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铝热反应（知识延伸）浙江上虞中学 陈燕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AlAl2O3FeFe2O3熔点/660205415351462沸点/246729802750（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）。 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 称量实验所得熔融物质量为m1 将熔融物加入足量盐酸溶解，（过滤） （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） 向溶液（滤液）中通入足量二氧化碳，（过滤并洗涤沉淀） 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 计算积w（A1）=9（m3m2）/17 m1100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/LB若烧杯中有Cu 无Fe，c（Fe3+）= 0.2 mol/LC若烧杯中有Cu 无Fe，c（Cl-） = 0.6mol/LD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：FeCu。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ac，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( ) Aaca+b Bbca+b Ca+cb Da+b 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n4 gHNO3被还原，则n ：m可能是 A1：1 B2：1 C3：1 D4：1解析： 由题意可知，未被还原的硝酸的质量为n-n4=3n4(g)。因此本题可以采用极限法进行分析： 假设铁的氧化产物只有Fe(NO3)2时，则n(Fe2+)：n(NO3-)=1：2 即：(m56)：(3n463)=1：2求得n：m=3：1 假设铁的氧化产物只有Fe(NO3)3时，则n(Fe3+)：n(NO3-)=1：3 即：(m56)：(3n463)=1：3求得n ：m=9：2 当铁的氧化产物为Fe(NO)2、Fe(NO3)3的混合物时，则3：1n：m9：2则由题意可知，凡是符合3：ln：m9：2，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（ ）A11.2 g B5.6 g C