量下列物质与相同质量的铝反应能放出氢气,且消耗溶质物质的量最少的是( )。
A.氢氧化钠溶液 B.稀硫酸
C.盐酸 D.氯化钠溶液
答案:A
解析:氯化钠溶液与铝不反应,可排除D项;NaOH溶液、稀硫酸、盐酸均可与Al反应产生氢气,其对应关系分别为2NaOH~2Al,3H2SO4~2Al,6HCl~2Al,故相同质量的铝发生反应消耗NaOH的物质的量最少。
6.铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。
现有铁、铝的混合物进行
如下实验:
(1)操作X的名称是
。
(2)气体A是 。
(3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸,生成 (填化学式), A在该反应中作为 (填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)溶液B中阴离子除OH-外还有 ,溶液D中存在的金属离子为 。
答案:(1)过滤
(2)H2(或氢气)
(3)HCl 还原剂
(4)[Al(OH)4]- Fe2+
解析:(1)加入足量NaOH溶液,Al溶解,操作X为过滤。(2)Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气,气体A为H2。(3)H2与Cl2混合在光照条件下反应生成HCl。(4)溶液B中阴离子有OH-、[Al(OH)4]-,溶液D中金属离子为Fe2+。(共52张PPT)
第2课时 物质的量在化学方程式计算中的应用
课前·基础认知
课堂·重难突破
随堂训练
课前·基础认知
物质的量在化学方程式计算中的应用
1.物质的量与质量、粒子数、气体体积、物质的量浓度的关系。
(1)图示关系:
(2)计算公式:
④已知溶液中的物质的量浓度: n(B)=c(B)·V[B(aq)] 。
2.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。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。
设NA表示阿伏加德罗常数的值。在化学方程式中存在如下关系:
2Na + 2H2O══2NaOH+H2↑
化学计量数之比 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。
微训练1.物质在发生化学反应时( )。
A.它们的质量一定相等
B.它们的物质的量一定相等
C.它们的质量之比等于方程式中化学计量数之比
D.它们的物质的量之比等于方程式中化学计量数之比
答案:D
解析:化学方程式中各物质的化学计量数之比等于其物质的量之比。
2.12 g镁完全燃烧生成氧化镁,消耗氧气的物质的量是 ,生成氧化镁的质量是 。
答案:0.25 mol 20 g
课堂·重难突破
重难归纳
物质的量应用于化学方程式计算的依据是参加反应的各物质的物质的量之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。物质的量又可将物质的质量、物质的量浓度、气体体积联系起来融入计算之中。
应用化学方程式计算的步骤、方法
1.根据化学方程式进行计算的基本步骤。
2.注意事项。
(1)在计算过程中应注意表达格式的规范化:各物理量、物质的名称、公式等尽量用符号表示,且数据的运算要公式化并带单位。
(2)单位运用对应化:一般来说,在一个题目中如果都用统一的物理量,不会出现错误,但如果题目所给的物理量不同,若换算成同一个物理量,有时显得烦琐,这时只要做到不同物理量“上下一致,左右对应”即可。
甲、乙两位同学就物质的量应用于化学方程式的计算,进行了以下讨论:
甲:质量、气体的体积不必换算成物质的量就能直接用于化学方程式的计算。
乙:应该把质量、气体的体积先换算成物质的量才能用于化学方程式的计算。
(1)你同意哪位同学的说法
(2)观察下面的化学方程式及各物质对应的物理量,思考并回答相关问题。
2Na + 2H2O══2NaOH + H2↑
2×23 g 2 mol 2 mol 22.4 L
m(Na) n(H2O) n(NaOH) V(H2)
①以上计算过程正确吗
②上述反应是在常温常压下进行的吗 说明你的判断理由。
提示:(1)甲。若题目所给物质的物理量不同,这时只要做到各个物理量“上下一致,左右相当”即可。
(2)①正确。同一种物质用不同的物理量表示时,计算时“上下”列式的比例是相同的。
②不是。因为在计算中1 mol氢气的体积是22.4 L,说明一定不是在常温常压下进行的。
典例剖析
【例1】 把铁和铝的混合物1.1 g溶于200 mL 5 mol·L-1盐酸中,反应后盐酸的浓度变为4.6 mol·L-1(溶液体积变化忽略不计)。求:
(1)反应中消耗HCl的物质的量;
(2)该混合物中铝、铁的物质的量。
答案:(1)消耗HCl的物质的量为0.08 mol。
(2)铝的物质的量为0.02 mol,铁的物质的量为0.01 mol。
解析:(1)消耗HCl的物质的量为0.2 L×(5 mol·L-1-4.6 mol·
L-1)=0.08 mol。
(2)设Al、Fe的物质的量分别为x、y。
2Al + 6HCl═2AlCl3+3H2↑,
2 mol 6 mol
x 3x
Fe + 2HCl═FeCl2+H2↑
1 mol 2 mol
y 2y
得x=0.02 mol,y=0.01 mol。
理解感悟 在根据化学方程式进行计算时,如果是氧化还原反应,则可以利用得失电子守恒关系进行计算。如在本题中,参加反应的盐酸(实际上是H+)的物质的量等于铁、铝在反应中失去电子的物质的量之和,据此列出恒等关系式求解,更为简单。
【例2】 将4.6 g Na和2.7 g Al同时加入足量的水中充分反应,将反应后的溶液稀释至500 mL。下列说法中正确的是
( )。
A.反应中放出的气体在标准状况下的体积为2.24 L
B.参加反应的水的质量与加入Al的质量相等
C.所得溶液中Na+和Al3+的物质的量之比为2∶1
D.所得溶液中阳离子和阴离子的物质的量之比为1∶1
答案:D
解析:Na与Al两种金属加入足量水中,首先Na与H2O反应生成H2和NaOH,然后再发生Al与NaOH溶液的反应,根据反应的化学方程式可得:
2Na + 2H2O══2NaOH + H2↑
46 g 36 g 2 mol 1 mol
4.6 g 3.6 g 0.2 mol 0.1 mol
金属铝与生成的NaOH溶液反应时,NaOH过量,故按照Al的量进行计算:
2Al + 2NaOH +6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑
54 g 2 mol 108 g 2 mol 3 mol
2.7 g 0.1 mol 5.4 g 0.1 mol 0.15 mol
反应共生成了(0.1+0.15) mol H2,在标准状况下的体积为5.6 L,A项错误。参加反应的水的质量为(3.6+5.4) g=9 g,与加入铝的质量不相等,B项错误。所得溶液中Al元素以[Al(OH)4]-的形式存在,溶液中不存在Al3+,C项错误。所得溶液的溶质为0.1 mol NaOH与0.1 mol Na[Al(OH)4],阴、阳离子的物质的量之比为1∶1,D项正确。
方法规律 判断反应物过量的方法。
(1)假设法。
假设一种反应物完全反应,而另一种反应物的量未知,把所求得的结果与实际量相比较,若小于实际值,则说明假设成立,反之则说明假设不成立,即该反应物过量。
(2)比较法。
比较反应物物质的量之比与化学方程式中化学计量数的比
学以致用
1.将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中Fe3+和Fe2+的物质的量浓度相等。则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是( )。
A.2∶3 B.3∶2
C.1∶2 D.1∶1
答案:A
解析:设参加反应的Fe3+物质的量为x,未参加反应的Fe3+的物质的量为y,
2Fe3++Fe══3Fe2+
2.0.3 mol氯气和足量的金属M反应,生成0.2 mol MCln,则n等于( )。
A.1 B.2
C.3 D.4
答案:C
解析:根据氯原子守恒,可知0.3 mol Cl2和0.2 mol MCln均含0.6 mol Cl。
3.向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al,两者恰好完全反应,计算:
(1)Al的物质的量;
(2)参加反应的NaOH的物质的量和NaOH溶液中NaOH的物质的量浓度;
(3)生成的H2在标准状况下的体积。
(2)2Al + 2NaOH+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 2
0.4 mol n(NaOH)
(3)2Al+2NaOH+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3×22.4 L
0.4 mol V(H2)
答:(1)Al的物质的量为0.4 mol。
(2)参加反应的NaOH的物质的量为0.4 mol,NaOH的物质的量浓度为0.8 mol·L-1。
(3)生成的H2在标准状况下的体积为13.44 L。
随堂训练
1.标准状况下,3.25 g锌与足量的盐酸反应生成x L氢气,下列比例式正确的是( )。
A.Zn+2HCl══ZnCl2+H2↑ B.Zn+2HCl══ZnCl2+H2↑
1 mol 1 mol 65 g 1 L
3.25 g x L 3.25 g x L
C.Zn+2HCl══ZnCl2+H2↑ D.Zn+2HCl══ZnCl2+H2↑
1 mol 22.4 L 65 g 1 mol
0.05 mol x L 3.25 g x L
答案:C
解析:根据化学方程式计算时,已知物理量和待求物理量要保证上下单位相同,左右单位相互对应。
2.铁粉在高温下可与水蒸气反应,若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32 g,则参加反应的铁粉的物质的量是( )。
A.0.5 mol B.1 mol
C.1.5 mol D.2 mol
答案:C
3.在500 mL NaOH溶液中加入足量铝粉,反应完全后共收集到标准状况下的气体33.6 L,该NaOH溶液的浓度为( )。
A.1.0 mol·L-1 B.2.0 mol·L-1
C.1.5 mol·L-1 D.3.0 mol·L-1
答案:B
解析:2Al+2NaOH+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 67.2 L
n(NaOH) 33.6 L
4.某金属R的氯化物溶液20 mL,浓度为0.05 mol·L-1。它恰好能与20 mL 0.15 mol·L-1 AgNO3溶液完全反应,则该氯化物的化学式为( )。
A.RCl B.RCl2
C.RCl3 D.RCl5
答案:C
解析:可设该氯化物的化学式为RClx,
n(RClx)=0.02 L×0.05 mol·L-1=0.001 mol,
n(AgNO3)=0.02 L×0.15 mol·L-1=0.003 mol。
由n(Cl-)=n(Ag+)可知:
0.001 mol×x=0.003 mol
x=3。
5.把足量的铁粉投入H2SO4和CuSO4的混合溶液中,充分反应后,剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等,则原溶液中H+与 的物质的量浓度之比为( )。
A.1∶4 B.2∶7
C.1∶2 D.3∶8
答案:A
解析:设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别为x mol、y mol。
Fe +H2SO4══FeSO4+H2↑ Δm(固体质量减小)
56 g 1 mol 56 g
x mol 56x g
Fe + CuSO4══FeSO4+Cu Δm(固体质量增大)
56 g 1 mol 64 g 8 g
y mol 8y g
因为固体在反应前后质量相等,所以Δm(减)=Δm(增)
6.在标准状况下进行甲、乙、丙三组实验。三组实验各取30 mL同浓度的盐酸,加入同一种镁铝混合物粉末,产生气体,有关数据列表如下:
实验序号 甲 乙 丙
混合物质量/mg 255 385 459
生成气体/mL 280 336 336
(1)甲、乙两组实验中,哪一组盐酸是不足量的 (填“甲”或“乙”)。理由是 。
(2)要算出盐酸中HCl的物质的量浓度,题中可作为计算依据的数据是 ,求得盐酸中HCl的物质的量浓度为 。
(3)求合金中Mg、Al的物质的量之比,题中可作为计算依据的数据是 ,求得Mg、Al的物质的量之比为 。
答案:(1)乙 因甲、乙生成H2的体积不等,则产生H2体积小的,说明还有酸未反应,因此甲中盐酸过量,混合物反应完全;若乙中盐酸过量,则可产生H2的体积V(H2)= ×280 mL≈423 mL,而实际为336 mL,说明乙中盐酸不足,金属过量
(2)336 mL 1 mol·L-1
(3)255 mg和280 mL 1∶1
解析:(2)由表中数据可知,丙中盐酸反应完全,则可根据
2HCl ~ H2
2 1
(3)在甲中,混合物完全反应,盐酸有剩余,则可根据混合物质量255 mg,生成气体280 mL计算。
求得:n(Mg)=0.005 mol,n(Al)=0.005 mol,
n(Mg)∶n(Al)=1∶1。
章末知识体系构建
铁是代表性变价元素,对铁及其化合物的转化关系可以从物质类别和元素价态的视角认识(元素价类二维图)。
1.价类二维图中具体性质体现:
2.借助价类二维图分析典型性质举例:
(1)铁元素的价类二维图中转化①的化学方程式: 4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3,溶液中发生该转化过程的现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变为红褐色沉淀。
(2)Fe(OH)3受热易分解,转化②的化学方程式:
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。
(3)将Fe2+转化为Fe3+需要加入氧化剂,将Fe3+转化为Fe2+需要加入还原剂。(共17张PPT)
实验活动2 铁及其化合物的性质
一、实验准备
(一)实验目的
1.认识铁及其化合物的重要化学性质。
2.学会铁离子的检验方法。
3.认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。
(二)实验原理
1.通过Fe与CuSO4溶液的反应,分析铁单质的还原性。
2.通过FeCl3与还原性物质如铜片、KI的反应,分析铁离子的氧化性。
3.通过FeCl2与还原性物质如锌片以及与氧化性物质酸性高锰酸钾溶液的反应,分析Fe2+的氧化性和还原性。
4.利用铁离子与KSCN溶液反应后溶液呈红色,明确铁离子检验的方法。
(三)实验用品
1.仪器:试管、胶头滴管、药匙、镊子。
2.试剂:CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。
二、探究过程
(一)实验步骤、现象及解释
1.铁及其化合物的性质。
2.铁离子的检验。
(二)实验注意事项
1.取用化学试剂时,如果没有说明用量,一般应该取用最少用量。液体通常是1~2 mL,固体只需盖满试管底部即可。
2.观察试管内溶液颜色时,可以在试管后面衬一张白纸。
三、思考与讨论
1.通过实验,请你结合FeCl2溶液与锌片反应、FeSO4溶液与酸性KMnO4溶液反应的实验现象,从氧化还原反应的知识分析亚铁离子的还原性及氧化性。
答案:FeCl2溶液与锌片发生置换反应,说明亚铁离子可被还原性物质锌还原,具有一定的氧化性;亚铁离子还可使酸性高锰酸钾溶液褪色,说明具有还原性。亚铁离子处于中间价态,既有氧化性也有还原性。
2.如何检验某溶液中存在Fe2+
答案:可以先向溶液中加入KSCN溶液,如果不变色,再加入新制氯水,若溶液变红色,说明溶液中存在Fe2+。
3.如何检验实验室中的硫酸亚铁溶液已经变质,但未完全变质
答案:取少量硫酸亚铁溶液放入小试管中,向其中加入KSCN溶液,溶液变红色,说明已经变质。另取少量硫酸亚铁溶液放入小试管中,向其中滴加酸性高锰酸钾溶液。若酸性高锰酸钾溶液紫色褪去,则说明溶液中仍存在亚铁离子,即说明未完全变质。
4.以铁屑为原料,如何制备硫酸亚铁晶体
答案:取过量洁净的铁屑,加入溶质质量分数为20%~30%的稀硫酸,在50~80 ℃水浴中加热至不再产生气泡。将溶液趁热过滤,滤液移至试管中,用橡胶塞塞紧试管口,静置、冷却一段时间后过滤即可得到硫酸亚铁晶体。
