专题12第三章铁金属材料整理与提升（教材深度精讲）高一化学知识整合讲练

专题12第三章铁金属材料整理与提升（教材深度精讲）【核心素养分析】1.宏观辨识与微观探析：认识铁及其化合物的性质及应用，能以“铁三角”转化关系理解变价元素的转化条件；认识铝与强酸、强碱的反应及其化合物的两性,理解铝及其化合物的性质。2.证据推理与模型认知:具有证据意识,能基于证据对金属材料性质提出可能的假设,通过分析推理加以证实,能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律。3.科学态度与社会责任：利用铁及其化合物的性质，科学认识铁及其化合物的提纯和制备工艺流程，形成严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。4.科学探究与创新意识：能提出有价值的氢氧化亚铁及其他铁的化合物的制备方案，并进行实验探究。能对金属的性质提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究。【知识导图】【目标导航】1.能依据物质类别和元素价态列举铁、铝等元素的典型代表物，能列举、描述、辨识含有铁、铝元素的典型物质重要的物理和化学性质及实验现象。能用化学方程式、离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。2.能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测铁、铝及其化合物的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。3.能分别利用铁、铝及其化合物的性质和转化关系，设计制备、分离、检验等简单任务的方案。能从物质类别和元素价态变化的视角说明有关物质的转化路径。4.能分别根据铁、铝及其化合物的性质，分析实验室、生产、生活及环境中的某些常见问题，说明要善保存、合理使用化学品的常见方法。5．能分别说明金属材料的应用对社会发展的价值、对环境的影响。6．能主动运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中筒单的化学问题。【重难点精讲】一、铁、铝及其化合物1.铁、铝的原子结构决定性质物质微观视角宏观视角原子结构

得失电子单质表现的性质具体主要化学性质铝

从铝的原子结构来看，原子最外电子层上有3个电子，在化学反应中很容易失去电子以达到稳定结构。铝的化学性质非常活泼，表现出很强的还原性。铝主要化合价+3。与氧气等非金属反应；与沸水反应；与强碱溶液反应；与盐及其溶液反应；铁从铁的原子结构来看，原子最外电子层上有2个电子，在化学反应中很容易失去2个电子以达到较稳定结构Fe2+，Fe2+还可以再失去1个电子达到更稳定结构的Fe3+。铁的化学性质非常活泼，表现出很强的还原性。铁的化合价有+2、+3、及更高价+6。与金属、非金属单质反应；与水蒸汽反应；与盐及其溶液反应1）铁及其化合物（1）铁及其化合物的“价—类二维图”说明：1)横向变化体现了同价态不同物质类别(氧化物、盐、碱)之间的转化；①碱性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)转化为盐；②Fe2＋、Fe3＋与碱(OH－)反应生成对应的碱；③难溶性的碱易分解生成对应的氧化物，但难溶性的碱性氧化物一般不与水反应生成对应的碱。2)纵向变化体现不同价态同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。3)斜向变化体现不同价态、不同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。（2）从价态的视角认识物质间的转化关系当某种元素具有不同的化合价时，含有同种元素不同价态的物质间，可以通过氧化还原反应实现转化。例如，0价铁、+2价铁和+3价铁的相互转化关系如下：①Fe单质中铁元素化合价为0价，仅具有还原性Fe+Cu2+Fe2++Cu；Fe+2H+H2↑+Fe2+；2Fe+3Cl22FeCl3；3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2②Fe2+化合价可以升高到+3价，表现为还原性，也可以降低到0价，表现为氧化性。Fe2++ZnFe+Zn2+；2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－；5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O③Fe（OH）2具有还原性，能被氧化为Fe（OH）34Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3④Fe2O3中的铁元素为高价态，具有氧化性，因而可用还原剂将其还原为铁单质。3CO+Fe2O32Fe+3CO2⑤Fe3+是铁元素的高价态，可以被还原剂还原为+2或0价，具有氧化性。2Fe3++Zn（少量）2Fe2++Zn2+；2Fe3++3Zn（过量）2Fe+3Zn2+；2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑【特别提醒】不同。Fe3+Fe2+Fe粉以除去Fe3+等。（3）铁及其化合物的转化（4）学习铁及其化合物的性质应注意的几个要点①Fe与O2、H2O(g)反应的产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。Fe与Cl2反应时生成FeCl3，与S反应时生成FeS，说明Cl2的氧化性大于S的。常温下，Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，但加热后继续反应。Fe在Cl2中燃烧，无论Cl2过量还是不足均生成FeCl3。②向含Fe2＋的溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水等具有氧化性的物质时，溶液会出现浅绿色→棕黄色的颜色变化，该现象可用于Fe2＋的检验。③Fe3＋的检验方法较多，如观察溶液颜色法(棕黄色)、NaOH溶液法(生成红褐色沉淀)、KSCN溶液法(生成红色溶液)，前面两种方法需溶液中Fe3＋浓度较大时才适用，最好也最灵敏的方法是KSCN溶液法。Fe2＋的检验可采用先加入KSCN溶液后再加入氧化剂的方法；也可用铁氰化钾检验Fe2＋，现象是生成蓝色沉淀(Fe3[Fe(CN)6]2)。④生成FeCl2除了用Fe和HCl的置换反应外，还可用化合反应：2FeCl3＋Fe=3FeCl2；生成Fe(OH)3除了用Fe3＋与碱的复分解反应外，还可用化合反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。⑤配制FeCl2溶液既要防氧化(加入Fe粉)，又要防水解(加入盐酸)；配制FeCl3溶液要加入浓盐酸防止水解。⑥Fe3＋必须在酸性条件下才能大量存在，当pH＝7时，Fe3＋几乎完全水解生成Fe(OH)3沉淀。⑦除去酸性溶液ZnCl2中的FeCl2，应先通入Cl2或加入H2O2，再加入ZnO，使Fe3＋水解生成沉淀过滤除去。⑧制备Fe(OH)2的方法很多，原则有两点：一是溶液中的溶解氧必须提前除去；二是反应过程中必须与O2隔绝。同时要牢记Fe(OH)2转化为Fe(OH)3时溶液的颜色变化(白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色)。⑨Fe(OH)3胶体的制备方法是将饱和FeCl3溶液滴加到沸水中，加热至呈红褐色后立即停止加热。胶体不带电，带电的是胶粒。⑩自然界中有少量游离态的铁(陨石中)，纯净的铁块是银白色的，而铁粉是黑色的。2）铝及其化合物（1）铝及其化合物的“价—类二维图”（2）从物质类别的视角认识物质间的转化关系(1)①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)②Al3＋＋3[Al(OH)4]－===4Al(OH)3↓③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O(3)Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－(4)[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O(5)①[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)②[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O(6)Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－（3）铝及其化合物的转化（4）学习铝及其化合物的性质应注意的几个要点①铝是活泼金属，但铝抗腐蚀性相当强，因为铝表面生成一层致密的氧化物薄膜。由于Al2O3的熔点高于Al的熔点，故在酒精灯上加热铝箔直至熔化，发现熔化的铝并不滴落。②铝热反应不仅仅是单质铝与Fe2O3反应，还包含制取其他难熔金属的反应，由于铝热剂是混合物，故铝热反应不能用于工业上冶炼铁。注意铝热反应是中学化学中唯一一类金属单质与金属氧化物在高温条件下的置换反应。③引发铝热反应的操作是高考实验考查的热点，具体操作是先铺一层KClO3，然后插上镁条，最后点燃镁条。④并不是Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂，该金属氧化物对应的金属活泼性应比铝弱。⑤Al2O3、Al(OH)3与NaOH溶液的反应常用于物质的分离提纯。Al(OH)3不溶于氨水，所以实验室常用铝盐和氨水来制备Al(OH)3。⑥利用偏铝酸盐制备Al(OH)3，一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解。若向偏铝酸盐溶液中通入CO2，生成的Al(OH)3不溶于碳酸，CO2过量时生成HCOeq\o\al(－,3)，不过量时生成COeq\o\al(2－,3)，书写离子反应方程式时要特别注意。⑦Al(OH)3可用作抗酸药；明矾常用于净水。⑧泡沫灭火器所用试剂为Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液。3、物质性质决定物质的用途物质物性化性用途铁银白色固体，熔点较高，具有良好的导热、导电、延展性，能被磁铁吸引活泼金属的通性（1）铁及其合金——生铁、钢是应用最广泛的金属材料（2）纯铁用于制发电机和电动机的铁芯，还原铁粉用于粉末治金Fe2O3红棕色粉末、难溶于水碱性氧化物油漆、涂料、油墨、橡胶的红色颜料

Fe3O4黑色晶体(有磁性)做磁性材料，如录音磁带、电讯器材Al银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。常温下铝在空气中极易与氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，能阻止氧气与铝进一步反应。铝热反应纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等，铝还用作还原剂。Al2O3白色固体，难溶于水，熔点很高两性氧化物①作耐火材料②冶炼铝的原料Al(OH)3白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O①制药（胃友）②净水作用明矾色晶体，可溶于水Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋明矾可以净水二、合金及金属材料1．合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。①熔点：一般比它的各成分金属的低；②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。【特别提醒】①构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。②常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。③合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。2．常见金属材料(1)黑色金属材料——钢铁①钢是用量最大、用途最广的合金。②钢eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(碳素钢\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(低碳钢：韧性、焊接性好，强度低,中碳钢：强度高，韧性及加工性好,高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好)),合金钢：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢,及各种特种钢))(2)有色金属材料——铜和铝①铝及铝合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铝\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的延展性和导电性,用途：制导线)),铝合金\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、,制造工艺简单、成本低廉,用途：主要用于建筑业、容器和包装业、,交通运输业、电子行业等))))②铜及铜合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铜\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的导电性和导热性,用途：主要用于电器和电子工业、建筑业)),铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的,还有黄铜和白铜))【特别提醒】合金的组成与性质(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。三、以物质的量为核心的计算1、化学计算题的特点：在近几年高考中是考生在化学学习中比较头痛的题目也是考生在考试中最难得分的一类题目。化学计算过程，主要是一个化学问题的数学处理过程，即对物质的组成、结构、性质和变化规律的量化过程。它以基本概念、基本理论、元素化合物知识为基础，以物质的量为中心，以化学式、化学方程式及溶液组成知识为定量工具，理解和运用化学概念、化学原理，进行对比、判断、推理。2、化学计算解题的基本思维方式：题目信息+相关知识+逻辑思维+心理素质。即按以下四个步骤进行：一是通读题目，挖掘题示信息；二是灵活组合，运用相关知识；三是充分思维，形成解题思路；四是回顾检查，树立信心。3、化学计算解题的一个中心：以物质的量为中心；二个基本点：一是守恒，守恒法解题成功的关键在于从诸多变化和繁杂的数据中寻找恒量对象及其关系。二是化学方程式中的比例关系。。用关系式解题的关键是建立关系式，建立关系式的方法主要有：①利用微粒守恒关系建立关系式；②利用方程式中的化学计量数间的关系建立关系式；③利用方程式的加合建立关系式。【典题精练】考点1、考查铁及其化合物的性质、用途例1．（2023春·上海徐汇·高一上海市第二中学校考期中）铁是一种化学元素，化学符号为Fe，它是是地壳中含量第四多的元素，由于其机械性能和低成本，铁合金(如钢、不锈钢和合金钢)是到目前为止仍是最常见的工业金属。下列有关说法错误的是A．“威尼斯红”的颜色主要来自近纯氧化铁(Fe2O3)的赤铁矿B．人类可以利用铝热反应的原理焊接铁轨，也可以冶炼金属V、Cr、Mg等C．铁粉可以作为食品添加剂，添加入一些补铁食品中D．指南针是我国的四大发明之一，制造指南针的磁性物质是Fe3O4【解析】A．威尼斯红是一种光亮而温暖（略带不饱和）的色素，由赤铁矿型几乎纯的氧化铁（Fe2O3）衍生而来，故A错误；B．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，此外，铝热反应还可以表示铝元素置换其他金属元素（如锰等）的氧化物置换出该金属元素，故B正确；C．铁粉在乳粉中普遍添加，亚铁盐广泛在酱油、食醋及果汁饮料中添加，效果很好，既可以抗氧化，又可以补铁，预防缺铁性贫血，故C正确；D．制造指南针的磁性物质是黑色的Fe3O4固体，制造指南针的磁性物质具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，物体具有磁性，故D正确；故答案选A。【答案】A考点2、考查铝及其化合物的性质、用途例2．（2023春·上海浦东新·高一华师大二附中校考期中）下列关于铝及其化合物的说法正确的是A．铝制餐具可长时间存放酸性或碱性食物B．铝在空气中耐腐蚀，所以铝是不活泼金属C．铝箔在空气中受热可以熔化，剧烈燃烧，产生大量的热D．常温下，可以用铝或铁制容器来盛装冷的浓硫酸或冷的浓硝酸【解析】A．铝能与酸和碱反应，铝制餐具不能长时间存放酸性或碱性食物，A错误；B．铝在空气中耐腐蚀，是因为铝与空气反应在表面形成了氧化膜，阻止内部铝被腐蚀，铝本身是活泼金属，B错误；C．铝箔受热表面生成一层致密的氧化铝薄膜，氧化铝的熔点比铝高，兜着熔化的铝，阻止了铝与氧气的进一步反应，C错误；D．铝和铁遇到冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化，可用铝或铁容器来盛装冷的浓硫酸或浓硝酸，D正确；故答案选D。【答案】D考点3、考查金属材料的分类及用途例3．（2023秋·贵州铜仁·高一统考期末）第十四届中国国际航空航天博览会于2022年11月8日至13日在珠海国际航展中心举行，歼20、运20等装备集体亮相，展示了我国现代化战略空军建设的阶段性成果和军工领域的最新科研成果。航空航天领域成果的取得离不开金属材料的贡献。下列关于金属材料的说法中不正确的是A．金属材料包括纯金属和它们的合金B．合金的硬度一般比其成分金属大，但熔点一般比其成分金属低C．铝合金应用十分广泛，因为它不仅价格合适，耐酸、碱腐蚀，而且具有优良的机械性能D．新型钛合金强度高、质量轻、耐高温，广泛用于航空航天领域，如飞机发动机零件和火箭结构件【解析】A．金属材料包括纯金属和它们的合金，选项A正确；B．合金的硬度一般比各成分金属大，熔点一般比各成分金属低，选项B正确；C．铝易与酸、碱溶液发生反应，不耐酸、碱，选项C不正确；D．新型钛合金强度高、质量轻、耐高温，广泛用于航空航天领域