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铝热反应（知识延伸） 　　　利用铝的强还原性和铝转化为氧化铝时能放出大量热的性质,工业上常用铝粉来还原一些难熔性氧化物（如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等），这类反应我们称之为铝热反应. 　　例如,在焊接铁轨时,人们常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,由于反应放出大量的热,置换出的铁以熔融态形式流出.让熔融的铁流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起. 　　常见的实验反应化学方程式:　(反应条件都为高温) 　　氧化铁:　　 2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe 　　四氧化三铁:　　8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe 　　二氧化锰:　　 4Al+3MnO2=2Al2O3+3Mn 铝热反应配平技巧：取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数，即可快速配平，如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中，可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍12，则Fe3O4前应为3 ，Al2O3前应为4，底下便可得到Al为4，Fe为9 　　实验操作： 　　1.取一张圆形滤纸，倒入5克炒干的氧化铁粉末，再倒入2克铝粉。 　　2.将两者混合均匀。用两张圆形滤纸，分别折叠成漏斗状，将其中一个取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一个漏斗套在一起，使四周都有四层。 　　3.架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿，把混合均匀的氧化铁粉末和铝粉放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾，并在混合物中间插一根镁条，点燃镁条，观察发生的现象。 　　4.可以看到镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉沫和铝粉在较高的温度下发生剧烈的反应，放出大量的热，同时纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中，待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以看到，落下的是铁珠，这个反应叫铝热反应。反应生成铁和氧化铝。 　 提示：实验中镁条与氯酸钾的作用是发生氧化还原反应放热，用其放出的热对铝和氧化铁加热。 典例剖析　 某同学欲利用教材中的实验装置探究“铝热反应”中熔融物的成份。请写出“铝热反应”的化学方程式： ，该同学经查阅《化学手册》知Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下： 物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3 熔点/℃ 660 2054 1535 1462 沸点/℃ 2467 2980 2750 …… （1）该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。其理由是： （2）设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝，该实验所用试剂是 ，反应的离子方程式为 。 （3）该同学为确定熔融物中是否还会有残留的Fe2O3，将熔融物用酸完全溶解后加入KSCN试剂。请你分析该设计是否正确（填“正确”或“不正确”） ，理由是（用离子方程式表示） （4）若要测定该熔融物中铝元素的含量，请设计实验，写出所用试剂的名称和实验步骤（不用写化学方程式，用文字简述）。 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 解析：根据铝热反应2Al+Fe2O3 A12O3+2Fe铝热反应得到熔融态的铁，根据表中熔沸点数据，此温度下铝也为熔融态，二者融合在一起形成铁铝合金；要验证熔融物中含 有铝可以利用铝的两性来解决， 2Al+2OH—+2H2O=2A1O2—+3H2 ；由上判断出熔融物中除了有残留的Fe2O3，还有铝单质和铁单质，在加酸过程中会出现以下反应 Fe2O3+6H+=2Fe3++ 3H2O ，2Fe3++Fe=3 Fe2+，6 Fe3++2Al=2A13++6 Fe2+，所以有无Fe3+不能证明有无Fe2O3；要测定该熔融物中铝元素的含量，可采用以下方法 ① 称量实验所得熔融物质量为m1 ② 将熔融物加入足量盐酸溶解，（过滤） ③（向滤液中）再加入足量氢氧化钠溶液后过滤，（并洗涤沉淀，将滤液和洗涤液合并） ④ 向溶液（滤液）中通入足量二氧化碳，（过滤并洗涤沉淀） ⑤ 称量蚶埚质量为m2，取沉淀置于坩埚中灼烧至恒重，冷却称量其质量为m3 ⑥ 计算积w（A1）=9（m3－m2）/17 m1×100％ 热点传真 （铁铜及其化合物） 铁铜是人类使用最早、应用最广泛的两种金属，它们在日常生活中的应用十分广泛，在国民经济的发展中起着举足轻重的作用。铁铜及其化合物的性质及其相互关系研究是历届高考的热点。分析历年试卷，主要有以下三种热点考向 类型一 铁铜及其化合物之间活泼性及转化关系的考查 例1 ：取100 mL 0.2 mol/L FeCl3溶液置于烧杯中，向其中加入一定量的Fe、Cu混合物，充分反应后仍有固体剩余，下列叙述一定正确的是（设溶液体积不变，不考虑水解因素） A．若烧杯中有Fe 无Cu，c（Fe3+）= 0.2 mol/L B．若烧杯中有Cu 无Fe，c（Fe3+）= 0.2 mol/L C．若烧杯中有Cu 无Fe，c（Cl-） = 0.6mol/L D．若烧杯中有Cu 、Fe，c（Fe2+）= 0.3 mol/L 【思路点拨】 解答本题，首先需认识到Fe2+、Fe3+、Cu2+三者氧化性强弱的的顺序，即Fe3+>Cu2+>Fe2+,因此溶液中有Fe3+时，不能余有Cu、Fe，溶液中有Cu2+时，Fe无剩余。然后再进行有序思维分析计算。 【解析】 选C、D。阳离子的氧化性：Fe3+>Cu2+>Fe2+，单质的还原性：Fe>Cu。溶液中首先发生反应2Fe3++Fe=3 Fe2+。若Fe3+有剩余，再发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，故溶液中不可能有Fe 无Cu；若烧杯中有Cu 无Fe，则有c（Fe2+）≤0.3 mol/L；若Cu 、Fe均有，则说明Cu未参加反应，则c（Fe2+）= 0.3 mol/L；Cl-不受反应的影响，故c（Cl-） = 0.6mol/L所以C、D项正确 变式训练： 1．在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g铜，完全溶解后，再加b g铁，充分反应后得到c g残余固体且a>c，则下列说法正确的是（ ） A．残余固体是铜和铁 B．将残余固体加入到稀H2SO4中，有气泡产生 C．最后得到的溶液中一定含有Cu2+ D．最后得到的溶液中可能含有Fe3+ 2．在含a mol Fe2(SO4)3和b mol CuSO4的混合溶液中，加入c mol Fe ，充分反应后，经测定溶液中含有Fe2+和Cu2+，同时溶液中仍含有固体物质，则a、b、c的关系一定是( ) A．a<c<a+b B．b<c<a+b C．a+c<b D．a+b<c 类型二 铁铜的及其化合物的实验探究 例2：某学生拟用含有FeSO4和Fe2(SO4)3的CuSO4溶液提纯CuSO¬4，并测定铜的相 对原子质量，其实验流程如下图所示： 已知： 氢氧化物开始沉淀时的pH 氢氧化物沉淀完全时的pH Fe3+ 1.9 3.2 Fe2+ 7.0 9.0 Cu2+ 4.7 6.7 供选择的试剂有：Cl2、H2O2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu 试回答下列问题： （1）试剂A的化学式为 ，加入试剂A反应的离子方程式为 ， 试剂B的化学式为 ，加入B的作用是 ，操作①的名称是 。 （2）操作②中所用仪器装置如右图所示：则X应接直 流电源的 极，Y电极上发生的电极反应 式为 。 （3）下列实验操作必要的是 （填字母）。 A．称量电解前电极的质量 B．电解后电极在烘干前，必须用蒸馏水冲洗 C．刮下电解后电极上的铜，并清洗、称量 D．电极的烘干称重的操作中必须按： 烘干→称重→再烘干→再称重进行两次 E．在空气中烘干电极，必须采用低温烘干法 （4）铜的相对原子质量的计算式为 。 【思路点拨】解答该题首先要明确实验流程中每个环节或操作步骤的原理和目的，然后根据原理和操作流程，选择合适的试剂和采取适当的操作；要特别注意限选试剂的条件。 【解析】 （1）试剂A用以将Fe2+氧化为Fe3+，且不能引进杂质，故选H2O2；溶液M中加B的目的是将H+浓度降低，pH增大，有利于Fe（OH）3析出，且又不引入新杂质，故选CuO，相应操作为过滤。 （2）产生气体的一极应是用石墨作电极的阳极，X为阴极，应接电源负极。 (3) 为使实验结果精确，操作合理，应准确称量电解前后Cu电极的质量（即A、D），为减小误差，电解后烘干前应洗净电极，且低温烘干，重复操作至少两次，两次质量差一般不超过0.1 g（即B、E、D）。 （4）根据两极电子得失守恒： ； 答案：（1）H2O2 2Fe2++2H++H¬2O2=2Fe2++2H2O CuO；调节溶液的pH在3.2—4.7之间，使Fe3+完全转化成Fe（OH）3除去 过滤 （2）负 4OH—、－4e—→2H2O+O2↑ （3）A、B、D、E （4） 变式训练：3．某学校化学兴趣小组为探索金属回收物的综合利用，专门设计实验用含有铝、铁、铜的合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体（FeSO4•7H2O）和胆矾晶体（CuSO4•5H2O）,其实验方案如下： 请回答下列问题： （1）过滤用的玻璃仪器有______________________。 （2）写出由沉淀Ⅱ转化为AlCl3的离子方程式_______________________。 （3）小组成员经过检测，发现制得的绿矾不纯，原因可能是_____________，要想由沉 淀Ⅰ最终制得纯度较高的绿矾，应如何改进_____________ ________。 （4）小组成员从资料中获知H2O2是一种绿色氧化剂，可以在滤渣B中加入稀硫酸和 H2O2来制备胆矾晶体，则该反应的总化学方程式为_______ ________。 类型三 Fe、Cu及其化合物的框图推断 例3：已知A、B、C为常见的单质， 在一定条件下相互转化的关系如图： （1） 若常温下，A、B均为气体，C为紫红色固体， E为黑色固体，则E的化学式为 ，写出 A+E→D的化学方程式 。 （2） 若常温下，B、C均为气体，A为金属单质，D为黑色晶体，则E的结构式为 ， 写出A+E→D的化学方程式 。 (3) 若常温下B为气体，C为黑色固体，则构成金属A的原子的原子结构示意图为 ，写出A+E→D的化学方程式 。 【思路点拨】有框图题关系可知：A+B→D，B+C→E为化合反应；根据题干中物质的特殊性并结合有关特征现象和性质对号入座地推断并回答有关问题。 【解析】(1)根据常识可知C为单质铜，再根据B+C→E（黑色固体），可初步推断C为O2，A为H2，经验证，符合题意。所以E的化学式为CuO，A+E→D的 化学方程式为H2还原CuO （2） 因为常温下，B、C均为气体，A为金属单质，D为黑色晶体，则A为Fe，B是O2，C是H2，E为H2O （3）常温下B为气体，C为黑色固体，结合转化图可以判断A是Mg，B是O2，C是单质碳，D是MgO，E是CO2 答案：（1）CuO （2）H-O-H （3） 2Mg+CO2 2MgO+C 变式训练：4．室温下，单质A，B，C分别为固体、黄绿色气体、无色气体，在合适反应条件下，它们可以按图2进行反应。又知E溶液是无色的，请回答： 图2 　反应流程 （1）A是 、B 是、C是 （请填化学式）。 （2）反应①的化学方程式为： 。 （3）反应③的化学方程式为： 。 （4）反应④的化学方程式为： 。 附变式训练答案：1．C 2．A 3．（1）烧杯、漏斗、玻璃棒（2）Al(OH)3+3H+ = Al3++3H2O（3）反应过程中部分二价铁转化成了三价铁，向溶液D中加入足量铁粉，反应后过 滤，取滤液蒸发结晶即可得绿矾 （4）Cu+H2O2+H2SO4+3H2O = CuSO4•5H2O 4．（1）Fe Cl2 H2 （2）2Fe＋3Cl2 2FeCl3 （3）2HCl＋Fe＝FeCl2＋H2↑ （4）2FeCl2＋Cl2＝2FeCl3 典型题的解题规律与技巧 本专题主要涉及一些重要金属的性质及应用，在一些计算题目中存在着一定的解题规律和技巧，如果能掌握且能运用这些规律技巧，则对我们的解题会有很大的帮助。根据大量解题，总结出以下几种解题规律： 一、关系式法 根据关系式确定的数量关系进行化学计算，抓住物质变化过程中已知量和未知量之间的数量关系，省略与已知量和未知量无关的部分，给解题带来方便。 例1．甲、乙两烧杯中各盛有100 mL3 mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成气体体积比为甲:乙=1:2，则加入铝粉的质量是 A．.5.4g B．.3.6g C．2.7g D．1.6g 解析：有关系式铝与盐酸反应： 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 铝与氢氧化钠反应:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2，可得相同质量的铝生成同体积的气体现在要生成的气体体积比为甲：乙=1：2，所以甲的铝过量（即HCl全部反应完由第一个反应式计算出甲放出气体0.15 mol则乙放出气体0.30 mol最后由第二个反应式算出Al的质量为5.4 特别提醒：等质量的铝与足量的强酸和强碱反应，产生的氢气相等；等物质的量的强酸与强碱（酸、碱的元相同）产生的氢气的物质的量之比为1：3；等量的铝投入等物质的量的强酸与强碱（酸、碱的元相同）中，若产生的氢气的量不同，则一定是酸中铝过量，碱中碱过量（或恰好反应）。 二、守恒法 运用守恒法解题，就是利用在物质变化过程中，某一特定的量固定不变(如质量守恒，正负化合价守恒，元素守恒，电子得失守恒，溶液中的电荷守恒等)而进行化学计算的解题方法。它是从整体宏观的角度出发，抓住题目内在的守恒关系，避开繁杂的计算，从而快、准、稳地得到答案。 例2．已知某H2SO4、FeSO4、Fe2(SO4)3混合溶液100 mL，其中阳离子浓度相等，SO42-浓度为6mol／L，此溶液中还可溶解铁粉的质量为 A．11．2 g B．16．8 g C．33．6g D．5．6 g 解析：根据电荷守恒，可得：c(H+)+2c(Fe2+)+3c(Fe3+)==2c(SO42-)。 又由于c(H+)==c(Fe2+)==c(Fe3+)，则6c(H+)==2×6mol／L，c(H+)==2mol／L。能溶解铁粉的质量为：(2mol／L×0．1 L×0．5+2mol／L×0．1 L×0．5)×56g／mol==11．2 g。应选A。 易错点：了解用电荷守恒原理来解题，但电荷守恒等式书写时，用离子浓度而不是电荷浓度，即c(H+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)==c(SO42-)。另外就是容易疏忽掉Fe3+溶解铁的部分 三、图像法 这类题目的特征是以图表图象的形式将一些相关量给出，把习题中的化学原理抽象为数学问题，旨在考查学生从图表中获得数据和处理应用数据的能力以及对曲线的数学意义和化学意义之间对应关系的分析、理解、运用能力。 例3．某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3，向其 中逐渐加入铁粉，溶液中Fe2+的浓度(纵坐标/mol•L-1)和 加入铁粉的物质的量(横坐标/mol)之间的关系如图所示。则 溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为： A．1∶1∶1 　　　　 B．1∶2∶4 C．1∶2∶1 　　　　　 D．1∶1∶4 解析：此题需要学生通过分析反应过程并能结合图像，从中获得所需 数据，最终得到结论。混合溶液中加入铁粉，由于氧化性HNO3> Fe(NO3)3> Cu(NO3)2,首先与硝酸反应， 1 mol铁与4 mol硝酸生成1 molFe(NO3)3,第2步，Fe(NO3)3与铁反应，1 mol铁与2 molFe(NO3)3反应，生成Fe(NO3)2，生成3 molFe(NO3)2，由于第一步生成1 mol Fe(NO3)2所以原来的Fe(NO3)3是1 mol；第3步，Cu(NO3)2与Fe反应，1 mol铁与1 molCu(NO3)2生成1 mol Fe(NO3)2，所以Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为1：1：4，答案为D。学生容易犯得错误是忘记第一步铁与硝酸反应生成的1 mol Fe(NO3)2，认为原来的Fe(NO3)3是2 mol；从而错选为B 四、极限法 极端分析法就是从某种极限的状态出发，进行分析、推理、判断的思维方法。先根据边界条件确定答案的可能取值范围，然后结合题给条件得到正确答案。 例4．含ngHNO3的稀溶液与m g铁粉充分反应，铁全部溶解，生成NO气体。已知有n／4 gHNO3被还原，则n ：m可能是 A．1：1 B．2：1 C．3：1 D．4：1 解析： 由题意可知，未被还原的硝酸的质量为n-n／4==3n／4(g)。因此本题可以采用极限法进行分析：① 假设铁的氧化产物只有Fe(NO3)2时，则n(Fe2+)：n(NO3-)==1：2 即：(m／56)：(3n／4÷63)==1：2求得n：m==3：1 ② 假设铁的氧化产物只有Fe(NO3)3时，则n(Fe3+)：n(NO3-)==1：3 即：(m／56)：(3n／4÷63)==1：3求得n ：m==9：2 ③ 当铁的氧化产物为Fe(NO)2、Fe(NO3)3的混合物时，则3：1<n：m<9：2则由题 意可知，凡是符合3：l≤n：m≤9：2，均可选。故本题选CD。 五、终态法 依据题给化学变化的脉络，确定终态时物质的存在形式（分子、离子、原子）后，撇开复杂的中间过程，只结合始态和终态，确定已知量和未知量之间的关系，而顺利解题。 例5：向一定量Fe、FeO和Fe2O3的混合物中加入100 mL 1 mol/L的盐酸恰好使混合物完全溶解，同时可得到标准状况下0.224 L气体。往所得到的溶液中再加入KSCN溶液，无血红色出现。若用足量的CO在高温条件下还原相同质量的混合物，能得到铁的质量（ ） A．11.2 g B．5.6 g C．2.8 g D．22.4 g 解析：在Fe、FeO和Fe2O3的混合物中加入100 mL 1 mol/L的盐酸，会发生多个反应，但此题不需了解具体的反应过程，由于是恰好溶解，溶液中又无铁离子，所以溶液中最终存在物质只有氯化亚铁，根据n（FeCl2）=0.5n（Cl-）=0.5n（HCl）=0.05 mol，所以铁的质量就有m=56 g/mol×0.05 mol＝2.8 g