2021新版人教版新教材高中化学必修第一册第三章铁金属材料-教学ppt课件.pptx

第1课时铁的单质、铁的氧化物、铁的氢氧化物第2课时铁盐和亚铁盐 P323.1 铁及其化合物第1课时合金材料 P74第2课时物质的量在化学方程式计算中的应用 P1123.2 金属材料第三章 铁 金属材料素养目标1.了解单质铁的还原性,一定条件下能与非金属单质、酸和某些盐反应,初步学会根据铁与水蒸气反应的原理,Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备方法,设计实验装置,培养科学探究与创新意识。2.能用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质,基于实验事实书写铁与水蒸气反应的方程式,形成宏观辨识与微观探析的意识。3.通过实验探究铁的氧化物、铁的氢氧化物的化学性质,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用,形成证据意识。4.了解铁元素在自然界的存在形态、与人体健康的关系,体会化学对人类生活的重要意义。从我国古代应用铁的化学史感受中华民族在科技发展进程中的贡献,增强科学态度与社会责任。【知识铺垫】1.铁生锈的条件是与水、空气同时接触。2.光亮的铁丝在空气中能否燃烧?铁丝在纯氧中燃烧的现象如何?请写出相应的化学方程式。提示铁丝在空气中不能燃烧。铁丝在氧气中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体。3Fe+2O2Fe3O4。3.铁与盐酸、CuSO4溶液发生反应的离子方程式分别为Fe+2H+=Fe2+H2,Fe+Cu2+=Fe2+Cu。4.钠与冷水剧烈反应,反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2。【必备知识】一、铁元素概述1.自然界中的铁:既有单质(陨铁中的铁单质)形态又有化合物(矿石中+2、+3价铁的化合物)形态。2.含量:铁在地壳中含量居第四位,仅次于氧、硅、铝。3.开发利用:春秋初年我国已掌握了冶铁技术。工业炼铁原理(以Fe2O3为例)是3CO+Fe2O32Fe+3CO2。二、铁的单质1.物理性质铁有延展性、导热性、导电性,但其导电性不如铜和铝,铁还能被磁铁吸引。其熔、沸点较高,熔点:1535、沸点:2750。密度:7.86gcm-3。【微思考】你能用一种最简单的方法分离铁粉和铜粉的混合物吗?提示可以用磁铁吸引法分离。2.化学性质(1)铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应:氧化剂强弱较弱较强铁失去电子个数失去2个电子失去3个电子产物中铁的价态+2+3氧化反应Fe-2e-=Fe2+Fe-3e-=Fe3+与非金属单质(O2、Cl2等)反应,如Fe与Cl2反应:2Fe+3Cl22FeCl3。与盐酸、稀硫酸反应:Fe+2H+=Fe2+H2(离子方程式)。与某些盐反应,如Fe与CuSO4溶液反应:Fe+Cu2+=Fe2+Cu(离子方程式)。(2)实验探究铁粉与水蒸气的反应:方法方法一方法二实验装置方法 方法一方法二气体 用小试管收集一试管气体,点燃,听到轻微噗声,证明生成了H2用燃着的火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声,证明生成了H2实验结论红热的铁能与水蒸气发生反应,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2【情境链接】铁与水蒸气可以反应,为什么在日常生活中可以用铁壶烧水?提示铁与冷水、热水均不易反应,只有在高温下才能与水蒸气反应,所以可以用铁壶烧水。三、铁的氧化物名称氧化亚铁氧化铁四氧化三铁化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名铁红磁性氧化铁铁的化合价+2+3+2、+3颜色黑色红棕色黑色溶解性不溶于水不溶于水不溶于水稳定性不稳定稳定稳定氧化物类别碱性氧化物碱性氧化物复杂氧化物与盐酸反应的离子方程式FeO+2H+=Fe2+H2O、Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O、Fe3O4+8H+=2Fe3+Fe2+4H2O用途氧化铁:油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料【情境链接】杜甫是唐代伟大诗人,他的代表作之一自京赴奉先县咏怀五百字中有句千古名句:“朱门酒肉臭,路有冻死骨。”这里为何称为“朱门”呢?提示古代王公贵族的住宅大门用氧化铁漆成红色,表示尊贵,称为“朱门”,后来借指豪富人家。四、铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3颜色白色红褐色溶解性不溶于水不溶于水稳定性易被溶解在溶液中的氧气氧化为Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3+3H2O化学式Fe(OH)2Fe(OH)3与盐酸反应(离子方程式)Fe(OH)2+2H+=Fe2+2H2OFe(OH)3+3H+=Fe3+3H2O制备(离子方程式)Fe2+2OH-=Fe(OH)2Fe3+3OH-=Fe(OH)3转化化学方程式4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3现象白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,过一段时间后会有红褐色物质生成【自我小测】1.判断正误:(1)Fe与H2O(g)反应生成Fe2O3和H2。()(2)铁有多种氧化物,且均为黑色固体。()(3)Fe3O4中的Fe化合价有+2和+3价,Fe3O4为混合物。()(4)Fe(OH)2和Fe(OH)3均为弱碱,均与盐酸反应生成盐和H2O。()(5)Fe(OH)2易被溶解在溶液中的O2氧化为Fe(OH)3。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2.指南针是我国的四大发明之一,制造指南针的磁性物质是()A.FeO B.Fe2O3C.Fe3O4D.Fe答案C解析Fe3O4具有磁性,俗称磁性氧化铁,铁是能被磁化的物质,本身没有磁性。探究探究氢氧化氧化铁、氢氧化氧化亚铁的制的制备【问题探究】【实验探究】在两支试管里分别加入少量的FeCl3和新制FeSO4溶液,然后滴入NaOH溶液,观察并记录现象。FeCl3溶液新制FeSO4溶液实验操作甲乙思考探究下列问题:1.两试管中有什么现象?久置于空气中又有什么现象?提示甲中生成红褐色沉淀,久置不变色;乙中生成白色沉淀,且沉淀迅速变成灰绿色,过一段时间后有红褐色物质生成。2.在制备Fe(OH)2时,为什么要用新制的FeSO4溶液并将吸有NaOH溶液的胶头滴管尖嘴插入液面以下?提示用新制的FeSO4溶液是为了防止Fe2+被氧化成Fe3+;滴管尖嘴插入液面以下是为了防止生成的Fe(OH)2与O2接触而被氧化。3.在实验中,若想长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀,除使用新制FeSO4溶液外,还应创造一个怎样的反应环境?提示因为Fe(OH)2易被氧气氧化而发生颜色变化,故应尽可能创造无氧环境以防止Fe(OH)2被氧化。【深化拓展】Fe(OH)2的制备方法创新(1)有机覆盖层法将吸有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,因其密度大于水),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。(2)还原性气体保护法用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐溶液与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。【素能应用】典例如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6molL-1的硫酸,其他试剂任选。填写下列空白:(1)B中盛一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是,A中反应的离子方程式是。(2)实验开始时先将止水夹E(填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是。(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:。(4)拔去装置B中的橡皮塞,使空气进入,写出有关反应的化学方程式:。答案(1)铁屑Fe+2H+=Fe2+H2(2)打开H2(3)关闭止水夹E,使FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3解析实验开始时先打开E,让H2把A、B装置中的空气排出,让Fe(OH)2在H2气氛中生成,以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭E,A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶与NaOH反应。空气进入装置B后,Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3。变式训练下列图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是()A.B.只有C.只有D.只有答案C解析因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。、原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中。由于空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。中上层的植物油阻止了空气与生成的Fe(OH)2沉淀接触。规律方法制备Fe(OH)2的关键制备Fe(OH)2的关键是降低反应体系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。可采用的方法:(1)采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2+易被空气中的氧气氧化成Fe3+);(2)将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解在蒸馏水中的氧气);(3)将碱直接加到亚铁盐溶液的底部使Fe(OH)2与空气隔离;(4)在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小,而又不溶于水的有机溶剂)。素养脉素养脉络 随堂随堂检测1.下列变化中,加入铁粉不可能实现的是()A.Ag+AgB.H2O(g)H2C.H+H2D.Fe(OH)2Fe(OH)3答案D解析铁粉具有还原性,能与Ag+、H2O(g)、H+发生置换反应,而Fe(OH)2Fe(OH)3中,Fe(OH)2被氧化。2.下列有关说法不正确的是()A.Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2和+3价B.FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均与盐酸反应C.Fe(OH)2不稳定,具有较强的氧化性D.Fe(OH)3比Fe(OH)2稳定答案C解析Fe(OH)2具有较强的还原性,易被氧化。3.下列有关氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中,不正确的是()A.氢氧化亚铁易被空气氧化B.氢氧化亚铁为灰绿色絮状沉淀C.可利用如图所示装置制备氢氧化亚铁D.实验中所用氢氧化钠溶液应预先煮沸答案B解析氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁,故A正确;氢氧化亚铁为白色絮状沉淀,不是灰绿色,故B错误;氢氧化亚铁的制备要隔绝空气,可将氢氧化钠滴入硫酸亚铁溶液中,故C正确;氢氧化钠溶液预先煮沸可以将其中的空气排净,故D正确。4.根据下列流程图回答问题。(1)写出F的化学式:,H的化学式:。(2)写出由E转变成F的化学方程式:。(3)向B溶液中加入A的有关离子反应方程式:。(4)写出A在一定条件下与水反应的化学方程式:。答案(1)Fe(OH)3AgCl(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3(3)2H+Fe=Fe2+H2(4)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2解析据框图转化可知,D溶液与硝酸酸化的硝酸银反应后的溶液中含有K+,白色沉淀H是AgCl,则D为KCl;又据红褐色沉淀F为Fe(OH)3,则E为Fe(OH)2,结合复分解反应的特点知B、C为FeCl2或KOH,又因为G为FeCl3,故B为FeCl2,C为KOH,A为Fe。第第2 2课时铁盐和亚铁盐课时铁盐和亚铁盐素养目标1.掌握Fe2+、Fe3+的相互转化,培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。2.能用氧化还原反应原理进一步认识铁盐的化学性质,培养宏观辨识与微观探析意识。3.通过实验探究铁盐的化学性质,认识铁离子和亚铁离子的检验,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用,形成证据推理意识。4.通过学习铁及其化合物,学会从物质类别和元素价态的视角认识具有变价元素物质间的转化关系,并建立模型,形成模型认知意识。【知识铺垫】1.FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与稀盐酸反应得到FeCl2、FeCl3、FeCl2和FeCl3。2.根据氧化还原反应的规律分析,Fe3+具有氧化性,Fe2+具有氧化性和还原性。3.FeCl2溶液中加入NaOH溶液,观察到的现象为生成白色沉淀,迅速变为灰绿色,过一段时间后有红褐色物质生成。4.FeCl3溶液中加入NaOH溶液,观察到的现象为生成红褐色沉淀。【必备知识】铁盐和亚铁盐1.Fe2+和Fe3+的检验【情境链接】化学老师在课堂上演示了一个“血手印”魔术。预先在手上喷KSCN溶液,然后印在白纸上晾干。用FeCl3溶液喷洒白纸,白纸立刻出现红色手印。这个现象与FeCl3的性质有什么关系?有什么用途?提示该魔术利用Fe3+与SCN-结合生成红色的Fe(SCN)3,该现象可用于Fe3+的检验。2.Fe2+和Fe3+的转化(1)实验及现象:(2)反应的离子方程式:2Fe3+Fe=3Fe2+,2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-,Fe3+3SCN-=Fe(SCN)3。(3)结论:Fe3+Fe2+。【微思考】Fe、FeSO4和Fe2(SO4)3三种物质中,哪种物质可做氧化剂,哪种可做还原剂,哪种既可做氧化剂又可做还原剂?提示Fe、FeSO4和Fe2(SO4)3三种物质中铁元素的化合价分别为0、+2、+3价,根据含元素最高价的物质只能做氧化剂,含元素最低价的物质只能做还原剂,处于中间价态的物质既可做氧化剂又可做还原剂得出结论:Fe2(SO4)3可做氧化剂,Fe可做还原剂,FeSO4既可做氧化剂又可做还原剂。【自我小测】1.判断正误:(1)向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉:Fe3+Fe=2Fe2+。()(2)向Fe2(SO4)3溶液中滴入KSCN溶液生成红色沉淀。()(3)室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,说明Fe3+的氧化性比I2的强。()(4)用NaOH溶液和盐酸能除去FeCl2溶液中混有的CuCl2。()(5)向FeSO4溶液中先滴入KSCN溶液,再滴加氯水,加入氯水后溶液变成红色,说明Fe2+既有氧化性又有还原性。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2.为了检验某溶液中是否含有Fe3+,可向溶液中加入()A.NaCl溶液B.氯水C.KSCN溶液 D.石蕊溶液答案C解析利用Fe3+遇SCN-变红色可检验溶液中是否含有Fe3+。探究一探究一“Fe、Fe2+、Fe3+”的三角的三角转化关系化关系【问题探究】1.人体易吸收二价铁盐,难吸收三价铁盐。通过学习了解到Fe2+和Fe3+可以互相转化,现提供的物质有FeCl2溶液、FeCl3溶液、Fe粉、KSCN溶液、3%H2O2溶液,请你完成实验报告证明Fe2+和Fe3+的相互转化。(已知:H2O2可氧化Fe2+)类型 实验步骤 实验现象结论Fe2+可被氧化成Fe3+Fe3+可被还原成Fe2+提示类型实验步骤实验现象a.将KSCN溶液滴入盛有FeCl2溶液的试管中,充分振荡b.再滴入3%H2O2,充分振荡a.无明显现象b.溶液变红a.在盛有足量Fe粉的试管中滴入FeCl3溶液,充分振荡b.再滴入KSCN溶液,充分振荡a.溶液由棕黄色变为浅绿色b.无明显现象2.Fe(OH)3、FeCl3、FeCl2是否都可由化合反应得到?请写出可能的化学方程式。提示它们均可由化合反应得到,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,2Fe+3Cl22FeCl3,2FeCl3+Fe=3FeCl2。3.如何除去FeCl3溶液中混有的FeCl2?如何除去FeCl2溶液中混有的FeCl3?提示通入Cl2;加入铁粉。【深化拓展】1.“铁三角”转化关系(1)Fe只具有还原性(2)Fe3+既具有氧化性,又具有还原性(3)Fe3+具有较强氧化性2.含铁物质的分离与除杂主要物质杂质除杂方法Fe2+Fe3+加过量铁粉后过滤FeCl3FeCl2加氯水或通入Cl2Fe2+Cu2+加过量铁粉后过滤误区警示(1)虽然Fe2+既有氧化性又有还原性,但以还原性为主。【素能应用】典例1某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0.1molL-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是。(2)甲同学取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)乙同学认为甲同学的实验不够严谨,该同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油,再于液面下依次加入1滴KSCN溶液和几滴氯水,溶液变红,煤油的作用是。(4)丙同学取10mL0.1molL-1KI溶液,加入6mL0.1molL-1FeCl3溶液混合。取2mL此溶液于试管中加入适量淀粉溶液,溶液变蓝色,写出发生反应的离子方程式。(5)丁同学向盛有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。答案(1)防止Fe2+被氧化(2)2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)2Fe3+2I-=2Fe2+I2(5)H2O2+2Fe2+2H+=2Fe3+2H2O解析(1)铁和氯化铁反应生成氯化亚铁,在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是防止氯化亚铁被氧化。(2)氯气具有氧化性,能将氯化亚铁氧化为氯化铁,反应的离子方程式为2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-。(3)煤油不溶于水,密度比水小,可以隔绝空气,排除氧气对实验的影响。(4)溶液变蓝色说明有单质碘生成,发生反应的离子方程式为2Fe3+2I-=2Fe2+I2。(5)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,说明过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2+2H+=2Fe3+2H2O。变式训练1-1欲除去FeSO4溶液中含有的CuSO4和Fe2(SO4)3等少量杂质,应选用的试剂是()A.氨水B.铝粉C.铁粉D.NaOH溶液答案C解析加入铁粉后,Cu2+Fe=Cu+Fe2+,2Fe3+Fe=3Fe2+,然后将过量的铁粉及Cu过滤除去即可。变式训练1-2用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液在铜片上写一个“Cu”字,放置片刻,用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中,下列说法正确的是()A.烧杯中的溶液呈棕黄色B.铜片无任何变化C.铜片上有凹陷的“Cu”字D.发生反应:Fe3+Cu=Cu2+Fe2+答案C解析FeCl3溶液与铜的反应为Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2,反应后的溶液中含有Cu2+、Fe2+,A项错误;FeCl3溶液与铜反应,铜片上反应掉的部分会有凹陷,B项错误,C项正确;该反应的离子方程式为2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+,D项错误。探究二探究二Fe2+、Fe3+的的检验方法方法【问题探究】1.含有Fe2+、Fe3+的溶液分别呈什么颜色?提示浅绿色;棕黄色。2.向FeCl2溶液、FeCl3溶液中分别滴加NaOH溶液,各有什么现象?提示向FeCl2溶液中加入NaOH溶液,会看到有白色沉淀生成,且白色沉淀迅速变为灰绿色,过一段时间后还会有红褐色物质生成。而向FeCl3溶液中滴加NaOH溶液,可直接看到有红褐色沉淀生成。提示该同学的检验方法不正确。因为HNO3能与FeO反应生成Fe(NO3)3,故该同学检验方法不正确。【深化拓展】1.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(5)利用Fe3+的氧化性(2)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,不能采用氧化后加KSCN溶液的方法检验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+。步骤a中不能选用盐酸,原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。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+。【素能应用】典例2常见的治疗缺铁性贫血的方法是服用补铁药物,市场上一种常见的补铁药物的名称是速力菲。该药品的正式名称是琥珀酸亚铁薄膜片,为棕黄色薄膜衣片,除去薄膜衣后显暗黄色,该药片在水和乙醇中的溶解度不大。某学校化学实验小组为了检测“速力菲”药片中Fe2+的存在,设计了如下几组实验:理论设计方案:甲组同学按照设计的方案完成实验,但遗憾的是他们没有得到预期的实验结果。甲组实验失败的可能原因是。(2)乙组同学在参考书上查得如下资料:a.人体胃液中有大量盐酸,能溶解多种物质。b.H2O2不稳定,光照、加热和微量杂质会促使其分解;H2O2中氧元素显-1价,它既有氧化性又有还原性。他们认真思考了甲组实验失败的原因,模拟药物服用后在人体中溶解的变化过程,重新设计并完成下列实验:试剂1、试剂2分别是、,加入试剂2后,溶液显淡红色的原因是。加双氧水后,红色加深的原因是。根据氧化还原反应中元素化合价变化情况,试写出在酸性条件下Fe2+与双氧水反应的离子方程式。答案(1)该药片在水中的溶解度不大,少量药片溶解后的溶液中几乎不存在Fe2+,所以得不到预期的实验结果(其他答案合理也可)(2)盐酸KSCN溶液有少量Fe2+已经被氧化为Fe3+,与SCN-结合成浓度较小的Fe(SCN)3加入的H2O2能将Fe2+氧化为Fe3+,导致溶液中Fe3+浓度增大,Fe(SCN)3浓度也随之增大,所以红色加深2Fe2+H2O2+2H+=2Fe3+2H2O解析(1)该药片在水中的溶解度不大,少量药片溶解后的溶液中几乎不存在Fe2+,所以得不到预期的实验结果。(2)首先加入盐酸溶解补铁药物,再加入KSCN溶液,溶液变淡红色,说明已经有少量Fe2+被氧化成Fe3+,再加入氧化剂H2O2,Fe2+被氧化为Fe3+,溶液红色加深;Fe2+被氧化为Fe3+,H2O2被还原为H2O,根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式为2Fe2+H2O2+2H+=2Fe3+2H2O。变式训练2证明某溶液中只含有Fe2+而不含有Fe3+的实验方法是()A.先滴加氯水,再滴加KSCN溶液后显红色B.只需滴加KSCN溶液C.先滴加KSCN溶液,不显红色,再滴加氯水后显红色D.滴加酸性高锰酸钾溶液后,溶液褪色答案C解析如果直接加KSCN溶液,不变红色,只能证明不含有Fe3+,不能证明含有Fe2+;先加氯水,再加KSCN溶液后显红色,只能证明加氯水后溶液中含有Fe3+,至于加氯水前是否有Fe3+是无法确定的,A项、B项错误;先滴加KSCN溶液,不显红色,证明不含有Fe3+,再滴加氯水后显红色,证明加氯水后溶液中含有Fe3+,所以原溶液中含Fe2+,C项正确;滴加酸性高锰酸钾溶液后,溶液褪色,说明原溶液中含Fe2+,不能证明滴加酸性高锰酸钾之前溶液不含有Fe3+,D项错误。素养脉素养脉络 随堂随堂检测1.下列关于Fe2+和Fe3+的叙述中,错误的是()A.Fe2+的水溶液为浅绿色B.Fe3+的水溶液为黄色C.Fe3+具有氧化性,Fe2+具有还原性D.Fe3+溶液中滴入含SCN-的溶液,立即出现红色沉淀答案D解析Fe3+溶液中滴入含SCN-的溶液,生成红色可溶性物质,不是红色沉淀。2.除去FeCl2溶液中少量的FeCl3,最好的办法是()A.加入氢氧化钠溶液B.通入氯气C.加入铜粉D.加入铁粉答案D解析要实现“Fe3+Fe2+”的转化,需要加入还原剂,且不引入新的杂质离子,最好的办法是加入足量铁粉充分反应后过滤,发生的化学反应为2FeCl3+Fe=3FeCl2。3.向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,当再滴入几滴氯水后,混合溶液变成红色,则下列结论错误的是()A.Fe2+被氧化为Fe3+B.该溶液中不一定含有SCN-C.氧化性:Fe3+Cl2D.Fe2+与SCN-不能形成红色物质答案B解析向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,溶液颜色无明显变化。当再滴入几滴新制氯水后,混合液变成红色,说明亚铁离子被加入的氯水氧化为Fe3+,Fe3+和SCN-结合形成红色溶液。A项,Fe2+被氯水氧化为Fe3+,所以正确,不符合题意;B项,原溶液中一定含有SCN-,所以错误,符合题意;C项,氯气能将亚铁离子氧化为三价铁离子,依据氧化剂的氧化性大于氧化产物,因此氧化性:Fe3+Cl2,所以正确,不符合题意;D项,Fe2+与SCN-不能形成红色物质,Fe3+与SCN-能形成红色物质,所以正确,不符合题意。4.铁是人类较早使用的金属之一。运用所学知识,回答下列问题。(1)鉴别Fe(OH)3胶体和FeCl3溶液的方法是。(2)电子工业用FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜,制造印刷电路板,请写出FeCl3溶液与铜反应的离子方程式:。(3)某研究性学习小组为测定FeCl3腐蚀铜后所得溶液的组成,进行了如下实验:取少量待测溶液,滴入KSCN溶液呈红色,则待测液中含有的金属阳离子是;溶液组成的测定:取50.0mL待测溶液,加入足量的AgNO3溶液,得21.525g白色沉淀,则溶液中c(Cl-)=molL-1;验证该溶液中含有Fe2+,正确的实验方法是。A.观察溶液是否呈浅绿色B.取适量溶液,滴入酸性高锰酸钾溶液,若褪色,证明含有Fe2+C.取适量溶液,滴入氯水,再滴入KSCN溶液,若显红色,证明原溶液中含有Fe2+答案(1)用平行光照射两种分散系(或丁达尔效应)(2)2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+(3)Fe3+、Fe2+、Cu2+3B解析(1)Fe(OH)3胶体能产生丁达尔效应,据此可鉴别Fe(OH)3胶体与FeCl3溶液。(2)Fe3+具有较强氧化性,可将Cu氧化为Cu2+。(3)FeCl3与Cu反应后生成FeCl2和CuCl2,故反应后溶液中一定含有Fe2+、Cu2+,溶液中滴入KSCN溶液呈红色,则含有Fe3+;在待测溶液中加入足量AgNO3溶液后所得白色沉淀为AgCl,其物质的量为0.15mol,则c(Cl-)=3molL-1;验证Fe2+的存在,可利用其还原性,因溶液中含Fe3+、Cu2+,不能用观察溶液颜色和加KSCN溶液的方法检验。第1课时合金材料3.2 金属材料素养目标1.联系生活中人们对金属及其合金的应用,认识合金的组成及特性,深入了解常见铁合金、铝合金、新型合金的组成及用途,培养科学态度与社会责任。2.结合生活中铝制品的使用,认识铝的氧化膜对铝制品的保护作用,通过实验探究认识金属铝及氧化铝与酸、碱溶液的反应,特别是对氧化铝两性的认识,完善按性质对氧化物进行分类,培养科学探究的能力与创新意识。【知识铺垫】1.金属具有许多共同的物理性质,如不透明、有金属光泽、易导电、易导热、有延展性。2.生产、生活中应用较多的合金是生铁和钢,历史上应用最早的金属是铜。3.金属材料包括纯金属和合金两类。金属分为黑色金属和有色金属。【必备知识】一、合金1.合金的定义和特性定义由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性能硬度硬度一般大于它的成分金属熔点熔点一般低于它的成分金属与纯金属材料相比,合金具有优良的物理性质、化学性质和机械性能2.改变合金性能的方法和导致合金硬度变大的原因改变合金性能的方法改变合金元素的种类和含量改变生成合金的条件导致合金硬度变大的原因其他元素的原子加入后,改变了金属原子有规则的层状排列【微思考1】合金中只含有金属元素吗?提示不是。合金可由金属与金属或金属与非金属制得,一定含有金属元素,可能含有非金属元素。二、铁合金1.铁合金的分类分类 含碳量性能用途生铁 2%4.3%硬度大、抗压,性脆、可铸造成型 制造机座和管道等钢0.03%2%良好的延展性,机械性能好,可锻轧和铸造制造机械和交通工具2.钢的分类(1)钢是用量最大、用途最广的合金,根据其化学成分,分为碳素钢和合金钢。(2)碳素钢(3)合金钢又叫特种钢,特殊性能:强度、硬度大,可塑性、韧性好,耐磨,耐腐蚀等。不锈钢合金元素性能用途主要是Cr、Ni在大气中稳定,不容易生锈,具有很强的抗腐蚀能力制造医疗器材、厨房用具和餐具;地铁列车的车体等三、铝和铝合金1.铝单质(1)与氧气反应:铝较活泼,常温下就能与空气中的氧气反应,表面生成一层致密的氧化铝薄膜。【微思考2】铝是一种活泼金属,为何铝制品可在空气中稳定存在?提示铝制品表面覆盖着致密的氧化铝薄膜,这层膜起到保护内部金属的作用。【微思考3】家用铝合金门窗为什么不用纯铝制的?提示铝合金相对于铝来说,具有硬度大(耐磨)、易加工(熔点低)的特点。(2)铝与酸、碱的反应反应铝与盐酸反应铝与氢氧化钠溶液反应实验操作实验现象 铝片逐渐溶解,有无色气泡冒出,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声实验结论 铝既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应,都产生H2反应的化学方程式和离子方程式:与盐酸:2Al+6HCl=2AlCl3+3H2,2Al+6H+=2Al3+3H2。与NaOH溶液:2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2,2Al+2OH-+2H2O=2+3H2。2.氧化铝(1)与酸(盐酸)反应:Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O。(2)与强碱(NaOH)溶液反应:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。两性氧化物:既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物,如Al2O3。【微思考4】(1)日常生活中铝制餐具能否用来长期存放酸性或碱性食物?提示不能,因Al和Al2O3均能与酸、碱反应。(2)金属氧化物与碱性氧化物、酸性氧化物、两性氧化物间有何关系?提示多数金属氧化物属于碱性氧化物,如Na2O、CaO等;少数金属氧化物属于两性氧化物,如Al2O3、ZnO等;个别金属氧化物属于酸性氧化物,如Mn2O7。3.铝合金(1)铝合金中的合金元素有Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。(2)硬铝合金元素性能用途Cu、Mg、Mn、Si密度小、强度高、抗腐蚀能力较强制造飞机、宇宙飞船【情境链接】为什么航空业上铝合金比铁合金用途更广泛?提示铝合金比铁合金密度小,更适合于航空业;铝合金表面易形成致密的氧化膜,此氧化膜耐高温、防腐蚀,而铁合金的氧化膜易脱落,起不到防腐蚀的作用。四、新型合金【自我小测】1.判断正误:(1)合金是混合物,没有固定熔、沸点。()(2)Al2O3可以与所有酸或碱发生反应。()(3)制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金。()(4)铝合金大量用于高铁建设。()(5)氢氧化铝可用于中和过多胃酸。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2.下列所用材料不属于合金的是()A.家用的铝窗B.温度计用的水银C.铸造用的黄铜D.建筑用的钢筋答案B解析家用的铝窗是铝合金,A不符合题意;温度计用的水银是金属汞单质,不是合金,B符合题意;铸造用的黄铜是铜的合金,C不符合题意;建筑用的钢筋是铁合金,D不符合题意。探究一探究一常常见合金的成分、性能及合金的成分、性能及应用用【问题探究】2020年我国嫦娥五号探测器成功在月球软着陆并回收成功。1.月球白天地面温度高达150度,而到了夜晚,温度又跌落到零下180度。嫦娥五号探测器使用了大量合金材料,这些合金材料应具有哪些性质?提示密度小、强度大、既耐高温又耐低温等。2.形状记忆合金是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形,恢复其变形前原始形状的合金材料。嫦娥五号探测器,使用了记忆合金制作天线,试分析其好处。提示嫦娥五号探测器使用记忆合金制作,天线折叠起来装进探测器内,工作时只需升温,折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开,恢复设计形状。3.已知铜的熔点为1083,钠的沸点为883,试问铜与钠能否形成合金?提示不能。当铜开始熔化时,钠已经是气体,所以二者不能形成合金。4.镁铝合金为什么广泛应用于飞机?提示因为其具有密度小、强度大的特性,且价格较低。5.合金通常比组成它的纯金属有哪些更优良的性质?提示合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面不同于各成分金属。如合金的硬度一般比它的各成分金属的大,多数合金的熔点一般也比它的各成分金属的低等。【深化拓展】1.合金的形成条件(1)金属与金属形成合金时:合金是金属在熔化状态时相互混合形成的,熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点,但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。(2)金属与非金属形成合金时:部分不活泼非金属与金属可形成合金,活泼非金属与活泼金属一般不能形成合金。2.金属材料选择的依据某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。(1)物理性质:密度、硬度、强度、导电性和导热性等,这些性质决定金属材料的加工难易程度。(2)化学性质:对水的作用、耐腐蚀性等,这些性质决定金属材料的日常维护和环境对其产生的影响。【素能应用】典例1(2021河北,1)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其本草经集注中提到“钢铁是杂炼生钅柔作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是()A.钢是以铁为主的含碳合金B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3答案C解析本题考查化学与传统文化及钢铁的基本知识。钢和生铁均属于铁碳合金,钢中的含碳量低、生铁中的含碳量高,铁合金的硬度和脆性随含碳量增大而增大,A、B项均正确。合金的熔点通常比各组分的熔点低,C项错误。赤铁矿的主要成分为氧化铁,D项正确。温馨提示(1)合金是混合物而不是纯净物。(2)合金具有许多优良的物理和机械性能,在许多方面不同于各成分金属;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。(3)并非任意两种金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化。变式训练1中国第5架国产大飞机C919大型客机的机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是()A.铝锂合金密度较小,强度较大,硬度大于纯铝,熔点低于锂单质B.改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金C.铝锂合金具有金属光泽,可导电导热D.铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同答案D解析铝、锂密度较小,其合金密度也较小;合金是不同金属熔合而成的具有金属特性的物质,改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金;合金一般比其成分金属的颜色更鲜艳,可导电导热;合金的熔点比它的各成分金属的熔点低,硬度大于其成分金属,铝锂合金的性质与各成分金属的性质不完全相同。探究二探究二铝与酸、碱溶液的反与酸、碱溶液的反应【问题探究】蓝宝石、红宝石虽然色彩各异,但它们都是刚玉的一种,刚玉是天然的无色Al2O3晶体的俗称,硬度仅次于金刚石。但是佩戴时也要注意尽量少接触酸性或碱性溶液,因为氧化铝是两性氧化物,与酸、碱都能反应。(1)铝也都能与盐酸和氢氧化钠溶液反应,那么能否称铝为两性元素?提示不能。铝为金属,与氢氧化钠溶液反应的实质是与水反应。(2)如何除去镁粉中的铝粉?提示将样品加入足量的NaOH溶液,然后过滤、洗涤、干燥。(3)等量的铝分别与足量的稀盐酸、氢氧化钠溶液反应,生成氢气的量有什么关系?提示相同。(4)等浓度、等体积的NaOH溶液和稀盐酸与足量铝反应,生成H2的质量有什么关系?提示31。(5)Al与等浓度的NaOH溶液、稀盐酸反应生成等质量的H2,所需NaOH溶液、稀盐酸的体积比为多少?提示13。【深化拓展】铝与盐酸或氢氧化钠溶液反应中四种“量”的关系(1)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,消耗HCl和氢氧化钠的物质的量之比为31。(2)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为11。(3)足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为13。(4)特殊情况分析:若产生的氢气的体积比为,则必定是铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足;铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而氢氧化钠过量。【素能应用】典例2甲、乙两烧杯中各盛有100mL3molL-1的盐酸和氢氧化钠溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后测得生成的气体体积比为12,则加入的铝粉质量为()A.5.4g B.3.6gC.2.7g D.1.8g答案A解析由2Al+6HCl=2AlCl3+3H2、2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2可知,若两份等质量的Al都完全反应时,生成H2的量相等,消耗HCl与NaOH的物质的量不相等。实际上HCl、NaOH同为0.3mol,且已知生成H2的体积比为12,所以发生反应时分别为HCl不足,Al过量;NaOH过量,Al不足。与0.3molHCl完全反应的Al的质量为2.7g,则由生成H2的体积比为12可知,反应的Al的质量之比也为12,即与NaOH溶液反应的Al的质量为5.