内容正文:
第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
第一课时 合金
1.认识合金的特征性质,了解常见合金的分类、组成和用途。2.掌握Al与O2反应及Al与NaOH溶液反应的产物和本质。3.正确认识氧化铝的两性。4.能说明常见金属材料对社会发展的价值及对环境的影响。
2
学习理解
01
课时作业
04
目录
CONTENTS
探究应用
02
总结提升
03
学习理解
一、合金与铁合金
1.合金
金属
概念 由两种或两种以上的_____ (或_____________)熔合而成的具有_____特性的物质
性能 硬度 硬度一般_____它的成分金属
熔点 熔点一般_____它的成分金属
与纯金属材料相比,合金具有优良的物理、化学或机械性能
金属和非金属
金属
大于
低于
学习理解
5
2.铁合金
铁
_______是一种最常见的合金钢,合金元素主要是____和____。
碳
不锈钢
铬
镍
学习理解
6
二、铝与铝合金
1.金属铝
(1)铝是地壳中含量_____的金属元素。
(2)铝是一种活泼金属,在_____下就能与空气中的氧气发生反应,表面生成一层致密的_______薄膜,其作用是保护内部金属不受腐蚀。
最多
常温
氧化铝
学习理解
7
实验
操作
实验现象 铝片_________,一段时间后,有无色气泡冒出,将点燃的木条放在试管口有________
化学方程式 ___________________________________________________________
离子方程式 __________________________________________________________
结论 Al2O3和铝均能与盐酸发生反应
2.铝、氧化铝的性质
(1)铝、氧化铝与稀盐酸反应
逐渐溶解
Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O、2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O、2Al+6H+===2Al3++3H2↑
爆鸣声
学习理解
8
实验操作
实验现象 试管①中铝片_________,一开始无气泡产生,一段时间后,有无色气泡冒出,试管②中铝片_________,立即产生无色气泡,将点燃的木条放在试管口,都有_______
化学方程式 ___________________________________________________________________________
离子方程式 ________________________________________________________________________
结论 铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应
(2)铝、氧化铝与NaOH溶液反应
逐渐溶解
逐渐溶解
爆鸣声
Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4]、2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-、2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
学习理解
9
(3)两性氧化物
既能与酸反应生成_______,又能与碱反应生成______的氧化物,如:Al2O3。
3.铝合金
向铝中加入少量的合金元素,如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等,可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合金之一。例如,硬铝的密度___、强度___,具有较强的___________,是制造______________的理想材料。
盐和水
盐和水
小
抗腐蚀能力
飞机和宇宙飞船
高
学习理解
10
三、新型合金
用于贮氢的新型合金_____合金和_____合金;钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
TiFe
LaNi
学习理解
11
判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)合金中不可能含有非金属元素。( )
(2)合金中的金属元素以化合物的形式存在。( )
(3)合金中各元素的含量一定,所以合金是纯净物。( )
(4)生铁的熔点比铁低,但机械强度和硬度比铁高。( )
(5)两性氧化物是既有酸性又有碱性的氧化物。( )
(6)等质量的Al与足量的盐酸、NaOH溶液充分反应,生成的H2的物质的量相同。( )
(7)等物质的量的盐酸、NaOH溶液与足量Al充分反应,生成的H2的物质的量相同。( )
×
√
×
×
×
√
×
学习理解
12
探究应用
启思研讨 教师独具内容
材料一 第24届冬季奥林匹克运动会(即北京冬季奥运会)于2022年2月在北京举行,其中短道速滑运动员所用的速滑冰刀可用不锈钢制成。
材料二 我国国产大型客机C919的机身采用铝合金材料,使其重量更轻,坚固性更强。
探究应用
14
[问题探究]
1.合金一定是由金属组成的混合物吗?铁的熔点是1536 ℃,钠的沸点是883 ℃,二者能形成合金吗?
提示:不一定。合金中一定含有金属元素,也可能含有非金属元素,如生铁是由铁、碳组成的合金;铁、钠不能形成合金,原因是铁开始熔化时,钠已经汽化,故二者不能形成合金。
提示
提示:不是。合金在物理性质和机械性能方面优于各成分金属,不是简单的加和,一般认为在化学性质上,合金体现的是各成分金属的化学性质。
2.合金的性质是各成分金属的性质之和吗?
探究应用
15
提示:(1)铝合金比铁合金质地轻、强度大,更适用于航空航天领域;(2)铝合金表面易形成致密的氧化膜,此氧化膜耐高温、耐腐蚀,而铁合金的氧化膜疏松多孔且易脱落,对内部金属起不到防腐蚀的作用。
提示
3.为什么航空航天领域中铝合金比铁合金用途更广泛?
提示:不能。因为铝和氧化铝均能与酸、碱反应。
4.能否用铝制餐具蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物?为什么?
探究应用
16
知识点一 合金及其特点、用途
1.关于合金
(1)合金一定含有金属元素,可能含有非金属元素。
(2)合金一定是混合物,合金具有金属的特性。
(3)合金在许多方面不同于各成分金属,不是简单加和;但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
(4)合金的硬度一般大于其成分金属;合金的熔点一般比其成分金属的熔点低。
(5)并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点高于另一金属的沸点,则二者不能形成合金。
探究应用
17
2.正确选用金属材料的一般思路
(1)金属的性质决定其主要用途,在选用材料时应首先考虑其性质与用途的一致性。
(2)所选材料的强度、机械性能、外观、加工难度等主要从金属的物理性质考虑,如密度、硬度、延展性、导电性、导热性、强度等。
(3)材料的稳定性、日常维护、对环境的影响等应从其化学性质考虑,如在空气、水、酸、碱、盐环境下的化学稳定性及耐腐蚀性等。
(4)材料的经济性,如价格,应从原料的储量、开采与冶炼难度等方面考虑。
探究应用
18
[练1] 我国科学家参与研制的镁-镍-钛新型合金材料可提高阻尼减震性能,广泛应用在航天航空领域。下列有关叙述不正确的是( )
A.形成合金,其结构发生改变,使合金的性能与纯金属有很大差异
B.它易导电、导热,具有延展性
C.它的熔点比镁低
D.它的强度和硬度比镁小
答案
探究应用
19
[练2] 我国已成功完成某种性能优异的超级钢的研制,这一突破性的科技成果登上了著名学术期刊《科学》杂志。下列关于合金的说法正确的是( )
A.用于铸造硬币的合金需耐磨损、抗腐蚀且具有一定的硬度
B.合金中只含有金属元素
C.合金都比纯金属的熔点更高,硬度更大
D.我国最早使用的合金是黄铜
答案
探究应用
20
知识点二 铝及其重要化合物
探究应用
21
②铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应产生氢气的体积关系:
探究应用
22
2.氧化铝
Al2O3是两性氧化物,既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水。铝材料由于铝表面生成的一层Al2O3保护膜而具有耐腐蚀性,因此不能用铝制容器来贮存酸性或碱性物质。
[注意] (1)铝表面的氧化膜结构致密,因此铝有很强的抗腐蚀性能;做铝的性质实验时,要用砂纸将铝表面的氧化膜除去。
(2)铝、氧化铝既能与酸反应,又能与强碱溶液反应,但与弱碱不反应。
探究应用
23
3.氢氧化铝
Al(OH)3是不溶于水的两性氢氧化物(既能和酸反应生成盐和水,又能和碱反应生成盐和水的氢氧化物叫做两性氢氧化物),既能与强酸反应:Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O,又能与强碱反应:Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-。
(1)氢氧化铝是白色胶状沉淀,有吸附作用。
(2)Al(OH)3的实验室制法:用可溶性铝盐和氨水反应制取。
化学方程式:AlCl3+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4Cl。
探究应用
24
[练3] 2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑可用来疏通下水管道。下列说法错误的是( )
A.Al是还原剂,发生氧化反应
B.每生成1 mol H2,转移2 mol 电子
C.可用NaOH溶液除去镁粉中混有的少量Al粉
D.等量的铝与足量NaOH溶液反应生成的H2比与足量盐酸反应生成的多
解析:铝元素由0价升高到+3价,则Al是还原剂,发生氧化反应,A正确;氢元素由+1价降低到0价,则生成1 mol H2,转移2 mol电子,B正确;Al可与NaOH溶液反应,Mg不与NaOH溶液反应,故可用NaOH溶液除去镁粉中少量Al粉,C正确;等量的铝与足量NaOH溶液、足量盐酸反应生成H2,均存在关系:2Al~3H2,则生成H2的量相等,D错误。
答案
解析
探究应用
25
[练4] 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L-1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V(甲)∶V(乙)=1∶2,则加入铝粉的质量为( )
A.5.4 g B.3.6 g
C.2.7 g D.1.8 g
答案
探究应用
26
解析
探究应用
27
[练5] 向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液。下列图像中,能正确表示上述反应的是(横坐标表示加入NaOH溶液的体积,纵坐标表示反应生成沉淀的质量)( )
答案
解析:向混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,NaOH溶液先后与Al2(SO4)3溶液、MgSO4溶液反应生成氢氧化铝、氢氧化镁沉淀,当沉淀达到最多时,继续加入的NaOH溶液将氢氧化铝沉淀溶解,但氢氧化镁不能与过量的NaOH溶液反应。
解析
探究应用
28
总结提升
本课总结
自我反思:﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
总结提升
30
A.下水井盖——生铁 B.美工刀刀片——高碳钢
C.飞机外壳——硬铝 D.储氢合金——LaNi合金
随堂提升
1.用于制造下列物品的材料属于新型合金的是( )
答案
总结提升
31
2.2022年冬奥会中短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀可用不锈钢制成。下列叙述错误的是( )
A.不锈钢是最常见的一种合金钢
B.不锈钢中常添加镍(Ni)和铬(Cr)元素,从而使其具有特殊性能
C.不锈钢中只含有金属元素,不含有非金属元素
D.不锈钢是通过增加原子层之间的相对滑动难度,导致合金的硬度变大
答案
总结提升
32
3.用打磨后的铝箔包裹着2.3 g金属钠,用针扎若干小孔,然后投入足量水中,理论上可以收集到氢气的物质的量为( )
A.0.05 mol B.0.2 mol
C.大于0.05 mol,小于或等于0.2 mol D.无法判断
答案
解析:铝箔包裹着2.3 g金属钠投入足量水中,钠首先与水反应:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,然后生成的NaOH再和Al发生反应:2NaOH+2Al+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑,利用题中数据知:2.3 g钠可产生0.05 mol H2,生成的0.1 mol NaOH与足量铝作用可生成0.15 mol H2,因此产生的氢气的物质的量一定大于0.05 mol,而小于或等于0.2 mol。
解析
总结提升
33
4.下列物质中既能跟稀盐酸反应,又能跟氢氧化钠溶液反应的是( )
①NaHCO3 ②(NH4)2S ③Al2O3 ④Al(OH)3 ⑤Al
A.①③④ B.②⑤
C.①③⑤ D.全部
答案
总结提升
34
5.铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。
现有铁、铝的混合物进行如下实验:
(1)操作X的名称是______。
(2)气体A是___________。
(3)A与Cl2混合光照可能发生爆
炸,生成_____ (填化学式),A在该反应中作________(填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)溶液B中阴离子除OH-外还有________,溶液D中存在的金属离子为______。
答案
过滤
H2(或氢气)
HCl
还原剂
[Al(OH)4]-
Fe2+
总结提升
35
课时作业
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★★
对点 合金的特点、用途 合金的特点、用途 合金的特点、用途 铝的性质 合金的特点 铝及其化合物 铝及其化合物 铝及其化合物 铁合金 铝合金 铝的性质 铝的性质 新型合金
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
课时作业
37
答案
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.下列材料中所涉及的合金不属于新型合金的是( )
A.飞机涡扇发动机用的是耐高温的合金材料
B.“蛟龙号”载人舱是用钛合金制的
C.不锈钢盆
D.新能源汽车储氢材料
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
12
13
课时作业
38
2.合金与纯金属制成的金属材料相比,优点是( )
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大 ②一般地,合金的熔点比它的各成分金属的更低 ③改变原料的配比、改变生成合金的条件,可以得到具有不同性能的合金 ④合金比纯金属的导电性能更强 ⑤合金比纯金属的应用范围更广泛
A.①②③⑤ B.②③④
C.①②④ D.①②④⑤
答案
解析:一般情况下纯金属的导电性比合金的导电性好。
解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
课时作业
39
3.下列说法不正确的是( )
A.派克钢笔尖采用含有铱元素的合金钢制作,因为其极其耐磨损
B.储氢合金是一类能大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料
C.硬铝密度小强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和飞船的理想材料
D.合金中各组分不变,添加比例改变,合金的性能不变
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
课时作业
40
4.铝的化学性质比铁活泼,铁制品容易生锈,但铝制品使用多年也不会生锈,其主要原因是( )
A.铝不易发生化学反应
B.铝的氧化物容易发生化学反应
C.铝不易被氧化
D.铝易被氧化,但氧化铝具有保护内部铝的作用
答案
1
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13
课时作业
41
5.下列有关物质的性质与用途的描述错误的是( )
A.缺铁性贫血病人可以服用维生素C将难吸收的Fe3+还原为Fe2+,促进铁元素的吸收
B.稀土金属被称为“冶金工业的维生素”,能大大改善合金的性能
C.Al、Al2O3均能与酸、碱反应,因此铝制炊具不宜用来蒸煮酸性或碱性食物
D.“蛟龙号”载人潜水器的耐压球壳是用钛合金制造的,钛合金具有熔点高、硬度低等优点
答案
1
2
3
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13
课时作业
42
6.经研究发现,含有95%的铝和5%的镓、铟及锡组成的新型合金与水能快速反应制得氢气,整个反应中只消耗铝,而反应生成的Al2O3可回收再利用,这样不仅降低了制氢气的成本,而且方便快捷,这一发现将燃氢汽车的研发推向新的台阶。下列有关说法不正确的是( )
A.此合金一定比纯铝柔软
B.铝作为还原剂,有丰富的资源优势
C.合金与水反应的总方程式为2Al+3H2O===Al2O3+3H2↑
D.合金中的镓、铟及锡对铝与水的反应可能起催化作用
答案
1
2
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6
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11
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13
课时作业
43
7.下列关于Al2O3的说法正确的是( )
A.Al2O3是金属氧化物,也是两性氧化物
B.Al2O3加热分解为铝和氧气
C.Al2O3结构致密,所以可用铝制容器盛盐酸和NaOH溶液等
D.擦去表面氧化铝的铝条在酒精灯上灼烧时,熔化的铝会滴落下来
答案
1
2
3
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5
6
7
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13
课时作业
44
解析:当溶液中有H+、Al3+时,加入的OH-先与H+反应,后与Al3+反应:H++OH-===H2O、Al3++3OH-===Al(OH)3↓,故开始无沉淀,一段时间后生成沉淀,当沉淀达到最大值,再加入NaOH溶液沉淀开始溶解:Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-,形成沉淀与沉淀溶解所需NaOH溶液的体积比为3∶1,故D正确。
二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题意)
8.将NaOH溶液逐滴加入用盐酸酸化了的AlCl3溶液中,若用y轴表示Al(OH)3沉淀量,x轴表示NaOH溶液的体积,下列图像正确的是( )
答案
解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
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13
课时作业
45
9.我国很早就已将不同碳含量的铁合金进行了区分,如《天工开物》中“凡铁分生、熟,出炉未炒则生,既炒则熟。生、熟相合,炼成则钢”。下列叙述正确的是( )
A.生铁的含碳量比熟铁低
B.生铁变为熟铁是物理变化
C.钢的含碳量越高,硬度越小
D.合金钢与碳素钢的组织结构不同
答案
1
2
3
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5
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13
课时作业
46
选项 实验方案 现象、结论
A 加入盐酸 产生无色气体;含铝、铁、镁三种金属
B 加入NaOH溶液 有无色气体产生;含有镁、铝两种金属
C 加入盐酸后,所得溶液中再加入足量NaOH溶液 最终产生白色沉淀;含有金属镁
D 用盐酸溶解并放置一会儿后,加入KSCN溶液 溶液呈红色;含有铁元素
10.易拉罐的主要成分为铝合金,其中以铝铁合金和铝镁合金最为常见。现取几小块易拉罐碎片进行下列实验,其中实验方案与现象、结论正确的是( )
答案
1
2
3
4
5
6
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9
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12
13
课时作业
47
11.将等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100 mL 2 mol·L-1的盐酸反应,实验测得生成气体的体积V(已折合为标准状况)与时间t的关系如图所示,则下列说法正确的是( )
A.反应时,Na、Mg、Al均过量
B.x=2.24
C.钠的物质的量为0.2 mol
D.曲线b表示Al与盐酸的反应
答案
1
2
3
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5
6
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13
课时作业
48
解析:分析题图知,等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100 mL 2 mol·L-1的盐酸反应,最后生成氢气的体积在标准状况下相同,则三种金属置换出的氢气量相等,即三种金属失电子的物质的量相等。若盐酸过量,等物质的量的三种金属失电子的物质的量之比是1∶2∶3,故盐酸不可能过量;反应时,Na不可能过量,如果过量会与溶剂水反应,生成的氢气量会比Mg、Al生成的氢气量多,故HCl和Na恰好反应完全,而Mg、Al还有剩余,A错误;生成氢气的量为n(H2)=0.5n(HCl)=0.1 mol,所以标准状况下的体积为2.24 L,即x=2.24,B正确;生成0.1 mol的氢气需0.2 mol的钠,C正确;按照金属活动性顺序:Na>Mg>Al,可知反应速率:Na>Mg>Al,故曲线b表示Mg与盐酸的反应,D错误。
解析
1
2
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4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
课时作业
49
三、非选择题
12.在一个铝制的易拉罐内充满CO2气体,然后往罐内注入足量的NaOH溶液,立即用胶布密封罐口。经过一段时间后,罐壁内凹而瘪,再过一段时间后,瘪了的罐壁重新鼓起来。
(1)罐壁内凹而瘪的原因是____________________________________________
_____________________,离子方程式为_________________________。
(2)罐再鼓起来的原因是_______________________________________________
_____________________,
离子方程式为_______________________________________。
CO2与NaOH溶液反应生成Na2CO3,使得罐内气体压强小于外界大气压强
答案
过量的NaOH与铝罐反应生成H2,使罐内气体压强等于或大于外界大气压强
2Al+2OH- +6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
1
2
3
4
5
6
7
8
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10
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12
13
课时作业
50
13.钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料,广泛用于火箭、飞机制造业等。如图是工业上利用钛铁矿[其主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)]制备金属钛的工艺流程。
资料:Ti为固体,化学性质稳定,不溶于稀硫酸、稀盐酸等。
(1)钛酸亚铁中钛元素的化合价是_____。
+4价
答案
1
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3
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5
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12
13
课时作业
51
CO
答案
沸点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
课时作业
52
(5)利用上述方法制取的金属钛中可能会含有少量杂质,该杂质是金属____,由金属钛的性质可知,除去这种杂质可以用________________(填试剂名称)。
(6)依据“绿色低碳”理念,你认为该流程中存在的不足之处是______________
________________________________________________。
Mg
答案
稀盐酸或稀硫酸
使用了有毒的Cl2,易造成大气污染;高温条件耗能大
1
2
3
4
5
6
7
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13
课时作业
53
解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
课时作业
54
R
1.铝与盐酸、NaOH溶液的反应
(1)反应原理
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2Al+6H+===2Al3++3H2↑,2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑))
(2)量的关系
①定量关系eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2Al~6H+~3H2,2Al~2OH-~3H2))
2OH-+CO2===COeq \o\al(2-,3)+H2O
(2)反应釜中发生的反应是2FeTiO3+7Cl2+6Ceq \o(=====,\s\up12(高温))2FeCl3+2TiCl4+6X,X为反应产生的废气,其化学式是____。
(3)反应釜中得到TiCl4和FeCl3的混合物,在沸腾炉中分离,这是利用了TiCl4与FeCl3的______不同。
(4)写出合成器中反应的化学方程式:__________________________。
2Mg+TiCl4eq \o(=====,\s\up12(高温))2MgCl2+Ti
解析:(2)反应釜中发生反应:2FeTiO3+7Cl2+6Ceq \o(=====,\s\up14(高温))2FeCl3+2TiCl4+6X,根据元素守恒确定X的化学式为CO。
(5)利用题述方法制取的金属钛中可能会含有少量杂质,该杂质是过量的金属Mg,根据已知信息可知,Ti为固体,化学性质稳定,不溶于稀硫酸、稀盐酸等,Mg可溶于稀硫酸、稀盐酸,因此可以用稀盐酸或稀硫酸除去Ti中的杂质。
$$