第8讲 铁、铜.doc

铁、铜及其化合物考点聚焦1了解铁、铜及其化合物的物理性质。2了解铁、铜及其化合物的化学性质3了解Fe3+的氧化性，认识Fe3+ 和Fe2+之间的相互转化4学会Fe2+、Fe3+的检验方法5了解Fe(OH)2的制备方法及其Fe(OH)3的受热分解。知识梳理一、 铁元素的原子结构与自然界的存在铁元素位于周期表 周期 族，原子结构示意图为 ：在自然界中主要以 形式存在，如磁铁矿（主要成分为 ）、赤铁矿（主要成分为 ）。二、 铁的性质1、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。【思考】纯铁抗蚀能力特别强，而我们常见的铁并非如此，为什么？2、化学性质 铁是变价的金属，通常显+2、+3价（1）与非金属单质反应与O2（点燃）反应： 与Cl2反应： 与S反应： （2）与水反应与水蒸汽反应 常温下，铁与水不起反应，但潮湿的空气里，铁易被腐蚀，形成铁锈。反应方程式为： （3）与酸反应非氧化性酸（如稀硫酸、盐酸）现象： 反应离子方程式： 氧化性酸：常温下，铁遇冷的浓硫酸、浓硝酸会 。（a） 与过量稀HNO3反应 （b） 过量的Fe与稀 HNO3反应 （c） 与浓HNO3共热 （4）与盐溶液反应与CuSO4反应： 与FeCl3反应： 【思考】铁与其他物质反应时，何时生成+2价铁的化合物？何时生成+3价铁的化合物？三、 铁的化合物1、铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4名称(俗名)色、态溶解性都难溶于水金属价态与HCl反应与HNO3反应与HI反应与还原剂(高温)H2COAl稳定性用途2、铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2 Fe(OH)3 名称物理性质色、态水溶性Fe(OH)2 Fe(OH)3与酸反应盐酸硝酸稳定性实验室制备【思考】 如何避免制取Fe(OH)2时Fe2+被氧化变质？如何制备氢氧化铁胶体？ 【例题1】由于Fe(OH)2在空气中易被氧化，同学们为了观察到白色的Fe(OH)2固体想了很多方法。甲同学：在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等制备。（1）在试管I里加入的试剂是 。（2）II中的试剂加入前应如何处理： 。（3）为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管I和II中加入试剂，打开止水夹，塞紧后的实验步骤是 。（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是 。乙同学：只是将甲同学所用药品中的铁屑改为FeS固体，其余都与甲相同。（5）对乙同学的这一改变请你作出评价：_。丙同学：认为甲乙两同学所用的装置太复杂，难以组装，该同学应用试管取了一些不含Fe3+的FeSO4溶液，然后向其中加入经煮沸并冷却的NaHCO3溶液，结果也制得了白色沉淀并较长时间保持白色。（6）请你解释原因并写出相关反应的离子方程式：_。【规律总结】制备方法探究在液面上加隔氧剂：用密度比水小的且不溶于水的有机溶剂，如汽油、苯等物质滴加在反应液面上进行液封，以减少Fe(OH)2与O2接触。（不能用四氯化碳，因为四氯化碳比水密度大，加入它后会处于试管底部，起不到隔离空气的作用。）用右图装置向试管中加入煮沸过的稀硫酸，加入稍过量的还原铁粉，充分反应后得到FeSO4溶液，静置。液面上充满氢气。打开止水夹可见白色沉淀。 用电解实验电极材料：石墨碳棒和铁片，（注：铁片表面氧化膜要去掉）将铁片与直流电源的正极连接，石墨棒与直流电源的负极连接。电解液：可选择Na2SO4溶液或NaOH溶液。 方法：在进行电解前应对电解液进行简单处理：加热一段时间驱赶溶液中氧气，然后再向电解液中加入苯，隔绝空气，防止Fe(OH)2被氧化。3、Fe2+、Fe3+的性质及检验（1）Fe2+ 的性质水溶液是 色加入KSCN溶液 ，再滴 则变红与反应 现象： 反应方程式： 、 既有 又有 ，但主要体现 。Fe2+ 可被强氧化剂（如 ）氧化成Fe3+。（2）Fe3 +的性质水溶液是 色与KSCN溶液 现象： ，反应方程式 与反应 现象： 反应方程式： 只有 性，Fe3+可被还原剂（如 ）还原成Fe2+。Fe3+有较强水解能力。水解方程式为： 【思考】能用加热蒸发FeCl3溶液得获得FeCl3固体吗？Fe2(SO4)3呢？Fe3+与、能共存吗？（3）Fe2+、Fe3+的检验检验Fe2+的方法：（a）KSCN法：先滴加KSCN溶液，若溶液不显血红色，再滴加氯水，若溶液显血红色。说明原溶液中有Fe2+。（b）碱液法：现象 检验Fe3+的方法（a）KSCN法：现象 （b）碱液法：现象 （c）苯酚法：现象 【总结】“铁三角”指的是Fe、Fe2+、Fe3+三者相互转化的三角关系四、铜的性质（1）与非金属单质反应与O2反应： 与Cl2反应： 与S反应： 常温下，铜与在干燥的空气中不发生反应，但潮湿的空气里，表面易形成铜绿。反应方程式为： （2）与酸反应一般不与非氧化性酸（如稀硫酸、盐酸）反应产生氢气氧化性酸：（a） 与稀HNO3反应 现象： 反应方程式： （b） 与浓 HNO3反应 现象： 反应方程式： （c） 与浓硫酸共热现象： 反应方程式： （3）与盐溶液反应与Hg(NO3) 2反应： 与FeCl3反应： 【例题2】（南通市2008届高三第一次调研测试）研究性学习小组做铜与浓硫酸反应实验时，发现试管底部有白色固体并夹杂有少量黑色物质。倒去试管中的浓硫酸，将剩余固体（含少量浓硫酸）倒入盛有少量水的烧杯中，发现所得溶液为蓝色，黑色固体未溶解。过滤、洗涤后，向黑色固体中加入过量浓硝酸，黑色固体溶解，溶液呈蓝色，所得溶液加BaCl2溶液后有白色沉淀生成。下列所得结论正确的是 （ ）A铜与浓硫酸反应所得白色固体是CuSO4B加BaCl2溶液后所得白色沉淀是BaSO3C白色固体中夹杂的少量黑色物质可能是CuOD白色固体中夹杂的少量黑色物质中含元素Cu、S【例题3】将Fe、Cu、Fe2、Fe3和Cu2盛于同一容器中充分反应，如Fe有剩余，则容器中只能有ACu、Fe3BFe2、Fe3CCu、Cu2、FeDCu、Fe2、Fe【小结】在CuCl2、Fe Cl2、Fe Cl3的混合溶液中，加入不同量的Fe、Cu能出现什么情况？五、铜的重要化合物1、氧化铜是 色粉末状固体（区别于氧化亚铜 色），难溶于水2、氧化铜与还原剂（H2 、CO、C）反应与H2反应 与C 反应 3、氧化铜与酸反应（如HNO3、HCl、H2SO4等）离子方程式_离子方程式_离子方程式_试题枚举1、在铁和铜的混合物中，加入不足量的稀硝酸，反应后剩余金属m1g；再向其中加入一定量的稀硫酸，充分振荡后 ，剩余金属m2g，则m1和 m2之间的关系是（ ）Am1一定大于m2 B.m1 可能等于m2 C.m1一定等于m2 D.m1 可能大于m2 2、将铁屑溶于过量盐酸后，再加入下列物质，会有三价铁生成的是A硫酸 B氯水 C硝酸锌 D氯化铜3、 一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入250 ml 2 mol/L硝酸溶液中，反应完全后，生成1.12 L NO（标况），再向反应后的溶液中加入1mol/LNaOH溶液，要使铁元素完全沉淀下来，所加入的NaOH溶液体积最少是A、450 ml B、500 ml C、400 ml D、不能确定4、 在由Fe、FeO、和Fe2O3组成的混合物中加入100mL2mol/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反应后所得溶液中的Fe2+离子与Cl-离子的物质的量浓度之比为1:2C混合物里，FeO的物质的量无法确定，但Fe比Fe2O3的物质的量多D混合物里，Fe2O3的物质的量无法确定，但Fe比FeO的物质的量多5、下列离子方程式书写正确的是（ ）A向溴化亚铁溶液中通入过量氯气：Fe2+2Br-+2Cl2=Fe3+ + Br2+ 4Cl B三氯化铁溶液跟过量氨水反应 Fe3+3NH3H2O = Fe(OH)3+3NH4+C硫化亚铁与盐酸反应 +2H+=H2SD过量铁粉与稀HNO3反应：Fe+4H+NO3= Fe3+NO+2H2O6、下列各组离子一定能大量共存的是A在含大量Fe3+的溶液中 NH4+、Na+、SCN B在强碱性溶液中 Na+、K+、 C在c(H+)=1013molL1的溶液中 NH4+、Al3+、 、D在pH=1的溶液中 K+、Fe2+、7、 在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列固体粉末：FeCl2； Fe2O3； Na； Ca(NO3)2铜粉可溶解的是（ ）A B C D8、 现有下列试剂：食盐水 稀H2SO4 氯化铁 盐酸 NaOH溶液 硝酸银 硝酸钾，如将Cu转化为CuCl2，可采用的一组试剂是（ ）A B C D9、在FeCl3、CuCl2、FeCl2的混合溶液中，Fe3+、Cu2+、Fe2+的物质的量浓度之比为：4:2:1，现加入适量的铁粉，使溶液中的三种离子的物质的量浓度之比为：1:3:9，则投入的铁粉与原溶液中Cu2+的物质的量之比为（ ）A5:4 B4:5 C3:5 D5:610、将Cu片放入0.l mol / L FeCl3溶液中，反应一定时间后取出Cu片，溶液中c（Fe3+）c（Fe2+）23，则Cu2+与Fe3+的物质的量之比为 A32 B35 C43 D34 11. 向Fe2O3和Fe粉组成的混合物中，加入适量的稀硫酸，各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中不含Fe3+,且Fe2+与H2的物质的量之比为41，那么在反应中Fe2O3、Fe、H2SO4，之间的物质的量之比为（ ）A111 B124 C123 D 23512铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_ _。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应_，负极反应_。(3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2、Fe3和Fe2的浓度均为0.10 molL1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3和Fe2的实验步骤_。氢氧化物开始沉淀时的pH氢氧化物沉淀完全时的pHFe31.93.2Fe27.09.0Cu24.76.7提供的药品：Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式_ _、_ _。劣质不锈钢腐蚀的实验现象_。13、在铁和氧化铁的混合物15g中加入150mL稀H2SO4放出氢气1.68L(标准状况)。当反应停止后，铁和氧化铁均无剩余，且溶液中无Fe3+存在。为了中和过量H2SO4，并 使Fe2+完全转化为Fe(OH)2沉淀，共耗用3 mol/L NaOH，溶液200mL。求：混合物中铁和氧化铁各多少克?稀H2SO4的物质的量浓度为多少? 14、将6 g的铁粉加入200 mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液，充分反应得到200 mL0.5mol /LFeSO4溶液和5.2 g固体沉淀物。试计算(1)反应后生成铜的质量； (2)原Fe2(SO4)3溶液的物质的量浓度。参考答案【例题1】解析用FeSO4溶液与NaOH溶液反应制备Fe(OH)2并观察沉淀的颜色变化是必修重要的演示实验。Fe(OH)2、FeSO4均易被氧化，FeSO4又易水解，应避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2，可得答案。乙同学将药品中的铁屑改为FeS固体，与稀H2SO4反应生成H2S，H2S有强还原性。答案（1）稀H2SO4和铁屑 （2）煮沸 （3）稍等片刻后关闭止水夹（4）试管中反应生成的H2充满了试管和试管，且外界空气不易进入。（5）反应中生成的H2S也能防止Fe(OH)2被氧化，白色沉淀能存在较长时间，但易产生空气污染。（6）因双水解反应：Fe2+2HCO3Fe(OH)2+2CO2，CO2既能排净试管中的空气，也能防止空气进入试管。【例题2】解析黑色物质不可能是CuO，原因是烧杯中有硫酸，黑色固体不溶于硫酸；加BaCl2溶液用硝酸酸化后所得白色沉淀是BaSO4。答案AD 【例题3】D1、答案：A 解析： m1g金属中的金属有两种情况（1）只有铜（2）铜、铁都有，加入稀硫酸后，若认为稀硫酸只和铁反应，则会选择B、C。其实加入稀硫酸后，原溶液中的NO3-和稀硫酸中的H+共存，相当于有稀硝酸，则铜、铁都可继续反应。 2、答案：BC3、答案： A 解析： 本题涉及到的反应较多，况且铁最终是以Fe (OH)3还是 Fe (OH)2形式沉淀，难以确定；硝酸是否过量也不能确定，看来计算很困难。但若从NaOH考虑，加入的NaOH恰好使铁元素沉淀，溶液为硝酸钠溶液。不难得出： n(NaoH)=n(NO3-)=n(HNO3)-n(NO)= 0.25L2 mol/L0.5 mol=0.45mol V(NaoH)=0.45L=450 ml5、答案： B 解析： Cl2与FeBr2溶液反应，由于还原性Fe2Br，Cl2应先氧化Fe2，待Fe2被氧化完全后再氧化Br。当Cl2少量时，离子方程式为：Cl2 +2Fe2 =2Fe3 +2 Cl，当过量时：离子方程式为：3 Cl2 +2Fe2+4Br= 2Fe3 +6Cl+2Br2， 所以A错。铁与稀HNO3反应，当Fe少量时，离子方程式为： Fe+4H+NO3= Fe3+NO+2H2O；当Fe过量时，离子方程式为： 3Fe+8H+2NO3= 3Fe2+2NO+4H2O，所以D错。C项FeS为难溶物，不能拆开写成离子形式。 6、答案：B7、答案：B解析： 加入Fe2O3反应生成Fe3+能氧化铜，加入Ca(NO3)2后等于铜和硝酸反应而消耗。9、答案： D解析： 溶液中还存在Fe3+，说明溶液中Cu2+没有反应，加入的铁全部反应，将粒子比例调整为：12:6:3和2:6:18，若溶液中由6molCu2+，就有10molFe3+发生反应，消耗5mol铁。11、【答案】B。【方法要领】有关混合物的计算必须高度重视反应的先后顺序。“优先原则”氧化性顺序：Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+。12 (1)2Fe3Cu = 2Fe2Cu2。 (2)装置图：+CFeCl3溶液Cu；正极反应：Fe3e = Fe2(或2Fe32e = 2Fe2)；负极反应：Cu2e = Cu2。 (3)通入足量氯气将Fe2氧化成Fe3；加入CuO调节溶液的pH至3.24.7；过滤除去Fe(OH)3。 (4)CuOH2SO4 = CuSO4H2O、 CuSO4Fe = FeSO4Cu；不锈钢表面有紫红色物质生成。 13解析：(1)解：设铁和氧化铁的物质的量分别为x和y，则x56g/mol+y160 g/mol15g 由得失电子守恒得，x2y2+1.68L/22.4L/mol2解得：x0.25mol, y0.05mol.即m(Fe)0.25mol56g/mol7g, m(Fe2O3)0.05mo l160g/mol8g(2)在铁和氧化铁的混合物中加入稀H2SO4反应停止后，溶液中的溶质主要是H2SO4 和FeSO4。由电荷守恒知：硫酸中的硫酸根离子最后完全和钠离子结合在一起。n(H2SO4)1/23 mol/L0.2L0.3mol c(H2SO4)0.3 mol/0.15L2 mol/L14. 【解析】溶液中含有Fe2：0.5mol/L 0.2L0. 1mol，设反应消耗铁的物质的量为x，生成铜的物质的量为y Fe Fe2(SO4)33FeSO