专题十三+铁、铜及其重要化合物

专题十三 铁、铜及其重要化合物 高考试题 考点一 Fe 及其化合物的性质 1.(2012年重庆理综,7,6 分)下列叙述正确的是( ) A.Fe与 S混合加热生成 FeS2 B.NaHCO3的热稳定性大于 Na2CO3 C.过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成 D.白磷在空气中加热到一定温度能转化为红磷 解析:S 氧化性弱,和变价金属反应,金属显低价态,Fe+S FeS,其中 S显-2 价,A 错; 2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2,因此热稳定性:Na 2CO3大于 NaHCO3,B错;过量 Cu与浓 HNO3反应时,硝酸浓度会变 稀,发生 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO+4H 2O,C对;白磷在空气中加热会燃烧生成 P2O5,D错。 答案:C 2.(2011年福建理综,9,6 分)下表各选项中,不能利用置换反应通过 Y得到 W的一组化合物是( ) 选项 化合物 A B C D Y CO2 Fe2O3 C2H5OH FeCl3 W MgO Al2O3 C2H5ONa CuCl2 解析:CO 2+2Mg C+2MgO,A项可以;Fe 2O3+2Al 2Fe+Al2O3;B项可以;2CH 3CH2OH+2Na 2CH3CH2ONa+H2,C 项 可以;2FeCl 3+Cu CuCl2+2FeCl2,不是置换反应,D 项不可以。 答案:D 3.(2010年大纲全国理综,8,6 分)能正确表示下列反应的离子方程式是( ) A.将铁粉加入稀硫酸中:2Fe+6H + 2Fe3+3H2 B.将磁性氧化铁溶于盐酸:Fe 3O4+8H+ 3Fe3+4H2O C.将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合:Fe 2+4H+NO3- Fe3+2H2O+NO D.将铜屑加入 Fe3+溶液中:2Fe 3+Cu 2Fe2+Cu2+ 解析:B 错误,电荷不守恒,Fe 3O4中 Fe有两种价态,正确应该为:Fe 3O4+8H+ 2Fe3+Fe2+4H2O;C错误,得失电子 不守恒,电荷不守恒,正确的应为:3Fe 2+N +4H+ 3Fe3+NO+2H 2O;A错误,不符合客观实际,反应后铁只能3 产生 Fe2+和 H2。 答案:D 4.(2013年北京理综,27,12 分)用含有 A12O3、SiO 2和少量 FeOxFe2O3的铝灰制备 Al2(SO4)318H2O,工艺流程 如下(部分操作和条 件略): .向铝灰中加入过量稀 H2SO4,过滤; .向滤液中加入过量 KMnO4溶液,调节溶液的 pH约为 3; .加热,产生大量棕色沉淀,静置,上层溶液呈紫红色; .加入 MnSO4至紫红色消失,过滤; .浓缩、结晶、分离,得到产品。 (1)H2SO4溶解 Al2O3的离子方程式是 。 (2)将 Mn 氧化 Fe2+的离子方程式补充完整:4 1Mn + Fe2+ 1Mn2+ Fe3+ 。 (3)已知: 生成氢氧化物沉淀的 pH Al(OH)3 Fe(OH)2 Fe(OH)3 开始沉淀时 3.4 6.3 1.5 完全沉淀时 4.7 8.3 2.8 注:金属离子的起始浓度为 0.1 molL-1 根据表中数据解释步骤的目的: 。 (4)己知:一定条件下,Mn 可与 Mn2+反应生成 MnO2,4O 向的沉淀中加入浓 HCl并加热,能说明沉淀中存在 MnO2的现象是 。 中加入 MnSO4的目的是 。 解析:.铝灰中加入过量稀 H2SO4,发生反应:Al 2O3+3H2SO4 Al2(SO4) 3+3H2O,FeO+H2SO4 FeSO4+H2O,Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O,过滤出不反应的 SiO2和含有 Al2(SO4) 3、FeSO 4、Fe 2(SO4)3、H 2SO4的混合溶液。 .滤液中加入过量 KMnO4溶液后,其中 FeSO4被氧化生成 Fe2(SO4)3,调节溶液 pH大于 2.8,由(3)中已知信息 Fe2(SO4)3完全转化为 Fe(OH)3沉淀,Al 3+尚未开始沉淀。 .加热促进 Fe(OH)3沉淀完全后,溶液中存在 Al2(SO4)3、H 2SO4,剩余 KMnO4溶液呈紫红色,由(4)中已知加 入 MnSO4与 KMnO4发生氧化还原反应生成 MnO2沉淀。 .浓缩、结晶、分离得到 Al2(SO4)318H2O。 (2)由 Mn Mn2+,首先配 Fe2+和 Fe3+系数均为 5,再由电荷守恒,反应物中补 8 mol H+,由 H、O 原子守恒,4O 生成物补 4 mol H2O。 (4)利用实验室制 Cl2的反应原理,产生黄绿色气体说明存在 MnO2。 答案:(1)Al 2O3+6H+ 2Al3+3H2O (2)5 8H + 5 4H 2O (3)一方面,过量酸性 KMnO4溶液将 Fe2+完全氧化为 Fe3+,另一方面,Fe 3+完全沉淀为 Fe(OH)3,Al3+尚不能形成沉 淀。 (4)产生黄绿色气体 除去过量的 Mn 4O 5.(2013年江苏化学,19,15 分)柠檬酸亚铁(FeC 6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂,可由绿矾(FeSO 47H2O)通过 下列反应制备:FeSO 4+Na2CO3 FeCO3+Na 2SO4 FeCO3+C6H8O7 FeC6H6O7+CO2+H 2O 下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH(开始沉淀的 pH按金属 离子浓度为 1.0 molL-1计算)。 金属离子 开始沉淀的 pH 沉淀完全的 pH Fe3+ 1.1 3.2 Al3+ 3.0 5.0 Fe2+ 5.8 8.8 (1)制备 FeCO3时,选用的加料方式是 (填字母),原因是 。 a.将 FeSO4溶液与 Na2CO3 溶液同时加入到反应容器中 b.将 FeSO4溶液缓慢加入到盛有 Na2CO3溶液的反应容器中 c.将 Na2CO3溶液缓慢加入到盛有 FeSO4溶液的反应容器中 (2)生成的 FeCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否完全的方法是 。 (3)将制得的 FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中,再加入少量铁粉,80 下搅拌反应。铁粉的作用是 。 反应结束后,无需过滤,除去过量铁粉的方法是 。 (4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥,获得柠檬酸亚铁晶体。分离过程中加入 无水乙醇的目的是 。 (5)某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为 Fe2O3、SiO 2、Al 2O3 ) 出发,先制备绿矾,再合成柠檬酸亚 铁。请结合右图的绿矾溶解度曲线,补充完整由硫铁矿烧渣制备 FeSO47H2O晶体的实验步骤(可选用的试剂: 铁粉、稀硫酸和 NaOH溶液):向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应, , 得到 FeSO4 溶液, ,得到 FeSO47H2O 晶体。 解析:(1)碳酸钠溶液水解显碱性,结合相关金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH可知,Fe 2+在碱性环境中会生成氢 氧化亚铁沉淀,故制备 FeCO3时要注意控制溶液的 pH,应在硫酸亚铁中加入碳酸钠溶液。 (2)FeCO3表面吸附 S 、Na +等杂质离子,检验洗涤是否完全时,可检验 S 是否存在。方法是取最后一次的24 24O 洗涤液 12 mL 于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的 BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则表明已洗涤干净。 (3)Fe2+易被氧化,加入铁粉的目的是防止 Fe2+被氧化。除去剩余的铁粉时,为了不引入杂质,可加入适量柠檬酸 与铁粉反应。 (4)柠檬酸亚铁在乙醇中的溶解度小,加入无水乙醇,有利于晶体的析出。 (5)硫铁矿烧渣与稀硫酸反应,生成硫酸铁和硫酸铝,二氧化硅不溶于稀硫酸,故接下来的操作是:“过滤,向反 应液中加入足量的铁粉,充分搅拌后,滴加 NaOH溶液调节反应液的 pH约为 5,过滤”或“过滤,向滤液中滴加过 量的 NaOH溶液,过滤,充分洗涤固体,向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解,再加入足量的铁粉,充分搅拌 后,过滤”(滴加稀硫酸酸化,)加热浓缩得到 60 饱和溶液,冷却至 0 结晶,过滤,少量冰水洗涤,低温干燥。 答案:(1)c 避免生成 Fe(OH)2沉淀 (2)取最后一次的洗涤滤液 12 mL 于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的 BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则表明 已洗涤干净 (3)防止+2 价的铁元素被氧化 加入适量柠檬酸让铁粉反应完全 (4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量,有利于晶体析出 (5)“(过滤,)向反应液中加入足量的铁粉,充分搅拌后,滴加 NaOH溶液调节反应液的 pH约为 5,过滤”或“过 滤,向滤液中滴加过量的 NaOH溶液,过滤,充分洗涤固体,向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解,再加入足 量的铁粉,充分搅拌后,过滤” (滴加稀硫酸酸化,)加热浓缩得到 60 饱和溶液,冷却至 0 结晶,过滤,少 量冰水洗涤,低温干燥 6.(2011年天津理综,7,14 分)图中 X、Y、Z 为单质,其他为化合物,它们之间存在如下转化关系(部分产物已略 去)。其中,A 俗称磁性氧化铁;E 是不溶于水的酸性氧化物,能与氢氟酸反应。 回答下列问题: (1)组成单质 Y的元素在周期表中的位置是 ; M中存在的化学键类型为 ;R 的化学式是 。 (2)一定条件下,Z 与 H2反应生成 ZH4。ZH 4的电子式为 。 (3)已知 A与 1 mol Al反应转化为 X时(所有物质均为固体),放出 a kJ热量,写出该反应的热化学方程式: 。 (4)写出 A和 D的稀溶液反应生成 G的离子方程式: 。 (5)向含 4 mol D的稀溶液中,逐渐加入 X粉末至过量。假设生成的气体只有一种,请在坐标系中画出 n(X2+)随 n(X)变化的示意图,并标出 n(X2+)的最大值。 解析:A 俗称磁性氧化铁,则 A为 Fe3O4。A(Fe 3O4)与 Al在高温条件下发生铝热反应:8Al+3Fe 3O4 9Fe+4Al2O3, 则单质 X为 Fe。X(Fe)与单质 Y在点燃条件下生成 A(Fe3O4),则 Y为 O2。E 是不溶于水的酸性氧化物,能与氢氟 酸反应,E 为 SiO2,从而推知单质 Z为 Si。E(SiO 2)与 NaOH溶液反应生成 Na2SiO3和 H2O,则 M为 Na2SiO3。Y(O 2) 与 NO、H 2O反应生成 D,则 D为 HNO3。M(Na 2SiO3)与 D(HNO3)溶液混合,可得 H2SiO3(或 H4SiO4)胶体,则 R为 H2SiO3(或 H4SiO4)。因 D(HNO3)有强氧化性,故与 A(Fe3O4)反应生成 G为 Fe(NO3)3。(5)向 HNO3溶液中加入 Fe粉,开 始时 HNO3过量,Fe 被氧化成 Fe(NO3)3:Fe+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO+2H 2O,当加入 1 mol Fe时恰好生成 1 mol Fe(NO3)3。再加入铁粉时,发生反应:2Fe(NO 3)3+Fe 3Fe(NO3)2,当总共加入 1.5 mol Fe时,生成 1.5 mol Fe(NO3)2,继续加入铁粉后,不再发生反应,n(Fe 2+)不变。由此可画出 n(Fe2+)随 n(Fe)变化的曲线。 答案:(1)第二周期第A 族 离子键、共价键 H 2SiO3(或 H4SiO4) (2) (3)8Al(s)+3Fe3O4(s) 9Fe(s)+4Al2O3(s) H=-8a kJ/mol (4)3Fe3O4+28H+N 9Fe3+NO+14H 2O3 (5) 7.(2010年安徽理综,28,13 分)某研究性学习小组在网上收集到如下信息:Fe(NO 3)3溶液可以蚀刻银,制作美丽 的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究: 【实验】 制备银镜,并与 Fe(NO3)3溶液反应,发现银镜溶解。 (1)下列有关制备银镜过程的说法正确的是 。 a.边振荡盛有 2%的 AgNO3溶液的试管,边滴入 2%的氨水,至最初的沉淀恰好溶解为止 b.将几滴银氨溶液滴入 2 mL乙醛中 c.制备银镜时,用酒精灯的外焰给试管底部加热 d.银氨溶液具有较弱的氧化性 e.在银氨溶液配制过程中,溶液的 pH增大 【提出假设】 假设 1:Fe3+具有氧化性,能氧化 Ag。 假设 2:Fe(NO3)3溶液显酸性,在此酸性条件下 N 能氧化 Ag。3O 【设计实验方案,验证假设】 (2)甲同学从上述实验的生成物中检验出 Fe2+,验证了假设 1成立。请写出 Fe3+氧化 Ag的离子方程式: 。 (3)乙同学设计实验验证假设 2,请帮他完成下表中内容(提示:N 在不同条件下的还原产物较复杂,有时难以 观察到气体产生)。 实验步骤 (不要求写具体操作过程) 预期现象和结论 若银镜消失,假设 2成立。 若银镜不消失,假设 2不成立。 【思考与交流】 (4)甲同学验证了假设 1成立,若乙同学验证了假设 2也成立,则丙同学由此得出结论:Fe(NO 3)3溶液中的 Fe3+ 和 N 都氧化了 Ag。你是否同意丙同学的结论,并简述理由:3O 。 解析:(1)制备银镜时,应将几滴乙醛滴入 2 mL银氨溶液中,制备银镜时,应用水浴加热,不能直接加热,故 b、c 都错。 (2)生成物中检出 Fe2+,说明 Fe3+氧化了 Ag,其离子方程式为 Fe3+Ag Fe2+Ag+。 (3)乙同学设计实验是验证 N 在酸性条件下能氧化 Ag,因此方案设计中要提供 N 和 H+,可以将银镜放到酸3O 3O 性硝酸盐溶液中。 答案:(1)ade (2)Fe 3+Ag Fe2+Ag+ (3)测定上述实验用的 Fe(NO3)3溶液的 pH 配制相同 pH的稀硝酸溶液,将此溶液加入有银镜的试管中 (4)不同意,甲同学检验出了 Fe2+,可确定 Fe3+一定氧化了 Ag;乙同学虽然验证了此条件下 N 能氧化 Ag,但在3O 硝酸铁溶液中氧化 Ag时,由于没有检验 N 的还原产物,因此不能确定 N 是否氧化了 Ag3O 3O (3)、(4)其他合理答案均可 考点二 Cu 及其化合物的性质 1.(2012年四川理综,13,6 分)向 27.2 g Cu和 Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸 0.5 L,固体物质完全反应,生 成 NO和 Cu(NO3)2。在所得溶液中加入 1.0 mol/L的 NaOH溶液 1.0 L,此时溶液呈中性,金属离子已完全沉淀, 沉淀质量为 39.2 g。下列有关说法不正确的是( ) A.Cu与 Cu2O的物质的量之比为 21 B.硝酸的物质的量浓度为 2.6 mol/L C.产生的 NO在标准状况下的体积为 4.48 L D.Cu、Cu 2O与硝酸反应后剩余 HNO3为 0.2 mol 解析:根据题意知最后得到的沉淀是 Cu(OH)2,其质量是 39.2 g,则 nCu(OH)2=0.4 mol,n(Cu)=0.4 mol,即原 混合物中的 n(Cu)等于 0.4 mol,设原混合物中的 Cu和 Cu2O的物质的量分别是 x、y,则有 x+2y=0.4 mol,64 g/mol x+144 g/mol y =27.2 g,解得 x= 0.2 mol,y=0.1 mol,物质的量之比等于 21,A 正确;反应后得到的溶质是 NaNO3,则表现酸性的硝酸与氢氧化 钠的物质的量相等,即 1 mol,0.2 mol Cu和 0.1 mol Cu2O被硝酸氧化时共失去(0.4+0.2) mol e -,则有 =0.2 mol的硝酸被还原为 NO,所以硝酸的总物质的量是 1.2 mol,物质的量浓度是 2.4 mol/L,B错;产0.6 mol3 生的 NO为 0.2 mol,标准状况下体积是 4.48 L,C正确;原混合物与硝酸反应生成 Cu(NO3)2,n(Cu)=0.4 mol,所 以 n(N )=0.8 mol,被还原的硝酸是 0.2 mol,硝酸的总物质的量是 1.2 mol,所以剩余硝酸 0.2 mol,D正确。3O 答案:B 2.(2011年山东理综,12,4 分)Al、Fe、Cu 都是重要的金属元素,下列说法正确的是( ) A.三者对应的氧化物均为碱性氧化物 B.三者的单质放置在空气中均只生成氧化物 C.制备 AlCl3、FeCl 3、CuCl 2均不能采用将溶液直接蒸干的方法 D.电解 AlCl3、FeCl 3、CuCl 2的混合溶液时阴极上依次析出 Cu、Fe、Al 解析:Al 对应的氧化物 Al2O3是两性氧化物,A 错;Cu 在空气中会生成铜绿碱式碳酸铜,即 Cu2(OH)2CO3,B错;由 于 AlCl3、FeCl 3、CuCl 2都属于强酸弱碱盐,加热时发生水解,生成的盐酸易挥发,水解平衡向右移动,进行完全,只 能得到氢氧化物,所以均不能用直接加热蒸干的方法,C 正确;电解 AlCl3、FeCl 3、CuCl 2的混合溶液时,依据阳 离子在阴极上的放电能力,可知 Al3+排在 H+后,不能得电子,Fe 3+得电子生成 Fe2+,Cu2+得电子生成 Cu,H+得电子 生成 H2,D错误。 答案:C 3.(2013年浙江理综,26,15 分)氢能源是一种重要的清洁能源。现有两种可产生 H2的化合物甲和乙。将 6.00 g甲加热至完全分解,只得到一种短周期元素的金属单质和 6.72 L 的 H2(已折算成标准状况)。甲与水反应也 能放出 H2,同时还产生一种白色沉淀物,该白色沉淀可溶于 NaOH溶液。化合物乙在催化剂存在下可分解得到 H2和另一种单质气体丙,丙在标准状况下的密度为 1.25 gL-1。请回答下列问题: (1)甲的化学式是 ;乙的电子式是 。 (2)甲与水反应的化学方程式是 。 (3)气体丙与金属镁反应的产物是 (用化学式表示)。 (4)乙在加热条件下与 CuO反应可生成 Cu和气体丙,写出该反应的化学方程式 。 有人提出产物 Cu中可能还混有 Cu2O,请设计实验方案验证之 。 (已知:Cu 2O+2H+ Cu+Cu2+H2O) (5)甲与乙之间 (填“可能”或“不可能”)发生反应产生 H2,判断理由是 。 解析:(1)6.00 g 甲分解得到 H2 0.3 mol,根据质量守恒则得到金属单质 5.4 g,又化合物甲与水反应放出 H2和 生成白色沉淀,而白色沉淀可溶于氢氧化钠溶液,所以该白色沉淀为 Al(OH)3,则甲中的另一种元素为 Al,甲为 AlH3,根据反应产物写化学方程式。 (2)由丙的密度可求出丙为 N2,则化合物乙为 NH3。 (3)N2与镁在点燃的情况下生成 Mg3N2。 (4)NH3与 CuO在加热的条件下生成 Cu、N 2和 H2O。根据题中所给的信息,Cu 2O和酸反应能生成 Cu2+(显蓝色), 所以选择的试剂只要保证 Cu不反应而 Cu2O能反应即可,则可以选择稀硫酸或稀盐酸等非氧化性的酸。 (5)AlH3中 H元素的化合价为-1 价,而 NH3中 H元素的化合价为+1 价,根据同种元素不同价态间可发生归中反应,生 成中间价态的物质,所以两者可以发生反应。 答案:(1)AlH 3 (2)AlH3+3H2O Al(OH)3+3H 2 (3)Mg3N2 (4)2NH3+3CuO 3Cu+N2+3H2O 取样后加稀 H2SO4,如果溶液变蓝,说明产物中含有 Cu2O,反之则无 Cu2O (5)可能 AlH 3中 H化合价为-1 价,而 NH3中 H为+1 价,因而有可能发生氧化还原反应生成氢气 4.(2013年广东理综,32,15 分)银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如 下: 注:Al(OH) 3和 Cu(OH)2开始分解的温度分别为 450 和 80 (1)电解精炼银时,阴极反应式为 ; 滤渣 A与稀 HNO3反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学方程式为 。 (2)固体混合物 B的组成为 ;在生成固体 B的过程中,需控制 NaOH的加入量,若 NaOH过量,则因过量引 起的反应的离子方程式为 。 (3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式: CuO+ Al 2O3 CuAlO 2+ 。 (4)若银铜合金中铜的质量分数为 63.5%,理论上 5.0 kg废料中的铜可完全转化为 mol CuAlO 2,至少 需要 1.0 molL-1的 Al2(SO4)3溶液 L。 (5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是 、过滤、洗涤和干燥。 解析:(1)电解精炼银时,Ag +在阴极得电子生成银单质,气体迅速变棕红是因为生成的 NO气体被空气中的氧气 氧化成 NO2,2NO+O2 2NO2。 (2)Al2(SO4)3和 CuSO4溶液中加入 NaOH溶液后得到的固体为 Al(OH)3和 Cu(OH)2的混合物,但是煮沸后,氢氧化 铜在 80 即分解,因此固体 B应是氢氧化铝和氧化铜的混合物;若加入的 NaOH过量会使生成的 Al(OH)3溶解。 (3)该反应中未确定的产物因为是气体,结合反应物的组成,可推知其应该为 O2,然后依据氧化还原反应配平方 法进行配平,最终有 4CuO+2Al2O3 4CuAlO2+O2。 (4)根据铜守恒可得: n(CuAlO2)= =50 mol, 3-15.0g6.5%mol nAl2(SO4)3= n(Al)= n(CuAlO2),则可知需 1.0 molL-1的 Al2(SO4)3溶液 25 L。 (5)因是从 CuSO4溶液出发来制备胆矾,因此其基本操作只能为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。 答案:(1)Ag +e- Ag 2NO+O 2 2NO2 (2)Al(OH)3和 CuO Al(OH) 3+OH- Al +2H2O (3)4 2 4 O 2 (4)50 25 (5)蒸发浓缩、冷却结晶 5.(2012年天津理综,9,18 分)信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生 探究小组将一批废弃的线路板简单处理后,得到含 70%Cu、25%Al、4%Fe 及少量 Au、Pt 等金属的混合物,并设 计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线: 请回答下列问题: (1)第步 Cu与酸反应的离子方程式为 ; 得到滤渣 1的主要成分为 。 (2)第步加 H2O2的作用是 , 使用 H2O2的优点是 ; 调溶液 pH的目的是使 生成沉淀。 (3)用第步所得 CuSO45H2O制备无水 CuSO4的方法是 。 (4)由滤渣 2制取 Al2(SO4)318H2O,探究小组设计了三种方案: 甲: 滤渣 2 酸浸液 Al2(SO4)318H2O 乙: 滤渣 2 酸浸液 滤液 Al2(SO4)318H2O 丙: 滤渣 2 滤液 溶液 Al2(SO4)318H2O 上述三种方案中, 方案不可行,原因是 ; 从原子利用率角度考虑, 方案更合理。 (5)探究小组用滴定法测定 CuSO45H2O(Mr=250)含量。取 a g试样配成 100 mL溶液,每次取 20.00 mL,消除干 扰离子后,用 c molL-1 EDTA(H2Y2-)标准溶液滴定至终点,平均消耗 EDTA溶液 b mL。滴定反应如下: Cu2+H2Y2- CuY2-+2H+ 写出计算 CuSO45H2O质量分数的表达式 w= ; 下列操作会导致 CuSO45H2O含量的测定结果偏高的是 。 a.未干燥锥形瓶 b.滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡 c.未除净可与 EDTA反应的干扰离子 解析:根据制备路线可知,Cu、Al、Fe、Au、Pt 的混合物中加入稀 H2SO4、浓硝酸,则可以将 Cu、Al、Fe 溶解, Au、Pt 不溶解,所以滤渣 1的主要成分为 Au、Pt,滤液 1中含有 Cu、Fe、Al 的离子。根据滤液 2和 CuSO45H2O可知,滤液 2为 CuSO4溶液,滤渣 2中含有 Fe(OH)3和 Al(OH)3。 (1)第步中 Cu与酸发生的反应为 Cu与浓硝酸的反应:Cu+4H +2N Cu2+2NO2+2H 2O或浓硝酸与稀硫酸O 的混合过程中硝酸变稀,发生的反应也可能为 3Cu+8H+2N 3Cu2+2NO+4H 2O。根据分析可知滤渣 1的主3 要成分为 Pt、Au。 (2)第步操作中加 H2O2的目的是将 Fe2+转化为 Fe3+,从而将 Fe3+转化为沉淀除去,防止对 CuSO4晶体的制备产 生干扰。H 2O2的优点是:还原产物为 H2O,不引入杂质,同时对环境没有污染。调节 pH的目的是将 Fe3+和 Al3+转 化为沉淀而除去。 (3)用 CuSO45H2O制备无水 CuSO4,只要除去结晶水即可。在加热过程中 CuSO4发生水解,但是因为硫酸不挥发,所 以最终得到的仍然是 CuSO4,所以只要加热脱水即可。 (4)甲中制备的 Al2(SO4)3晶体中含有 Fe3+。乙、丙两种方案中,丙方案中的 H2SO4有部分转化为 Na2SO4,所以乙 方案的原子利用率更高。 (5)根据题意可知,Cu 2+H 2Y2-,发生反应的 EDTA的物质的量为 c molL-1b/1 000 L,所以 20 mL该溶液中含 有的 CuSO4的物质的量为 c molL-1b/1 000 L,样品中含有的 CuSO45H2O的质量为(c molL -1b/1 000 L250 gmol-15),所以 CuSO45H2O的质量分数为 100%。根据 13-1 molL05gmol ba CuSO45H2O的质量分数表达式可知,未干燥锥形瓶,对 CuSO4的物质的量的测定无影响,所以 a无影响;滴定终 点时滴定管的尖嘴部分产生气泡,则实际消耗的 EDTA溶液的体积比读出来的数值大,即 b值偏小,所以 CuSO45H2O含量偏低;若未除净可与 EDTA反应的离子,则消耗的 EDTA溶液的体积偏大,即 b值偏大, CuSO45H2O的含量偏高,c 项正确。 答案:(1)Cu+4H +2N Cu2+2NO2+2H 2O或 3Cu+8H+2N 3Cu2+2NO+4H 2O Au、Pt3 3 (2)将 Fe2+氧化为 Fe3+ 不引入杂质,对环境无污染 Fe 3+、Al 3+ (3)加热脱水 (4)甲 所得产品中含有较多 Fe2(SO4)3杂质 乙 (5) 100% c 13-1 molL025gmol cba 6.(2010年新课标全国理综,26,14 分)物质 AG 有如图所示转化关系(部分反应物、生成物没有列出)。其中 A为某金属矿的主要成分,经过一系列反应可得到 B和 C。单质 C可与 E的浓溶液发生反应,G 为砖红色沉淀。 请回答下列问题: (1)写出下列物质的化学式:B 、E 、G ; (2)利用电解可提纯 C物质,在该电解反应中阳极物质是 ,阴极物质是 ,电解质溶液是 ; (3)反应的化学方程式是 ; (4)将 0.23 mol B和 0.11 mol氧气放入容积为 1 L的密闭容器中,发生反应,在一定温度下,反应达到平衡, 得到 0.12 mol D,则反应的平衡常数 K= 。若温度不变,再加入 0.50 mol氧气后重新达到平衡,则 B的 平衡浓度 (填“增大”、“不变”或“减小”),氧气的转化率 (填“升高”、“不变”或 “降低”),D 的体积分数 (填“增大”、“不变”或“减小”)。 解析:(1)本推断题的突破口有两个:G 为砖红色沉淀,可推知 G为 Cu2O,逆推 F中含有 Cu2+,从而推知 C单质应 为单质 Cu;单质 C可与 E的浓溶液加热反应而被氧化为 Cu2+,结合 BD 的反应条件可知 E为浓硫酸,逆推 D 为 SO3,B为 SO2。 (2)粗铜精炼装置,阳极应为粗铜,阴极为精铜,电解质溶液为含 Cu2+的溶液。 (4)根据已知条件可得以下“三行”式关系 2SO 2 + O 2 2SO 3 c(起始)/molL -1 0.23 0.11 0 c(转化)/molL -1 0.12 0.06 0.12 c(平衡)/molL -1 0.11 0.05 0.12 则 K23.8。 若温度不变,再加入 0.50 mol O2,会使平衡向正反应方向移动,重新达到平衡后,而 O2自身转化率降低,对于 SO3来说,虽平衡右移使其物质的量增加,但比不上总物质的量增加,故 SO3的体积分数减小。 答案:(1)SO 2 H 2SO4 Cu 2O (2)粗铜 精铜 CuSO 4溶液 (3)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2+2H 2O (4)23.8 减小 降低 减小 模拟试题 考点一 Fe 及其化合物的性质 1.(2012杭州学军中学高三月考)某稀溶液中含有 Fe(NO3)3、Cu(NO 3)2、HNO 3,若向其中逐渐加入铁粉,溶液中 Fe2+浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示。则稀溶液中 Fe(NO3)3、Cu(NO 3)2、HNO 3的物质的量浓度 之比为( ) A.111 B.131 C.338 D.114 解析:氧化性由强到弱的顺序为:HNO 3Fe3+Cu2+,则随铁粉增加,反应分别为: 4HNO3(稀)+Fe Fe(NO3)3+NO+2H 2O 2Fe(NO3)3+Fe 3Fe(NO3)2 Cu(NO3)2+Fe Fe(NO3)2+Cu 所以原溶液中 Fe(NO3)3、Cu(NO 3)2、HNO 3的物质的量之比为:(2-1)14=114。 答案:D 2.(2012潍坊高三质检)FeCl 3、CuCl 2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的 是( ) A.加入 KSCN溶液一定不变红色 B.溶液中一定含 Fe2+ C.溶液中一定含 Cu2+ D.剩余固体中一定含 Cu 解析:加入铁粉,先发生反应:2Fe 3+Fe 3Fe2+,再发生反应:Fe+Cu 2+ Fe2+Cu。反应后有固体存在,可能为两 种情况:Cu,Fe 和 Cu,无论哪种情况,溶液中一定含有 Fe2+,一定没有 Fe3+,可能含有 Cu2+。 答案:C 3.(2013安徽合肥第一次质检)下列实验操作及现象与实验结论一致的是( ) 选 项 实验操作及现象 实验结论 A 向某溶液中加入盐酸酸化的 BaCl2溶液,生成白色沉淀 该溶液中不一定含有 S 24O B 光洁的铁钉放在冷的浓硫酸中,无明显现象 铁钉与冷的浓硫酸不 反应 C 将少量的溴水分别滴入 FeCl2溶液、NaI 溶液中,再分别滴加 CCl4振荡静置,下层 分别呈无色和紫红色 氧化性:Br 2Fe3+I2 D 向浓度均为 0.1 molL-1的 KCl、KI 混合溶液中滴加 12 滴 0.01 molL-1 的 AgNO3溶液,产生的沉淀呈黄色 Ksp(AgCl)Fe3+、Br 2I2,但不能得出氧化性:Fe 3+I2的结论,与实验结论不一致;D 中产生的沉 淀呈黄色,是 AgI沉淀。由于 KCl、KI 的浓度相同,且化合物类型相同,表明 Ksp(AgCl)Ksp(AgI),与实验结论不 一致。 答案:A 考点二 Cu 及其化合物的性质 4.(2013四川德阳一诊)向 100 mL 18 mol/L的硫酸中加入足量铜片,加热并充分反应。下列有关说法正确的是 ( ) A.充分反应后转移 1.8 mol电子 B.H2SO4只作氧化剂 C.若不加热应生成 H2 D.消耗的铜的质量一定少于 57.6 g 解析:n(H 2SO4)=1.8 mol,由于铜只能与浓硫酸反应:Cu+2H 2SO4(浓) CuSO4+2H2O+SO2,所以不会生成 H2,C错;由 于不能确定有多少 H2SO4参与反应,转移的电子物质的量不能确定,A 错;H 2SO4既作氧化剂,也起到酸性作用,B 错;当 1.8 mol H2SO4完全反应,理论上消耗铜 0.9 mol。m(Cu)=0.9 mol64 gmol -1=57.6 g,但随反应进行 硫酸浓度变小,反应将会停止,消耗的铜质量少于 57.6 g,D正确。 答案:D 5.(2013重庆九校联合诊断)某化学小组在常温下测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数,设计了如下实 验方案: 方案:铜铝混合物 测定生成气体的体积 方案:铜铝混合物 测定剩余固体的质量 下列有关判断中不正确的是( ) A.溶液 A和 B均可以是盐酸或 NaOH溶液 B.溶液 A和 B均可以选用稀硝酸 C.若溶液 B选用浓硝酸,则测得铜的质量分数偏小 D.实验室方案更便于实施 解析:因为盐酸或 NaOH溶液都只能溶解金属铝,则可以通过生成氢气的量计算出金属铝的质量,方案则直接 测得金属铜的质量,进一步计算出铜的质量分数,A 正确;若 A选稀硝酸,则生成 NO气体,测定 NO的气体体积要 避免被空气氧化为 NO2,又 2NO2 N2O4,会使测得气体体积偏小。铜和铝都能溶于稀硝酸,所以溶液 B不能是稀 硝酸,否则不会有固体剩余,B 不正确;当溶液 B选用浓硝酸,铜溶解于浓硝酸;铝发生钝化,表面生成一层氧化膜,故 测得固体的质量为铝和部分氧化铝的质量,则计算出铜的质量偏小,最终测得铜的质量分数偏小,C 正确;对于气 体的体积不便于测定(需要考虑温度、压强等),而固体的质量则易于测定,D 正确。 答案:B 6.(2012常州高三统测)已知酸性条件下有如下反应:2Cu + Cu2+Cu。由于反应温度不同,用氢气还原氧化铜 时,可能产生 Cu或 Cu2O,两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物作了验 证,实验操作和实验现象记录如下: 加入 试剂 稀硫酸 浓硫酸、 加热 稀硝酸 浓硝酸 实验 现象 红色固体和 蓝色溶液 无色气体 无色气体和 蓝色溶液 红棕色气体 和蓝色溶液 由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是( ) A.Cu B.一定有 Cu,可能有 Cu2O C.Cu2O D.一定有 Cu2O,可能有 Cu 解析:由红色固体与稀硫酸反应的实验现象知该红色固体中一定含有 Cu2O,又由于 Cu2O、Cu 分别与浓硫酸、稀 硝酸、浓硝酸反应时产生的现象分别相同,故无法确定红色固体中是否有 Cu。 答案:D 综合演练 7.(2013杭州第一次质量检测)根据下列框图分析,下列说法正确的是( ) A.E3+的氧化性比 M2+的氧化性弱 B.在反应中硫酸既表现了酸性、又表现了氧化性 C.反应的离子方程式可表示为: 3SCN-+E3+ E(SCN)3 D.在反应中若不加稀硫酸可能看到红褐色沉淀 解析:M 是红色金属,则可以确定是金属铜,在 H2O2作用下与 H2SO4反应生成 CuSO4,Y遇到 KSCN出现红色,Y 中有 Fe3+,则金属 E是铁,X 是 FeSO4,经步反应氧化为 Fe2(SO4)3,与氨水反应得到红褐色的 Fe(OH)3。Fe 3+的氧化性 比 Cu2+的氧化性强,A 错;在反应中硫酸只表现了酸性,H 2O2表现了氧化性,B 错;SCN -与 Fe3+反应生成的产物是 可溶于水的配离子,C 错;反应为:2Fe 2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O,可见反应过程消耗 H+,pH增大,有可能会生成 红褐色的 Fe(OH)3沉淀,D 正确。 答案:D 8.(2013安徽示范高中名校联考)合肥市某校化学兴趣小组为探究铁与浓硫酸反应,设计了如图所示装置进行实 验。 (1)实验过程中,观察到 B中的实验现象是 。 一段时间后,观察到从 C中有少量的气泡冒出,此气泡的成分是 。 (2)用“可抽动的铁丝”代替“直接投入铁片”的优点是 ; 反应结束后,不需要打开胶塞,就可使装置中残留气体完全被吸收,应当采取的操作是 。 (3)反应一段时间后,他们对 A中溶液的金属阳离子进行了探究。 提出假设: 假设 1:溶液中只存在 Fe2+; 假设 2: ; 假设 3:溶液中存在 Fe2+和 Fe3+。 请你设计实验验证上述假设 1,写出实验操作步骤、实验现象及结论。限选试剂:酸性 KMnO4溶液、NaOH 溶液、 淀粉 KI溶液、KSCN 溶液。 实验操作步骤 实验现象 结论 解析:(1)A 中开始可能发生的反应有:2Fe+6H 2SO4(浓) Fe2(SO4)3+3SO2+6H 2O、Fe+Fe 2(SO4)3 3FeSO4,随着 反应的进行,浓硫酸变为稀硫酸,铁与稀硫酸反应产生氢气。 (2)将抽动的铁丝脱离液面,反应停止,将抽动的铁丝插入液面,反应开始;鼓入空气将试管内的气体排出。 (3)检验 Fe2+时必须防止 Fe3+的干扰,Fe 3+与酸性高锰酸钾溶液不反应,而 Fe2+具有较强的还原性,因此 Fe2+能使 酸性高锰酸钾溶液褪色,选择酸性高锰酸钾溶液。但必须还要证明溶液中不含 选用 KSCN溶液。3+Fe 答案:(1)品红溶液褪色 H 2 (2)便于控制铁与浓硫酸的反应和停止 从 D管口向 A中鼓入大量的空气 (3)溶液中只存在 Fe3+ 实验操作步骤 实验现象 结论 方法一:取少量 A中溶液分别加入甲、乙两支试管中;甲中 滴加少量酸性高锰酸钾溶液;乙中滴加少量 KSCN溶液 甲中高锰酸钾溶液褪色;乙中 KSCN溶液不变红 溶液中存在 Fe2+,不存在 Fe3+ 方法二:取少量 A中溶液加入试管中,滴入少量 KSCN溶液, 一段时间后再加入少量氯水 加入 KSCN溶液不显红色,继续 加入少量氯水,溶液显红色 溶液中不存在 Fe3+,存在 Fe2+ 9.(2012广东佛山高三质检)硫铁矿烧渣是一种重要的化工生产中间产物,主要成分是 Fe3O4、Fe 2O3、FeO 和二 氧化硅等。下面是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁的流程图: (1)实验室实现“操作”所用的玻璃仪器有 、玻璃棒和烧杯。“操作”系列操作名称依次为 、 、过滤和洗涤。 (2)“酸溶”过程中 Fe3O4溶解的化学反应方程式为 。 (3)硫铁矿烧渣在“酸溶”前要粉碎的主要目的是 。 (4)实验室检验“反应”已经完全的试剂是 ,现象是 。 (5)加入适量 H2O2的目的是氧化 Fe2+,写出 H2O2氧化 Fe2+为 Fe3+的离子方程式: 。 解析:(1)根据流程图可知,操作为过滤,需要的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯。操作的目的是由溶液得 到晶体 FeSO47H2O,故需蒸发浓缩、冷却结晶。 (2)Fe3O4和 H2SO4发生复分解反应生成 FeSO4、Fe 2(SO4)3。 (3)将固体粉碎能增大接触面积,加快反应。 (4)反应为:Fe+2Fe 3+ 3Fe2+,取清液,用 KSCN溶液检验不显红色,从而确认 Fe3+反应完全。 (5)H2O2作氧化剂时其还原产物为 H2O。 答案:(1)漏斗 蒸发浓缩 冷却结晶 (2)Fe3O4+4H2SO4 FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O (3)增大烧渣与硫酸的接触面积,加快烧渣的溶解 (4)KSCN溶液 溶液不呈红色 (5)2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O 10.(2013安徽名校联盟第一次联考)工业上以黄铜矿(主要成分是 CuFeS2,杂质不溶于水和酸)为原料,制备蓝 色晶体 G,其化学式为Cu(NH 3)4SO4H2O,涉及流程如下: 已知 25 时,几种金属氢氧化物的溶度积常数和完全沉淀的 pH范围如下表: Fe(OH)2 Cu(OH)2 Fe(OH)3 Ksp 8.010-16 2.210-20 4.010-38 完全沉淀 pH 9.6 6.4 3.2 (1)加快黄铜矿焙烧速率,可采用的措施有 (写两种)。 (2)加入双氧水可能发生反应的离子方程式为 ; 试剂 X的化学式为 。 (3)常温下,0.1 mol/L 试剂 Y的 pH=11,则该温度下,试剂 Y的电离常数为 ,用 pH试纸测该溶液 pH的 方法是 。 (4)已知 Cu(OH)2+4NH3H2O Cu(NH3)42+2OH-+4H2O,写出该反应的平衡常数表达式: 。 (5)在溶液 N中加入乙