专题05铁铝及其化合物（实验9~10）（原卷版）

第三章铁金属材料专题05铁、铝及其化合物（实验9~10）实验9铁及其化合物的性质实验10铝及其化合物的性质实验9铁及其化合物的性质1.铁与水蒸气反应实验装置图：实验现象：用火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声，证明生成了H2。实验结论：在高温下，铁能与水蒸气反应生成H2，化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。2.铁元素的氢氧化物制备实验操作实验现象反应方程式试管中有红褐色沉淀产生Fe3＋＋3OH=Fe(OH)3↓试管中先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色Fe2＋＋2OH=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3易错提醒：Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3.在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成功的关键有以下两点：①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质；②制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。3.Fe3＋和Fe2＋的性质及转化（1）Fe2＋的性质性质氧化性还原性实验步骤实验现象溶液颜色由浅绿变为无色加入氯水后溶液颜色变变红反应原理Fe2＋＋Zn=Fe＋Zn2＋2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl（2）Fe3＋的性质实验步骤实验现象加入KSCN溶液：溶液变红色；再加铁粉：溶液变为浅绿色加入KSCN溶液：溶液变红色；再加铜片：溶液变蓝色反应原理2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋（3）Fe3＋和Fe2＋的相互转化实验操作实验现象加适量铁粉振荡后，溶液变成浅绿色，再加KSCN溶液颜色不变，再滴加氯水后，溶液变成红色离子方程式2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋、2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl实验结论Fe3＋遇到较强的还原剂时，会被还原成Fe2＋，Fe2＋在较强的氧化剂的作用下会被氧化成Fe3＋拓展一：氢氧化亚铁的制备1.有机层覆盖法：将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应。2.还原性气体保护法：用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀。3.电解法：用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯(或煤油)。拓展二：Fe2＋、Fe3＋的检验1.直接观察颜色2.利用氢氧化物沉淀的颜色3.利用显色反应4.利用Fe2＋的还原性溶液紫色褪去，说明溶液中存在Fe2+5.同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液：Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能采用加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去说明含有Fe2＋。6.检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，正确的思路为少量固体溶液紫红色褪去。①步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。②步骤a中不能选用稀硝酸，原因是稀硝酸可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。拓展三：Fe3O4中铁元素价态的检验(1)甲实验中溶液紫色退去、棕黄色加深，证明溶液中存在Fe2＋，Fe2＋具有还原性。(2)乙实验中有红褐色沉淀产生；不能证明Fe2＋的存在，因为Fe(OH)3的颜色掩盖了Fe(OH)2产生的实验现象。(3)丙实验中溶液由棕黄色变为红色，证明有Fe3＋存在。【典例1】（2023上·云南大理·高三云南省下关第一中学校考期中）下图中能较长时间看到白色沉淀的是A．①②⑤ B．①③④ C．②④⑤ D．①②③④⑤【典例2】（2023·青海一中开学考试）某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。请回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol·L1的溶液.在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是。(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为：。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是。(4)丙组同学取l0mL0.lmol·L1KI溶液，加入6mL0.lmol·L1FeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验：①第一支试管中加入lmLCCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀：③第三支试行中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。实验②检验的离子是(填离子符号)；实验①和③说明：在I过量的情况下，溶液中仍含有(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为。(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是；生成沉淀的原因是(用平衡移动原理解释)。(6)戊组同学模拟工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液制备FeCl3。①若酸性FeCl2废液中：c(Fe2+)=2.0×102mol·L1，c(Fe3+)=1.0×103mol·L1，c(Cl)=5.3×102mol·L1，则该溶液的pH约为。②完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式：ClO+Fe2++___=Cl+Fe3++___。③FeCl3具有净水作用，其原理是。1．（2023·天津河西·统考二模）能够在人体血管中通行的药物分子运输车——“纳米药物分子运输车”在中国科学院上海硅酸盐研究所研制成功，该“运输车”可提高肿瘤的治疗效果，其结构如图所示。下列有关说法错误的是A．包装上印“OTC”标识的药物为非处方药B．油脂、蔗糖等这类含碳化合物属于有机物C．分散质粒子直径在1~100nm的分散系为胶体，该“运输车”分散于水中所得的分散系不属于胶体D．该“运输车”中铁元素的价态为+3价2．（2023·上海杨浦·统考二模）下列叙述I和II均正确并且有因果关系的是选项叙述I叙述IIA具有氧化性用溶液可以鉴别B性质不稳定可加热制备C具有氧化性可用制作印刷电路板D是一种红棕色粉末常用作油漆3．（2023·海南省直辖县级单位·统考模拟预测）能验证某溶液中含有，不含的实验事实是A．向溶液中滴加溶液，溶液变红B．向溶液中滴加溶液，无明显变化；再滴加几滴氯水，溶液变红C．向溶液中依次滴加氯水、溶液，溶液变红D．向溶液中滴加少量溶液，产生红褐色沉淀4．学习小组进行如下实验：序号实验操作实验现象Ⅰ将1mLpH=1的0.1mol·L1FeSO4溶液和2滴0.1mol·L1KSCN溶液混合，接着向混合溶液中逐滴滴加0.5mL0.3mol·L1的H2O2溶液滴入H2O2溶液，溶液立即变红，继续滴加，溶液红色变浅并逐渐褪去Ⅱ向i的混合溶液中滴入KSCN溶液溶液变红Ⅲ向1mL0.3mol·L1的H2O2溶液中滴加2滴0.1mol·L1KSCN溶液，继续加入0.5mLpH=1的H2SO4溶液，静置2min无明显现象Ⅳ向ⅲ的混合溶液中滴入2滴Fe2(SO4)3溶液滴入Fe2(SO4)3溶液，溶液立即变红，静置2min，溶液红色变浅并逐渐褪去下列说法错误的是A．实验中溶液变红的原因是生成Fe(SCN)3B．实验i～ⅱ说明实验i中SCN被H2O2全部氧化C．实验ⅲ～ⅳ说明酸性溶液中H2O2氧化KSCN的速度慢D．实验i～ⅳ说明Fe2+能加速H2O2氧化KSCN的反应5．（2023·河北衡水·衡水市第二中学校考模拟预测）某磁性材料(Fe/Fe3O4)广泛应用于磁记录、催化等领域。一种制备该材料的流程如下：已知反应原理为：①Fe2++2OH=Fe(OH)2②3Fe(OH)2=Fe+2Fe(OH)3③Fe(OH)2+2Fe(OH)3=Fe3O4+4H2O(1)用FeCl2溶液和KOH溶液制备Fe/Fe3O4反应的离子方程式为。(2)当pH<2时，Fe/Fe3O4产率极低的原因是。(3)图1为回流时间与Fe/Fe3O4产率的关系图，图2为回流1h所得产品的X射线衍射图。回流1h所得产品Fe/Fe3O4中产生杂质可能的原因。(4)采用PdFe3O4双催化剂，可实现用H2消除酸性废水中的NO和NO，反应历程如图3所示。其中Fe3O4中Fe2+和Fe3+分别用Fe(II)、Fe(III)表示。①用该法处理废水后，溶液的pH。(填“降低”“升高”或“不变”)②写出过程④反应的离子方程式。③反应历程中虚线方框内NO生成N2的过程可描述为。6．（2022·山东济宁·统考二模）某兴趣小组研究I2与FeCl2溶液的反应。配制FeCl2溶液：向0.1mol·L－1FeCl3溶液中加入足量铁粉，充分振荡，备用。(1)FeCl3溶液与铁粉反应的离子方程式是。(2)检验FeCl3完全反应的实验方案是。(3)设计如下实验，研究I2是否能够氧化FeCl2：实验现象：试管1溶液变红，试管2溶液呈现较浅的蓝色。实验结论：I2能够氧化FeCl2。①有的同学认为上述实验现象不足以得出上述结论，原因是。②欲证实实验结论，再次设计对比实验。实验方案和相应的现象是。(4)继续进行实验：实验实验操作实验现象I向试管1中加入KI固体，充分振荡溶液红色完全褪去，变为黄色。Ⅱ向I中所得的黄色溶液中加入0.5mLCCl4，充分振荡、静置水层仍为黄色，CCl4层几乎无色。①针对Ⅱ中现象，小组同学提出假设：在一定量KI的存在下，I－+I2I3－，使CCl4很难萃取黄色溶液中的I2。该小组同学设计实验，证实了I－和I2可以反应。在下图虚框中，将实验方案补充完整(按试题图示方式呈现)：

②应用化学平衡移动原理，结合离子方程式，解释实验I中溶液红色褪去的原因：。某兴趣小组研究I2与FeCl2溶液的反应。实验10铝及其化合物的性质铝与强酸、强碱反应的实验探究实验操作实验现象试管中产生气泡，铝片溶解，点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声试管中产生气泡，铝片溶解；点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声化学方程式2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑拓展一：Al和CuSO4溶液反应的探究实验装置：实验报告：实验序号实验现象结论与解释①铝丝表面有少量气泡；铝丝周围出现蓝绿色物质溶液呈弱酸性，与Al反应产生的气体是H2；蓝绿色物质成分待探究②后，铝丝仍光亮；后，铝丝表面出现少量红色物质红色物质是Cu，说明Al能和溶液反应，但反应较慢③铝丝周围溶液逐渐变成无色，铝丝以下溶液仍为蓝色；两层溶液界面清晰反应生成的为无色；溶液的密度小于溶液拓展二：铝镁合金质量分数的测定1.燃烧法：称量铝镁合金粉末的质量，放入装有足量氧气的容器中使其充分灼烧，称量生成物的质量（利用合金的质量和氧化物的质量建立二元二次方程求解）。2.称重法：（1）称量铝镁合金的质量，将铝镁合金放入足量氢氧化钠溶液反应，过滤、洗涤、烘干，称量剩余固体质量（利用合金的质量和镁的质量求解）。（2）称量铝镁合金的质量，将铝镁合金与过量的盐酸反应，在溶液中加入过量的氢氧化钠溶液，过滤、洗涤、灼烧，称量固体的质量（利用合金的质量和氧化镁的质量求解）。3.量气法：（1）称量铝镁合金的质量，检查装置的气密性，向铝镁合金中加入足量盐酸充分反应，待冷却至室温，调整量气管C的高度，使C中液面与B中液面相平，读取记录气体体积（利用合金的质量和氢气的体积建立二元二次方程求解）。（2）称量铝镁合金的质量，检查装置的气密性，向铝镁合金中加入足量氢氧化钠溶液充分反应，待冷却至室温，调整量气管C的高度，使C中液面与B中液面相平，读取记录气体体积（利用合金的质量和氢气的体积求解）。1．（2023·湖南长沙·长郡中学校考模拟预测）学习小组用废弃的铝制易拉罐按如下流程制备明矾，并测定明矾中结晶水的含量。上述实验中不需要用到的操作是A． B．C． D．2．（2023·广东·广州市第二中学校联考三模）下图为铝的生产原理示意图，下列相关说法不正确的是A．冰晶石做助熔剂B．氧化铝属于过渡晶体C．金属铁、铜的冶炼方法与铝类似D．铝在工业上是一种很好的还原剂3．（2023·上海宝山·统考一模）下列关于铝及其化合物反应的离子方程式书写正确的是A．铝与NaOH溶液反应：B．与NaOH溶液反应：C．明矾净水原理：D．与过量氨水反应：4．（2023·北京朝阳·北京八十中校考模拟预测）某小组用如图装置探究铝片与酸碱的反应，实验如下：①A为盐酸时，1分钟后有大量气泡产生②A为NaOH时，20秒后有大量气泡产生③A为硫酸时，3分钟后有极少量气泡产生，滴加1mLCuSO4溶液，立即产生大量气泡，Al表面有少量红色固体。下列说法正确的是A．对比①②说明氧化性NaOH＞HClB．对比①③说明Cl对铝表面的氧化膜破坏能力强C．对比①②③说明Al在不同的环境中还原性不同D．③中实验说明Al与Cu2+反应剧烈放热5．（2022·陕西安康·统考模拟预测）铝及其部分化合物的“价类二维图”如图所示。下列说法错误的是A．反应⑤⑥基本类型相同B．反应①⑥所加试剂可能相同C．1mola完全转化为b时失去3mol电子D．物质的类别处“”代表偏铝酸盐6．（2023·江西宜春·统考二模）镁、铝、锌是生活中常见的三种金属，查阅资料获得如下信息：①镁、铝、锌都是银白色的金属②锌（Zn）可以与NaOH溶液反应生成H2③Zn（OH）2为白色固体，难溶于水，可溶于强碱及NH3•H2O④Zn2+易形成配合物如[Zn（NH3）4]2+，该配合物遇强酸分解生成Zn2+、NH4+（1）甲同学取镁铝合金进行定量分析，用图所示装置进行实验，获得如下数据（所有气体体积均已换算成标准状况，忽略滴入液体体积对气体体积的影响）编号粉末质量量气管第一次读数量气管第二次读数①2.0g10.0mL346.2mL②2.0g10.0mL335.0mL③2.0g10.0mL345.8mL（2）乙同学取镁铝锌合金设计如下实验方案：（可用试剂：样品、pH试纸、稀硫酸、NaOH溶液、氨水）①试剂Ⅰ是；沉淀B是．②过程Ⅰ是：在滤液中逐滴加入，直至生成的沉淀刚好溶解，再加入足量的，过滤．③沉淀C与氨水反应的离子方程式为．7．（2023·全国·专题练习）明矾KAl(SO4)2·12H2O可用于食品添加剂。某小组用粉煤灰(含Al2O3的质量分数为50%)制备明矾，并探究明矾的净水作用。(1)AlCl3溶液的制备①取10.2g粉煤灰酸溶，粉煤灰分批添加且缓慢升温至60℃，原因是(填序号)。A．防止反应过于剧烈

B．防止HCl受热挥发

C．抑制Al3+水解②检验粉煤灰滤饼是否洗涤干净的实验试剂为。(2)分离提纯AlCl3。用如图所示装置制备HCl气体，并通入AlCl3溶液中使A1C13·6H2O晶体析出，从而与可溶杂质分离。①相比分液漏斗，选用仪器a的优点是。②往装置B中通入HCl气体后会析出大量的A1C13·6H2O晶体，原因是。③上述实验装置存在缺陷是。(3)明矾的制备。将AlC13·6H2O加热溶解，同时加入过量K2SO4固体，再经过、干燥即可得到KAl(SO4)2·12H2O，经称量确定质量为23.7g，则明矾的产率为%。(已知KAl(SO4)2·12H2O的相对分子质量为474，答案保留一位小数)(4)明矾的净水作用。有研究小组查得常温下Al3+的水解平衡常数约为1×109，对明矾是否能水解生成Al(OH)3胶体产生疑问