高一化学竞赛辅导资料几种重要的金属——镁、铝、铁、铜
【知识网络】
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【易错指津】
1．镁是活泼金属，虽不跟碱性溶液反应，但能置换出酸中的氢，也能与水解呈酸性的盐溶液反应产生H2。
2．注意对Al2O3、Al(OH)3两性的理解，以及对Al3+、AlO2-存在条件的认识。
Al2O3、Al(OH)3仅能溶于强酸和强碱溶液中（如在氨水和碳酸中均不溶），Al3+、AlO2-只能分别存在于酸性与碱性溶液中。
Al3+与下列离子不能大量共存：OH-、CO32-、HCO3-、SO32-、S2-、AlO2-， AlO2-与下列离子不能大量共存：H+、HCO3-、NH4+、Al3+、Mg2+、Cu2+。
3．注意正确理解图象的涵义。
图示中每个曲线或每条曲线的转折点（拐点），都反映了特定的反应，若没有找对，或对生成沉淀和沉淀溶解所需加入（或通入）溶液（或气体）的量之比没搞清，易导致错误。
注意研究以下几个实验现象及产生沉淀的量与加入物质的量的数量关系的图象：
①向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量；②向AlCl3和MgCl2混合中逐滴加入NaOH溶液直至过量；④向HCl、MgCl2、AlCl3混合液中逐滴加入NaOH溶液直至过量；③向NaAlO2溶液中逐滴加入HCl溶液直至过量；⑤向HCl溶液中逐滴加入NaAlO2溶液直至过量。
这些是以化学知识为载体考查学生的综合能力的重要的命题内容，认真研究一定会有益处。
4．Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3。所以在碱性溶液中Mg2+总是转化为Mg(OH)2沉淀，产生的MgCO3也会在加热的条件下逐渐转化为Mg(OH)2[MgCO3+H2O(沸水)=Mg(OH)2+CO2↑]。
5．NO3-与Fe2+在酸性条件下，不能共存。
6．过量的Fe与硝酸作用，或在Fe和Fe2O3的混合物中加入盐酸，要注意产生的Fe3+还可以氧化单质Fe这一隐含反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+。
7．注意FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得剩余固体的区别。
FeCl3溶液加热浓缩时，因Fe3+水解和HCl的挥发，得到的固体为Fe(OH)3，如灼烧后得到红色的Fe2O3固体。但Fe2(SO4)3溶液蒸干时，因硫酸是难挥发性酸，将不能得到Fe(OH)3固体。
8．忽视亚铁盐及Fe(OH)2易被空气中氧气氧化成三价铁的化合物。如某溶液中加入碱溶液后，最终得到红褐色沉淀，并不能断定该溶液中一定含有Fe3+，而也可能含有Fe2+。
9．忽视铁单质与强氧化性物质反应时，也有生成二价铁化合物的可能性。反应中若铁为足量，最终铁元素将以二价铁形式存在，因为2Fe3++Fe=3Fe2+。
【典型例题评析】
例1 在下列各物质中，加入过量盐酸后，最终不产生沉淀或浑浊的是（1997年上海高考题）
A.偏铝酸钠溶液 B.苯酚钠溶液 C.硅酸钠溶液 D.硫代硫酸钠溶液
答案：A
例2 将等物质的量的镁和铝相混合,取等质量该混合物四份,分别加到足量的下列溶液中,充分反应后,放出氢气最多的是(1996年上海高考题)
A.3mol/LHCl B.4mol/LHNO3 C.8mol/LNaOH D.18mol/LH2SO4
答案：A
例3 下列物质能跟镁反应并生成氢气的是（1995年全国高考题）
A.甲酸溶液 B.氢氧化钠溶液 C.氯化铵溶液 D.碳酸钠溶液
答案：A、C
例4 甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液，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甲:乙=1:2，则加入铝粉的质量为
A.5.4g B.3.6g C.2.7g D.1.6g
答案：A
例5 若在加入铝粉能放出氢气的溶液中，分别加入下列各组离子，可能共存的是（1995年上海高考题）
A.NH4+ NO3- CO32- Na+ B.Na+ Ba2+ Mg2+ HCO3-
C.NO3- Ca2+ K+ Cl- D.NO3- K+ AlO2- OH-
答案：C、D
了。
例6 将溶液（或气体）X，逐渐加入（或通入）到一定量的Y溶液中，产生沉淀的量与加入
X物质的量的关系如图，符合图中情况的一组物质是（1991年上海高考题）
| A | B | C | D | |
| X | H2S | HCl | NH3 | NH3.H2O |
| Y | Na2SO3 | NaAlO2 | AlCl3 | AgNO3 |
答案：B
例7 怎样将氯化铝和氯化铁的混合溶液分离成氯化铝和氯化铁两种溶液？（写出实验操作步骤和有关离子方程式）（1994年上海高考题）
答案：（1）向混合液中加过量NaOH溶液，过滤。Al3++4OH-=AlO2-+2H2O，Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
(2)把Fe(OH)3沉淀洗涤后加入盐酸到沉淀完全溶解得FeCl3溶液。Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O
(3)取步骤（1）所得滤液，加入适量盐酸（或通入足量CO2）至完全沉淀为止。AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓(或AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-)
(4)再过滤，沉淀经洗涤后，再用盐酸溶解，得AlCl3溶液：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
例8 四种化合物①NaHCO3，②Al(OH)3，③(NH4)2S，④Al中，跟盐酸和氢氧化钠溶液
都能反应的是（1991年全国高考题）
A.只有②④ B.只有①② C.只有①②③ D.①②③④
答案：D
例9 在一定条件下可实现下图所示物质之间的转化：（1995年全国高考题）
请填写以下空白：
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（1）孔雀石的主要成分是CuCO3.Cu(OH)2(碱式碳酸铜)，受热易分解。下图中的F是_____。
（2）写出明矾溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式：______________________。
（3）图中所得G和D都为固体，混和后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式：______________________。
（4）每生成1molD，同时生成____molE。
答案：（1）CO2（或二氧化碳（2）Al3++4OH-=AlO2-+2H2O（3）3CuO+2Al=====Al2O3+3Cu（4）3/4
例10 久置于空气中的下列物质，因被氧化而呈黄色的是（2000年全国高考题）
A.浓HNO3 B.氯化亚铁溶液 C.溴苯 D.溴化银
答案：B
例11 某溶液中有NH4+、Mg2+、Fe2+和Al3+4种离子，若向其中加入过量的NaOH溶液，微热并搅拌，再加入过量的盐酸，溶液中大量减少的阳离子是（1996年全国高考题）
A.NH4+ B.Mg2+ C.Fe2+ D.Al3+
答案：A、C
例12 将铁屑溶于过量盐酸后，再加入下列物质，会有三价铁生成的是（1998年全国高考题）
A.硫酸 B.氯水 C.硝酸锌 D.氯化铜
答案：B、C
例4 制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”：发生的反应为2FeCl3+Cu＝2FeCl2+CuCl2向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是
A.烧杯中有铜无铁
B.烧杯中有铁无铜
C.烧杯中铁、铜都有
D.烧杯中铁、铜都无
答案：B
例13 在由Fe、FeO、和Fe2O3组成的混合物中加入100mL2mol/L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，并放出448mL气体（标准状况），此时溶液中无Fe3+离子，则下列判断正确的是（1997年上海高考题）
A.混合物里3种物质反应时消耗盐盐酸的物质的量浓度之比为1:1:3
B.反应后所得溶液中的Fe2+离子与Cl-离子的物质的量浓度之比为1:2
C.混合物里，FeO的物质的量无法确定，但Fe比Fe2O3的物质的量多
D.混合物里，Fe2O3的物质的量无法确定，但Fe比FeO的物质的量多
答案：B、C
例14 Cu+在酸性溶液中不稳定,可发生自身氧化还原反应生成Cu2+和Cu。现有浓硫酸、浓硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH试纸，简述如何用简便的实验方法来检验CuO经氢气还原所得红色产物中是否含有碱性氧化物Cu2O。（1992年全国高考题）
答案：取少量待检样品放入稀硫酸 ，振荡，若溶液变为蓝色，说明样品中有Cu2O，若溶液不变色，说明产物中无Cu2O。
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例15 试样X由氧化亚铁和氧化铜组成，取质量相等的两份试样按下图所示进行实验：
（1）请写出步骤③中所发生的全部反应的离子方程式。
（2）若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反应后，生成的不溶物W的质量是m，则每份试样X中氧化铜的质量为 。（用m表示）
答案：（1）Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2H+=Fe2++H2↑ （2）5m/8
例16 “卤块”的主要成分为MgCl2（含Fe2+、Fe3+、Mn2+等杂质离子），若以它为原料，按
如下工艺流程图，即可制得“轻质氧化镁”。（1997年高考试测题）
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如果要求产品尽量不含杂质离子，而且成本较低。流程中所用试剂或pH控制可参考下列附表确定。
表1 生成氢氧化物沉淀的pH
| 物 质 | 开始沉淀 | 沉淀完全 |
| Fe(OH)3 | 2.7 | 3.7 |
| Fe(OH)2 | 7.6 | 9.6* |
| Mn(OH)2 | 8.3 | 9.8 |
| Mg(OH)2 | 9.6 | 11.1 |
*Fe2+氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以常将它氧化成为Fe3+，生成沉淀Fe(OH)3而除去。
表2 工业品价格表
| 工业品 | 规 格 | 价格（元/t） |
| 漂 液 | 含NaClO 25.2% | 450 |
| 过氧化氢 | 30% | 2400 |
| 烧 碱 | 98% | 2100 |
| 纯 碱 | 99.5% | 600 |
| 卤 块 | 含MgCl2 30% | 310 |
请填写以下空白:
（1）在步骤②中加入的物质X，最佳选择应是 ，其作用是 。
（2）在步骤③中加入的物质Y应是 ，之所以要控制pH=9.8的目的是 。
（3）在步骤⑤时发生的化学反应方程式是： 。
答案：（1）漂液 使Fe2+氧化成为 Fe3+ （2）烧碱 使除Mg2+以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀以便过滤除去。 （3）MgCO3+H2O= Mg(OH)2↓+CO2↑
【巩固练习】
1、下列物质中，不属于合金的是
A.硬铝 B.黄铜 C.钢铁 D.水银
2、把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液。过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧，得到红棕色粉末的质量仍为a g，则原合金中铁的质量分数为
A.70% B.52.4% C.47.6% D.30%
3、将一定质量的Mg，Zn，Al混合物与足量稀H2SO4反应，生成H2 2.8L（标准状况），原混合物的质量可能是
A.2ｇ B.4ｇ C.8ｇ D.10ｇ
4、铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加入过量的氨水，有红褐色沉淀生成。过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣。上述沉淀和残渣分别为
A.Fe(OH)3；Fe2O3 B.Fe(OH)2；FeO C.Fe(OH)2、Fe(OH)3；Fe3O4 D.Fe2O3；Fe(OH)3
5、某同学想用实验证明高锰酸钾溶液的紫红色是MnO4-离子的颜色，而不是K+的颜色，它涉及的下列实验步骤中没有意义的是
A．将高锰酸钾晶体加热分解，所得固体质量减少
B．观察氯化钾溶液没有颜色，表明溶液中K+无色
C．在氯化钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后未见明显变化，表明锌与K+无反应
D．在高锰酸钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后见紫红色褪去，表明MnO4-粒子为紫红色
6、下列有关纯铁的描述正确的是
A.熔点比生铁的低 B.与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快
C.在潮湿空气中比生铁容易被腐蚀 D.在冷的浓硫酸中可钝化
7、我国报道的高温超导体中，铊是组成成分之一。已知铊和铝是同族元素，关于铊的判断错误的是
A.铊是银白色的金属 B.氢氧化铊是两性氧化物
C.能生成＋3价的化合物 D.能置换出盐酸中的氢离子
8、在含有Cu（NO3）2、Mg（NO3）2和AgNO3的溶液中加入适量锌粉，首先置换出的是
A.Mg B. Cu C. Ag D. H2
9、CuS和Cu2S都能溶于硝酸，它们高温灼烧的产物相同，以下鉴别CuS和Cu2S两种黑色粉末的方法合理的是
A.将两种样品分别溶于硝酸，区别所产生的气体
B.将两种样品分别溶于硝酸，区别溶液的颜色
C.取两种同质量的样品分别在高温灼烧，区别残留固体的质量
D.取两种同质量的样品分别在高温灼烧，区别残留固体的颜色
10、将表面已完全钝化的铝条，插入下列溶液中，不会发生反应的是
A．稀硝酸 B．稀盐酸 C．硝酸铜 D．氢氧化钠
11、在溶液中能与AlO2-大量共存的是
A．OH- B．Al3+ C．Cu2+ D．NH4+
12、铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为
A．1:1 B．2:1 C．3:1 D．1:3
13、把Ba(OH)2溶液滴入明矾溶液中，使SO42－全部转化为BaSO4沉淀，此时铝元素的主要存在形式是
A.Al3+ B.Al(OH)3 C.AlO2－ D.Al3+和Al(OH)3
14、下列除去杂质的实验方法正确的是
A．除去CO中少量O2：通过灼热的Cu网后收集气体
B．除去K2CO3固体中少量NaHCO3：置于坩埚中加热
C．除去苯中溶有的少量苯酚：加入适量浓溴水反应后过滤
D．除去FeCl3酸性溶液中少量的FeCl2：加入稍过量双氧水后放置
15．下列除杂质的方法不可行的是
A．用过量氨水除去Al3+溶液中的少量Fe3+
B．将混合气体通过灼热的铜网除去N2中的少量O2
C．用新制的生石灰，通过加热蒸馏，以除去乙醇中的少量水
D．用盐酸除去AgCl中少量的Ag2CO3
16、下列金属冶炼的反应原理，错误的是（ ）
A、2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑ B、MgO + H2 Mg + H2O
C、Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2 D、2HgO 2Hg + O2↑
17、将钠、镁、铝0.3mol分别放入100mL1mol·L-1的盐酸中，同温同压下产生的气体体积比是
A、1︰2︰3 B、6︰3︰2 C、3︰1︰1 D、1︰1︰1
18、铁是自然界分布最广的金属元素之一，在地壳中的质量约占5%左右。铁矿石的种类很多，重要的有磁铁矿石（主要成分是Fe3O4）、赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）等。
（1）写出赤铁矿炼铁的主要化学方程式 ；
（2）红热的铁能跟水蒸气反应，有一种产物是可燃性气体，则其反应式为
在常温下，铁跟水不起反应。但是，在水和空气里的氧气及二氧化碳等的共同作用下，铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。刷油漆是重要的防腐蚀措施之一，油漆防腐蚀的主要原理是 。
（3）铁元素是人体的重要营养元素，举一例说明铁元素在人体中的重要作用 。
19、海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：
（1）若在空气中加热MgCl2·6H2O生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式____________________________________________________________；
（2）Mg(OH)2沉淀中混有Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。
__________________________________________________________________________
（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明这三种情况下使用玻璃棒的目的：
溶解时：_________________________________________________________；
过滤时：_________________________________________________________；
蒸发时：_________________________________________________________。
20、锌和铝都是活泼金属，其氢氧化物既能溶于强酸，又能溶于强碱。但是氢氧化铝不溶于氨水，而氢氧化锌能溶于氨水，生成Zn（NH3）42+。回答下列问题：
（1）单质铝溶于氢氧化钠溶液后，溶液中铝元素的存在形式为 （用化学式表示）。
（2）写出锌和氢氧化钠溶液反应的化学方程式 。
（3）下列各组中的两种溶液，用相互滴加的实验方法即可鉴别的是 。
① 硫酸铝和氢氧化钠 ② 硫酸铝和氨水 ③ 硫酸锌和氢氧化钠 ④ 硫酸锌和氨水
（4）写出可溶性铝盐与氨水反应的离子方程式 。
试解释在实验室不适宜用可溶性锌盐与氨水反应制备氢氧化锌的原因 。
21、硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）是一种重要的食品和饲料添加剂。实验室通过如下实验由废铁屑制备FeSO4·7H2O晶体：
①将5% Na2CO3溶液加入到盛有一定量废铁屑的烧杯中，加热数分钟，用倾析法除去Na2CO3溶液，然后将废铁屑用水洗涤2 ~ 3遍；
②向洗涤过的废铁屑中加入过量的稀硫酸，控制温度在50 ~ 80℃之间至铁屑耗尽；
③趁热过滤，将滤液转入到密闭容器中，静置、冷却结晶；
④待结晶完毕后，滤出晶体，用少量冰水洗涤2 ~ 3次，再用滤纸将晶体吸干；
⑤将制得的FeSO4·7H2O晶体放在一个小广口瓶中，密闭保存。
请回答下列问题：
（1）实验步骤①的目的是 ，加热的作用是 。
（2）实验步骤②明显不合理，理由是 。
（3）实验步骤④中用少量冰水洗涤晶体，其目的是 ；
。
（4）经查阅资料后发现，硫酸亚铁在不同温度下结晶可分别得到FeSO4·7H2O、FeSO4·4H2O和FeSO4·H2O。硫酸亚铁在不同温度下的溶解度和该温度下析出晶体的组成如下表所示（仅在56.7℃、64℃温度下可同时析出两种晶体）。
| 温度/℃ | 0 | 10 | 30 | 50 | 56.7 | 60 | 64 | 70 | 80 | 90 | ||
| 溶解度/g | 14.0 | 17.0 | 25.0 | 33.0 | 35.2 | 35.3 | 35.6 | 33.0 | 30.5 | 27.0 | ||
| 析出晶体 | FeSO4·7H2O | FeSO4·4H2O | FeSO4·H2O | |||||||||
若需从硫酸亚铁溶液中结晶出FeSO4·4H2O，应控制的结晶温度（t）的范围为 。
参考答案
1、D 2、A 3、B 4、A 5、A 6、D 7、B 8、C 9、C 10、C 11、A 12、C 13、D 14、D 15、A 16、B 17、C
18、（1）Fe2O3+3CO＝2Fe+3CO2（2）3Fe+4H2O(气)＝ Fe3O4+4H2 将金属与空气和水隔离（3）血红素中含铁，人体缺铁会造成贫血
19、（1）MgCl2•6H2O ＝ Mg(OH)Cl + HCl↑ + 5H2O↑MgCl2•6H2O ＝ MgO + 2HCl↑ + 5H2O↑或 Mg(OH)Cl ＝ MgO + HCl↑（2）加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤（3）搅拌，加速溶解 使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅
20、（1）AlO2-（或Al（OH）4-）（2）Zn＋2NaOH＝Na2ZnO2＋H2↑
（或Zn＋2NaOH＋2H2O＝Na2Zn（OH）4＋H2↑）
（3）①③④ （4）Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
可溶性锌盐与氨水反应产生的Zn(OH)2可溶于过量氨水中，生成Zn(NH3)42+，氨水的用量不易控制
21、（1）除油污 升高温度，溶液碱性增强，去油污能力增强 （2）应该铁屑过量（或反应后溶液中必须有铁剩余），否则溶液中可能有Fe3+存在（3）用冰水洗涤可降低洗涤过程中FeSO4·7H2O的损（4）56.7℃ ＜ t ＜ 64℃