【文化课学习笔记】【化学】金属及其化合物

【化学】必修一：金属及其化合物

钠及其化合物

钠单质

物理性质

1. 颜色：银白色，有金属光泽；
2. 密度：${\rho }_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}>{\rho }_{\mathrm{Na}}>{\rho }_{\mathrm{煤油}}$（钠可以在煤油中进行保存）；
3. 熔点：低于 $100℃$；
4. 硬度：柔软，可用小刀切割；
5. 自然界中存在形态：只有化合态。

化学性质

1. 与氧气的反应：
   $$\begin{gathered} 4Na+{\mathrm{O}}_2=2N{\mathrm{a}}_2\mathrm{O}（失去金属光泽） \\ 2Na+{\mathrm{O}}_2\stackrel{△}{}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{O}}_2（淡黄色） \end{gathered}$$
   钠的连续氧化：从钠反应得到氧化钠再反应得到过氧化钠，第一个反应钠化合价由 $0\to +1$，第二个反应氧化合价由 $-2\to -1$。

   钠在空气中久置：
   $$\mathrm{Na}\stackrel{{\mathrm{O}}_2}{}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{O}\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{}\mathrm{NaOH}\stackrel{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2}{}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3\cdot 10{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$$

2. 与水反应：
   $$\begin{gathered} 2Na+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=2NaOH+{\mathrm{H}}_2\uparrow \\ 2Na+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=2N{\mathrm{a}}^{+}+2O{\mathrm{H}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\uparrow \end{gathered}$$
   将钠单质加入到含有酚酞的水溶液中现象：浮熔游响红

   浮：密度小于水；

   熔：熔点低；放热；

   游响红：生成氢气。

3. 与盐溶液反应：

   先与水反应，生成的 $\mathrm{NaOH}$ 再与盐溶液反应。

   注意：钠加入到饱和氢氧化钠水溶液中，氢氧化钠析出。

钠的氧化物

一般性规律：

1. $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{O}}_2$ 与 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ 和 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 的反应中均既做氧化剂又做还原剂，均生成氧气；
2. $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{O}}_2$ 与 $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$ 反应时并不是按照跟 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ 和 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 的反应规律反应的，因为 $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$ 还可以被氧化（硫元素化合价可以上升），但 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ 和 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 中氢元素和碳元素已经到达最高价态，不能被氧化。
3. 不能电解 $\mathrm{NaCl}$ 溶液制备金属和氧气。因为在水溶液中制备出来的钠单质会直接与水发生反应又生成 $\mathrm{NaOH}$。所以制备钠和氯气应该使用电解熔融的 $\mathrm{NaCl}$。
4. $1\mathrm{mol}$ 钠发生氧化还原反应，无论发生了什么反应，转移的电子数永远是 $1{\mathrm{N}}_{\mathrm{A}}$。

碳酸钠与碳酸氢钠

说明：

1. 侯氏制碱法（制备纯碱）：先将氨气和二氧化碳分别通入到饱和 $\mathrm{NaOH}$ 溶液（先通氨气：溶解后使得溶液变为碱性增大二氧化碳的吸收效果），碳酸氢钠析出（因为溶解度最小），将碳酸氢钠加热后，得到碳酸钠。

   图解：

   

2. 验证碳酸钠与碳酸氢钠热稳定性的套管实验：

   实验装置：

   

   外部试管温度高，故必须放碳酸钠，以此说明碳酸氢钠热稳定性更强。固体不可以颠倒。

3. 碳酸氢钠受热分解的应用：①烘焙；②干粉灭火器；

4. 不能用 $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2$ 检验二者，因为两者现象相同，均生成白色沉淀；

5. 可以用可溶性钙盐、钡盐检验二者，碳酸钠生成白色沉淀，碳酸氢钠无沉淀；

6. 二者相互转换：
   $$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3\underset{\mathrm{加热或加氢氧化钠溶液}}{\overset{\mathrm{通二氧化碳或滴加少量酸}}{}}\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$$

7. 鉴别：

   • 固体：
     1. 溶解度：$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3>\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$；
     2. 加酸：立即冒泡，快：$\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$（可作制酸剂，碳酸钠不能作，因为其腐蚀性强）；
     3. 加热：分解：$\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$（是固体，不是水溶液）；
   • 水溶液：
     1. $\mathrm{pH}$：$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3>\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$；
     2. 加酸：逐滴加酸，立即冒泡：$\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$；
     3. 沉淀：假如氯化钙、氯化钡等可溶性钡盐，产生白色沉淀：$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$

8. 除杂：

   • $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ 固体（$\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$）：加热；
   • $\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$ 溶液（$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$）：通入二氧化碳；
   • $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$溶液（$\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$）：假如适量氢氧化钠溶液。

焰色反应

1. 概念：很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特征颜色，根据火焰呈现的特征颜色，可以判断试样中所含的金属元素，化学上把这样的定性分析操作称为焰色反应。

2. 实验操作：

   

   注意事项：

   • 使用盐酸洗净而不是硫酸的原因：盐酸具有挥发性，硫酸不易挥发；
   • 用铂丝或铁丝灼烧，不能用铜丝或玻璃棒代替铂丝的原因：二者焰色反应与火焰颜色差别不大不会干扰试验，玻璃棒本身有钠元素会干扰试验。
   • 灼烧钠化合物和单质，火焰呈黄色；
   • 透过蓝色钴玻璃，钾化合物及其单质呈紫色。
   • 焰色反应属于物理变化不属于化学变化。

   常见金属焰色：

   

铝及其化合物

铝单质

1. 铝元素是地壳中含量最多的金属元素；

2. 活泼，常温下就能与氧气反应，生成一层致密的氧化铝薄膜；

3. 与酸的反应

   • 稀 ${\mathrm{H}}_{2}SO4$、$\mathrm{HCl}$：$2Al+6{\mathrm{H}}^{+}=2A{\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{H}}_2\uparrow$；

   • 稀硝酸（具有氧化性）：跟硝酸根反应，不是跟氢离子反应：$\mathrm{Al}+4HN{\mathrm{O}}_3(\mathrm{稀})=\mathrm{Al}(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{)}_3+\mathrm{NO}\uparrow +2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

     铝加入溶液中如果只生成氢气，那么溶液中不能大量存在 ${\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3}^{-}$。

   • 浓硝酸、浓硫酸：常温 $\to$ 钝化。

     钝化的三个条件：①铁或铝；②常温（冷）；③浓硫酸或浓硝酸。

4. 与碱的反应：$2Al+2NaOH+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=2NaAl{\mathrm{O}}_2+3{\mathrm{H}}_2\uparrow$（化学计量数：四 2 一 3）

5. 铝的制备：

   铝在地壳中主要以铝土矿等矿物形式存在，提纯 $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$ 后，用电解法制备铝。

   $2A{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3(\mathrm{熔融})\underset{\mathrm{冰晶石}}{\overset{\mathrm{电解}}{}}4Al+3{\mathrm{O}}_2\uparrow$

6. 铝热反应：是指工业上用铝粉来还原一些金属氧化物得到难溶金属的反应，用于冶炼稀有金属、野外焊接铁轨、定向爆破等。

   

$$2Al+\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3\stackrel{\mathrm{高温}}{}2Fe+\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$$

注意：工业上不用铝热反应制备铁。

氧化铝

1. 物理性质：白色固体，熔点高，硬度大，难溶于水。
2. 用途：①制耐火材料；②冶炼铝
3. 两性氧化物：既能与强酸反应生成盐和水又能与强碱反应生成盐和水。
   • 与强酸反应：$\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+6{\mathrm{H}}^{+}=2A{\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
   • 与强碱反应：$\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+2O{\mathrm{H}}^{-}=2{\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

氢氧化铝

1. 物理性质：白色固体，难溶，胶体，吸附能力强能凝聚水中的悬浮物。

2. 两性氢氧化物：

   • 与强酸反应：$\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+3{\mathrm{H}}^{+}=\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
   • 与强碱反应：$\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}={\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

3. 热稳定性：$2Al(\mathrm{OH}{)}_3\stackrel{△}{}2Al+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

4. 制备：

   

   $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$ 变 $\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3$ 强碱、弱碱均可，一般制备时用弱碱更好，因为强碱无法控制量，有可能生成偏铝酸根。$\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3$ 变 ${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ 只能用强碱。弱碱无法让沉淀溶解。

   同理，${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ 变 $\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3$ 强酸、弱酸均可，一般制备时用弱酸更好，因为强酸无法控制量，有可能生成铝离子。$\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3$ 变 $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$ 只能用强酸。弱酸无法让沉淀溶解。

   • 可溶性铝盐溶液与氨水反应：$\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3N{\mathrm{H}}_3\cdot {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow +3{\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}$；
   • 由偏铝酸盐制取：过量二氧化碳通入偏铝酸钠溶液，即：${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow +{\mathrm{HC}{\mathrm{O}}_3}^{-}$

铝三角

一般性规律：

1. $\mathrm{Al}、\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3、\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3、{\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ 加酸（氢离子）最终的归宿都是 $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$；
2. $\mathrm{Al}、\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3、\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3、\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$ 加碱（氢氧根离子）最终的归宿都是 ${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}$。
3. $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$ 无法一步变成 $\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3$。只可能是先加酸变 $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$ 再加碱，或先加碱变 ${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ 再加酸。

方程式：
$$\begin{array}{ccc}(1)& \mathrm{Al}\stackrel{3{\mathrm{H}}^{+}}{}\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}& 2Al+6{\mathrm{H}}^{+}=2A{\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{H}}_2\uparrow \\ (2)& \mathrm{Al}\stackrel{\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}}{}{\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}& 2Al+2O{\mathrm{H}}^{-}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=2{\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+3{\mathrm{H}}_2\uparrow \\ (3)& 2Al\stackrel{{\mathrm{O}}_2/\mathrm{铝热剂}}{}\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3& \{\begin{array}{l}4Al+3{\mathrm{O}}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{}2A{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3\\ 2Al+\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3\stackrel{\mathrm{高温}}{}\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+2Fe\end{array}\\ (4)& \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3\to 2Al& 2A{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3(\mathrm{熔融})\underset{\mathrm{N}{\mathrm{a}}_3\mathrm{Al}{\mathrm{F}}_6}{\overset{\mathrm{电解}}{}}4Al+3{\mathrm{O}}_2\uparrow \\ (5)& 2Al(\mathrm{OH}{)}_3\stackrel{\mathrm{\Delta }}{}\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3& 2Al(\mathrm{OH}{)}_3\stackrel{\mathrm{\Delta }}{}\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ (6)& \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3\stackrel{6{\mathrm{H}}^{+}}{}2Al& \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+6{\mathrm{H}}^{+}=2A{\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ (7)& \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3\stackrel{2{\mathrm{OH}}^{-}}{}2{\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}& \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+2O{\mathrm{H}}^{-}=2{\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ (8)& \mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\stackrel{3{\mathrm{H}}^{+}(\mathrm{必须是强酸})}{}\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}& \mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+3{\mathrm{H}}^{+}=\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ (9)& \mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}\stackrel{3O{\mathrm{H}}^{-}}{}\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow & \mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3O{\mathrm{H}}^{-}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow \\ (10)& {\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}\stackrel{{\mathrm{H}}^{+}}{}\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow & {\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow \\ (11)& \mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\stackrel{{\mathrm{OH}}^{-}(\mathrm{必须是强碱})}{}{\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}& \mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}=\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ (12)& {\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}\stackrel{4{\mathrm{H}}^{+}(\mathrm{必须是强酸})}{}{\mathrm{Al}}^{3+}& {\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+4{\mathrm{H}}^{+}=\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ (13)& {\mathrm{Al}}^{3+}\stackrel{4{\mathrm{OH}}^{-}(\mathrm{必须是强碱})}{}{\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}& \mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+4O{\mathrm{H}}^{-}={\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\end{array}$$

重要考点总汇

1. 两性：只要遇到过量强酸最终反应物就是 $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$，只要遇到过量强碱最终反应物就是 ${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}$；

2. 用途：

   • $\mathrm{Al}$：铝合金；航空航天材料（通常添加适量锂，低密度、高强度）；
   • $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$：耐热材料；炼铝材料；刚玉（与 $\mathrm{C}$ 和 $\mathrm{Si}{\mathrm{O}}_2$ 区别：钻石是 $\mathrm{C}$，宝石是 $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$，玛瑙是 $\mathrm{Si}{\mathrm{O}}_2$）
   • $\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3$：净水剂；制酸剂；阻燃剂。
   • 可溶性铝盐：净水剂。

图像题型总结

1. $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3O{\mathrm{H}}^{-}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow$

   $\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}={\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}\sim 3\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\sim \mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\sim \mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

   

2. ${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow$

   $\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+3{\mathrm{H}}^{+}=\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   ${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}\sim {\mathrm{H}}^{+}\sim \mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\sim 3{\mathrm{H}}^{+}$

   

   拓展：

   $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2=\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3\downarrow +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   $\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+\mathrm{Ca}(\mathrm{HC}{\mathrm{O}}_3{)}_2$

   $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2\sim \mathrm{C}{\mathrm{O}}_2\sim \mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3\sim \mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

   

3. ① $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3N{\mathrm{H}}_3\cdot {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow +3{\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}$

   ② ${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{过量})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+{\mathrm{HC}{\mathrm{O}}_3}^{-}$

   

4. $\mathrm{I}.$ ${\mathrm{H}}^{+}+\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\cdot {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}={\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   $II.$ ① $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3N{\mathrm{H}}_3\cdot {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow +3{\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}$​

   ② ${\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{过量})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+{\mathrm{HC}{\mathrm{O}}_3}^{-}$

   两种情况：过量 $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\cdot {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ 通入既有氢离子又有铝离子的溶液中；过量 $\mathrm{CO_2} $ 通入既有氢氧根又有偏铝酸根的溶液中。

   

5. $\mathrm{I}.①\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}+2O{\mathrm{H}}^{-}=\mathrm{Mg}(\mathrm{OH}{)}_2\downarrow$ $②\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3O{\mathrm{H}}^{-}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow$

   $\mathrm{II}.\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}={\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   

   补充：如果是铝离子和铁离子反应也是相同的图像。

6. $\mathrm{I}.{\mathrm{H}}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}={\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   $\mathrm{II}.①\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}+2O{\mathrm{H}}^{-}=\mathrm{Mg}(\mathrm{OH}{)}_2\downarrow$ $②\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3O{\mathrm{H}}^{-}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3\downarrow$$

   $\mathrm{III}.$ ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}=\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\cdot {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   $\mathrm{IV}.\mathrm{Al}(\mathrm{OH}{)}_3+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}={\mathrm{Al}{\mathrm{O}}_2}^{-}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   

   注意：沉淀达到最大值时，溶液中阳离子只有 $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$，且所有的 $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ 都被反应掉。

铁及其化合物

铁单质

物理性质

银白色金属光泽，粉末为黑色；有良好的导电导热性、延展性；铁能被磁铁吸引。

自然界存在形态

主要以化合态存在，有游离态（陨铁）。

化学性质

1. 与 ${\mathrm{O}}_2$：

• 常温：铁锈（成分为 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3\cdot x{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$）；
• 点燃：$3Fe+2{\mathrm{O}}_2\stackrel{\mathrm{点燃}}{}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_3{\mathrm{O}}_4$

2. 与非金属反应：

   对于氧化性较强的物质：
   $$\begin{gathered} 2Fe+3C{\mathrm{l}}_2\stackrel{\mathrm{点燃}}{}2FeC{\mathrm{l}}_3 \\ 2Fe+3B{\mathrm{r}}_{2}2FeB{\mathrm{r}}_3 \end{gathered}$$

   注意：无论铁是否过量，铁与氯气反应只生成氯化铁，过量的铁不会再跟氯化铁反应生成氯化亚铁，因为生成固体氯化铁，不是水溶液中的三价铁离子。

   对于氧化性较弱的物质：
   $$\begin{gathered} \mathrm{Fe}+{\mathrm{I}}_2\stackrel{△}{}\mathrm{Fe}{\mathrm{I}}_2 \\ \mathrm{Fe}+\mathrm{S}\stackrel{△}{}\mathrm{FeS} \end{gathered}$$

3. 与水反应：

   方程式：
   $$3Fe+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})\stackrel{\mathrm{高温}}{}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_3{\mathrm{O}}_4+4{\mathrm{H}}_2$$
   实验装置：

   

   湿棉花：提供高温水蒸气；

   小木条：将其靠近肥皂液会有爆鸣声，证明肥皂液破裂，生成氢气。

4. 与酸反应

   • 稀盐酸、稀硫酸：$\mathrm{Fe}+2{\mathrm{H}}^{+}=\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+{\mathrm{H}}_2\uparrow$

   • 稀硝酸（过量）：
     $$\begin{gathered} \mathrm{Fe}+\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_3(\mathrm{稀})=\mathrm{Fe}(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{)}_3+\mathrm{NO}\uparrow +2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \\ \mathrm{Fe}+{\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3}^{-}+4{\mathrm{H}}^{+}=\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+\mathrm{NO}\uparrow +2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \end{gathered}$$
     产物是 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$。

     稀硝酸（少量）：
     $$\begin{gathered} 3Fe+8HN{\mathrm{O}}_3(\mathrm{稀})=3Fe(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{)}_2+2NO\uparrow +4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \\ 3Fe+2{\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3}^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}=3F{\mathrm{e}}^{2+}+2NO\uparrow +4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \end{gathered}$$
     相当于铁过量，$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$ 重新被氧化成 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$。

   • 浓硫酸、浓硝酸：

     • 冷、常温：钝化。（不是不反应，是不连续反应。）

     • 加热不钝化：
       $$\begin{gathered} \mathrm{Fe}+6HN{\mathrm{O}}_3(\mathrm{浓})\stackrel{△}{}\mathrm{Fe}(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{)}_3+3N{\mathrm{O}}_2\uparrow +3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \\ 2Fe+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{浓})\stackrel{△}{}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2(\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4{)}_3+3S{\mathrm{O}}_2\uparrow +6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \end{gathered}$$

铁的氧化物

注意：

1. 四氧化三铁不是碱性氧化物，因为其与酸反应生成两种盐；
2. 四氧化三铁与酸的反应实际上可以看做 $\mathrm{FeO}$ 和 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$ 与酸反应的方程式叠加形成；
3. 目前学过的生成四氧化三铁的反应只有三个：①铁在氧气中燃烧；②铁与水蒸气反应；③氧化铁受热分解。

铁的氢氧化物

二者转化：在空气中，$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}{)}_2$ 能够非常迅速地被氧气氧化成 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}{)}_3$；

反应方程式：$4Fe(\mathrm{OH}{)}_2+{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=4Fe(\mathrm{OH}{)}_3$

现象：白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。

铁三角

一般性规律：

1. 铁和 ${\mathrm{H}}^{+}$、${\mathrm{I}}_2$、$\mathrm{S}$、$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$、$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$ 等弱氧化剂反应生成二价铁；
2. 铁和 $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$、$\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2$、稀硫酸、浓硫酸、浓硝酸（两浓酸一稀酸）等强氧化剂反应生成三价铁；
3. 二价铁可以和 2. 中的所有氧化剂反应生成三价铁；除此之外，也可以与酸性高锰酸钾 ${\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_4}^{-}$、酸性重铬酸钾 ${\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7}^{2-}$、${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ 等强氧化剂反应生成三价铁。
4. 不管是二价铁还是铁与“两浓酸一稀酸“反应，生成物均遵循：稀硫酸变一氧化氮，浓硝酸变二氧化氮，浓硫酸变二氧化硫（浓酸变二氧化物，稀酸变一氧化物）。
5. 二价铁和三价铁可以通过 $\mathrm{Zn}$、$\mathrm{Al}$ 等活泼金属（活泼性比铁强），以及 ${\mathrm{H}}_2$、$\mathrm{CO}$、$\mathrm{C}$ 等常见的强还原剂还原为铁单质。
6. 一般情况下，三价铁变铁单质的还原剂需要过量（若不过量可能会反应生成二价铁）。
7. 三价铁可以通过 $\mathrm{Fe}$、$\mathrm{Cu}$ 等金属（活泼性似乎小于等于铁），以及 ${\mathrm{S}}^{2-}$、${\mathrm{S}}^{4+}$、${\mathrm{I}}_2$ 等弱还原剂还原出二价铁；
8. 三价铁离子与铜的反应不是置换反应，同时这也是“用氯化铁溶液来腐蚀铜制印刷电路板”的离子反应。
9. 三价铁与弱还原剂反应遵循：二价硫变硫单质，四价硫变硫酸根离子（价态 +2）。

重点方程式（此处只写上面未提到的且较为重要的）：
$$\begin{array}{cc}& 5F{\mathrm{e}}^{2+}+{\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_4}^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}=5F{\mathrm{e}}^{3+}+\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ & 6F{\mathrm{e}}^{2+}+{\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7}^{2-}+14{\mathrm{H}}^{+}=6F{\mathrm{e}}^{3+}+2C{\mathrm{r}}^{3+}+7{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ & 2F{\mathrm{e}}^{2+}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}^{+}=2F{\mathrm{e}}^{3+}+\mathrm{H}{2}_2\mathrm{O}\\ & 2F{\mathrm{e}}^{3+}+\mathrm{Cu}=2F{\mathrm{e}}^{2+}+\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}\\ & 2F{\mathrm{e}}^{3+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}=2F{\mathrm{e}}^{2+}+\mathrm{S}\downarrow +2{\mathrm{H}}^{+}\end{array}$$

氢氧化亚铁的制备

• 制备原理：$\mathrm{FeS}{\mathrm{O}}_4+2NaOH=\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}{)}_2\downarrow +\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$

• 关键：

  1. 溶液中不含三价铁和氧气等物质：
     • 新配制作 $\mathrm{FeS}{\mathrm{O}}_4$ 溶液且加入少量铁粉（防止 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ 被氧化） ；
     • 配制 $\mathrm{FeS}{\mathrm{O}}_4$ 溶液的蒸馏水、氢氧化钠溶液均需煮沸（除去 ${\mathrm{O}}_2$）；
  2. 制备过程中要保证生成的氢氧化亚铁沉淀处在隔绝空气的体系中。

• 实验装置：

  1. 有机物覆盖层法：

     将吸取氢氧化钠溶液的胶头滴管直接伸入硫酸亚铁溶液中进行挤压，使氢氧化钠直接与硫酸亚铁溶液反应。

     其中，苯与水互不相溶，且 ${\rho }_{笨}<{\rho }_{水}$，也可以用正己烷替换苯。

     四氯化碳不能替换苯，因为其密度大于水。

     

  2. 还原性气体（${\mathrm{H}}_2$）保护法：

     • 先打开止水夹 a：稀硫酸与铁反应生成的 ${\mathrm{H}}_2$ 会充满整个装置，并排除装置内的空气。

     • 再关闭 a：氢气在试管 A 内由于压强会将液面向下挤压，生成的硫酸亚铁被压入导管，进入 B 装置内，与氢氧化钠溶液发生反应，生成白色沉淀。

       

$\mathbf{F}{\mathbf{e}}^{2+}$ 和 $\mathbf{F}{\mathbf{e}}^{3+}$ 的检验

1. 直接观色：二价铁：浅绿；三价铁：棕黄色；
2. 与 $\mathrm{KSCN}$ 溶液反应：二价铁：无明显变化；三价铁：显红色；（最常使用检验三价铁）
3. 利用三价铁离子的氧化性（与 $\mathrm{KI}$ 淀粉溶液反应）：二价铁：不反应；三价铁：溶液变蓝。
4. 利用二价铁离子的还原性（与酸性高锰酸钾溶液反应）：二价铁：紫色褪去；三价铁：不反应；
5. 利用沉淀：
   • 与 $\mathrm{NaOH}$ 溶液反应：二价铁：白色沉淀，迅速灰绿，最终红褐；三价铁：直接生成红褐色沉淀；
   • 与 ${\mathrm{K}}_3[\mathrm{Fe}(\mathrm{CN}{)}_6]$（铁氰化钾） 反应：蓝色沉淀；三价铁：无现象。（最常使用检验二价铁）
6. 检验有二价铁无三价铁：先加入 $\mathrm{KSCN}$ 溶液，不变红（排除三价铁），再加入 ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ 或氯水，溶液变红。不能加入高锰酸钾作为还原剂，因为它本身为紫红色，干扰试验。

$\mathbf{Fe}$、$\mathbf{Cu}$ 与 $\mathbf{FeC}{\mathbf{l}}_3$、$\mathbf{CuC}{\mathbf{l}}_2$ 溶液的反应问题

1. 原理：

$$\begin{gathered} \mathrm{Fe}+2F{\mathrm{e}}^{3+}=3F{\mathrm{e}}^{2+} \\ \mathrm{Fe}+\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}=\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+\mathrm{Cu} \\ 2F{\mathrm{e}}^{3+}+\mathrm{Cu}=2F{\mathrm{e}}^{2+}+\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+} \end{gathered}$$

氧化性：$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}>\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}>\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$（两铁夹一铜）

还原性：$\mathrm{Fe}>\mathrm{Cu}>\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$

2. 反应的先后顺序（根据氧化还原反应“强者先行”）：

   • $\mathrm{Fe}+\mathrm{Cu}\to \mathrm{FeC}{\mathrm{l}}_3$ 溶液：铁先铜后；
   • $\mathrm{Fe}\to \mathrm{FeC}{\mathrm{l}}_3+\mathrm{CuC}{\mathrm{l}}_3$ 溶液：先三价铁再铜离子；

3. 互斥性（判断剩下的物质跟谁会反应）：

   • 反应完还有铁：三价铁、铜离子不存在；
   • 反应完还有铜：三价铁不存在；
   • 反应完还有三价铁：铁、铜不存在（无固体）；换句话说，只要有固体一定没三价铁。
   • 反应完还有铜离子：铁不存在；

铁及其化合物与酸反应的思维模型

1. 观察开始反应物质和结尾反应物质，不考虑中间量，直接根据三大守恒计算；

2. 确认反应方程式&反应先后顺序：

   例：$\mathrm{Fe}$、$\mathrm{FeO}$、$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$ 和 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_3{\mathrm{O}}_4$ 与稀 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ 反应，若假如硫氰化钾溶液不变红，则说明溶液中无 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$，即 $\mathrm{Fe}$ 和 $\mathrm{FeO}$ 反应生成 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$，$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$ 反应生成 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$，$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_3{\mathrm{O}}_4$ 反应生成 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ 和 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$，后两者生成的 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$ 再与过量铁粉反应生成 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$，除去 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$。

3. 考虑让第一步反应过量的剩余物质在第二步再次进行反应，需要弄清“剩余物质”都是什么，且物质的量是多少。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-665626.html

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