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第三章 铁 金属材料
专题05 铁、铝及其化合物（实验9~10）
实验9
铁及其化合物的性质
实验10
铝及其化合物的性质
实验9 铁及其化合物的性质
1.铁与水蒸气反应
实验装置图：
实验现象：用火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声，证明生成了H2。
实验结论：在高温下，铁能与水蒸气反应生成H2，化学方程式为3Fe＋4H2O(g)
Fe3O4＋4H2。
2. 铁元素的氢氧化物制备
实验操
作
实验现象
反应方程式
试管中有红褐色沉淀产生
Fe3＋＋3OH-=Fe(OH)3↓
试管中先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，
最后变成红褐色
Fe2＋＋2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋O2＋
2H2O=4Fe(OH)3
易错提醒：Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3.在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时
间保持白色沉淀状态，成功的关键有以下两点：①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质；②制备过程中，保
证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。
3. Fe3＋和Fe2＋的性质及转化
（1）Fe2＋的性质
1
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性质
氧化性
还原性
实验步骤
实验现象
溶液颜色由浅绿变为无色
加入氯水后溶液颜色变变红
反应原理
Fe2＋＋Zn=Fe＋Zn2＋
2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl-
（2）Fe3＋的性质
实验步骤
实验现象
加入KSCN 溶液：溶液变红色；
再加铁粉：溶液变为浅绿色
加入KSCN 溶液：溶液变红色；
再加铜片：溶液变蓝色
反应原理
2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋
2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋
（3）Fe3＋和Fe2＋的相互转化
实验操作
实验现象
加适量铁粉振荡后，溶液变成浅绿色，再加KSCN 溶液颜色不变，再滴
加氯水后，溶液变成红色
离子方程式
2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋、2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl-
实验结论
Fe3＋遇到较强的还原剂时，会被还原成Fe2＋，Fe2＋在较强的氧化剂的作
用下会被氧化成Fe3＋
拓展一：氢氧化亚铁的制备
2
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1. 有机层覆盖法：将吸有NaOH 溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用
CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应。
2.还原性气体保护法：用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH 溶液混合，这样可长时间观察到
白色沉淀。
3.电解法：用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯(或煤油)。
拓展二：Fe2＋、Fe3＋的检验
1.直接观察颜色
2.利用氢氧化物沉淀的颜色
3.利用显色反应
4.利用Fe2＋的还原性
溶液紫色褪去，说明溶液中存在Fe2+
5.同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液：Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN 溶液检验Fe3＋；Fe3＋对检验Fe2＋
有干扰，不能采用加KSCN 溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去说
明含有Fe2＋。
6.检验铁的氧化物中是否有＋2 价铁时，正确的思路为少量固体
溶液
紫
红色褪去。
3
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①步骤a 中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。
②步骤a 中不能选用稀硝酸，原因是稀硝酸可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。
拓展三：Fe3O4中铁元素价态的检验
(1)甲实验中溶液紫色退去、棕黄色加深，证明溶液中存在Fe2＋，Fe2＋具有还原性。
(2)乙实验中有红褐色沉淀产生；不能证明Fe2＋的存在，因为Fe(OH)3的颜色掩盖了Fe(OH)2产生的实验现
象。
(3)丙实验中溶液由棕黄色变为红色，证明有Fe3＋存在。
【典例1】（2023 上·云南大理·高三云南省下关第一中学校考期中）下图中能较长时间看到
白色
沉淀的是
A．①②⑤
B．①③④
C．②④⑤
D．①②③④⑤
【典例2】（2023·青海一中开学考试）某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。请回答下列问题：
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol·L-1的溶液.在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其
目的是 。
(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1 滴KSCN 溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2+氧化。
FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为： 。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL 煤油，再于液面下依次
4
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加入几滴氯水和1 滴KSCN 溶液，溶液变红，煤油的作用是 。
(4)丙组同学取l0mL0.lmol·L-1KI 溶液，加入6mL0.lmol·L-1FeCl3溶液混合。分别取2mL 此溶液于3 支试管中
进行如下实验：
①第一支试管中加入lmLCCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；
②第二支试管中加入1 滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀：
③第三支试行中加入1 滴KSCN 溶液，溶液变红。
实验②检验的离子是(填离子符号) ；实验①和③说明：在I-过量的情况下，溶液中仍含有(填离子符号)
，由此可以证明该氧化还原反应为 。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程
式为 ；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 ；
生成沉淀的原因是(用平衡移动原理解释) 。
(6)戊组同学模拟工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液制备FeCl3。
①若酸性FeCl2废液中：c(Fe2+)=2.0×10-2mol·L-1，c(Fe3+)=1.0×10-3mol·L-1，c(Cl-)=5.3×10-2mol·L-1，则该溶液
的pH 约为 。
②完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式：
ClO +
Fe2++
___=
Cl-+
Fe3++
___。
③FeCl3具有净水作用，其原理是 。
1．（2023·天津河西·统考二模）能够在人体血管中通行的药物分子运输车——“纳米药物分子运输车”在
中国科学院上海硅酸盐研究所研制成功，该“运输车”可提高肿瘤的治疗效果，其结构如图所示。下列有
关说法错误的是
A．包装上印“OTC”标识的药物为非处方药
B．油脂、蔗糖等这类含碳化合物属于有机物
C．分散质粒子直径在1~100nm 的分散系为胶体，该“运输车”分散于水中所得的分散系不属于胶体
D．该“运输车”中铁元素的价态为+3 价
2．（2023·上海杨浦·统考二模）下列叙述I 和II 均正确并且有因果关系的是
选项
叙述I
叙述II
A
具有氧化性
用
溶液可以鉴别
B
性质不稳定
可加热
制备
5
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C
具有氧化性
可用
制作印刷电路板
D
是一种红棕色粉末
常用作油漆
3．（2023·海南省直辖县级单位·统考模拟预测）能验证某溶液中含有
，不含
的实验事实是
A．向溶液中滴加
溶液，溶液变红
B．向溶液中滴加
溶液，无明显变化；再滴加几滴氯水，溶液变红
C．向溶液中依次滴加氯水、
溶液，溶液变红
D．向溶液中滴加少量
溶液，产生红褐色沉淀
4．学习小组进行如下实验：
序号
实验操作
实验现象
Ⅰ
将1mLpH=1 的0.1mol·L-1 FeSO4溶液和2 滴
0.1mol·L-1KSCN 溶液混合，接着向混合溶液中逐滴滴加
0.5mL0.3mol·L-1的H2O2溶液
滴入H2O2溶液，溶液立即变红，继
续滴加，溶液红色变浅并逐渐褪去
Ⅱ
向i 的混合溶液中滴入KSCN 溶液
溶液变红
Ⅲ
向1mL0.3mol·L-1的H2O2溶液中滴加2 滴0.1mol·L-1KSCN
溶液，继续加入0.5mLpH=1 的H2SO4溶液，静置2min
无明显现象
Ⅳ
向ⅲ的混合溶液中滴入2 滴Fe2(SO4)3溶液
滴入Fe2(SO4)3溶液，溶液立即变红，
静置2min，溶液红色变浅并逐渐褪
去
下列说法错误的是
A．实验中溶液变红的原因是生成Fe(SCN)3
B．实验i～ⅱ说明实验i 中SCN-被H2O2全部氧化
C．实验ⅲ～ⅳ说明酸性溶液中H2O2氧化KSCN 的速度慢
D．实验i～ⅳ说明Fe2+能加速H2O2氧化KSCN 的反应
5．（2023·河北衡水·衡水市第二中学校考模拟预测）某磁性材料(Fe/Fe3O4)广泛应用于磁记录、催化等领域。
一种制备该材料的流程如下：
已知反应原理为：
①Fe2++2OH-=Fe(OH)2
②3Fe(OH)2=Fe+2Fe(OH)3
③Fe(OH)2+2Fe(OH)3=Fe3O4+4H2O
6
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(1)用FeCl2溶液和KOH 溶液制备Fe/Fe3O4反应的离子方程式为 。
(2)当pH<2 时，Fe/Fe3O4产率极低的原因是 。
(3)图1 为回流时间与Fe/Fe3O4产率的关系图，图2 为回流1h 所得产品的X 射线衍射图。回流1h 所得产品
Fe/Fe3O4中产生杂质可能的原因 。
(4)采用Pd-Fe3O4双催化剂，可实现用H2消除酸性废水中的NO 和NO ，反应历程如图3 所示。
其中Fe3O4中Fe2+和Fe3+分别用Fe(II)、Fe(III)表示。
①用该法处理废水后，溶液的pH 。(填“降低”“升高”或“不变”)
②写出过程④反应的离子方程式 。
③反应历程中虚线方框内NO 生成N2的过程可描述为 。
6．（2022·山东济宁·统考二模）某兴趣小组研究I2与FeCl2溶液的反应。
配制FeCl2溶液：向0.1 mol·L－1FeCl3溶液中加入足量铁粉，充分振荡，备用。
(1)FeCl3溶液与铁粉反应的离子方程式是 。
(2)检验FeCl3完全反应的实验方案是 。
(3)设计如下实验，研究I2是否能够氧化FeCl2：
7
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实验现象：试管1 溶液变红，试管2 溶液呈现较浅的蓝色。
实验结论：I2能够氧化FeCl2。
①有的同学认为上述实验现象不足以得出上述结论，原因是 。
②欲证实实验结论，再次设计对比实验。实验方案和相应的现象是 。
(4)继续进行实验：
实验
实验操作
实验现象
I
向试管1 中加入KI 固体，充分振荡
溶液红色完全褪去，变为黄色。
Ⅱ
向I 中所得的黄色溶液中加入0.5mL CCl4，充分振荡、静置
水层仍为黄色，CCl4层几乎无色。
①针对Ⅱ中现象，小组同学提出假设：在一定量KI 的存在下，I－+I2
I3－，使CCl4很难萃取黄色溶液中
的I2。该小组同学设计实验，证实了I－和I2可以反应。在下图虚框中，将实验方案补充完整(按试题图示方
式呈现)：
②应用化学平衡移动原理，结合离子方程式，解释实验I 中溶液红色褪去的原因：
。某兴趣小组研究I2与FeCl2溶液的反应。
实验10 铝及其化合物的性质
铝与强酸、强碱反应的实验探究
实验操作
8
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实验现象
试管中产生气泡，铝片溶
解，点燃的木条放在试管
口时发出爆鸣声
试管中产生气泡，铝片溶解；点燃的木条放在试管口时发出爆
鸣声
化学方程式
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
拓展一：Al 和CuSO4溶液反应的探究
实验装置：
实验报告：
实验序号
实验现象
结论与解释
①
铝丝表面有少量气泡；
铝丝周围出现蓝绿色物
质
溶液呈弱酸性，与Al 反应产生的气体是H2；蓝绿色物质
成分待探究
②
后，铝丝仍光亮；
后，铝丝表面出现
少量红色物质
红色物质是Cu，说明Al 能和
溶液反应，但反应较慢
③
铝丝周围溶液逐渐变成
无色，铝丝以下溶液仍
为蓝色；两层溶液界面
清晰
反应生成的
为无色；
溶液的密度小于
溶液
拓展二：铝镁合金质量分数的测定
1.燃烧法：称量铝镁合金粉末的质量，放入装有足量氧气的容器中使其充分灼烧，称量生成物的质量（利
用合金的质量和氧化物的质量建立二元二次方程求解）。
2.称重法：
（1）称量铝镁合金的质量，将铝镁合金放入足量氢氧化钠溶液反应，过滤、洗涤、烘干，称量剩余固体
质量（利用合金的质量和镁的质量求解）。
（2）称量铝镁合金的质量，将铝镁合金与过量的盐酸反应，在溶液中加入过量的氢氧化钠溶液，过滤、
洗涤、灼烧，称量固体的质量（利用合金的质量和氧化镁的质量求解）。
3.量气法：
9
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（1）称量铝镁合金的质量，检查装置的气密性，向铝镁合金中加入足量盐酸充分反应，待冷却至室温，
调整量气管C 的高度，使C 中液面与B 中液面相平，读取记录气体体积（利用合金的质量和氢气的体积建
立二元二次方程求解）。
（2）称量铝镁合金的质量，检查装置的气密性，向铝镁合金中加入足量氢氧化钠溶液充分反应，待冷却
至室温，调整量气管C 的高度，使C 中液面与B 中液面相平，读取记录气体体积（利用合金的质量和氢气
的体积求解）。
1．（2023·湖南长沙·长郡中学校考模拟预测）学习小组用废弃的铝制易拉罐按如下流程制备明矾，并测定
明矾中结晶水的含量。
上述实验中不需要用到的操作是
A．
B．
C．
D．
2．（2023·广东·广州市第二中学校联考三模）下图为铝的生产原理示意图，下列相关说法不正确的是
A．冰晶石做助熔剂
10
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B．氧化铝属于过渡晶体
C．金属铁、铜的冶炼方法与铝类似
D．铝在工业上是一种很好的还原剂
3．（2023·上海宝山·统考一模）下列关于铝及其化合物反应的离子方程式书写正确的是
A．铝与NaOH 溶液反应：
B．
与NaOH 溶液反应：
C．明矾净水原理：
D．
与过量氨水反应：
4．（2023·北京朝阳·北京八十中校考模拟预测）某小组用如图装置探究铝片与酸碱的反应，实验如下：
①A 为盐酸时，1 分钟后有大量气泡产生
②A 为NaOH 时，20 秒后有大量气泡产生
③A 为硫酸时，3 分钟后有极少量气泡产生，滴加1mLCuSO4溶液，立即产生大量气泡，Al 表面有少量红
色固体。下列说法正确的是
A．对比①②说明氧化性NaOH＞HCl
B．对比①③说明Cl-对铝表面的氧化膜破坏能力强
C．对比①②③说明Al 在不同的环境中还原性不同
D．③中实验说明Al 与Cu2+反应剧烈放热
5．（2022·陕西安康·统考模拟预测）铝及其部分化合物的“价类二维图”如图所示。下列说法错误的是
A．反应⑤⑥基本类型相同
B．反应①⑥所加试剂可能相同
C．1mola 完全转化为b 时失去3mol 电子
D．物质的类别处“
”代表偏铝酸盐
6．（2023·江西宜春·统考二模）镁、铝、锌是生活中常见的三种金属，查阅资料获得如下信息：
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①镁、铝、锌都是银白色的金属
②锌（Zn）可以与NaOH 溶液反应生成H2
③Zn（OH）2为白色固体，难溶于水，可溶于强碱及NH3•H2O
④Zn2+易形成配合物如[Zn（NH3）4]2+，该配合物遇强酸分解生成Zn2+、NH4
+
（1）甲同学取镁铝合金进行定量分析，用图所示装置进行实验，获得如下数据（所有气体体积均已换算
成标准状况，忽略滴入液体体积对气体体积的影响）
编号
粉末质
量
量气管第一次读数
量气管第二次读数
①
2.0 g
10.0 mL
346.2 mL
②
2.0 g
10.0 mL
335.0 mL
③
2.0 g
10.0 mL
345.8 mL
（2）乙同学取镁铝锌合金设计如下实验方案：
（可用试剂：样品、pH 试纸、稀硫酸、NaOH 溶液、氨水）
①试剂Ⅰ是 ；沉淀B 是 ．
②过程Ⅰ是：在滤液中逐滴加入 ，直至生成的沉淀刚好溶解，再加入足量的 ，过滤．
③沉淀C 与氨水反应的离子方程式为 ．
7．（2023·全国·专题练习）明矾KAl(SO4)2·12H2O 可用于食品添加剂。某小组用粉煤灰(含Al2O3的质量分
数为50%)制备明矾，并探究明矾的净水作用。
(1)AlCl3溶液的制备
①取10.2g 粉煤灰酸溶，粉煤灰分批添加且缓慢升温至60℃，原因是 (填序号)。
A．防止反应过于剧烈 B．防止HCl 受热挥发 C．抑制Al3+水解
②检验粉煤灰滤饼是否洗涤干净的实验试剂为 。
(2)分离提纯AlCl3。用如图所示装置制备HCl 气体，并通入AlCl3溶液中使A1C13·6H2O 晶体析出，从而与
可溶杂质分离。
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①相比分液漏斗，选用仪器a 的优点是 。
②往装置B 中通入HCl 气体后会析出大量的A1C13·6H2O 晶体，原因是 。
③上述实验装置存在缺陷是 。
(3)明矾的制备。将AlC13·6H2O 加热溶解，同时加入过量K2SO4固体，再经过 、干燥即可得到
KAl(SO4)2·12H2O，经称量确定质量为23.7 g，则明矾的产率为 %。(已知KAl(SO4)2·12H2O 的相对分
子质量为474，答案保留一位小数)
(4)明矾的净水作用。有研究小组查得常温下Al3+的水解平衡常数约为1×10-9，对明矾是否能水解生成
Al(OH)3胶体产生疑问，进行探究实验如下表：
序
号
试剂
饱和明矾溶液
作用温度(℃)
实验现象
1
15mL 自来水
2 滴
25
有微弱的丁达尔效应，一段时间后变浑浊
2
15mL 自来水
2 滴
60
有丁达尔效应， 较实验1 变浑浊快
3
15mL 蒸馏水
2 滴
60
无丁达尔效应
实验 (填序号)对比表明，温度不是明矾溶液产生丁达尔效应主要原因。实验小组同学猜测可能是自
来水中存在的某种阴离子 (填离子符号)促使Al3+的水解生成Al(OH)3胶体，反应的离子方程式为
。
8．（2023·重庆九龙坡·重庆市育才中学校考模拟预测）铝是地壳中含量最多的金属元素，其单质和化合物
广泛应用于日常生活中。
(1)可以用电镀法在钢制品上电镀铝，为测定镀层厚度，用NaOH 溶液溶解钢制品表面的铝镀层。
①NaOH 的电子式为 。
②写出NaOH 溶液溶解钢制品表面的铝镀层的离子方程式 。
(2)双羟基铝碳酸钠[NaAl(OH)2CO3]是一种常用的抗酸药，它与足量胃酸(主要成分为盐酸)反应的化学方程
式为 。
(3)如图是从铝土矿(主要成分为Al2O3，还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质)中提取Al2O3并制取Al 的流程：
①“溶解”时，SiO2与NaOH 溶液反应生成的硅酸钠与溶液中偏铝酸钠发生反应：
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2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O=Na2Al2Si2O8↓+4NaOH，“赤泥”的主要成分为 (写出化学式)。
②“酸化”时，通入过量CO2与NaAlO2反应，生成滤液的主要成分是 (写化学式)。
(4)电解是电解熔融的Al2O3，电解过程中阴极的电极反应式为 做阳极的石墨易消耗，原因是
。(结合方程式和文字描述作答)
14
