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课时1　铁的单质、氧化物和氢氧化物
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目
标
体
系
构
建
1.了解铁的存在、应用、认识、应用铁的化学史，增强文化自信，培养学生“社会责任与科学精神”的核心素养。2.能用氧化还原反应原理认识铁的化学性质，同时根据实验事实探究Fe与H2O(g)的反应，培养学生“实验探究与证据推理”的核心素养。3.通过物质的属类和实验探究铁的氧化物和氢氧化物的主要性质和Fe(OH)2的制备探究，培养学生“科学探究与宏观辨识”的核心素养。
一、铁的单质
1．铁元素的存在
铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位，主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中。
2．铁的冶炼
(1)铁是目前产量最大，使用最广泛的金属。春秋初年，我国已掌握冶铁技术。
(2)工业炼铁的原理是用还原方法把铁从铁矿石中提炼出来。高炉炼铁是用CO还原铁矿石(如Fe2O3)的化学方程式为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。
3．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。
4．铁的化学性质
铁的化学性质比较活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。
(1)铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应
①铁与氯气反应的化学方程式：2Fe＋3Cl22FeCl3。
②加热条件下，铁与弱氧化性的S单质反应的化学方程式：Fe＋SFeS。
③铁与盐酸(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)实验探究铁粉与水蒸气的反应
实验装置
操作现象
用燃着的火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声，证明生成了H2
实验结论
在高温下，铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
微点拨：湿棉花的作用是提供水蒸气。
5．人体中的铁元素
人体中的含铁化合物主要分为两类，即功能性铁和储存铁。人体缺铁，就会发生贫血。我国已实施在某些酱油中加入铁强化剂的措施。
二、铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
－
铁红
磁性氧化铁
颜色和状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价、＋3价
水溶性
不溶
不溶
不溶
与盐酸反应(离子方程式)
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===
2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
与CO的反应
FexOy＋yCOxFe＋yCO2
微点拨：(1)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。(2)12FeO＋2O24Fe3O4。
三、铁的氢氧化物
1．实验探究铁的氢氧化物的生成与转化
在两支试管中分别加入少量的FeCl3溶液和FeSO4溶液，然后各滴入NaOH溶液。
(1)在FeCl3溶液中滴入NaOH溶液，生成红褐色沉淀，原因是Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(填反应的离子方程式)。
(2)在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液，生成白色沉淀，原因是Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(填反应的离子方程式)，沉淀迅速变成灰绿色最后会有红褐色沉淀生成，原因是4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(填反应的化学方程式)。
2．Fe(OH)2、Fe(OH)3的比较
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色和溶解性
白色固体，不溶于水
红褐色固体，不溶于水
稳定性
在空气中易转化为Fe(OH)3
2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O(填化学方程式)
与盐酸反应
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)Fe在空气中燃烧生成黑色的Fe2O3。
(　　)
(2)Fe与所有酸可以反应均生成Fe3＋。
(　　)
(3)FeO、Fe2O3、Fe3O4均为碱性氧化物。
(　　)
(4)Fe(OH)2易转化为Fe(OH)3，表现强氧化性。
(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
2．下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是(　　)
A．反应中有氢气产生
B．此反应需在高温条件下才能发生
C．生成的铁的化合物中铁全部呈＋3价
D．该反应中水作氧化剂
[答案]　C　
3．下列物质与铁反应只生成＋2价铁化合物的是________(填序号)
①稀硫酸　②CuCl2溶液　③Cl2　④S　⑤O2　⑥H2O(g)
[答案]　①②④
铁的主要性质归纳
1．Fe与所有酸反应均生成Fe2＋吗？请分析。
[答案]　Fe与一般酸(如HCl、稀硫酸、CH3COOH等)反应生成Fe2＋与H2，Fe与强氧化性酸(如HNO3)反应可以生成Fe3＋，不能放出H2。
2．如下图所示
(1)实验时，是先加热湿棉花还是先加热还原铁粉？
(2)点燃肥皂液时有什么现象？
(3)该实验中湿棉花的作用是什么？
[答案]　(1)先加热湿棉花，让水蒸气充满装置。
(2)爆鸣声，也可能燃烧。
(3)提供水蒸气。
1．铁的主要性质
(1)Fe
(2)Fe
(3)FeFe3O4
2．铁与H2O(g)反应应注意
(1)实验结束时，先将导气管撤出，再移动酒精灯，以防止倒吸。
(2)铁不能与冷水、热水反应，但高温下能与水蒸气反应。
(3)铁与水蒸气反应的实验中，湿棉花的作用是加热时产生水蒸气。
1．在一定条件下，铁与有关物质的反应，所得产物错误的是(　　)
A．FeFeCl3　　　
B．FeFeS
C．FeFe(OH)3
D．FeFe3O4
C　[Cl2是强氧化剂，可将Fe氧化成FeCl3，故A正确；S是弱氧化剂，可将Fe氧化成FeS，故B正确；Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4，而不是Fe(OH)3，故C错误；Fe在O2中燃烧生成Fe3O4，故D正确。]
2．用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验，下列有关说法不正确的是(　　)
A．装置A的作用是为实验提供持续不断的水蒸气
B．装置B中反应的化学方程式是2Fe＋3H2O(g)Fe2O3＋3H2
C．装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰
D．点燃装置D处的气体前必须检验气体的纯度
B　[装置A是将液态H2O转化为气态，与装置B中的铁粉在高温下发生反应，A项正确；铁粉与H2O(g)在高温下发生反应，生成Fe3O4和H2，B项错误；因生成的H2中含有较多的水蒸气，故需要用碱石灰等不与H2反应的干燥剂进行干燥，C项正确；不纯的H2在点燃时可能会发生爆炸，故在点燃H2前必须检验其纯度，D项正确。]
Fe(OH)2的性质及其制备
1．向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液，生成的白色沉淀迅速变为灰绿色，不能得到白色沉淀Fe(OH)2，为什么？
[答案]　Fe(OH)2具有强还原性，遇O2被氧化。
2．实验室要制取Fe(OH)2，关键是什么？
[答案]　关键是避免生成的Fe(OH)2接触O2。
1．防止Fe(OH)2被氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，除去其中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管内的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
2．实验装置的改进
【典例】　如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6
mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。
填写下列空白：
(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是_________________________。
(2)实验开始时先将止水夹E________(填“打开”或“关闭”)，C中收集到气体的主要成分是________。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：_________________。
(4)拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：__________________________________。
[解析]　实验开始时先打开止水夹E，让生成的H2把A、B装置中的空气排出，让Fe(OH)2在H2气氛中生成，以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭止水夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。
[答案]　(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　(2)打开　H2　(3)关闭止水夹E，A中压强增大，把FeSO4溶液压入B瓶中进行反应　(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
3．实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2，为了使生成的产物不容易被氧化，下列说法不正确的是(　　)
A．配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
B．可在FeCl2溶液的上面加一层苯，以隔绝空气
C．向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，胶头滴管尖嘴不能伸入溶液内
D．产生Fe(OH)2沉淀后，不能振荡试管
C　[A对，FeCl2溶液和烧碱溶液要现用现配，且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气，确保Fe(OH)2在无氧环境中生成。B对，在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油，以隔绝空气。C错，向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中，防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气而溶有氧气。D对，产生Fe(OH)2沉淀后，若振荡试管，会增大沉淀与空气接触的机会，使沉淀更易被氧化。]
4．在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备。
(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是_______________。
(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是____________。
(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是______________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_____________________________________________________。
[解析]　试管Ⅱ是开口式的，无法利用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中进行，而在试管Ⅱ中应加入不含O2的NaOH溶液。当把Fe与稀硫酸放入试管Ⅰ后，产生的H2可通过试管Ⅰ内的短导管排出试管Ⅰ内的空气，然后经过止水夹进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气。最后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管Ⅰ内生成的FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2氛围中，从而避免了溶解在溶液中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。
[答案]　(1)稀硫酸、铁屑　(2)不含O2的NaOH溶液　(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹　(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入装置
1．常温下，将铁片放入下列溶液中，不发生反应的是(　　)
A．稀硫酸
B．氯水
C．氢氧化钠溶液
D．硫酸铜溶液
C　[铁与稀硫酸反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑；氯水呈酸性、强氧化性可以和铁反应；
铁与硫酸铜发生置换反应：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu；铁与氢氧化钠溶液不发生反应，C项符合题意。]
2．下列说法正确的是(　　)
A．铁与酸反应一定生成盐和氢气
B．铁与氯气反应的产物与二者的量有关
C．铁的氧化物属于金属氧化物，也属于碱性氧化物
D．铁与水蒸气在高温下的反应属于置换反应，故一定是氧化还原反应
D　[Fe与盐酸、稀硫酸等非氧化性酸反应生成盐和H2，但与HNO3等氧化性酸反应不产生H2，A项错误；Fe与Cl2在加热时反应生成FeCl3，与二者的量无关，B项错误；Fe3O4是金属氧化物，但不符合碱性氧化物的定义，故不属于碱性氧化物，C项错误；置换反应一定属于氧化还原反应，D项正确。]
3．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．氧化铁是铁锈的主要成分，因此氧化铁俗称铁锈
D．工业上常使用铁的氧化物作原料冶炼铁
C　[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，故A正确；四氧化三铁是一种复杂的铁的氧化物，可看作是由FeO、Fe2O3组成的化合物，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2＋和Fe3＋，B正确；铁锈的主要成分Fe2O3·xH2O，故C错误；工业上常使用铁的氧化物作原料，用一氧化碳冶炼铁，故D正确。]
4．将一小块钠投入盛5
mL
FeCl2的试管里，不可能观察到的现象是(　　)
A．钠熔成小球并在液面上游动
B．有无色无味的气体生成
C．溶液底部有银白色物质生成
D．溶液中产生的沉淀最终为红褐色
C　[钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，反应放热，钠密度小于水，所以钠熔成小球并在液面上游动，氢氧化钠与FeCl2溶液反应最终生成红褐色氢氧化铁。]
5．(素养题)应用下列装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气反应的实验”。
请回答该实验中的问题。
(1)实验开始首先进行的操作为_______________。
(2)硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为_____________。
(3)圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后的主要作用是_____________________________________________________；
烧瓶底部放置了几片碎瓷片，碎瓷片的作用是_____________________________________。
(4)酒精灯和酒精喷灯点燃的顺序是________________。
(5)干燥管中盛装的物质可以是________，作用是_________________________________________________________。
(6)如果要在A的玻璃导管口处点燃该气体，则必须对该气体进行________，这一操作的目的是______________________。
[解析]　(1)为了防止漏气，实验开始首先检查气密性。(4)点燃加热仪器的顺序要考虑实验的安全性和对实验结果的影响，在本实验中为了防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应，应该先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯。(5)干燥管中盛装的物质可以是碱石灰，作用是除去反应产生的氢气中的水蒸气。
[答案]　(1)检查装置气密性　(2)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2　(3)为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应实验提供持续不断的水蒸气　防止暴沸　(4)先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯　(5)碱石灰　除去产物H2中的水蒸气　(6)验纯　防止H2不纯而发生爆炸
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-课时2　铁盐和亚铁盐
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1.通过实验探究铁盐和亚铁盐的化学性质，并能用化学方程式或离子方程式正确表示。培养学生“科学探究与证据推理”的核心素养。2.从物质类别和元素价态的视角认识“Fe－Fe2＋－Fe3＋”的转化关系，培养学生“微观探析与模型认知”的核心素养。3.通过实验探究“Fe2＋、Fe3＋”的检验方法，培养学生“科学探究与模型认知”的核心素养。
一、Fe3＋与Fe2＋的检验实验探究
Fe3＋
Fe2＋
实验操作
实验现象
溶液变成红色
无明显现象
离子方程式
Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
—
结论
Fe3＋遇SCN－显红色，可利用此现象检验Fe3＋的存在
Fe2＋和SCN－不反应
微点拨：(1)向某未知溶液中滴加KSCN溶液，若溶液变成红色，证明该溶液中含有Fe3＋；若无明显现象，不能简单地认为该溶液中一定有Fe2＋，因为其他离子也不能与KSCN溶液反应出现红色。
(2)向某未知溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，但放置一段时间后，溶液慢慢变红色，可证明该溶液中含有Fe2＋，因Fe2＋易被空气中的O2氧化为Fe3＋。
二、Fe3＋与Fe2＋的相互转化实验探究
实验操作
实验现象
加少量铁粉振荡后，棕黄色溶液变成浅绿色，再加KSCN溶液，溶液颜色无变化
向上层清液中滴加新制氯水，溶液变成红色
离子方程式
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
实验结论
Fe3＋遇到较强的还原剂时，会被还原成Fe2＋
Fe2＋在较强的氧化剂作用下会被氧化成Fe3＋
三、用覆盖铜板制作印刷电路板原理
将覆盖铜板放入FeCl3溶液中，其反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
四、方法导引——基于类别和元素价态的视角
1．
2．FeSO4的获得途径
(1)基于类别设计：Fe与稀硫酸反应获得，也可以Fe与盐的置换反应获得。
(2)基于元素价态设计：Fe与＋3价的铁盐反应得到＋2价铁。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)FeCl2与FeCl3溶液可以用NaOH溶液或KSCN溶液鉴别。
(　　)
(2)检验溶液中Fe2＋可以先加氯水再加KSCN溶液是否变红。
(　　)
(3)FeCl3溶液中加入Fe反应的离子方程式为Fe3＋＋Fe===2Fe2＋。
(　　)
(4)向FeCl3溶液中滴加适量的KSCN溶液，会产生红色的沉淀。
(　　)
[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×
2．随着人们生活节奏的加快，方便的小包装食品已被广泛接受。为了延长食品的保质期，防止食品氧化变质，在包装袋中可以放入的化学物质是(　　)
A．无水硫酸铜　　　
B．硫酸亚铁
C．食盐
D．生石灰
B　[无水硫酸铜能吸收水分，不能防止食物被氧化，硫酸亚铁具有还原性，可以作为防止富脂食品氧化变质的物质，食盐不能吸收水分，生石灰能防止食品受潮，但不能防止食品被氧化。]
3．A、B、C、D四种物质(或离子)均含有同一种元素，其中A是常见单质，它们之间存在如图所示的转化关系：
若B、C均属于盐类，B溶液呈黄色，遇NaOH溶液能形成红褐色沉淀；D是一种不溶性碱；B、C中的阴离子均是Cl－。请回答：
(1)A、B、C、D的化学式分别为________、________、________、________。
(2)①A→B的化学方程式为_____________________。
②A→C的离子方程式为________________，____________(写两个)。
(3)C溶液中加氯水，反应的离子方程式为________________________________________________________。
(4)D物质不稳定，在空气中变化的化学方程式为________________________________________________________。
[答案]　(1)Fe　FeCl3　FeCl2　Fe(OH)2
(2)①3Cl2＋2Fe2FeCl3
②Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
(3)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
“铁三角”转化及应用
已知：①2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，②Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，③2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，所得溶液中加入铁粉。
请探究下列问题：
(1)若无固体剩余，则溶液中阳离子存在的情况如何？
[答案]　一定存在Fe2＋、Cu2＋，可能存在Fe3＋。
(2)若有固体剩余，则溶液中阳离子存在的情况如何？
[答案]　一定存在Fe2＋，可能存在Cu2＋，一定不存在Fe3＋。
1．“铁三角”转化关系
(1)Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化为Fe2＋、Fe3＋
如：Fe＋SFeS，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋；2Fe＋3Cl22FeCl3,3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
(2)Fe2＋既具有氧化性又具有还原性
如：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe　FeO＋COFe＋CO2。
(3)Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe
如：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。
2．“铁三角”转化的应用
(1)含Fe2＋、Fe3＋的除杂问题
主要成分
杂质
除杂方法
FeCl3(aq)
FeCl2(aq)
加入氯水或H2O2
FeCl2(aq)
FeCl3(aq)
加过量铁粉后过滤
FeCl2(aq)
CuCl2(aq)
加过量铁粉后过滤
(2)离子的共存问题
①Fe3＋与I－、S2－等还原性离子不能大量共存。
②Fe2＋与Cl2、MnO(H＋)、ClO－、H2O2等氧化性粒子不能大量共存。
1．将金属铁、铜投入FeCl3溶液中充分反应，下列对反应情况设想的评价正确的是(　　)
选项
反应情况设想
评价
A
当铁、铜均不剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，一定无Fe3＋
正确，Fe3＋和铁、铜均可反应
B
当铁、铜均剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，无Fe3＋
正确，铁和铜都与Fe3＋反应，故无Fe3＋
C
当铜剩余，铁不剩余时，溶液中一定只有Fe2＋，无Cu2＋
正确，铜剩余，故无Cu2＋
D
当铁剩余，铜不剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋
不正确，不可能出现铁剩余而铜不剩余的情况，因为铁的还原性比铜的强，铁先与Fe3＋反应
D　[因离子的氧化性强弱顺序为Fe3＋>Cu2＋＞Fe2＋。如果Fe3＋足量，Fe3＋可将铁和铜全部氧化且Fe3＋可能还有剩余，A错误；当铁剩余时，溶液中不会存在Cu2＋，B错误；当铜剩余时，溶液中肯定无Fe3＋，一定有Fe2＋，可能有Cu2＋，C错误。]
2．硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁，为除去杂质，提纯硫酸亚铁，应该加入下列物质中的(　　)
A．锌粉　　　　　　
B．镁粉
C．铁粉
D．铝粉
C　[铁粉可将硫酸铁转化为硫酸亚铁，将硫酸铜转化为硫酸亚铁和单质铜，然后过滤即可提纯硫酸亚铁，锌、镁、铝都有可能将亚铁离子置换成铁，并且会引入新的杂质锌离子、镁离子或铝离子等。]
3．某工程师为了从腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，准备采用如图所示方案：
(1)请写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式。
①________，②________，③________，
④________，⑤________。
(2)请写出相关反应的化学方程式：_______________________；
_____________________________________________________；
_____________________________________________________；
_____________________________________________________。
[解析]　从腐蚀Cu的废液中回收Cu的流程如图所示：
[答案]　(1)①Fe　②FeCl2　③Fe和Cu　④HCl　⑤Cl2
(2)CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu　2FeCl3＋Fe===3FeCl2　Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑　2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
Fe2＋、Fe3＋的检验
1．Fe2＋、Fe3＋的一般检验
Fe2＋
Fe3＋
(1)观察法
浅绿色
棕黄色
(2)加碱法(NaOH)
①现象：白色沉淀灰绿色红褐色沉淀；②反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(红褐色)
①现象：红褐色沉淀；②反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色)
(3)显色法(加SCN－)
①现象：加入KSCN溶液无明显现象，再滴入氯水变成红色溶液；②反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)
①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色；②反应：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)
2.检验Fe2＋的注意事项
(1)只含Fe2＋的溶液：检验Fe2＋加入试剂的顺序
待测液不变色红色(含Fe2＋、不含Fe3＋)。
①加KSCN溶液前，防止加氧化性物质，使Fe2＋被氧化。如H2O2、NO(H＋)等。
②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液，原因：酸性KMnO4
溶液本身显紫红色，对Fe(SCN)3红色有干扰；酸性KMnO4
溶液能氧化KSCN，溶液不变红色，不能证明不含Fe2＋。
(2)同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液
Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能采用加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去说明含有Fe2＋。
(3)检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，正确的思路为
少量固体溶液紫红色褪去。
①步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。
②步骤a中不能选用稀硝酸，原因是稀硝酸可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。
4．选择合适试剂完成甲、乙两组实验。
甲组：检验含Fe3＋的溶液中是否含有Fe2＋；
乙组：检验含Fe2＋的溶液中是否含有Fe3＋。
下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是(　　)
　　试剂选项　　
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
NaOH溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
KOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
B　[甲组，在Fe3＋存在的条件下检验Fe2＋，要排除Fe3＋的干扰。所选试剂具备下列条件：一是能与Fe2＋发生有明显现象的反应；二是与Fe3＋不反应。溴水符合条件，实验现象是溴水颜色变浅，酸性KMnO4溶液也符合条件：5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，实验现象是溶液紫红色变浅。乙组，在Fe2＋存在的条件下检验Fe3＋，用KSCN溶液检验Fe3＋即可，Fe2＋不会造成干扰。]
5．设计实验证明四氧化三铁中既含＋2价铁又含＋3价铁。写出操作步骤。
[答案]　取少量四氧化三铁于试管中，加入足量稀硫酸溶解，将溶液分成两份，一份加入KSCN溶液，溶液若变红，则说明溶液中含有Fe3＋，另一份加入KMnO4溶液，紫红色褪去，则说明溶液中含有Fe2＋，进而证明Fe3O4中既含＋2价铁又含＋3价铁。
素材1　人体内的血红蛋白是含铁的化合物，它具有固定氧和输送氧的功能。人体若缺铁，血红蛋白含量会减少，易患缺铁性贫血。此时，可服含硫酸亚铁的药物或多食用含铁丰富的食物。
1．传统补铁剂
第一代：以硫酸亚铁为代表的无机亚铁盐类。
第二代：以乳酸亚铁为代表的小分子有机酸盐类。
这两代补铁剂均是以离子形式吸收，易受到其他成分的干扰。
2．新型补铁剂
为了追求不良反应更小、吸收效果更好的新型补铁剂，科研工作者研发出了氨基酸络合铁，血红素铁，多糖铁(Ⅲ)、多肽铁(Ⅱ)复合物和富铁酵母等大分子复合物补铁剂。如：
(1)多糖铁复合物：铁含量一般为20%～40%，能以分子形式被整体吸收，吸收率较高，胃肠道副作用小，对于缺铁性补铁具有较好的效果。
(2)多肽铁复合物：铁含量一般仅为10%左右，低于硫酸亚铁等补铁剂，但铁元素生物利用率较高，也不会出现游离铁离子产生的内源性自由基对细胞膜造成损伤的情况。
(3)富铁酵母：富铁酵母中铁的存在形式与人体中接近，生物利用率高，不良反应少。
问题探究：(1)血红蛋白中的铁的价态主要为几价？为什么？
[答案]　＋2价，＋2价铁能与O2结合，把O2运输到各组织需要的部位。
(2)血红蛋白中铁若被亚硝酸盐氧化而出现人体中毒，可服用维生素C而解毒，其原理是什么？
[答案]　亚硝酸盐使血红蛋白中的＋2价铁变为＋3价铁，不能结合氧而中毒，维生素C有还原性，可以将＋3价铁再还原为＋2价铁而解毒。
素材2　工业印刷电路板的制作流程如图所示，其中“蚀刻”所用的就是溶液FeCl3。
问题探究：(1)FeCl3溶液蚀刻印刷电路板的反应原理是什么？写出化学方程式和离子方程式。
[答案]　2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2　2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(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？画出流程图。
[答案]　“蚀刻液”中含Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋。
1．要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋，进行如下实验操作时，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NH4SCN溶液
A．①③　　
B．③②　　C．③①　　D．①②③
C　[在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变红色，证明无Fe3＋存在，再加入足量氯水，将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液变为红色。酸性KMnO4溶液呈紫红色，溶液颜色变化不明显，所以不能用酸性KMnO4溶液检验。]
2．已知如下三个实验均能发生化学反应：
①
②
③
将铁钉放入硫酸铜溶液中
向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水
将铜丝放入氯化铁溶液中
下列判断正确的是(　　)
A．实验①中铁作还原剂
B．实验②中Fe2＋既显氧化性又显还原性
C．实验③中发生的是置换反应
D．上述实验证明氧化性：Fe3＋>Fe2＋>Cu2＋
A　[实验①中铁作还原剂，则氧化性：Cu2＋>Fe2＋；实验②中Fe2＋只表现还原性；实验③中发生的反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，该反应不是置换反应，分析可知氧化性：Fe3＋>Cu2＋。综上分析可知氧化性：Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋。]
3．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＋
B　[溶液中的Fe2＋与加入的新制氯水发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，故氧化性：Fe3＋4．(素养题)某兴趣小组进行某补血剂中铁元素含量的测定实验流程如下：
下列说法不正确的是(　　)
A．步骤①研磨时需要在研钵中进行
B．步骤②加入氨水的作用是将Fe2＋完全沉淀
C．步骤③多步操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重
D．每片补血剂中铁元素的质量为0.07w
g
B　[步骤①是将补血剂磨成细粉，便于溶解，研磨时需要在研钵中进行，A正确；步骤②中加入过氧化氢是将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后用过量氨水将Fe3＋完全沉淀为红褐色氢氧化铁，B错误；步骤③是将氢氧化铁沉淀转化为氧化铁，通过测定氧化铁的质量，计算补血剂中铁元素的含量，所以操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重，C正确；w
g氧化铁中铁元素的质量即为10片补血剂中铁的质量，所以每片补血剂含铁元素的质量为＝0.07w
g，D正确。]
5．(素养题)为了提高皮革的耐曲折强度以及耐化学药剂和微生物的作用，常常使用绿矾作为鞣革剂。绿矾晶体(FeSO4·7H2O)由于保存不妥或长久放置，容易被空气中的氧气氧化而变质。为探究绿矾样品的变质情况，化学兴趣小组的同学设计了下列实验方案。
可供选择的试剂：硫氰化钾溶液、酸性高锰酸钾溶液、氯水、氢氧化钠溶液、氯化钡溶液，请参与完成方案设计。
实验准备：取少量绿矾样品，用蒸馏水在烧杯中配成溶液。
(1)证明绿矾已被氧化的实验操作为_________________________________________________________；
(2)证明绿矾已完全被氧化的实验操作为_________________________________________________________；
(3)使用绿矾溶液时，防止被氧化的措施为_________________________________________________________。
[解析]　(1)绿矾样品被氧化会生成Fe3＋，有Fe3＋存在即可说明绿矾样品已被氧化，Fe3＋可使硫氰化钾溶液变红色。
(2)Fe2＋能使酸性高锰酸钾溶液褪色，若溶液不褪色，说明溶液中没有Fe2＋，则证明绿矾样品完全被氧化。
(3)为防止Fe3＋的干扰，可以加入适量铁粉进行除杂，加入铁粉后Fe3＋与铁反应生成Fe2＋。
[答案]　(1)取少量溶液，加入几滴硫氰化钾溶液，若观察到溶液变红色，则证明绿矾样品已被氧化
(2)取少量溶液，加入几滴酸性高锰酸钾溶液，若观察到溶液不褪色，则证明绿矾样品完全被氧化
(3)向溶液中加入适量铁粉
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-课时1　金属材料与合金
发
展
目
标
体
系
构
建
1.结合生活了解合金的构成和优良性能。了解铁合金、铝合金的分类和性能，强化性能决定用途的观念。培养学生“科学精神与社会责任”的核心素养。2.通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化，认识两性氧化物的性质。培养学生“变化观念与科学探究”的核心素养。3.了解储氢合金、钛合金等新型合金，感受化学科学对新材料的创新。培养学生“创新意识与社会责任”的核心素养。
一、合金
1．定义：由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。一般为混合物。
2．纯金属与合金结构的差异
纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整；纯金属形成合金后，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，导致合金的硬度变大。
3．性质：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
(1)硬度：合金的硬度一般大于其成分金属。
(2)熔点：合金的熔点多数低于其成分金属。
4．合金性能的影响因素
元素的种类、含量和生成合金的条件。
二、铁合金
1．铁合金的分类及性能
2．钢的分类及性能
三、铝和铝合金
1．铝与氧化铝(铝是地壳中含量最多的金属元素)
(1)Al与O2反应：常温下能与空气中的O2发生反应，表面形成一层致密的氧化铝薄膜。其反应方程式为4Al＋3O2===2Al2O3。
(2)Al、Al2O3与酸反应
将一铝片放入盐酸中，开始没有气泡，后来又放出气体，有关反应的化学方程式为Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O,2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。
(3)Al、Al2O3与强碱的反应
(4)两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物叫做两性氧化物，如Al2O3。
2．铝合金——目前用途广泛的合金之一
硬铝：一种铝合金，含Cu、Mg、Mn、Si等合金元素。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。
　铝制餐具不宜长期存放酸、碱性食物的原因是什么？
[提示]　Al和Al2O3均易与酸、碱反应。
四、新型合金
　月球在白天时的地面温度高达150
℃，而到了夜晚，温度又跌落到零下180
℃！嫦娥四号探测器、玉兔二号月球车均使用了大量合金材料，试分析这些合金材料应具有哪些性质。
[提示]　密度小、强度大、既耐高温又耐低温等。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)人类历史上使用最早的合金是青铜。
(　　)
(2)铁合金包括生铁和钢，二者均含碳元素。
(　　)
(3)合金的熔点和硬度均比其成分金属的高或大。
(　　)
(4)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物。
(　　)
[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×
2．纯铁的熔点为1
535
℃，而高炉炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1
200
℃左右就熔化了，这是因为(　　)
A．铁的纯度越高熔点越低
B．生铁是铁碳合金，熔点比纯铁低
C．合金的熔点比其各成分金属的熔点高
D．生铁在高炉中熔化时发生了化学反应
[答案]　B　
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　
合金的组成、性质、形成及选择
1．列举生活中的合金材料，并简述选择该材料时利用了该合金的哪些优异性能。
[答案]　(1)铝合金门窗：质轻、耐腐蚀；(2)易拉罐：质轻、易回收利用等。
2．为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？
[答案]　铝合金比铁合金密度小且耐高温、耐腐蚀。
3．形状记忆合金是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料。中国嫦娥四号探测器，使用了记忆合金制作天线，试分析其好处。
[答案]　嫦娥四号探测器天线使用记忆合金制作，天线折叠起来装进探测器内，工作时只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复设计形状。
1．合金的组成及性质
(1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。
(2)合金是混合物，没有固定的熔点。
(3)合金具有金属特性，如导电、传热等。
(4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质，如合金的熔点一般比其成分金属低，而硬度、机械强度一般比其成分金属高；但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。
2．合金的形成条件
(1)金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。
(2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。
3．金属材料选择的依据
某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。
(1)物理性质：密度、硬度、强度、导电性和导热性等，这些性质决定金属材料的加工难易程度。
(2)化学性质：对水的作用、耐腐蚀性等，这些性质决定金属材料的日常维护和环境对其的影响。
1．哈大齐高铁的通车，标志我国高寒地区高铁技术领先世界，车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金(　　)
A．质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强
B．具有比较活泼的化学性质
C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取
D．比纯铝熔点高，耐高温
A　[车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强的优点，A正确；铝合金的化学性质的确比较活泼，但与被用于制造车厢没有必然联系，B错误；铝元素在地壳中含量居第三位，含量比较丰富，但因铝性质活泼，只能采用电解法制取，成本较高，并不容易获得，C错误；铝合金的熔点比纯铝的低，D错误。]
2．下表中四种金属的熔、沸点：
金属
Na
Cu
Al
Fe
熔点/℃
97.8
1
083
660
1
535
沸点/℃
883
2
567
2
467
2
750
其中不能形成合金的是(　　)
①Cu与Na　②Fe与Cu　③Fe与Na　④Al与Na
A．①②　　
B．①③　　C．①④　　D．②④
B　[当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时，它们就不可能熔合在一起而形成合金。]
铝及其氧化物的主要性质
1．27
g
Al分别与足量的盐酸、NaOH溶液反应，生成H2的物质的量分别为多少？写出有关化学方程式。
[答案]　均为1.5
mol,2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
2．将一铝片放入NaOH溶液，开始没有气泡，一段时间后才有气泡，为什么开始没有气泡？写出开始时反应的离子方程式。
[答案]　铝表面易形成一层致密的氧化物薄膜，开始时氧化膜(Al2O3)先与NaOH反应，开始没有气泡，Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。
1．Al、Al2O3的主要反应及转化
2．铝与盐酸、NaOH溶液反应的应用与定量关系
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(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，产生氢气的体积比为VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1∶1。
(3)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1∶3。
3．在天平的左右两个托盘上放有两个烧杯，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
A　[等质量的Al与盐酸、NaOH溶液完全反应生成的H2质量相同，两烧杯减少的质量相同。]
4．为了除去MgO中混有的少量杂质Al2O3，可选用的试剂是(　　)
A．KOH溶液
B．氨水
C．稀盐酸
D．稀醋酸
A　[要除去MgO中混有的少量杂质Al2O3，所加试剂只能与Al2O3反应而不能与MgO反应，反应完全后过滤即可。氨水与Al2O3不反应，稀盐酸、稀醋酸均能与MgO反应，只有KOH溶液能与Al2O3反应而与MgO不反应。]
新型合金简介
1．记忆合金
(1)记忆合金的概述
记忆合金是—种原子排列很有规则、体积变为小于0.5%的马氏体相变合金。这种合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫作“记忆合金”。
(2)记忆合金的分类
①单程记忆效应。
记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
②双程记忆效应。
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
③全程记忆效应。
加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。
(3)在工业上的应用
①利用单程形状记忆效应的单向形状恢复，如管接头、天线、套环等。
②外因性双向记忆恢复，即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。
③内因性双向记忆恢复，即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。
④超弹性的应用，如弹簧、接线柱、眼镜架等。
由于记忆合金是一种“有生命的合金”，利用它在一定温度下形状的变化，就可以设计出形形色色的自控器件，它的用途正在不断扩大。
2．储氢合金
(1)储氢合金概念：能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。
(2)储氢合金的实用价值要求：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。如Ti?Fe合金和La?Ni合金。
(3)储氢合金的意义：新型储氢合金材料的研究与开发将为H2作为能源的实际应用起到重要的推动作用。
通过上述新型合金材料的简介，了解这些合金的应用，培养学生“科学态度与社会责任”的核心素养。
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
B　[A.家用的铝窗是铝合金，不符合题意；B.温度计用的水银是金属汞单质，不是合金，符合题意；C.铸造用的黄铜是铜的合金，不符合题意；D.建筑用的钢筋是铁合金，不符合题意。]
2．下列说法不正确的是(　　)
A．目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
B．铝制品在生活中非常普遍，这是因为表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用
C．镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹
D．组成元素相同的合金性能相同
D　[合金性能受合金元素的种类、含量、生产条件影响。组成元素相同的合金性能不一定相同，如钢和生铁。]
3．(素养题)钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是(　　)
A．用来做保险丝
B．用于制造航天飞机
C．用来制造人造骨
D．用于家庭装修，做钛合金装饰门
A　[保险丝应该用熔点比较低的金属材料制作，而钛及其合金熔点高，所以不用来做保险丝，A符合题意；因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于制造航天飞机，B不符合题意；因为钛合金与人体器官有很好的“生物相容性”，所以可用来制造人造骨，C不符合题意；因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于家庭装修，做钛合金装饰门，D不符合题意。]
4．下列物质中，既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的是(　　)
①NaHCO3　②Al　③Al2O3　④Na2CO3　⑤(NH4)2SO3
A．①②③⑤　　B．②③④　　C．①③④⑤　　D．①②④
A　[NaHCO3与NaOH溶液反应生成Na2CO3和H2O，与盐酸反应生成NaCl、H2O和CO2，①正确；Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，与盐酸反应生成AlCl3和H2，②正确；Al2O3与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2O，与盐酸反应生成AlCl3和H2O，③正确；Na2CO3与NaOH溶液不发生反应，④错误；(NH4)2SO3与NaOH溶液反应生成NH3·H2O和Na2SO3，与盐酸反应生成NH4Cl、H2O和SO2，⑤正确，故选A。]
5．用铁、铝的混合物进行如下实验：
(1)操作X的名称是________。
(2)①、②两步反应的离子方程式为____________，______________________________。
(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”)。
[答案]　(1)过滤
(2)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　(3)HCl　还原剂
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8
-课时2　物质的量在化学方程式计算中的应用
发
展
目
标
体
系
构
建
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。培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养。
一、以物质的量为核心的基本计算关系
二、化学方程式中定量关系
结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比等于粒子个数之比，也等于各物质的物质的量之比，对于有气体参与的反应还等于体积之比。
[解法示例]　250
mL
2
mol·L－1的硫酸与足量的铁屑完全反应。计算：
(1)参加反应的铁屑的物质的量；
(2)生成的H2的体积(标准状况)。
[解]　n(H2SO4)＝0.25
L×2
mol·L－1＝0.50
mol
(1)Fe　＋　H2SO4===FeSO4＋H2↑
1
1
n(Fe)
0.50
mol
＝(列比例式)
n(Fe)＝0.50
mol。
(2)Fe　＋　H2SO4===FeSO4＋H2↑
1
mol
22.4
L
0.50
mol
V(H2)
＝(列比例式)。
V(H2)＝＝11.2
L。
答：(1)参加反应的铁屑的物质的量为0.50mol；
(2)生成的H2的体积在标准状况下为11.2L。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铝与NaOH溶液反应中，每转移3
mol
e－，就生成1.5
mol
H2。
(　　)
(2)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的质量之比。
(　　)
(3)化学反应前后反应物和生成物遵循质量守恒，也遵循物质的量守恒。
(　　)
(4)根据化学方程式计算时，各物质对应物理量的单位，左、右、上、下都必须相同。
(　　)
[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×
2．标准状况下，3.36
L
HCl通入足量水中，形成0.5
L溶液，则该溶液的物质的量浓度为________。
[答案]　0.3
mol·L－1
3．200
mL
0.25
mol·L－1的NaOH溶液与足量Al完全反应。计算在标准状况下生成H2的体积为________L。
[解析]　n(NaOH)＝0.2
L×0.25
mol·L－1＝0.05
mol
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2
mol
3×22.4
L
0.05
mol
V
＝，V＝1.68
L
[答案]　1.68
物质的量在基本实验中的有关计算
1．基本步骤
2．计算过程中的注意事项
(1)书写格式规范化：在根据化学方程式计算的过程中，各物理量、物质名称、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：根据化学方程式计算时，如果题目所给的两个量单位不一致，要注意两个量的单位要“上下一致，左右相当”，且单位要注明。
(3)如果两种反应物的量都是已知的，求解某种产物的量时，必须先判断哪种物质过量，然后根据不足量的物质进行计算。
1．向500
mL
NaOH溶液中投入10.8
g
Al，二者恰好完全反应，计算：
(1)参加反应的NaOH的物质的量及其物质的量浓度为________mol·L－1。
(2)生成H2(标准状况下)的体积为________L。
[解析]　2Al　＋　2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
54
g
2
mol
67.2
L
10.8
g
n(NaOH)
V(H2)
则＝，解得n(NaOH)＝0.4
mol，c(NaOH)＝＝0.8
mol·L－1；
＝，解得V(H2)＝13.44
L。
[答案]　(1)0.8　(2)13.44
[教师备选]　在120
℃时，将12.4
g
CO2和H2O(g)的混合气体缓缓通入足量的Na2O2固体中，充分反应后，固体的质量增加6
g。请计算：
(1)产生O2的质量为________g。
(2)原混合气体中CO2在标准状况下的体积为______L。
[解析]　(1)向足量的Na2O2固体中通入12.4
g
CO2和H2O(g)的混合气体，固体的质量只增加6
g，是因为反应生成了O2，根据质量守恒可知，m(O2)＝12.4
g－6
g＝6.4
g。
(2)生成的n(O2)＝0.2
mol，设原混合气体中CO2和H2O(g)的物质的量分别为x
mol、y
mol。
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
x
mol
0.5x
mol
2Na2O2＋2H2O(g)===4NaOH＋O2
y
mol
0.5y
mol
则0.5x＋0.5y＝0.2,44x＋18y＝12.4，解得x＝0.2，y＝0.2，则原混合气体中CO2在标准状况下的体积为0.2
mol×22.4
L·mol－1＝4.48
L。
[答案]　(1)6.4　(2)4.48
2．含MnO2
80%的MnO2样品21.75
g，与足量浓盐酸加热充分反应，在标准状况下生成Cl2的体积为________L。
[解析]　n(MnO2)＝＝0.2
mol
MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
1
mol
22.4
L
0.2
mol
V(Cl2)
＝，V(Cl2)＝4.48
L
[答案]　4.48
[教师备选]　对于反应aA＋bB===cC＋dD(A、B、C、D表示物质的化学式，a、b、c、d为化学方程式中的化学计量数)，下列说法不正确的是(　　)
A．如果质量为m1的A与质量为m2的B恰好完全反应，则生成的C、D的质量之和一定等于(m1＋m2)
B．参加反应的A和B中的原子总数一定等于生成的C和D的原子总数
C．(a＋b)不一定等于(c＋d)
D．A和B中的元素种类，不—定等于C和D中的元素种类
[答案]　D　
1．0.56
g氧化钙恰好与20
mL盐酸反应，则此盐酸的物质的量浓度是(　　)
A．0.10
mol·L－1　　　
B．0.20
mol·L－1
C．0.50
mol·L－1
D．1.00
mol·L－1
D　[CaO　＋　2HCl===CaCl2＋H2O
56
g
2
mol
0.56
g
c(HCl)×20×10－3
L
则：＝
，
解得c(HCl)＝1.00
mol·L－1。]
2．铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为(　　)
A．3∶1　　B．2∶1　　C．1∶1
　　D．1∶3
A　[由反应方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，可知生成相同体积的氢气时，消耗HCl、NaOH物质的量之比为3∶1。]
[教师备选]　一定质量的铝铁合金溶于足量的NaOH溶液中，完全反应后产生3.36
L(标准状况下)气体；用同样质量的铝铁合金完全溶于足量的盐酸中，在标准状况下产生5.6
L的气体，则该合金中铝、铁的物质的量之比为(　　)
A．1∶1
B．2∶5
C．3∶2
D．3∶5
A　[合金溶于足量的NaOH溶液中，铝发生反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，产生氢气3.36
L(标准状况)，其物质的量＝＝0.15
mol，由方程式可知n(Al)＝n(H2)＝0.15
mol×＝0.1
mol，铝铁合金溶于足量的盐酸中，Fe、Al都反应产生氢气，Al与足量的氢氧化钠溶液、盐酸反应产生氢气体积相等，则Fe反应生成氢气体积V′(H2)＝5.6
L－3.36
L＝2.24
L，在标准状况下，n′(H2)＝＝0.1
mol，根据Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑可知n(Fe)＝n′(H2)＝0.1
mol，故合金中铝、铁的物质的量之比＝0.1
mol∶0.1
mol＝1∶1。]
3．将20
g含杂质25%的大理石(杂质与盐酸不反应)投入150
mL盐酸中恰好完全反应，计算：
(1)反应生成的CO2的体积(标准状况)为________L。
(2)原盐酸中HCl的物质的量浓度为________mol·L－1。
[解析]　n(CaCO3)＝＝0.15
mol，
CaCO3
＋
2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
1
mol
2
mol
22.4
L
0.15
mol
n(HCl)
V(CO2)
＝
＝
故：V(CO2)＝3.36
L，n(HCl)＝0.3
mol，c(HCl)＝＝2
mol·L－1。
[答案]　(1)3.36　(2)2
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4
-微专题5　化学计算中的常见方法
1．关系式法——解答连续反应类型计算题的捷径
当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。
(1)根据化学方程式确定关系式
写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。
(2)根据原子守恒确定关系式
如用1
mol
CO还原足量的Fe2O3，充分反应后将生成的CO2通入澄清的石灰水中，求生成CaCO3沉淀的质量。
根据3CO＋Fe2O3===2Fe＋3CO2，
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
可知关系式：CO　～　CO2　～　CaCO3
1
mol
1
mol
1
mol
2．差量法——化学方程式计算中的巧思妙解
化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。解题的一般步骤为
(1)准确写出有关反应的化学方程式。
(2)深入细致地分析题意，关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”。该“理论差量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等，且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比。
(3)根据反应方程式，从“实际差量”寻找比例关系，列比例式求解。
如2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　　固体差值
2
mol
2×106
g
1
mol
2×28
g
n(Na2O2)
m(Na2CO3)
n(O2)
5.6
g
则：＝＝＝
3．平均值法——判断合金成分
平均值法就是根据两组分物质的某种平均值，来推断两物质某种量的范围的方法。即X(a)mol
e－的质量)判断合金的成分。
如：两种金属形成的合金23
g与足量盐酸反应，放出1
mol
H2，则平均摩尔电子质量为＝11.5
g·mol－1，可判断合金可能为Al与Fe形成合金。
4．守恒法——电子守恒、电荷守恒等
如1
mol
Fe、Al与足量酸反应生成H2的物质的量比为∶＝2∶3。
【典例】　已知：①碳酸钠高温下不分解；②碳酸氢钠受热发生分解反应：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。充分加热碳酸钠和碳酸氢钠的混合物19
g，完全反应后固体质量减轻了3.1
g，求：
(1)原混合物中碳酸钠的质量是________g。
(2)在剩余固体中，加入过量盐酸，反应后放出二氧化碳的体积(标准状况)是________L。
[解析]　(1)设混合物中碳酸氢钠的质量为m，则：
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑　　Δm
168
g
106
g
62
g
m
3.1
g
故m＝×168
g＝8.4
g，
则碳酸钠的质量为19
g－8.4
g＝10.6
g。
(2)剩余Na2CO3质量为19
g－3.1
g＝15.9
g
n(Na2CO3)＝＝0.15
mol
根据C原子守恒可知关系式：Na2CO3～CO2，
V(CO2)＝0.15
mol×22.4
L·mol－1＝3.36
L。
[答案]　(1)10.6　(2)3.36
1．铁粉可在高温下与水蒸气反应，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
C　[3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2　Δm
3
mol
64
g
n(Fe)
32
g
＝，解得n(Fe)＝1.5
mol。]
2．由铁、锌、铝、镁四种金属中的两种组成的混合物10
g，与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下的体积为11.2
L，则混合物中一定含有的金属是(　　)
A．铁　　B．锌　　　　C．铝　　　　D．镁
C　[平均摩尔电子质量法：生成标准状况下11.2
L
H2需转移1
mol
e－，即金属的平均摩尔电子质量为10
g·mol－1。其中Mg、Fe、Zn、Al的平均摩尔电子质量分别为12
g·mol－1、28
g·mol－1、32.5
g·mol－1、9
g·mol－1，只有Al的平均摩尔电子质量小于10
g·mol－1，故一定含有Al。]
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2
-第3章
铁
金属材料
一、铁　金属材料
二、铁及其化合物的“价态—类别”二维图
[项目探究]　鲜榨苹果汁变色的实验探究
[实验目的]
苹果汁是人们喜爱的饮料，但是现榨的苹果汁在空气中会慢慢地由浅绿色变为棕黄色，为什么呢？于是，研究性小组同学设计并进行实验，探究苹果汁变色的原因。
[实验情景]
①苹果汁中含有0.001%的二价铁物质，同时也含有多酚类物质，多酚可与空气中的氧气反应变为褐色物质。
②二价铁在空气中或与浓硝酸反应都能变为三价铁，且三价铁的溶液为黄色。
③浓硝酸具有强氧化性。
④硫氰化钾(KSCN)溶液变色规律
药品
Fe2＋
Fe3＋
KSCN溶液
不变色
变红色
[实验猜想]
Ⅰ.苹果汁变色与苹果中的铁元素有关。
Ⅱ.苹果汁变色是苹果汁中的多酚物质与空气中的氧气反应的结果。
[实验过程]
实验1：兴趣小组的同学按照下面操作进行实验，②中未出现明显变化，③中溶液变为红色。
实验2：
实验操作
实验现象
将上述试管分别放置于空气中一段时间
试管编号
1
min
10
min
24
h
①
黄褐色
褐色
深褐色
②
无明显变化
无明显变化
无明显变化
③
略有些黄色
浅黄色
黄色
[实验探究]
探究1　实验1中，②、③中现象说明什么？可以得出什么结论？
提示：②中现象说明鲜苹果汁中无Fe3＋，
③中现象说明加新制氯水后溶液中有Fe3＋，则原溶液中含有Fe2＋。
结论：鲜苹果汁中含有Fe2＋。
探究2　实验1中涉及的离子反应是什么？写出离子方程式。氯水也可以用什么试剂代替？
提示：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。H2O2、酸性KMnO4或稀硝酸等。
探究3　实验2中试管②中FeSO4溶液的浓度应该怎样选择？为什么？
提示：②中FeSO4溶液溶质的质量分数为0.001%。因为根据资料信息苹果汁中含有0.001%的二价铁物质，为了更好地与苹果汁比较，所以控制变量，实验2的②中FeSO4溶液溶质的质量分数也应该为0.001%。
探究4　实验2可以得出什么结论？
提示：鲜苹果汁变色与铁元素无关。
探究5　验证猜想Ⅱ的实验操作及现象如何？
提示：向除去氧气的试管中加入鲜苹果汁　苹果汁不变色
[实验结论]
鲜苹果汁在空气中变色与铁元素无关，与其中的酚类物质被氧化有关。
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