铝热反应(知识延伸)

时间:2016-07-12 18:23:04
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更新时间:2016-07-12 18:23:04

铝热 反应 知识

铝热反应(知识延伸)    利用铝的强还原性和铝转化为氧化铝时能放出大量热的性质,工业上常用铝粉来还原一些难熔性氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等),这类反应我们称之为铝热反应.   例如,在焊接铁轨时,人们常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,由于反应放出大量的热,置换出的铁以熔融态形式流出.让熔融的铁流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起.   常见的实验反应化学方程式: (反应条件都为高温)   氧化铁:   2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe   四氧化三铁:  8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe   二氧化锰:   4Al+3MnO2=2Al2O3+3Mn 铝热反应配平技巧:取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数,即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍12,则Fe3O4前应为3 ,Al2O3前应为4,底下便可得到Al为4,Fe为9   实验操作:   1.取一张圆形滤纸,倒入5克炒干的氧化铁粉末,再倒入2克铝粉。   2.将两者混合均匀。用两张圆形滤纸,分别折叠成漏斗状,将其中一个取出,在底部剪一个孔,用水润湿,再跟另一个漏斗套在一起,使四周都有四层。   3.架在铁圈上,下面放置盛沙的蒸发皿,把混合均匀的氧化铁粉末和铝粉放在纸漏斗中,上面加少量氯酸钾,并在混合物中间插一根镁条,点燃镁条,观察发生的现象。   4.可以看到镁条剧烈燃烧,放出一定的热量,使氧化铁粉沫和铝粉在较高的温度下发生剧烈的反应,放出大量的热,同时纸漏斗被烧穿,有熔融物落入沙中,待熔融物冷却后,除去外层熔渣,仔细观察,可以看到,落下的是铁珠,这个反应叫铝热反应。反应生成铁和氧化铝。   提示:实验中镁条与氯酸钾的作用是发生氧化还原反应放热,用其放出的热对铝和氧化铁加热。 典例剖析  某同学欲利用教材中的实验装置探究“铝热反应”中熔融物的成份。请写出“铝热反应”的化学方程式: ,该同学经查阅《化学手册》知Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下: 物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3 熔点/℃ 660 2054 1535 1462 沸点/℃ 2467 2980 2750 …… (1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。其理由是: (2)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝,该实验所用试剂是 ,反应的离子方程式为 。 (3)该同学为确定熔融物中是否还会有残留的Fe2O3,将熔融物用酸完全溶解后加入KSCN试剂。请你分析该设计是否正确(填“正确”或“不正确”) ,理由是(用离子方程式表示) (4)若要测定该熔融物中铝元素的含量,请设计实验,写出所用试剂的名称和实验步骤(不用写化学方程式,用文字简述)。 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 解析:根据铝热反应2Al+Fe2O3 A12O3+2Fe铝热反应得到熔融态的铁,根据表中熔沸点数据,此温度下铝也为熔融态,二者融合在一起形成铁铝合金;要验证熔融物中含 有铝可以利用铝的两性来解决, 2Al+2OH—+2H2O=2A1O2—+3H2 ;由上判断出熔融物中除了有残留的Fe2O3,还有铝单质和铁单质,在加酸过程中会出现以下反应 Fe2O3+6H+=2Fe3++ 3H2O ,2Fe3++Fe=3 Fe2+,6 Fe3++2Al=2A13++6 Fe2+,所以有无Fe3+不能证明有无Fe2O3;要测定该熔融物中铝元素的含量,可采用以下方法 ① 称量实验所得熔融物质量为m1 ② 将熔融物加入足量盐酸溶解,(过滤) ③(向滤液中)再加入足量氢氧化钠溶液后过滤,(并洗涤沉淀,将滤液和洗涤液合并) ④ 向溶液(滤液)中通入足量二氧化碳,(过滤并洗涤沉淀) ⑤ 称量蚶埚质量为m2,取沉淀置于坩埚中灼烧至恒重,冷却称量其质量为m3 ⑥ 计算积w(A1)=9(m3-m2)/17 m1×100% 热点传真 (铁铜及其化合物) 铁铜是人类使用最早、应用最广泛的两种金属,它们在日常生活中的应用十分广泛,在国民经济的发展中起着举足轻重的作用。铁铜及其化合物的性质及其相互关系研究是历届高考的热点。分析历年试卷,主要有以下三种热点考向 类型一 铁铜及其化合物之间活泼性及转化关系的考查 例1 :取100 mL 0.2 mol/L FeCl3溶液置于烧杯中,向其中加入一定量的Fe、Cu混合物,充分反应后仍有固体剩余,下列叙述一定正确的是(设溶液体积不变,不考虑水解因素) A.若烧杯中有Fe 无Cu,c(Fe3+)= 0.2 mol/L B.若烧杯中有Cu 无Fe,c(Fe3+)= 0.2 mol/L C.若烧杯中有Cu 无Fe,c(Cl-) = 0.6mol/L D.若烧杯中有Cu 、Fe,c(Fe2+)= 0.3 mol/L 【思路点拨】 解答本题,首先需认识到Fe2+、Fe3+、Cu2+三者氧化性强弱的的顺序,即Fe3+>Cu2+>Fe2+,因此溶液中有Fe3+时,不能余有Cu、Fe,溶液中有Cu2+时,Fe无剩余。然后再进行有序思维分析计算。 【解析】 选C、D。阳离子的氧化性:Fe3+>Cu2+>Fe2+,单质的还原性:Fe>Cu。溶液中首先发生反应2Fe3++Fe=3 Fe2+。若Fe3+有剩余,再发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,故溶液中不可能有Fe 无Cu;若烧杯中有Cu 无Fe,则有c(Fe2+)≤0.3 mol/L;若Cu 、Fe均有,则说明Cu未参加反应,则c(Fe2+)= 0.3 mol/L;Cl-不受反应的影响,故c(Cl-) = 0.6mol/L所以C、D项正确 变式训练: 1.在Fe2(SO4)3溶液中,加入a g铜,完全溶解后,再加b g铁,充分反应后得到c g残余固体且a>c,则下列说法正确的是( ) A.残余固体是铜和铁 B.将残余固体加入到稀H2SO4中,有气泡产生 C.最后得到的溶液中一定含有Cu2+ D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+ 2.在含a mol Fe2(SO4)3和b mol CuSO4的混合溶液中,加入c mol Fe ,充分反应后,经测定溶液中含有Fe2+和Cu2+,同时溶液中仍含有固体物质,则a、b、c的关系一定是( ) A.a Fe(NO3)3> Cu(NO3)2,首先与硝酸反应, 1 mol铁与4 mol硝酸生成1 molFe(NO3)3,第2步,Fe(NO3)3与铁反应,1 mol铁与2 molFe(NO3)3反应,生成Fe(NO3)2,生成3 molFe(NO3)2,由于第一步生成1 mol Fe(NO3)2所以原来的Fe(NO3)3是1 mol;第3步,Cu(NO3)2与Fe反应,1 mol铁与1 molCu(NO3)2生成1 mol Fe(NO3)2,所以Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为1:1:4,答案为D。学生容易犯得错误是忘记第一步铁与硝酸反应生成的1 mol Fe(NO3)2,认为原来的Fe(NO3)3是2 mol;从而错选为B 四、极限法 极端分析法就是从某种极限的状态出发,进行分析、推理、判断的思维方法。先根据边界条件确定答案的可能取值范围,然后结合题给条件得到正确答案。 例4.含ngHNO3的稀溶液与m g铁粉充分反应,铁全部溶解,生成NO气体。已知有n/4 gHNO3被还原,则n :m可能是 A.1:1 B.2:1 C.3:1 D.4:1 解析: 由题意可知,未被还原的硝酸的质量为n-n/4==3n/4(g)。因此本题可以采用极限法进行分析:① 假设铁的氧化产物只有Fe(NO3)2时,则n(Fe2+):n(NO3-)==1:2 即:(m/56):(3n/4÷63)==1:2求得n:m==3:1 ② 假设铁的氧化产物只有Fe(NO3)3时,则n(Fe3+):n(NO3-)==1:3 即:(m/56):(3n/4÷63)==1:3求得n :m==9:2 ③ 当铁的氧化产物为Fe(NO)2、Fe(NO3)3的混合物时,则3:1


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