专题三 从矿物到基础材料
（60分钟 100分）
一、选择题(本题包括15小题,每小题4分,共60分)
1.(2014·抚州高一检测)制计算机芯片的主要材料是硅,下列有关硅及其化合物的说法正确的是 ( )
A.制备粗硅不涉及氧化还原反应
B.光导纤维的主要成分是二氧化硅
C.二氧化硅是H2SiO3的酸酐,因此能与水反应,也能与碱溶液反应
D.常温时硅既能与盐酸反应,也能与烧碱溶液反应
【解析】选B。制备粗硅的过程主要是将二氧化硅变成游离态的单质硅,所以一定会涉及氧化还原反应;二氧化硅是光导纤维的主要成分,但是不能与水反应;硅单质不能与盐酸反应。
2.下列表述正确的是 ( )
①人造刚玉熔点很高,可用作高级耐火材料,主要成分是二氧化硅
②化学家常采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐
③三峡大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料
④太阳能电池可采用硅材料制作,其应用有利于环保、节能
A.①②③ B.②④ C.①④ D.③④
【解析】选D。人造刚玉的主要成分是氧化铝;玛瑙的主要成分是二氧化硅;水泥是硅酸盐工业产品,属于硅酸盐材料;利用高纯硅的半导体性能制成的光电池,可将太阳光的光能直接转换成电能。
3.(2014·镇江高一检测)下列说法不正确的是 ( )
A.有些活泼金属,如铝可作热还原法的还原剂
B.工业上在850℃下用金属钠与熔融的KCl来制取金属钾发生的是置换反应
C.可用氢气或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝
D.分别用氢气和金属作还原剂冶炼金属,用氢气作还原剂时所得金属的纯度高
【解析】选C。铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属,如Fe2O3+2Al
Al2O3+2Fe,A项正确;工业上冶炼金属钾的反应为Na(l)+KCl(l)NaCl(l)
+K(g),属于置换反应,B项正确;铝是活泼金属,很难用还原剂把它还原出来,应该用电解熔融Al2O3的方法制取,C项错;用还原法冶炼金属,还原剂可以是金属,也可以是H2、CO等还原性气体,二者比较而言,利用H2、CO等冶炼金属,只要充分反应就能得到较纯净的金属,D项正确。
【易错提醒】工业上冶炼金属钾的反应为Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g),能发生的原因是生成了钾蒸气,使反应不断向右进行。
4.(2014·武汉高一检测)元素及其化合物的知识是化学的重点内容。下列叙述中不正确的是 ( )
A.钠呈银白色、质软、熔点相对较低、密度比水小
B.二氧化硅是一种熔沸点很高、硬度很大的氧化物
C.在炼铁高炉中主要是CO将铁矿石还原为铁
D.铝及其化合物都既能与强酸溶液反应又能与强碱溶液反应
【解析】选D。钠呈银白色、质软、熔点相对较低、密度比水小,故A正确;二氧化硅是一种熔沸点很高、硬度很大的氧化物,故B正确;工业上高炉炼铁的原理是CO将铁矿石还原为铁,故C正确;铝、氧化铝、氢氧化铝既能与强酸溶液反应又能与强碱溶液反应,而铝的其他化合物不具有既能与强酸溶液反应又能与强碱溶液反应的性质,故D错误。
5.(2014·衡水高一检测)将某份铁铝合金样品均分为两份,一份加入足量盐酸,另一份加入足量NaOH溶液,同温同压下产生的气体体积比为3∶2,则样品中铁、铝物质的量之比为 ( )
A.3∶2 B.2∶1 C.3∶4 D.4∶3
【解析】选C。不管是和酸反应还是和碱反应,铝产生的氢气的量是相等的,可以假设只要铁和盐酸反应产生的氢气的物质的量与金属铝和氢氧化钠反应产生的氢气的物质的量分别是1 mol和2 mol就行了,根据化学方程式可以知道:Fe～H2,当生成1 mol氢气时,消耗金属铁1 mol;2Al～3H2,当生成2 mol的氢气时,消耗金属铝的物质的量为4/3 mol,所以铁与铝的物质的量比为1∶4/3=3∶4,故选C。
【易错提醒】合金计算的注意事项
(1)与盐酸或稀硫酸反应时注意是哪种金属能与之反应,一般是金属活动性顺序表H以前的金属能与之反应,而金属活动性顺序表H以后的金属不能与之反应;
(2)金属在与酸反应产生氢气时,一般是1 mol金属完全与酸反应产生的氢气的量等于其化合价的一半的物质的量的氢气;
(3)能与碱反应的金属高中阶段只学过铝这样一种金属。
6.(双选)(2014·太原高一检测)下列有关离子检验的叙述正确的是 ( )
A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,并不能说明不含Fe2+
B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+
C.向某溶液中加入NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+
D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+
【解析】选A、C。A.呈红色,说明含Fe3+,无法判断是否含Fe2+;B.呈红色,说明含Fe3+,但Cl2有氧化性,无法判断原来是Fe2+还是Fe3+;C.红褐色沉淀,说明含有Fe3+;D.白色沉淀红褐色,说明含有Fe2+,但由于红褐色的掩盖,无法说明是否有Mg2+。
【变式训练】(2014·淮南高一检测)将一定量的镁铝合金样品分成两等份,一份加入足量NaOH溶液中,充分反应后,收集到标准状况下气体6.72 L;另一份加入到足量稀盐酸中,充分反应后,收集到标准状况下气体11.2 L。则原合金样品中镁的质量为 ( )
A.4.8 g B.6 g C.9.6 g D.12 g
【解析】选C。足量NaOH溶液中,只有Al能与之反应,加入足量稀盐酸中,两金属均反应,由电子转移守恒,Al与稀盐酸反应产生的气体和与NaOH溶液反应得到的气体量相同,为6.72 L,Mg产生的气体为11.2 L-6.72 L=4.48 L,结合Mg～
H2↑知,n(Mg)==0.2 mol,m(Mg)=0.2 mol×24 g·mol-1=4.8 g,此处计算的质量为原来的一半,故原有质量为9.6 g。
7.(2014·宿州高一检测)质量相等的三块铜片,分别与足量的浓硝酸、稀硝酸、浓硫酸(加热)反应后,产生气体的体积(标准状况)比为 ( )
A.1∶2∶1 B.2∶1∶3
C.1∶1∶1 D.6∶2∶3
【解析】选D。消耗等量的铜,生成气体的关系为Cu～2NO2,Cu～NO,Cu～SO2,
2∶∶1=6∶2∶3,D项正确。
【互动探究】三种酸与铜反应时所起的作用有哪些?其中起氧化作用的酸的比例关系怎样?
提示:酸性和强氧化性。三种情况下起酸性作用的酸比例为1∶1∶1;起氧化作用的酸的比例等于气体的物质的量之比,为6∶2∶3。
8.碳和硅原子最外层电子数相同,下列关于碳和硅的单质及化合物的类推关系正确的是 ( )
A.C与NaOH溶液不反应,则Si与NaOH溶液也不反应
B.CO2与碱液反应生成盐和水,则SiO2与碱液反应生成盐和水
C.金刚石不导电,则晶体硅也不导电
D.CO2与Na2CO3溶液反应,则SiO2与Na2SiO3溶液也反应
【解析】选B。Si与NaOH溶液反应生成Na2SiO3、H2,A错误;晶体硅是半导体,C错误;SiO2与Na2SiO3溶液不反应,D错误。
【易错提醒】解答有关硅的知识常见错误
(1)忽视Si与NaOH溶液反应放出H2;(2)认为Si不与任何酸反应;(3)认为C、Si为非金属,只能作氧化剂;(4)SiO2既能与碱反应又能与氢氟酸反应,认为SiO2为两性氧化物;(5)H2SO4、H2SO3、HClO等酸溶于水,认为H2SiO3也溶于水。
9.(2014·烟台高一检测)用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的CuO制成单质铜,有人设计以下两种方案:
①FeH2Cu
②CuOCuSO4Cu
若按实验原则进行操作,则两者制得单质铜的量的比较中,正确的是 ( )
A.①多 B.②多
C.相等 D.无法判断
【解析】选B。①中在H2还原CuO之前应先通入一段时间的H2,故②中制得的单质铜较多。
【易错提醒】氢气还原氧化铜实验需要先通一会儿氢气后再加热使其反应,如果忽视了题干中“按实验原则进行操作”,本题易错选C。
10.(2014·吉林高一检测)被严重腐蚀了的铜和铁共同放入盐酸中充分反应后,剩余残渣中只有铜,则溶液中含有的金属阳离子为 ( )
A.一定只含有Fe2+ B.可能只含Cu2+
C.一定有Fe2+和Cu2+ D.可能有Cu2+和Fe2+
【解析】选D。剩余残渣中只有铜,溶液中一定没有Fe3+,铁元素以Fe2+的形式存在。若铁的量较多,恰好将Cu2+还原为Cu,则溶液中没有Cu2+;若铁的量不足,则溶液中还有剩余的Cu2+。
11.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物,根据下列四种金属的熔沸点:
Na
Cu
Al
Fe
熔点
97.5℃
1 083℃
660℃
1 535℃
沸点
883℃
2 595℃
2 200℃
3 000℃
其中不能形成合金的是 ( )
A.Cu与Na B.Fe与Cu
C.Cu与Al D.Al与Na
【解析】选A。Cu的熔点高于Na的沸点,即当Cu熔化时,Na已经气化,二者难以形成合金。
12.向Fe2O3和铁粉组成的混合物中,加入适量的稀硫酸,各物质恰好完全反应,测得溶液中不含Fe3+,且Fe2+与H2的物质的量之比为4∶1,那么在反应中,Fe2O3、Fe、H2SO4之间的物质的量之比为 ( )
A.1∶1∶1 B.1∶2∶4
C.1∶2∶3 D.2∶3∶5
【解析】选B。由溶液中无Fe3+,设原Fe2O3为xmol,则n(Fe3+)=2xmol,反应:2Fe3++Fe====3Fe2+消耗Fe为xmol,生成Fe2+为3xmol,设与酸反应的铁为ymol,生成H2为ymol,而n(Fe2+)∶n(H2)=4∶1,故=,=,则n(Fe2O3)∶n(Fe)=1∶2,又由最后溶质为FeSO4,得出答案。
13.(2014·长沙高一检测)镁、铝、铁三种金属单质中的两种组成的混合物共6 g,与足量的稀盐酸反应,产生标准状况下的氢气2.8 L,由此可判断混合物中必定含有 ( )
A.Fe B.Mg C.Al D.无法判断
【解析】选A。此题可用极值法解答:假设6 g金属全部是Mg、Al或Fe,则
Mg ～ H2
0.25 mol 0.25 mol
产生氢气的体积是
0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L;
Al ～ 1.5H2
0.22 mol 0.33 mol
产生氢气的体积是
0.33 mol×22.4 L·mol-1=7.39 L;
Fe ～ H2
0.11 mol 0.11 mol
产生氢气的体积是0.11 mol×22.4 L·mol-1=2.46 L;
所以金属应该是铁和铝或者是铁和镁的混合物。
【方法规律】极值法在化学计算中的应用
(1)极值法的含义。
极值法是把研究的对象或变化过程假设成某种理想的极限状态进行分析、推理、判断的一种思维方法;是将题设构造为问题的两个极端,然后依据有关化学知识确定所需反应物或生成物的量的解题方法。极值法的特点是“抓两端,定中间”。运用此法解题的优点是将某些复杂的、难以分析清楚的化学问题(如某些混合物的计算、平行反应计算和讨论型计算等)变得单一化、极端化和简单化,使解题过程简洁,解题思路清晰,把问题化繁为简,化难为易,从而提高了解题效率。
(2)极值法解题的三个基本思路。
①把可逆反应假设成向左或向右进行的完全反应。
②把混合物假设成纯净物。
③把平行反应分别假设成单一反应。
14.(2014·长春高一检测)有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3、NH4Cl六种溶液,只用一种试剂就可把它们鉴别开来,这种试剂是 ( )
A.盐酸 B.烧碱溶液
C.氨水 D.KSCN溶液
【解析】选B。当盐溶液中酸根离子相同,而金属阳离子不同时,要选择碱溶液来鉴别。由于不同的金属阳离子与OH-发生反应产生的金属氢氧化物沉淀的颜色一般不同。可根据不同的实验现象加以区分。NaCl加入氢氧化钠溶液无明显现象;FeCl2加入氢氧化钠溶液首先产生白色沉淀,白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色;FeCl3加入氢氧化钠溶液产生红褐色沉淀;MgCl2加入氢氧化钠溶液产生白色沉淀;AlCl3加入少量氢氧化钠溶液时产生白色沉淀,过量时沉淀又逐渐溶解;NH4Cl加入氢氧化钠溶液,有刺激性气味的气体产生。各种溶液现象不同,因而可以区分。
15.(能力挑战题)(2014·福州高一检测)如图,纵坐标表示沉淀质量,横坐标表示加入试剂的体积,请选出曲线变化关系与对应选项相符的实验项 ( )
A.往澄清石灰水中逐渐通入SO2气体
B.往澄清石灰水中逐渐通入CO2气体
C.往AlCl3溶液中逐滴加NaOH溶液
D.往NaAlO2溶液中逐滴加盐酸
【解析】选B。往澄清石灰水中逐渐通入SO2气体或CO2气体,生成沉淀与沉淀溶解所需SO2或CO2的体积相同,故A项错误,B项正确;向AlCl3溶液中逐滴加NaOH溶液,产生沉淀与沉淀溶解所需NaOH溶液的体积之比应为3∶1,C项错误;向NaAlO2溶液中逐滴加盐酸,产生沉淀与沉淀溶解所需盐酸的体积之比为1∶3,D项错误。
二、非选择题(本题包括3小题,共40分)
16.(12分)(2014·信阳高一检测)霞石是一种硅酸盐,其组成可表示为K2O·3Na2O·4Al2O3·8SiO2,某小组同学设计以霞石为原料制备Al2O3的方案如下:
请回答下列问题:
(1)沉淀1的化学式为 。
(2)滤液1与过量NaOH溶液反应的所有的离子方程式为?
。
(3)写出由溶液2生成Al(OH)3的离子方程式:?
。
(4)通入过量的二氧化碳,过滤后的滤液中含有的阴离子主要是 。
(5)由Al(OH)3Al2O3的反应条件为 。
(6)某同学提出上述流程较繁琐,可简化流程,其方法是向滤液1中加入足量的试剂X即可得到Al(OH)3,则试剂X为 。
【解析】(1)根据霞石的组成可知,当加入盐酸之后只有二氧化硅不能与盐酸反应,所以过滤之后得到的沉淀只能是SiO2。
(2)霞石与过量盐酸反应之后滤液中应该含有HCl、KCl、NaCl和AlCl3,当加入过量的NaOH时,铝离子和氢离子能发生反应,所以反应的离子方程式为H++OH-====H2O;Al3++4OH-====Al+2H2O。
(3)溶液2中通入过量的CO2后发生的反应是Al+CO2+2H2O====Al(OH)3↓+HC。
(4)根据(3)通入过量的二氧化碳后发生反应的离子方程式可知可以生成大量的HC,原溶液中含有大量的Cl-,所以含有的阴离子主要是Cl-、HC。
(5)Al(OH)3加热的条件下可以分解生成Al2O3。
(6)由于反应后生成的物质中含有HCl、KCl、NaCl和AlCl3,所以只需要加入氨水就可以将铝离子沉淀为Al(OH)3。
答案:(1)SiO2
(2)H++OH-====H2O;Al3++4OH-====Al+2H2O
(3)Al+CO2+2H2O====Al(OH)3↓+HC
(4)Cl-、HC
(5)加热
(6)氨水
17.(12分)(2014·成都高一检测)某探究小组为“变废为宝”,将一批废弃的线路板简单处理后,得到含Cu、Al及少量Fe的混合物,并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线。
(1)固体A、固体C的化学式分别是 、 。
(2)步骤①中与铁有关的离子方程式为 。
步骤①中能否用稀盐酸代替稀硫酸? (填“能”或“否”)。
(3)为了将Fe2+氧化成Fe3+且不引入杂质,氧化剂A最好是 (填化学式)。
(4)步骤②的离子反应方程式为 ;
步骤②中可通过控制H2SO4和HNO3的量,让N尽可能转化为气体逸出,则溶液B的溶质是 (填化学式);则从溶液B获得硫酸铜晶体的方法是?
。
【解析】由于混合物中含有Cu、Fe和Al,所以当加入稀硫酸之后进行过滤,Fe和Al会溶解在稀硫酸中,所以在加入稀硫酸之后得到的固体A是Cu,然后溶液中含有的溶质有铝离子和亚铁离子,加入氧化剂之后其中的亚铁离子会被氧化成三价铁,加入足量的氢氧化钠溶液之后,生成的固体C是氢氧化铁,然后对应的铝离子转化成偏铝酸根离子,所以溶液C是含有偏铝酸根离子的溶液。固体A中加入稀硫酸和浓硝酸之后会生成硫酸铜,然后将硫酸铜溶液中的溶质和溶液分离的方式是蒸发、浓缩、冷却、结晶。
答案:(1)Cu Fe(OH)3
(2)Fe+2H+====Fe2++H2↑ 否
(3)H2O2(或O2)
(4)Cu+2N+4H+====Cu2++2NO2↑+2H2O(或3Cu+8H++2N====3Cu2++2NO↑+4H2O) CuSO4 蒸发(答“蒸发、浓缩、冷却、结晶”也可)
18.(16分)(能力挑战题)(2014·温州高一检测)单质硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450～500℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图:
相关信息如下:
①四氯化硅极易与水反应;
②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
③有关物质的物理常数见下表:
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
-
315
-
熔点/℃
-70.0
-107.2
-
-
-
升华温度/℃
-
-
180
300
162
请回答下列问题:
(1)装置A中g管的作用是 ;装置C中的试剂是 。
(2)甲方案:f接装置Ⅰ;乙方案:f接装置Ⅱ。但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处,请你评价后填写下表。
方案
优 点
缺 点
甲
乙
(3)在上述(2)的评价基础上,请你设计一个合理方案并用文字表达:
_____________________________________________________________。
(4)SiCl4与H2反应的化学方程式为?
。
【解析】(1)g管使分液漏斗与烧瓶连通,使浓盐酸顺利滴下。由信息知,四氯化硅极易与水反应,故需除去氯气中的水。B瓶装饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体,C瓶装浓硫酸干燥氯气。(2)四氯化硅在常温下易液化,如果收集产品的导管太细易堵塞导管;制取的四氯化硅需要冷凝;由于尾气中含有氯气,要设置尾气处理装置,四氯化硅极易与水反应,要避免空气中的水蒸气进入产品收集装置。(3)将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。
答案:(1)平衡压强,使液体从分液漏斗中顺利流下 浓硫酸
(2)
方案
优 点
缺 点
甲
①收集产品的导管粗,不会堵塞导管
②冷凝产品,减少产品损失
①空气中的水蒸气进入产品收集装置,使四氯化硅反应
②尾气没有处理,污染环境
乙
①有尾气处理装置,注重环保
②避免空气中的水蒸气进入装置
①产品易堵塞导管
②没有冷凝装置,产品易损失
(3)在装置Ⅰ的i处接干燥管j
(4)SiCl4+2H2Si+4HCl
【变式训练】(1)露置于空气中一段时间后的水玻璃会浑浊,向此浑浊溶液中加入稀盐酸,会生成白色沉淀,同时伴随有气泡产生。用化学方程式解释产生上述现象的原因:
①溶液变浑浊:?
;
②生成白色沉淀:?
;
③产生气泡:?
。
(2)已知A、B、C、D均含有同一种元素,A为单质,根据如图所示的物质之间的转化关系,回答下列有关问题。
①写出A、B、C、D各物质的名称:
A ,B ,C ,D 。
②写出A→D的化学方程式:?
。
③写出下列变化的离子方程式:
B→C ;
D→B 。
【解析】(1)硅酸钠在空气中和二氧化碳反应生成硅酸沉淀和碳酸钠,加入盐酸和硅酸钠反应生成硅酸沉淀,和碳酸钠反应生成二氧化碳气体。(2)A是单质,D是氧化物,A、D均可与NaOH反应生成B,且氧化物除了与碱反应外,还与碳反应生成A,所以D不是Al2O3,应是SiO2,则A为硅,B为硅酸钠,C为硅酸。
答案:(1)①Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3
②Na2SiO3+2HCl====H2SiO3↓+2NaCl
③Na2CO3+2HCl====2NaCl+CO2↑+H2O
(2)①硅 硅酸钠 硅酸 二氧化硅②Si+O2SiO2
③Si+CO2+H2O====H2SiO3↓+C
SiO2+2OH-====Si+H2O
专题三 从矿物到基础材料
一、学习目标
情感态度：培养学生严谨求实、认真细致的科学精神。
学习重点：
铝土矿提取铝的方法；氧化铝、氢氧化铝的两性；铝、铁、铜的性质，铁离子的检验；Fe2+、Fe3+的相互转化
学习难点：
氧化铝、氢氧化铝的两性；Fe2+、Fe3+的相互转化
二、学习过程
一、从铝土矿到铝合金
1.电解法制铝
加入NaOH 通入CO2
铝土矿---------→溶解→过滤→酸化--→过滤→灼烧→点解→铝
写出上述过程中涉及的化学反应方程式：
2．铝的化学性质
与铝反应的物质
结论或化学方程式
与氧气
与稀盐酸
与氢氧化钠溶液
与盐溶液
与浓硫酸、浓硝酸
铝热反应
【思考】（1）.铁和铝均为活泼金属，为什么铁容易生锈而铝却不容易生锈？
（2）.铝热反应的用途是： 。
（3）为什么铝制品使用时要尽量避免长时间盛放酸碱性食物？
【例题】往一金属易拉罐内（内空）放入一钥匙的某白色晶体，摇动几下后，立即注入50ml 6mol·L-1氢氧化钠溶液，用胶带密封罐口。过一段时间，管壁变瘪；再过一段时间后，鳖了的管壁又重新鼓起。
（1）要产生上述实验现象，做易拉罐的金属是 ；往罐内加入的白色晶体是 。
（2）罐内变瘪的原因是 ；
反应方程式为 。（3）罐再度鼓起的原因是 ；
反应方程式： 。
3.A2O3和Al(OH)3的性质
【思考】（1）如何分离氧化铝和氧化铁的混合物？
（2）实验室如何制备氢氧化铝？
（3）明矾的净水原理是什么？
二．铁、铜的获取及应用
1.铁、铜市如何从自然界中获取的，冶炼原理是什么？
2.铁、铜的性质
铁
铜
与非金属反应
与氧气
与氯气
与硫
与酸反应
与盐溶液反应（并改为离子方程式）
【练习】证明某溶液质含有Fe2+而不含有Fe3+的实验方法是（ B ）
先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后显红色
先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色
滴加氢氧化钠溶液，产生红褐色沉淀
只需滴加KSCN溶液
3.Fe2+和Fe3+的检验
鉴别方法
Fe2+
Fe3+
观察溶液颜色
硫氰酸钾
与氢氧化钠溶液
3. Fe2+和Fe3+的相互转化
【练习】根据以下反应Fe + CuCl2 = Cu + FeCl
2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2
判断Fe3+、Fe2+、Cu2+氧化性强弱的顺序是 （ D ）
A. Fe3+>Fe2+>Cu2+ B. Fe2+>Cu2+ >Fe3+
C. Cu2+ >Fe2+ >Fe3+ D、Fe3+>Cu2+ >Fe2+
含硅矿物与信息材料
【思考】1.为什么不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛碱溶液？
2.工业上如何制取单质硅？写出有关的化学反应方程式。
【学习小结】
专题三 从矿物到基础材料
三维目标
1．知识与技能
掌握铝、氧化铝和氢氧化铝的性质，明确两性氧化物和两性氢氧化物的概念，知道体现氧化铝和氢氧化铝两性的化学反应。了解自然界中铁、铜的存在形式及常见的冶炼方法。掌握高炉炼铁、湿法炼铜的化学原理。掌握Fe2＋、Fe3＋的性质及相互转化，会用化学方法鉴别Fe2＋与Fe3＋。系统掌握铁及其化合物的化学性质。了解硅酸盐(水泥、陶瓷、玻璃)的性质和用途。
2．过程与方法
通过回忆铝及其化合物的相关知识，辅之相应练习，培养学生的理解和应用能力；通过铁、铜及其化合物知识的列表比较复习，培养学生分析对比、归纳综合的能力。
3．情感态度与价值观
培养学生严谨求实，认真细致的科学精神，使学生学习化学的兴趣和积极性得到进一步发展。
教学重点
铝土矿提取铝的方法；氧化铝、氢氧化铝的两性；铝的性质；铁、铜的化学性质；铁离子的检验、Fe2＋和Fe3＋的相互转化。
教学难点
氧化铝、氢氧化铝的两性；Fe2＋和Fe3＋的相互转化。
导入新课
通过前面的学习，我们了解了铝及其化合物、铁及其化合物、硅及其化合物的性质和用途，知道了氧化铝、氢氧化铝是两性化合物，掌握了铁及其化合物的相互转化，下面我们将对这些内容作一回顾。
推进新课
一、从铝土矿到铝合金
[思考] 铝的优点多，用途广，储量丰富。我们如何从铝土矿中获得铝呢？请大家回顾获得金属铝的流程，并写出相应的化学反应方程式。
[分析] 铝元素是地壳中含量最多的金属元素，它主要以铝土矿(主要成分为Al2O3，含少量Fe2O3、SiO2杂质)存在。要获得金属铝，首先将铝土矿中的氧化铝与氢氧化钠溶液反应，生成偏铝酸钠和水，向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，灼烧氢氧化铝得到氧化铝。最后电解熔融状态的氧化铝获得金属铝。
1．电解法获得金属铝
铝土矿溶解→过滤→酸化过滤→灼烧→电解→铝
相关方程式：
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
2Al2O34Al＋3O2↑
[思考] 1.为什么用NaOH溶液来溶解铝土矿？SiO2、Fe2O3是否都能与之溶解？
2．电解熔融的氧化铝制取金属铝时加入冰晶石的作用是什么？
[分析] 1.氧化铝的性质比较特殊，它可以和氢氧化钠反应，而氧化铁是典型的碱性氧化物不可以和氢氧化钠反应，二氧化硅与氢氧化钠、氧化铝反应生成不溶于水的复杂的铝硅酸钠复盐。所以加氢氧化钠的目的是溶解氧化铝，除去氧化铁、二氧化硅。
2．氧化铝的熔点很高，大约两千摄氏度，直接熔融氧化铝能量消耗很大，而在氧化铝中加入冰晶石可以使得氧化铝的熔融温度大大地降低下来，从而减少了冶炼过程中的能量消耗，使得电解法制铝工艺能够成功的得以实现。
[练习] 1.下列金属冶炼的反应原理，错误的是( )
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．Al2O3＋3H22Al＋3H2O
C．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2
D．MgCl2Mg＋Cl2↑
答案：B
2．电解熔融的氧化铝制取金属铝，若有0.6 mol电子发生转移，则理论上能得到金属铝多少克？需氧化铝多少克？
分析：
由上述可知：2Al2O3～4Al～ 转移12e－
2 mol 4 mol 12 mol
x y 0.6 mol
x＝0.1 mol y＝0.2 mol
答案：理论上能得到金属铝5.4克，需氧化铝10.2克。
[思考] 金属铝具有怎样的物理性质？什么是合金？为什么要把铝制成铝合金？
[分析] 铝具有银白色金属光泽，密度小，有良好的导电性和延展性，也具有良好的导热性。合金是指由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
合金的硬度一般比各成分金属大，多数合金的熔点低于组成它的成分金属。因此将金属制成合金，在工业上的用途比纯金属更广。
2．合金：由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质
[思考] 铝是一种活泼金属，具有较强的还原性。常温下，它有哪些具体的化学性质？
[回答] 铝可以和氧气、氯气等非金属单质反应，生成＋3价的铝的化合物；常温下，铝能与稀盐酸、氢氧化钠溶液反应放出氢气；铝和盐溶液反应，置换不如它活泼的金属；铝遇到强氧化性酸(浓硫酸、浓硝酸等)发生钝化现象；铝还可以和金属氧化物发生铝热反应。
3．铝的化学性质
[投影展示]
与铝反应的物质
结论或化学方程式
与氧气
4Al＋3O22Al2O3
与稀盐酸
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
与氢氧化钠溶液
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
与盐溶液反应
2Al＋3Cu2＋===3Cu＋2Al3＋
与浓硫酸，浓硝酸
发生钝化
铝热反应
2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe
[思考] 铝和铁均为活泼金属，为什么铁容易生锈而铝却不易生锈？
[回答] 铝片的表面有一层致密的氧化膜，该致密的氧化膜牢固地覆盖在铝的表面，阻止了内部的铝继续参加反应。
[分析] 铁在空气中被氧化，表面生成Fe2O3而生锈腐蚀，铁表面的铁锈比较疏松，铁锈里面的铁还会接触到外面的空气和水蒸气，会继续生锈，且生锈后内部的铁被腐蚀的程度和速度都会越来越严重。而铝的表面的氧化膜是致密的，它牢固地覆盖在铝的表面，使得内部的铝接触不到外面的空气，从而可以阻止内部的铝继续参加反应。
[思考] 1.什么是钝化现象？钝化是不发生化学反应吗？
2．什么是铝热反应？该反应有什么用途？
3．为什么铝制品使用时要尽量避免长时间盛放酸碱性物质？
[回答] 1.常温下，铝遇浓硝酸、浓硫酸时会在表面生成致密的氧化膜，这个致密的氧化膜阻止内部的金属继续反应，我们把这个现象叫钝化。钝化是一种化学变化，不是不发生反应，而是生成致密的氧化膜，阻止内部的铝继续反应。钝化的前提是在常温下，如果加热，铝将与浓硝酸、浓硫酸发生剧烈的反应。钝化是铝与强氧化性酸如浓硫酸、浓硝酸等反应。
2．工业上用铝粉还原一些金属氧化物得到金属单质的一类反应称为铝热反应。铝热反应可以用来冶炼难熔的金属，也可以在野外焊接钢轨。
3．由于铝既能与酸、又能与碱反应，因此铝制品使用时要尽量避免长时间盛放酸碱性物质，以免被腐蚀。
[练习] 1.往一金属易拉罐内(内空)放入一药匙的某白色晶体，摇动几下后，立即注入50 mL 6 mol·L－1氢氧化钠溶液，用胶布密封罐口。过一段时间后，罐壁变瘪；再过一段时间后，瘪了的罐壁又重新鼓起。
(1)要产生上述实验现象，做易拉罐的金属是______；往罐内加入的白色晶体是______。
(2)罐壁变瘪的原因是__________________，反应方程式是__________________。
(3)罐再度鼓起的原因是__________________，反应方程式是__________________。
2．把Al和Fe3O4粉配成铝热剂，分成两等份，前一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物与足量的盐酸充分反应，后一份直接加入足量的氢氧化钠溶液使之充分反应，前后两种情况下生成气体的物质的量之比为( )
A．1∶3 B．9∶8 C．3∶4 D．4∶3
答案：1.(1)Al 干冰
(2)干冰气化时排出了罐内空气，当加入NaOH溶液后，CO2被吸收，使罐内气压小于大气压，故易拉罐变瘪 CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O (3)过量的NaOH溶液与铝制罐反应产生H2，使罐内压强增大到大于大气压，故罐再度鼓起 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2．C
[思考] 什么是两性化合物？Al2O3和它对应的水化物Al(OH)3，具有哪些化学性质？
[回答] 既能与酸反应，又能与碱反应生成盐和水的氧化物叫做两性氧化物。既能与酸反应，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物叫做两性氢氧化物。Al2O3和Al(OH)3既能与酸反应，又能与碱反应生成盐和水，它们都是两性化合物。
4．Al2O3和Al(OH)3性质
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O
[思考]1.如何分离氧化铝和氧化铁的混合物？
2．实验室制备氢氧化铝，试剂应选用氢氧化钠还是氨水？
3．明矾的净水原理是什么？
[回答] 1.向混合物中加入强碱氢氧化钠溶液，得到偏铝酸钠溶液和氧化铁的混合物，再将混合物进行过滤，就得到偏铝酸钠溶液和氧化铁固体。
2．氢氧化铝与碱反应时，弱酸弱碱是不能把氢氧化铝溶解的，所以用氯化铝制备氢氧化铝只能选用可溶性的弱碱如氨水。
3．明矾溶于水后，电离出铝离子，电离出的铝离子会发生水解，生成氢氧化铝胶体，生成的氢氧化铝胶体具有吸附性，凝聚水中的悬浮物并使之沉降，从而可以净水。
[练习] 1.有A、B、C、D四种均含有铝元素的化合物，它们之间存在如下的反应关系：
(1)A＋NaOH―→D＋H2O (2)B―→A＋H2O
(3)C＋NaOH(适量)―→B＋NaCl (4)C＋D＋H2O―→B＋NaCl
则A是__________、B是______________、C是______________、D是__________。
答案：Al2O3 Al(OH)3 AlCl3 NaAlO2
二、铁、铜的获取及应用
1．铁、铜的获取
[分析] 从自然界中提取铁、铜的原理是用焦炭、CO、H2、活泼金属(如Al)等常用还原剂将它们从化合态变成游离态。高炉炼铁、湿法炼铜、高温冶炼黄铜矿等都是获得铁和铜常用的方法。
[思考] 性质决定用途，铁和铜在生活中的用途分别能反映出它们的什么物理性质？
[回答] 铁是银白色金属、铜是紫红色金属，铁、铜都具有金属的共同性质，即具有金属光泽，导电性、导热性和延展性。铁具有能被磁铁吸引和被磁化的特性，而铜具有优良的导热性和延展性。
[思考] 我们已经学习了铁、铜与其他物质发生的反应，请大家总结铁和铜有什么化学性质呢？
[回答] 铁单质和铜单质都表现出的是还原性，在一定条件下，铁和铜可以和某些非金属、酸和盐溶液反应，这些反应都是氧化还原反应。
[投影]
2．铁、铜的性质
Fe
Cu
与非金属反应
3Fe＋2O2Fe3O4
2Fe＋3Cl22FeCl3
Fe＋SFeS
2Cu＋O22CuO
Cu＋Cl2CuCl2
2Cu＋SCu2S
与酸的反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
不反应
与盐溶液反应
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2
Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag
[总结] 铁比铜要活泼，即铁的还原性要比铜强。在氧化还原反应中，铜一般为＋2价，铁有＋2和＋3两种化合价。氯气、双氧水等氧化性强的氧化剂能把铁直接氧化到＋3价；而氢离子、铜离子、银离子等氧化性较弱的氧化剂只能把铁氧化到＋2价。
[练习] 由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其铁元素与氧元素的质量比为21∶8，则混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比可能是( )
A．1∶2∶1 B．2∶1∶1 C．1∶1∶1 D．2∶2∶5
分析：根据混合物中Fe元素的质量与氧元素的质量比为21∶8，将其质量比转化为物质的量之比，不难得出混合物中Fe、O的原子个数比为3∶4，所以只要FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1即可。
答案：CD
[思考] 铁的化合物有＋2和＋3两种化合价，溶液中Fe2＋ 、Fe3＋如何检验？
[投影] Fe2＋和Fe3＋的检验
鉴别方法
Fe2＋
Fe3＋
观察溶液颜色
浅绿色
棕黄色
硫氰化钾溶液
加入KSCN溶液后，溶液颜色未发生明显变化，再加入几滴新制氯水后，溶液变成血红色
溶液变成血红色
与NaOH反应
白色沉淀迅速变灰绿色最后呈红褐色
产生红褐色沉淀
[练习] 证明某溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的实验方法是( )
A．先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后显红色
B．先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色
C．滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后变灰绿，最后呈红褐色
D．只需滴加KSCN溶液
分析：先加KSCN溶液若不变红，则可证明无Fe3＋；再滴加氯水立即呈红色，则可证明原溶液中有Fe2＋。Fe2＋遇SCN－无明显变化，滴加氯水后，Fe2＋被氧化生成Fe3＋，Fe3＋与SCN－结合使溶液变红了，故B是正确的实验方法。
答案：B
3．Fe2＋与Fe3＋的相互转化
[分析] 强氧化剂(如Cl2)会将Fe2＋氧化成Fe3＋，还原剂(如Fe)会将Fe3＋还原成Fe2＋。
Fe2＋转化为Fe3＋，应该加入相应的氧化剂，例如O2、Cl2、Br2等；从Fe3＋转化为Fe2＋，应该加入相应的还原剂，例如铁、铜等金属。我们将这些转化综合起来，组成了铁单质和Fe2＋、Fe3＋之间的三角转化关系。
[投影] 铁及其化合物的相互转化关系图：
[练习] 根据以下反应①Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2 ②2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2, 判断：Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋氧化性强弱的顺序是( )
A．Fe3＋＞Fe2＋＞Cu2＋ B．Fe2＋＞Cu2＋＞Fe3＋
C．Cu2＋＞Fe2＋＞Fe3＋ D．Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋
答案：D
三、含硅矿物与信息材料
[思考] 水泥、玻璃、陶瓷是三大重要的硅酸盐产品，它们是用什么原料生产的？在日常生活中有哪些应用？
[回答] 水泥的主要生产原料是黏土、石灰石、适量石膏，它是当今建筑业使用最普遍的基础材料之一。玻璃的主要生产原料是纯碱、石灰石、石英，随着人们不断探索，在不同场合应用的玻璃不断涌现，如普通玻璃、有色玻璃(如蓝玻璃、红玻璃)、石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃等。陶瓷的主要原料是黏土，它不仅在生活中，在农业生产、电子工业等方面都有重要用途。
[分析] 在地壳中，硅的含量居第二位，自然界中硅无游离态存在，只以化合态(SiO2或硅酸盐的形式)存在，是构成矿物和岩石的主要成分。二氧化硅是光导纤维的主要原料，光导纤维可用作通讯材料和制造医用内窥镜等。
[思考] 1.为什么不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛碱性溶液？
2．工业上如何制取单质硅？写出有关反应的化学方程式。
[回答] 1.二氧化硅能与碱性氧化物及强碱溶液反应，所以不用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛碱性溶液。
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
2．首先在电炉里高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅，然后将粗硅在高温下跟氯气反应生成一种液态物质。经蒸馏提纯后，再用氢气还原制得纯硅。
SiO2＋2CSi＋2CO↑ Si＋2Cl2SiCl4 SiCl4 ＋2H2Si ＋4HCl
[练习] 石英砂(主要成分为SiO2)是一种常用工业原料，其中常混有少量碳酸钙，要除去石英砂中的少量碳酸钙，应采用的方法是( )
A．用水溶解后过滤分离 B．用稀硫酸溶解后过滤分离
C．用酒精灯加热 D．用稀盐酸溶解后过滤分离
答案：D
课堂小结
本节课对铝、铁、硅及其化合物的性质和用途进行了复习，其中涉及的反应较多，我们应该在理解的基础上加以巩固和记忆。
一、从铝土矿到铝合金
1．电解法获得金属铝
铝土矿溶解→过滤→酸化过滤→灼烧→电解→铝
2．合金
由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质
3．铝的化学性质
4．Al2O3和Al(OH)3性质
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O
二、铁、铜的获取及应用
1．铁、铜的获取
2．铁、铜的性质
3．Fe2＋与Fe3＋的相互转化
三、含硅矿物与信息材料
1．实验室需要使AlCl3溶液中的Al3＋全部沉淀出来，适宜用的试剂是( )
A．NaOH溶液 B．Ba(OH)2溶液
C．盐酸 D．氨水
2．向明矾溶液里滴入Ba(OH)2溶液，当SO恰好完全沉淀时，其中铝元素的存在形式为( )
A．全都为Al(OH)3
B．全部形成AlO
C．一部分为Al(OH)3，一部分为Al3＋
D．一部分为Al(OH)3，一部分为AlO
3．能与Fe3＋反应且能证明Fe3＋具有氧化性的物质是( )
①KSCN ②Fe ③FeCl2 ④NaOH
A．④ B．① C．③ D．②
4．在含有1 mol FeSO4的溶液中投入一小块金属钠，反应完全后，滤出沉淀并洗涤，然后在空气中灼烧沉淀得到的固体物质是( )
A．Fe B．FeO C．Fe(OH)3 D．Fe2O3
[答案] 1.D 2.B 3.D 4.D
复习课目的在于对已学知识的整合和梳理，使学生进一步巩固双基，使凌乱、分散的知识系统化、条理化，形成知识网络，构建基本知识框架图，同时在原有的基础上不断提高，并能培养分析、解决问题的能力。在复习时，不能只是对知识的简单罗列和复述，既要有不同于新授课，又要站在更高的角度给学生再提高。使学生在复习时，既能巩固知识，又能有针对性地查漏补缺，进而达到掌握和灵活运用知识的能力。
专题3 从矿物到基础材料
第一单元 从铝土矿到铝合金
铝的制取
①溶解：Al2O3+2NaOH === 2NaAlO2+H2O
②过滤：除去杂质
③酸化：NaAlO2+CO2+2H2O === Al(OH)3↓+NaHCO3
④过滤：保留氢氧化铝
⑤灼烧：2Al(OH)3 ======= 4Al+3O2↑
铝合金特点：1、密度小2、强度高3、塑性好4、制造工艺简单5、成本低6、抗腐蚀力强
铝的化学性质
与酸的反应：2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
与碱的反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
第一步：2Al+6H2O= 2Al(OH)3+3H2↑
第二步：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O
总方程式： 2Al+2NaOH+6H2O=2NaAlO2+ 4H2O +3H2↑
钝化：在常温下，铝与浓硝酸、浓硫酸时会在表面生成致密的氧化膜而发生钝化，不与浓硝酸、浓硫酸进一步发生反应。
铝热反应：
2Al + Fe2O3 === 2Fe + Al2O3
铝热剂：铝粉和某些金属氧化物（Fe2O3、FeO、Fe3O4、V2O5、Cr2O3、MnO2）组成的混合物。
氧化铝的化学性质（两性氧化物）
氧化铝的用途
高硬度、熔点高，常用于制造耐火材料
氢氧化铝（两性氢氧化物）
与酸的反应：Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
与碱的反应：Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
氯化铝的制取：
氯化铝与氨水反应 AlCl3+3NH3H2O=Al（OH）3↓+NH4Cl3
氯化铝与氢氧化钠溶液反应 AlCl3+3NaOH=Al（OH）3↓+3NaCl
AlCl3+4NaOH=NaAlO2+2H2O+3NaCl
第二单元 铁、铜及其化合物的应用
常见的铁矿石和铜矿石
铁的冶炼方法
（1）制取CO：C+O2 === CO2，CO2+C ===CO
（2）还原（炼铁原理）：Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2
除SiO2：CaCO3===CaO+CO2↑，CaO+SiO2===CaSiO3
铜的冶炼方法
1.高温冶炼黄铜矿→电解精制；2.湿法炼铜：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu；3.生物炼铜
铁、铜的化学性质
铁的化学性质：铁是较活泼的金属（或中等活泼金属）表现为还原性。
铁
铜
（1）与非金属反应
①铁生锈（铁在潮湿空气中被腐蚀生成Fe2O3）
②2Fe+3Cl2 === 2FeCl3
③2Fe+3Br2 === 2FeBr3 还原性：Fe2+>Br
④3Fe+2O2 === Fe3O4(2价Fe占 ，2价Fe占2／3)
Cu +O2 === 2CuO
Cu + Cl2=== CuCl2
2Cu + S === Cu2S
（2）与酸反应
①非强氧性的酸：Fe + 2H+ == Fe2+ + H2↑
②强氧性的酸（浓H2SO4、HNO3）:
a.常温下钝化(浓H2SO4、浓HNO3用铁制容器盛装)
b.一定条件下反应生成Fe（Ⅲ）
①非强氧性的酸: 不反应
②强氧性的酸（浓H2SO4、HNO3）：在一定条件下生成Cu(Ⅱ)
（3）与盐溶液反应
(1) Fe + Cu2+ == Fe2+ + Cu
(2) Fe + 2Fe3+ == 3Fe2+
Cu + 2Ag+=2Ag + Cu2+
Cu + 2Fe3+=2Fe2+ + Cu2+（实验现象：铜粉溶解，溶液颜色发生变化。）
Fe2+与Fe3+的相互转化：
Fe3+的检验
实验①：向FeCl3 溶液中加入几滴KSCN溶液，溶液显血红色，
Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3
实验②：向FeCl3溶液加入NaOH溶液，有红褐色沉淀。
Fe3＋＋2OH－Fe(OH)3↓
Fe2+的检验(浅绿色)
实验：向FeCl2溶液加入NaOH溶液。
Fe2＋＋2OH－Fe(OH)2↓（白色/浅绿色）4Fe(OH)2＋O2＋2H2O4Fe(OH)3（红褐色）
Fe3+与Cu的反应
Fe3++Cu=Fe2++Cu2+（制作印刷电路板用）
金属腐蚀的种类
化学腐蚀：金属跟周围的物质之间发生化学反应而引起的腐蚀。
电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。
常用的防腐蚀的方法
①改变金属的内部结构。例如，把铬、镍加入普通钢中制成不锈钢。②在金属表面覆盖保护层。例如，在金属表面涂漆、电镀或用化学方法形成致密耐腐蚀的氧化膜等。③电化学保护法。因为金属单质不能得电子，只要把被保护的金属做电化学装置发生还原反应的一极——阴极，就能使引起金属电化腐蚀的原电池反应消除。
第三单元 含硅矿物与信息材料
硅酸盐矿物、硅酸盐产品（传统材料）和信息材料的介绍
1．硅酸盐的结构：
（1）硅酸盐的结构复杂，常用氧化物的形式表示比较方便。硅酸盐结构稳定，在自然界中稳定存在。
（2）氧化物形式书写的规律：
①各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。
②顺序按先金属后非金属,金属元素中按金属活动顺序表依次排列，中间用“?”间隔。
③注意改写后应与原来化学式中的原子个数比不变。
2．Na2SiO3的性质：Na2SiO3易溶于水，水溶液俗称“水玻璃”，是建筑行业的黏合剂，也用于木材的防腐和防火。
化学性质主要表现如下：
（1）水溶液呈碱性（用PH试纸测），通CO2有白色沉淀：Na2SiO3 + CO2 + H2O == Na2CO3 + H2SiO3↓（白色胶状沉淀），离子方程式：SiO32－ ＋ CO2 + H2O ＝＝ CO32－ ＋ H2SiO3↓。
硅酸受热分解：H2SiO3 H2O + SiO2 ，
原硅酸和硅酸都是难溶于水的弱酸，酸性：H2CO3强于H4SiO4或H2SiO3。
(2)硅酸钠溶液中滴加稀盐酸有白色沉淀：
Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3↓，离子方程式：SiO32－ ＋ 2H+ == H2SiO3↓.
(3)硅酸和氢氧化钠反应：H2SiO3 + 2NaOH == Na2SiO3 + 2H2O.
离子方程式：H2SiO3 ＋ 2OH－ ＝＝SiO32－ ＋2H2O 。
4．硅酸盐产品（传统材料）
主要原料
产品主要成分
普通玻璃
石英、纯碱、石灰石
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2(物质的量比为1:1:4)
普通水泥
黏土、石灰石、少量石膏
2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3
陶瓷
黏土、石英沙
成分复杂主要是硅酸盐
制玻璃的主要反应：SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑,SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑.
硅的制取
制粗硅：SiO2 + 2C Si + 2CO
制纯硅：Si + 2Cl2 SiCl4(液态)
SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl
硅的性质
（1）物理性质：晶体硅是灰黑色有金属光泽，硬而脆的固体；导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，熔沸点高，硬度大，难溶于溶剂。
（2）化学性质：常温只与单质氟、氢氟酸和强碱溶液反应。性质稳定。
Si +2F2 == SiF4（气态）, Si + 4HF == SiF4 +2 H2,
Si +2NaOH + H2O == Na2SiO3 +2H2↑,（Si +2NaOH + 4H2O == Na2SiO3 +2H2↑+ 3H2O.）
硅的用途
用于制造硅芯片、集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件；（2）制造太阳能；（3）制造合金，如含硅4％（质量分数）的钢导磁性好制造变压器的铁芯；含硅15%(质量分数)的钢有良好的耐酸性等。
二氧化硅的性质和用途
1．SiO2在自然界中有较纯的水晶、含有少量杂质的石英和普遍存在的沙。自然界的二氧化硅又称硅石。
2．SiO2物理性质：硬度大，熔点高，难溶于溶剂(水)的固体。
3．SiO2化学性质：常温下，性质稳定，只与单质氟、氢氟酸和强碱溶液反应。
SiO2 + 2F2 == SiF4 + O2 , SiO2 + 4HF == SiF4 + 2H2O （雕刻玻璃的反应),
SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O （实验室装碱试剂瓶不能用玻璃塞的原因）.
加热高温：SiO2 + 2C Si +2 CO, SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑
SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑，SiO2 + CaO CaSiO3 .
4．SiO2的用途：制石英玻璃，是光导纤维的主要原料；制钟表部件；可制耐磨材料；用于玻璃的生产；在光学仪器、电子工业等方面广泛应用。
课件36张PPT。1.铝及其化合物之间的转化关系。【答案速填】
写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式：
①化学方程式：____________________；
②化学方程式：_______________________________；
③化学方程式：___________________；
④离子方程式：______________________；
⑤离子方程式：______________________；
⑥离子方程式：_______________________________；2Al2O3 4Al+3O2↑2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑2Al+3Cl2 2AlCl3Al2O3+2OH-==== +H2O Al2O3+6H+====2Al3++3H2O+CO2+2H2O====Al(OH)3↓+ ⑦离子方程式：_____________________________；
⑧离子方程式：_____________________________；
⑨离子方程式：_____________________________；Al（OH）3+OH-==== +2H2O Al3++4OH-==== +2H2O +4H+====Al3++2H2O2.铁及其化合物之间的转化关系。【答案速填】
⑩化学方程式：_________________；
?离子方程式：__________________；
?离子方程式：_____________________；
?离子方程式：_______________________；
?离子方程式：________________；
?离子方程式：______________________；
?化学方程式：____________________________；
?化学方程式：______________________；3Fe+2O2 Fe3O4Fe+2H+====Fe2++H2↑Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓Fe(OH)2+2H+====Fe2++2H2O2Fe3++Fe====3Fe2+2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)32Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O3.铜及其化合物之间的转化。【答案速填】
?离子方程式：_____________________；
?化学方程式：____________________________；
?化学方程式：_________________________________；
化学方程式：___________________；
离子方程式：_______________________； Cu+2Fe3+====Cu2++2Fe2+2Cu+O2+H2O+CO2====Cu2(OH)2CO3Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2OCu(OH)2 CuO+H2OCu(OH)2+2H+====Cu2++2H2O4.硅及其化合物之间的转化关系。【答案速填】Si+2Cl2 SiCl4 Si+2OH-+H2O==== +2H2↑ SiO2+2C Si+2CO↑ SiO2+CaO CaSiO3 SiO2+2OH-==== +H2O +2H+====H2SiO3↓ 主题一 铝及其化合物的有关计算
【主题训练1】(2014·枣庄高一检测)将5.4 g Al投入
200.0 mL 2.0 mol·L-1某溶液中有氢气产生，充分反应后有金属剩余。该溶液可能为 ( )
A.HNO3溶液 B.Ba(OH)2溶液
C.H2SO4溶液 D.HCl溶液【解析】选D。由于硝酸为强氧化性酸，与金属反应不产生氢
气，可以不予考虑。根据铝与强酸、强碱溶液反应的离子方程
式：2Al+6H+====2Al3++3H2↑、2Al+2OH-+2H2O====2 +3H2↑，
5.4 g Al能够分别与0.6 mol H+、0.2 mol OH-恰好反应。金
属有剩余，说明酸或碱不足。B选项中n(OH-)=0.8 mol，C选项
中n(H+)=0.8 mol，D选项中n(H+)=0.4 mol。【主题训练2】某化学兴趣小组用回收的镁铝合金制取氢气。
现有10.8 g镁铝合金，下列说法正确的是 ( )
A.常温下与足量18 mol·L-1H2SO4溶液反应，最多可放出
0.6 mol H2
B.常温下与足量2 mol·L-1HNO3溶液反应，最少可放出
0.45 mol H2C.常温下与足量2 mol·L-1H2SO4溶液反应，放出H2的物质的量在0.45～0.6 mol之间
D.常温下与足量2 mol·L-1NaOH溶液反应，放出H2的物质的量在0.45～0.6 mol之间【解析】选C。镁与浓硫酸反应生成SO2，铝遇浓硫酸发生钝
化，A项错误；镁、铝与稀硝酸反应生成NO，B项错误；与足量
2 mol·L-1H2SO4溶液反应，当10.8 g合金完全是镁时，产生氢
气0.45 mol，当10.8 g合金完全是铝时，产生氢气0.6 mol，C
项正确；与足量2 mol·L-1NaOH溶液反应，当10.8 g合金完全
是镁时，不产生氢气，当10.8 g合金完全是铝时，产生氢气
0.6 mol，D项错误。【名师点拨】Al3+与NaOH、KOH等强碱反应时有关沉淀的量
的计算
基本反应：
Al3++3OH-====Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-==== +2H2O向铝盐溶液中逐渐加入NaOH溶液，生成沉淀的量与加入溶液的量的关系如图。(1)已知Al3+以及NaOH的量，计算生成沉淀的量。(2)已知Al3+以及生成沉淀的量，计算反应的NaOH的量。
由图像可以看出，已知Al3+以及生成沉淀的量，反应的NaOH的量有两种可能，对应图中的b、c两点，要注意讨论。
①NaOH相对于Al3+不足，沉淀恰好生成，对应图中的b点；
②NaOH相对于Al3+过量，完全沉淀后部分溶解，对应图中的c点。主题二 铜、铁及其化合物的性质及推断
【主题训练1】(2014·六安高一检测)amol的下列铁及其化合物分别与足量的稀硝酸反应(假设还原产物只有一种)，消耗硝酸的物质的量均可看作两部分，一部分为作氧化剂的硝酸，另一部分为起酸作用的(即以硝酸根离子的形式存在于反应后的溶液中维持溶液的电中性)硝酸，下列各项中消耗的硝酸的物质的量正确的是 ( )①Fe：3a+a； ②Fe3O4：
③Fe(OH)2： ④FeSO4：
A.①②③④ B.只有①②
C.只有③④ D.只有①②③【解析】选A。根据题意硝酸足量，都生成三价铁，故①、②、③、④中起酸作用的硝酸分别为3amol、9amol、3amol和amol；①中作氧化剂的硝酸为amol，②、③、④中作氧化剂的硝酸都是a/3 mol，故全部正确。【主题训练2】根据下列框图回答问题(答题时，方程式中的M、E用所对应的元素符号表示)：(1)写出M溶于稀硫酸和H2O2混合液反应的化学方程式：
。
(2)某同学取X的溶液，酸化后加入KI-淀粉溶液，变为蓝色。写出与上述变化过程相关的离子方程式：
、
。
(3)写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式：
。
(4)X转化为Y时，溶液的颜色变化为 ；
用实验验证Y中是否含有X： 。【解析】本题主要考查氧化还原反应、铁的化合物等知识点。(1)红色金属为铜，与硫酸、双氧水反应生成蓝色硫酸铜溶液，双氧水作氧化剂，硫酸起酸性作用，Cu+H2O2+H2SO4====CuSO4+2H2O。
(2)根据与硫氰化钾溶液反应呈红色知，Y含有Fe3+，金属E为Fe，X为FeSO4，与硫酸、双氧水反应生成硫酸铁，FeSO4在通常状况下也能被氧化为Fe3+，Fe3+能氧化I-，能使淀粉碘化钾溶液变蓝。涉及反应：
4Fe2++O2+4H+====4Fe3++2H2O，2Fe3++2I-====2Fe2++I2。(3)Z为Fe(OH)3，能在碱性条件下被氯气氧化为K2FeO4，氯气被还原为KCl，根据得失电子守恒配平方程式，10KOH+3Cl2+2Fe(OH)3====2K2FeO4+6KCl+8H2O，产物中有水生成。
(4)证明Y中是否含有X，即证明Fe3+中是否含有Fe2+，利用Fe2+的还原性，向其中加入酸性高锰酸钾溶液，看其是否褪色。答案：(1)Cu+H2O2+H2SO4====CuSO4+2H2O
(2)4Fe2++O2+4H+====4Fe3++2H2O
2Fe3++2I-====2Fe2++I2
(3)10KOH+3Cl2+2Fe(OH)3====2K2FeO4+6KCl+8H2O
(4)由浅绿色转变为棕黄色 向Y溶液中加入酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾褪色，则证明含有X，反之，则无【名师点拨】有关铁与硝酸反应的计算问题
1.硝酸的作用及其量的确定：铁与硝酸的反应中，硝酸一部分表现氧化剂作用，一部分表现酸性作用。作为氧化剂的硝酸可以根据氧化还原反应中得失电子守恒的方法确定，作为酸性作用的硝酸可以通过金属铁的物质的量确定，即铁的物质的量与铁的价态之积。2.铁与稀硝酸的反应：随着两者量的不同，生成的氧化产物亦不同，可用讨论的方法确定。
①Fe+4HNO3(稀)====Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
②Fe+2Fe(NO3)3====3Fe(NO3)2
①×2+②可得：③3Fe+8HNO3(稀)====3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O当 时，硝酸过量，按①式计算。
当 时，铁过量，按③式计算。
当 时，可依据①②或①③进行计算。
无论二者的量如何变化，铁遇稀硝酸反应，被还原的HNO3与参加反应的HNO3的物质的量之比总是1∶4。3.铁与浓硝酸的反应：常温下，铁遇浓硝酸发生钝化。在加
热条件下，二者反应生成NO2，Fe+6HNO3(浓) Fe(NO3)3+
3NO2↑+3H2O。但随着反应的进行，硝酸变稀，就会有NO生
成，解这类题时要注意实际的反应过程。【知识备选】
解答框图推断题的常见突破口
1.物质特征颜色可作为“突破口”：
(1)常见火焰颜色。蓝色：CO在空气中燃烧；淡蓝色：H2S、H2在空气中燃烧；苍白色：H2在Cl2中燃烧；不同金属的特征焰色反应。
(2)常见物质本身颜色。气体：Cl2(黄绿色)、NO2(红棕色)；液体：Br2(红棕色)；固体：CuO、FeO、MnO2、C、Fe3O4、Fe(黑色)。(3)溶液颜色。Cu2+(蓝、绿色)、Fe3+(浅黄色)、KMnO4(紫红色)、Fe2+(浅绿色)。
(4)沉淀颜色。Mg(OH)2、Al(OH)3、BaSO4、BaCO3、BaSO3、CaCO3(白色)，Cu(OH)2(蓝色)，Fe(OH)3(红褐色)，AgCl(白色)，AgBr(浅黄色)，AgI、Ag3PO4(黄色)。2.物质呈现的特征状态可作为“突破口”：
(1)常见的气体单质。如：H2、N2、O2、Cl2、F2。
(2)常温、常压下常见的液态物质。如：单质Br2、化合物H2O。
(3)出现烟、雾及烟雾的物质。空气中出现白雾的物质：HCl、HBr、HI；空气中出现白烟的物质：NH3+HCl和NH3+HNO3；燃烧时出现棕黄色烟雾的物质：Cu+Cl2。3.一些物质的特殊性质可作为“突破口”：
(1)气体：①溶于水显碱性的气体唯有NH3；②空气中极易由无色变为红棕色的气体唯有NO；③遇酚酞变红的气体一定是氨气。(2)离子：①遇KSCN呈红色溶液、遇OH-生成红褐色沉淀的唯有
Fe3+；②遇Ba2+生成白色沉淀不溶于盐酸的只有 ；③遇
Ag+生成不溶于稀硝酸的白色沉淀的唯有Cl-；生成浅黄色沉淀
的为Br-；生成黄色沉淀的为I-；④可与盐酸反应产生有刺激
性气味的无色气体，且通入品红溶液中能使之褪色，加热后又
复原的只有含 的物质；⑤通入CO2能产生不溶于任何酸的
白色胶状沉淀的溶液中一定含 ；⑥向某一溶液中加入碱
液，产生白色沉淀进而变为灰绿色，最终为红褐色，该溶液中
必含Fe2+。(3)固体：①在一定条件下能漂白有色物质的淡黄色固体唯有Na2O2；②在空气中能自燃的固体物质唯有白磷；③能与NaOH溶液作用产生H2的金属只有Al和Si；④能与浓硫酸、Cu共热产生红棕色气体的盐只有硝酸盐；⑤可溶于NaOH溶液的白色沉淀物只有Al(OH)3；⑥可溶于NaOH溶液的金属氧化物只有Al2O3；⑦可溶于氢氟酸的酸性氧化物只有SiO2。
