铁铜及其化合物.doc

铁铜及其化合物复习思路：一、铁（一）铁元素在周期表中的位置、结构及存在位置：第四周期第族结构：原子结构示意图为：存在：铁是活泼的过渡金属。在自然界中主要以氧化物的形式存在，有赤铁矿（主要成分Fe2O3）、磁铁矿（主要成分Fe3O4）等。（二）铁及其化合物的性质：铁是变价金属，可失去2个或3个电子而显+2价或+3价，但+3价的化合物较稳定。故在铁及其化合物的性质中以氧化还原反应为核心，注意Fe(II) 与Fe(III)的转化问题、氧化、还原次序问题。FeFe(III)Fe(II)1单质铁：物理性质：银白色光泽、密度大，熔沸点高，延展性、导电、导热性较好、能被磁铁吸引。化学性质： Fe(III)Fe(II)Fe 弱氧化剂 强氧化剂 与非金属反应：2Fe + 3C12 2FeCl3（棕黄色的烟） 2Fe + 3Br2 2FeBr3Fe + I2 FeI2 Fe + S FeS 3Fe + 2O2 Fe3O4氧化性顺序：C12 Br2 I2 S氧化性减弱 与酸反应：a与非氧化性酸（如稀盐酸、稀H2SO4等）的反应生成H2。Fe + 2H+ Fe2+ + H2b铁、铝遇到冷的浓H2SO4、浓HNO3时，产生钝化现象，因此可用铁难溶于冷的浓H2SO4或浓HNO3中。c常温下与稀硝酸反应一般认为生成NO 化学方程式：Fe（少量）+ 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + 2H2O3Fe（过量）+ 8HNO3 3Fe(NO3)2 +2 NO + 4H2O离子方程式：Fe（少量）+ 4H+ + NO3- Fe3+ + NO +2H2O）3Fe（过量）+8H+ + 2NO3- 3Fe2+ + 2NO + 4H2O 与水反应：a 在常温下，在水和空气中的O2、CO2等的共同作用下，Fe易被腐蚀(铁生锈)。钢铁腐蚀的电化学反应原理：负极：2Fe - 4e- = 2Fe2+正极： O2 + 2 H2O + 4e- =4OH-（吸氧腐蚀）总反应：2Fe + O2 + 2 H2O = 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2Ob 在高温下，铁与水蒸气反应生成H2：3Fe + 4H2O(g) 温Fe3O4 + 4H2 与比铁的活动性弱的金属的盐溶液发生置换反应。例如： Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu归纳： 2铁的氧化物： FeOFe2O3(铁红)Fe3O4(磁性氧化铁)存在赤铁矿磁铁矿化合价+2+2+2、+3色、态黑色粉未红棕色粉未黑色晶体水溶性均不溶于水类别碱性氧化物碱性氧化物特殊氧化物与酸反应FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O遇稀HNO3被氧化成Fe3+Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2OFe3O4 + 8H+ = 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O遇稀HNO3被氧化成Fe3+稳定性在空气中氧化为Fe3O4空气中稳定制备氢氧化铁加热分解2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O铁在氧气中燃烧3Fe + 2O2 点燃 Fe3O4注意： Fe3O4在三种氧化物中最为稳定，一般不与酸、碱和氧气反应，所以在铁的表面若能形成Fe3O4膜，便能起到保护作用，防止生锈Fe3O4是一种复杂的氧化物，它不属于碱性氧化物，可以写成FeOFe2O3的形式。3铁的氢氧化物：氢氧化亚铁【Fe(OH)2】氢氧化铁【 Fe(OH)3】色态白色固体红褐色固体水溶性难溶于水与酸反应Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2O3Fe(OH)2 + 10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO+8H2OFe(OH)3 + 3H+ =Fe3+ + 3H2O稳定性不稳定，受热易分解，易被空气中的氧气氧化，颜色变化：白色灰绿色红褐色4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3较稳定，受热易分解，空气中久置会部分失水成铁锈。 制取新制FeSO4溶液与NaOH溶液隔绝空气反应：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2铁盐与可溶性碱反应Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3Fe3+3NH3H2O = Fe(OH)3+ 3NH4+【思考1】用新制FeSO4溶液与NaOH溶液反应制备Fe(OH)2在操作上应注意哪些问题？【解析】应注意隔绝空气：氢氧化亚铁极易被氧化，溶解在水中的少量的氧气都能将它氧化成氢氧化铁。用加热煮沸过的蒸馏水(以减少溶解在水中的氧气)临时配制FeSO4溶液，以防止FeSO4被空气中的氧气氧化而影响效果。最好在溶液中再滴几滴植物油（或其他轻质有机物如苯）以避免FeSO4溶液与空气接触。要将滴管尖端插入试管里溶液底部，慢慢挤出氢氧化钠溶液，以防止带入氧气。【思考2】怎样才能使Fe2+溶液长时间保存？【解析】在配制溶液时，要加入少量铁粉防止氧化，加入少量对应酸抑制水解。Fe(II)Fe(III)4 氧化剂 还原剂常见氧化剂：KMnO4/H+、HNO3、ClO-（HClO）、C12、Br2、O2、O3、H2O2、Na2O2、Fe3+对应还原产物：KMnO4/H+Mn2+、HNO3NO、ClO-、C12Cl-、Fe3+ Fe2+常见还原剂：S2-（H2S）、I-、SO32-（SO2）、Fe2+、CO、H2、M（活泼金属）对应氧化产物：S2-S、I-I2、SO32-（SO2）SO42-、Fe2+Fe3+ 氧化性减弱还原性增强C12 Br2 Fe3+ I2 SC1- Br- Fe2+ I- S2-Fe(II)Fe(III)：2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl 2Fe2+Br2 2Fe3+2Br4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 4Fe2+ + O2 +4H+ 4Fe3+2H2O4Fe2+ + H2O2+ 2H+ 2Fe3+ +2H2O 5Fe2+ + MnO4+ 8H+ 5 Fe3+4H2O+Mn2+Fe(III)Fe(II)：2Fe3+ +2I2Fe2+ +I2 2Fe3+H2S 2Fe2+ +S+ 2H+2Fe3+ + Cu 2 Fe2+Cu2+ 2Fe3+ + Fe 3 Fe2+氧化性强弱判断：2Fe3+ + Cu 2 Fe2+ + Cu2+ 氧化剂+还原剂还原产物+氧化产物氧化性：氧化剂氧化产物（Fe3+ Cu2+、Fe3+ I2、Fe3+ S） 还原性：还原剂还原产物（Cu Fe2+、I Fe2+、H2S Fe2+）【思考】选择合适的试剂除杂：（1）FeSO4（Fe3+）（2）FeCl3（FeCl2）【解析】除杂的要求：不引入新杂质 不减少主要成分浓度 简便易行（1）FeSO4（Fe3+）：试剂铁粉 2Fe3+ + Fe 3Fe2+（2）FeCl3（FeCl2）：试剂氯水或双氧水2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl4Fe2+ + H2O2+ 2H+ 2Fe3+ +2H2O5Fe2+、Fe3+的检验和鉴别依据Fe2+Fe3+特征反应Fe2+ + 2OH= Fe(OH)24Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3沉淀颜色：白色灰绿色红褐色1. Fe3+ + 3SCN= Fe(SCN)3 血红色2. 与苯酚溶液呈紫色3. Fe3+ + 3OH= Fe(OH)3 红褐色颜色浅绿色黄色氧化还原反应1. 先加KSCN溶液，无变化，再加氯水，溶液显红色。2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl2. 使酸性KMnO4溶液和溴水褪色 2Fe2+Br2 2Fe3+2Br使淀粉KI溶液（或试纸）显蓝色。2Fe3+ +2I2Fe2+ +I26铁及其化合物的解题技巧（1）由于铁是变价元素，要注意正确判断产物：如铁与硝酸反应时，硝酸过量时生成Fe3+，铁过量时生成Fe2+（2Fe3+ Fe3Fe2+）。（2）注意反应顺序问题：【例题1】制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”：发生的反应为2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是： A.烧杯中有铜无铁 B.烧杯中有铁无铜 C.烧杯中铁、铜都有 D.烧杯中铁、铜都无【解析】Fe和Cu均可与FeCl3反应，还原性：Fe Cu 反应顺序：2Fe3+ + Fe3 Fe2+ 2Fe3+ + Cu 2 Fe2+Cu2+即反应中Fe完全消耗，而Fe3+有剩余，剩余的Fe3+才与Cu反应。故有下列几种情况：（1）Fe过量，只进行反应，有Fe剩余，Cu不反应，即选项C，溶液中只有Fe2+。（2）Fe恰好与Fe3+完全反应， Cu不反应，溶液中只有Fe2+。（3）Fe不足，进行反应，Cu有剩余，溶液中有Fe2+、Cu2+。（4）Fe和Cu均不足，Fe3+有剩余，溶液中有Fe2+、Cu2+、Fe3+。（3）在元素化合物计算中学会根据方程式计算，灵活应用守恒法、差量法和极值假设法。【例题2】在由Fe、FeO和Fe2O3组成的混合物中加入100 mL 2mol/L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，并放出448mL气体（标准状况），此时溶液中无Fe3+离子，则下列判断正确的是：A.混合物里3种物质反应时消耗盐酸的物质的量浓度之比为1:1:3B.反应后所得溶液中Fe2+与Cl-的物质的量浓度之比为2:1C.混合物FeO的物质的量无法确定，但Fe比Fe2O3的物质的量多D.混合物Fe2O3的物质的量无法确定，但Fe比FeO的物质的量多【解析】（1）反应顺序问题：FeO与Fe2O3先溶解Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O此时溶液中的Fe3+、H+均能与Fe反应，因氧化性：Fe3+H+，反应顺序：2Fe3+ + Fe3 Fe2+ 2H+ + Fe Fe2+ + H2由于反应中有气体放出，因此，反应中Fe3+完全消耗，剩余Fe与H+反应。所以可选C。注：金属离子的氧化性顺序（放电顺序）金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt AuK+ Na+ Mg2+ Al3+ H+(水) Zn2+ Fe2+ H+(酸) Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag+氧化性增强（2）守恒法：由于溶液中无Fe3+，所以所有Fe元素都转化为FeCl2，n(Fe2+):n(Cl-)=1:2。二、铜1铜元素在周期表中的位置及结构：位置：第四周期第B族结构： 原子结构示意图为：2铜及其化合物的颜色3铜的化学性质：与铁相似，铜也是变价金属，可失去1个或2个电子而显+1价或+2价。但+1价的化合物只存在于固态，在溶液中不存在，故一般不讨论。（1）与非金属单质反应：与活泼非金属如Cl2反应生成Cu(II)，与不活泼非金属如S反应生成Cu(I)。 Cu+Cl2 CuCl2 （棕黄色的烟） 2 Cu+S Cu2S 2Cu+O2 2CuO （2）与酸反应a. 与非氧化性酸（稀盐酸、稀硫酸）不反应。b. 与氧化性酸反应Cu+2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2 + 2H2O（不写离子方程式）Cu + 4HNO3 (浓) Cu(NO3)2 + 2NO2 +2H2O3Cu + 8HNO3 (稀) 3Cu(NO3)2 +2 NO +4H2O离子方程式：Cu+ 4H+ +2NO3- Cu2+ + 2NO2 + 2H2O3Cu +8H+ + 2NO3- 3Cu2+ + 2NO + 4H2O（3）与盐溶液反应Cu+2FeCl3 CuCl2 +2FeCl2（4）铜在干燥空气中性质稳定，但在潮湿空气中会被腐蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。2Cu+ O2 +H2O + CO2 Cu2(OH)2CO34铜的化合物的化学性质（1）氧化铜a. 氧化铜有金属氧化物的性质，例如：CuO+2HCl CuCl2 +H2O b. 氧化铜具有氧化性，可与某些还原剂反应。例如：H2 +CuO Cu+ H2OC +2CuO 2Cu+ CO2 c. 氧化铜在高温下可发生分解反应： 4CuO 2Cu2O+ O2 (2) 硫酸铜：CuSO4 晶体与无水CuSO4 之间可以相互转化CuSO45H2O CuSO4 + 5H2O CuSO4 + 5H2O CuSO45H2O实验内容实验现象结论CuSO45H2O CuSO4向饱和的CuSO4 溶液中慢慢滴入浓硫酸，静置液体分为两层，上层蓝色，下层无色，有白色固体析出浓硫酸具有吸水性，可使饱和的CuSO4 溶液析出白色CuSO4 固体CuSO4 CuSO45H2O向无水CuSO4 中通入水蒸气白色粉末变为蓝色晶体CuSO4+5H2O CuSO45H2O三、金属小结1. 金属化学性质比较金属活动顺序K Ca NaMg Al Zn Fe Sn PbHCu Hg AgPt Au和O2反应常温反应常温难反应加热反应不反应置换水中氢常温置换加热(蒸汽)置换不能置换置换酸中氢能置换不能置换和碱反应Al (Zn)等两性金属可以与碱反应和盐反应先与水反应前面的金属置换后面的金属冶炼方法KAl：熔融电解法 ZnCu：热还原法Hg、Ag：热分解法 Pt、Au：单质富集2. 金属与酸反应的规律（1）活泼金属（金属活动性顺序H前）与非氧化性酸（如稀盐酸、稀H2SO4等）的反应生成H2。M + nH+ Mn+ +H2（2）除Pt 、Au外（Pt 、Au只能溶于王水：浓HNO3与浓盐酸以体积比1：3混合），可与强氧化性酸（HNO3、浓H2SO4）发生氧化还原反应，一般不生成H2。（3）铁、铝遇到冷的浓H2SO4、浓HNO3时，发生钝化。（4）有关HNO3与金属反应的计算问题：灵活运用守恒法。【例题3】为测定某铜、银合金的成分，将30.0 g 合金样品溶于80 mL 13.5 mol/L 浓硝酸，合金完全溶解后，收集到气体6.72 L（标准状况），并测得溶液的pH=0。假设反应后溶液体积仍为80 mL，试计算：（1）被还原硝酸的量（2）合金中银的物质的量。【解析】（1）对于复杂的反应过程，注意分析反应物的走向：HNO3（氧化剂） NOx Cu (NO3)2：2HNO3 Cu HNO3 铜、银合金 HNO3（酸） AgNO3：HNO3 Ag HNO3（未反应）：pH=