铁及其化合物用途广泛的金属材料.ppt

【考纲点击】 1了解金属铁及其重要化合物的主要性质及应用 2了解合金的概念及其重要应用,【考情播报】 1与生产、生活相联系考查铁及其化合物的重 要应用 2结合实验、推断考查Fe(OH)2的制备、Fe2与 Fe3的相互转化及检验 3常见铁、铜、铝合金的主要性能及应用.,1物理性质 铁是 金属，熔沸点 ，抗 性强，能被 磁铁吸引，具有金属的一般物理性质,2化学性质 铁是一种变价金属元素，通常显 价和 价,银白色,腐蚀,2,3,(1)与非金属反应 铁和氧气反应：常温下发生腐蚀生成 . 点燃条件下生成Fe3O4，化学方程式为： . 铁和氯气反应，化学方程式为： . 铁和硫反应，化学方程式为： . (2)与H2O(g)反应 化学方程式为： .,Fe2O3,3Fe2O2 Fe3O4,2Fe3Cl2 2FeCl3,FeS FeS,3Fe4H2O(g) Fe3O44H2,(3)与酸反应 铁与非氧化性酸(如稀H2SO4、盐酸等)反应生成Fe2， 放出H2.其离子方程式为： . 铁与氧化性酸反应，不放H2. 常温下遇 、 发生钝化 少量铁与稀HNO3反应： .,浓H2SO4,浓HNO3,Fe4HNO3 = Fe(NO3)3NO ,2H2O,Fe2H = Fe2H2,(4)与盐溶液反应 铁和CuSO4溶液反应： . 铁和FeCl3溶液反应： .,FeCu2 = Fe2Cu Fe2Fe3 = 3Fe2,铁反应的产物 1铁与不同氧化剂反应的产物判断 由于铁是变价金属元素，它与氧化性不同的氧化剂 反应时，其产物中铁元素的化合价不同： (1)Fe可被S、I2、H、Fe3、Cu2等氧化为Fe2. (2)Fe可被Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4(加热)等氧化为Fe3. (3)Fe与O2(点燃)或H2O(高温)生成Fe3O4.,2铁与稀HNO3反应的分析与产物判断 (1)分析关键 明确哪种物质过量 根据两种物质的物质的量分析判断 (2)反应原理 HNO3过量：Fe4HNO3 = Fe(NO3)3NO2H2O Fe过量时：还发生反应Fe2Fe(NO3)3 = 3Fe(NO3)2，两 者相加得总化学反应方程式：3Fe8HNO3 = 3Fe(NO3)2 2NO4H2O,(3)产物判断,Fe若被强氧化剂氧化生成Fe3，在Fe过量时，因发生反应Fe2Fe3 = 3Fe2，最终生成Fe2.,1下列关于铁的叙述正确的是 ( ) 铁能被磁铁吸引，但纯铁易腐蚀 在人体的血红蛋白中含有铁元素 铁位于元素周期表中第四周期第B族 铁能在氧气中剧烈燃烧，但不能在水蒸气中燃烧 铁与强氧化剂硝酸反应的产物仅是Fe(NO3)3 不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3 A B C D,解析：当铁中含有杂质时，在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀反应，所以，纯铁的抗腐蚀能力较强；铁位于元素周期表的第族，而不是第B族；铁在氧气中可以剧烈燃烧，而与水蒸气反应则看不到燃烧现象；Fe与HNO3反应的产物可能因铁过量而生成Fe(NO3)2；FeCl2、Fe(OH)3都可通过化合反应Fe2FeCl3 = 3FeCl2,4Fe(OH)2O22H2O = 4Fe(OH)3制得,答案：B,2,3,1.铁的氧化物,黑色粉末,红棕色粉末,黑色晶体,FeO2H,= Fe2,H2O,Fe2O36H,= 2Fe3,3H2O,Fe3O48H= Fe22Fe34H2O,FeOCO FeCO2,Fe2O33CO2Fe 3CO2,Fe3O44CO 3Fe4CO2,白,红褐,Fe(OH)22H= Fe2 2H2O,Fe(OH)33H= Fe33H2O,2.铁的氢氧化物,Fe(OH)33H= Fe33H2O,2Fe(OH)3 Fe2O33H2O,Fe22OH = Fe(OH)2,Fe33OH = Fe(OH)3,白色沉淀,灰绿,红褐,4Fe(OH)2O22H2O = 4Fe(OH)3,Fe(OH)2制备中的防氧化措施 1赶尽空气，应在惰性或还原性气体气氛下反应(如 N2、H2等) 2隔绝空气，如用苯、汽油、煤油覆盖在液面上 3采用新制备的亚铁盐溶液，溶解亚铁盐时要先将 蒸馏水煮沸除去氧气 4向亚铁盐溶液中滴加碱溶液时，将胶头滴管的尖 嘴插入亚铁盐溶液的深部，使Fe(OH)2生成于溶氧 少的部位,Fe(OH)2的制备操作改进型设计，如下图：,根据Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3的过程中的颜色变化可用于物质的推断,2有人设计了如图所示制备氢氧化亚铁的改进实验：,(1)按图所示组装仪器，向一支小的具支试管中加入2 mL 左右稀盐酸，再加入2 mL左右的煤油，玻璃管下端粘住钠粒(用滤纸吸干表面煤油，切去氧化层) (2)将铁丝浸入盐酸，反应放出氢气，待试管内空气排尽后，向上提拉铁丝，使铁丝脱离液面并关闭弹簧夹；用另一根细铁丝沿玻璃管内将钠粒捣入液体中,请回答下列问题： (1)写出该实验中发生反应的化学反应方程式：_. (2)如何检验试管内空气已排尽(回答具体操作)? _.,(3)捣入钠粒后，预测具支试管中的现象： _. (4)已知钠粒的质量约0.05 g，现实验室有以下两种不同浓 度的盐酸，你选择(填A或B) . A1.1 mol/L B10 mol/L,解析：(4)B选项中盐酸的量太大，溶液呈酸性，不能生成氢氧化亚铁，也不符合节约药品的原则,答案：(1)Fe+2HCl = FeCl2+H2，2Na+2H2O+FeCl2 = Fe(OH)2+2NaCl+H2 (也可写成3个：Fe+2HCl = FeCl2+H2 ，2Na+2H2O = 2NaOH+H2 ，2NaOH+FeCl2 = Fe(OH)2 +2NaCl.),(2)在具支试管的出口处用向下排空气法收集满一小试管气体，用拇指堵住管口，移向酒精灯火焰，放开拇指，若听到“噗”的一声，则说明空气已排尽 (3)钠不停地在界面间上下移动，并有气泡产生，很快有白色沉淀出现(答其他现象如：熔化成闪亮的小球，在煤油与盐酸界面间上下移动，钠粒最后消失等的不扣分) (4)A,1铁盐 (1)Fe3主要表现 ，其溶液是 色 (2)Fe3水解使溶液显酸性，离子方程式为： .,Fe33H2O Fe(OH)33H,氧化性,棕黄,(3)铁盐的化学反应 与单质铜、铁反应 离子方程式为： 、 . 与KI溶液反应 离子方程式为： .,2Fe32I= 2Fe2I2,2Fe3Cu = 2Fe2Cu2 2Fe3Fe = 3Fe2,与氨水反应 离子方程式为： . 与KSCN溶液反应 离子方程式为： . 与SO2反应 离子方程式为： .,Fe33NH3H2O = Fe(OH)3,Fe33SCNFe(SCN)3,2Fe3SO22H2O = 2Fe2 4H,2亚铁盐 (1)Fe2既有氧化性，又有还原性，但主要表现 性，其 溶液通常显 色 (2)亚铁盐溶液在空气中易被 氧化而变质，故保存时要加 入少量的 ，防止其被氧化,还原,浅绿,O2,铁粉,(3)亚铁盐的化学反应 与Cl2反应 离子方程式为： . 与稀HNO3反应 离子方程式为： . 与H2O2反应 离子方程式为： .,2Fe2Cl2 = 2Fe32Cl,3Fe24H = 3Fe3NO2H2O,2Fe2H2O22H = 2Fe32H2O,Fe3、Fe2的检验和不同价态之间的转化 1Fe3、Fe2的检验方法 (1)直接观察颜色 Fe2溶液呈浅绿色，Fe3溶液呈棕黄色,(2)利用显色反应(形成络离子),(3)利用Fe(OH)3沉淀的颜色,(4)利用Fe3的氧化性,(5)利用Fe2的还原性,2“铁三角”转化关系及应用 (1)转化关系,(2)重要应用 判断离子共存 aFe2、Fe3均水解，与 、 、 等因水解相 互促进在溶液中不能大量共存 bFe3与S2、I、HS、 ，Fe2与 (H)、ClO、 (H)在溶液中因发生氧化还原反应不能大量共存,除杂方法 aFe2(Fe3)：加Fe粉过滤； bFeCl3(FeCl2)：加氯水或H2O2； cFeCl2(CuCl2)：加Fe粉，过滤,0价的铁只体现还原性，Fe3一般体现氧化性，Fe2既有氧化性又有还原性,3有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3五种溶液，用 一种试剂就可把它们鉴别开来，这种试剂是( ) A盐酸 B烧碱熔液 C氨水 DKSCN溶液,解析：盐酸与五种溶液都不反应；烧碱溶液与NaCl无明显现象，与FeCl2产生白色沉淀，且白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，与FeCl3产生红褐色沉淀，与MgCl2生成白色沉淀，与AlCl3先产生白色沉淀后继续加NaOH沉淀溶解，B选项正确；氨水与MgCl2、AlCl3均产生白色沉淀，无法鉴别MgCl2、AlCl3；KSCN只有与FeCl3产生红色现象，其他物质无法鉴别,答案：B,1合金 (1)概念：由 熔 合而成的具有 的物质 (2)性能：一般来说，合金的熔点比它的各成分金属的熔 点都 ，硬度比它的各成分金属的 ，具有良好 的物理、化学或机械性能,两种或两种以上的金属(或金属与非金属),金属特性,低,大,2常见的金属材料 金属材料包括纯金属和合金，可分为 材料和 材料 (1)黑色金属材料钢铁 钢是用量最大，用途最广的合金,黑色金属,有色金属,(2)有色金属材料铜和铝 我国使用最早的合金是 ，常见的铜合金还有 和 铝合金 a常见种类：硅铝合金、镁铝合金、硬铝(含Al、Cu、 Mg、Mn、Si元素),黄铜,白铜,青铜,b性质特征： 、 、 、易于加工、 成本低廉且表面易形成 而具有一定的抗 腐蚀能力 c主要用途：建筑业、容器和包装业、交通运输及 电子行业,密度小,强度高,塑性好,致密的氧化膜,常见合金及其重要应用 1铜合金,2.铁合金,3铝合金,合金属于混合物，金属与非金属或金属与金属形成合金时，两者没有发生化学反应，各成分的化学性质没发生改变,4有关合金的叙述正确的是 ( ) A合金的密度比其各成分金属小 B合金的抗腐蚀性能都很好 C合金的导电性能比成分金属强 D多数合金比成分金属熔点低，硬度大,解析：合金与其成分金属相比，具有许多优良的物理、化学性质或机械性能，如硬度比它的成分金属大，熔点比它的成分金属低,答案：D,例1 (2009江西模拟)某固体X由两种常见元素组成，其中金属元素与另一非金属元素的质量之比为141.在一定条件下X可发生下列转化(如图)，有的反应标出全部产物，有的反应只标出部分产物P为混合气体，R是无色无味且能使澄清石灰水变浑浊的气体，E是密度最小的常见气体常温下B为液体，C为红褐色沉淀，M为常见金属单质,请填空：,(1)X的化学式为_ (2)从不引入杂质的角度考虑，N可以选择下列物质中的 _(填序号) AKMnO4 BHNO3 CH2O2 DCl2 (3)写出反应DG的离子方程式： _. (4)写出反应BMDE的化学方程式： _.,思路点拨 无机框图题的推断关键在于突破口的选择，本题的突破口则是根据物质的特殊颜色进行推断,课堂笔记 由R是无色无味且能使澄清石灰水变浑浊的气体可知R为CO2气体，说明产生的混合气体P中含有CO2，进而推知X中含有碳元素；因C为红褐色沉淀，所以C为氢氧化铁，即A中含有铁离子，X中含有铁元素，根据X中两元素的质量比可知X的化学式为Fe3C；B为水，E为氢气，M为铁,答案 (1)Fe3C (2)CD (3)Fe3O48H = Fe22Fe34H2O (4)3Fe4H2O(g) Fe3O44H2,无机推断题的突破口很多，如物质的颜色和状态、反应的类型、物质之间的转化关系(如连续两次被氧气氧化的物质N2、NH3、S、H2S、醇类、C、CH4、Na等等)有关铁元素的突破口有“铁三角”相互转化的条件和有关化学方程式，一些特殊的现象(例如，Fe3遇SCN显红色，在空气中Fe(OH)2沉淀由白色迅速变成灰绿色最后变成红褐色)等,例2 能检验某溶液中有Fe2无Fe3的实验事实是( ) A向溶液中加入2滴KSCN溶液立即变红色 B向溶液中加入少许氯水后再滴2滴KSCN溶液立即变红色 C向溶液中加入2滴KSCN溶液无明显变化，再加少许氯水 后立即变红色 D向溶液中加入少许NaOH溶液立即产生红褐色沉淀,思路点拨 解答本题要注意在Fe2的检验之前首先要确定无Fe3，然后再转化进行检验,课堂笔记 选 Fe2和Fe3都可以用KSCN溶液来检验要检验有无Fe2必须先排除Fe3的干扰，所以应先加KSCN溶液，如果没有红色出现，再加入氧化剂将Fe2转化为Fe3来进行检验.,C,例3 (2009广东高考有改动)下列有关金属及其合金的说法不正确的是 ( ) A目前我国流通的硬币是由合金材料制造的 B生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加 C镁铝合金的硬度和强度均高于纯镁 D日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护 作用,.,思路点拨 解答本题不仅要注意合金的性能以及组成金属的化学性质，而且还要联系实际进行分析判断,课堂笔记 选 硬币材料是合金，A正确；生铁、普通钢和不锈钢中碳的含量依次减少，B不正确；合金的硬度和强度高于它的各成分金属，C正确；铝易和空气中的O2反应，生成一层致密的氧化物保护膜，D正确,B,铁及其化合物性质的典型实验 以铁及其化合物为背景的实验可综合考查铁及其化合物的性质，考查方向主要有如下几个方面： 1Fe(OH)2制备的关键是防氧化，故所有的NaOH溶液和FeSO4溶液配制时的蒸馏水应先用煮沸法除O2，总之该实验的重点是围绕着除氧问题,2铁和水蒸气的反应一直是教材改革中的一个热点问题，每一个改进都有它的可取之处，但实验中存在的缺点也是明显的，因此要求既要熟悉为什么要这样改进，又要说出这样改进的优点是什么，并通过实际的操作提出自己的改进构想，对实验进行合理的评价 3铁盐、亚铁盐的制备在近几年的高考题中时有出现，主要围绕Fe2的还原性、Fe3的水解性进行考查,(2010惠州质检)用下面三种方法均可制得Fe(OH)2白色沉淀 方法一 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)制取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_,方法二 在如图所示的装置中，用 NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备 (1)在试管里加入的试剂是 _ (2)在试管里加入的试剂是 _,(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀，在试管和中加入试剂，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，理由是_,方法三 利用电解实验可以制 得纯净的Fe(OH)2白色沉淀如图所 示，已知两电极的材料分别为石墨 和铁 (1)a电极的材料应为 ， 电极反应式为 . (2)电解液c可以是_(填编号) A纯水 BNaCl溶液 CNaOH溶液 DCuCl2溶液,(3)d为苯，其作用是_，在加入苯之前对电解液c应作何简单处理？_. (4)为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是_(填编号) A改用稀H2SO4作电解液 B适当增大电源的电压 C适当减小两极间的距离 D适当降低电解液的温度,(5)若c用Na2SO4溶液，当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为_,【解析】 方法一：(1)Fe2易水解，要加入稀H2SO4防止其水解；Fe2易被空气中的O2氧化，要加铁粉，使被氧化的Fe3还原成Fe2.(2)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,方法二：两支试管，试管是开口式，无法用产生的气体将液体压入试管中，所以制取FeSO4应在试管中，而在试管中盛不含O2的NaOH溶液当Fe与稀H2SO4放入试管后，产生的H2可以从试管内短管处排出，从而排尽试管内空气再经过止水夹的导管通入试管中，排尽试管内空气然后关闭止水夹，试管内产生的H2无法逸出，造成管内压强增大，将试管内FeSO4溶液通过长导管压入试管内，在此过程中，液体都处于H2环境，从而避免了被空气中的O2氧化，使得Fe(OH)2能保存较长时间,方法三：电解时阳极反应：Fe2e = Fe2，阴极反应：2H2O2e= H22OH，或电解质溶液能直接提供OH.当Fe2与OH接触时有Fe22OH = Fe(OH)2，当电解液选用NaOH溶液时，在阳极处立即产生白色沉淀，当选其他溶液时，只有迁移后两者相遇时才能产生沉淀(大约在电解池中部)；当反接电源后，阳极反应：4OH4e = 2H2OO2 ，产生的O2立即把Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3.,【答案】 方法一：(1)稀H2SO4、铁屑 (2)煮沸 (3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化 方法二：(1)稀H2SO4和铁屑 (2)NaOH溶液 (3)检验试管出口处排出的H2的纯度，当排出的H2已经纯净时再夹紧止水夹 (4)试管中反应生成的H2充满了试管和试管，且外界O2不易进入,方法三：(1)Fe Fe2e = Fe2 (2)BC (3)隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化 加热煮沸，排出溶解的O2 (4)BC (5)白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色,1下列化学反应方程式或离子方程式符合反应事实的是 ( ) A4Fe3O2 2Fe2O3 BCu2Fe3= Cu22Fe2 CFe4HNO3(稀) = Fe(NO3)22NO2H2O D2Fe24Br3Cl2 = 2Fe32Br26Cl,解析：A项铁在氧气中燃烧生成Fe3O4；B项Fe3具有氧化性，可将Cu氧化成Cu2，本身被还原为Fe2；C项Fe与HNO3(稀)反应生成NO，且生成Fe3；D项Cl2具有强氧化性，可将Fe2、Br分别氧化生成Fe3、Br2.,答案：BD,2铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸， 再加入过量的氨水，有红褐色沉淀生成过滤，加热沉 淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣上述沉 淀和残渣分别为 ( ) AFe(OH)3；Fe2O3 BFe(OH)2；FeO CFe(OH)2、Fe(OH)3；Fe3O4 DFe2O3；Fe(OH)3,解析：铁屑溶于过量的稀硫酸，发生反应：FeH2SO4 (稀) = FeSO4H2，反应后过滤，滤液中溶质应为FeSO4和H2SO4.加入硝酸后的反应为3FeSO44HNO3 = Fe2(SO4)3Fe(NO3)3NO 2H2O，即溶液中Fe2转变为Fe3.加入过量氨水时，除中和H2SO4外还将生成红褐色的Fe(OH)3沉淀：Fe33NH3H2O = Fe(OH)33NH，加热沉淀物至质量不再发生变化，则Fe(OH)3完全分解并除去同时生成的水：2Fe(OH)3 Fe2O33H2O，所得残渣为红棕色的Fe2O3.,答案：A,3将1.12 g铁粉加入25 mL 2 mol/L氯化铁溶液中，充分反 应后，其结果是 ( ) A铁有剩余，溶液呈浅绿色，Cl浓度基本不变 B往溶液中滴入无色KSCN溶液，显红色 CFe2和Fe3的物质的量之比为51 D氧化产物与还原产物的物质的量之比为25,解析：n(Fe) 0.02 mol，n(Fe3)25 mL 103 L/mL2 mol/L0.05 mol，由反应：Fe2Fe3 = 3Fe2可知Fe3过量，加入KSCN显红色溶液中n(Fe2) 3n(Fe)0.06 mol，溶液中n(Fe3)0.05 mol2n(Fe) 0.01 mol，氧化产物与还原产物物质的量之比为12.,答案：B,4铁和铁合金是生活中常用的材料，下列说法正确的是 ( ) A一定条件下，铁粉可与水蒸气反应 B不锈钢是铁合金，只含金属元素 C铁与盐酸反应，铁合金不与盐酸反应 D在空气中，铁板比镀锌铁板更耐腐蚀,解析：铁和水蒸气在高温下发生反应，3Fe4H2O(g) Fe3O44H2，A正确；不锈钢是铁合金，不仅含铁元素，还含有碳元素等，B不正确；铁合金与盐酸能反应，C不正确；镀锌铁板比铁板更耐腐蚀，D不正确,答案：A,5某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3、Cu2、 Au3等离子有人设计了下图所示的工艺流程，利用 常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收 金，并生产一定量的铁红和氧化铜,填写下面空白： (1)图中标号处需加入的相应物质分别是_、_、_、_、_； (2)写出处发生反应的离子方程式_；写出处发生反应的化学方程式_； (3)铁红的化学式为_；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：铁红_；氧化铜_,解析：本题主要考查了元素与化合物的有关知识通过对工业废水的处理，题目设计了高中重要的元素Fe、Cu的有关性质内容，涉及内容主要有物质推断、化学用语、物质用途等在解此题时宜采用逆向推断法从题中给出信息可知，首先分离的应是铁元素，所加最佳试剂应是铁粉，E溶液中含Fe2，铁红成分为Fe2O3，可联想到,高中重要反应2Fe(OH)