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第三章　铁　金属材料
[情景切入]
人类在四千五百多年前就开始使用铁器。铁是目前产量最大，使用最广泛的金属。金属材料对于促进生产发展、改善人类生活发挥了巨大作用。让我们走进教材，学习铁、金属材料。
[知识导航]
本章从物质类别和元素化合价的角度认识物质间的转化关系；认识不同类型合金的性能和用途。本章知识在结构上分为二节：第一节主要学习铁及其化合物——铁的单质、铁的重要化合物；第二节主要学习金属材料——铁合金、铝和铝合金、新型合金、物质的量在化学方程式计算中的应用。
[学法指导]
1．迁移应用·学新知
依据金属的物理通性和化学通性，掌握铁的物理性质和化学性质。
2．明确分类·学性质
从物质类别的视角，学习铁的氧化物及铁的氢氧化物的性质。
3．理解本质·重应用
从化合价变化的角度掌握Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化关系。
4．把握内涵·懂本质
从新的角度和视野去学习铝及其氧化物可以与碱发生反应。
5．结合实践·助理解
以金属材料的发展为例，运用发展的观点去学习合金的发展过程，正确认识化学的价值。
6．联系实际·释疑惑
知道金属材料包括纯金属及其合金，了解合金的性能及用途。
第一节　铁及其化合物
第1课时　铁的单质、氧化物、氢氧化物
学习目标
核心素养
1．了解单质铁、铁的氧化物性质及用途。2．通过实验认识铁单质与水蒸气的反应的条件，加深对微观原子结构决定物质宏观性质的认识。3．掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备原理及化学性质。
1．通过对“铁及其氧化物”的学习，培养化学服务社会的责任意识。2．通过对“铁单质与水蒸气反应”的学习，培养宏观辨识和微观探究的能力。
新课情境呈现
纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点为1
535℃，沸点为2
750℃。纯铁的抗蚀力很强，它有良好的延展性和导热性，导电性比铜、铝差，能被磁铁吸引。
铁的化合物很多。铁的氧化物主要有黑色的氧化亚铁、红棕色的三氧化二铁和具有磁性的黑色的四氧化三铁。含有铁元素的盐有硫酸亚铁、氯化铁等。铁的氢氧化物为氢氧化亚铁和氢氧化铁。氢氧化亚铁是白色固体，不溶于水，很不稳定，容易被氧化。硫酸亚铁与NaOH溶液反应生成的氢氧化亚铁沉淀，在空气中迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。这是因为氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化成了红褐色的氢氧化铁，发生的反应为：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
以上化合物具有怎样的性质，让我们一起学习铁的单质、氧化物、氢氧化物。
课前素能奠基
知识回顾
1．光亮的铁丝在空气中能否燃烧？铁丝在纯氧中燃烧的现象如何？请写出相应的化学方程式。
__铁丝在空气中不能燃烧。铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。3Fe＋2O2Fe3O4。__
2．将几滴FeCl3饱和溶液滴入沸腾的蒸馏水中，继续加热至液体呈__红褐__色，停止加热。所得液体即为__氢氧化铁胶体__。
新知预习
一、铁的单质
1．铁元素的存在
(1)人类最早使用的铁，是来自太空的__陨铁__。铁在自然界中以单质形态存在于陨铁中。铁元素主要以__＋2__价和__＋3__价化合物的形态存在于矿石中。
(2)在地壳中铁元素的含量仅次于__氧__、__硅__和__铝__，居第__四__位。铁矿石的主要成分是__Fe2O3__，丹霞地貌的岩层因含__Fe2O3__而呈红色。
2．铁的应用历史
(1)我国在__春秋__初年就掌握了冶铁技术。__战国__中期以后，铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。
(2)现代工业炼铁的原理是用__还原__的方法把铁从铁矿石中提炼出来。化学方程式为__3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2__。
3．物理性质
铁有__延展性__和__导热性__，铁能导电，但导电性不如铜和铝。铁能被磁铁吸引。
4．铁的化学性质
(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)实验探究铁粉与水蒸气的反应
实验装置
操作现象
用火柴点燃肥皂液，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H2，化学方程式为__3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2__。
点拨：1.铁在高温条件下与水蒸气反应。
2．实验中湿棉花的作用是提供水蒸气。
二、铁的重要化合物
1．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
点拨：FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。
2．铁的氢氧化物(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__絮状沉淀，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)。
(3)Fe(OH)2与Fe(OH)3的制备与性质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色
__白色__
__红褐色__
溶解性
__难溶于水__
__难溶于水__
制备
__Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓__
__Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓__
性质
还原性
__在空气中迅速被O2氧化__
不稳定性
(隔绝空气加热)__Fe(OH)2FeO＋H2O__
__2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O__
与酸反应
__Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O__
__Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O__
预习自测
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)Fe与H2O(g)反应生成Fe2O3和H2(　×　)
(2)铁有多种氧化物，且均为黑色固体(　×　)
(3)Fe3O4中的Fe化合价有＋2和＋3价，Fe3O4为混合物(　×　)
(4)Fe(OH)2和Fe(OH)3均为弱碱，均与盐酸反应生成盐和H2O(　√　)
(5)Fe(OH)2易被溶解在溶液中的O2氧化为Fe(OH)3(　√　)
2．红珊瑚栖息于200～2
000米深的海域，产于台湾海峡、中国南海，它与琥珀、珍珠被统称为有机宝石。
在中国，珊瑚是吉祥富有的象征，一直被用来制作珍贵的工艺品。红珊瑚是无数珊瑚虫分泌的石灰质大量堆积形成的干支状物，呈红色是因为在海底长期积淀某种元素，该元素是(　B　)
A．Na　
B．Fe　
C．Zn　
D．Cu
解析：钠元素形成的化合物中无红色物质，A错；铁元素形成的氧化铁呈红色，珊瑚在生长过程中吸收氧化铁形成红色，B正确；锌的化合物中无红色物质，C错；海水中铜元素含量低到仪器检测不到，Cu2＋在溶液中呈蓝色，D错。
3．下列变化中，加入铁粉不可能实现的是(　D　)
A．Ag＋―→Ag
B．Fe3＋―→Fe2＋
C．H＋―→H2
D．Fe(OH)2―→Fe(OH)3
解析：铁粉具有还原性，Fe(OH)2到Fe(OH)3化合价升高，被氧化，所以选D。
4．下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是(　C　)
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
解析：铁与水蒸气反应生成H2和Fe3O4，Fe3O4中铁元素呈＋2、＋3价，反应中水作氧化剂，铁作还原剂，所以选C。
课堂素能探究
知识点
Fe(OH)3和Fe(OH)2的实验室制法
问题探究：在两支试管里分别加入少量的FeCl3和新制FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液，观察并记录现象。
FeCl3溶液
新制FeSO4溶液
实验操作
思考探究下列问题：
1．两试管中有什么现象？久置于空气中又有什么现象？
2．在制备Fe(OH)2时，为什么要用新制的FeSO4溶液并将吸有NaOH溶液的胶头滴管尖嘴插入液面以下？
3．在实验中，若想长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀，除使用新制FeSO4溶液外，还应创造一个怎样的反应环境？
探究提示：1.甲中生成红褐色沉淀，久置不变色；乙中生成白色沉淀，且沉淀迅速变成灰绿色，过一段时间后有红褐色物质生成。
2．用新制的FeSO4溶液为了防止Fe2＋被氧化成Fe3＋；滴管尖嘴插入液面以下是为了防止生成的Fe(OH)2与O2接触而被氧化。
3．因为Fe(OH)2易被氧气氧化而发生颜色变化，故应尽可能创造无氧环境以防止Fe(OH)2被氧化。
知识归纳总结：
1．防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)含Fe2＋的溶液必须是新制的，并放入Fe粉，以防Fe2＋被氧化成Fe3＋。
(2)除去溶液中溶解的O2，其方法是加热煮沸NaOH溶液。
(3)长胶头滴管末端插入试管内的液面以下。
(4)在FeSO4溶液液面上加植物油或苯进行液封。
(5)在容器内充满H2等气体，保证无O2环境。
2．实验室制备Fe(OH)2装置的改进
改进后装置①优点：
配制溶液的蒸馏水煮沸，除去溶解的氧气，然后用苯液封，防止空气溶解，装有NaOH溶液的滴管插入液面下慢慢挤出溶液，这些操作均能防止Fe(OH)2与氧气接触，避免其被氧化，因此能较长时间观察到白色沉淀。
装置②优点：
铁粉与稀硫酸反应生成的氢气排除了装置内的空气，同时试管内剩余的氢气起到保护气的作用，防止了Fe(OH)2与氧气接触，避免其被氧化，因此能较长时间观察到白色沉淀。
典例　下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(　B　)
A．①②　
B．①③　
C．②③　
D．①②③
解析：因为Fe(OH)2易被氧气氧化成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中液面上加苯阻止了空气进入；②由于能接触到空气，故不能较长时间观察到白色沉淀。
〔变式训练〕
下列关于氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中，不正确的是(　B　)
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
解析：氢氧化亚铁(纯净的)是白色絮状沉淀，易被氧气氧化，B项错误；实验室可利用亚铁盐溶液与碱溶液反应制备氢氧化亚铁，例如用FeSO4溶液与NaOH溶液反应来制备Fe(OH)2，为了防止Fe(OH)2被溶解在溶液中的氧气氧化，所用氢氧化钠溶液应预先煮沸将氧气排出，然后利用题给装置制备Fe(OH)2，且滴加NaOH溶液的胶头滴管应插入FeSO4溶液中，当制得的Fe(OH)2部分被氧化时，沉淀呈灰绿色。故A、C、D三项均正确。
名师博客呈现
铁及其化合物的性质在运用中的常见误区
误区1：误认为Fe3O4是混合物。Fe3O4可写成FeO·Fe2O3的形式，但只含有一种成分，故为纯净物，属于复杂氧化物。
误区2：误认为Fe与Cl2反应的产物可能为FeCl2或FeCl3。Fe与Cl2反应的产物是FeCl3，与Cl2量的多少无关，反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋只能在溶液中进行。
误区3：误认为Fe与酸的反应都是置换反应。Fe与非氧化性酸的反应是置换反应，生成盐和H2，与氧化性酸(如HNO3、浓H2SO4)的反应不是置换反应，不能生成H2。
误区4：误认为Fe2O3、Fe(OH)3与HI(已知：HI溶液具有强酸性，I－具有还原性)的反应属于复分解反应。Fe2O3、Fe(OH)3与HI的反应并非简单的复分解反应，而是氧化还原反应，如2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O。
课堂达标验收
1．常温下，将铁片放入下列溶液中，不发生反应的是(　C　)
A．稀硫酸　　　　　
B．氯水
C．氢氧化钠溶液
D．硫酸铜溶液
解析：稀H2SO4、硫酸铜溶液均与Fe发生置换反应，氯水中有H＋，也能与Fe反应，所以选C。
2．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中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是__铁屑__，A中反应的离子方程式是__Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑__。
(2)实验开始时先将止水夹E__打开__(填“打开”或“关闭”)，C中收集到气体的主要成分是__H2__。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：__关闭止水夹E，使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应__。
(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：__4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3__。
解析：实验开始时先打开E，让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E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。空气进入装置B后，Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3。
3．已知Fe3O4是一种复杂的化合物，其化学式可改写为FeO·Fe2O3。对于Fe与水蒸气反应后的黑色物质，有三个学习小组提出了三种不同的猜想，以下是小组同学进行的实验猜想与探究，请你根据小组的思路与提示完成相关空白。
实验之前查阅资料得知Fe3＋的盐溶液遇到KSCN溶液时，溶液变成红色，而Fe2＋遇KSCN溶液无明显变化。
【猜想】甲组：黑色物质是FeO
乙组：黑色物质是Fe3O4
丙组：__黑色物质是FeO和Fe3O4的混合物__。
【实验探究】
(1)丙组认为用一种简单定性的方法即可判断甲组的正误：取生成的黑色物质少许于烧杯中，加稀盐酸使其完全溶解，再加__KSCN__溶液以检验Fe3＋，观察到溶液有无出现__红色__现象即可判断。
(2)乙组认为可通过定量测定来确定生成的黑色物质的组成，以验证该组猜想正确。取生成的黑色物质2.32
g溶解于适量稀盐酸后，加入新制氯水，加入氯水后反应的离子方程式为__2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－__，再加入足量NaOH溶液后，过滤、洗涤、烘干、灼烧、称量，若称得固体质量为__2.4_g__，即可判断乙组同学猜想正确。
解析：Fe的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，其中Fe2O3是红棕色固体，FeO、Fe3O4是黑色物质；黑色物质若为纯净物，可能为FeO，也可能为Fe3O4，若是混合物，则为FeO和Fe3O4的混合物。
(1)Fe3＋遇SCN－，溶液变为红色，所以向溶液中加入KSCN溶液，若观察到溶液无红色出现，即可判断无Fe3＋，即原黑色物质为FeO。
(2)金属氧化物溶于盐酸后，向该溶液中通入Cl2，由于氯气有氧化性，会与溶液中的Fe2＋发生氧化还原反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，发生沉淀反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，将沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧，发生分解反应：2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O。若乙组同学猜想正确，则2.32
g全为Fe3O4，其物质的量为n(Fe3O4)＝＝0.01
mol，根据铁元素守恒，可得n(Fe2O3)＝(0.01
mol×3)÷2＝0.015
mol，称得固体质量为m(Fe2O3)＝0.015
mol×160
g·mol－1＝2.4
g。
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-第2课时　铁盐和亚铁盐
学习目标
核心素养
1．结合实验探究，掌握Fe、Fe2＋、Fe3＋相互转化的途径。2．通过实验学会Fe2＋、Fe3＋的检验方法。3．了解铁盐、亚铁盐的主要性质及其在生产、生活中的应用。
1．通过对“Fe、Fe3＋、Fe2＋相互转化”的学习，强化变化观念。2．通过对“Fe2＋、Fe3＋的检验”的学习，提升实验探究能力和创新意识。3．通过对“铁盐、亚铁盐”的学习，培养证据推理意识。
新课情境呈现
在一定条件下铁盐和亚铁盐是可以相互转化的。让我们走进教材学习铁盐和亚铁盐。
课前素能奠基
新知预习
一、Fe2＋和Fe3＋的检验
二、Fe2＋与Fe3＋的转化
1．实验及现象
2．反应的离子方程式
__2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋__，
__Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3__，
__2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－__。
3．结论
Fe3＋Fe2＋
预习自测
1．除去FeCl2溶液中少量的FeCl3，最好的办法是(　D　)
A．加入氢氧化钠溶液
B．通入氯气
C．加入铜粉
D．加入铁粉
解析：因为2FeCl3＋Fe===3FeCl2，加铁粉既不引入杂质，又能除掉Fe3＋。
2．下列关于Fe2＋和Fe3＋的叙述中，错误的是(　D　)
A．Fe2＋的水溶液为浅绿色
B．Fe3＋的水溶液为黄色
C．Fe3＋具有氧化性，Fe2＋具有还原性
D．Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，立即出现红色沉淀
解析：Fe3＋与SCN－反应生成的Fe(SCN)3为红色易溶于水的物质，不是沉淀。
3．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　)
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＋
解析：铁钉与硫酸铜溶液发生反应，Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，铁作还原剂，A正确；硫酸亚铁溶液于氯水发生反应，2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Fe2＋显还原性，B错误；铜丝与氯化铁溶液发生反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，产物中没有单质生成，不是置换反应，C错误；氧化性顺序为Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，D错误。
4．下列物质反应后一定有＋3价铁生成的是(　B　)
①过量的Fe与Cl2反应　②Fe与过量稀硫酸反应
③FeCl2溶液中通入少量Cl2　④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A．①
B．①③
C．①②③
D．①②③④
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，因此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＋。③在溶液中Fe2＋被Cl2氧化生成Fe3＋。④中首先发生Fe与盐酸生成FeCl2，Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应，但题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。
课堂素能探究
知识点?
　
Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化——“铁三角”
问题探究：铁元素有三种价态：0价、＋2价和＋3价，这三种价态的铁在一定条件下可相互转化，我们称之为铁三角：
分析上图，思考下列问题：
1．不同价态铁元素之间转化的条件是什么？
2．实验室制取FeCl2溶液时为什么要加入少量铁屑？
探究提示：1.由高价态转化低价态需要还原剂，由低价态转为高价态需要氧化剂。
2．加入铁屑能防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。
知识归纳总结：
1．Fe只有还原性，可以被氧化成＋2或＋3价的铁：
如Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋
2Fe＋3Cl22FeCl3
3Fe＋4H2OFe3O4＋4H2。
2．Fe2＋既有氧化性又有还原性：
如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋
FeO＋COFe＋CO2
3．Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁：
如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
典例1　下图是物质间发生化学反应时颜色的变化情况，下列选项中正确的是(　C　)
M
N
P
Q
A
NH3·H2O
Ba(OH)2
铜
石蕊试液
B
Na
BaCl2
FeO
KSCN
C
NaOH
Ba(NO3)2
锌粉
KSCN
D
NaHCO3
MgCl2
Fe
石蕊试液
解析：硫酸铁与Ba(OH)2反应生成硫酸钡白色沉淀和Fe(OH)3红褐色沉淀，A项错误；硫酸铁与FeO不反应，且FeO难溶于水，B项错误；物质间发生化学反应时颜色的变化情况符合图示，C项正确；硫酸铁与MgCl2溶液不反应，D项错误。
〔变式训练1〕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(　C　)
A．锌粉　
B．镁粉　
C．铁粉　
D．铝粉
解析：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，还会引入新的杂质锌离子、镁离子、铝离子等。
知识点二
Fe3＋、Fe2＋的检验方法
问题探究：如何证明FeSO4溶液是否变质？
探究提示：变质的FeSO4溶液中含有Fe3＋。用洁净的试管取少量(1～2
mL)的样品溶液，向其中滴入KSCN溶液1～2滴，若溶液立即显红色证明含有Fe3＋，即该溶液已变质。
知识归纳总结：
Fe3＋、Fe2＋的检验方法
1．用KSCN溶液和氯水：
(1)流程：
(2)有关反应：Fe3＋＋3SCN－??Fe(SCN)3(红色)
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
2．用NaOH溶液：
(1)流程：
(2)有关反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色沉淀)
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色沉淀)
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===
4Fe(OH)3
3．含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
滴加KSCN溶液→
典例2　某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质，查阅了有关资料，得知SCN－、Fe2＋能被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色，并结合已学的知识设计了如下实验：
①将药片除去糖衣研细后溶解、过滤。
②取滤液分别加入两支试管中，在一支试管中加入酸性KMnO4溶液，在另一支试管中加入KSCN溶液。
请完成下列问题：
(1)若滴入酸性KMnO4溶液后褪色，滴入KSCN溶液后不变红，结论是__补铁药没有变质__。
(2)若滴入酸性KMnO4溶液后不褪色，滴入KSCN溶液变红，结论是__补铁药完全变质__。
(3)若滴入酸性KMnO4溶液后褪色，滴入KSCN溶液变红，结论是__补铁药部分变质__。
(4)__不能__(填“能”或“不能”)将酸性KMnO4溶液和KSCN溶液滴入到同一支试管中进行验证，原因是__酸性KMnO4溶液呈紫红色，影响Fe3＋的检验；KSCN具有还原性，影响Fe2＋的检验__。
解析：加入酸性KMnO4溶液褪色说明含有Fe2＋，而加入KSCN溶液变红则说明含有Fe3＋，所以前三问的答案很容易得出。第(4)问中的原因可归纳为两条，一是酸性KMnO4溶液呈紫红色，影响Fe3＋的检验；二是KSCN具有还原性，可以被酸性KMnO4溶液氧化，影响Fe2＋的检验。
〔变式训练2〕下列物质与铁反应后的生成物，能与KSCN溶液作用生成红色溶液的是(　B　)
A．盐酸
B．氯气
C．CuSO4溶液
D．稀硫酸
解析：铁离子能和KSCN溶液反应而使溶液显红色，A中生成氯化亚铁，B中生成氯化铁，C中生成硫酸亚铁，D中生成硫酸亚铁。
名师博客呈现
Fe2＋和Fe3＋的检验方法总结：
依据Fe3＋和Fe2＋的性质，检验或区别Fe3＋和Fe2＋的方法有很多，除加KSCN溶液和NaOH溶液的方法外，简便易行的方法还有：
(1)观察溶液颜色法
(2)淀粉碘化钾法
(3)酸性KMnO4溶液(溴水)法
(4)铜片法
(5)亚铁氰化钾溶液和铁氰化钾溶液是检验Fe3＋和Fe2＋的特征试剂：
Fe3＋蓝色沉淀
Fe2＋蓝色沉淀
〔即时训练〕
某小组在验证反应“Fe＋2Ag＋===Fe2＋＋2Ag”的实验中检测到Fe3＋，发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05
mol·L－1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。
①取少量黑色固体，洗涤后，__加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀__(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有__Fe2＋__。
③针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3＋，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，乙依据的原理是__2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋__(用离子方程式表示)。
解析：②K3[Fe(CN)6]是检验Fe2＋的试剂，产生蓝色沉淀说明溶液中含有Fe2＋。
课堂达标验收
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(　C　)
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
解析：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。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．下列除杂的操作不正确的是(　C　)
A．MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量镁充分反应后过滤
B．FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤
C．CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入NaOH溶液充分反应后过滤
D．CuCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入CuO充分反应后过滤
解析：CuCl2与FeCl3混合溶液中加入NaOH溶液同时反应，CuCl2＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋2NaCl，FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl，所以选C。
3．通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是(　D　)
选项
操作、现象
解释
A
向KI－淀粉溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝
Fe3＋能与淀粉发生显色反应
B
把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C
向盐酸中加入少量铁粉，有气泡产生
说明Fe被氧化为Fe3＋
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色
说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
解析：A项，2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，I2与淀粉发生显色反应，A错；B项，红棕色斑点是Fe2O3，B错；C项，盐酸与铁粉反应生成Fe2＋，C错；D项，Fe(OH)2在空气中发生反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，D正确。
4．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．__Fe__，C．__FeCl2__，F.__Fe(OH)3__，G.__Fe2O3__。
(2)检验D中阳离子的方法__取少量D溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液变红色，证明有Fe3＋__。
(3)保存C溶液时要加固体A的原因是__防止Fe2＋被氧气氧化__。
(4)写出下列转化的离子方程式或化学方程式。
①A→C：__Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑__；
②C→D：__2Fe2＋＋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与氧气反应生成的B为Fe3O4，四氧化三铁与盐酸反应得到氯化亚铁与氯化铁，故Fe与盐酸反应得到的X为氢气、C为FeCl2，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溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液变红色，证明有Fe3＋；(3)FeCl2易被空气中的氧气氧化，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－。
5．根据下表的数据，回答下列问题：
北京市医疗机构临床检验结果报告单
分析项目
检测结果
单位
参考范围
1.
锌(Zn)
115.92
μ
mol·L－1
66～120
2.
铁(Fe)
6.95
m
mol·L－1
7.52～11.82
3.
钙(Ca)
1.68
m
mol·L－1
1.55～2.10
……
(1)该儿童__铁__元素含量偏低。
(2)报告单中“μ
mol·L－1”是__浓度__(填“质量”“体积”或“浓度”)的单位。
(3)服用维生素C可使食物中的Fe3＋转化为Fe2＋。在这个过程中体现维生素C的__还原性__(填“氧化性”或“还原性”)。
(4)缺铁性贫血患者应补充Fe2＋。一些补铁剂以硫酸亚铁为主要成分，将硫酸亚铁制成药片时外表包有一层特殊的糖衣，推测糖衣的作用是__防止Fe2＋被氧化__。
解析：(1)从检测结果与参考范围看，该儿童铁元素的含量比参考范围略低。(2)μ
mol·L－1为浓度的单位。(3)Fe3＋转化为Fe2＋，铁元素的化合价降低，发生还原反应，故维生素C体现还原性。(4)糖衣可以防止硫酸亚铁与空气接触，起到防止Fe2＋被氧化的作用。
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9
-第1课时　铁合金　铝和铝合金　新型合金
学习目标
核心素养
1．认识合金的组成及特性，深入了解常见铁合金、铝合金、新型合金的组成及用途。2．结合生活中铝制品的使用，认识氧化膜对铝制品的保护作用，通过实验探究认识铝、氧化铝的两性。
1．通过对“合金材料”的学习，培养科学精神和社会责任。2．通过对“铝、氧化铝”的学习，培养实验探究能力和创新意识。
新课情境呈现
金属材料的使用并不仅仅局限于我们熟悉的金、银、铜、铁、铝这几种，有很多其他的金属现已被广泛应用，让我们走进教材，学习铁合金、铝和铝合金、新型合金。
课前素能奠基
知识回顾
1．金属具有许多共同的物理性质，如不透明、有金属光泽、__易导电__、__易导热__、有__延展__性。
2．生产、生活中应用较多的合金是__生铁和钢__，历史上应用最早的金属是__铜__。
新知预习
一、合金的概念和特性
概念
由两种或两种以上的__金属__(或__金属与非金属__)熔合而成的具有__金属__特性的物质
性能
硬度
硬度一般__大于__它的纯金属成分
熔点
熔点一般__低于__它的成分金属
与纯金属材料相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能
二、铁合金
1．铁合金的分类
分类
含碳量
性能
用途
铁合金
生铁
2%～4.3%
__硬度__大、抗压，性脆、可铸造成型
制造__机座__和管道等
钢
0.03%～2%
良好的__延展__性，机械性能好，可锻轧和铸造
制造机械和交通工具
2．钢的分类
(1)钢是用量__最大__、用途最广的合金，根据其化学成分，分为：__碳素钢__和__合金钢__。
(2)碳素钢
(3)合金钢
①又叫特种钢，特殊性能：强度、__硬度__大，可塑性、__韧性__好，耐磨，__耐腐蚀__等。
②不锈钢
合金元素
性能
用途
主要是Cr、Ni
在大气中稳定，不容易生锈，具有很强的__抗腐蚀__能力
制造__医疗__器材、厨房用具和餐具；地铁列车的车体等
三、铝和铝合金
铝是地壳中含量最多的金属。铝性质活泼，铝和铝合金制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的__氧化铝__薄膜，保护内部金属。
1．铝与酸、碱的反应
铝与盐酸反应
铝与氢氧化钠溶液反应
实验操作
实验现象
铝片__逐渐溶解__，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有__爆鸣声__
化学方程式
__2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑__
__2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑__
离子方程式
__2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑__
__2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑__
实验结论
铝既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，都产生__氢气__
2.氧化铝与酸、碱的反应
(1)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，如Al2O3。
(2)氧化铝的两性
Al2O3反应的离子方程式：__Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O__反应的离子方程式：__Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O__
3．铝合金
(1)铝合金中的合金元素有：__Cu__、__Mg__、Si、Mn、Zn及__稀土元素__等。
(2)硬铝
合金元素
性能
用途
Cu、Mg、Mn、Si
__密度__小、强度高、抗腐蚀能力较强
制造__飞机__、宇宙飞船
(3)稀土元素
包含元素：镧系元素(从镧到镥)，原子序数从57～71的15种元素及__钪__、__钇__共17种元素。
点拨：稀土元素称为冶金工业的维生素，因为在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。
(4)铝合金用途是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
四、新型合金
预习自测
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)任何两种金属通过熔合均可以形成合金(　×　)
(2)合金是混合物，没有固定的熔、沸点(　√　)
(3)铝合金适宜制作门窗的理由是易加工且抗腐蚀(　×　)
(4)Al2O3既是酸性氧化物又是碱性氧化物(　×　)
(5)Al2O3可以与所有酸发生反应(　×　)
(6)等质量的Al与足量盐酸、NaOH溶液反应生成的H2的质量相同(　√　)
(7)等体积、等浓度的盐酸和NaOH溶液与足量Al反应生成H2的质量相同(　×　)
2．铝既能与硫酸溶液反应，又能与烧碱溶液反应，下列说法不正确的是(　C　)
A．两个反应都是氧化还原反应
B．铝与硫酸反应时，硫酸作氧化剂
C．铝与烧碱溶液反应时，氢氧化钠作氧化剂
D．两个反应都有气体生成
解析：铝与硫酸溶液反应生成Al2(SO4)3和H2，铝是还原剂，硫酸是氧化剂；铝与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2和H2，铝是还原剂，H2O是氧化，所以选C。
3．下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是(　B　)
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
解析：铝既能与碱又能与酸反应，A、D不合理；铝制品表面有一层致密的氧化膜，可起到保护作用，若用金属丝擦洗不可取，C不合理，金属铝表面氧化物与热水不反应，B合理。
4．下列所用材料不属于合金的是(　B　)
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
解析：铝窗含有的元素有铝、铜、镁、锰、锌等，A不选；水银是单质，选B；黄铜中含有铜和锌，C不选；钢筋中含铁、碳等元素，D不选。
5．钢材是目前使用最广泛的金属材料。钢材可以用作桥梁的结构材料，是因为它(　B　)
A．有良好的导热性
B．有一定的机械强度
C．不易受空气和水的作用
D．有良好的导电性
解析：钢材可用作桥梁的结构材料主要利用了钢机械强度大，故选B。
6．下列金属中，表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是(　D　)
A．Cu
B．Na
C．Fe
D．Al
解析：Al在空气中易形成致密的Al2O3氧化膜，保护内层金属。
课堂素能探究
知识点?
　
合金
问题探究：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。
2．为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？
探究提示：1.①铝合金门窗：质轻、耐腐蚀；②易拉罐：质轻、易回收利用。
2．铝合金比铁合金密度小且耐高温、耐腐蚀。
知识归纳总结：
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质性质，如合金的熔点一般比成分金属低，而硬度、机械强度一般比成分金属高；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。
典例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　)
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
解析：高铁车箱要求质量轻，强度大、抗腐蚀能力强等优点，铝合金符合，所以选A。
〔变式训练1〕下列关于合金的说法错误的是(　B　)
A．合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质
B．镁铝合金的硬度比镁和铝都小
C．在合金中加入适量的稀土金属能大大改善合金的性能
D．青铜、硬铝、钢都是合金
解析：合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质，故A正确；镁铝合金的硬度比镁和铝都大，故B错误；在合金中加入适量稀土金属，就能大大改善合金的性能，故C正确；青铜、硬铝、钢都是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合在一起形成的具有金属特性的物质，属于合金，故D正确。
知识点二
铝与盐酸、NaOH溶液的反应
问题探究：1.厨房中能够用铝制容器长时间存放食醋吗？
2．根据铝的性质分析，如何除去镁粉中的铝粉？
探究提示：1.不能。铝能与醋酸反应。
2．将样品加入足量的NaOH溶液，然后过滤、洗涤、干燥。
知识归纳总结：
铝与盐酸、NaOH溶液反应的定量关系
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑　(1)
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　(2)
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。
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∶35．铝既能与非氧化性酸反应产生氢气，也能与碱反应产生氢气，前者是置换反应，后者不是置换反应。
6．铝与盐酸、氢氧化钠的反应中，还原剂都是铝，还原产物都是氢气，故铝与产生氢气的关系式是相同的。
典例2　甲、乙两个烧杯中分别盛有100
mL
4.0
mol·L－1的盐酸和100
mL
4.0
mol·L－1的NaOH溶液，向两个烧杯中均加入5.4
g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为(　B　)
A．1∶1
B．2∶3
C．3∶2
D．3∶1
解析：甲、乙两烧杯中含有HCl、NaOH的物质的量都为0.4
mol，根据化学方程式2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，5.4
g(即0.2
mol)Al分别与盐酸和NaOH溶液反应时，盐酸不足量而NaOH过量，故Al与盐酸反应生成H2
0.2
mol，与NaOH溶液反应生成H2
0.3
mol，其体积比为2∶3。
〔变式训练2〕足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是(　C　)
A．盐酸　　　　　
B．稀硫酸
C．氢氧化钠溶液
D．氯化钠溶液
解析：铝与氯化钠溶液不反应，由2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑可知，Al～3H＋～H2，Al～OH－～H2，即1
mol铝消耗氢氧化钠1
mol、硫酸1.5
mol、氯化氢3
mol。
名师博客呈现
1．氢氧化铝
(1)物理性质
Al(OH)3是白色固体，几乎不溶于水，但能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。
(2)化学性质
①两性氢氧化物：像Al(OH)3这样既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物，称为两性氢氧化物。
②Al(OH)3是典型两性氢氧化物，在强酸与强碱溶液里都能溶解。
a．与强酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
b．与强碱反应：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
③氢氧化铝的热稳定性
Al(OH)3的热稳定性较差，将Al(OH)3加热后，可分解为Al2O3和H2O。
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
2．既能与酸反应，又能与碱反应的物质有：(1)某些金属，如Al；(2)两性氧化物，如Al2O3；(3)两性氢氧化物，如Al(OH)3；(4)弱酸的酸式盐，如NaHCO3、NaHS、NaHSO3、Na2HPO4；(5)弱酸的铵盐，如(NH4)2S、(NH4)2CO3、CH3COONH4、NH4HCO3。
〔即时训练〕
已知单质A、B、C和甲、乙、丙、丁四种化合物有下图所示的转化关系，C为密度最小的气体，甲是一种高熔点的物质，
丙常温下是一种液体。
根据以上转化关系回答：
(1)写出下列物质的化学式：
A__Al__；B__O2__；乙__NaAlO2__；丁__Al(OH)3__。
(2)①写出A与NaOH溶液反应的化学方程式：__2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑__。
②写出甲与NaOH溶液反应的离子方程式：__Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O__。
(3)将一定量的A加入NaOH溶液中，产生的C在标准状况下的体积为3.36
L，则消耗的A的物质的量为__0.1_mol__，转移电子的物质的量为__0.3_mol__。
解析：常见金属单质中能与NaOH溶液反应产生气体的只有Al，所以A是Al，乙是NaAlO2，C是H2。甲是铝的化合物，可和NaOH溶液反应产生NaAlO2，可能是Al2O3，则丙是H2O，B是O2。根据NaAlO2＋CO2(过量)＋2H2O===NaHCO3＋Al(OH)3↓，可知丁是Al(OH)3。丁失去H2O可得到Al2O3，可验证甲是Al2O3。
课堂达标验收
1．合金常因质轻、硬度大、耐腐蚀等特性备受青睐。只含有下列成分的物质一定不是合金的是(　D　)
A．Fe、C　
B．Cu、Zn　
C．Al、Cu　
D．C、Si
解析：由合金概念可知，合金中至少含有一种金属，C、Si都是非金属不能形成合金，故选D。
2．青铜是我国使用最早的合金。下列关于青铜性质的说法，不正确的是(　D　)
A．熔点比纯铜低
B．能够导电
C．能够导热
D．硬度比纯铜小
解析：合金的熔点比其组成成分熔点低，A正确；合金能导热、导电，B、C正确；合金的硬度比其组成成分的硬度大，D不正确。
3．下列物质中不属于铁合金的是(　D　)
A．不锈钢
B．生铁
C．碳素钢
D．氧化铁
解析：合金是金属与金属或金属与非金属融合而成的混合物，氧化铁属纯净物，不是合金，所以选D。
4．如图所示的实验中，投入铝片后(　D　)
A．①中产生气泡，②中不产生气泡
B．①和②中都不产生气泡
C．①和②中都产生气泡，①中是H2，②中是O2
D．①和②都产生气泡，且都是H2
解析：铝在盐酸中反应是2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，铝在氢氧化钠溶液中反应是2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，所以选D。
5．下列说法正确的是(　D　)
A．Al2O3难溶于水，不跟水反应，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能跟所有的酸碱溶液反应
D．Al2O3能跟强的酸碱溶液反应
解析：Al(OH)3对应的氧化物为Al2O3和氧化物的溶解性无关，A项错误；Al2O3是两性氧化物，B项错误；Al2O3与强酸、强碱反应，与弱酸、弱碱不反应，C项错误，D项正确。
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__过滤__。
(2)气体A是__H2(或氢气)__。
(3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸，生成__HCl__(填化学式)，A在该反应中作为__还原剂__(填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)溶液B中阴离子除OH－外还有__AlO__，溶液D中存在的金属离子为__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反应生成HCl。(4)溶液B中阴离子有OH－、AlO，溶液D中金属离子为Fe2＋。
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9
-第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用
学习目标
核心素养
1．复习回顾有关物质的量n与微粒数N、物质的质量m、气体体积V、溶液浓度c间的计算公式，巩固以物质的量为中心的各物理量之间的换算方法。2．掌握物质的量在化学方程式计算中的一般方法和步骤。能逐步熟练在计算中应用物质的量，掌握计算的技巧和方法。
1．通过对“物质的量相关公式”的回顾，提升定量探究的学习能力及证据推理意识。2．通过对“物质的量在化学方程式中的计算”的学习，提升逻辑思维能力和计算能力。
新课情境呈现
物质是由原子、分子、离子等粒子构成的，物质之间的化学反应也是这些粒子按一定的数目关系进行的。化学方程式中的化学计量数可以明确地表示出化学反应中粒子之间的数目关系。例如：
由此可以看出，化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比。因此，将物质的量(n)、摩尔质量(M)、物质的量浓度(c)和气体摩尔体积(Vm)应用于化学方程式进行计算时，定量研究化学反应中各物质之间的关系会更加方便。让我们走进教材，学习物质的量在化学方程式计算中的应用。
课前素能奠基
知识回顾
1．在化学变化前后，原子的__种类__和__个数__都保持不变，所以任何化学反应都遵循__质量守恒__定律。
2．在标准状况下，46
g钠和足量的水反应生成H2的质量为__2_g__，即2
mol钠和足量的水反应，生成H2的物质的量为__1__mol，其体积为__22.4__L。
新知预习
一、物质的量与各物理量之间的关系
1．图示关系
2．计算公式
(1)已知物质的质量：n(B)＝____；
(2)已知标准状况时的气体体积：n(B)＝____；
(3)已知物质的粒子数：n(B)＝____；
(4)已知溶液中的物质的量浓度：n(B)＝__c(B)·V[B(aq)]__。
二、化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系
　2Na　
＋　
2H2O
===
2NaOH　＋　　H2↑
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
质量之比：
46
g　
∶　
36
g　
∶
80
g　　
∶
2
g
结论：化学方程式中化学计量数之比等于__粒子个数__之比，也等于__物质的量__之比，对于有气体参与的反应还等于__体积__之比。
预习自测
1．把一小块钠放入足量水中，会发生如下反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。下列有关该反应的说法正确的是(　D　)
A．反应中Na与NaOH的质量相等
B．反应中H2O和H2的质量相等
C．反应中H2O和H2的质量之比为2∶1
D．反应中Na与NaOH的物质的量之比为1∶1
解析：根据反应方程式，反应中Na和NaOH的质量比为23∶40，Na和NaOH的物质的量比为1∶1，A错，D正确；反应中H2O和H2的质量比18∶1，B、C错。
2．对于反应：2A(g)＋2B(g)===3C(g)＋D(g)，化学计量数之比与下列各项不等的是(　C　)
A．分子数之比
B．物质的量之比
C．质量之比
D．体积之比(同温同压)
解析：方程式中化学计量数之比等于物质的量之比，等于分子数之比，等于相同状态下气体体积比，只有C合题意。
3．铁粉可与高温水蒸气反应，若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加为32
g，则参加反应的铁粉的物质的量是(　C　)
A．0.5
mol
B．1
mol
C．1.5
mol
D．2
mol
解析：反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加为32
g，即固体增重了32
g，设参加反应的铁为x
mol，则
3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2　Δm
3
mol
64
g
x
mol
32
g
＝
解得x＝1.5，故选C。
4．将铁加入100
mL某浓度的盐酸中恰好完全反应，反应后生成的气体为V
L(标准状况下)，将铝加入100
mL
2
mol·L－1氢氧化钠溶液中恰好完全反应，充分反应后生成的气体为3V
L。下列说法正确的是(　B　)
A．原铁和铝的物质的量相等
B．原盐酸的浓度为2
mol·L－1
C．铁加入盐酸中的离子方程式为2Fe＋6H＋===3Fe3＋＋3H2↑
D．盐酸与氢氧化钠溶液的物质的量浓度之比为1∶3
解析：Fe与盐酸反应生成氢气的物质的量：n(H2)＝
mol，Al与NaOH反应生成氢气的物质的量n(H2)＝
mol，NaOH的物质的量为2
mol·L－1×0.1
L＝0.2
mol，
由
mol＝0.3
mol得V＝2.24
L，
所以n(Fe)＝＝0.1
mol
n(Al)＝0.2
mol
c(HCl)＝＝2
mol·L－1，
c(NaOH)＝2
mol·L－1，
故选B。
5．标准状况下，2.8
g铁与足量的稀硫酸反应生成a
L氢气，下列关系正确的是(　C　)
A．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
　1
mol
　　　　　　
1
mol
　2.8
g
　　　　　　　a
L
B．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
　56
g
　　　　　　　　1
L
　2.8
g
　　　　　　　a
L
C．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
　1
mol
　　　　　　　22.4
L
　0.05
mol
　　　　　　a
L
D．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
　56
g　
　　　　　　　2
g
　2.8
g
　　　　　　　a
L
解析：根据化学方程式计算时，计量单位必须满足“上下一致，左右相当”。
6．向500
mL
NaOH溶液中投入10.8
g
Al，二者恰好完全反应，试计算：
(1)Al的物质的量；
(2)参加反应的NaOH的物质的量和溶液中NaOH的物质的量浓度；
(3)在标准状况下生成H2的体积。
解析：(1)Al的摩尔质量是27
g·mol－1，
n(Al)＝＝0.4
mol。
(2)设参加反应的NaOH物质的量是n。
2Al　＋　2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2
　　　
2
0.4
mol
　
n
＝，n＝0.4
mol
c(NaOH)＝＝0.8
mol·L－1
(3)设在标准状况下生成H2的体积是V。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2
mol
3×22.4
L
0.4
mol
V
V＝＝13.44
L
答：(1)铝的物质的量为0.4
mol。
(2)参加反应的NaOH的物质的量是0.4
mol，溶液中NaOH的物质的量浓度是0.8
mol·L－1。
(3)标准状况下生成H2的体积为13.44
L。
课堂素能探究
知识点
　
物质的量在化学方程式中的应用
1．计算步骤
—将已知物理量转化为物质的量
↓
—设所求物质的物质的量为n(X)
↓
—写出相关的化学方程式
↓
—在有关物质的化学式下面标出已知量和未知量
↓
—列出比例式
↓
—根据比例式求解
↓
—简明地写出答案
2．有关物质的量的计算中的“三个规范”
(1)书写规范：各种符号的书写要规范，大写字母与小写字母的意义各不相同。如“M”表示摩尔质量，而“m”表示质量，“N”表示微粒数，而“n”表示物质的量。
(2)符号规范：
①设未知数直接用各物理量的符号表示，且要注明物质(或粒子)的符号。如设参加反应HCl溶液的体积为V[HCl(aq)]。
②各物理量及单位、物质的名称、公式等尽量用符号表示。如已知NaOH溶液的体积和物质的量浓度，求NaOH的质量时就写成：m(NaOH)＝c(NaOH)·V[NaOH(aq)]·M(NaOH)。
(3)单位规范：把已知量代入计算式中计算时都要带单位且单位要统一。
3．物质的量应用于化学方程式计算时的注意事项
(1)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的量之比，而非质量之比。
(2)计算时，各种物质不一定都用物质的量表示，也可以用质量表示，气态物质还可以用体积(标准状况)表示，但要注意物质的量与其他各物理量之间的换算关系；只要做到计量单位“上下一致，左右相当”即可。
4．化学计算中常用的三种方法
(1)关系式法
当已知物和未知物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”。如：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的量，根据化学方程式知：
3CO～3CO2～3CaCO3即CO～CaCO3。
(2)守恒法
①质量守恒
宏观特征：反应前后元素的质量守恒。
微观守恒：反应前后各元素的原子个数守恒。
②得失电子守恒
氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。
③电荷守恒
ⅰ.电解质溶液中，阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数。
ⅱ.离子方程式中，反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数相等且电性相同。
(3)差量法
根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量差、气体体积差等。该差量的大小与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系，解决一定量变的计算题。
例如，把一铁棒插入CuSO4溶液中，过一段时间取出，铁棒质量增加了4
g，据此可求出参加反应的Fe的质量。
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　Δm(质量增加)
56
64
64－56＝8
m(Fe)＝28
g
4
g
典例　镁铝合金具有很好的强度、刚性和尺寸稳定性，常用来制作又轻又薄的笔记本电脑、手机等的外壳。把10.2
g镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，在标准状况下生成6.72
L氢气。试计算：
(1)该合金中铝的质量分数是__52.9%__。
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比是__1∶1__。
(3)该合金溶于足量的盐酸中，标准状况下产生氢气的体积是__11.2_L__。
解析：(1)把镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，镁不反应，只有铝能与氢氧化钠溶液反应。设铝的物质的量为n(Al)，则：
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2
mol
3×22.4
L
n(Al)
6.72
L
解得：n(Al)＝0.2
mol，
m(Al)＝0.2
mol×27
g·mol－1＝5.4
g，
铝的质量分数为×100%≈52.9%。
(2)m(Mg)＝10.2
g－5.4
g＝4.8
g，
n(Mg)＝＝0.2
mol，
则n(Al)∶n(Mg)＝1∶1。
(3)设由铝生成的氢气为V1(H2)，由镁生成的氢气为V2(H2)，由铝和镁与盐酸的反应可知：
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2
mol
3×22.4
L
0.2
mol
V1(H2)
解得：V1(H2)＝6.72
L，
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
1
mol
22.4
L
0.2
mol
V2(H2)
解得：V2(H2)＝4.48
L，V总(H2)＝V1(H2)＋V2(H2)＝6.72
L＋4.48
L＝11.2
L。
〔变式训练〕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(　D　)
A．0.10
mol·L－1
B．0.20
mol·L－1
C．0.50
mol·L－1
D．1.00
mol·L－1
解析：0.56
g
CaO恰好与20
mL盐酸完全反应，则有
CaO　＋　2HCl===CaCl2＋H2O
56
g
2
mol
0.56
g
n(HCl)
n(HCl)＝＝0.02
mol，
则c(HCl)＝＝＝1
mol·L－1，故选D。
名师博客呈现
摩尔电子质量的定义与计算
1．摩尔电子质量：某物质在反应中转移1摩尔电子时该物质消耗的质量，单位是“克/摩尔电子”或“g/mol
e－”。如Mg的摩尔电子质量为
g/mol
e－＝12
g/mol
e－，Al的摩尔电子质量为
g/mol
e－＝9
g/mol
e－。
2．平均摩尔电子质量：由两种或两种以上的物质组成的混合物在反应中转移1摩尔电子时引起的质量改变，如2
g金属混合物生成2.24
L
H2(标准状况)，则平均摩尔电子质量为＝10
g/mol
e－。
〔即时训练〕
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(　C　)
A．铁　　　　　　　　
B．锌
C．铝
D．镁
解析：已知10
g金属与酸反应产生11.2
L
H2，要确定金属的组成，有以下几种思路和方法：
方法一(关系式法)：由M～H2(M为金属，n为生成物中金属元素的化合价)可以算出，产生标准状况下11.2
L
H2时，需要各金属的质量分别是m(Zn)＝32.5
g，m(Fe)＝28
g，m(Mg)＝12
g，m(Al)＝9
g<10
g。即只有当Al与其他任意一种金属混合时才合理。
方法二(平均相对原子质量法)：先假定所有金属化合价为＋2价，列比例式求出混合物的平均摩尔质量，即10：r＝11.2∶22.4，则r＝20，Mr(Zn)、Mr(Fe)、Mr(Mg)均大于20。铝视为＋2价时，相对原子质量可折算为27×＝18<20，则必含Al。
方法三(平均摩尔电子质量法)：生成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
e－，其中Mg、Fe、Zn、Al的平均摩尔电子质量分数为12
g·mol－1
e－、28
g·mol－1
e－、32.5
g·mol－1
e－和9
g·mol－1
e－，只有Al的小于10
g·mol－1
e－，故一定含有Al。
课堂达标验收
1．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(　D　)
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，不一定等于C和D中的元素种类
解析：化学反应的本质是把反应物中旧分子拆成原子，再把原子重新组合成生成物中的分子，反应过程中元素种类不会改变，所以选D。
2．将1
mol
Na和1
mol
Al的混合物投入足量水中，产生的气体在标准状况下的体积为(　D　)
A．11.2
L
B．22.4
L
C．33.6
L
D．44.8
L
解析：Na、Al混合物投入水中发生反应有：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，
n(H2)＝n(Na)＋n(Al)＝×1
mol＋×1
mol＝2
mol
V(H2)＝2
mol×22.4
L·mol－1＝44.8
L。
3．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的物质的量之比为(　A　)
A．3∶1
B．2∶1
C．1∶1
D．1∶3
解析：设生成氢气各1
mol，据反应2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，耗盐酸n(HCl)＝2
mol，据反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，耗氢氧化钠n(NaOH)＝
mol，n(HCl)∶n(NaOH)＝2∶＝3∶1，所以选A。
4．将一定质量的锌片放入500
mL
CuSO4溶液中，二者恰好完全反应，待充分反应后取出锌片，洗净后称量，发现锌片比原来减轻了0.5
g，则该CuSO4溶液的物质的量浓度为(　B　)
A．0.5
mol·L－1
B．1
mol·L－1
C．1.5
mol·L－1
D．2
mol·L－1
解析：设CuSO4的物质的量为x
mol，据反应
Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu　Δm
　　1
mol
　　　　　　
1
g
　　x
mol
　　　　　　
0.5
g
则有＝
解得x＝0.5
mol
c(CuSO4)＝＝1
mol·L－1。
5．把6.5
g锌加入50
g
20%的稀硫酸中，求算生成标准状况下氢气的体积。
(1)阅读题目分析，在进行本题的求算时，需要进行过量分析吗？
(2)根据计算型题目的解题流程，求算生成标准状况下氢气的体积。
解析：(1)此题将反应中两种反应物的量都已给出，则应先通过计算判断两种反应物是否恰好完全反应。如果不是恰好完全反应，应判断哪种物质有剩余，然后根据完全反应的量来计算。
(2)设6.5
g锌完全反应需要H2SO4的质量为x，则有
Zn　＋　H2SO4===ZnSO4＋H2↑
65
　　　98
6.5
g
　　x
x＝＝9.8
g
因为9.8
g<50
g×20%＝10
g，所以H2SO4过量，应按锌来计算。
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
65
g
　　　　　　22.4
L
6.5
g
　　　　　　V(H2)
V(H2)＝＝2.24
L
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