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第三章　鐵　金屬材料
第二節(jié)　金屬材料
第1課時　合金
基礎(chǔ)過關(guān)練
題組一　合金的性質(zhì)及用途
1.合金的應(yīng)用極大地促進(jìn)了人類社會的發(fā)展。下列不屬于合金的是 (　　)
　　
甲　　　　　　　　乙
　　
丙　　　　　　　　丁
A.圖甲:滑雪杖(鋁、鎂等)
B.圖乙:地鐵阻燃橡膠地板
C.圖丙:航母甲板(鋼)
D.圖丁:潛水器外殼(鈦、鋁等)
2.社會的進(jìn)步與時代的發(fā)展充滿了人類智慧的結(jié)晶。下列有關(guān)說法中錯誤的是 (　　)
A.合金為純凈物,具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機械性能
B.不銹鋼是最常見的一種合金鋼,不容易生銹
C.硬鋁是一種鋁合金,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料
D.近年來,人們又設(shè)計和合成了許多新型合金,如儲氫合金、鈦合金等
3.(教材習(xí)題改編)下列有關(guān)合金的說法中,正確的是(　　)
①合金材料中不可能含有非金屬元素
②鋁合金的熔點比純鋁的低
③我國最早使用的合金是鋼
④改變原料的配比及生成合金的條件,可得到具有不同性能的合金
⑤合金中金屬元素都以化合態(tài)存在
⑥碳素鋼和生鐵的主要成分相同,但二者性能不同
A.②③⑥　　　　　B.②④⑥　　　　　
C.①②⑤　　　　　D.①③④
題組二　鐵合金
4.金屬材料的使用見證了人類文明發(fā)展過程,歷史上人類冶煉部分金屬的大致年代如圖所示,下列說法正確的是 (　　)
A.由圖可知最早冶煉的金屬為Au
B.人類最早使用的合金為鐵合金
C.鋁是地殼中含量最高的金屬元素,但鋁的冶煉時間較晚
D.鐵、鐵合金、鐵的氧化物都為金屬材料
5.(經(jīng)典題)《天工開物·五金》中記載:“若造熟鐵,則生鐵流出時,相連數(shù)尺內(nèi),低下數(shù)寸,筑一方塘,短墻抵之。其鐵流入塘內(nèi)……眾人柳棍疾攪,即時炒成熟鐵。”以下說法不正確的是 (　　)
A.碳素鋼與生鐵的組成元素相同
B.生鐵比熟鐵質(zhì)地更硬,延展性稍差
C.炒鐵是為了提高鐵水中碳的含量
D.該法與近代往生鐵水中吹空氣煉鋼異曲同工
題組三　鋁和氧化鋁的性質(zhì)
6.取兩塊大小一樣的鋁片,進(jìn)行如圖實驗:
根據(jù)該實驗,下列說法不正確的是 (　　)
A.氧化鋁有保護(hù)作用,因此燒杯Ⅰ中沒有反應(yīng)發(fā)生
B.燒杯Ⅰ中開始沒有氣泡,一段時間后才產(chǎn)生氣泡;燒杯Ⅱ中立即產(chǎn)生氣泡
C.兩個燒杯中均發(fā)生反應(yīng):2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
D.鋁制餐具不宜長時間存放堿性食物
7.用鐵、鋁的混合物進(jìn)行如下實驗:
(1)操作X的名稱是　　　　。
(2)氣體A是　　　　　。
(3)A與Cl2混合光照可能發(fā)生爆炸,生成　　　(填化學(xué)式),A在該反應(yīng)中是　　　　(填“氧化劑”或“還原劑”)。
(4)溶液B中陰離子除OH-外還有　　　　,溶液D中存在的金屬離子為　　　　　。
題組四　鋁合金
8.2025年3月30日，沈陽桃仙國際機場以象征民航領(lǐng)域最高禮遇“水門禮”，迎接C919國產(chǎn)大飛機的到來。C919使用了大量自主生產(chǎn)的高精尖鋁合金材料,我國鋁材工業(yè)水平處于世界領(lǐng)先行列。下列說法中,不正確的是 (　　)
A.常溫下,鋁制品耐腐蝕是因為鋁不活潑
B.鋁制餐具不宜長時間盛放酸性食物
C.鋁合金密度小、強度高,廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域
D.工業(yè)上可以用NaOH溶液去除鋁表面的氧化膜
9.鎂鋁合金(Mg17Al12)有儲氫性能,它在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)為Mg17Al12+17H2 17MgH2+12Al,得到的混合物Y(MgH2、Al)能與酸反應(yīng)釋放出大量氫氣。下列說法正確的是 (　　)
A.在空氣中,將一定比例的Mg、Al單質(zhì)熔煉成鎂、鋁合金
B.Mg17Al12是化合物,其中鋁元素呈正價
C.1 mol Mg17Al12完全吸氫后得到的Y與鹽酸完全反應(yīng)放出H2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1 164.8 L
D.合金的熔點高于金屬鎂、金屬鋁的熔點
題組五　新型合金
10.下列關(guān)于新型合金材料說法不正確的是 (　　)
A.鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料
B.鈦合金生物相容性好,強度大,可作人造骨骼
C.形狀記憶合金可在使合金發(fā)生形變的作用力消失后恢復(fù)原狀
D.利用合金的熔點低于成分金屬這一特點可制得耐熱合金
11.金屬材料對于促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展、改善人類生活具有重要作用。下列說法中錯誤的是 (　　)
A.通過增加合金內(nèi)原子層之間的相對滑動難度,使合金的硬度大于純金屬
B.儲氫合金屬于新型合金,可用于制造以氫氣為燃料的汽車
C.純鋁具有強度高、密度小、抗腐蝕能力強等優(yōu)點,常用于制造飛機外殼
D.稀土元素被稱為“冶金工業(yè)的維生素”,其加入鋼中后可增加鋼的韌性、抗氧化性
能力提升練
題組　鋁和氧化鋁性質(zhì)的綜合考查
1.在杠桿的兩端分別掛著質(zhì)量相等的鋁球和鐵球,此時杠桿平衡,將兩球分別浸沒在溶液質(zhì)量相等的稀NaOH溶液和CuSO4溶液中一段時間,如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.鋁球表面有氣泡產(chǎn)生,且有白色沉淀生成,杠桿不平衡
B.鋁球表面有氣泡產(chǎn)生,盛有稀NaOH溶液的燒杯中溶液澄清
C.反應(yīng)后去掉兩燒杯,杠桿仍平衡
D.鐵球表面有紅色物質(zhì)析出,盛有CuSO4溶液的燒杯中溶液藍(lán)色變淺,杠桿右邊上升
2.已知鋁在空氣中會生成一層致密的氧化膜(Al2O3),該氧化膜可與稀鹽酸發(fā)生反應(yīng):Al2O3+6HCl 2AlCl3+3H2O。實驗小組將未打磨的鋁片和稀鹽酸放入密閉容器中,用傳感器探究反應(yīng)過程中溫度和壓強的變化,結(jié)果如圖。下列說法不正確的是　 (　　)
A.反應(yīng)過程中有熱量放出
B.0~50 s,發(fā)生稀鹽酸與Al2O3的反應(yīng)
C.50 s時,溶液中溶質(zhì)只有AlCl3
D.100~140 s,壓強減小是因為溫度降低
3.一位同學(xué)在復(fù)習(xí)時遇到這樣一道習(xí)題:某無色溶液中可能含有H+、OH-、Na+、N,加入鋁粉后,產(chǎn)生的氣體只有H2,問該無色溶液中能大量存在哪幾種離子。已知:鋁與稀硝酸反應(yīng)時,生成的氣體為NO,NO在空氣中會進(jìn)一步被氧化為紅棕色氣體NO2。
(1)未開始實驗前,　　　　(填“能”或“不能”)確定溶液的酸堿性;加入鋁粉產(chǎn)生H2,說明鋁具有　　　　(填“氧化性”或“還原性”)。
該同學(xué)分析:若H+大量存在,則N不能大量存在。設(shè)計實驗如下:
裝置 現(xiàn)象
ⅰ.實驗初始,未見明顯現(xiàn)象 ⅱ.過一會兒,出現(xiàn)氣泡,液面上方呈淺棕色 ⅲ.試管變熱,溶液沸騰
(2)鹽酸溶解Al2O3薄膜的離子方程式是　　　　　。
(3)根據(jù)現(xiàn)象ⅱ,推測溶液中產(chǎn)生了NO,將生成NO的離子方程式補充完整:　　Al+　　N+　　　 　　Al3++　　NO↑+　　　。
再假設(shè):若OH-大量存在,N也可能大量存在。重新設(shè)計實驗如下:
裝置 現(xiàn)象
ⅰ.實驗初始,未見明顯現(xiàn)象 ⅱ.過一會兒,出現(xiàn)氣泡,有刺激性氣味,經(jīng)檢驗產(chǎn)生的氣體中含NH3
(4)在NaOH溶液中加入鋁粉,結(jié)果只檢驗出有H2生成,其化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　　　,該反應(yīng)的氧化劑為　　　　。
(5)由上述實驗得出:該溶液的溶質(zhì)為　　　。
答案與分層梯度式解析
基礎(chǔ)過關(guān)練
1.B 2.A 3.B 4.C 5.C 6.A 8.A 9.C
10.D 11.C
1.B　地鐵阻燃橡膠地板是有機合成材料,不屬于合金。
2.A　合金是混合物,具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機械性能。
3.B　合金材料中可以含有非金屬元素,如生鐵為鐵、碳合金,①錯誤;鋁合金的熔點比純鋁的低,②正確;我國最早使用的合金是青銅,不是鋼,③錯誤;改變原料的配比和生成合金的條件等,可得到性能不同的合金,④正確;合金中金屬元素不都以化合態(tài)存在,如生鐵中鐵以游離態(tài)存在,⑤錯誤;碳素鋼和生鐵含碳量不同,兩者的性能也不同,⑥正確。
4.C　據(jù)題圖可知最早冶煉的金屬為Cu,A錯誤;人類最早使用的合金為銅合金,B錯誤;鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和硅,是地殼中含量最高的金屬元素,人類直到19世紀(jì)才掌握了冶煉鋁的技術(shù),C正確;金屬材料包括純金屬和它們的合金,D錯誤。
5.C　碳素鋼與生鐵都是鐵碳合金,組成元素相同,只是碳的含量不同,A正確;熟鐵比生鐵質(zhì)地更軟,且延展性好,B正確;炒鐵過程中降低了鐵水中碳的含量,從而將生鐵轉(zhuǎn)化成熟鐵,C不正確;題中冶煉方法和近代往生鐵水中吹空氣煉鋼,都是利用空氣中的氧氣氧化碳元素,其原理基本相同,D正確。
6.A　NaOH溶液能和Al2O3反應(yīng),Al2O3不能起保護(hù)作用,A錯誤;NaOH溶液與Al2O3反應(yīng)生成Na[Al(OH)4],Al和NaOH溶液反應(yīng)生成Na[Al(OH)4]和H2,故燒杯Ⅰ中開始沒有氣泡,一段時間后才產(chǎn)生氣泡,而燒杯Ⅱ中立即產(chǎn)生氣泡,B正確;結(jié)合B項分析可知兩燒杯中均發(fā)生反應(yīng):2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑,C正確;Al、Al2O3都能和強堿反應(yīng),故鋁制餐具不宜長時間存放堿性食物,D正確。
7.答案　(1)過濾　(2)H2(或氫氣)
(3)HCl　還原劑　(4)[Al(OH)4]-　Fe2+
解析　(1)加入足量NaOH溶液,Al溶解,Fe不溶解,操作X為過濾。(2)Al與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,氣體A為H2。(3)H2與Cl2反應(yīng)生成HCl,在該反應(yīng)中H2為還原劑。(4)溶液B中陰離子有OH-、[Al(OH)4]-,溶液D中金屬離子為Fe2+。
8.A　鋁是活潑金屬,在空氣中易與氧氣反應(yīng)生成致密的氧化物薄膜,保護(hù)金屬鋁不被腐蝕,鋁制品耐腐蝕不是因為鋁不活潑。
9.C　Mg、Al能與空氣中的O2等反應(yīng),熔煉Mg、Al合金時應(yīng)隔絕空氣,A錯誤;該合金是金屬的混合物,B錯誤;1 mol Mg17Al12相當(dāng)于
17 mol鎂和12 mol鋁,吸收17 mol氫氣得到混合物Y,1 mol Mg17Al12和鹽酸反應(yīng)生成的氫氣為17 mol+18 mol=35 mol,則總共產(chǎn)生的氫氣為35 mol+17 mol=52 mol,其標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為52 mol×22.4 L·mol-1=1 164.8 L,C正確;合金的熔點低于各成分金屬的熔點,D錯誤。
10.D　鑭鎳合金能大量吸收H2,并與H2結(jié)合成金屬氫化物,金屬氫化物稍稍加熱又容易分解,故可用作儲氫材料,A正確;鈦合金有生物相容性好、強度大等優(yōu)異性能,常用作人造骨骼,B正確;形狀記憶合金具有記憶功能,可在使形狀記憶合金發(fā)生形變的作用力消失后恢復(fù)原狀,C正確;耐熱合金的熔點很高,D錯誤。
11.C　合金的硬度大于純金屬的硬度,合金通過增加原子層之間的相對滑動難度,使合金的硬度變大,A正確;儲氫合金屬于新型合金,B正確;純鋁質(zhì)軟,不能用于制造飛機外殼,硬鋁具有強度高、密度小、抗腐蝕能力強等優(yōu)點,常用于制造飛機外殼,C錯誤;稀土元素被稱為“冶金工業(yè)的維生素”,其加入鋼中后可增加鋼的韌性、耐磨性、耐熱性、抗氧化性和耐腐蝕性等,D正確。
能力提升練
1.B　左側(cè)燒杯中Al和NaOH溶液反應(yīng)生成Na[Al(OH)4]和H2,使鋁球質(zhì)量減小,右側(cè)燒杯中Fe與CuSO4溶液反應(yīng),鐵球表面析出銅,Fe+Cu2+ Cu+Fe2+,生成Cu的質(zhì)量大于消耗Fe的質(zhì)量,鐵球質(zhì)量增加,反應(yīng)一段時間后杠桿左邊上升,A、C、D項錯誤,B項正確。
2.C　據(jù)題圖可知,反應(yīng)過程中溫度升高,即反應(yīng)過程中放出熱量,A正確;Al2O3覆蓋在鋁的表面,據(jù)題圖可知,0~50 s壓強未增大,即反應(yīng)中沒有產(chǎn)生氣體,是Al2O3和稀鹽酸發(fā)生反應(yīng),B正確;50 s時鹽酸未反應(yīng)完,溶液中溶質(zhì)為AlCl3和HCl,C錯誤;100~140 s反應(yīng)停止了,溫度降低導(dǎo)致壓強減小,D正確。
3.答案　(1)能　還原性　(2)Al2O3+6H+ 2Al3++3H2O　(3)1　1　4H+　1　1　2H2O　(4)2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑　H2O　(5)NaOH
解析　(1)無色溶液中可能含有H+、OH-、Na+、N,加入鋁粉后,產(chǎn)生的氣體只有H2,因Al與稀硝酸反應(yīng)生成NO氣體,則H+與N不能同時存在,又H+與OH-不能同時存在,所以無色溶液中不含H+,一定含有OH-,實驗前能確定溶液呈堿性。(2)鹽酸與氧化鋁反應(yīng)生成氯化鋁和水,離子方程式為6H++Al2O3 2Al3++3H2O。(3)Al與H+、N發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Al3+、NO和水,根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒配平得到反應(yīng)的離子方程式為Al+N+4H+ Al3++NO↑+2H2O。(4)NaOH溶液中加入鋁粉,結(jié)果只檢驗出有H2生成,即反應(yīng)生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣,反應(yīng)為2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑;反應(yīng)中H2O中H元素化合價降低,得電子,H2O為氧化劑。(5)若同時存在OH-和N,則會生成氨氣,題述溶液中加入鋁粉后,只產(chǎn)生H2,說明是鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng),則溶質(zhì)為NaOH。
13(共24張PPT)
1.定義
　　由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。
2.性能
　　在純金屬內(nèi)加入其他元素形成合金以后,結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,使合金的性能與純金屬有很
大的差異。
第二節(jié) 金屬材料
知識點 1 合金
必備知識 清單破
1.鐵合金
知識點 2 幾種重要的合金
分類 主要組成元素 主要特性 主要用途
硬鋁 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、 Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小,強度高,具有
較強的抗腐蝕能力 用于汽車、飛機、火
箭、輪船等制造業(yè)
鎂鋁合金 Mg、Al 強度和硬度都比純鋁
和純鎂的大 用于火箭、飛機、輪
船等制造業(yè)
2.鋁合金
3.新型合金

1.鋁與O2反應(yīng)
　　在常溫下Al能與空氣中的O2發(fā)生反應(yīng):4Al+3O2 2Al2O3。
2.鋁與酸、堿的反應(yīng)

知識點 3 鋁和氧化鋁
知識拓展 ①Al與酸、堿反應(yīng)生成H2都是:Al Al3+。
②Al和NaOH溶液的反應(yīng)中,Al是還原劑,H2O是氧化劑,其電子轉(zhuǎn)移可表示為:
3.氧化鋁
(1)兩性氧化物:既能與酸反應(yīng)生成鹽和水,又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。
(2)Al2O3與酸、堿的反應(yīng)
1.化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)與各化學(xué)計量間的關(guān)系
　　化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)之比等于粒子個數(shù)之比,也等于物質(zhì)的量之比,對于有氣體參
與的反應(yīng)還等于氣體體積之比。
2.利用化學(xué)方程式進(jìn)行計算的步驟

知識點 4 物質(zhì)的量與化學(xué)方程式的計算
知識辨析
1.合金屬于混合物,任意兩種金屬都能形成合金。這種說法是否正確
2.足量的鋁粉,分別加入含等物質(zhì)的量的NaOH、H2SO4溶液中,產(chǎn)生等質(zhì)量的H2。這種說法
是否正確
3.化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比等于各物質(zhì)的質(zhì)量之比,也等于各物質(zhì)的物質(zhì)的量
之比。這種說法是否正確
4.化學(xué)反應(yīng)前后反應(yīng)物和生成物既遵循質(zhì)量守恒,也遵循物質(zhì)的量守恒。這種說法是否正確
一語破的
1.不正確。根據(jù)合金的概念可知合金屬于混合物。兩種金屬形成合金時,溫度需達(dá)到成分金
屬中熔點高的金屬的熔點,但又不能超過成分金屬中沸點低的金屬的沸點。當(dāng)一種金屬的熔
點高于另一種金屬的沸點時,二者不能形成合金。如Fe的熔點(1 535 ℃)高于Na的沸點(883 ℃),即Fe、Na不能形成合金。
2.不正確。鋁粉足量,根據(jù)2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑和2Al+3H2SO4
Al2(SO4)3+3H2↑可知,當(dāng)溶液中NaOH和H2SO4的物質(zhì)的量相等時,生成H2的質(zhì)量之比為3∶2。
但若Al的質(zhì)量相等,分別加入足量的NaOH、H2SO4溶液中,產(chǎn)生等質(zhì)量的H2。
3.不正確。化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比等于各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比,與各物質(zhì)的
質(zhì)量沒有直接關(guān)系。
4.不正確。化學(xué)反應(yīng)前后反應(yīng)物和生成物遵循質(zhì)量守恒,但物質(zhì)的量不一定守恒。如2Al+
6 HCl 2AlCl3+3H2↑,反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量不相等。

1.反應(yīng)原理
2Al+6H+ 2Al3++3H2↑
2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
2.量的關(guān)系
定量關(guān)系
(1)等量的鋁分別與足量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng),產(chǎn)生H2的量相等,此時消耗HCl與NaOH的
物質(zhì)的量之比為3∶1。
(2)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量的HCl和NaOH反應(yīng),產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量之比為1∶3,此時消耗
鋁的物質(zhì)的量之比也為1∶3。
關(guān)鍵能力 定點破
定點 1 鋁與酸、堿反應(yīng)生成H2的量的關(guān)系
(3)一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng),若 < <1,則必定有:①鋁與鹽
酸反應(yīng)時,鋁過量而鹽酸不足;②鋁與NaOH溶液反應(yīng)時,鋁不足而NaOH過量。
3.靈活利用數(shù)軸分析量的關(guān)系

1.物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計算
　　解答這類題目,需根據(jù)題目的已知信息,厘清發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)的順序,找準(zhǔn)已知量
和未知量。結(jié)合化學(xué)方程式建立已知量和未知量的物質(zhì)的量等數(shù)量關(guān)系,列出相應(yīng)的比例式
并計算求解。計算時需注意以下原則:
(1)計算勿忘配平。用于計算的化學(xué)方程式一定是已配平的化學(xué)方程式。
(2)純量代入計算。用于計算的量(物質(zhì)的量、質(zhì)量、體積、濃度等)一定是純物質(zhì)對應(yīng)的量。
(3)上下單位一致。列出的比例式中,應(yīng)結(jié)合摩爾質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體摩爾體積等常量,
使分式上下的量保持單位一致,這樣才能建立等量關(guān)系。
(4)左右關(guān)系相當(dāng)。列出的比例式中,應(yīng)注意等式左右的關(guān)系,應(yīng)符合對應(yīng)化學(xué)方程式中各物
質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)關(guān)系。
定點 2 物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用
2.化學(xué)計算中的常用方法
(1)關(guān)系式法
　　當(dāng)已知量和未知量間靠多個反應(yīng)聯(lián)系時,需根據(jù)中間產(chǎn)物直接確定已知量和未知量間的
比例關(guān)系,即“關(guān)系式”。
①根據(jù)化學(xué)方程式確定關(guān)系式
　　寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式,根據(jù)量的關(guān)系寫出關(guān)系式。例如:把CO還原Fe2O3生成的
CO2通入澄清石灰水中,求生成沉淀的量。發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CO+Fe2O3 2Fe+3
CO2、CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O,則關(guān)系式為3CO~3CO2~3CaCO3,即CO~CaCO3。
②根據(jù)原子守恒確定關(guān)系式
　　上述例子中也可直接根據(jù)碳原子守恒得出CO~CaCO3。
(2)守恒法
守恒關(guān)系 特征
質(zhì)量守恒 宏觀:反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量守恒;
微觀:反應(yīng)前后元素的原子個數(shù)守恒
得失電子守恒 氧化還原反應(yīng)中,得失電子守恒
電荷守恒 電解質(zhì)溶液中,陽離子所帶的正電荷總數(shù)等于陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù);離子方程式中,反應(yīng)物所帶的電荷總數(shù)等于生成物所帶的電荷總數(shù),且電性相同
(3)差量法
　　根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的有關(guān)物理量發(fā)生的變化,找出“理論差量”,如反應(yīng)前后的質(zhì)
量差、物質(zhì)的量差、氣體體積差等。該差量的大小與反應(yīng)物的有關(guān)量成正比。差量法就是
借助這種比例關(guān)系,解決一定量變的計算題的方法。
以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金屬硫酸鹽)為原料,生產(chǎn)氧化鋁并
獲得Fe3O4的部分工藝流程如下:

學(xué)科素養(yǎng) 情境破
素養(yǎng) 證據(jù)推理與模型認(rèn)知——利用金屬及其化合物的轉(zhuǎn)化解決化工流程中的問題
情境探究
(情境選自2024天津四十七中模擬)
問題1 堿浸的目的是什么 寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。
提示 堿浸的目的是除去原料中的Al2O3,離子方程式為Al2O3+2OH-+3H2O 2[Al(OH)4]-。
問題2 “過濾”得到的濾渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3與FeS2(S為-1價)混合后在缺氧條件下焙
燒生成Fe3O4和SO2,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。
提示 Fe2O3與FeS2在隔絕O2的條件下反應(yīng)生成Fe3O4和SO2,Fe2O3中Fe為+3價,FeS2中Fe為+2
價,S為-1價,Fe3O4中Fe可看作+ 價,Fe2O3中Fe共降低 價,FeS2中Fe和S一共升高( +5×2)價,根
據(jù)得失電子守恒可確定:Fe2O3前配16,FeS2前配1,進(jìn)而寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式為16Fe2O3+FeS2
11Fe3O4+2SO2↑。
問題3 利用FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O通過共沉淀法可以制取納米Fe3O4,則FeSO4·7H2O和FeCl3·
6H2O物質(zhì)的量之比是多少
提示 Fe3O4可寫成FeO·Fe2O3,所以n(Fe2+)∶n(Fe3+)=n(FeSO4·7H2O)∶n(FeCl3·6H2O)=1∶2。
講解分析
1.利用Al、Al2O3可溶于強堿的特性,可除去許多物質(zhì)中的含鋁雜質(zhì),如:
(1)Mg(Al):加足量NaOH溶液,過濾;
(2)Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液,過濾。
2.解答化工流程圖題的方法
(1)答題步驟
(2)舉例說明
①題目
　　某化工廠制備凈水劑硫酸鐵銨晶體[NH4Fe(SO4)2·6H2O]的一種方案如下:
　　請分析制備方案中除雜、氧化、系列操作步驟。
②剖析
典例呈現(xiàn)
例題 用赤鐵礦石(含F(xiàn)e2O3、FeO,也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制備α-Fe納米粉的實驗流程
如下(提示:MnO2不溶于稀H2SO4):
回答下列問題:
(1)固體A的成分是　　　　 (填寫化學(xué)式),在濾液A中加H2O2的目的是　　　　　　　
　 (用離子方程式進(jìn)行說明)。
(2)步驟③中灼燒所需的儀器有酒精燈、三腳架、　　　　　　　　　　　　 (填寫三種儀器),發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
MnO2
2Fe2++2H++H2O2 2Fe3++2H2O
泥三角、坩堝、坩堝鉗
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
素養(yǎng)解讀 本題以制備α-Fe的實驗流程為情境素材,考查鐵及其重要化合物等知識的綜合應(yīng)
用,培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
信息提取 根據(jù)題中信息,結(jié)合圖示轉(zhuǎn)化可知Fe2O3、FeO、Al2O3、CuO均能溶于稀硫酸,固
體A為MnO2;濾液A中加入H2O2能將Fe2+氧化為Fe3+,經(jīng)調(diào)節(jié)pH過濾得到的固體B為Fe(OH)3,灼
燒后得到Fe2O3,用H2還原得到Fe粉并制得α-Fe。
解題思路 (1)根據(jù)題中信息MnO2不溶于稀H2SO4,則固體A為MnO2。濾液A中加入H2O2能將
Fe2+氧化成Fe3+,其離子方程式為2Fe2++2H++H2O2 2Fe3++2H2O。(2)步驟③灼燒Fe(OH)3,所
需儀器除酒精燈、三腳架外,還需泥三角、坩堝和坩堝鉗。灼燒時反應(yīng)的化學(xué)方程式為
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。
思維升華
金屬及其化合物已較多地應(yīng)用于能源、信息和生物工程等領(lǐng)域,常利用金屬及其化合物的轉(zhuǎn)
化解決化工生產(chǎn)中的一些問題;所以在學(xué)習(xí)元素化合物知識時,要做到理論聯(lián)系實際,能用學(xué)
到的理論知識解釋某些具體的實際問題,以體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的社會價值。第三章　鐵　金屬材料
第二節(jié)　金屬材料
第2課時　物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用
基礎(chǔ)過關(guān)練
題組一　根據(jù)化學(xué)方程式計算
1.高爐煉鐵過程中存在反應(yīng):Fe3O4+CO 3FeO+CO2。下列選項中,可以說明0.3 mol Fe3O4與0.2 mol CO充分反應(yīng)后物質(zhì)的種類及其數(shù)量情況的是 (　　)
A.0.1 mol CO+0.9 mol FeO+0.3 mol CO2
B.0.1 mol Fe3O4+0.6 mol FeO+0.2 mol CO2
C.0.6 mol FeO+0.2 mol CO2
D.0.1 mol Fe3O4+0.2 mol FeO+0.2 mol CO2
2.已知部分被氧化的鎂條1.6 g,與足量的鹽酸反應(yīng),在標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成H2 1.12 L,在跟鹽酸反應(yīng)前被氧化的鎂是 (　　)
A.1.2 g　　　　　B.0.64 g　　　　　C.0.4 g　　　　　D.0.24 g
題組二　列方程組計算
3.(經(jīng)典題)將8.0 g鎂鐵合金加入500 mL稀鹽酸中恰好完全反應(yīng),得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣4.48 L。下列有關(guān)說法正確的是 (　　)
A.該合金中鎂、鐵的物質(zhì)的量之比為2∶1
B.反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子0.5 mol
C.該鹽酸中HCl的物質(zhì)的量濃度為0.8 mol/L
D.將標(biāo)準(zhǔn)狀況下8.96 L HCl氣體溶于500 mL水中即可配制成該鹽酸
4.將a g鎂鋁合金投入500 mL 2 mol·L-1的鹽酸中,固體完全溶解,收集到氣體11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。向反應(yīng)所得溶液中加入500 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液,所得沉淀的質(zhì)量最大為27.20 g,則a為 (　　)
A.18.70　　　　　B.10.20　　　　　C.15.60　　　　　D.11.60
題組三　利用關(guān)系式法計算
5.將5.0 g碳酸鈣加入到足量的鹽酸中,并將生成的氣體全部通入足量的紅熱的炭中充分反應(yīng),得到氣體的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)為 (　　)
A.1.12 L　 B.2.24 L　 C.11.2 L　 D.22.4 L
6.(經(jīng)典題)現(xiàn)有Al、CuO、Fe2O3組成的混合物共10.0 g,放入500 mL某濃度的鹽酸中,混合物完全溶解,當(dāng)再加入250 mL 2.0 mol/L的NaOH溶液時,金屬離子正好全部轉(zhuǎn)化為沉淀。則上述鹽酸的濃度為(　　)
A.0.5 mol/L　　　　　B.1.0 mol/L
C.2.0 mol/L　　　　　D.3.0 mol/L
題組四　利用差量法、守恒法計算
7.取26 g某單質(zhì)銅和單質(zhì)鋅的混合物樣品放于燒杯中,向其中加入100 g硫酸銅溶液,攪拌,恰好完全反應(yīng),靜置。一定溫度下,在燒杯中得到不飽和溶液和25.9 g固體。下列有關(guān)說法中,不正確的是(　　)
A.反應(yīng)后燒杯中溶液的質(zhì)量比加入的硫酸銅溶液的質(zhì)量大0.1 g
B.反應(yīng)后燒杯底部所得固體呈紅色
C.該混合物樣品中單質(zhì)銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%
D.反應(yīng)后不飽和溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于16.1%
8.將幾種鐵的氧化物的混合物加入100 mL 7 mol L-1的鹽酸中。氧化物恰好完全溶解,在所得的溶液中通入0.56 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氯氣時,恰好使溶液中的Fe2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3+,則該混合物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為 (　　)
A.79.0%　　　　　B.75.4%　　　　　C.71.4%　　　　　D.63.6%
能力提升練
題組一　化學(xué)計算方法的綜合應(yīng)用
1.將等物質(zhì)的量的Na2O2和Al同時放入足量的水中,充分反應(yīng)后收集到混合氣體4.48 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。下列說法錯誤的是 (　　)
A.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,混合氣體中氫氣與氧氣的體積比為3∶1
B.加入的固體過氧化鈉為7.8 g
C.反應(yīng)后有固體剩余
D.反應(yīng)后的溶液中含有的溶質(zhì)是NaOH和Na[Al(OH)4]
2.現(xiàn)有Fe、FeO、Fe2O3的混合物粉末3.44 g,加入含0.05 mol H2SO4的稀硫酸恰好完全溶解,并收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體22.4 mL。向反應(yīng)后的溶液中滴加KSCN溶液,無明顯變化。若將2.15 g該混合物在高溫下與足量的CO充分反應(yīng),生成CO2的質(zhì)量為 (　　)
A.2.20 g　　　　　B.1.40 g
C.1.30 g　　　　　D.1.10 g
3.將22.1 g由Na2CO3和NaHCO3組成的混合物加熱至質(zhì)量不再變化,冷卻后稱得質(zhì)量為15.9 g,將殘余固體溶于100 mL鹽酸中,收集到V L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)CO2。下列說法錯誤的是 (　　)
A.V=3.36
B.鹽酸的濃度至少為3 mol·L-1
C.原固體混合物中,n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=4∶1
D.若將原固體與足量鹽酸充分反應(yīng),生成的氣體體積為5.6 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)
題組二　與圖像相結(jié)合的化學(xué)計算
4.向100 mL Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中逐漸加入鐵粉,充分反應(yīng)后溶液中固體剩余物的質(zhì)量與加入鐵粉的質(zhì)量關(guān)系如圖所示。忽略溶液體積的變化,下列說法正確的是 (　　)
A.a點時溶液中陽離子為Cu2+、Fe2+
B.b點時溶液中發(fā)生的反應(yīng)為Fe+Cu2+ Cu+Fe2+
C.c點時溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為0.05 mol·L-1
D.原溶液中Fe2(SO4)3和CuSO4的物質(zhì)的量濃度之比為1∶1
5.過氧化鈣(CaO2)可用于治理赤潮、應(yīng)急供氧等。2.76 g CaO2·8H2O樣品(含雜質(zhì))受熱分解過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量隨溫度變化曲線,在140 ℃時恰好完全脫水,雜質(zhì)受熱不分解)如圖所示。已知:過氧化鈣常溫下干燥品很穩(wěn)定,在350 ℃時能迅速分解。下列說法不正確的是 (　　)
A.CaO2能與水發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CaO2+2H2O 2Ca(OH)2+O2↑
B.該樣品雜質(zhì)的含量約為21.7%
C.在350 ℃時,剩余固體(雜質(zhì)除外)的化學(xué)式為Ca
D.在60 ℃時,CaO2·xH2O中x=2
答案與分層梯度式解析
基礎(chǔ)過關(guān)練
1.B 2.D 3.C 4.B 5.B 6.B 7.D 8.C
1.B　由化學(xué)方程式可知,Fe3O4和CO等物質(zhì)的量反應(yīng),當(dāng)0.2 mol CO完全反應(yīng)時剩余0.1 mol Fe3O4,同時生成0.6 mol FeO和0.2 mol CO2,故B正確。
2.D
Mg+2HCl MgCl2+H2↑
1 1
n(Mg) 0.05 mol
解得n(Mg)=0.05 mol,則m(Mg)=0.05 mol×24 g·mol-1=1.2 g,m(MgO)=1.6 g-1.2 g=0.4 g;根據(jù)n(Mg)被氧化=n(MgO)==0.01 mol,故m(Mg)被氧化=0.01 mol×24 g·mol-1=0.24 g。
3.C　將8.0 g鎂鐵合金加入500 mL稀鹽酸中恰好完全反應(yīng),得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣4.48 L,發(fā)生的反應(yīng)為Mg+2HCl MgCl2+H2↑、Fe+2HCl FeCl2+H2↑,設(shè)鎂、鐵的物質(zhì)的量分別為x mol和y mol,則,解得x=y=0.1。該合金中鎂、鐵的物質(zhì)的量之比為0.1 mol∶0.1 mol=1∶1,A錯誤;反應(yīng)中,生成0.2 mol氫氣,轉(zhuǎn)移電子為0.4 mol,B錯誤;n(HCl)=2n(H2)=2×0.2 mol=0.4 mol,則HCl的物質(zhì)的量濃度為=0.8 mol/L,C正確;將標(biāo)準(zhǔn)狀況下8.96 L HCl氣體溶于500 mL水中,形成的鹽酸的體積不是500 mL,D錯誤。
4.B　設(shè)合金中Mg、Al的物質(zhì)的量分別為x mol和y mol,溶液中發(fā)生反應(yīng)
Mg+2HCl MgCl2+H2↑
x mol x mol
2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑
y mol y mol
加入NaOH溶液,溶液中Mg2+、Al3+完全沉淀時沉淀質(zhì)量最大,即x mol Mg(OH)2與y mol Al(OH)3的質(zhì)量和為27.20 g,由此可列方程組
,
解得x=y=0.20,故a=24×0.20+27×0.20=10.20。
5.B　設(shè)最終生成的氣體體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)為V,則根據(jù)化學(xué)方程式CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑、C+CO2 2CO可知:
CaCO3~CO2~2CO
100 g 2×22.4 L
5.0 g V
解得V=2.24 L。
6.B　
方法點津　當(dāng)已知量和未知量之間是靠多個反應(yīng)來聯(lián)系時,只需直接確定已知量和未知量之間的比例關(guān)系,利用“關(guān)系式”即可進(jìn)行簡便計算。
7.D　向26 g混合物樣品中加入100 g硫酸銅溶液,充分反應(yīng)后得到25.9 g固體,反應(yīng)后燒杯中溶液的質(zhì)量比加入的硫酸銅溶液的質(zhì)量大0.1 g,A正確;鋅與硫酸銅反應(yīng)生成硫酸鋅和銅,反應(yīng)后燒杯底部所得固體呈紅色,B正確;設(shè)參加反應(yīng)的鋅的質(zhì)量為x,根據(jù)差量法,固體減少量為26 g-25.9 g=0.1 g,則:
Zn+CuSO4 ZnSO4+Cu　　Δm
65 g 64 g 1 g
x 0.1 g
,x=6.5 g,該混合物樣品中單質(zhì)銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=75%,C正確;反應(yīng)后溶液的質(zhì)量為100.1 g,溶質(zhì)為ZnSO4,n(ZnSO4)=n(Zn)==0.1 mol,m(ZnSO4)=0.1 mol×161 g/mol=16.1 g,故反應(yīng)后不飽和溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.1 g÷100.1 g×100%<16.1%,D錯誤。
8.C　鐵的氧化物和鹽酸恰好反應(yīng)生成氯化物和水,則鐵的氧化物中氧原子的物質(zhì)的量==0.35 mol,氯氣的物質(zhì)的量為=0.025 mol,根據(jù)得失電子守恒,混合物中的Fe2+的物質(zhì)的量為=0.05 mol,根據(jù)電荷守恒可知,混合物中Fe3+的物質(zhì)的量為=0.2 mol,所以混合物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%≈71.4%,故選C。
能力提升練
1.C 2.D 3.C 4.B 5.C
1.C　假設(shè)Na2O2、Al的物質(zhì)的量均為n mol,則:
2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2↑
2 mol 1 mol
n mol 0.5n mol
2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3 mol
n mol 1.5n mol
混合氣體中氫氣與氧氣的體積之比為1.5n mol∶0.5n mol=3∶1,A正確;生成氣體總物質(zhì)的量為=0.2 mol,所以0.5n mol+1.5n mol=0.2 mol,解得n=0.1,故過氧化鈉的質(zhì)量為0.1 mol×78 g/mol=7.8 g,B正確;0.1 mol Na2O2與H2O反應(yīng)生成0.2 mol NaOH,0.1 mol Al與0.1 mol NaOH和水反應(yīng)生成0.1 mol Na[Al(OH)4],因此反應(yīng)后沒有固體剩余,溶液中的溶質(zhì)是NaOH和Na[Al(OH)4],C錯誤、D正確。
2.D　利用守恒法解題(破題關(guān)鍵)。根據(jù)題意,反應(yīng)后的溶液中滴加KSCN溶液無明顯變化,說明反應(yīng)后溶液中的溶質(zhì)是FeSO4,即溶液中n(FeSO4)=n(S)=0.05 mol,故混合物中含F(xiàn)e元素的物質(zhì)的量為0.05 mol,即m(Fe)=0.05 mol×56 g/mol=2.8 g,則n(O)==0.04 mol,故該混合物的組成可表示為Fe5O4。則:
Fe5O4+4CO 5Fe+4CO2
344 4×44
2.15 g m(CO2)
,解得m(CO2)=1.10 g。
3.C　加熱時發(fā)生反應(yīng):
2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑　Δm
168 g 106 g 62 g
m(NaHCO3) 6.2 g
解得m(NaHCO3)=16.8 g,則n(NaHCO3)=0.2 mol,原混合物中n(Na2CO3)==0.05 mol,反應(yīng)后得到的15.9 g固體為Na2CO3,共有=0.15 mol,根據(jù)關(guān)系式Na2CO3~CO2知,15.9 g固體與鹽酸完全反應(yīng)生成CO2的物質(zhì)的量也為0.15 mol,則標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2的體積為0.15 mol×22.4 L·mol-1=3.36 L,A正確;加熱后殘留了0.15 mol的Na2CO3,根據(jù)關(guān)系式Na2CO3~2HCl知,完全反應(yīng)需0.3 mol HCl,則c(HCl)≥=3 mol·L-1,B正確;由分析可知,原固體混合物中n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=0.05 mol∶0.2 mol=1∶4,C錯誤;根據(jù)碳原子守恒可知,原固體混合物完全反應(yīng)可生成0.25 mol CO2,標(biāo)準(zhǔn)狀況下V(CO2)=0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L,D正確。
4.B　根據(jù)氧化性的強弱(Fe3+>Cu2+)及題圖分析:
a點時溶液中陽離子為Cu2+、Fe2+和Fe3+,A錯誤;b點時發(fā)生反應(yīng):Fe+Cu2+ Cu+Fe2+,B正確;c點溶液中的溶質(zhì)為FeSO4,n(FeSO4)=n(S)=n(Fe3+)+n(Cu2+)=×0.02 mol+0.02 mol=0.05 mol,溶液中FeSO4的物質(zhì)的量濃度為0.05 mol÷0.1 L=0.5 mol·L-1,C錯誤;n[Fe2(SO4)3]=0.01 mol,n(CuSO4)=0.02 mol,原溶液中Fe2(SO4)3和CuSO4的物質(zhì)的量濃度之比等于物質(zhì)的量之比,為1∶2,D錯誤。
反思升華　結(jié)合圖像考查元素化合物、化學(xué)計算的試題相對較多,解答這類試題,要能看清楚圖像所表示的含義,能寫出相關(guān)的化學(xué)方程式,結(jié)合圖像中特殊點和有關(guān)數(shù)據(jù)能確定物質(zhì)的成分等,在做題時可能要用到守恒法和討論法等。
5.C　CaO2與Na2O2性質(zhì)類似,與水的反應(yīng)為2CaO2+2H2O 2Ca(OH)2+O2↑,A正確;在140 ℃時恰好完全脫水,則結(jié)晶水的質(zhì)量為2.76 g-1.32 g=1.44 g,根據(jù)CaO2·8H2O CaO2+8H2O
216 8×18
　 m(CaO2) 1.44 g
解得m(CaO2)=2.16 g,則樣品中雜質(zhì)為2.76 g-2.16 g=0.60 g,即樣品中雜質(zhì)的含量為×100%≈21.7%,B正確;350 ℃時剩余固體(雜質(zhì)除外)質(zhì)量為1.16 g-0.60 g=0.56 g,由Ca原子守恒可知含0.01 mol Ca,則含n(O)==0.01 mol,即n(Ca)∶n(O)=1∶1,故剩余固體(雜質(zhì)除外)的化學(xué)式為CaO,C錯誤;根據(jù)樣品中含0.01 mol CaO2·8H2O,60 ℃時失去結(jié)晶水為2.76 g-1.68 g=1.08 g,即失去0.06 mol H2O,則60 ℃時CaO2·xH2O中x==2,D正確。
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