高二化学铁铝及其化合物

铁及其化合物
考点一 用物质分类思想认识铁及其重要化合物
1．铁的存在
2．铁的性质 (1)物理性质
纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。

(2)化学性质：铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成＋2、＋3两种价态的化合物。

用化学方程式或离子方程式表示下列变化
Fe ＋⎪⎪⎪⎪
—O 2――→① ①3Fe ＋2O 2=====点燃
Fe 3O 4
—Cl 2
――→② ②2Fe ＋3Cl 2
=====点燃2FeCl
3
—S ――→③
③Fe ＋S=====△
FeS
Fe ＋H 2O(g)――→④④3Fe ＋4H 2O(g)=====高温
Fe 3O 4＋4H 2
Fe —⎪⎪⎪
――→⑤
Fe 2＋
⑤Fe ＋2H ＋
===Fe 2＋
＋H 2↑、
Fe ＋Cu 2＋
===Cu ＋Fe
2＋
――→⑥Fe 3＋
⑥Fe ＋4H ＋
＋NO －
3
===Fe
3＋
＋NO ↑＋2H 2O
3．铁的氧化物和氢氧化物 (1)铁的氧化物 化学式 FeO Fe 2O 3 Fe 3O 4 俗名 铁红 磁性氧化铁 颜色状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁有很强的抗腐蚀能力，为什么日常生活中的铁制品容易生锈？
主要因为铁不纯，往往含有碳等杂质，当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电解质溶液(如食盐水)时会发生电化学腐蚀。

铁元素是典型的变价金属元素，它在化合物中主要表现为＋2价和＋3价：
(1)Fe 单质通常与哪些氧化剂反应生成＋2价？写出有关反应的化学方程式或离子方程式。

Fe →Fe 2＋
：铁与氧化性比较弱的非金属单质(如S 、I 2)，非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)，不活泼金属的盐溶液(如CuSO 4溶液)反应，都可实现这种转化。

如：Fe ＋S=====△
FeS,2H ＋
＋Fe===Fe 2＋
＋H 2↑，Cu 2＋
＋Fe===Fe 2＋
＋Cu 。

(2)Fe 单质通常与哪些氧化剂反应生成＋3价？写出有关反应的化学方程式。

答案 Fe →Fe 3＋
：铁与强氧化剂(如Cl 2、HNO 3、浓硫酸)在一定条件下反应都会实现这种转化。

例如：2Fe ＋3Cl 2=====点燃
2FeCl 3，Fe ＋4HNO 3(稀)===Fe(NO 3)3＋NO ↑＋2H 2O,2Fe ＋6H 2SO 4(浓)=====△
Fe 2(SO 4)3＋3SO 2↑＋6H 2O 。

FeCl 3、FeCl 2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取 2Fe ＋3Cl 2=====点燃
2FeCl 3 2FeCl 3＋Fe===3FeCl 2
由FeO 、Fe 2O 3和Fe 3O 4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21∶8， 则这种混合物中FeO 、Fe 2O 3和Fe 3O 4的物质的量之比是
( )
A ．1∶2∶1
B ．2∶1∶1
C ．1∶3∶1
D ．1∶1∶3
含有Cu(NO 3)2、Zn(NO 3)2、Fe(NO 3)3、AgNO 3各0.1 mol 的混合溶液中加入0.1 mol 铁粉，充分搅拌后，Fe 溶解，溶液中不存在Fe 3＋
，同时析出0.1 mol Ag ，下列结论错误的是
( )
A ．溶液质量减轻
B ．Fe 3＋
的氧化性大于Cu 2＋
C ．溶液中Cu 2＋
与Fe 2＋
的物质的量比为1∶1
分析铁与稀HNO 3反应的关键
一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式： HNO 3过量：Fe ＋4HNO 3===Fe(NO 3)3＋NO ↑＋2H 2O ，
Fe 过量时：Fe ＋2Fe(NO 3)3===3Fe(NO 3)2，两者相加得总方程式：3Fe ＋8HNO 3===3Fe(NO 3)2＋2NO ↑＋4H 2O ，可以用数轴表示：
解题时需注意量的范围。

即：①
n (Fe )n (HNO 3)≤14，产物仅有Fe(NO 3)3，HNO 3可能有剩余；②n (Fe )n (HNO 3)≥3
8
，产物
仅有Fe(NO 3)2，Fe 可能有剩余；③14<n (Fe )n (HNO 3)<3
8，产物为Fe(NO 3)3和Fe(NO 3)2，Fe
和HNO 3都反应完全。

考点二 ＋2、＋3价铁的化学性质
1．Fe 2＋
的氧化性和还原性
Fe 2＋
处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性。

在中学阶段接触Fe 2＋
的氧化还原反应中其主要表现还原性，如：Fe 2＋
遇Br 2、Cl 2、H 2O 2、NO －
3(H ＋
)等均表现还原性。

2．Fe 3＋
的氧化性
Fe 3＋处于铁的高价态，表现较强的氧化性，如：它能氧化Fe 、Cu 、HI 、H 2S 等。

3．Fe 2＋
与Fe 3＋
的相互转化
用离子方程式实现下列转化：Fe 2
＋
①Cl 2、②NO －3(H ＋
)③Fe 、④Cu
Fe 3＋
①2Fe 2＋＋Cl 2===2Fe 3＋＋2Cl －
；
②3Fe 2＋
＋4H ＋
＋NO －
3===3Fe 3＋
＋2H 2O ＋NO ↑； ③2Fe 3＋
＋Fe===3Fe 2＋
； ④Cu ＋2Fe 3＋
===Cu 2＋
＋2Fe 2＋。

将铁屑溶于过量盐酸后，再加入下列物质，会有三价铁生成的是 ( )
①硫酸 ②氯水 ③硝酸锌 ④氯化铜 A ．①③
B ．②④
C ．③④
D ．②③
在含有Fe 3＋
、Fe 2＋、Al 3＋
、NH ＋
4的稀溶液中加入足量Na 2O 2固体，充分作用后，再加入过量稀盐酸，完全反应，则离子数目没有变化的是 ( )
A ．Fe 3＋
、Al 3＋
B ．Al 3＋
要证明某溶液中不含Fe 3＋
而可能含有Fe 2＋
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KMnO 4溶液 ③加入少量NH 4SCN 溶液 A ．①③
B ．③②
C ．③①
D ．①②③
检验Fe 2＋
、Fe 3＋
的常用方法
1．溶液颜色
含有Fe 2＋的溶液显浅绿色 含有Fe 3＋的溶液显黄色 2．用KSCN 溶液和氯水 (1)流程：
溶液
加KSCN 溶液⎪⎪
⎪⎪
→无明显现象―
―→加氯水
溶液变血红色―→Fe 2＋→溶液变血红色―
→Fe 3＋
(2)有关反应：Fe 3＋＋3SCN －Fe(SCN)3(血红色)
2Fe 2＋＋Cl 2===2Fe 3＋＋2Cl － 3．用NaOH 溶液 (1)流程：
溶液加NaOH 溶液⎪⎪⎪⎪
→白色沉淀→灰绿色→红褐色→Fe 2＋→红褐色沉淀→Fe 3＋
(2)有关反应：Fe 3＋＋3OH －===Fe(OH)3↓(红褐色沉淀) Fe 2＋＋2OH －===Fe(OH)2↓(白色沉淀)
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
考点三铁及其化合物的综合应用
“铁三角”的转化关系及应用举例
归纳总结(1)判断离子共存
①Fe2＋、Fe3＋均水解，与HCO－3、AlO－2、CO2－3等因水解相互促进，在溶液中不能
大量共存。

②Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO2－3，Fe2＋与NO－3(H＋)、ClO－、MnO－4(H＋)在溶液中
因发生氧化还原反应不能大量共存。

(2)盐溶液的配制与保存
①Fe2＋的盐溶液：加少量铁粉，防止Fe2＋被氧化；加少量相应的酸，防止Fe2＋水解。

②Fe3＋的盐溶液：加少量相应的酸防止Fe3＋水解。

实验探究——Fe(OH)2的制备
用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。

(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入__________。

(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。

(3)生成Fe(OH)2白色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________________________ _____________________________________________________________________。

3．A、B、C为中学常见单质，其中一种为金属，通常情况下，A为固体，B为黄绿色气体，C为无色气体。

D、E、F、G、H、X均为化合物，其中X常温下是无色气体，其水溶液是一种强酸，E为黑色固体，H在常温下为液体。

它们之间的转化关系如下图所示(其中某些反应条件和部分反应物已略去)。

请回答下列问题：
(1)写出下列物质的化学式：A__________、D__________、E__________、X_________。

(2)在反应①～⑦中，不属于氧化还原反应的是__________(填编号)。

(3)反应④的离子方程式是_____________________________________________； (4)反应⑦的化学方程式是_____________________________________________； 该反应中每消耗0.3 mol 的A ，可转移电子______mol 。

(5)写出D 的溶液与小苏打溶液反应的离子方程式是________________________ _____________________________________________________________________。

(6)除去D 溶液中混有的少量G 的方法是_________________________________ _____________________________________________________________________。

(7)在D 溶液中制备无水D 固体的方法是__________________________________ _____________________________________________________________________。

答案 (1)Fe FeCl 3 Fe 3O 4 HCl (2)③⑥ (3)2Fe 3＋
＋Fe===3Fe 2＋
(4)3Fe ＋4H 2O(g)=====高温
Fe 3O 4＋4H 2 0.8 (5)Fe 3＋
＋3HCO －
3===Fe(OH)3↓＋3CO 2↑
(6)向混合液中通入足量的氯气(或加入足量的H 2O 2) (7)在HCl 气流中加热蒸干FeCl 3溶液
铁是人类应用较早，当前应用量最大的金属元素。

下列有关铁及其化合物的有关说法中正确的是
( )
A ．赤铁矿的主要成分是Fe 3O 4
B ．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe 2O 3和H 2
C ．除去FeCl 2溶液中的FeCl 3杂质可以向溶液中加入铁粉，然后过滤
D ．Fe 3＋
与KSCN 产生血红色沉淀 下列反应的离子方程式正确的是
( )
A ．硫酸铁溶液与氢氧化钡溶液反应： Fe 3＋
＋3OH －
===Fe(OH)3↓
B ．硫化钠溶液与氯化铁溶液反应：2Fe 3＋
＋3S 2－
===Fe 2S 3
△
点燃
△
C ．过量的铁与很稀的硝酸溶液反应无气体放出： 4Fe ＋10H ＋
＋NO －
3===4Fe 2＋
＋3H 2O ＋NH ＋
4
D ．硫化氢气体通入氯化亚铁溶液：H 2S ＋Fe 2＋
===FeS ↓＋2H
＋
一、铝的结构：
1、原子结构示意图：
2、周期表中位置：第三周期ⅢA 族
镁原子核外有三个电子，在化学反应中，容易失去最外层的三个电子，显+3价。

二、铝单质的性质
1、物理性质：银白色金属，硬度和密度小，具有良好的导电导热性和延展性。

在空气中具
有很好的耐腐蚀性。

2、化学性质：（1）与非金属单质反应：A 、2Al+3Cl 2====2AlCl 3
B 、铝在空气中缓慢氧化，在氧气中点燃剧烈燃烧。

4Al+3O 2 ========= 2Al 2O 3
思考：在金属活泼性顺序中铝排在铁的前面，那为什么铁在空气中易生锈而铝在空气中不易被腐蚀呢？
铝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，阻止了内部的铝与空气接触。

（2）与盐溶液反应：2Al+3CuSO 4 ＝3Cu+Al 2(SO 4)3
（3）与某些氧化物反应—铝热反应：2Al + Fe 2O 3 == 2Fe + Al 2O 3 铝热剂
[现象]：发出耀眼的光芒、放出大量的热、有熔融物生成。

[试一试]：写出Al 分别与MnO 2 、V 2O 5 的反应方程式
（4）与沸水微弱反应：2Al+6H 2O ========= 2Al （OH ）3 + 3H 2↑ （5）与酸反应：：2Al+6HCl ====== 2AlCl 3+H 2↑
2Al+3H 2SO 4 ====== A l 2(SO 4)3+ 3H 2↑
注意：铝在冷的浓硫酸、浓硝酸中钝化。

某些金属在常温下遇强氧化性酸如浓硫酸、浓硝酸时在表面生成致密的氧化膜，从而阻止内部金属进一步发生反应，这种现象称为钝化。

（6）与碱反应:
２Al+2NaOH+2H 2O=2NaAlO 2+3H 2↑
反应的实质:分两步进行:
(2）Al(OH)3+NaOH ======== NaAlO 2+2H 2O
化合价降低，被还原，得6e —
（1）
化合价升高，被氧化，失6e —
三、铝的重要化合物 1、氧化铝（Al2O3）
(1)物理性质：白色固体、熔点高（2054℃） 、不溶于水，不与水化合。

常作耐火材料。

刚玉的主要成分是Al 2O 3 ，其中把含少量铬元素的刚玉称为红宝石；含少量
的铁和钛元素的刚玉称为蓝宝石。

(2)化学性质：
①电解熔融的氧化铝制备单质铝但由于氧化铝的熔点很高，故在氧化铝中添加冰晶石（Na 3AlF 6)降低其熔点。

2Al 2O 3 ========= 2Al + 3 O 2 ↑
②与酸反应：Al 2O 3＋6HCl ＝AlCl 3＋3H 2O ③与碱反应：Al 2O 3＋2NaOH ＝2NaAlO 2＋H 2O
既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的氧化物叫两性氧化物 2、氢氧化铝（Al （OH)3）
（1）物理性质：氢氧化铝是白色胶状物质，不溶于水，有强的吸附性，可以吸附水中的悬
浮物和各种色素。

（2）化学性质：①不稳定性：氢氧化铝不稳定，受热易分解。

△
2Al(OH)3 ＝ Al 2O 3＋2H 2O
这是工业上制取纯净氧化铝的方法。

Al(OH)3 具有两性的原因：H ++AlO 2—+H 2O
Al(OH)3 Al 3+ + 3OH —
注意：(1)氢氧化铝作为碱时是三元碱；作为酸时是一元酸（HAlO3）。

(2)氢氧化铝与酸碱反应时，弱酸弱碱是不能把氢氧化铝溶解的。

3、明矾：KAl(SO 4)2·12H 2O
复盐的概念:由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的盐叫复盐。

四、Al 3+、AlO 2—的 性质 （一）Al 3+的性质
1、AlCl 3中逐滴加入氨水：Al 3++3NH 3·H 2O=Al(OH)3 ↓+3NH 4+
用Al 3+制取Al(OH)3用弱碱更合适
2Al+6H 2O+2NaOH = 2NaAlO 2+3H 2+4H 2O
失2×3 e
—
得6×e
—
②Al(OH)3+NaOH= NaAlO 2+2H 2O 电解
③Al(OH)3 + 3HCl= AlCl 3 + 3H 2O KAl(SO 4)2 =K ++Al 3++2SO 42- Al 3++3H 2O ====== Al(OH)3 （胶体） +3H +
△
2、AlCl 3中逐滴加入NaOH 溶液至过量？
①方程式：Al 3++3OH —= Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH — = AlO 2-+2H 2O
②现象：白色沉淀先增加再减少最后消失 ③图像：
3、向NaOH 溶液中滴加AlCl 3溶液 ①有关反应：Al 3++4OH — =AlO 2—+2H 2O
Al 3++3AlO 2—+6H 2O = 4Al(OH)3↓
②现象：开始无沉淀生成，后来白色沉淀逐渐增加，最后沉淀量不变 ③图像：
（二）AlO 2—的性质
1、向含有AlO 2—的偏铝酸盐溶液中通入CO2直至过量 离子方程式： 图像：
2、向含有AlO 2—的偏铝酸盐溶液中逐滴滴入稀盐酸直至过量
n(NH 3·H 2O)/mol
n[Al(OH)3
]/mol
n(NaOH)/mol
n[Al(OH)3]/mol
0 1 2 3
4
n[Al(OH)3]/mol
0 1/12 1/6 1/4
1/3
3+)/mol
n(CO 2)/mol
n[Al(OH)3]/mol
1 1/2
①
2AlO 2—＋CO 2(少量)＋3H 2O = 2Al(OH)3＋CO 32－
②AlO 2—＋CO 2(足量)＋2H 2O= Al(OH)3＋HCO 3—
离子方程式：①AlO2—＋H+＋H2O=Al(OH)3↓
②Al(OH)3＋3H+= Al3+＋3H2O 图像：
（3）向含有H＋的强酸溶液中逐滴滴入偏铝酸盐溶液直至过量
离子方程式：①AlO2—＋4H+= Al3+＋2H2O
②Al3+＋3AlO2—＋6H2O= 4Al(OH)3↓
图像：
例题：将某质量的镁铝合金溶解在500mL盐酸中，然后取出10mL溶液用1mol/LNaOH溶液滴定，产生沉淀质量与碱溶液的关系如下图。

求：
（1）合金中镁和铝的物质的量之比；
（2）盐酸的物质的量浓度(假设反应后溶液体积不变)。

把由NaOH、AlCl3、MgCl2三种固体组成的混合物，
溶于足量水中后有0.58 g白色沉淀生成，在所得的浑浊液中，逐滴加入0.5 mol/L盐酸，加入盐酸的体积(V)与生成沉淀的质量(W)关系如图所示：
(1)混合物中NaOH的质量为______________，混合物
中AlCl3的质量为________________，混合物中
MgCl2的质量为______________．
(2)P点表示盐酸的体积是_______ml．
在200 mL含Mg2＋、Al3＋、NH＋4、H＋、Cl－等离子的溶液中，逐滴加入5 mol·L－1的氢氧化钠溶液，所加氢氧化钠溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)关系如下图所示：0
1 2 3 4 n(HCl)/mol
n[Al(OH)3]/mol
n(AlO2—)/mol n[Al(OH)3]/mol
0 1/4 1/2 3/4 1
下列叙述正确的是( )
A ．x 与y 的差值为0.01 mol
B ．原溶液中c (Cl －)＝0.75 mol·L －
1
C ．原溶液的pH ＝1
D ．原溶液中n (Mg 2＋)∶n (Al 3＋)＝5∶2
1、某无色透明溶液能与铝作用放出氢气, 此溶液中一定能大量共存的离子组是 （ ）
A. Cl -、SO 42-、Na +、K +
B. K +、ClO -、Na +、NO 3-
C. HCO 3-、Na +、NO 3-、K +
D. NO 3-、Ba 2+、Cl -、NH 4+
2、两份铝屑，第一份与过量的盐酸反应，第二份与过量的NaOH 溶液反应，产生氢气的体积比为1：2，则第一份与第二份铝屑的质量比为 （ ）
A 、1：1
B 、1：2
C 、1：3
D 、1：4
3、能用铝为原料来冶炼难熔的金属主要是因为 （ ）
A.铝的密度小, 熔点较低
B.铝在空气中燃烧, 放出大量的热
C.铝在金属活动性顺序表排在较前面
D.铝具有还原性.发生氧化还原反应时放出大量的热
15、 下列离子方程式书写错误的是 （ ）
A.铝粉投入到NaOH 溶液中：2Al+6H 2O+2OH -=2 Al(OH)4-+H 2↑
B.Al(OH)3溶于NaOH 溶液中：Al(OH)3+OH -= Al(OH)4-
C.Na[Al(OH)4]溶液中通入足量的CO 2：2 Al(OH)4-+ CO 2 = 2Al(OH)3↓+CO 32-+ H 2O
D.Al 2O 3粉末溶于NaOH 溶液中：Al 2O 3+2OH -=2 Al(OH)4-+H 2O
1
19、某强酸性溶液中，可以大量共存的是 （ ）
A ．K HCO Ca Cl 32+-+-、、、
B ．AlO CO Na K 232--++、、、
C ．Na Mg NO SO 2342++--、、、
D ．Ca Na Mg NO 223+++-
、、、 20、下列各化学反应的离子方程式中，有错误的是 （ ）
A ．氢氧化铝与盐酸反应：()Al OH 3H Al 3H O 32+=+++
B ．氧化铝溶于氢氧化钠溶液：Al O 2OH 2AlO H O 2322+=+--
C ．碘化钾溶液中滴入溴水：2I Br I 2Br 22--
+=+ D ．氢氧化铝溶于氢氧化钠溶液：()Al OH 3OH AlO 3H O 322+=+-- 24、向含有1mol KAl(SO 4)2的溶液中加入适量的Ba(OH)2溶液，使SO 42-
恰好转化为沉淀，此时生成的Al(OH)3的物质的量是 （ ）
A ．1mol
B ．1.33 mol
C ．0.67mol
D ．0
30、有关Al 与NaOH 溶液的反应的说法中，正确的是 ( )
A ．铝是还原剂，其氧化产物是Al(OH)3
B ．NaOH 是氧化剂，其氧化产物是H 2
C ．铝是还原剂，H 2O 和NaOH 都是氧化剂
D ．H 2O 是氧化剂，Al 被氧化
1.镁的知识主线
上图的1～13中的 有关化学方程式如下： ① 2Mg+O 2=2MgO ② 3Mg+N 2 === Mg 3N 2 ③ Mg+Cl 2 ==== MgCl 2、Mg+2HCl=MgCl 2+H 2↑ ④ MgCl 2 ==== Mg+Cl 2↑ ⑤ MgO+H 2O === Mg(OH)2 ⑥ Mg(OH)2 === MgO+H 2O
⑦ Mg(OH)2+2HCl=MgCl 2+2H 2O
⑧ MgCl 2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl
⑨ MgCO 3===MgO+CO 2↑
⑩ MgCO 3+H 2O===Mg(OH)2+CO 2↑ ⑪ Mg 3N 2+6H 2O=3Mg(OH)2+2NH 3↑
⑫ Mg(OH)2+H 2SO 4=MgSO 4+2H 2O
⑬ MgSO 4+2NaOH=Mg(OH)2↓+Na 2SO 4
2.铝的知识主线
上图1～12的有关化学方程式如下：
① 4Al + 3O 2 =2Al 2O 3
② 2Al 2O 3 ==== 4Al +3O 2↑ ③ 2Al + 6HCl = 2AlCl 3 +3H 2↑ 点燃
点燃 熔融
电解
△ △ △ △ 熔融
电解
④2Al + 2NaOH + 2H2O= 2Na AlO2 +3H2↑
加热
⑤2Al(OH)3 ====Al2O3 + 3H2O
⑥Al2O3 +6HCl =2AlCl3 + 3H2O
⑦AlCl3 +3NH3·H2O + Al(OH)3↓+3NH4Cl
⑧Al(OH)3 +3HCl = AlCl3 + 3H2O
⑨Na AlO2 + CO2 +2H2O= Al(OH)3↓+ NaHCO3
⑩Al(OH)3 +NaOH = Na AlO2+2H2O
⑪2KAl(SO4)2 + 6NH3·H2O = 2Al(OH)3↓+ K2SO4 +3(NH4)2SO4。