苏教版-高中化学必修一-铝铁铜知识点总结整理.doc

一、铝
教学目标
　　　　1.认识铝既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应。
　　　　2.通过比较归纳，使学生了解金属的一般化学性质和特性，从而对金属的化学性质有一个整体的认识。
3、氢氧化亚铁的制法。
教学重点、难点
重点：铝与NaOH溶液的反应，氢氧化亚铁的制法
难点：铝与NaOH溶液的反应
一、 金属与合金
常温下，除汞外是液体外，其余的均为固体。大多数金属呈银白色，不透明，有金属光泽，有延展性，均为电和热的良导体。

二、铝
（1）铝在常温下能很快被氧化，形成致密的氧化膜，因而具有一定的抗腐蚀性。
（2）跟酸的反应
非氧化性酸：2Al 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
强氧化性酸：常温下铝遇浓硫酸或浓硝酸，会在铝表面生成致密的氧化膜而发生钝化。
高温
高温
（3）跟碱的反应
　　铝能和强碱溶液反应。该反应可理解为铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝，氢氧化铝再和强碱反应生成偏铝酸盐：
　　2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑　 Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
　　简写为：2Al + 2H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 3H2↑
（4）与氧化物的反应：
　铝热反应：2Al ＋ Fe2O3 ==== Al2O3 ＋ 2Fe　2Al ＋ Cr2O3 ==== Al2O3 ＋ 2Cr
特点： 放出大量热，使生成的金属呈液态。本质：铝从金属氧化物中夺取氧，表现出很强的还原性。
应用：焊接钢轨和冶炼某些难熔金属（如V、Cr、Mn等）。
（5） 制法
1）铝土矿制备铝的步骤和原理：
过量NaOH溶液
过量的CO2

步骤：铝土矿　　　　　　溶解　　　　　　过滤　　　　　　　酸化　　　　　过滤
　　　　　 （NaAlO2） 　　　　　　　（Al(OH)3 ）
　　　　　　灼烧　　　　　　　电解　　　　　　铝
（Al2O3 ） 　　　　　　　　　　　　（　Al）
有关反应方程式：
溶解：Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O酸化：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
灼烧：2Al(OH)3 Al2O3+3H2O 电解：2Al2O34Al+3O2↑
2） 实验室制法
Al3+跟氨水反应；AlO2+与二氧化碳和水反应

（6）Al2O3的两性
Al2O3+3H2SO4====Al2(SO4)3+3H2O
Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O
（7）铝的氢氧化物
Al(OH)3的两性：溶于过量的强酸和强碱
　　 　　　Al(OH)3+NaOH====NaAlO2+2H2O
　　　　　 Al(OH)3+3HCl==== AlCl3+3H2O
用途：（1）耐火材料(Al2O3熔点高)（2）冶炼金属铝

【例题解析】：
例1．（1）100 mL 1 mol·L-1的AlCl3溶液与60 mL 6 mol·L-1的KOH溶液混合后，生成沉淀的质量是_______g。
　　（2）若在200 mL 0.5 mol·L-1的Al2(SO4)3溶液中加入2 mol·L-1的NaOH溶液，可得到7.8 g Al(OH)3沉淀，则NaOH溶液的体积为_________mL。
　　解析：（1）n(Al3+)=0.1 L × 1 mol·L-1=0.1 mol　　n(OH-)=0.06 L × 6 mol·L-1=0.36 mol
　　Al3+　 ~　 3OH-　 ~　 Al(OH)3 　　　Al(OH)3　 ~　 OH-　 ~　 AlO2-
　　1　　　　　 3　　　　　1　　　　　　 1　　　　　　 1
　　0.1　　　　 0.3　　　0.1 (生成)　　 0.06　　　0.36-0.3
　　(继续溶解)　∴n(Al(OH)3)=0.1 mol－0.06 mol=0.04 mol
　　∴mAl(OH)3=78 g/mol × 0.04 mol3.12g
　　（2）n(Al(OH)3)= =0.1mol
　　n(Al3+)=0.2L×0.5mol/L×2=0.2mol
　　画出NaOH溶液滴入Al2(SO4)3溶液中生成沉淀的图像。
　　∵Al3++3OH-=Al(OH)3↓　　Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
　　∴当NaOH溶液刚滴入Al2(SO4)3中，立即生成沉淀，n(OH-)=3n(Al3+)=0.6mol时，沉淀量最大，n(Al(OH)3)=0.2mol；随着NaOH溶液继续滴加，溶液中无Al3+，Al(OH)3与过量NaOH生成NaAlO2而溶解，当过量n(NaOH)=n(Al3+)时，Al(OH)3完全溶解。
　　由图可知：当n(Al(OH)3)=0.1 mol时，对应2个NaOH值。
　　a=0.3mol (NaOH不足)
　　VNaOH= = =0.15L=150mL　
　　b=0.7mol (NaOH过量)
　　VNaOH= =0.35L=350mL
例2． 向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液，沉淀的物质的量随Ba(OH)2物质的量的变化曲线图（如图），请指出A、B两点的意义 ，OA与AB段发生反应的离子方程式。
解析：本题要求能够在熟练掌握Al3＋与OH―反应的基础上，充分对化学反应的本质有清楚的认识。明矾KAl(SO4)2·12H2O在水溶液中存在下面的电离方式：KAl(SO4)2=K＋+Al3＋+2SO42―，加入Ba(OH)2后，Ba2＋要和SO42―生成BaSO4沉淀，Al3＋要和OH―先生成沉淀Al(OH)3，随着Ba(OH)2的加入Al(OH)3又要和OH―生成AlO2―溶解，所以要全面考虑本题中所给的各离子之间的关系，在开始加入Ba(OH)2时BaSO4和Al(OH)3同时沉淀，当Al3＋全部沉淀时，Ba2＋还没有完全沉淀，而当Ba2＋全部沉淀时，Al3＋转变成了AlO2―。
答案： A点表示生成的全部Al(OH)3和部分BaSO4沉淀，B 点表示此时的沉淀全部为BaSO4。OA段的离子方程式为：Al3＋+3OH―=Al(OH)3↓ Ba2＋+SO42―=BaSO4↓，AB段的离子方程式为：Al(OH)3+OH―=AlO2―。
二、铁、铜的获取及应用

课堂练习：
孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3，还含少量Fe、Si的化合物。实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O及CaCO3，步骤如下：
[来源:学科网ZXXK]
请回答下列问题：
(1)溶液A中的金属离子有Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋。从下列所给试剂中选择：实验步骤中试剂①为________(填代号)，检验溶液A中Fe3＋的最佳试剂为________(填代号)。
a．KMnO4 b．(NH4)2S c．H2O2 d．KSCN
(2)由溶液C获得CuSO4·5H2O，需要经过加热蒸发、________、过滤等操作。除烧杯、漏斗外，过滤操作还用到另一玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是________________。
(3)制备CaCO3时，应向CaCl2溶液中先通入(或先加入)________(填化学式)。若实验过程中有氨气逸出，应选用下列________(填代号)装置回收。

(4)欲测定溶液A中Fe2＋的浓度，需要用容量瓶配制某标准溶液，定容时视线应________，直到________。用KMnO4标准溶液滴定时应选用________管(填“酸式”或“碱式”)滴定。
解析：(1)由题意分析可知试剂①应为氧化剂，将Fe2＋氧化为Fe3＋且不能引入新的杂质，故为H2O2；KSCN与Fe3＋反应呈明显的血红色。
(2)由溶液到晶体的操作是加热蒸发、冷却结晶、过滤等基本操作；在过滤操作中用到的玻璃仪器除烧杯、漏斗外，还用到玻璃棒，它的主要作用是引流。
(3)应先向CaCl2溶液中加入碱性物质并且不引入新杂质，故应加NH3·H2O。NH3的溶解度很大，应选用一套防止倒吸的装置，故选b。
(4)用容量瓶配制溶液定容时视线应平视凹液面，直到凹液面的最低点与刻度线相切；KMnO4溶液具有强氧化性，能氧化碱式滴定管中的橡胶管，故选用酸式滴定管。
答案1)c　d　(2)冷却结晶　引流　(3)NH3·H2O或NH3　b　(4)平视凹液面(或平视刻度线)　凹液面的最低点与刻度线相切　酸式
防止金属腐蚀的方法
(1)非金属保护层。将耐腐蚀的非金属物质，如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料(如塑料、橡胶、聚酯)等，涂在要保护的金属表面上，使金属与腐蚀介质隔离。
(2)金属保护层。用耐腐蚀性较强的金属或合金，覆盖被保护的金属表面，覆盖的方法有电镀、热喷镀、真空镀等。按防腐蚀的电化学性质来说，保护层可分为阳极保护层和阴极保护层。阳极保护层金属的标准电极电位比基体金属低，例如镀锌铁板，锌为阳极，铁为阴极。阴极保护层金属的标准电极电位比基体金属高，例如镀锡铁板，锡为阴极，铁为阳极。就保护层将金属和环境隔离的作用而言，两种保护层无本质区别。但当保护层受到损坏变得不完整时， 情况就不同了。如前所述，阴极保护层将使基体金属成为阳极，造成孔蚀。阳极保护层，如镀锌铁板，此时锌为阳极，基体金属铁是阴极，受到腐蚀的是镀层锌，而非铁。直到镀层受到相当大的破坏，不能对基体金属起保护作用时，基体金属才开始腐蚀。
(3)化学保护。①牺牲阳极保护法。将标准电极电位较低的金属和需要保护的金属连 接起来，构成原电池。这时，需要保护的金属因电极电位较高成为阴极，不受腐蚀，得到保 护。另一个电极电位较低的金属是阳极，被腐蚀。例如，海上航行的船舶，在船底四周镶嵌锌块。这时，船体是阴极，受到保护，锌块是阳极，代替船体被腐蚀。这种保护法保护了阴极，牺牲了阳极，故称牺牲阳极保护法。②阴极保护法。这是利用外加电源来保护金属，把需要保护的金属接在负极上，成为阴极而避免腐蚀。另外取一些铁块接到正极上，使之成 为阳极，让其腐蚀，实际上也是牺牲阳极。和上面的方法所不同的是，这里由外电源提供电 流，而不是由电池本身提供电流。化工厂的一些酸性溶液贮槽或管道，以及地—厂水管、输袖 管等，常用这种方法防腐。③阳极保护法。这也是利用外加直流电源来保护金属，把需要 保护的金属接在正极上，成为阳极。理论上说，这应该加速金属腐蚀。但对——些能形成保 护性氧化膜的金属，并非一定加速金属腐蚀。相反，在适当的电位范围内，由于阳极上氧化 作用加剧，在金属表面形成一个完整的氧化膜层，使金属得到保护，腐蚀电流明显下降。这 种现象叫做金属的电化学钝化。阳极保护就是将能够钝化的金属，在外加阳极电流的作用下，使其钝化而得到保护。
(4)加缓蚀剂保护。缓蚀剂是一种化学物质，将它少量地加到腐蚀介质中，就可显著地减 小金属腐蚀的速率。由于缓蚀剂用量少，简便且经济，故是——种常用的防腐手段。
3．Fe2+与Fe3+的转化

Fe2+在水溶液中显浅绿色，Fe3+在水溶液中显棕黄色。
Fe2+是铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，以还原性为主，亚铁盐溶液露置在空气中会被氧气氧化成Fe3+。常见反应有：
2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O
2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O
Fe3+体现氧化性，遇到还原剂可以被还原成Fe2+或Fe。可以将它还原成Fe2+的主要反应有：
2Fe3++Fe＝3Fe2+
2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+
2Fe3++2I-＝2Fe2+2I2
2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+
Fe2+与Fe3+以及其他金属阳离子的氧化性顺序如下：

可以发现Fe2+与Fe3+的氧化性差异很大。
习题
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，所剩余的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+
解析：解此题要掌握单质铁有还原性能和Cu2+、H+、Fe3+反应。另外，铁能被磁铁吸引是铁的一种重要物理性质。现在Fe单质有剩余则Cu2+、H+、Fe3+分别被还原为H2、Cu、Fe2+，故溶液中Fe2+最多，答案为C。
2．将54.4 g铁和氧化铁的混合物，投入足量的稀H2SO4中，充分反应后收到4.48 L H2（标况），并测得溶液中既没有铁离子也没有固体残留。求原混合物中铁和氧化铁质量各为多少克？
解析：将Fe 、Fe2O3 的混合物溶于H2SO4后，Fe 和Fe2O3分别生成FeSO4、H2和Fe2(SO4)3 ，这时Fe还可以和Fe3+反应,即铁和两种物质都发生了反应，而反应后无Fe3+和Fe，说明上述反应恰好将Fe3+和Fe完全转化为Fe2+。
答案：混合物中含铁22.4克，Fe2O3 32克，反应消耗H2SO4 0.8 mol。
3．两种金属组成的混合物共20 g，与足量的盐酸充分反应后，共放出氢气1 g，则原混合物中的组成不可能的是 ( )
A. Zn和Mg B. Fe和Mg C. Zn和Fe D. Fe和Cu
解析：根据金属与盐酸反应的化学方程式可得如下关系式：
Mg ～ H2 Fe ～ H2 Zn ～ H2 Cu不与盐酸反应，
24 2 56 2 65 2
由上可知，与盐酸反应生成1 g氢气，Mg需12 g，Fe需28 g，Zn需32.5 g。若要使与盐酸反应生成1 g氢气，而混合金属为20 g，则要求混合金属中一种的质量应小于20 g(如Mg)，和另一个大于20 g（如Fe、Zn）或不生成氢气的铜组合才行。
答案：CD。
4.铁氧体法是处理含铬有毒废水的常用方法.其原理是：用FeSO4把废水中Cr2O72-离子还原为Cr3+离子，并通过调节PH值，使生成物组成符合类似于Fe3O4（铁氧体）的复合氧化物Cr3+xFe3+2-xFe2+O4.
问：处理废水时，需加至少为废水中铬（用CrO3表示）的质量多少倍的固体FeSO4·7H2O？实际处理时可能怎样?
解析：本题是新信息与已有知识结合类型的能力性测试题，要求具有较强的观察能力及逻辑思维能力.Cr3+xFe3+2-xFe2+O4就是R3O4，即M2O3·FeO，其中M3+有一部分是Fe3+，另一部分是Cr3+.
那么Cr3+、Fe3+从哪里来?有何比例呢?
由题意知发生的反应式为：
Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O
从反应不难看出n(Cr3+)∶n(Fe3+)=1∶3.要符合M2O3·FeO的组成，即n(M3+)∶n(Fe2+)=2∶1，当有4 mol M3+(1 mol Cr3+和3 mol Fe3+)时，应还需2 mol Fe2+，所以一共需要用5 mol FeSO4·7H2O.
故加入FeSO4·7H2O的质量为CrO3的倍数为：
==13.9
实际上用量可能要比理论值大，因为绿矾比较容易被氧化而变质.