金属专题二——镁、铝、铁3．其它常见的金属（如Mg、Al、Fe） [考点扫描] 1．Mg、Al的性质。 2．Al2O3和Al(OH)3的两性。 3．铁的化学性质。 4．铁的氧化物和铁的氢氧化物。 5．Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化关系。 6．Fe2+、Fe3+的检验。 [知识指津] 1．Mg、Al的性质 (1)物理性质：镁、铝都是密度小、熔点低、硬度较小的银白色金属，但镁与铝相比较，铝的硬度、密度都比镁大，熔沸点都比镁高。二者都有良好的导热、导电性能及韧性和延展性。 (2)镁、铝化学性质及用途比较 镁铝与非金属反应与X2、O2、S、N2等反应，如：Mg＋SMgS,2Mg＋O22MgO与X2、O2、S等反应，如：2Al＋3SAl2S3，4Al＋3O22Al2O3与酸反应Mg＋2H+＝Mg2+＋H2↑，与氧化性酸浓H2SO4、HNO3反应较为复杂2Al＋6H+＝2Al3+＋3H2↑，室温时，在浓硫酸、浓硝酸中钝化与水反应Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑生成的Mg(OH)2能使酚酞试液变红去掉氧化膜的Al与沸水缓慢反应2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑与碱反应不反应2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑与氧化物反应(干态置换)2Mg＋CO22MgO＋C镁着火，不能用CO2灭之2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe(铝热反应)用 途照明弹，制合金等导线、电缆、炊具、化工、合金 2．Al2O3 Al2O3是一种白色难熔的物质，不溶于水，是冶炼金属铝的原料，也是一种比较好的耐火材料。是典型的两性氧化物，Al2O3＋6H+＝2Al3+＋3H2O，Al2O3＋2OH-＝2AlO2-＋H2O 3．Al(OH)3 Al(OH)3是几乎不溶于水的白色胶状物质，能凝聚水中的悬浮物，又能吸附色素，是典型的两性氢氧化物，在酸或强碱中都能溶解，能用平衡移动原理解释，其两性电离12\n方程式如下： H2O＋AlO2-＋H+Al(OH)3Al3+＋3OH- 酸式电离 碱式电离 4．“铝三角”及其应用――典型复分解关系 (1)“铝三角”系指Al3+、Al(OH)3、AlO2-相互依存的三角关系；有关离子方程式为： Al3+＋3OH-＝Al(OH)3↓或Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+ Al(OH)3＋OH-＝AlO2-＋2H2O，AlO2-＋4H+＝Al3+＋2H2O； Al3+＋4OH-＝AlO2-＋2H2O，AlO2-＋H+＋H2O＝Al(OH)3↓ 或AlO2-＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3＋HCO3-，Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O (2)应用 ①制取Al(OH)3，最好用铝盐与氨水作用或将CO2通人偏铝酸盐中； ②离子共存问题：Al3+与S2-、AlO2-、HCO3-、CO32-因相互促进水解而不能大量共存，AlO2-与H+、NH4+、Al3+、Fe3+等不能大量共存。有关离子方程式如下： Al3++3AlO2-＋6H2O＝4Al(OH)3↓，Al3+＋3HCO3-＝Al(OH)3↓＋CO2↑，2Al3+＋3S2-＋6H2O＝2Al(OH)3↓＋3H2S↑ AlO2-＋NH4+＋H2O＝Al(OH)3↓＋NH3↑，3AlO2-＋Fe3+＋6H2O＝3Al(OH)3↓＋Fe(OH)3↓ 5．铝的图像 (1)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量。图1所示。 (2)向AlCl3溶液中滴加氨水至过量。图2所示。 (3)向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液直至过量。图3所示。 (4)向NaAlO2溶液中滴加盐酸直至过量。图4所示。 (5)向盐酸中滴入NaAlO2溶液直至过量。图5所示。 (6)向NaAlO2溶液中通人CO2直至过量。图6所示。12\n 6．既能与酸又能与碱反应的物质 ⑴某些单质如Al、Si等； ⑵两性氧化物如Al2O3； ⑶两性氢氧化物如Al(OH)3； ⑷弱酸的铵盐如CH3COONH4、(NH4)2CO3、(NH4)2S等； ⑸多元弱酸的酸式盐如NaHCO3、NaH2PO4等； ⑹氨基酸、蛋白质等。 7．铁的性质铁位于周期表中第四周期第Ⅷ族，常见的化合价有＋2、＋3价。化学性质比较活泼，能与许多物质发生化学反应： ①与非金属反应，3Fe＋2O2Fe3O4、2Fe＋3Cl22FeCl3、Fe＋SFeS； ②与水反应，3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2； ③与酸反应，Fe＋2H+＝Fe2+＋H2↑，常温下与浓硫酸、浓硝酸发生钝化； ④与某些盐溶液的反应，如Fe＋Cu2+＝Fe2+＋Cu。 8．铁的重要化合物 (1)氧化物，铁南主要氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4等，其性质见下表：铁的氧化物FeOFe2O3Fe3O412\n俗 名――铁红磁性氧化铁色 态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体稳定性不稳定稳定稳定水溶性不溶不溶不溶与HCl反应FeO+2HCl=FeCl2+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OFe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O与CO反应FexO2＋yCOyCO2＋xFe与Al反应3FexOy＋2yAlyAl2O3＋3xFe 注： ①三种氧化物中Fe3O4最为稳定，Fe3O4在Fe的表面能起到保护作用，防止生锈。 ②Fe3O4可写成FeO·Fe2O3； ③FeO遇到强氧化性的酸如HNO3等发生氧化还原反应。 (2)铁的氢氧化物铁的氢氧化物Fe(OH)2弱碱Fe(OH)3弱碱色 态白色固体红褐色固体稳定性不稳定，在空气中易被氧化4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3白色→灰绿色→红褐色受热分解2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O与酸反应Fe(OH)2＋2H+=Fe2+＋2H2OFe(OH)3＋3H+=Fe3+＋3H2O制 备相应盐与氨水或强碱作用Fe2+＋2OH-＝Fe(OH)2↓相应盐与氨水或强碱作用Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓ 注： Fe(OH)2在水中稳定存在的寿命只有几秒钟。在实验室制取Fe(OH)2时，一定要用新制的Fe2+盐和NaOH溶液，且滴管末端插入试管的液面下，再滴加NaOH溶液。Fe(OH)2与氧化性酸发生氧化还原反应；Fe2+在水溶液中显浅绿色，Fe3+在水中呈黄色。 (3)铁及其化合物间的相互转化――铁三角，典型的氧化还原反应 注： ①Fe遇到强氧化剂时，直接被氧化成Fe3+，而遇到弱氧化剂时，被氧化成Fe2+，同样Fe2+只有碰到强氧化剂才能被氧化成Fe3+。12\n ②常见Fe2+转变为Fe3+的离子方程式有： 2Fe2+＋X2＝2Fe3+＋2X-(X＝Cl、Br) 4Fe2+＋4H+＋O2＝4Fe3+＋2H2O 2Fe2+＋H2O2＋2H+＝2Fe3+＋2H2O 3Fe2+＋4H+＋NO3-＝3Fe3+＋2H2O＋NO↑ ③常见Fe3+转化为Fe2+的离子方程式有： 2Fe3+＋Fe＝3Fe2+，2Fe3+＋2I-＝I2＋2Fe2+，2Fe3+＋SO2+2H2O＝2Fe2+＋SO42-＋4H+ 9．Fe2+、Fe3+的检验 方法一：加入强碱或氨水溶液，立即产生红褐色沉淀的为Fe3+，而产生白色沉淀→灰绿色→红褐色沉淀的为Fe2+； 方法二：滴入KSCN溶液，溶液变成红色的为Fe3+，而无明显现象的为Fe2+。 [范例点击] 例1 将等物质的量的镁和铝相混合，平均分成4份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出氢气最多的是( ) A．3mol·L-1的HCl B．4mol·L-1的HNO3 C．8mol·L-1的NaOH D．18mol·L-1的H2SO4 解析 由于Mg、Al与HNO3及浓H2SO4均无H2放出，排除B、D；Mg、Al与HCl均能反应，放出H2，而与NaOH溶液作用，只有Al才能反应，故本题答案为A。 答案 A 例2 将amolNa和amolAl一同投入到mg足量H2O中，所得溶液的密度为dg·L-1，该溶液里溶质的质量分数为( ) A．12\n B． C． D． 解析 本题中涉及的反应有：2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑，去掉中间产物NaOH，有关系式：Na＋Al＋2H2O＝NaAlO2＋2H2↑，amolNa与amolAl正好完全反应，生成amolNaAlO和2amolH2， 答案 C 例3 写出以明矾、三氧化二铬为主要原料(其它无机试剂任选)制取金属铬的有关化学方程式： ________________；________________；________________；________________。 解析 铬常用铝热反应制得，而金属铝可通过Al2O3电解法而制得。 Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+， 2Al(OH)3Al2O3＋3H2O 2Al2O34Al＋3O2↑ 2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3 例4 往100mL1mol·L-1的AlCl3溶液中滴加1mol·L-1的NaOH溶液得沉淀3.9g，则加入NaOH溶液的体积可能是多少mL? 解析 n(Al3+)＝0.1L×1mol·L-1＝0.1mol，而n[Al(OH)3)]=＝0.05mol，说明Al元素并没有全部形成沉淀，故有两解。 第一种情况：NaOH不足，n(NaOH)＝0.05mol×3＝0.15mol，v[NaOH(aq)]==150mL 第二种情况：Al3+12\n先与NaOH全部形成沉淀，后再溶解一部分，n(NaOH)＝0.1mol×3＋0.05mol＝0.35mol，v[NaOH(aq)]=＝350mL。 答案 150mL或350mL 例5 下列反应中，铁只能生成高价化合物的是( ) A．过量铁粉与稀硝酸反应 B．铁粉与硫蒸气反应 C．铁粉与过量的浓硫酸共热 D．红热的铁粉与水蒸气反应 解析 选项A中Fe元素的变化是：FeFe3+Fe2+；B选项中Fe变成FeS；C选项中由于浓H2SO4是强氧化剂且条件是加热，Fe被氧化成高价；D选项中Fe与H2O(气)作用，生成Fe3O4。故答案C。 答案 C 例6 某溶液中有NH4+、Mg2+、Al3+四种离子，若向其中加入过量的氢氧化钠溶液，微热搅拌，再加入过量盐酸，溶液中大量减少的阳离子是( ) A．NH4+ B．Mg2+ C．Fe2+ D．Al3+ 解析 四种离子的变化情况分别是： NH4+NH3↑(逸出)； Mg2+Mg(OH)2↓Mg2+； Fe2+Fe(OH)2↓Fe(OH)3↓Fe3+； Al3+Al(OH)3↓AlO2-Al(OH)3↓Al3+。 答案 A、C 例7 试样X由氧化亚铁和氧化铜组成。取质量相等的两份试样按下图所示进行实验：12\n (1)请写出步骤③中所发生的反应的离子方程式：________________。 (2)若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反应后，生成的不溶物W的质量是m，则每份试样X中氧化铜的质量为________________(用m表示)。 解析 溶液Y中的离子为Fe2+、Cu2+、H+和Cl-，粉末Z是Fe、Cu的混合物，故③中的反应是：Fe＋Cu2+=Fe2++Cu，Fe＋2H+=H2↑＋Fe2+；不溶物W应该是Cu，故每份中产生的铜应该是，由CuO～Cu，得每份CuO的质量为0.625m。 答案 (1)Fe＋Cu2+=Fe2++Cu，Fe＋2H+=H2↑＋Fe2+ (2)0.625m 例8 在2.0LCuSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中，加入30gFe粉，最后得到2.0L0.25mol·L-1的FeSO4溶液及26g固体沉淀物，试求原混合液中CuSO4和Fe2(SO4)3物质的量浓度。 解析 题中共涉及两个反应：Fe＋Fe2(SO4)3=3FeSO4，Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，由于最后得到FeSO4溶液，故Fe应过量。设CuSO4物质的量浓度为x，Fe2(SO4)3物质的量浓度为y，列方程组可解得。 由于n(SO42-)不变，有方程： 2x＋6y=2.0L×0.25mol·L-1 (1) 反应前固体铁与溶液中铁、铜元素总质量与反应后固体中铁、铜与溶液中铁元素总质量相等。反应前，铜、铁元素总质量为： 30g＋2x×64g·mol-1+2y×2×56g·mol-1 反应后，铜、铁元素总质量为：2.0L×0.25mol·L-1×56g·mol-1＋26g，即有方程： 30g＋2x×64g·mol-1＋4y×56g·mol-1＝26g＋2.0L×0.25mol·L-1×56g·mol-1 (2) 联立(1)、(2)得：x=0.10mol·L-1，y=0.05mol·L-1 答案 c(CuSO4)＝0.10mol·L-1 c[Fe2(SO4)3]＝0.05mol·L-1 [变式操练] 1．将Mg、Al混合粉末10.2g溶于4mol·L-1的盐酸500mL里。若加入2mol·L-1的NaOH溶液，使得沉淀达到最大量，则需加入此种NaOH溶液为( ) A．1000mL B．500mL C．100mL D．1500mL 答案 A 2．将500mL浓度为amol·L-1的NaOH溶液滴加到500mL浓度为bmol·L-1的AlCl3溶液中。试推导a、b的关系，并计算能得到Al(OH)312\n的物质的量。 答案 分三种情况讨沦： ①NaOH不足，即a≤3b时，n[Al(OH)3]= ②NaOH足量，但生成的Al(OH)3不能全溶时，即3b<a<4b，n[Al(OH)3]＝(0.20b-0.05a)mol ③NaOH过量，生成的Al(OH)3全溶时，即a≥4b，n[Al(OH)3]＝0 3．为了除去氯化镁酸性溶液中的Fe3+离子，可在加热搅拌的条件下加入一种试剂，过滤后再加入适量盐酸。这种试剂是( ) A．氧化镁 B．氢氧化钠 C．碳酸钠 D．碳酸镁 答案 AD 4．铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中使用的一种新型净水剂，它的氧化性比高锰酸钾更强，本身在反应中被还原为Fe3+。 (1)配平制取铁酸钠的化学方程式： ( )Fe(NO3)2＋( )NaOH＋( )Cl2→( )Na2FeO4＋( )NaNO3＋( )NaCl＋( )H2O，反应中元素________________被氧化，转移电子总数为________________。 (2)铁酸钠之所以能净水，除了能消毒杀菌外，另一个原因是________________。 答案 (1)1、8、2、1、2、4、4；Fe(+2)，4e- (2)还原产物Fe3+发生水解生成Fe(OH)3胶体能吸附杂物 5．称取0.200g某赤铁矿样品，矿样溶解后，使其中的铁转化成Fe2+(所得溶液中不含其它还原性物质)。另取7.90g硫酸铈铵2(NH4)2SO4·Ce(SO4)2·2H2O(摩尔质量632g·mol-1)，溶解后稀释至250mL。取30.0mL该溶液恰好与上述的Fe2+溶液完全反应。反应的离子方程式为：Ce4+＋Fe2+＝Ce3+＋Fe3+。请计算该矿样中Fe2O3的质量分数(Fe2O3的摩尔质量为160g·mol-1) 答案 3.60％ [配套练习] 1．下列的金属冶炼法，通常不宜采用的是( ) A．用加热法制金属汞 B．用电解法制金属铝 C．用还原法制金属锌 D．用铝热法制金属铬 [答案] A12\n [解析] 金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属单质。根据金属的化学活泼性不同，分为三种常用的冶炼方法，热分解法：适用于活泼性较差的金属，如汞、银；热还原法：适用于金属活泼性介于Mg～Cu之间的大多数金属；电解法：适用于金属活泼性很强的金属，一般位于金属活动顺序表中铝前面的金属。 [评说] 考纲要求“了解金属的通性，金属冶炼的一般原理”、“了解常见金属的活动顺序”。此题考查学生对金属冶炼的方法及适用范围的掌握情况，冶炼方法一般以金属活动顺序为载体分类。根据题意，只要识记这些金属冶炼的方法就可解题。 2．下列有关金属元素特征的叙述，正确的是( ) A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性 D．金属元素在化合物中有时显正价，有时显负价 C．金属元素的单质一般都容易导电、导热、有延展性 D．金属元素的单质在常温下均为金属晶体 [答案] C [解析] 有些金属元素具有可变化合价，故当其化合价处于中间价态时既有氧化性又有还原性，A的叙述错误。根据金属离子的核外电子排布判断金属只有正化合价，故B不正确。由于金属具有自由电子，故金属元素的单质一般都容易导电、导热、有延展性，C的叙述正确。大部分金属元素的单质在常温下为金属晶体，但有的例外，如汞，故D的叙述错误。 [评说] 考纲要求“了解金属的通性”。此题考查学生对金属元素通性的理解、识记、分析的能力。 3．Wg铁和铝的混合物，跟足量稀硫酸反应产生H2的体积是相同条件下等质量该混合物跟足量烧碱溶液反应产生H2体积的4倍(相同状况)，则原混合物中铁和铝的质量比为( ) A．28:3 B．14:3 C．9:2 D．5:4 [答案] A [解析] 铝是两性金属，可分别与酸、碱反应，而铁只能与酸反应。金属与酸或碱反应时都是金属作还原剂，故可由金属失电子数来衡量氢气量。设铝为1mol，则1mol铝与烧碱反应时失电子3mol。在与酸反应时，1mol铝同样失电子3mol。为满足等量金属混合物与酸反应时生成的氢气是与碱反应时生成氢气的4倍，即在与酸反应时金属应失的总电子数为12mol，推出铁应失电子数为9mol，而铁与硫酸反应时生成的是亚铁，即1mol铁失2mol电子，故9mol电子需铁4.5mol，说明在混合物中铁与铝的物质的量比是9:2，其质量比为28:3。 [评说] 12\n 考查学生对铁、铝性质的理解和推理、分析问题的能力。由题意可知可用反应式进行解题，但注意最后求的是质量比。 4．我国化学家侯德榜(右图)改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下： (1)上述生产纯碱的方法称________________，副产品的一种用途为________________。 (2)沉淀池中发生的化学反应的方程式是________________。 (3)写出上述流程中X物质的分子式________________。 (4)使原料氯化钠的利用率从70％提高到90％以上，主要是设计了(填上述流程中的编号)的循环，从沉淀池中取出沉淀的操作是________________。 (5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加________________。 (6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品。通氨气的作用有________________。 (a)增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出 (b)使NaHCO3更多地析出 (c)使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度 [答案] (1)联合制碱法或侯德榜制碱法化肥或电解液或制药等 (2)NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓或 NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl (3)CO2 (4)I 过滤 (5)稀硝酸和硝酸银溶液 (6)a、c [解析] (4)从影响平衡移动的角度考虑，提高反应物CO2和NH3的浓度，可使平衡向生成NaHCO3的方向移动，故要使用循环I，使平衡向生成NaHCO3的方向移动。 [评说] 12\n 考查学生对工业上制取纯碱方法(侯氏制碱法)的理解和知识迁移、综合思考问题的能力。从题意要求析出NaHCO3来考虑影响平衡移动的因素，故第6小题可从影响平衡移动的知识来考虑。 5．某无色透明溶液与铝反应放出H2，该溶液中可能含有：H+、K+、Mg2+、Cl-、OH-、CO32-、NO3-等，试推断： 第一种情况：一定有________________，可能有________________； 第二种情况：一定有________________，可能有________________； [答案] 若为酸性溶液，则必有H+，由于H+会与OH-、CO32-反应，故不存在OH-、CO32-；NO3-在酸性条件下具有氧化性，不可能生成氢气，故NO3-也不存在；而由于溶液成电中性，故应有Cl-；可能含有K+、Mg2+。 若溶液呈碱性，则必有OH-；同时没有H+、Mg2+；考虑到溶液成电中性，故应有K+；可能有Cl-、CO32-、NO3-。 [评说] 考查学生对铝的性质的理解和知识的迁移能力、推理分析能力。由题干分析可知溶液是无色透明的，故要考虑离子的颜色；又能与铝反应产生氢气，故溶液要讨论是酸性还是碱性的，由此可解题。12
