【教材实验热点】12 铝热反应-（解析版）

【教材实验热点】12铝热反应专题12铝热反应【教材实验梳理】1.定义铝热剂在高温条件下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应，称为铝热反应。2.反应原理：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3注意：①铝热剂是指铝粉和某些金属氧化物的混合物，金属氧化物可以是：Fe2O3、FeO、Fe3O4、Cr2O3、V2O5、MnO2等。②铝热反应的特点是反应放出大量的热，使生成的金属呈液态。③要使用没有氧化的铝粉，氧化铁粉末要烘干。④KClO3作为引燃剂，也可以用Na2O2代替。实验时可以不用镁条点燃，而用在氯酸钾和白糖的混合物上滴加浓硫酸的方法来点燃。3.实验装置及实验现象在实验室按如图所示装置进行铝热反应，实验现象是当外露部分镁条刚刚燃烧完毕时，纸漏斗内混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的烟。纸漏斗被烧破，有红热状的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体(落下的是铁珠)。4.应用(1)冶炼某些难熔金属，如：V、Cr、等。(2)焊接钢轨等大截面钢材部件。(3)军事上可以制作铝热弹等强杀伤性武器。【例题讲解】1．粉末状试样A是由和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；②另取全部溶于盐酸中，固体全部溶解，得溶液C；③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出（标况）气体。同时生成溶液D，还残留有固体物质B；④用溶液检查时，溶液D不变色。请填空：(1)①中引发铝热反应的实验操作是____________，产物中的单质B是___________________。(2)②中所发生反应的化学方程式是____________、____________。(3)③中所发生反应的离子方程式是____________、____________。(4)若溶液D的体积仍视为，则该溶液中为____________，为____________。【巩固练习】2．有关金属冶炼或其原理的说法正确的是（）A．给定条件下，Mg(OH)2MgCl2(aq）Mg，物质间转化能一步实现B．工业上，常用电解熔融AlCl3的方法治炼金属铝C．火法炼铜：Cu2S＋O2=2Cu＋SO2，其中Cu2S既作氧化剂又作还原剂D．铝热法炼铁：2Al＋Fe2O3=2Fe＋Al2O3，反应物刚好完全反应，反应后固体质量增加3．现有由氧化铁和铝组成的铝热剂，某实验小组分别进行如下实验：（1）取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成气体的体积为bL（标准状况下）；（2）另取ag样品，高温条件下二者恰好完全反应：2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，待其冷却后，加入足量盐酸，测得生成气体的体积为cL（标准状况下）。则c：b等于A．1：1 B．1：2 C．2：3 D．3：44．下列金属①铁、②镁、③锰、④矾、⑤铬,可用铝热法制备的有。A．①②④ B．①②③⑤C．①③④⑤ D．①②③④⑤5．铝热反应的实验装置如图。下列有关铝热反应的说法中，不正确的是（   ）A．工业上可以利用铝热反应的方法治炼金属镁B．铝热反应可用于冶炼某些高熔点金属C．铝热反应体现了铝的还原性D．实验现象为火星四溅，漏斗下方有红热熔融物流出6．将9g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂，在高温下恰好完全反应，所得固体中含金属单质的质量为18g，则该氧化物粉末可能是A．和 B．和C．和 D．和FeO7．对氧化铁与铝粉发生的“铝热反应”(装置如图)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”。查阅资料得知：Al、A12O3、Fe、Fe2O3熔点数据如表，下列叙述正确的是物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462A．铝热剂特指铝和氧化铁的混合物B．镁条和KClO3是铝热反应的催化剂C．该反应所得熔融物熔点低于660℃D．将少量该反应所得的熔融物溶于足量稀H2SO4，充分反应后，滴加KSCN溶液无明显现象，说明熔融物中无Fe2O38．把铝粉和四氧化三铁粉末配成铝热剂并分成两等份，前一份在高温下恰好完全反应，将生成物与足量的盐酸充分反应；后一份直接加入足量的氢氧化钠溶液使之充分反应，前后两种情况下生成的气体在相同状况下的体积比是A．1:1 B．3:4 C．9:8 D．4:39．某铝热剂由Fe3O4和Al组成。取a g该铝热剂样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成气体的体积为V1L(标准状况，下同)。(1)发生反应的离子方程式为__________________________。(2)另取ag该样品将其引燃，恰好完全反应，待反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体的体积为V2L。则V1∶V2为多少？_____(无计算过程不给分)10．铝在材料、冶炼金属等方面用途非常广泛。回答下列问题：(1)真空碳热还原Al2O3制铝是目前正在开发的一种方法。①该法制铝时会产生一种可燃性气体，发生的总反应的化学方程式为__________。②反应机理表明，碳化铝是冶炼过程中的一种中间产物，碳化铝与水反应生成Al(OH)3和一种含氢量最高的烃，碳化铝的化学式为__________。(2)用如图所示的装置进行铝粉和Fe2O3的铝热反应实验。  ①纸质漏斗中发生的反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。②实验结束后用磁铁靠近蒸发皿沙中的熔化物，能被磁铁吸引，________(填“能”或“不能”)确认其为纯铁，说明理由：_________。(3)某溶液中只含有H+、Na+、、Ba2+、Al3+、Ag+、Cl-、、OH-、、、中某几种，该溶液中各离子的物质的量浓度均相同。取少量溶液于试管中，滴入甲基橙，溶液呈红色，再加入NaOH溶液，溶液先变浑浊，后变澄清；另取少量溶液于试管中，加入铝片，有无色气体产生，该无色气体遇空气变为红棕色。①溶液中一定存在的阳离子为_______(填离子符号，下同)，一定存在的阴离子为_______。②加入铝片时反应的离子方程式为_________。11．某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究。现行高中化学教材中对“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”。查阅《化学手册》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462沸点/℃246729802750－(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？答：_____________（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。该实验所用试剂是_________，反应的离子方程式为______________________________。(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最适宜的试剂是A．浓硫酸 B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．氢氧化钠溶液12．软锰矿(主要成分为MnO2)可用于制备锰及其化合物。(1)早期冶炼金属锰的一种方法是先煅烧软锰矿生成Mn3O4，再利用铝热反应原理制得锰，该铝热反应的化学方程式为____________。(2)现代冶炼金属锰的一种工艺流程如下图所示：下表为t℃时，有关物质的pKsp(注：pKsp =－lgKsp)物质Fe(OH)3Cu(OH)2Ca(OH)2Mn(OH)2CuSCaSMnSMnCO3pKsp37.419.325.2612.735.25.8612.610.7软锰矿还原浸出的反应为：12MnO2＋C6H12O6＋12H2SO4 =12MnSO4＋6CO2↑＋18H2O①该反应中，还原剂为_______。写出一种能提高还原浸出速率的措施：_____________________。②滤液1的pH_______(填“大于”、“小于”或“等于”)MnSO4浸出液的pH。③加入MnF2的主要目的是除去 _____________________________(填Ca2+、Fe3+或Cu2+)。(3)由MnSO4制取MnCO3：往MnSO4溶液中加入过量NH4HCO3溶液，该反应的离子方程式为_____________；若往MnSO4溶液中加入(NH4)2CO3溶液，还会产生Mn(OH)2，可能的原因是：MnCO3(s)＋2OH－(aq)Mn(OH)2(s)＋CO32-(aq)，t℃时，计算该反应的平衡常数K＝ ______(填数值)。13．由铝和某些金属氧化物组成的混合物在化学上称为铝热剂，该混合物在高温条件下能发生置换反应。为确定某铝热剂样品(铝和氧化铁)的组成，分别进行下列实验：(1)若取10.7g该样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体(标准状况，下同)体积为aL。反应的化学方程式是______，样品中铝的质量分数是_______(用含a的表达式表示)。(2)若取同质量的样品，在高温下使其恰好反应，则a=____L；该反应的化学方程式是____。(3)绿色化学的核心内容之一是“原子经济性”，即原子的理论利用率为100%。下列转化符号绿色化学要求的是____(填序号)。a.乙醇制取乙醛   b.甲烷制备CH3Clc.2CH3CHO+O22CH3COOH参考答案：1．    加入氯酸钾插上镁条点燃镁条引起    Fe    MgO+2HCl=MgCl2+H2O    Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O    Fe+2H+=Fe2++H2↑    Fe+2Fe3+=3Fe2+    0.67mol/L    2.33mol/L【分析】①铝热反应的本质是置换反应，金属性Al＞Fe，所以发生Al与Fe2O3反应，置换出铁，即B为Fe；②MgO与盐酸反应生成氯化镁与水，Fe2O3与盐酸反应生成氯化铁与水，溶液C中含有MgCl2、FeCl3；③单质B和溶液C反应，放出1.12L(标准状况)气体，该气体为氢气，说明②中盐酸过量，溶液C为MgCl2、FeCl3、HCl混合溶液，反应同时生成溶液D，还残留有固体物质B，说明Fe有剩余，结合④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色，说明D溶液不含铁离子，则D中溶质为MgCl2、FeCl2，据此分析解答。【详解】(1)①中引发铝热反应的操作为：加少量KClO3，插上镁条并将其点燃；产物中的单质B是Fe，故答案为：加少量KClO3，插上镁条并将其点燃；Fe；(2)氧化镁与盐酸反应生成氯化镁与水，氧化铁与盐酸反应生成氯化铁与水，②中所发生反应的化学方程式为：MgO+2HCl=MgCl2+H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，故答案为：MgO+2HCl=MgCl2+H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O；(3)Fe与盐酸反应生成氯化亚铁与氢气，反应的离子方程式为：Fe+2H+=Fe2++H2↑，铁与氯化铁反应生成氯化亚铁，反应的离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+，故答案为：Fe+2H+=Fe2++H2↑、Fe+2Fe3+=3Fe2+；(4)令MgO和Fe2O3的物质的量分别为xmol、ymol，则40x+160y=20，溶液C为MgCl2、FeCl3、HCl混合溶液，加入铁粉后生成的氢气为=0.05mol，根据氯元素守恒，2x+3×2y+0.05×2=0.15×6，解得：x=0.1，y=0.1；n(Mg2+)=n(MgO)=0.1mol，所以c(Mg2+)==0.67mol/L；溶液D为MgCl2、FeCl2的混合溶液，根据电荷守恒溶液中2c(Mg2+)+2c(Fe2+)=c(Cl-)，所以2×0.67mol/L+2c(Fe2+)=6mol/L，解得c(Fe2+)=2.33mol/L，故答案为：0.67mol/L；2.33mol/L。2．C【详解】A．应是电解熔融状态下的MgCl2而不是溶液，A错误