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實(shí)驗(yàn)16 鋁熱反應(yīng) 鋁熱反應(yīng) 1、學(xué)會(huì)鋁熱反應(yīng)的原理 2、探究利用鋁的還原性獲得高熔點(diǎn)金屬單質(zhì) 鋁熱反應(yīng)是鋁單質(zhì)在高溫的條件下進(jìn)行的一種氧化還原反應(yīng)，體現(xiàn)出了鋁的強(qiáng)還原性。反應(yīng)會(huì)放出巨大的熱，甚至可以使生成的金屬以熔融態(tài)出現(xiàn)。另一方面，反應(yīng)放出大量熱使鋁熔化，反應(yīng)在液相中進(jìn)行使反應(yīng)速率極快，短時(shí)間放出極大量的熱。 2y Al +3MxOyyAl2O3+3xM(M為金屬元素) 2Al+Fe2O32Fe+Al2O3 坩堝鉗、鐵架臺(tái)（帶鐵圈）、濾紙、托盤天平、蒸發(fā)皿、小木條、鎂帶、氯酸鉀、氧化鐵鋁粉、沙子、水 步驟 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 1． 把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起，取出內(nèi)層濾紙，在其底部剪一小孔后用水濕潤，再套回原處，并架在鐵圈上，下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。 2． 將5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，在混合物上面加少量氯酸鉀固體，中間插一根用砂紙打磨過的鎂條。 3．用燃著的小木條點(diǎn)燃鎂帶，觀察現(xiàn)象（反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫、發(fā)出強(qiáng)光，觀察時(shí)請(qǐng)注意安全不要直視）。 鎂條劇烈燃燒，火花四濺，放出大量的熱；紙漏斗被燒穿，有灼熱的熔融物落入蒸發(fā)皿中；熔融物冷卻后，除去外層熔渣，可以看到變?yōu)楹谏蔫F珠 鋁熱反應(yīng)的反應(yīng)物是什么？ 鋁粉，氧化鐵 鎂條的作用是什么？KClO3的作用是什么? 引燃，鎂條在空氣中可以燃燒，放熱，提供反應(yīng)所需的高溫條件，KClO3是助燃劑，提供氧氣 紙漏斗為什么要打濕并剪孔？ 便于熔融物落下，防止濾紙被燒穿，反應(yīng)容器被破壞 蒸發(fā)皿盛沙子的原因是？ 防止高溫的熔融物使蒸發(fā)皿炸裂 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)？ 放熱反應(yīng) 承接容器中的沙子能否換成水？ 不能，金屬會(huì)與水反應(yīng)生成氫氣發(fā)生爆炸或者使水迅速沸騰導(dǎo)致液態(tài)金屬飛濺 （1）鋁熱劑是鋁粉和某些金屬氧化物（Fe3O4、Cr2O3、V2O5）組成的混合物 （2）鎂條的長度一般為10cm左右（太短燃燒后放出的熱量不夠，太長燃燒時(shí)間太長，造成浪費(fèi)），并且需要用砂紙打磨，除去表面的氧化膜 （3）鋁熱反應(yīng)有一定的危險(xiǎn)性，一般不允許在家里或者房間里做該實(shí)驗(yàn)，可以選擇室外或者安全的有防火措施的房間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 （4）點(diǎn)燃鎂帶后，要趕快離至適合的距離，實(shí)驗(yàn)者必須戴墨鏡或防強(qiáng)光的設(shè)備觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以防止被鋁熱反應(yīng)的強(qiáng)光灼傷眼睛。絕對(duì)不允許在反應(yīng)物旁觀察反應(yīng)現(xiàn)象。 （5）嚴(yán)格控制藥品的用量 （6）反應(yīng)結(jié)束后，不可用手去觸碰熔融物（高溫熔融物易燒傷皮膚），不可用水澆滅，應(yīng)等其自然冷卻 1．利用鋁熱反應(yīng)可以焊接鋼軌。下列說法正確的是（） A．鋁、氧化鋁中鋁元素微粒的半徑r(Al3+)＜r(Al) B．工業(yè)上可用鋁熱反應(yīng)的方法提取鎂 C．在鋁熱反應(yīng)中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為光能 D．在鋁熱反應(yīng)中鐵的還原性大于鋁的還原性 【答案】A 【解析】A．鋁離子含有2個(gè)電子層，鋁原子含有3個(gè)電子層，則微粒的半徑大小為：r(Al3+)＜r(Al)，故A正確；B．由于鋁的還原性小于鎂，無法通過鋁熱反應(yīng)提取鎂，工業(yè)上通常采用電解熔融氯化鎂的方法獲得鎂，故B錯(cuò)誤；C．在鋁熱反應(yīng)中，化學(xué)能除了轉(zhuǎn)化成光能，還轉(zhuǎn)化為熱能等能量，故C錯(cuò)誤；D．鋁熱反應(yīng)中，被置換出的金屬的還原性必須小于Al的，如鐵的還原性小于鋁的還原性，故D錯(cuò)誤；故選A。 2．下列關(guān)于鋁熱劑的有關(guān)敘述中正確的是（） A．利用鋁熱劑的反應(yīng)，常用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬 B．氧化鋁和鐵的混合物是鋁熱劑 C．鋁熱劑發(fā)生的鋁熱反應(yīng)需要用鎂帶和氯酸鉀引燃，所以鋁熱反應(yīng)是吸熱反應(yīng) D．工業(yè)上常用鋁熱反應(yīng)來大量冶煉金屬鐵 【答案】A 【解析】鋁熱反應(yīng)放出大量的熱，利用鋁熱劑的反應(yīng)，常用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬，故A正確；鋁和氧化鐵的混合物是鋁熱劑，故B錯(cuò)誤；鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；工業(yè)上常用焦炭還原法大量冶煉金屬鐵，故D錯(cuò)誤。 3．鋁熱反應(yīng)原理可用于焊接鐵軌。下圖是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，點(diǎn)燃鎂條就可以引發(fā)反應(yīng)，在反應(yīng)過程中沒有涉及到的化學(xué)反應(yīng)類型是（） A．化合反應(yīng) B．分解反應(yīng) C．置換反應(yīng) D．復(fù)分解反應(yīng) 【答案】D 【解析】A．鎂條在氧氣中燃燒生成氧化鎂，是化合反應(yīng)，故A正確；B．氯酸鉀在高溫下分解生成氯化鉀和氧氣，是分解反應(yīng)，故B正確；C．鋁與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成鐵和氧化鋁的反應(yīng)是置換反應(yīng)，故C正確；D．反應(yīng)過程中沒有涉及到復(fù)分解反應(yīng)，故D錯(cuò)誤；答案為D。 4．可用鋁熱反應(yīng)冶煉的金屬是（） A．W B．Na C．Mg D．Hg 【答案】A 【解析】可用鋁熱反應(yīng)冶煉難溶的金屬，因此可以用冶煉金屬W，答案選A。 5．下列對(duì)鋁熱反應(yīng)的說法錯(cuò)誤的是（） A．鋁熱劑中還原劑是鋁粉 B．鋁熱劑是純凈物 C．鋁與Fe2O3可組成鋁熱劑 D．鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng) 【答案】B 6．唐朝詩人劉禹錫的《浪淘沙》“美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來”從中可以得出古人從沙子中得到黃金的方法為（） A．熱還原法 B．熱分解法 C．重力沉降法 D．電解法 【答案】C 7．用鋁熱法還原下列氧化物，制得金屬各1mol，消耗鋁最少的是（） A．二氧化錳B．三氧化鎢C．三氧化二鉻D．四氧化三鐵 【答案】D 【解析】首先寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，根據(jù)制得金屬各1mol列比例式求解；或者是根據(jù)1mol鋁失去3mol電子，由電子守恒得，金屬氧化物中金屬化合價(jià)最低者消耗的鋁最少。 8．氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉。下列說法不正確的是（） A．電解熔融NaCl制取金屬鈉的反應(yīng)中，鈉離子被還原，氯離子被氧化 B．濕法煉銅與火法煉銅的反應(yīng)中，銅元素都發(fā)生還原反應(yīng) C．用磁鐵礦煉鐵的反應(yīng)中，1mol Fe3O4被CO還原成Fe，轉(zhuǎn)移9mol e? D．鋁熱法還原鐵的反應(yīng)中，放出的熱量能使鐵熔化 【答案】C 9．金屬冶煉和處理常涉及氧化還原反應(yīng)。 （1）由下列物質(zhì)冶煉相應(yīng)金屬時(shí)采用電解法的是________。 a．Fe2O3 b．NaCl c．Cu2S d．Al2O3 （2）輝銅礦（Cu2S）可用于火法煉銅：Cu2S+O22Cu+SO2，該反應(yīng)的氧化劑是_______，當(dāng)1mol O2發(fā)生反應(yīng)時(shí)，還原劑所失電子的物質(zhì)的量為________mol。 （3）用鋁粉和Fe2O3做鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，需要的試劑還有__________。 a．KCl b．KClO3 c．MnO2 d．Mg 書寫出鋁熱反應(yīng)的方程式：________________________________。 （4）反應(yīng)TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是：___________。 【答案】（1）bd （2）O2、Cu2S 6 （3）bd 2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe （4）防止高溫下的Mg(Ti)與空氣中的氧氣（CO2/N2）作用 【解析】（1）活潑金屬采用電解法冶煉，鈉、鋁都是活潑金屬，采用電解熔融態(tài)NaCl、Al2O3的方法冶煉，故選bd；（2）在該反應(yīng)中，O元素化合價(jià)由0降到-2，Cu元素化合價(jià)由+1降到0，S元素由-2升高到+4，所以Cu2S和O2作氧化劑；氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等，所以當(dāng)有1molO2參與反應(yīng)時(shí)S失去6mol電子，則還原劑所失電子的物質(zhì)的量為6mol；（3）用鋁粉和Fe2O3做鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，需要的試劑還有KClO3作氧化劑，Mg用來引燃混合物，故選bd；鋁熱反應(yīng)的方程式 2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe；（4）反應(yīng)TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是：防止高溫下的Mg(Ti)與空氣中氧氣（CO2/N2）作用。 10．鋁熱反應(yīng)是鋁的一個(gè)重要性質(zhì)，該性質(zhì)用途十分廣泛．“鋁熱反應(yīng)”的現(xiàn)象有這樣的描述：“反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒”“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”．已知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如表： 物質(zhì) Al Al2O3 Fe Fe2O3 熔點(diǎn)/℃ 660 2054 1535 1462 沸點(diǎn)/℃ 2467 2980 2750 - I．（1）某同學(xué)推測(cè)，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金，理由是：該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點(diǎn)比鐵低，此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認(rèn)為他的解釋是否合理？ ______（填“合理”或“不合理”）。 （2）設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁，反應(yīng)的離子方程式為。 （3）實(shí)驗(yàn)室溶解該熔融物，在下列試劑中最適宜的試劑是 ______ （填序號(hào)）． A．濃硫酸 B．稀硫酸C．稀硝酸 D．氫氧化鈉溶液 Ⅱ．實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低。某同學(xué)取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應(yīng)，反應(yīng)過程中無氣體放出，在反應(yīng)結(jié)束后的溶液中，逐滴加入6molL-1的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積（mL）與產(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量（mol）的關(guān)系如圖所示。試回答下列問題： （1）依題意，請(qǐng)寫出熔融物中鐵與該稀的硝酸反應(yīng)的離子方程式：__________________ _______________________________________ （2）在BC段，沉淀的物質(zhì)的量沒有變化，則此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________ ___________________________________________________； （3）熔融物中鋁元素的物質(zhì)的量為______mol。 （4）B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的沉淀的物質(zhì)的量為______mol，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積為 ______ mL。 【答案】I．（1）合理 （2）2Al+2OH+2H2O===2AlO+3H2↑ （3）B Ⅱ．（1）8Fe+30H++3NO===8Fe3++3NH+9H2O （2）NH+OH===NH3H2O （3）0.012 （4）0.048 15 【解析】Ⅰ．（1）鋁的熔點(diǎn)比鐵低，生成鐵和液態(tài)鋁一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金，所以鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金，故解釋合理；鋁與NaOH溶液反應(yīng)生成氣體，反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH+2H2O===2AlO+3H2↑，（3）A．濃硫酸易使鐵、鋁鈍化，不能使合金溶解，故A錯(cuò)誤；B．活潑金屬與稀硫酸反應(yīng)，熔融物可溶解于稀硫酸中，故B正確；C．稀硝酸與金屬反應(yīng)生成污染性氣體，不是最佳選擇，故C錯(cuò)誤；D．鐵不與NaOH溶液反應(yīng)，不能將熔融物全部溶解，故D錯(cuò)誤．故選B；Ⅱ．（1）熔融物與稀硝酸反應(yīng)過程中氣體產(chǎn)生，可推斷出還原產(chǎn)物應(yīng)為NH，所以鐵與該稀的硝酸反應(yīng)的離子方程式為8Fe+30H++3NO===8Fe3++3NH+9H2O；（2）BC段沉淀的質(zhì)量沒有發(fā)生變化，為NH4NO3和NaOH反應(yīng)，離子方程式為NH+OH===NH3H2O，；（3）CD段發(fā)生的反應(yīng)是Al(OH)3+OH－===2AlO+2H2O，n(NaOH)=0.002L6molL?1=0.012mol，則n(Al(OH)3)=0.012 mol，即熔融物中鋁元素的物質(zhì)的量為0.012mol；（4）由8Fe+30H++3NO===8Fe3++3NH+9H2O、8Al+30H＋+3NO===8Al3＋+3NH+9H2O、NH+OH－===NH3H2O可得關(guān)系式8（Fe和Al）～3NH～3OH－，BC段消耗的OH－的物質(zhì)的量為6molL?1（42-39）10-3L=0.018mol，則Fe和Al的物質(zhì)的量之和為0.018mol8/3=0.048mol，所以B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的沉淀Fe(OH)3和Al(OH)3的物質(zhì)的量為0.048mol，AB段消耗的氫氧化鈉溶液物質(zhì)的量為0.048mol3=0.144 mol，AB段消耗的氫氧化鈉的體積為0.144mol/6molL?1=0.024L=24ml，所以A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積為39-24=15。