铁和铝典型例题答案

【典型例题】类型一：铝与NaOH溶液的反应例题1甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol/L的盐酸和NaOH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1∶2，则加入铝粉的质量为（）A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g【答案】A【解析】2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑由反应方程式可知，若在等物质的量浓度的盐酸和NaOH溶液中分别加入足量铝，反应时产生H2的体积之比1∶3，现在产生H2的体积之比为1∶2，说明铝粉的量相对于盐酸来说是过量的，对于NaOH来说是不足量的，所以与盐酸反应的铝粉质量为2.7g，与NaOH反应的铝粉质量为5.4g。【总结升华】因为铝与NaOH溶液反应是一个较为特殊的反应，所以当铝与NaOH溶液在同一题目中出现时，往往要用到2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑这一关系来解。举一反三：【变式1】取两份等质量的铝粉，分别与足量的盐酸、浓氢氧化钠溶液反应，在相同情况下产生的气体体积之比是（）A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．3∶2【答案】A【变式2】下列关于金属元素特征的叙述正确的是（）（1）金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性；（2）金属元素在化合物中只显正价；（3）金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱；（4）价电子越多的金属原子金属性越强；（5）离子化合物一定含金属元素A、(1)(2)(3)B、(2)(3)C、(1)(4)(5)D、全部【答案】B【解析】(1)对于变价金属中，较低价态的金属离子既有氧化性，又有还原性，如Fe2+。(2)金属元素的原子只具有还原性，故在化合物中只显正价。(4)金属性的强弱要看失电子的难易。（5）离子化合物不一定含金属元素，如NH4Cl。类型二：Al2O3、Al(OH)3的性质与制法例题2既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是（）①Al②NaHCO3③Al2O3④Mg(OH)2⑤Al(OH)3A．①②③⑤B．①④⑤C．②③⑤D．①③④【答案】C【解析】注意审题，题目要求是“化合物”，防止错选A。特别提示：两性物质是指既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的化合物。两性氧化物有Al2O3、ZnO等，两性氢氧化物有Al(OH)3、Zn(OH)2等。定义中的酸指非氧化性强酸溶液，碱指强碱溶液，其实质是与H+和OH―反应。弱酸的铵盐[如(NH4)2CO3、(NH4)2S等]、弱酸的酸式盐（如NaHCO3）均既能与强酸（H+）反应又能与强碱（OH―）反应，但它们不属于两性物质。举一反三：【变式1】氧化铝熔点很高，常用于制造耐火材料，例如制作坩埚，下列操作不能在氧化铝坩埚中进行的是（）A．加热使CuSO4·5H2O失水B．加热使KMnO4分解C．加热熔化烧碱D．加热分解碱式碳酸铜【答案】C类型三：“铝三角”及其转化例题3向50mL1mol·L―1的Al2(SO4)3溶液中加入100mLKOH溶液，充分反应后得到3.9g沉淀，则KOH溶液的物质的量浓度可能是（）A．1mol·L―1B．3mol·L―1C．1.5mol·L―1D．3.5mol·L―1【答案】C、D【解析】方法一：根据Al3+的物质的量与沉淀Al(OH)3的物质的量比较可推测KOH溶液的两种情况：（1）当加入KOH不足量时，313.9g(KOH)3[Al(OH)]30.15mol78gmolnn，故10.15mol(KOH)1.5molL0.1Lc。（2）当加入KOH过量时，n(KOH)=4n(Al3+)―n[Al(OH)3]=0.4mol―0.05mol=0.35mol。故10.35mol(KOH)3.5molL0.1Lc。方法二：用图像法求解，如图所示，用纵坐标表示生成的Al(OH)3的物质的量，横坐标表示KOH的物质的量。当生成沉淀0.05mol时，需KOH的物质的量为0.15mol或0.35mol。【总结升华】本题易漏选答案D，原因是未考虑到3.9g沉淀可以是Al(OH)3被过量的KOH溶液溶解了一部分而剩余部分沉淀的情况。举一反三：【变式1】等体积的AlCl3和NaOH溶液混合后，沉淀物中含铝的质量与溶液中含铝的质量相等，则AlCl3和NaOH两种溶液的物质的量浓度之比为（）A、1∶3B、2∶3C、1∶4D、2∶7【答案】B、D【解析】AlCl3和NaOH溶液混和有沉淀物生成，可能有两种情况：①NaOH不足量，②NaOH部分过量。假设溶液中含有2mol的AlCl3，如果为第一种情况生成Al(OH)3沉淀的物质的量与未反应的AlCl3物质的量相等，所以耗NaOH3mol。则答案为B。如果为第二种情况，则生成1mol的Al(OH)3，1mol的AlO2-，共消耗NaOH为7mol。所以答案为D。【变式2】向50mL1mol/L的AlCl3溶液中加入0.2mol/L的NaOH溶液，生成沉淀1.56g，需NaOH溶液多少mL?【解析】⑴当NaOH不足时：3NaOH——Al(OH)3378x1.56解得x=0.06mol∴V(NaOH)==0.3L=300mL⑵当NaOH过量时：Al3+——3NaOH——Al(OH)31mol3mol78g0.05molyx解得x=3.9gy=0.15molAl(OH)3——NaOH78g1mol(3.9-1.56)gz解得z=0.03mol∴n(NaOH)=0.15+0.03=0.18(mol)V(NaOH)==0.9L=900mL另解：∵n[Al(OH)3]=4n(Al3+)–n(OH-)n[Al(OH)3]=1.56/78=0.02(mol)∴0.02=4×0.05-n(OH-)n(OH-)=0.18molV(NaOH)=0.18/0.2=0.9L=900mL类型四：与Al(OH)3、Al3+、AlO2―有关的图像例题4把x溶液（或气体）慢慢加入（或通入）到一定量的y溶液中，产生的沉淀量与加入x物质的量的关系如图所示，符合图中曲线的是（）A、x为CO2，y为Ca(OH)2B、x为NH3·H2O，y为AlCl3C、x为NaOH，y为AlCl3D、x为HCl，y为NaAlO2【答案】D【解析】CO2通入Ca(OH)2溶液中可产生碳酸钙沉淀，继续通CO2沉淀溶解而生成Ca(HCO3)2溶液。氨水加入AlCl3溶液产生沉淀，但过量不溶，方程式为：Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+NaOH溶液滴加到AlCl3溶液中生成Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成偏铝酸盐。AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaClAl(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O盐酸加入到NaAlO2溶液中，先生成Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成三价铝盐。HCl+NaAlO2+H2O=Al(OH)3↓+NaClAl(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O从观察方程式的系数，定量角度分析。举一反三：【变式1】有一透明溶液，可能含有Al3+、Fe3+、K+、NH4+、Mg2+和Cu2+等离子中的一种或几种。现加入Na2O2粉末只有无色无味的气体放出，并同时析出白色沉淀。加入Na2O2的量与生成白色沉淀的量之间的关系用下图来表示。试推断：（1）原溶液中一定含有________。（2）一定不含有________。（3）可能含有________。（4）为了进一步确定可能含有的离子，应增加的实验操作为________。【答案】（1）Al3+和Mg2+（2）Fe3+、NH4+、Cu2+（3）K+（4）焰色反应【解析】向溶液里加入过氧化钠粉末，会发生Na2O2和H2O的反应，生成NaOH和O2。因题目中没有刺激性气味气体产生，说明原溶液中不含有Fe3+和NH4+。又因生成的沉淀是白色的，所以原溶液中不含有Fe3+和Cu2+。根据图中曲线的变化，表明随Na2O2的加入（即NaOH的形成），白色沉淀逐渐增多，后来又逐渐减少，最后保持不变，说明原溶液中一定含有Al3+和Mg2+。K+可能存在，可通过焰色反应来检验。规律总结：解答图像计算题，必须抓住有关化学原理和有关物质的性质，结合图像的特点，综合分析逐步计算求解，其关键是抓住图像四点（原点、交点、转折点、终点），数形结合，分析计算。【变式2】向20mL某物质的量浓度AlCl3溶液中滴入2mol·L―1NaOH溶液时，得到Al(OH)3沉淀质量与所滴加NaOH溶液的体积（mL）关系如右图所示，试回答下列问题：（1）图中A点表示的意义是________。（2）图中B点所示的意义是________。（3）上述两反应用总的离子方程式可表示为________。（4）假若溶液中有Al(OH)3沉淀0.39g，则此时用去NaOH溶液的体积为________。【答案】（1）加入NaOH溶液15mL时，沉淀达到最多，质量为0.78g（2）当NaOH溶液达到20mL时，生成的沉淀恰好全部溶液（3）Al3++4OH―＝AlO2―+2H2O（4）7.5mL或17.5mL【典型例题】类型一：金属与水（水蒸气）反应的实验探究例1如下图所示，在玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热并通入水蒸气，用试管收集产生的经干燥的气体，并靠近火焰点火。（1）所观察到的现象是________，有关反应的化学方程式是________。（2）干燥管内可装入的试剂是________，其作用是________。干燥管还可用________（填装置名称）代替。（3）玻璃管中石棉绒的作用是________。实验开始时应先点燃________，实验结束时，应先熄灭______。【答案】（1）红热的铁与水蒸气反应，放出气体，这种气体靠近火焰点火时，能燃烧或发出爆鸣声3Fe+4H2O(g)△Fe3O4+4H2（2）碱石灰（或无水CaCl2、硅胶等）吸收水蒸气，干燥氢气U形管（3）铁粉的载体，增大铁粉与水蒸气的接触面积酒精灯酒精喷灯【解析】常温下Fe不与H2O发生反应，但在高温下，Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4和H2。因铁粉和Fe3O4均为黑色，因此实验过程中固体颜色无明显变化，但产物H2可用点燃的方法验证。石棉绒成分为硅酸盐，它耐高温且性质稳定，是铁粉的载体。举一反三：【变式1】有人设计了如右图所示的实验装置，目的是做钠与水反应的实验并验证：①钠的物理性质；②钠与水反应的产物是什么。（1）当进行适当操作时还需要的仪器有________。（2）如何进行操作？________。（3）实验现象是________。【答案】（1）小试管和酒精灯（2）将大头针向上提，使钠块落入水中，将小试管扣在导管上收集反应产生的气体，用拇指堵住小试管口移近酒精灯，松开拇指点燃小试管中的气体（3）钠浮在水面上很快熔化成闪亮的小球，并逐渐消失，水溶液由无色变成红色，点燃小试管中的气体时，有尖锐的爆鸣声类型二：铁的氧化物、氢氧化物的性质例2有0.4g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入足量的澄清石灰水中，得到0.75g固体沉淀物。这种铁的氧化物的化学式为（）。A．FeOB．Fe2O3C．Fe3O4D．Fe4O5【答案】B【解析】可设这种铁的氧化物的化学式为FexOy，则发生的反应为FexOy+yCO高温xFe+yCO2，Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O。从而得到FexOy与CaCO3的关系式为：FexOy～yCaCO356x+16y100y0.4g0.75g56161000.4g0.75gxyy解得：x∶y＝2∶3。所以，这种铁的氧化物的化学式为Fe2O3。【总结升华】（1）Fe3O4是一种纯净物，而不是由FeO和Fe2O3组成的混合物。其组成也可用盐的形式表示为Fe(FeO2)2。（2）铁的氧化物都能与铝粉混合发生铝热反应，其通式可以表示为：2yAl+3FexOy高温yAl2O3+3xFe此反应可应用于野外焊接钢轨，在定向爆破中熔断钢筋。举一反三：【变式1】对于金属的氢氧化物，下列说法正确的是（）。A．全部由金属氧化物溶于水制