2019高一化学 实验16 铝热反应学案.docx

实验16 铝热反应铝热反应1、学会铝热反应的原理2、探究利用铝的还原性获得高熔点金属单质铝热反应是铝单质在高温的条件下进行的一种氧化还原反应，体现出了铝的强还原性。反应会放出巨大的热，甚至可以使生成的金属以熔融态出现。另一方面，反应放出大量热使铝熔化，反应在液相中进行使反应速率极快，短时间放出极大量的热。2y Al +3MxOyyAl2O3+3xM(M为金属元素)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3坩埚钳、铁架台（带铁圈）、滤纸、托盘天平、蒸发皿、小木条、镁带、氯酸钾、氧化铁铝粉、沙子、水步骤实验现象1 把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一起，取出内层滤纸，在其底部剪一小孔后用水湿润，再套回原处，并架在铁圈上，下面放置一盛沙子的蒸发皿。2 将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，在混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条。3用燃着的小木条点燃镁带，观察现象（反应时会产生高温、发出强光，观察时请注意安全不要直视）。镁条剧烈燃烧，火花四溅，放出大量的热；纸漏斗被烧穿，有灼热的熔融物落入蒸发皿中；熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以看到变为黑色的铁珠铝热反应的反应物是什么？铝粉，氧化铁镁条的作用是什么？KClO3的作用是什么?引燃，镁条在空气中可以燃烧，放热，提供反应所需的高温条件，KClO3是助燃剂，提供氧气纸漏斗为什么要打湿并剪孔？便于熔融物落下，防止滤纸被烧穿，反应容器被破坏蒸发皿盛沙子的原因是？防止高温的熔融物使蒸发皿炸裂该反应是放热反应还是吸热反应？放热反应承接容器中的沙子能否换成水？不能，金属会与水反应生成氢气发生爆炸或者使水迅速沸腾导致液态金属飞溅（1）铝热剂是铝粉和某些金属氧化物（Fe3O4、Cr2O3、V2O5）组成的混合物（2）镁条的长度一般为10cm左右（太短燃烧后放出的热量不够，太长燃烧时间太长，造成浪费），并且需要用砂纸打磨，除去表面的氧化膜（3）铝热反应有一定的危险性，一般不允许在家里或者房间里做该实验，可以选择室外或者安全的有防火措施的房间进行实验。（4）点燃镁带后，要赶快离至适合的距离，实验者必须戴墨镜或防强光的设备观察实验现象，以防止被铝热反应的强光灼伤眼睛。绝对不允许在反应物旁观察反应现象。（5）严格控制药品的用量（6）反应结束后，不可用手去触碰熔融物（高温熔融物易烧伤皮肤），不可用水浇灭，应等其自然冷却1利用铝热反应可以焊接钢轨。下列说法正确的是（）A铝、氧化铝中铝元素微粒的半径r(Al3+)r(Al) B工业上可用铝热反应的方法提取镁C在铝热反应中化学能全部转化为光能D在铝热反应中铁的还原性大于铝的还原性【答案】A【解析】A铝离子含有2个电子层，铝原子含有3个电子层，则微粒的半径大小为：r(Al3+)r(Al)，故A正确；B由于铝的还原性小于镁，无法通过铝热反应提取镁，工业上通常采用电解熔融氯化镁的方法获得镁，故B错误；C在铝热反应中，化学能除了转化成光能，还转化为热能等能量，故C错误；D铝热反应中，被置换出的金属的还原性必须小于Al的，如铁的还原性小于铝的还原性，故D错误；故选A。2下列关于铝热剂的有关叙述中正确的是（）A利用铝热剂的反应，常用于冶炼高熔点的金属B氧化铝和铁的混合物是铝热剂C铝热剂发生的铝热反应需要用镁带和氯酸钾引燃，所以铝热反应是吸热反应D工业上常用铝热反应来大量冶炼金属铁【答案】A【解析】铝热反应放出大量的热，利用铝热剂的反应，常用于冶炼高熔点的金属，故A正确；铝和氧化铁的混合物是铝热剂，故B错误；铝热反应是放热反应，故C错误；工业上常用焦炭还原法大量冶炼金属铁，故D错误。3铝热反应原理可用于焊接铁轨。下图是实验室进行铝热反应的实验装置图，点燃镁条就可以引发反应，在反应过程中没有涉及到的化学反应类型是（）A化合反应 B分解反应 C置换反应 D复分解反应【答案】D【解析】A镁条在氧气中燃烧生成氧化镁，是化合反应，故A正确；B氯酸钾在高温下分解生成氯化钾和氧气，是分解反应，故B正确；C铝与氧化铁发生铝热反应生成铁和氧化铝的反应是置换反应，故C正确；D反应过程中没有涉及到复分解反应，故D错误；答案为D。4可用铝热反应冶炼的金属是（）AW BNa CMg DHg【答案】A【解析】可用铝热反应冶炼难溶的金属，因此可以用冶炼金属W，答案选A。5下列对铝热反应的说法错误的是（）A铝热剂中还原剂是铝粉B铝热剂是纯净物C铝与Fe2O3可组成铝热剂D铝热反应是放热反应【答案】B6唐朝诗人刘禹锡的浪淘沙“美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来”从中可以得出古人从沙子中得到黄金的方法为（）A热还原法 B热分解法 C重力沉降法 D电解法【答案】C7用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是（）A二氧化锰B三氧化钨C三氧化二铬D四氧化三铁【答案】D【解析】首先写出反应的化学方程式，根据制得金属各1mol列比例式求解；或者是根据1mol铝失去3mol电子，由电子守恒得，金属氧化物中金属化合价最低者消耗的铝最少。8氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是（）A电解熔融NaCl制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化B湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应C用磁铁矿炼铁的反应中，1mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9mol eD铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化【答案】C9金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。（1）由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_。aFe2O3 bNaCl cCu2S dAl2O3（2）辉铜矿（Cu2S）可用于火法炼铜：Cu2S+O22Cu+SO2，该反应的氧化剂是_，当1mol O2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为_mol。（3）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有_。aKCl bKClO3 cMnO2 dMg书写出铝热反应的方程式：_。（4）反应TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是：_。【答案】（1）bd （2）O2、Cu2S 6 （3）bd 2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe （4）防止高温下的Mg(Ti)与空气中的氧气（CO2/N2）作用【解析】（1）活泼金属采用电解法冶炼，钠、铝都是活泼金属，采用电解熔融态NaCl、Al2O3的方法冶炼，故选bd；（2）在该反应中，O元素化合价由0降到-2，Cu元素化合价由+1降到0，S元素由-2升高到+4，所以Cu2S和O2作氧化剂；氧化还原反应中得失电子数相等，所以当有1molO2参与反应时S失去6mol电子，则还原剂所失电子的物质的量为6mol；（3）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有KClO3作氧化剂，Mg用来引燃混合物，故选bd；铝热反应的方程式 2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe；（4）反应TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是：防止高温下的Mg(Ti)与空气中氧气（CO2/N2）作用。10铝热反应是铝的一个重要性质，该性质用途十分广泛“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”已知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/660205415351462沸点/246729802750-I（1）某同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金，理由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理？ _（填“合理”或“不合理”）。（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，反应的离子方程式为。（3）实验室溶解该熔融物，在下列试剂中最适宜的试剂是 _ （填序号）A浓硫酸 B稀硫酸C稀硝酸 D氢氧化钠溶液实验研究发现，硝酸发生氧化还原反应时，硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低。某同学取一定量上述的熔融物与一定量很稀的硝酸充分反应，反应过程中无气体放出，在反应结束后的溶液中，逐滴加入6molL-1的氢氧化钠溶液，所加氢氧化钠溶液的体积（mL）与产生的沉淀的物质的量（mol）的关系如图所示。试回答下列问题：（1）依题意，请写出熔融物中铁与该稀的硝酸反应的离子方程式：_（2）在BC段，沉淀的物质的量没有变化，则此阶段发生反应的离子方程式为_；（3）熔融物中铝元素的物质的量为_mol。（4）B点对应的沉淀的物质的量为_mol，A点对应的氢氧化钠溶液的体积为 _ mL。【答案】I（1）合理（2）2Al+2OH+2H2O=2AlO+3H2 （3）B （1）8Fe+30H+3NO=8Fe3+3NH+9H2O （2）NH+OH=NH3H2O （3）0.012 （4）0.048 15【解析】（1）铝的熔点比铁低，生成铁和液态铝一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金，所以铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金，故解释合理；铝与NaOH溶液反应生成气体，反应的离子方程式为2Al+2OH+2H2O=2AlO+3H2，（3）A浓硫酸易使铁、铝钝化，不能使合金溶解，故A错误；B活泼金属与稀硫酸反应，熔融物可溶解于稀硫酸中，故B正确；C稀硝酸与金属反应生成污染性气体，不是最佳选择，故C错误；D铁不与NaOH溶液反应，不能将熔融物全部溶解，故D错误故选B；（1）熔融物与稀硝酸反应过程中气体产生，可推断出还原产物应为NH，所以铁与该稀的硝酸反应的离子方程式为8Fe+30H+3NO=8Fe3+3NH+9H2O；（2）BC段沉淀的质量没有发生变化，为NH4NO3和NaOH反应，离子方程式为NH+OH=NH3H2O，；（3）CD段发生的反应是Al(OH)3+OH=2AlO+2H2O，n(NaOH)=0.002L6molL1=0.012mol，则n(Al(OH)3)=0.012mol，即熔融物中铝元素的物质的量为0.012mol；（4）由8Fe+30H+3NO=8Fe3+3NH+9H2O、8Al+30H+3NO=8Al3+3NH+9H2O、NH+OH=NH3H2O可得关系式8（Fe和Al）3NH3OH，BC段消耗的OH的物质的量为6molL1（42-39）10-3L=0.018mol，则Fe和Al的物质的量之和为0.018mol8/3=0.048mol，所以B点对应的沉淀Fe(OH)3和Al(OH)3的物质的量为0.048mol，AB段消耗的氢氧化钠溶液物质的量为0.048mol3=0.144mol，AB段消耗的氢氧化钠的体积为0.144mol/6molL1=0.024L=24ml，所以A点对应的氢氧化钠溶液的体积为39-24=15。