鋁 鐵
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)技能：復(fù)習(xí)鋁鹽、偏鋁酸鹽及氫氧化鋁之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系及轉(zhuǎn)化時(shí)量的關(guān)系；能用離子方程式正確表達(dá)它們之間的關(guān)系；應(yīng)用化學(xué)平衡原理解釋氫氧化鋁的兩性，掌握實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化鋁的方法；
復(fù)習(xí)鐵，二價(jià)鐵，三價(jià)鐵三者之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，并能正確寫出有關(guān)的氧化還原反應(yīng)的離子方程式；掌握鐵離子及亞鐵離子的檢驗(yàn)方法；通過計(jì)算掌握變價(jià)金屬與硝酸反應(yīng)時(shí)鐵的量不同，反應(yīng)產(chǎn)物不同。
能力培養(yǎng)：培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)概況形成規(guī)律性認(rèn)識(shí)的能力；培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒂^察能力及綜合分析問題和解決問題的能力。
科學(xué)思想：通過復(fù)習(xí)氫氧化鋁的兩性及鋁元素在化合物中的轉(zhuǎn)化關(guān)系，對學(xué)生進(jìn)行量變到質(zhì)變、矛盾的對立統(tǒng)一等辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育；通過對鋁、鐵的綜合題的計(jì)算，使學(xué)生建立數(shù)、形結(jié)合思想，拓展解題思路。
科學(xué)品質(zhì)：通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生善于總結(jié)，并在總結(jié)中發(fā)現(xiàn)問題。
科學(xué)方法：教會(huì)學(xué)生將化學(xué)中的定量問題表格化、圖象化；通過對實(shí)驗(yàn)的觀察，了解現(xiàn)象與本質(zhì)的關(guān)系，使學(xué)生進(jìn)一步掌握用實(shí)驗(yàn)的方法將化學(xué)中微觀的問題宏觀化；抽象的問題具體化。
重點(diǎn)、難點(diǎn)
重點(diǎn)：氫氧化鋁的兩式電離；鋁化合物之間轉(zhuǎn)化的量的關(guān)系；鐵，二價(jià)鐵，三價(jià)鐵之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系及氫氧化亞鐵轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵；
難點(diǎn)：鋁化合物之間轉(zhuǎn)化的圖象表示；變價(jià)金屬與硝酸反應(yīng)的計(jì)算。
教學(xué)過程設(shè)計(jì)
教師活動(dòng)
【引言】
鋁、鐵是中學(xué)化學(xué)元素化合物中的重點(diǎn)，而其中的Al（OH）3、
和“鐵三角”的這兩部分內(nèi)容既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)，同時(shí)又是高考的熱點(diǎn)。所以高三對這兩部分內(nèi)容的復(fù)習(xí)是非常重要的。結(jié)合這段內(nèi)容，我準(zhǔn)備了八個(gè)問題，其中有兩個(gè)問題昨天已經(jīng)布置下去了，請同學(xué)們分成小組先把上節(jié)布置的內(nèi)容討論一下，然后我們再按提綱逐一討論，最后一起歸納總結(jié)。我們今天采用大屏幕實(shí)物投影，請同學(xué)們將討論的結(jié)果直接寫在白紙上，以便和其他的同學(xué)一起交流。
【投影】題目見右欄
將學(xué)生分成5～6人一組，按問題逐一討論。
學(xué)生活動(dòng)
回憶并討論昨天布置的兩題：
式正確表示其關(guān)系。
的化學(xué)方程式或離子方程式。
分組討論。
【投影】例1
確表示其關(guān)系。
【要求】
1．指出三者之間存在著怎樣的關(guān)系？
2．用離子方程式正確表示他們之間的關(guān)系。
3．通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。
請一位同學(xué)到前面展示自己總結(jié)的內(nèi)容：
（1）Al3++3OH-=Al（OH）3↓
（5）Al（OH）3+3H+=Al3++3H2O
注：回答問題中，學(xué)生能夠找出三者之間的關(guān)系，但思維無序，隨意安排（1）～（6），故很難發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。以上結(jié)果為兩個(gè)同學(xué)補(bǔ)充的最終結(jié)果。
【評價(jià)】
同學(xué)們對三者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系掌握較好，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)正確排列（1）～（6），這樣即可發(fā)現(xiàn)（1）～（3）中1mol鋁離子能與3mol氫氧根反應(yīng)生成氫氧化鋁，而與4mol氫氧根反應(yīng)則生成偏鋁酸鹽；同樣的關(guān)系也可在（4）～（6）中發(fā)現(xiàn)，由此看出量變引起質(zhì)變。
【投影】例2
【要求】
1．用桌上的儀器和藥品完成題目所示實(shí)驗(yàn)，注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
2．A、B中的反應(yīng)現(xiàn)象是否相同？（用離子方程式表示）
3．用平衡移動(dòng)原理解釋Al（OH）3既能和強(qiáng)酸又能和強(qiáng)堿反應(yīng)的原理。
分組實(shí)驗(yàn)、討論并回答：
（A）Al3++3OH-=Al（OH）3↓
現(xiàn)象：先產(chǎn)生白色絮狀沉淀，當(dāng)氫氧化鈉過量時(shí)沉淀消失。
現(xiàn)象：先產(chǎn)生沉淀，震蕩消失，當(dāng)AlCl3過量時(shí)產(chǎn)生沉淀不再消失。
得出結(jié)論：
當(dāng)反應(yīng)物相同，而反應(yīng)的順序不同時(shí)，現(xiàn)象也不同。
注：個(gè)別組的同學(xué)因藥品用量不當(dāng)，未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)做出正確現(xiàn)象。
得出結(jié)論：Al（OH）3是兩性化合物，既能和強(qiáng)酸反應(yīng)又能和強(qiáng)堿反應(yīng)。
解釋：
（1）當(dāng)加酸時(shí)，H+立即跟溶液里少量的OH-起反應(yīng)而生成水，平衡向右移動(dòng)，氫氧化鋁不斷溶解。
（2）當(dāng)加堿時(shí)，OH-立即跟溶液里少量的H+起反應(yīng)而生成水，平衡向左移動(dòng)，同樣氫氧化鋁也不斷溶解。
這就是氫氧化鋁既能和酸又能和堿起反應(yīng)的原因。
4．實(shí)驗(yàn)室制取Al（OH）3時(shí)為何不用強(qiáng)堿？
回答：因氫氧化鋁溶于強(qiáng)堿，所以實(shí)驗(yàn)室用氨水與鋁鹽反應(yīng)：
Al3++3NH3?H2O=Al（OH）3↓+3NH4+
【評價(jià)】
大部分同學(xué)操作正確，個(gè)別同學(xué)一開始制的Al（OH）3過多，未注意用量，造成后來溶解不利；也有的是因?yàn)槲粗鸬渭尤胨幤罚参纯匆妼?shí)驗(yàn)的全過程。關(guān)于Al（OH）3的兩式電離理解正確，故能得出實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化鋁的正確方法。
【投影】例3
畫出下列各反應(yīng)中生成沉淀的物質(zhì)的量（縱坐標(biāo)）隨所加入或滴入的反應(yīng)物的物質(zhì)的量（橫坐標(biāo)）的變化曲線。
（1）在氯化鋁溶液中加入氫氧化鈉溶液；
（2）在偏鋁酸鈉溶液中加入鹽酸；
（3）在氫氧化鈉溶液中加入氯化鋁溶液；
（4）在等物質(zhì)的量的氯化鎂和氯化鋁混合溶液中加入氫氧化鈉溶液；
（5）在明礬溶液中加入氫氧化鋇溶液。
【演示】牛津劍橋化學(xué)教學(xué)軟件，幫助同學(xué)直觀建立有關(guān)圖象，指出該類題是高考中常見題型，這類題是運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想解決化學(xué)問題的典型題例。
【組織討論】請同學(xué)們對例3進(jìn)行討論，并將結(jié)論寫在投影膠片上。
討論后，展示一組的投影片，5個(gè)變化曲線圖及解釋如下：
圖（1）1mol鋁離子與3mol氫氧根反應(yīng)生成氫氧化鋁，而與4mol氫氧根反應(yīng)就生成偏鋁酸鹽。
圖（2）1mol偏鋁酸根與1mol氫離子反應(yīng)就生成氫氧化鋁，而與4mol氫離子反應(yīng)就生成鋁鹽。
圖（3）該反應(yīng)的原理為：
當(dāng)加入3mol鋁離子時(shí)，溶液中開始產(chǎn)生沉淀，再加入1mol鋁離子時(shí)，產(chǎn)生沉淀量最大且不再消失。
圖（4）由于1mol鎂離子與2mol氫氧根反應(yīng)生成沉淀，所以該組溶液達(dá)到沉淀最大量與氫氧化鋁溶解所消耗的氫氧根之比為5∶1。
圖（5）這個(gè)反應(yīng)比較復(fù)雜，反應(yīng)為：
2KAl（SO4）2+3Ba（OH）2=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓+K2SO4
2Al（OH）3+K2SO4+Ba（OH）2=BaSO4↓2KAlO2+4H2O
討論：若KAl（SO4）2為a mol，Ba（OH）2為b mol，
故1molKAl（SO4）2與Ba（OH）2生成沉淀最大量時(shí)為2.5 mol，圖象表現(xiàn)為開始時(shí)沉淀的物質(zhì)的量增加，后減少，最后不變。
【評價(jià)】同學(xué)對該組問題的討論很認(rèn)真。解該類題的關(guān)鍵是：先明確化學(xué)反應(yīng)原理，然后找出1mol沉淀需要某一反應(yīng)物的物質(zhì)的量與溶解1mol沉淀需要該反應(yīng)物的物質(zhì)的量的比值，結(jié)合圖象分析判斷。
【投影】例4
學(xué)方程式或離子方程式。
【提問】
Fe→Fe2+，F(xiàn)e→Fe3+各選用哪些氧化劑？
Fe2+與Fe3+的氧化還原特性如何？
請一位同學(xué)到前面展示自己總結(jié)的內(nèi)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
【討論后回答】
Fe→Fe2+加弱氧化劑，例如：S、H+（非氧化性酸、Cu2+等）
Fe→Fe3+加強(qiáng)氧化劑，例如：Cl2、HNO3等）
Fe2+主要體現(xiàn)還原性
Fe3+主要體現(xiàn)氧化性
【評價(jià)】
組內(nèi)同學(xué)討論熱烈，化學(xué)方程式或離子方程式書寫正確率高，我們只展示了一組，只要合理，其他答案也正確。
【投影】例5
在氯化亞鐵溶液中投入一塊鈉，反應(yīng)結(jié)束后過濾，把濾渣放入坩堝中加熱，最后得到的固體是______。
實(shí)驗(yàn)：
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
FeCl2+2NaOH=Fe（OH）2+2NaCl
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
2Fe（OH）3 
Fe2O3+3H2O
氫氧化鐵受熱分解的產(chǎn)物是Fe2O3。
分析討論：
現(xiàn)象：白色沉淀→灰綠色→紅褐色沉淀
所以加熱分解的產(chǎn)物為Fe2O3。
注：個(gè)別學(xué)生不了解這一反應(yīng)，故認(rèn)為沉淀是Fe（OH）2。
因過濾及加熱分解時(shí)間過長，故該兩步實(shí)驗(yàn)可以略去。
指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)：
1．注意金屬鈉的取用方法；
2．注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；
3．由于反應(yīng)較劇烈故應(yīng)注意安全。
【小結(jié)】
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
該反應(yīng)的現(xiàn)象是推斷鐵及鐵化合物的突破口。
【評價(jià)】
實(shí)驗(yàn)做得很認(rèn)真，但個(gè)別女同學(xué)膽子較小，不敢做，望今后加強(qiáng)動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)意識(shí)。
【投影】例6
要證明某溶液中不含F(xiàn)e3+而可能含有Fe2+。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的順序有：①加入足量氯水，②加入足量高錳酸鉀溶液，③加入少量硫氫化鉸溶液，其中順序正確的是 （ ）
A．①③ B．③②
C．③① D．①②③
個(gè)別實(shí)驗(yàn)：
請一位同學(xué)到講臺(tái)前用事先準(zhǔn)備好的藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因Fe3+遇SCN-生成Fe（SCN）3而顯血紅色，F(xiàn)e2+遇氯水才能氧化成Fe3+，高錳酸鉀溶液本身顯紫色，故應(yīng)選C。注：學(xué)生容易忽視高錳酸鉀的顏色。
【總結(jié)】
同學(xué)們已經(jīng)掌握了三價(jià)鐵及亞鐵離子的檢驗(yàn)方法。
【投影】例7
有28g鐵完全溶于500 g 20.16％的稀HNO3中恰好完全反應(yīng)，生成物是什么？質(zhì)量是多少克？
請同學(xué)們討論，分析解題思路并求解。
分組討論：
請一組的同學(xué)派一個(gè)代表向同學(xué)介紹解題思路（同組的其他同學(xué)補(bǔ)充）。
由題目可知：
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）之間，所以生成物既有Fe（NO3）3又有Fe（NO3）2
設(shè)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，聯(lián)立求解得x=0.2mol，y＝0.3mol。
即 Fe（NO3）3為242×0.2=48.4g，F(xiàn)e（NO3）2為180×0.3=54g。
注：本題選一名平時(shí)學(xué)得較好的同學(xué)回答，有利于正確概念的建立。
【小結(jié)】
通過計(jì)算使同學(xué)們明確，變價(jià)金屬與硝酸反應(yīng)時(shí)，鐵的量不同，反應(yīng)產(chǎn)物不同。
【投影】例8
為使溶液中的三種陽離子A+、B2+、C3+逐一沉淀出來并分離，將含有三種陽離子的水溶液進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
【組織討論】請討論以下問題，并給出正確答案。
（1）寫出過濾所用儀器名稱。
（2）C3+可能是Al3+、Fe3+離子嗎？為什么？
（3）B2+離子可能是Fe2+離子嗎？為什么？
分組討論：
1．鐵架臺(tái)、鐵圈、燒杯、漏斗、玻璃棒。
2．C3+可能是Al3+，因?yàn)樵谒嵝詶l件下，Al3+不與H2S反應(yīng)，但與過量的氨水反應(yīng)生成Al（OH）3沉淀。C3+不可能為Fe3+，因?yàn)闀?huì)發(fā)生如下反應(yīng)：
2Fe3++H2S=2Fe2++S+2H+
3．B2+不可能是亞鐵，因?yàn)樵谒嵝詶l件下，F(xiàn)e2+不能轉(zhuǎn)化成硫化亞鐵沉淀。
【評價(jià)】
該題充分考查同學(xué)綜合分析問題和解決問題的能力。討論激烈思維活躍。
精選題
一、選擇題（本題有1～2個(gè)答案正確）
1．下列各組物質(zhì)的水溶液不用試劑無法鑒別出來的是 （ ）
A．NaOH、AlCl3 B．CuSO4、BaCl2
C．NaAlO2、HCl D．MgCl2
2．下列各組離子中，能在水溶液中大量共存且溶液顯酸性的是
（ ）
B．Al3+、Mg2+、SO42-
C．AlO2-、HCO3-、Na+
D．Al3+、AlO2-、Cl-
3．在30mL 1 mol?L-1氯化鋁溶液中加入4 mol?L-1的燒堿溶液，若能生成0.01mol的沉淀，則加入燒堿溶液的體積可能是 （ ）
A．3mL B．7.5mL
C．27.5mL D．以上都不對
4．將含有A、B、C三種金屬離子的水溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：
符合上述情況的三種金屬離子是 （ ）
A．Ag+、Cu2+、Al3+
B．Ag+、Fe2+、Al3+
C．Ag+、Ba2+、Fe3+
D．Ag+、Cu2+、Fe3+
5．用稀H2SO4、NaOH溶液和金屬鋁為原料制取Al（OH）3，甲、乙、丙三個(gè)同學(xué)制備的途徑分別是：
若要得到等量的Al（OH）3，則 （ ）
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．將適量鐵粉放入三氯化鐵溶液中，完全反應(yīng)后，溶液中三價(jià)鐵離子和二價(jià)鐵離子濃度相等。則已反應(yīng)的三價(jià)鐵離子和未反應(yīng)的三價(jià)鐵離子的物質(zhì)的量之比是 （ ）
A．2∶3 B．3∶2
C．1∶2 D．1∶1
7．可把苯酚、硫氰化鉀、乙酸、氫氧化鈉、碳酸氫鈉鑒別開來的是
（ ）
A．溴水 B．甲基橙
C．氫氧化銅 D．氯化鐵溶液
8．將大量鐵粉溶于少量稀硝酸中，過濾后，所得離子濃度大小的順序排列正確的是 （ ）
A．[NO3-]＞[Fe3+]＞[H+]＞[OH-]
B．[NO3-]＞[Fe2+]＞[H+]＞[OH-]
C．[Fe3+]＞[NO3-]＞[H+]＞[OH-]
D．[Fe2+]＞[NO3-]＞[OH-]＞[H+]
9．按下列過程，最終能夠?qū)崿F(xiàn)的是 （ ）
A．Fe 
FeCl2溶液 
FeCl3溶液 
FeCl3晶體
B．FeSO4溶液 
Fe（OH）2 
Fe（OH）3 
Fe2（SO4）3溶液 
Fe2（SO4）3
C．鍍鋅鐵片 
靜置5min，刻痕處顯紅色
D．Cu CuO CuSO4溶液 
膽礬
10．某溶液中有NH4+、Mg2+、Fe2+、Al3+四種離子，若向其中加入過量的氫氧化鈉溶液，微熱并攪拌，再加入過量鹽酸，溶液中大量減少的陽離子是 （ ）
A．NH4+ B．Mg2+
C．Fe2+ D．Al3+
二、非選擇題
11．在有固體氫氧化鋁存在的飽和溶液中，存在著如下平衡：
別加入（1）氫氧化鈉溶液，（2）鹽酸，（3）已分別用氫氧化鈉、硝酸汞溶液處理過的鋁條，（4）水。根據(jù)平衡原理回答：
（A）使固體質(zhì)量增加的______，（B）使偏鋁酸根離子物質(zhì)的量增加的______，（C）使鋁離子物質(zhì)的量增加的______。
12．某物質(zhì)的水溶液顯淺綠色，向該溶液中通入過量的氯氣后；加入四氯化碳振蕩，靜置，溶液分成兩層，四氯化碳層為棕色，用分液漏斗分液后，向水層中加入硫氰化鉀溶液顯紅色。則該物質(zhì)是______，向該物質(zhì)的水溶液中，通入氯氣時(shí)，反應(yīng)的離子方程式為____________；向水層中加入硫氰化鉀溶液時(shí)，反應(yīng)的離子方程式為______。
13．現(xiàn)有氯化鋁和氯化鐵混合溶液，其中鋁離子和三價(jià)鐵離子的物質(zhì)的量之和為0.1mol，在此溶液中，加入90mL4mol?L-1的氫氧化鈉溶液，使其充分反應(yīng)。設(shè)鋁離子的物質(zhì)的量與總物質(zhì)的量的比值為X。
（1）根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算當(dāng)x=0.4時(shí)，溶液中產(chǎn)生的沉淀是什么？物質(zhì)的量有多少？
（2）計(jì)算沉淀中只有氫氧化鐵x的取值范圍。
請?jiān)谟覉D中畫出沉淀總量（mol）隨x（0～1）變化的曲線。
答 案
一、選擇題
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、非選擇題
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氫氧化鐵沉淀生成。
（2）0＜X＜0.6時(shí)，沉淀只有氫氧化鐵；
x=0時(shí)，氫氧化鐵的沉淀量為0.1mol；
x=0.4時(shí)，氫氧化鐵的沉淀量為0.06mol；
x=0.6時(shí)，氫氧化鐵的沉淀量為0.04mol。
在0.6≤x≤1內(nèi)，總沉淀量為0.04mol。
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