第三章 铁 金属材料【复习课件】-2020-2021学年高一化学单元复习一遍过(人教版2019必修第一册)
展开【考纲要求】1.了解铁元素在自然界中的存在形态;2.了解铁的物理性质,掌握铁的主要化学性质;了解铁单质的冶炼方法。3.了解铁的常见氧化物的性质;了解铁的氢氧化物的性质;4.了解铁盐、亚铁盐的性质及相互转化;了解Fe2+ 、Fe3+的检验方法。5.认识金属单质与合金在性能上的主要差异;6.知道铁合金的主要成分及性能;7.了解金属铝的性质及铝合金的应用;8.了解新型合金应用。9.基于物质的量认识化学变化;10.掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
考点二:铁的重要化合物
考点四:物质的量在化学方程式 计算中的应用
一.铁元素在自然界中的存在形态
1.人类最早使用的铁是来自太空的陨铁。2.存在形态(1)可以像陨铁中的铁那样以单质形态存在。(2)主要是以+2价和+3价化合物的形态存在于矿石中; 铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝,居第四位。春秋初年,我国已经掌握了冶铁技术
纯铁具有金属的共性,如具有银白色金属光泽,具有导电性、导热性和延展性,具有能被磁铁吸引的特征。
铁元素性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。铁单质只有还原性,一般遇弱氧化剂被氧化为+2价,遇强氧化剂被氧化为+3价。
(2)与Cl2反应(化学方程式):2Fe+3Cl2===2FeCl3现象:剧烈燃烧,棕红色烟。注意:铁在氯气中燃烧,只生成FeCl3,与反应物量比无关。(3)与S反应(化学方程式):Fe+S===FeS氧化性:Cl2 > S,铁与Cl2反应被氧化为+3价,与S反应被氧化为+2价。
2.与水反应常温下,铁与水是不反应的。
3.与酸反应与非氧化性酸,如盐酸、稀硫酸反应离子方程式:Fe+2H+===Fe2++H2↑4.与盐溶液反应(1)置换反应与CuSO4溶液反应(离子方程式):Fe+Cu2+===Fe2++Cu(2)与FeCl3溶液反应(离子方程式):Fe+2Fe3+===3Fe2+
四.铁单质的冶炼铁单质冶炼的原理就是利用还原剂将铁从矿石中还原出来。如高炉炼铁:(1)设备:炼铁高炉;原料:铁矿石、焦炭、空气等。(2)主要反应①还原剂的生成。a.生成CO2:C+O2===CO2b.生成CO:CO2+C===2CO②铁的生成:Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2
【总结】在一定条件下,铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。(1)铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜等)反应,铁原子失去2个电子生成+2价铁的化合物。(2)铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气等)反应,铁原子则失去3个电子生成+3价铁的化合物。(3)红热的铁能与水蒸气发生反应,生成四氧化三铁和氢气。
1.下列关于铁的叙述,错误的是( )A.纯净的铁是光亮的银白色金属B.铁能被磁铁吸引,在磁场作用下,铁自身能产生磁场C.铁是地壳中含量最多的金属元素,所以分布在地壳中的铁有游离态 也有化合态D.纯铁的抗腐蚀能力强,在干燥空气中不易被氧化【答案】C
2.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.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C.乙同学认为试管a中生成黑色固体可能为四氧化三铁D.丁同学认为用盐酸溶解固体生成所得溶液有颜色
3.把一定量的铁粉放入氯化铁溶液中,完全反应后,所得溶液中Fe2+和Fe3+的浓度恰好相等。则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比为( )A.1∶1 B.2∶1 C.2∶3 D.3∶2【答案】C
4.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是( )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.只有① B.只有①③C.只有①②③ D.全部【答案】B
FeO、Fe2O3、Fe3O4它们均可溶于强酸
FeO+2H+===Fe2++H2OFe2O3+6H+===2Fe3++3H2OFe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
1.FeCl3和NaOH溶液现象: 化学方程式: 离子方程式:
2.FeSO4和NaOH溶液现象: 化学方程式:
FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
生成白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色
FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
3.Fe(OH)2和Fe(OH)3都是不溶性弱碱,可以和酸反应。Fe(OH)2非常容易被氧化为Fe(OH)3,加热Fe(OH)3时,失水生成红棕色的Fe2O3粉末。反应方程式:
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
在空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,反应化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
常见的铁盐有 等,常见的亚铁盐有 等。
FeCl3、Fe2(SO4)3
FeCl2、FeSO4
1.Fe3+的检验 【实验3-2】观察实验,填写下表:
Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3
由实验3-2得知,Fe3+和Fe2+可以相互转化, Fe3+ Fe2+。
3.Fe3+的氧化性含有Fe3+的溶液呈黄色,Fe3+处于铁的高价态,遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现氧化性。(1)Fe3+与S2-、I-、HS-、SO32-等具有较强还原性的离子不能大量共存。(2)Fe3+可腐蚀印刷电路板上的铜箔,反应的离子方程式 Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
4.Fe2+的氧化性和还原性含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+处于铁的中间价态,既有氧化性,又有还原性,以还原性为主,如遇Br2、Cl2、H2O2、NO3-(H+)等均表现还原性。Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式:2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
5.应用(1)判断离子共存Fe2+与氧化性离子NO3-(H+)、ClO-、MnO4-;Fe3+与还原性离子S2-、I-、SO32-;因发生氧化还原反应不能大量共存。(2)除杂
【思考】为什么实验室配制FeSO4溶液常加入少量铁粉?防止亚铁离子被氧化,2Fe3++Fe=3Fe2+
【小结】Fe3+、Fe2+的检验方法:1.用KSCN溶液和氯水2.用NaOH溶液
3.含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe2+、Fe3+的检验
混合溶液滴加KSCN溶液变红色,说明含有Fe3+
混合溶液滴加酸性KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+
1.关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的下列说法中不正确的是( )A.铁元素化合价不完全相同B.氧元素的化合价完全相同C.氧化亚铁俗称铁红,为红棕色固体D.铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体【答案】C
2.铁是生活中应用最广泛的金属,下列有关铁元素的说法正确的是( )A.Fe3+水溶液呈红褐色,Fe2+水溶液呈浅绿色B.Fe3+的溶液中滴入含KSCN的溶液,立即出现红色沉淀C.Fe3+具有氧化性,Fe2+具有还原性D.铁粉可以和水蒸气在高温下反应生成Fe2O3【答案】C
3.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加入适量氯水 ②加入足量的KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液A.①③B.③②C.③①D.①②③【答案】C
4.向盛有氯化铁溶液的烧杯中加入过量的铜粉,反应结束后,溶液中大量存在的金属离子是( )A.Fe2+、Fe3+ B.Fe2+、Cu2+ C.Fe3+、Cu2+ D.Cu+、Cu2+【答案】B
金属材料包括纯金属和它们的合金,日常使用的金属材料,大多数属于合金。
1.合金的概念由纯金属(或金属与非金属)制得的金属材料。2.合金的一般性质(1)硬度:合金的硬度及机械加工性能一般高于各成分金属。(2)熔点:合金的熔点一般低于各成分金属。
铁合金:生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。
1.生铁①生铁的含碳量为2%~4.3%。②性能及用途生铁硬度大、抗压,性脆、可以铸造成型,是制造机座、管道的重要材料。2.钢①钢的含碳量为0.03%~2%。②性能及用途钢有良好的延展性,机械性能好,可以锻轧和铸造,广泛用于制造机械和交通工具等。
④常用合金钢a.不锈钢合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)。性能:大气中比较稳定,不容易生锈,具有很强的抗腐蚀能力。用途:医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等。b.超级钢合金元素:Mn、C、Al、V。性能:强度很大,在应用时能够实现钢板的轻薄化。用途:汽车、航空和航天等领域。
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 。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↑ 。
铝表面存在一层致密的氧化铝薄膜
2.铝合金——目前用途广泛的合金之一(1)成分元素:除铝外,主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。(2)主要特性:铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性(3)主要用途:用于汽车、飞机、火箭、船舶制造及建筑用门窗,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。【思考】铝制餐具不宜长期存放酸、碱性食物原因是什么?Al和Al2O3均易与酸、碱反应。
新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。此外,钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
1.关于合金性质的说法中,错误的是 ( )A.多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高 B.多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低C.合金的物理性质一般与其各成分金属的的物理性质不同 D.合金的化学性质一般与其各成分金属的的化学性质不同【答案】D
2.工业生产中常将两种金属在同一容器中加热使其熔化,冷却后得到具有金属特性的熔合物——合金。试根据下表所列金属的熔点和沸点的数据(其它条件均已满足),判断哪种金属不易跟其它金属制得合金___________(填代号,双选)。 A.Zn B.Fe C.W D.Ag 【答案】AC
3.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【答案】A
4.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【答案】A
考点四:物质的量在化学方程式计算中的应用
一.物质的量在化学方程式中的应用
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粒子按照一定的数目关系进行的。化学方程式中的化学计量系数可以明确表示出化学反应中粒子之间数目关系。
2Na + 2H2O === 2NaOH + H2↑
化学计量系数 2 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 1
扩大倍2NA倍 2NA∶ 2NA ∶ 2NA ∶1NA
物质的量 2 ml 2 ml ∶ 2 ml ∶1 ml
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。
二.以物质的量为中心的相关计算
【例题】250 mL 2 ml·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)。
【答案】(1)参加反应的铁屑的物质的量为0.50ml;(2)生成的H2的体积在标准状况下为11.2L。
三.化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系
1.物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤转:将已知物理量转化为物质的量设:设所求物质的物质的量为n(B)写:写出相关的化学方程式标:在相关物质化学式下面标出已知量和未知量列:列出比例式解:根据比例式求解答:简明的写出答案
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.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
2.两份铝屑,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量氢氧化钠溶液反应,产生的氢气的体积比为1∶2(同温同压下),则第一份与第二份铝屑的质量比为( )A.1∶3 B.1∶2C.1∶1 D.2∶1【答案】B
3.m g某二价金属M溶于足量盐酸中,标况下放出氢气n L,则金属M的相对原子质量为 ( )A.n/m B.2m/nC.n /(22.4 m)D.22.4m/n【答案】D
4.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________。
【答案】(1)0.4 ml (2)0.4 ml 0.8 ml/L (3)13.44 L
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