專題12第三章鐵金屬材料整理與提升（教材深度精講）高一化學知識整合講練（原卷版）

專題12第三章鐵金屬材料整理與提升（教材深度精講）【核心素養(yǎng)分析】1.宏觀辨識與微觀探析：認識鐵及其化合物的性質(zhì)及應(yīng)用，能以“鐵三角”轉(zhuǎn)化關(guān)系理解變價元素的轉(zhuǎn)化條件；認識鋁與強酸、強堿的反應(yīng)及其化合物的兩性,理解鋁及其化合物的性質(zhì)。2.證據(jù)推理與模型認知:具有證據(jù)意識,能基于證據(jù)對金屬材料性質(zhì)提出可能的假設(shè),通過分析推理加以證實,能運用模型解釋化學現(xiàn)象,揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。3.科學態(tài)度與社會責任：利用鐵及其化合物的性質(zhì)，科學認識鐵及其化合物的提純和制備工藝流程，形成嚴謹求實的科學態(tài)度和崇尚真理的意識。4.科學探究與創(chuàng)新意識：能提出有價值的氫氧化亞鐵及其他鐵的化合物的制備方案，并進行實驗探究。能對金屬的性質(zhì)提出有探究價值的問題;能從問題和假設(shè)出發(fā),確定探究目的,設(shè)計探究方案,進行實驗探究?！局R導圖】【目標導航】1.能依據(jù)物質(zhì)類別和元素價態(tài)列舉鐵、鋁等元素的典型代表物，能列舉、描述、辨識含有鐵、鋁元素的典型物質(zhì)重要的物理和化學性質(zhì)及實驗現(xiàn)象。能用化學方程式、離子方程式正確表示典型物質(zhì)的主要化學性質(zhì)。2.能從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測鐵、鋁及其化合物的化學性質(zhì)和變化，設(shè)計實驗進行初步驗證，并能分析、解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象。3.能分別利用鐵、鋁及其化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系，設(shè)計制備、分離、檢驗等簡單任務(wù)的方案。能從物質(zhì)類別和元素價態(tài)變化的視角說明有關(guān)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化路徑。4.能分別根據(jù)鐵、鋁及其化合物的性質(zhì)，分析實驗室、生產(chǎn)、生活及環(huán)境中的某些常見問題，說明要善保存、合理使用化學品的常見方法。5．能分別說明金屬材料的應(yīng)用對社會發(fā)展的價值、對環(huán)境的影響。6．能主動運用所學的化學知識和方法解決生產(chǎn)、生活中筒單的化學問題?！局仉y點精講】一、鐵、鋁及其化合物1.鐵、鋁的原子結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)物質(zhì)微觀視角宏觀視角原子結(jié)構(gòu)

得失電子單質(zhì)表現(xiàn)的性質(zhì)具體主要化學性質(zhì)鋁

從鋁的原子結(jié)構(gòu)來看，原子最外電子層上有3個電子，在化學反應(yīng)中很容易失去電子以達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。鋁的化學性質(zhì)非常活潑，表現(xiàn)出很強的還原性。鋁主要化合價+3。與氧氣等非金屬反應(yīng)；與沸水反應(yīng)；與強堿溶液反應(yīng)；與鹽及其溶液反應(yīng)；鐵從鐵的原子結(jié)構(gòu)來看，原子最外電子層上有2個電子，在化學反應(yīng)中很容易失去2個電子以達到較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)Fe2+，F(xiàn)e2+還可以再失去1個電子達到更穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Fe3+。鐵的化學性質(zhì)非常活潑，表現(xiàn)出很強的還原性。鐵的化合價有+2、+3、及更高價+6。與金屬、非金屬單質(zhì)反應(yīng)；與水蒸汽反應(yīng)；與鹽及其溶液反應(yīng)1）鐵及其化合物（1）鐵及其化合物的“價—類二維圖”說明：1)橫向變化體現(xiàn)了同價態(tài)不同物質(zhì)類別(氧化物、鹽、堿)之間的轉(zhuǎn)化；①堿性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)轉(zhuǎn)化為鹽；②Fe2＋、Fe3＋與堿(OH－)反應(yīng)生成對應(yīng)的堿；③難溶性的堿易分解生成對應(yīng)的氧化物，但難溶性的堿性氧化物一般不與水反應(yīng)生成對應(yīng)的堿。2)縱向變化體現(xiàn)不同價態(tài)同物質(zhì)類別之間的轉(zhuǎn)化，主要體現(xiàn)物質(zhì)的氧化性或還原性。3)斜向變化體現(xiàn)不同價態(tài)、不同物質(zhì)類別之間的轉(zhuǎn)化，主要體現(xiàn)物質(zhì)的氧化性和還原性。（2）從價態(tài)的視角認識物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系當某種元素具有不同的化合價時，含有同種元素不同價態(tài)的物質(zhì)間，可以通過氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。例如，0價鐵、+2價鐵和+3價鐵的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：①Fe單質(zhì)中鐵元素化合價為0價，僅具有還原性Fe+Cu2+Fe2++Cu；Fe+2H+H2↑+Fe2+；2Fe+3Cl22FeCl3；3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2②Fe2+化合價可以升高到+3價，表現(xiàn)為還原性，也可以降低到0價，表現(xiàn)為氧化性。Fe2++ZnFe+Zn2+；2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－；5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O③Fe（OH）2具有還原性，能被氧化為Fe（OH）34Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3④Fe2O3中的鐵元素為高價態(tài)，具有氧化性，因而可用還原劑將其還原為鐵單質(zhì)。3CO+Fe2O32Fe+3CO2⑤Fe3+是鐵元素的高價態(tài)，可以被還原劑還原為+2或0價，具有氧化性。2Fe3++Zn（少量）2Fe2++Zn2+；2Fe3++3Zn（過量）2Fe+3Zn2+；2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑【特別提醒】不同。Fe3+Fe2+Fe粉以除去Fe3+等。（3）鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化（4）學習鐵及其化合物的性質(zhì)應(yīng)注意的幾個要點①Fe與O2、H2O(g)反應(yīng)的產(chǎn)物都是Fe3O4而不是Fe2O3。Fe與Cl2反應(yīng)時生成FeCl3，與S反應(yīng)時生成FeS，說明Cl2的氧化性大于S的。常溫下，F(xiàn)e、Al在冷的濃硫酸和濃硝酸中發(fā)生鈍化，但加熱后繼續(xù)反應(yīng)。Fe在Cl2中燃燒，無論Cl2過量還是不足均生成FeCl3。②向含F(xiàn)e2＋的溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水等具有氧化性的物質(zhì)時，溶液會出現(xiàn)淺綠色→棕黃色的顏色變化，該現(xiàn)象可用于Fe2＋的檢驗。③Fe3＋的檢驗方法較多，如觀察溶液顏色法(棕黃色)、NaOH溶液法(生成紅褐色沉淀)、KSCN溶液法(生成紅色溶液)，前面兩種方法需溶液中Fe3＋濃度較大時才適用，最好也最靈敏的方法是KSCN溶液法。Fe2＋的檢驗可采用先加入KSCN溶液后再加入氧化劑的方法；也可用鐵氰化鉀檢驗Fe2＋，現(xiàn)象是生成藍色沉淀(Fe3[Fe(CN)6]2)。④生成FeCl2除了用Fe和HCl的置換反應(yīng)外，還可用化合反應(yīng)：2FeCl3＋Fe=3FeCl2；生成Fe(OH)3除了用Fe3＋與堿的復(fù)分解反應(yīng)外，還可用化合反應(yīng)：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(加入鹽酸)；配制FeCl3溶液要加入濃鹽酸防止水解。⑥Fe3＋必須在酸性條件下才能大量存在，當pH＝7時，F(xiàn)e3＋幾乎完全水解生成Fe(OH)3沉淀。⑦除去酸性溶液ZnCl2中的FeCl2，應(yīng)先通入Cl2或加入H2O2，再加入ZnO，使Fe3＋水解生成沉淀過濾除去。⑧制備Fe(OH)2的方法很多，原則有兩點：一是溶液中的溶解氧必須提前除去；二是反應(yīng)過程中必須與O2隔絕。同時要牢記Fe(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3時溶液的顏色變化(白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色)。⑨Fe(OH)3膠體的制備方法是將飽和FeCl3溶液滴加到沸水中，加熱至呈紅褐色后立即停止加熱。膠體不帶電，帶電的是膠粒。⑩自然界中有少量游離態(tài)的鐵(隕石中)，純凈的鐵塊是銀白色的，而鐵粉是黑色的。2）鋁及其化合物（1）鋁及其化合物的“價—類二維圖”（2）從物質(zhì)類別的視角認識物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)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）鋁及其化合物的轉(zhuǎn)化（4）學習鋁及其化合物的性質(zhì)應(yīng)注意的幾個要點①鋁是活潑金屬，但鋁抗腐蝕性相當強，因為鋁表面生成一層致密的氧化物薄膜。由于Al2O3的熔點高于Al的熔點，故在酒精燈上加熱鋁箔直至熔化，發(fā)現(xiàn)熔化的鋁并不滴落。②鋁熱反應(yīng)不僅僅是單質(zhì)鋁與Fe2O3反應(yīng)，還包含制取其他難熔金屬的反應(yīng)，由于鋁熱劑是混合物，故鋁熱反應(yīng)不能用于工業(yè)上冶煉鐵。注意鋁熱反應(yīng)是中學化學中唯一一類金屬單質(zhì)與金屬氧化物在高溫條件下的置換反應(yīng)。③引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作是高考實驗考查的熱點，具體操作是先鋪一層KClO3，然后插上鎂條，最后點燃鎂條。④并不是Al與所有金屬氧化物均能組成鋁熱劑，該金屬氧化物對應(yīng)的金屬活潑性應(yīng)比鋁弱。⑤Al2O3、Al(OH)3與NaOH溶液的反應(yīng)常用于物質(zhì)的分離提純。Al(OH)3不溶于氨水，所以實驗室常用鋁鹽和氨水來制備Al(OH)3。⑥利用偏鋁酸鹽制備Al(OH)3，一般不用強酸，因為強酸的量控制不當會使制得的Al(OH)3溶解。若向偏鋁酸鹽溶液中通入CO2，生成的Al(OH)3不溶于碳酸，CO2過量時生成HCOeq\o\al(－,3)，不過量時生成COeq\o\al(2－,3)，書寫離子反應(yīng)方程式時要特別注意。⑦Al(OH)3可用作抗酸藥；明礬常用于凈水。⑧泡沫滅火器所用試劑為Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液。3、物質(zhì)性質(zhì)決定物質(zhì)的用途物質(zhì)物性化性用途鐵銀白色固體，熔點較高，具有良好的導熱、導電、延展性，能被磁鐵吸引活潑金屬的通性（1）鐵及其合金——生鐵、鋼是應(yīng)用最廣泛的金屬材料（2）純鐵用于制發(fā)電機和電動機的鐵芯，還原鐵粉用于粉末治金Fe2O3紅棕色粉末、難溶于水堿性氧化物油漆、涂料、油墨、橡膠的紅色顏料

Fe3O4黑色晶體(有磁性)做磁性材料，如錄音磁帶、電訊器材Al銀白色有金屬光澤的固體，有良好的延展性、導電性和導熱性等，密度較小，質(zhì)地柔軟。常溫下鋁在空氣中極易與氧氣反應(yīng)，表面生成一層致密的氧化鋁薄膜，能阻止氧氣與鋁進一步反應(yīng)。鋁熱反應(yīng)純鋁用作導線，鋁合金用于制造汽車、飛機、生活用品等，鋁還用作還原劑。Al2O3白色固體，難溶于水，熔點很高兩性氧化物①作耐火材料②冶煉鋁的原料Al(OH)3白色膠狀不溶于水的固體，有較強的吸附性Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O①制藥（胃友）②凈水作用明礬色晶體，可溶于水Al3＋＋3H2OAl(OH)3(膠體)＋3H＋明礬可以凈水二、合金及金屬材料1．合金(1)概念：合金是指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：合金具有不同于各成分金屬的物理、化學性能或機械性能。①熔點：一般比它的各成分金屬的低；②硬度和強度：一般比它的各成分金屬的大?！咎貏e提醒】①構(gòu)成合金的成分不一定是兩種或兩種以上的金屬，也可以是金屬與非金屬，合金中一定含金屬元素。合金一定是混合物。②常溫下，多數(shù)合金是固態(tài)，但鉀、鈉合金呈液態(tài)。③合金的性質(zhì)不是各成分金屬的性質(zhì)之和。合金具有許多良好的物理、化學和機械性能，在許多方面不同于各成分金屬，不是簡單加和；但在化學性質(zhì)上，一般認為合金體現(xiàn)的是各成分金屬的化學性質(zhì)。2．常見金屬材料(1)黑色金屬材料——鋼鐵①鋼是用量最大、用途最廣的合金。②鋼eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(碳素鋼\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(低碳鋼：韌性、焊接性好，強度低,中碳鋼：強度高，韌性及加工性好,高碳鋼：硬而脆，熱處理后彈性好)),合金鋼：具有各種不同的優(yōu)良性能，用于制不銹鋼,及各種特種鋼))(2)有色金屬材料——銅和鋁①鋁及鋁合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(鋁\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的延展性和導電性,用途：制導線)),鋁合金\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：密度小、強度高、塑性好、易于成型、,制造工藝簡單、成本低廉,用途：主要用于建筑業(yè)、容器和包裝業(yè)、,交通運輸業(yè)、電子行業(yè)等))))②銅及銅合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(銅\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的導電性和導熱性,用途：主要用于電器和電子工業(yè)、建筑業(yè))),銅合金：青銅是我國使用最早的合金，常見的,還有黃銅和白銅))【特別提醒】合金的組成與性質(zhì)(1)構(gòu)成合金的成分不一定是兩種或兩種以上的金屬，也可以是金屬與非金屬，合金中一定含金屬元素。合金一定是混合物。(2)常溫下，多數(shù)合金是固態(tài)，但鉀、鈉合金呈液態(tài)。(3)合金的性質(zhì)不是各成分金屬的性質(zhì)之和。合金具有許多良好的物理、化學和機械性能，在許多方面不同于各成分金屬，不是簡單加和；但在化學性質(zhì)上，一般認為合金體現(xiàn)的是各成分金屬的化學性質(zhì)。三、以物質(zhì)的量為核心的計算1、化學計算題的特點：在近幾年高考中是考生在化學學習中比較頭痛的題目也是考生在考試中最難得分的一類題目。化學計算過程，主要是一個化學問題的數(shù)學處理過程，即對物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的量化過程。它以基本概念、基本理論、元素化合物知識為基礎(chǔ)，以物質(zhì)的量為中心，以化學式、化學方程式及溶液組成知識為定量工具，理解和運用化學概念、化學原理，進行對比、判斷、推理。2、化學計算解題的基本思維方式：題目信息+相關(guān)知識+邏輯思維+心理素質(zhì)。即按以下四個步驟進行：一是通讀題目，挖掘題示信息；二是靈活組合，運用相關(guān)知識；三是充分思維，形成解題思路；四是回顧檢查，樹立信心。3、化學計算解題的一個中心：以物質(zhì)的量為中心；二個基本點：一是守恒，守恒法解題成功的關(guān)鍵在于從諸多變化和繁雜的數(shù)據(jù)中尋找恒量對象及其關(guān)系。二是化學方程式中的比例關(guān)系。。用關(guān)系式解題的關(guān)鍵是建立關(guān)系式，建立關(guān)系式的方法主要有：①利用微粒守恒關(guān)系建立關(guān)系式；②利用方程式中的化學計量數(shù)間的關(guān)系建立關(guān)系式；③利用方程式的加合建立關(guān)系式。【典題精練】考點1、考查鐵及其化合物的性質(zhì)、用途例1．（2023春·上海徐匯·高一上海市第二中學校考期中）鐵是一種化學元素，化學符號為Fe，它是是地殼中含量第四多的元素，由于其機械性能和低成本，鐵合金(如鋼、不銹鋼和合金鋼)是到目前為止仍是最常見的工業(yè)金屬。下列有關(guān)說法錯誤的是A．“威尼斯紅”的顏色主要來自近純氧化鐵(Fe2O3)的赤鐵礦B．人類可以利用鋁熱反應(yīng)的原理焊接鐵軌，也可以冶煉金屬V、Cr、Mg等C．鐵粉可以作為食品添加劑，添加入一些補鐵食品中D．指南針是我國的四大發(fā)明之一，制造指南針的磁性物質(zhì)是Fe3O4考點2、考查鋁及其化合物的性質(zhì)、用途例2．（2023春·上海浦東新·高一華師大二附中?？计谥校┫铝嘘P(guān)于鋁及其化合物的說法正確的是A．鋁制餐具可長時間存放酸性或堿性食物B．鋁在空氣中耐腐蝕，所以鋁是不活潑金屬C．鋁箔在空氣中受熱可以熔化，劇烈燃燒，產(chǎn)生大量的熱D．常溫下，可以用鋁或鐵制容器