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第三章 铁 金属材料 核心知识讲解及重难点突破 学案 高中化学人教版（2019）必修第一册
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人教版（2019）高中化学必修第一册核心知识讲解第三章 铁金属材料第一节 铁及其化合物第一课时 铁的单质核心知识铁1.铁的性质(1)物理性质(2)化学性质Fe只有还原性，可以被氧化成Fe2＋或Fe3＋。①Feeq \o(――→,\s\up15(－2e－),\s\do15(弱氧化剂))Fe2＋eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑盐酸或稀硫酸,Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu,Fe＋S\o(=====,\s\up15(△))FeS))②Fe―→Fe3O4eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(3Fe＋2O2\o(=====,\s\up15(点燃))Fe3O4,3Fe＋4H2Og\o(=====,\s\up15(△))Fe3O4＋4H2))③Feeq \o(――→,\s\up15(－3e－),\s\do15(强氧化剂))Fe3＋2Fe＋3X2eq \o(=====,\s\up15(点燃))2FeX3(X代表F、Cl、Br)Fe常温下被浓H2SO4、浓硝酸钝化，但加热条件下可被氧化为Fe3＋。2．铁的冶炼(1)设备：炼铁高炉。(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(3)主要反应①还原剂的生成。a．生成CO2：C＋O2eq \o(=====,\s\up15(高温))CO2，b．生成CO：CO2＋Ceq \o(=====,\s\up15(高温))2CO。②铁的生成：Fe2O3＋3COeq \o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋3CO2。③炉渣的形成：a.CaCO3eq \o(=====,\s\up15(高温))CaO＋CO2↑，b．CaO＋SiO2eq \o(=====,\s\up15(高温))CaSiO3。【典例】 某学习小组进行了下图所示的实验，实验后组员之间的交流不合理的是( )A．甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃，且产生淡蓝色火焰B．乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁C．丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中，加适量的水，加热也可实现该反应D．丁同学认为用盐酸溶解固体生成所得溶液有颜色[思路启迪] 解决铁与水蒸气反应时要准确把握铁的典型性质，铁不与冷、热水反应，铁只能与水蒸气在高温条件下反应生成Fe3O4和H2。[解析] 铁与H2O(g)在高温条件下反应生成Fe3O4和H2；Fe3O4与HCl反应生成FeCl3(棕黄色)和FeCl2(浅绿色)。[答案] C【重难警示】Fe与H2O的反应规律(1)Fe不与冷水、热水反应，在常温下Fe暴露在空气中产生铁锈(Fe2O3·xH2O)。(2)Fe与水蒸气在高温时发生反应3Fe＋4H2O(g)eq \o(=====,\s\up15(高温))Fe3O4＋4H2。第二课时 铁的重要化合物核心知识一铁的氧化物和氢氧化物1.铁的氧化物(1)Fe的常见化合价只有＋2价和＋3价，Fe3O4是黑色具有磁性的晶体，可以看成由FeO和Fe2O3按物质的量之比1∶1组合而成的复杂氧化物，通常也可写成FeO·Fe2O3的形式。(2)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物，均不溶于水。(3)Fe3O4与盐酸反应可分别看作Fe2O3、FeO与盐酸反应，然后把两个反应式相加。Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O(4)从价态分析，FeO有还原性，Fe2O3有氧化性，Fe3O4既有氧化性又有还原性。但FeO与Fe2O3中Fe元素价态相邻，两者不会反应。FeO、Fe3O4遇氧化性酸(如HNO3)发生氧化还原反应，＋2价的铁均被氧化成＋3价。2．氢氧化物(1)Fe(OH)3红褐色，Fe(OH)2白色，均不溶于水。(2)Fe(OH)2具有强还原性，易被空气中的O2氧化生成Fe(OH)3。①转化过程中的特殊现象是：白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。②转化方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3反应类型属于化合反应。(3)Fe(OH)2、Fe(OH)3受热均分解生成同价态的氧化物。【典例1】 用足量的CO还原32.0 g某种氧化物，将生成的气体通入足量的澄清石灰水中，得到60 g沉淀，则该氧化物是( )A．FeO B．Fe2O3C．CuO D．Fe3O4[思路启迪] 解决本题的关键是准确把握氧化还原反应过程的元素守恒，并灵活运用n1/n2＝N1/N2确定化学式。[解析] 由生成CaCO360 g可得反应掉CO为0.6 mol，即32 g金属氧化物中含氧原子为0.6 mol，铁原子：eq \f(32.0 g－0.6 mol×16 g·mol－1,56 g·mol－1)＝0.4 mol，N(Fe)∶N(O)＝0.4∶0.6＝2∶3，即氧化物为Fe2O3。[答案] B【重难警示】灵活运用守恒思想：由COeq \o(――→,\s\up15(结合O))CO2eq \o(――→,\s\up15(CaOH2))CaCO3可知n(CaCO3)＝n(氧化物中氧原子)。核心知识二Fe(OH)2的制备1.操作将吸有NaOH溶液的胶头滴管插入新制备的亚铁盐(以FeSO4为例)溶液的液面以下，缓慢挤出NaOH溶液。2．原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓3．注意事项(1)Fe2＋必须是新制的并加入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)滴管末端插入试管内的液面以下；(4)必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。4．改进方法为了防止Fe(OH)2被O2氧化，在制备Fe(OH)2时，一般从两个角度考虑，一是反应试剂，二是反应环境。(1)反应试剂取用最新配制的FeSO4溶液；NaOH溶液加热煮沸并冷却后使用，以驱除溶液中溶解的O2。(2)反应环境方法1：装置如图所示。在试管中加入适量的5% FeSO4溶液，并覆盖一层苯，再用长滴管注入不含O2的1 mol·L－1NaOH溶液。由于苯的液封作用，防止了生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀。方法2：装置如下图所示。实验时，先打开弹簧夹K，再将分液漏斗的旋塞打开，使稀硫酸与铁粉作用，用产生的H2排出装置中的空气；然后关闭K，使生成的H2将试管中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可较长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀。若拔去广口瓶上的橡皮塞，则白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。【典例2】 下列各图中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )A．①③ B．①②C．①②③ D．②③[思路启迪] 制备纯净的Fe(OH)2的关键点就是给反应体系制造一个无氧气的环境，从而防止Fe(OH)2被O2氧化为Fe(OH)3，另外为保证实验成功，Fe2＋不能长时间放置，而应随时制备。[解析] 要较长时间看到Fe(OH)2沉淀，必须在制取过程中尽可能减少和空气接触。对比3个实验可以发现：①中盛有氢氧化钠溶液的滴管伸入放有还原性铁粉的硫酸亚铁溶液中，可以较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀；②中生成的氢氧化亚铁能够与空气中氧气发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，导致不能长时间观察到氢氧化亚铁白色沉淀。③中加入有机物作隔离层，和空气接触少，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀。[答案] A【重难警示】制备纯净的Fe(OH)2时制造无氧气的环境可采用以下几种方法：(1)加热煮沸NaOH溶液；(2)长胶头滴管末端插入试管内的液面以下；(3)在FeSO4溶液液面上加植物油或苯进行液封；(4)改进实验装置，排尽装置内空气。核心知识三铁盐和亚铁盐1.“铁三角”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”。(1)Fe只有还原性，可以被氧化成＋2价或＋3价的铁Fe—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(较弱氧化剂),\s\do15(如I2、S、H＋、Cu2＋、Ag＋等))Fe2＋,\o(――→,\s\up15(较强氧化剂),\s\do15(如Cl2、Br2、稀硝酸足量等))Fe3＋,\o(――→,\s\up15(氧化剂O2、H2O等),\s\do15( ))Fe3O4FeO·Fe2O3))如：Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋，2Fe＋3Cl2eq \o(=====,\s\up15(点燃))2FeCl3，3Fe＋4H2O(g)eq \o(=====,\s\up15(高温))Fe3O4＋4H2。(2)Fe2＋既有氧化性又有还原性Fe2＋—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(强氧化剂),\s\do15(如Cl2、Br2、HNO3、HClO等))Fe3＋,\o(――→,\s\up15(还原剂),\s\do15(如C、Al、Zn、CO等))Fe))如：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。(3)Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁Fe3＋—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(还原剂),\s\do15(如Cu、Fe等))Fe2＋,\o(――→,\s\up15(还原剂),\s\do15(如C、Zn、CO等))Fe))如：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，3CO＋Fe2O3eq \o(=====,\s\up15(△))2Fe＋3CO2。注：“铁三角”转化关系的两个应用(1)判断离子共存Fe2＋eq \o(――→,\s\up15(不共存))NOeq \o\al(－,3)(H＋)、ClO－(次氯酸根)、MnOeq \o\al(－,4)(H＋)；Fe3＋eq \o(――→,\s\up15(不共存))S2－、I－、SOeq \o\al(2－,3)。(2)除杂2.Fe3＋和Fe2＋的检验(1)Fe3＋的检验方法eq \x(\a\al(未,知,溶,液))—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(观察颜色),\s\do15( ))溶液呈棕黄色―→含有Fe3＋,\o(――→,\s\up15(NaOH),\s\do15( ))产生红褐色沉淀―→含有Fe3＋,\o(――→,\s\up15(KSCN),\s\do15( ))溶液呈红色―→含有Fe3＋,\o(――→,\s\up15(氢碘酸、淀粉溶液),\s\do15(利用Fe3＋的氧化性))\a\vs4\al(溶液变蓝色，说明溶液中,存在Fe3＋)))(2)Fe2＋的检验方法eq \x(\a\al(未,知,溶,液))—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(观察颜色),\s\do15( ))溶液呈浅绿色―→含有Fe2＋,\o(――→,\s\up15(NaOH),\s\do15( ))\a\vs4\al(产生白色沉淀，然后迅速变为灰绿,色，最后变成红褐色―→含有Fe2＋),\o(――→,\s\up15(KSCN),\s\do15( ))\a\vs4\al(溶液不变红\o(――→,\s\up15(氯水))溶液呈红色―→,含有Fe2＋),\o(――→,\s\up15(酸性KMnO4溶液),\s\do15(利用Fe2＋的还原性))\a\vs4\al(溶液紫色褪去，说明溶液中,存在Fe2＋)))【典例3】 欲证明某溶液中含有Fe2＋不含Fe3＋，进行如下实验操作时最佳顺序为( )①加入少量氯水 ②加入少量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液A．①③ B．③② C．③① D．①②③[思路启迪] 在分析Fe2＋、Fe3＋检验题型时，既要熟悉各自的检验方法，又要注意二者因性质差异而导致的相互干扰，结合题干信息选择正确的试剂。[解析] Fe3＋与KSCN溶液反应变红色，Fe2＋与KSCN溶液不反应，但加入氧化剂后Fe2＋被氧化成Fe3＋，使KSCN变红色。所以，应先加入KSCN，如果溶液不变色，再加入氯水，溶液变成红色，则可证明溶液中含有Fe2＋不含Fe3＋。[答案] C【重难警示】(1)Fe2＋既有氧化性又有还原性。可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋。(2)Fe3＋只具有氧化性，可被弱还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2＋。(3)只有Fe3＋能与SCN－结合形成血红色物质，Fe2＋遇到SCN－不会产生血红色物质。第二节 金属材料第一课时 金属材料核心知识一铁合金1.合金的定义合金是指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。2．合金的性质(1)合金的硬度一般高于成分金属。(2)合金的熔点多数低于成分金属。3．合金性能的易错辨析(1)合金属于混合物而非纯净物，具有金属的特性。(2)合金一定含有金属元素，可能含有非金属元素。(3)合金中各成分金属的化学性质不变。(4)合金具有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。(5)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。【典例1】 下列有关铁和铁合金的说法错误的是( )A．生铁比铁软B．铁有良好的导热性C．钢是铁的合金D．生铁在潮湿的空气中容易生锈[思路启迪] 解决合金问题的关键是熟练掌握合金的性能：熔点比成分金属低，但机械强度比成分金属都大。[解析] 生铁为铁的合金，其硬度比铁的大。[答案] A【重难警示】合金的性质(1)熔点比每种成分都低。(2)硬度比每种成分都大。(3)合金中各成分化学性质与单质时相似。核心知识二铝及铝合金1.铝的化学性质(1)铝与氧气的反应①常温时，与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性。②加热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式为4Al＋3O2eq \o(=====,\s\up15(△))2Al2O3。(2)铝与酸的反应①与盐酸、稀H2SO4反应离子方程式：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。②常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化。(3)铝与强碱溶液的反应与NaOH溶液反应离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \o\al(－,2)＋3H2↑。2．氧化铝的化学性质(1)与H2SO4反应的化学方程式：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O。(2)与NaOH反应的化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。(3)两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物。3．铝及其合金的用途(1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等。(2)利用其导电性，制造电线、电器元件等。(3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属、焊接钢轨等。4．使用铝制品应注意的问题(1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质。(2)含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品。【典例2】 等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积之比为5∶7，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )A．甲、乙中都是铝过量B．甲中铝过量，乙中碱过量C．甲中酸过量，乙中铝过量D．甲中酸过量，乙中碱过量[思路启迪] 解决铝的定量分析题目的前提是：熟练书写铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式(或离子方程式)或准确写出相应的关系式。其次要注意反应间的定量关系，无论是铝与酸反应还是与碱反应，Al和H2的关系都是2Al～3H2。最后综合分析题中相关条件判断是否存在过量以及谁过量，然后计算得出数值。[解析] 因为等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶1，足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶3，本题产生H2的体积比为eq \f(1,3)<eq \f(VHClH2,VNaOHH2)<eq \f(1,1)，所以反应的情况为甲中铝过量，盐酸不足；乙中铝不足，氢氧化钠过量。[答案] B【重难警示】一定量的铝分别和含等物质的量溶质的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为eq \f(1,3)<eq \f(VHClH2,VNaOHH2)<1，则必定是：(1)铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；(2)铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。第二课时 物质的量在化学方程式计算中的应用核心知识一物质的量在化学方程式中计算的基本步骤1.化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系 2CO ＋ O2eq \o(=====,\s\up15(点燃)) 2CO2化学计量数 2 1 2扩大NA倍2NANA 2NA物质的量 2 mol 1 mol 2 mol质量56 g32 g88 geq \o(\s\up7(标准状况下),\s\do15(气体体积))44.8 L22.4 L44.8 L结论：(1)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于其粒子数目之比，等于其物质的量之比。(2)对于有气体参加的反应，在同温同压下各气体的化学计量数之比等于其体积之比。2．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤注：(1)各种符号的书写要规范。要注意字母的大、小写，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)如果是离子反应，可以根据离子方程式进行计算。如果是氧化还原反应，也可以利用电子转移关系进行有关计算。(3)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”。(4)过量计算给出了两种反应物的量，求解某产物的量。方法：按照化学方程式中量的关系判断哪一种物质过量，然后根据量不足的物质进行求解。【典例1】 向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，二者恰好完全反应后，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。则：(1)Al的物质的量为________。(2)参加反应的NaOH的物质的量为________，NaOH溶液的物质的量浓度为________。(3)生成标准状况下H2的体积为________。[思路启迪] 在解决此类定量分析题目时，首先明确化学方程式中化学计量数体现的定量关系，然后整合题干中的定量信息判断是否存在物质过量，最后按少量的物质进行定量计算，得出结果。[解析] (1)n(Al)＝eq \f(10.8 g,27 g/mol)＝0.4 mol。(2)设参加反应的NaOH物质的量是n。则2Al ＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2 20．4 mol n则eq \f(2,0.4 mol)＝eq \f(2,n)，n＝0.4 mol，c(NaOH)＝eq \f(0.4 mol,0.5 L)＝0.8 mol/L。(3)设生成标准状况下H2的体积是V。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2 mol 3×22.4 L0．4 mol VV＝eq \f(0.4 mol×3×22.4 L,2 mol)＝13.44 L。[答案] (1)0.4 mol (2)0.4 mol 0.8 mol/L(3)13.44 L【重难警示】(1)根据化学方程式进行计算时，已知的物质的其他物理量可换算成物质的量，再根据化学方程式中化学计量数之比等于其物质的量之比，列比例式。(2)各物理量及单位、公式等尽量用符号表示。各物理量要注明所表示的物质(或粒子)的符号，如参加反应的NaOH的物质的量表示为n(NaOH)。(3)设未知量可直接用各物理量符号表示，如设参加反应的HCl的物质的量为n(HCl)，不带单位。(4)把已知量代入比例式计算时，都要代入单位。(5)根据化学方程式计算时，已知物理量和被求物理量，只要满足“上下一致，左右相当”即可进行求算。核心知识二化学计算中常用的解题方法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”，就可求得未知量。示例：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的质量。分析：(1)写出反应方程式：3CO＋Fe2O3eq \o(=====,\s\up15(△))2Fe＋3CO2，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O(2)列关系式3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3，以上关系也可根据C原子守恒直接确定关系式。2．守恒法化学反应中的守恒关系有：质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。(1)质量守恒①宏观特征：反应前后质量守恒；②微观特征：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①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；②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，找出所谓的“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量的差、气体体积差等。该差量与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系求解的方法。如：把一铁棒插入CuSO4溶液后，过一段时间取出，铁棒的质量增加了4 g，据此可求参加反应的Fe的质量。Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu Δm56 64 64－56＝8→理论差量m(Fe) 4 g →实际差量eq \f(56,mFe)＝eq \f(8,4 g)，所以m(Fe)＝28 g。【典例2】 已知：①碳酸钠高温不分解；②碳酸氢钠受热发生分解反应2NaHCO3eq \o(=====,\s\up15(△))Na2CO3＋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)将剩余固体溶于水配成300mL溶液，其中c(Na＋)是________。(3)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。[思路启迪] “差量法”解题的关键在于寻求差量与物质之间的比例关系，以差量作为解题的突破口。[解析] (1)设混合物中NaHCO3的质量为m，则：则Na2CO3的质量为19 g－8.4 g＝10.6 g。(2)剩余固体为Na2CO3，质量为19 g－3.1 g＝15.9 g，物质的量为eq \f(15.9 g,106 g·mol－1)＝0.15 mol，则n(Na＋)＝0.3 mol，所以c(Na＋)＝eq \f(0.3 mol,0.3 L)＝1 mol·L－1。(3)设生成CO2的物质的量为x，则Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑ 1 1 0.15 mol xeq \f(1,0.15 mol)＝eq \f(1,x)⇒x＝0.15 mol，所以V(CO2)＝n·Vm＝0.15 mol·22.4 L·mol－1＝3.36 L。[答案] (1)10.6 (2)1 mol·L－1 (3)3.36【重难警示】化学计算中常用的三种方法(1)守恒法①质量守恒。②得失电子守恒，应用于氧化还原反应中。③电荷守恒，应用于离子反应中。三种守恒方法有时可同时采用。(2)关系式法一般用于多步反应中。(3)差量法①体积差量法(气体体系中)②物质的量差量法(所有体系)③固体差量法(固体体系中)重点难点突破突破点一 Fe3＋、Fe2＋、Cu、Fe之间的转化【典例1】 已知Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，现把等物质的量的CuSO4、FeCl3和Zn三种物质置于盛有水的容器中，充分反应后，容器中除SOeq \o\al(2－,4)、Cl－外还有( )A．Zn2＋、Cu、Fe2＋B．Zn2＋、Cu2＋、Fe、Fe2＋C．Zn2＋、Cu2＋、Fe2＋D．Zn2＋、Cu2＋、Cu、Fe2＋[思路启迪] (1)切入点：要考虑到一种金属与多种阳离子发生反应时，阳离子按氧化性由强到弱的顺序发生反应。按发生反应的先后排序，结合题中的“量”推算反应的最终产物。(2)关键点：正确分析反应的先后顺序。在同一溶液中，当发生氧化还原反应时，一定是氧化性最强的物质先与还原剂反应。另外在求解过程中还要考虑各反应物之间量的关系。[解析] 设CuSO4、FeCl3和Zn的物质的量均为1 mol，由题中所给的反应式可得出氧化性：Fe3＋>Cu2＋，所以Zn先与Fe3＋反应，1 mol Fe3＋消耗0.5 mol Zn；剩余的0.5 mol Zn能置换出0.5 mol Cu，溶液中还剩余0.5 mol Cu2＋，即充分反应后，容器中还含有Fe2＋、Zn2＋、Cu2＋、Cu。[答案] D【重难警示】判断化学反应先后顺序的方法(1)一种氧化剂与多种还原剂反应，还原性强的还原剂优先发生反应。如向含等物质的量浓度的碘化亚铁、溴化亚铁溶液中缓慢通入氯气，发生反应的先后顺序为I－、Fe2＋、Br－。(2)一种还原剂与多种氧化剂反应，氧化性强的氧化剂优先发生反应。如在含等物质的量浓度的H＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的溶液中加入镁粉，反应的先后顺序为Fe3＋、Cu2＋、H＋、Fe2＋、Zn2＋。(3)一种碱与多种阳离子反应，生成物越难电离，越先发生反应。如在含等物质的量浓度的H＋、Fe3＋、NHeq \o\al(＋,4)的溶液中滴加氢氧化钠溶液，发生反应的先后顺序为H＋、Fe3＋、NHeq \o\al(＋,4)。突破点二 Fe(OH)2的制备【典例2】 用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。(1)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。(2)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_____________________________________。方法二：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里加入的试剂是________。(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是________。(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_________________________________。[思路启迪] (1)切入点：熟悉Fe(OH)2的制备原理是Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。(2)关键点：要特别注意Fe(OH)2在空气中极易被氧化为Fe(OH)3，所以制备时一定要保证为无氧环境。[解析] 方法一：(1)气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。(2)避免生成的Fe(OH)2被空气(氧气)氧化。方法二：试管Ⅱ是开口式，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环境中，从而避免了空气中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。[答案] 方法一：(1)煮沸 (2)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化方法二：(1)稀硫酸、铁屑 (2)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【重难警示】(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。突破点三 有关铝与酸反应的相关计算【典例3】 将盛有等质量等浓度稀盐酸的甲、乙两个烧杯分别放在托盘天平的两边，调节天平，使天平达到平衡。然后在甲、乙烧杯中分别投入a mol Mg和b mol Al，充分反应。(1)若甲、乙两烧杯中酸均过量，则甲、乙两烧杯中净增量分别为________g，________g。(2)若甲、乙两烧杯中酸均用完，金属均过量，且天平仍保持平衡，则甲、乙两烧杯中产生H2的质量________(填“相等”或“不相等”)，由此推出a∶b＝________。[思路启迪] (1)切入点：要考虑到金属镁、铝均能与盐酸发生反应，且使溶液质量增加。(2)关键点：依据反应方程式能灵活运用差量法进行相关计算，尤其注意反应物过量问题。[解析] (1)酸过量时金属完全反应，则：甲烧杯中 Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ Δm1 24 2 22 24a g 22a g乙烧杯中 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ Δm2 54 6 48 27b g 24b g则充分反应后甲增重22a g，乙增重24b g。(2)两烧杯中金属均过量，酸均反应完，则产生H2的量相等，天平保持平衡，则加入的Mg和Al的质量也相等，故24a＝27b，a∶b＝9∶8。[答案] (1)22a 24b (2)相等 9∶8【重难警示】解答铝与酸反应题的常用守恒法包括原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒等。如根据得失电子守恒，1 mol Al不论与酸还是与碱反应失去的电子都是3 mol，生成的H2均为eq \f(3,2) mol，即n(H2)＝eq \f(1,2)n(e－)＝eq \f(1,2)n(金属)×化合价。反过来，生成11.2 L(标准状况)H2，一定转移1 mol电子。突破点四 守恒法、差量法等在计算题中的应用【典例4】 现有两种Na2CO3与NaHCO3的混合物X和Y。已知Na2CO3受热难分解，而NaHCO3受热易分解：2NaHCO3eq \o(=====,\s\up17(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O。(1)现取5.00 g混合物X，充分加热后混合物质量减少了0.31 g，则原混合物中碳酸钠的质量为________。(2)现取5.00 g混合物Y，充分加热至恒重，把放出的气体通入足量澄清石灰水中，生成2.00 g沉淀，则原混合物中碳酸氢钠的质量分数为________。[思路启迪] (1)切入点：要考虑到两种盐对热稳定性不同，NaHCO3受热分解，但Na2CO3受热不分解。(2)关键点：正确分析混合物受热时固体质量减少量为CO2和H2O之和，再依据方程式求解。[解析] (1)2NaHCO3eq \o(=====,\s\up17(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑ Δm2×84 g 62 gm(NaHCO3) 0.31 geq \f(2×84 g,mNaHCO3)＝eq \f(62 g,0.31 g)解得m(NaHCO3)＝0.84 g，原混合物中Na2CO3的质量为5.00 g－0.84 g＝4.16 g。(2)2NaHCO3eq \o(=====,\s\up17(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑，Ca(OH)2＋CO2===H2O＋CaCO3↓，由此得关系式：2NaHCO3～CO2～CaCO3eq \f(2×84,5.00 g·wNaHCO3)＝eq \f(100,2.00 g)解得w(NaHCO3)＝67.2%。[答案] (1)4.16 g (2)67.2%特别提醒根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓的“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量的差、气体体积差等，该差量与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系求解的方法。 色泽导电性导热性延展性特性银白色，有金属光泽良好良好良好能被磁铁吸引溶液杂质除杂方法FeCl2FeCl3加过量铁粉后过滤FeCl3FeCl2通Cl2或加氯水或加H2O2FeCl2CuCl2加过量铁粉后过滤
人教版（2019）高中化学必修第一册核心知识讲解第三章 铁金属材料第一节 铁及其化合物第一课时 铁的单质核心知识铁1.铁的性质(1)物理性质(2)化学性质Fe只有还原性，可以被氧化成Fe2＋或Fe3＋。①Feeq \o(――→,\s\up15(－2e－),\s\do15(弱氧化剂))Fe2＋eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑盐酸或稀硫酸,Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu,Fe＋S\o(=====,\s\up15(△))FeS))②Fe―→Fe3O4eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(3Fe＋2O2\o(=====,\s\up15(点燃))Fe3O4,3Fe＋4H2Og\o(=====,\s\up15(△))Fe3O4＋4H2))③Feeq \o(――→,\s\up15(－3e－),\s\do15(强氧化剂))Fe3＋2Fe＋3X2eq \o(=====,\s\up15(点燃))2FeX3(X代表F、Cl、Br)Fe常温下被浓H2SO4、浓硝酸钝化，但加热条件下可被氧化为Fe3＋。2．铁的冶炼(1)设备：炼铁高炉。(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(3)主要反应①还原剂的生成。a．生成CO2：C＋O2eq \o(=====,\s\up15(高温))CO2，b．生成CO：CO2＋Ceq \o(=====,\s\up15(高温))2CO。②铁的生成：Fe2O3＋3COeq \o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋3CO2。③炉渣的形成：a.CaCO3eq \o(=====,\s\up15(高温))CaO＋CO2↑，b．CaO＋SiO2eq \o(=====,\s\up15(高温))CaSiO3。【典例】 某学习小组进行了下图所示的实验，实验后组员之间的交流不合理的是( )A．甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃，且产生淡蓝色火焰B．乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁C．丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中，加适量的水，加热也可实现该反应D．丁同学认为用盐酸溶解固体生成所得溶液有颜色[思路启迪] 解决铁与水蒸气反应时要准确把握铁的典型性质，铁不与冷、热水反应，铁只能与水蒸气在高温条件下反应生成Fe3O4和H2。[解析] 铁与H2O(g)在高温条件下反应生成Fe3O4和H2；Fe3O4与HCl反应生成FeCl3(棕黄色)和FeCl2(浅绿色)。[答案] C【重难警示】Fe与H2O的反应规律(1)Fe不与冷水、热水反应，在常温下Fe暴露在空气中产生铁锈(Fe2O3·xH2O)。(2)Fe与水蒸气在高温时发生反应3Fe＋4H2O(g)eq \o(=====,\s\up15(高温))Fe3O4＋4H2。第二课时 铁的重要化合物核心知识一铁的氧化物和氢氧化物1.铁的氧化物(1)Fe的常见化合价只有＋2价和＋3价，Fe3O4是黑色具有磁性的晶体，可以看成由FeO和Fe2O3按物质的量之比1∶1组合而成的复杂氧化物，通常也可写成FeO·Fe2O3的形式。(2)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物，均不溶于水。(3)Fe3O4与盐酸反应可分别看作Fe2O3、FeO与盐酸反应，然后把两个反应式相加。Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O(4)从价态分析，FeO有还原性，Fe2O3有氧化性，Fe3O4既有氧化性又有还原性。但FeO与Fe2O3中Fe元素价态相邻，两者不会反应。FeO、Fe3O4遇氧化性酸(如HNO3)发生氧化还原反应，＋2价的铁均被氧化成＋3价。2．氢氧化物(1)Fe(OH)3红褐色，Fe(OH)2白色，均不溶于水。(2)Fe(OH)2具有强还原性，易被空气中的O2氧化生成Fe(OH)3。①转化过程中的特殊现象是：白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。②转化方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3反应类型属于化合反应。(3)Fe(OH)2、Fe(OH)3受热均分解生成同价态的氧化物。【典例1】 用足量的CO还原32.0 g某种氧化物，将生成的气体通入足量的澄清石灰水中，得到60 g沉淀，则该氧化物是( )A．FeO B．Fe2O3C．CuO D．Fe3O4[思路启迪] 解决本题的关键是准确把握氧化还原反应过程的元素守恒，并灵活运用n1/n2＝N1/N2确定化学式。[解析] 由生成CaCO360 g可得反应掉CO为0.6 mol，即32 g金属氧化物中含氧原子为0.6 mol，铁原子：eq \f(32.0 g－0.6 mol×16 g·mol－1,56 g·mol－1)＝0.4 mol，N(Fe)∶N(O)＝0.4∶0.6＝2∶3，即氧化物为Fe2O3。[答案] B【重难警示】灵活运用守恒思想：由COeq \o(――→,\s\up15(结合O))CO2eq \o(――→,\s\up15(CaOH2))CaCO3可知n(CaCO3)＝n(氧化物中氧原子)。核心知识二Fe(OH)2的制备1.操作将吸有NaOH溶液的胶头滴管插入新制备的亚铁盐(以FeSO4为例)溶液的液面以下，缓慢挤出NaOH溶液。2．原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓3．注意事项(1)Fe2＋必须是新制的并加入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)滴管末端插入试管内的液面以下；(4)必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。4．改进方法为了防止Fe(OH)2被O2氧化，在制备Fe(OH)2时，一般从两个角度考虑，一是反应试剂，二是反应环境。(1)反应试剂取用最新配制的FeSO4溶液；NaOH溶液加热煮沸并冷却后使用，以驱除溶液中溶解的O2。(2)反应环境方法1：装置如图所示。在试管中加入适量的5% FeSO4溶液，并覆盖一层苯，再用长滴管注入不含O2的1 mol·L－1NaOH溶液。由于苯的液封作用，防止了生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀。方法2：装置如下图所示。实验时，先打开弹簧夹K，再将分液漏斗的旋塞打开，使稀硫酸与铁粉作用，用产生的H2排出装置中的空气；然后关闭K，使生成的H2将试管中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可较长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀。若拔去广口瓶上的橡皮塞，则白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。【典例2】 下列各图中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )A．①③ B．①②C．①②③ D．②③[思路启迪] 制备纯净的Fe(OH)2的关键点就是给反应体系制造一个无氧气的环境，从而防止Fe(OH)2被O2氧化为Fe(OH)3，另外为保证实验成功，Fe2＋不能长时间放置，而应随时制备。[解析] 要较长时间看到Fe(OH)2沉淀，必须在制取过程中尽可能减少和空气接触。对比3个实验可以发现：①中盛有氢氧化钠溶液的滴管伸入放有还原性铁粉的硫酸亚铁溶液中，可以较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀；②中生成的氢氧化亚铁能够与空气中氧气发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，导致不能长时间观察到氢氧化亚铁白色沉淀。③中加入有机物作隔离层，和空气接触少，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀。[答案] A【重难警示】制备纯净的Fe(OH)2时制造无氧气的环境可采用以下几种方法：(1)加热煮沸NaOH溶液；(2)长胶头滴管末端插入试管内的液面以下；(3)在FeSO4溶液液面上加植物油或苯进行液封；(4)改进实验装置，排尽装置内空气。核心知识三铁盐和亚铁盐1.“铁三角”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”。(1)Fe只有还原性，可以被氧化成＋2价或＋3价的铁Fe—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(较弱氧化剂),\s\do15(如I2、S、H＋、Cu2＋、Ag＋等))Fe2＋,\o(――→,\s\up15(较强氧化剂),\s\do15(如Cl2、Br2、稀硝酸足量等))Fe3＋,\o(――→,\s\up15(氧化剂O2、H2O等),\s\do15( ))Fe3O4FeO·Fe2O3))如：Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋，2Fe＋3Cl2eq \o(=====,\s\up15(点燃))2FeCl3，3Fe＋4H2O(g)eq \o(=====,\s\up15(高温))Fe3O4＋4H2。(2)Fe2＋既有氧化性又有还原性Fe2＋—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(强氧化剂),\s\do15(如Cl2、Br2、HNO3、HClO等))Fe3＋,\o(――→,\s\up15(还原剂),\s\do15(如C、Al、Zn、CO等))Fe))如：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。(3)Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁Fe3＋—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(还原剂),\s\do15(如Cu、Fe等))Fe2＋,\o(――→,\s\up15(还原剂),\s\do15(如C、Zn、CO等))Fe))如：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，3CO＋Fe2O3eq \o(=====,\s\up15(△))2Fe＋3CO2。注：“铁三角”转化关系的两个应用(1)判断离子共存Fe2＋eq \o(――→,\s\up15(不共存))NOeq \o\al(－,3)(H＋)、ClO－(次氯酸根)、MnOeq \o\al(－,4)(H＋)；Fe3＋eq \o(――→,\s\up15(不共存))S2－、I－、SOeq \o\al(2－,3)。(2)除杂2.Fe3＋和Fe2＋的检验(1)Fe3＋的检验方法eq \x(\a\al(未,知,溶,液))—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(观察颜色),\s\do15( ))溶液呈棕黄色―→含有Fe3＋,\o(――→,\s\up15(NaOH),\s\do15( ))产生红褐色沉淀―→含有Fe3＋,\o(――→,\s\up15(KSCN),\s\do15( ))溶液呈红色―→含有Fe3＋,\o(――→,\s\up15(氢碘酸、淀粉溶液),\s\do15(利用Fe3＋的氧化性))\a\vs4\al(溶液变蓝色，说明溶液中,存在Fe3＋)))(2)Fe2＋的检验方法eq \x(\a\al(未,知,溶,液))—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up15(观察颜色),\s\do15( ))溶液呈浅绿色―→含有Fe2＋,\o(――→,\s\up15(NaOH),\s\do15( ))\a\vs4\al(产生白色沉淀，然后迅速变为灰绿,色，最后变成红褐色―→含有Fe2＋),\o(――→,\s\up15(KSCN),\s\do15( ))\a\vs4\al(溶液不变红\o(――→,\s\up15(氯水))溶液呈红色―→,含有Fe2＋),\o(――→,\s\up15(酸性KMnO4溶液),\s\do15(利用Fe2＋的还原性))\a\vs4\al(溶液紫色褪去，说明溶液中,存在Fe2＋)))【典例3】 欲证明某溶液中含有Fe2＋不含Fe3＋，进行如下实验操作时最佳顺序为( )①加入少量氯水 ②加入少量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液A．①③ B．③② C．③① D．①②③[思路启迪] 在分析Fe2＋、Fe3＋检验题型时，既要熟悉各自的检验方法，又要注意二者因性质差异而导致的相互干扰，结合题干信息选择正确的试剂。[解析] Fe3＋与KSCN溶液反应变红色，Fe2＋与KSCN溶液不反应，但加入氧化剂后Fe2＋被氧化成Fe3＋，使KSCN变红色。所以，应先加入KSCN，如果溶液不变色，再加入氯水，溶液变成红色，则可证明溶液中含有Fe2＋不含Fe3＋。[答案] C【重难警示】(1)Fe2＋既有氧化性又有还原性。可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋。(2)Fe3＋只具有氧化性，可被弱还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2＋。(3)只有Fe3＋能与SCN－结合形成血红色物质，Fe2＋遇到SCN－不会产生血红色物质。第二节 金属材料第一课时 金属材料核心知识一铁合金1.合金的定义合金是指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。2．合金的性质(1)合金的硬度一般高于成分金属。(2)合金的熔点多数低于成分金属。3．合金性能的易错辨析(1)合金属于混合物而非纯净物，具有金属的特性。(2)合金一定含有金属元素，可能含有非金属元素。(3)合金中各成分金属的化学性质不变。(4)合金具有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。(5)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。【典例1】 下列有关铁和铁合金的说法错误的是( )A．生铁比铁软B．铁有良好的导热性C．钢是铁的合金D．生铁在潮湿的空气中容易生锈[思路启迪] 解决合金问题的关键是熟练掌握合金的性能：熔点比成分金属低，但机械强度比成分金属都大。[解析] 生铁为铁的合金，其硬度比铁的大。[答案] A【重难警示】合金的性质(1)熔点比每种成分都低。(2)硬度比每种成分都大。(3)合金中各成分化学性质与单质时相似。核心知识二铝及铝合金1.铝的化学性质(1)铝与氧气的反应①常温时，与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性。②加热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式为4Al＋3O2eq \o(=====,\s\up15(△))2Al2O3。(2)铝与酸的反应①与盐酸、稀H2SO4反应离子方程式：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。②常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化。(3)铝与强碱溶液的反应与NaOH溶液反应离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \o\al(－,2)＋3H2↑。2．氧化铝的化学性质(1)与H2SO4反应的化学方程式：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O。(2)与NaOH反应的化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。(3)两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物。3．铝及其合金的用途(1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等。(2)利用其导电性，制造电线、电器元件等。(3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属、焊接钢轨等。4．使用铝制品应注意的问题(1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质。(2)含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品。【典例2】 等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积之比为5∶7，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )A．甲、乙中都是铝过量B．甲中铝过量，乙中碱过量C．甲中酸过量，乙中铝过量D．甲中酸过量，乙中碱过量[思路启迪] 解决铝的定量分析题目的前提是：熟练书写铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式(或离子方程式)或准确写出相应的关系式。其次要注意反应间的定量关系，无论是铝与酸反应还是与碱反应，Al和H2的关系都是2Al～3H2。最后综合分析题中相关条件判断是否存在过量以及谁过量，然后计算得出数值。[解析] 因为等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶1，足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶3，本题产生H2的体积比为eq \f(1,3)<eq \f(VHClH2,VNaOHH2)<eq \f(1,1)，所以反应的情况为甲中铝过量，盐酸不足；乙中铝不足，氢氧化钠过量。[答案] B【重难警示】一定量的铝分别和含等物质的量溶质的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为eq \f(1,3)<eq \f(VHClH2,VNaOHH2)<1，则必定是：(1)铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；(2)铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。第二课时 物质的量在化学方程式计算中的应用核心知识一物质的量在化学方程式中计算的基本步骤1.化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系 2CO ＋ O2eq \o(=====,\s\up15(点燃)) 2CO2化学计量数 2 1 2扩大NA倍2NANA 2NA物质的量 2 mol 1 mol 2 mol质量56 g32 g88 geq \o(\s\up7(标准状况下),\s\do15(气体体积))44.8 L22.4 L44.8 L结论：(1)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于其粒子数目之比，等于其物质的量之比。(2)对于有气体参加的反应，在同温同压下各气体的化学计量数之比等于其体积之比。2．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤注：(1)各种符号的书写要规范。要注意字母的大、小写，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)如果是离子反应，可以根据离子方程式进行计算。如果是氧化还原反应，也可以利用电子转移关系进行有关计算。(3)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”。(4)过量计算给出了两种反应物的量，求解某产物的量。方法：按照化学方程式中量的关系判断哪一种物质过量，然后根据量不足的物质进行求解。【典例1】 向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，二者恰好完全反应后，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。则：(1)Al的物质的量为________。(2)参加反应的NaOH的物质的量为________，NaOH溶液的物质的量浓度为________。(3)生成标准状况下H2的体积为________。[思路启迪] 在解决此类定量分析题目时，首先明确化学方程式中化学计量数体现的定量关系，然后整合题干中的定量信息判断是否存在物质过量，最后按少量的物质进行定量计算，得出结果。[解析] (1)n(Al)＝eq \f(10.8 g,27 g/mol)＝0.4 mol。(2)设参加反应的NaOH物质的量是n。则2Al ＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2 20．4 mol n则eq \f(2,0.4 mol)＝eq \f(2,n)，n＝0.4 mol，c(NaOH)＝eq \f(0.4 mol,0.5 L)＝0.8 mol/L。(3)设生成标准状况下H2的体积是V。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2 mol 3×22.4 L0．4 mol VV＝eq \f(0.4 mol×3×22.4 L,2 mol)＝13.44 L。[答案] (1)0.4 mol (2)0.4 mol 0.8 mol/L(3)13.44 L【重难警示】(1)根据化学方程式进行计算时，已知的物质的其他物理量可换算成物质的量，再根据化学方程式中化学计量数之比等于其物质的量之比，列比例式。(2)各物理量及单位、公式等尽量用符号表示。各物理量要注明所表示的物质(或粒子)的符号，如参加反应的NaOH的物质的量表示为n(NaOH)。(3)设未知量可直接用各物理量符号表示，如设参加反应的HCl的物质的量为n(HCl)，不带单位。(4)把已知量代入比例式计算时，都要代入单位。(5)根据化学方程式计算时，已知物理量和被求物理量，只要满足“上下一致，左右相当”即可进行求算。核心知识二化学计算中常用的解题方法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”，就可求得未知量。示例：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的质量。分析：(1)写出反应方程式：3CO＋Fe2O3eq \o(=====,\s\up15(△))2Fe＋3CO2，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O(2)列关系式3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3，以上关系也可根据C原子守恒直接确定关系式。2．守恒法化学反应中的守恒关系有：质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。(1)质量守恒①宏观特征：反应前后质量守恒；②微观特征：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①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；②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，找出所谓的“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量的差、气体体积差等。该差量与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系求解的方法。如：把一铁棒插入CuSO4溶液后，过一段时间取出，铁棒的质量增加了4 g，据此可求参加反应的Fe的质量。Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu Δm56 64 64－56＝8→理论差量m(Fe) 4 g →实际差量eq \f(56,mFe)＝eq \f(8,4 g)，所以m(Fe)＝28 g。【典例2】 已知：①碳酸钠高温不分解；②碳酸氢钠受热发生分解反应2NaHCO3eq \o(=====,\s\up15(△))Na2CO3＋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)将剩余固体溶于水配成300mL溶液，其中c(Na＋)是________。(3)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。[思路启迪] “差量法”解题的关键在于寻求差量与物质之间的比例关系，以差量作为解题的突破口。[解析] (1)设混合物中NaHCO3的质量为m，则：则Na2CO3的质量为19 g－8.4 g＝10.6 g。(2)剩余固体为Na2CO3，质量为19 g－3.1 g＝15.9 g，物质的量为eq \f(15.9 g,106 g·mol－1)＝0.15 mol，则n(Na＋)＝0.3 mol，所以c(Na＋)＝eq \f(0.3 mol,0.3 L)＝1 mol·L－1。(3)设生成CO2的物质的量为x，则Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑ 1 1 0.15 mol xeq \f(1,0.15 mol)＝eq \f(1,x)⇒x＝0.15 mol，所以V(CO2)＝n·Vm＝0.15 mol·22.4 L·mol－1＝3.36 L。[答案] (1)10.6 (2)1 mol·L－1 (3)3.36【重难警示】化学计算中常用的三种方法(1)守恒法①质量守恒。②得失电子守恒，应用于氧化还原反应中。③电荷守恒，应用于离子反应中。三种守恒方法有时可同时采用。(2)关系式法一般用于多步反应中。(3)差量法①体积差量法(气体体系中)②物质的量差量法(所有体系)③固体差量法(固体体系中)重点难点突破突破点一 Fe3＋、Fe2＋、Cu、Fe之间的转化【典例1】 已知Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，现把等物质的量的CuSO4、FeCl3和Zn三种物质置于盛有水的容器中，充分反应后，容器中除SOeq \o\al(2－,4)、Cl－外还有( )A．Zn2＋、Cu、Fe2＋B．Zn2＋、Cu2＋、Fe、Fe2＋C．Zn2＋、Cu2＋、Fe2＋D．Zn2＋、Cu2＋、Cu、Fe2＋[思路启迪] (1)切入点：要考虑到一种金属与多种阳离子发生反应时，阳离子按氧化性由强到弱的顺序发生反应。按发生反应的先后排序，结合题中的“量”推算反应的最终产物。(2)关键点：正确分析反应的先后顺序。在同一溶液中，当发生氧化还原反应时，一定是氧化性最强的物质先与还原剂反应。另外在求解过程中还要考虑各反应物之间量的关系。[解析] 设CuSO4、FeCl3和Zn的物质的量均为1 mol，由题中所给的反应式可得出氧化性：Fe3＋>Cu2＋，所以Zn先与Fe3＋反应，1 mol Fe3＋消耗0.5 mol Zn；剩余的0.5 mol Zn能置换出0.5 mol Cu，溶液中还剩余0.5 mol Cu2＋，即充分反应后，容器中还含有Fe2＋、Zn2＋、Cu2＋、Cu。[答案] D【重难警示】判断化学反应先后顺序的方法(1)一种氧化剂与多种还原剂反应，还原性强的还原剂优先发生反应。如向含等物质的量浓度的碘化亚铁、溴化亚铁溶液中缓慢通入氯气，发生反应的先后顺序为I－、Fe2＋、Br－。(2)一种还原剂与多种氧化剂反应，氧化性强的氧化剂优先发生反应。如在含等物质的量浓度的H＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的溶液中加入镁粉，反应的先后顺序为Fe3＋、Cu2＋、H＋、Fe2＋、Zn2＋。(3)一种碱与多种阳离子反应，生成物越难电离，越先发生反应。如在含等物质的量浓度的H＋、Fe3＋、NHeq \o\al(＋,4)的溶液中滴加氢氧化钠溶液，发生反应的先后顺序为H＋、Fe3＋、NHeq \o\al(＋,4)。突破点二 Fe(OH)2的制备【典例2】 用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。(1)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。(2)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_____________________________________。方法二：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里加入的试剂是________。(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是________。(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_________________________________。[思路启迪] (1)切入点：熟悉Fe(OH)2的制备原理是Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。(2)关键点：要特别注意Fe(OH)2在空气中极易被氧化为Fe(OH)3，所以制备时一定要保证为无氧环境。[解析] 方法一：(1)气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。(2)避免生成的Fe(OH)2被空气(氧气)氧化。方法二：试管Ⅱ是开口式，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环境中，从而避免了空气中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。[答案] 方法一：(1)煮沸 (2)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化方法二：(1)稀硫酸、铁屑 (2)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【重难警示】(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。突破点三 有关铝与酸反应的相关计算【典例3】 将盛有等质量等浓度稀盐酸的甲、乙两个烧杯分别放在托盘天平的两边，调节天平，使天平达到平衡。然后在甲、乙烧杯中分别投入a mol Mg和b mol Al，充分反应。(1)若甲、乙两烧杯中酸均过量，则甲、乙两烧杯中净增量分别为________g，________g。(2)若甲、乙两烧杯中酸均用完，金属均过量，且天平仍保持平衡，则甲、乙两烧杯中产生H2的质量________(填“相等”或“不相等”)，由此推出a∶b＝________。[思路启迪] (1)切入点：要考虑到金属镁、铝均能与盐酸发生反应，且使溶液质量增加。(2)关键点：依据反应方程式能灵活运用差量法进行相关计算，尤其注意反应物过量问题。[解析] (1)酸过量时金属完全反应，则：甲烧杯中 Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ Δm1 24 2 22 24a g 22a g乙烧杯中 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ Δm2 54 6 48 27b g 24b g则充分反应后甲增重22a g，乙增重24b g。(2)两烧杯中金属均过量，酸均反应完，则产生H2的量相等，天平保持平衡，则加入的Mg和Al的质量也相等，故24a＝27b，a∶b＝9∶8。[答案] (1)22a 24b (2)相等 9∶8【重难警示】解答铝与酸反应题的常用守恒法包括原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒等。如根据得失电子守恒，1 mol Al不论与酸还是与碱反应失去的电子都是3 mol，生成的H2均为eq \f(3,2) mol，即n(H2)＝eq \f(1,2)n(e－)＝eq \f(1,2)n(金属)×化合价。反过来，生成11.2 L(标准状况)H2，一定转移1 mol电子。突破点四 守恒法、差量法等在计算题中的应用【典例4】 现有两种Na2CO3与NaHCO3的混合物X和Y。已知Na2CO3受热难分解，而NaHCO3受热易分解：2NaHCO3eq \o(=====,\s\up17(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O。(1)现取5.00 g混合物X，充分加热后混合物质量减少了0.31 g，则原混合物中碳酸钠的质量为________。(2)现取5.00 g混合物Y，充分加热至恒重，把放出的气体通入足量澄清石灰水中，生成2.00 g沉淀，则原混合物中碳酸氢钠的质量分数为________。[思路启迪] (1)切入点：要考虑到两种盐对热稳定性不同，NaHCO3受热分解，但Na2CO3受热不分解。(2)关键点：正确分析混合物受热时固体质量减少量为CO2和H2O之和，再依据方程式求解。[解析] (1)2NaHCO3eq \o(=====,\s\up17(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑ Δm2×84 g 62 gm(NaHCO3) 0.31 geq \f(2×84 g,mNaHCO3)＝eq \f(62 g,0.31 g)解得m(NaHCO3)＝0.84 g，原混合物中Na2CO3的质量为5.00 g－0.84 g＝4.16 g。(2)2NaHCO3eq \o(=====,\s\up17(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑，Ca(OH)2＋CO2===H2O＋CaCO3↓，由此得关系式：2NaHCO3～CO2～CaCO3eq \f(2×84,5.00 g·wNaHCO3)＝eq \f(100,2.00 g)解得w(NaHCO3)＝67.2%。[答案] (1)4.16 g (2)67.2%特别提醒根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓的“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量的差、气体体积差等，该差量与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系求解的方法。 色泽导电性导热性延展性特性银白色，有金属光泽良好良好良好能被磁铁吸引溶液杂质除杂方法FeCl2FeCl3加过量铁粉后过滤FeCl3FeCl2通Cl2或加氯水或加H2O2FeCl2CuCl2加过量铁粉后过滤
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