铝铁的重要化合物

　
目标
知识技能：复习铝盐、偏铝酸盐及氢氧化铝之间的转化关系及转化时量的关系；能用离子方程式正确表达它们之间的关系；应用化学平衡原理解释氢氧化铝的两性，掌握实验室制备氢氧化铝的方法；
复习铁，二价铁，三价铁三者之间的相互转化关系，并能正确写出有关的氧化还原反应的离子方程式；掌握铁离子及亚铁离子的检验方法；通过计算掌握变价金属与硝酸反应时铁的量不同，反应产物不同。
能力培养：培养学生总结概况形成规律性认识的能力；培养学生的实验能力、观察能力及综合分析问题和解决问题的能力。
科学思想：通过复习氢氧化铝的两性及铝元素在化合物中的转化关系，对学生进行量变到质变、矛盾的对立统一等辩证唯物主义观点的教育；通过对铝、铁的综合题的计算，使学生建立数、形结合思想，拓展解题思路。
科学品质：通过学习，使学生善于总结，并在总结中发现问题。
科学方法：教会学生将化学中的定量问题表格化、图象化；通过对实验的观察，了解现象与本质的关系，使学生进一步掌握用实验的方法将化学中微观的问题宏观化；抽象的问题具体化。
重点、难点
重点：氢氧化铝的两式电离；铝化合物之间转化的量的关系；铁，二价铁，三价铁之间的转化关系及氢氧化亚铁转化成氢氧化铁；
难点：铝化合物之间转化的图象表示；变价金属与硝酸反应的计算。
过程设计
教师活动
【引言】
铝、铁是中学化学元素化合物中的重点，而其中的Al（OH）3、

和“铁三角”的这两部分内容既是重点又是难点，同时又是高考的热点。所以高三对这两部分内容的复习是非常重要的。结合这段内容，我准备了八个问题，其中有两个问题昨天已经布置下去了，请同学们分成小组先把上节布置的内容讨论一下，然后我们再按提纲逐一讨论，最后一起归纳总结。我们今天采用大屏幕实物投影，请同学们将讨论的结果直接写在白纸上，以便和其他的同学一起交流。
【投影】题目见右栏
将学生分成5～6人一组，按问题逐一讨论。
学生活动
回忆并讨论昨天布置的两题：

式正确表示其关系。

的化学方程式或离子方程式。
分组讨论。
【投影】例1

确表示其关系。
【要求】
1．指出三者之间存在着怎样的关系？
2．用离子方程式正确表示他们之间的关系。
3．通过总结发现其中的规律。
请一位同学到前面展示自己总结的内容：

（1）Al3++3OH-=Al（OH）3↓



（5）Al（OH）3+3H+=Al3++3H2O

注：回答问题中，学生能够找出三者之间的关系，但思维无序，随意安排（1）～（6），故很难发现其中的规律。以上结果为两个同学补充的最终结果。
【评价】
同学们对三者之间的转化关系掌握较好，在此基础上还应正确排列（1）～（6），这样即可发现（1）～（3）中1mol铝离子能与3mol氢氧根反应生成氢氧化铝，而与4mol氢氧根反应则生成偏铝酸盐；同样的关系也可在（4）～（6）中发现，由此看出量变引起质变。
【投影】例2

【要求】
1．用桌上的仪器和药品完成题目所示实验，注意观察实验现象。
2．A、B中的反应现象是否相同？（用离子方程式表示）
3．用平衡移动原理解释Al（OH）3既能和强酸又能和强碱反应的原理。
分组实验、讨论并回答：
（A）Al3++3OH-=Al（OH）3↓

现象：先产生白色絮状沉淀，当氢氧化钠过量时沉淀消失。

现象：先产生沉淀，震荡消失，当AlCl3过量时产生沉淀不再消失。
得出结论：
当反应物相同，而反应的顺序不同时，现象也不同。
注：个别组的同学因药品用量不当，未在规定时间内做出正确现象。
得出结论：Al（OH）3是两性化合物，既能和强酸反应又能和强碱反应。
解释：

（1）当加酸时，H+立即跟溶液里少量的OH-起反应而生成水，平衡向右移动，氢氧化铝不断溶解。
（2）当加碱时，OH-立即跟溶液里少量的H+起反应而生成水，平衡向左移动，同样氢氧化铝也不断溶解。
这就是氢氧化铝既能和酸又能和碱起反应的原因。
4．实验室制取Al（OH）3时为何不用强碱？
回答：因氢氧化铝溶于强碱，所以实验室用氨水与铝盐反应：
Al3++3NH3?H2O=Al（OH）3↓+3NH4+
【评价】
大部分同学操作正确，个别同学一开始制的Al（OH）3过多，未注意用量，造成后来溶解不利；也有的是因为未逐滴加入药品，也未看见实验的全过程。关于Al（OH）3的两式电离理解正确，故能得出实验室制备氢氧化铝的正确方法。
【投影】例3
画出下列各反应中生成沉淀的物质的量（纵坐标）随所加入或滴入的反应物的物质的量（横坐标）的变化曲线。
（1）在氯化铝溶液中加入氢氧化钠溶液；
（2）在偏铝酸钠溶液中加入盐酸；
（3）在氢氧化钠溶液中加入氯化铝溶液；
（4）在等物质的量的氯化镁和氯化铝混合溶液中加入氢氧化钠溶液；
（5）在明矾溶液中加入氢氧化钡溶液。
【演示】牛津剑桥化学教学软件，帮助同学直观建立有关图象，指出该类题是高考中常见题型，这类题是运用数形结合思想解决化学问题的典型题例。
【组织讨论】请同学们对例3进行讨论，并将结论写在投影胶片上。
讨论后，展示一组的投影片，5个变化曲线图及解释如下：

图（1）1mol铝离子与3mol氢氧根反应生成氢氧化铝，而与4mol氢氧根反应就生成偏铝酸盐。
图（2）1mol偏铝酸根与1mol氢离子反应就生成氢氧化铝，而与4mol氢离子反应就生成铝盐。
图（3）该反应的原理为：


当加入3mol铝离子时，溶液中开始产生沉淀，再加入1mol铝离子时，产生沉淀量最大且不再消失。
图（4）由于1mol镁离子与2mol氢氧根反应生成沉淀，所以该组溶液达到沉淀最大量与氢氧化铝溶解所消耗的氢氧根之比为5∶1。
图（5）这个反应比较复杂，反应为：
2KAl（SO4）2+3Ba（OH）2=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓+K2SO4
2Al（OH）3+K2SO4+Ba（OH）2=BaSO4↓2KAlO2+4H2O
讨论：若KAl（SO4）2为a mol，Ba（OH）2为b mol，

故1molKAl（SO4）2与Ba（OH）2生成沉淀最大量时为2.5 mol，图象表现为开始时沉淀的物质的量增加，后减少，最后不变。
【评价】同学对该组问题的讨论很认真。解该类题的关键是：先明确化学反应原理，然后找出1mol沉淀需要某一反应物的物质的量与溶解1mol沉淀需要该反应物的物质的量的比值，结合图象分析判断。
【投影】例4

学方程式或离子方程式。
【提问】
Fe→Fe2+，Fe→Fe3+各选用哪些氧化剂？
Fe2+与Fe3+的氧化还原特性如何？
请一位同学到前面展示自己总结的内容：

（1）Fe+2H+=Fe2++H2↑
（2）2Fe+3Cl2=2FeCl3
（3）2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
（4）2Fe3++H2S=2Fe2++S+2H+
（5）FeO+C=Fe+CO
（6）Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
【讨论后回答】
Fe→Fe2+加弱氧化剂，例如：S、H+（非氧化性酸、Cu2+等）
Fe→Fe3+加强氧化剂，例如：Cl2、HNO3等）
Fe2+主要体现还原性
Fe3+主要体现氧化性
【评价】
组内同学讨论热烈，化学方程式或离子方程式书写正确率高，我们只展示了一组，只要合理，其他答案也正确。
【投影】例5
在氯化亚铁溶液中投入一块钠，反应结束后过滤，把滤渣放入坩埚中加热，最后得到的固体是______。

实验：
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
FeCl2+2NaOH=Fe（OH）2+2NaCl
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
2Fe（OH）3 Fe2O3+3H2O
氢氧化铁受热分解的产物是Fe2O3。
分析讨论：
现象：白色沉淀→灰绿色→红褐色沉淀
所以加热分解的产物为Fe2O3。
注：个别学生不了解这一反应，故认为沉淀是Fe（OH）2。
因过滤及加热分解时间过长，故该两步实验可以略去。
指导实验：
1．注意金属钠的取用方法；
2．注意观察实验现象；
3．由于反应较剧烈故应注意安全。
【小结】
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
该反应的现象是推断铁及铁化合物的突破口。
【评价】
实验做得很认真，但个别女同学胆子较小，不敢做，望今后加强动手能力，提高实验意识。
【投影】例6
要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+。进行实验操作的顺序有：①加入足量氯水，②加入足量高锰酸钾溶液，③加入少量硫氢化铰溶液，其中顺序正确的是　　　　　　　　　　　　　 （ 　　　）
A．①③　　　　　　　　　　　　　　　　 B．③②
C．③①　　　　　　　　　　　　　　　　 D．①②③
个别实验：
请一位同学到讲台前用事先准备好的药品进行实验。因Fe3+遇SCN-生成Fe（SCN）3而显血红色，Fe2+遇氯水才能氧化成Fe3+，高锰酸钾溶液本身显紫色，故应选C。注：学生容易忽视高锰酸钾的颜色。
【总结】
同学们已经掌握了三价铁及亚铁离子的检验方法。
【投影】例7
有28g铁完全溶于500 g 20.16％的稀HNO3中恰好完全反应，生成物是什么？质量是多少克？
请同学们讨论，分析解题思路并求解。
分组讨论：
请一组的同学派一个代表向同学介绍解题思路（同组的其他同学补充）。
由题目可知：

Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO+2H2O（3∶12）
3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2 +2NO+4H2O（3∶8）
3∶9.6介于（3∶12）和（3∶8）之间，所以生成物既有Fe（NO3）3又有Fe（NO3）2
设生成 x mol Fe（NO3）3，y mol Fe（NO3）2，可得方程式x+y=0.5，4x+8y/3=1.6，联立求解得x=0.2mol，y＝0.3mol。
即 Fe（NO3）3为242×0.2=48.4g，Fe（NO3）2为180×0.3=54g。
注：本题选一名平时学得较好的同学回答，有利于正确概念的建立。
【小结】
通过计算使同学们明确，变价金属与硝酸反应时，铁的量不同，反应产物不同。
【投影】例8
为使溶液中的三种阳离子A+、B2+、C3+逐一沉淀出来并分离，将含有三种阳离子的水溶液进行如下实验：

【组织讨论】请讨论以下问题，并给出正确答案。
（1）写出过滤所用仪器名称。
（2）C3+可能是Al3+、Fe3+离子吗？为什么？
（3）B2+离子可能是Fe2+离子吗？为什么？
分组讨论：
1．铁架台、铁圈、烧杯、漏斗、玻璃棒。
2．C3+可能是Al3+，因为在酸性条件下，Al3+不与H2S反应，但与过量的氨水反应生成Al（OH）3沉淀。C3+不可能为Fe3+，因为会发生如下反应：
2Fe3++H2S=2Fe2++S+2H+
3．B2+不可能是亚铁，因为在酸性条件下，Fe2+不能转化成硫化亚铁沉淀。
【评价】
该题充分考查同学综合分析问题和解决问题的能力。讨论激烈思维活跃。　
　
精选题
　
一、选择题（本题有1～2个答案正确）
1．下列各组物质的水溶液不用试剂无法鉴别出来的是　　　　　　　　 （　　　 ）
A．NaOH、AlCl3　　　　　　　　　　　 B．CuSO4、BaCl2
C．NaAlO2、HCl　　　　　　　　　　　 D．MgCl2
2．下列各组离子中，能在水溶液中大量共存且溶液显酸性的是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （　　　 ）

B．Al3+、Mg2+、SO42-
C．AlO2-、HCO3-、Na+
D．Al3+、AlO2-、Cl-
3．在30mL 1 mol?L-1氯化铝溶液中加入4 mol?L-1的烧碱溶液，若能生成0.01mol的沉淀，则加入烧碱溶液的体积可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （　　　 ）
A．3mL　　　　　　　　　　　　　　　　　　 B．7.5mL
C．27.5mL　　　　　　　　　　　　　　　 D．以上都不对
4．将含有A、B、C三种金属离子的水溶液进行实验：

符合上述情况的三种金属离子是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （　　　 ）
A．Ag+、Cu2+、Al3+
B．Ag+、Fe2+、Al3+
C．Ag+、Ba2+、Fe3+
D．Ag+、Cu2+、Fe3+
5．用稀H2SO4、NaOH溶液和金属铝为原料制取Al（OH）3，甲、乙、丙三个同学制备的途径分别是：

若要得到等量的Al（OH）3，则　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （　　　 ）
A．三者消耗原料相同
B．甲消耗原料最多
C．乙消耗原料最少
D．丙消耗原料最多
6．将适量铁粉放入三氯化铁溶液中，完全反应后，溶液中三价铁离子和二价铁离子浓度相等。则已反应的三价铁离子和未反应的三价铁离子的物质的量之比是　　　　　　　　　　　　　　 （　　　 ）
A．2∶3　　　　　　　　　　　　　　　　 B．3∶2
C．1∶2　　　　　　　　　　　　　　　　 D．1∶1
7．可把苯酚、硫氰化钾、乙酸、氢氧化钠、碳酸氢钠鉴别开来的是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （　　　 ）
A．溴水　　　　　　　　　　　　　　　　 B．甲基橙
C．氢氧化铜　　　　　　　　　　　　　 D．氯化铁溶液
8．将大量铁粉溶于少量稀硝酸中，过滤后，所得离子浓度大小的顺序排列正确的是　 （　　　 ）
A．[NO3-]＞[Fe3+]＞[H+]＞[OH-]
B．[NO3-]＞[Fe2+]＞[H+]＞[OH-]
C．[Fe3+]＞[NO3-]＞[H+]＞[OH-]
D．[Fe2+]＞[NO3-]＞[OH-]＞[H+]
9．按下列过程，最终能够实现的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （　　　 ）
A．Fe FeCl2溶液 FeCl3溶液 FeCl3晶体
B．FeSO4溶液 Fe（OH）2 Fe（OH）3 Fe2（SO4）3溶液 Fe2（SO4）3

C．镀锌铁片 静置5min，刻痕处显红色
D．Cu CuO CuSO4溶液 胆矾
10．某溶液中有NH4+、Mg2+、Fe2+、Al3+四种离子，若向其中加入过量的氢氧化钠溶液，微热并搅拌，再加入过量盐酸，溶液中大量减少的阳离子是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （　　　 ）
A．NH4+　　　　　　　　　　　　　　　　　 B．Mg2+
C．Fe2+　　　　　　　　　　　　　　　　　　 D．Al3+
二、非选择题
11．在有固体氢氧化铝存在的饱和溶液中，存在着如下平衡：

别加入（1）氢氧化钠溶液，（2）盐酸，（3）已分别用氢氧化钠、硝酸汞溶液处理过的铝条，（4）水。根据平衡原理回答：
（A）使固体质量增加的______，（B）使偏铝酸根离子物质的量增加的______，（C）使铝离子物质的量增加的______。
12．某物质的水溶液显浅绿色，向该溶液中通入过量的氯气后；加入四氯化碳振荡，静置，溶液分成两层，四氯化碳层为棕色，用分液漏斗分液后，向水层中加入硫氰化钾溶液显红色。则该物质是______，向该物质的水溶液中，通入氯气时，反应的离子方程式为____________；向水层中加入硫氰化钾溶液时，反应的离子方程式为______。
13．现有氯化铝和氯化铁混合溶液，其中铝离子和三价铁离子的物质的量之和为0.1mol，在此溶液中，加入90mL4mol?L-1的氢氧化钠溶液，使其充分反应。设铝离子的物质的量与总物质的量的比值为X。
（1）根据反应的化学方程式计算当x=0.4时，溶液中产生的沉淀是什么？物质的量有多少？
（2）计算沉淀中只有氢氧化铁x的取值范围。
请在右图中画出沉淀总量（mol）随x（0～1）变化的曲线。

　
答　 案
　
一、选择题
1．D　　　 2．B　　　　 3．B、C　 4．A 5．B、D
6．A　　　 7．D　　　 8．B　　　　 9．B、D 10．A、C
二、非选择题
11．（A）（3）；（B）（1）（4）；（C）（2）（4）
12．FeBr2　 2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+6Cl-
Fe3++SCN-=[Fe（SCN）]2+
13．（1）有0.6mol氢氧化铁沉淀生成。
（2）0＜X＜0.6时，沉淀只有氢氧化铁；
x=0时，氢氧化铁的沉淀量为0.1mol；
x=0.4时，氢氧化铁的沉淀量为0.06mol；

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