浙江省高三化学 第2单元7讲铁、铜的获取及应用课件.ppt

第七讲铁 铜的获取及应用 一 铁的结构和性质1 铁的原子结构和物理性质 1 铁的原子结构特点铁位于元素周期表中的第 周期 第 族 fe的原子序数是 其原子结构示意图为 铁为变价金属 通常显 和 价 2 铁的物理性质纯净的铁是光亮的 金属 密度较大 熔 沸点较高 纯铁的抗腐蚀性强 有较好的导电 导热 延展性 铁能被磁铁吸引 四 26 2 3 银白色 2 铁的化学性质 1 铁与非金属的反应 铁和氯气的反应化学方程式 2fe 3cl22fecl3 铁和氧气的反应化学方程式 3fe 2o2fe3o4 铁和其他非金属的反应2fe 3br22febr3fe sfes 黑色固体 fe i2fei2 点燃 点燃 2 铁与水蒸气的反应实验步骤 在玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物 加热 并通入水蒸气 用试管收集产生的经干燥的气体 并靠近火焰点火 观察现象 实验现象 红热的铁与水蒸气起反应 放出气体 用试管收集气体 将气体靠近火焰点火 能 化学方程式 3fe 4h2ofe3o4 4h2 高温 燃烧或发出爆鸣声 3 铁与酸反应 铁与非氧化性酸 如稀h2so4 hcl等 反应生成fe2 放出h2 离子方程式 fe 2h fe2 h2 铁与氧化性酸 如稀hno3 反应时 不放出h2 a hno3 稀 过量时生成fe3 fe 4hno3 稀 fe no3 3 no 2h2o b 铁粉过量时生成fe2 3fe 8hno3 稀 3fe no3 2 2no 4h2o 4 铁与盐溶液的反应 铁能与比它活动性弱的金属的盐溶液反应 置换出这种金属 fe cuso4cu feso4 铁能与fecl3溶液反应生成fecl2 离子方程式 2fe3 fe3fe2 二 铁的重要化合物1 铁的氧化物 3 铁化合物之间的转化关系 四 铜及其化合物1 铜在自然界中主要以化合态的形式存在 常见的铜矿有黄铜矿 cufes2 孔雀石 主要成分为cuco3 cu oh 2 等 2 铜的冶炼工业上主要采用高温冶炼黄铜矿 cufes2 的方法获得铜 然后通过电解精炼得到含铜量高达99 95 99 98 的精铜 还有一种利用微生物帮忙的生物炼铜正逐渐受到人们的关注 3 在制作印刷电路板的过程中常利用铜与氯化铁溶液的反应 2fe3 cu2fe2 cu2 4 由于铜盐能杀菌 并能抑制藻类生长 游泳池场馆常用硫酸铜作池水的消毒剂 有关铁铜活泼性的比较 例1 金华一模 将铁粉 铜粉 fecl3溶液 cucl2溶液混合于某玻璃容器中充分反应 试判断下列情况下 溶液中存在的金属离子和金属单质 1 若铁粉有剩余 则容器中不可能有 离子 2 若溶液中氯化铜和氯化铁都有剩余 则容器中不可能有 3 若氯化铜有剩余 则溶液中可能有 解释 从反应的方程式先后来看 依次有如下形式 fe 2fe3 3fe2 cu 2fe3 cu2 2fe2 fe cu2 cu fe2 综合分析可得到如下表的结果 答案 1 fe3 cu2 2 fe cu 3 cu2 fe2 或fe2 cu2 fe3 迁移训练1 2010 全国大联考考前预测 已知fe与稀hno3可发生如下反应 3fe 过量 8hno3 稀 3fe no3 2 2no 4h2o fe 4hno3 稀 过量 fe no3 3 no 2h2o 一定量的铁粉恰好与8l0 25mol l的稀硝酸完全反应 硝酸的还原产物只有no 则被还原的硝酸的物质的量为 a 1 0molb 0 8molc 0 5mold 条件不足 无法计算 c 解释 题目只给出了hno3的物质的量 表面上看似乎条件不足 无法计算 但是 根据上述方程式分析可知 金属单质与稀硝酸反应时 若硝酸的还原产物仅为no 则被还原的hno3的量总是占参加反应的hno3总量的1 4 即 8l 0 25mol l 4 0 5mol fe2 和fe3 的相互转化及fe3 的检验 例2 向某晶体的水溶液中加入fe2 的溶液后 无明显变化 当滴加几滴溴水后 混合液出现血红色 那么由此得出的下列结论 错误的是 a 该晶体中一定含有scn b fe3 的氧化性比溴的氧化性强c fe2 被溴氧化为fe3 d fe2 与scn 不能形成血红色的化合物 解释 溴水可将fe2 氧化成fe3 fe3 遇scn 生成血红色溶液 由于反应2fe2 br22fe3 2br 说明br2的氧化性强于fe3 b选项错误 b 迁移训练2 硝酸亚铁溶液中存在下列平衡 fe2 2h2o fe oh 2 2h 向该溶液中滴加稀硫酸 可能观察到的现象是 a 沉淀溶解b 溶液颜色变深绿色c 溶液变成黄色d 溶液产生红褐色沉淀 c 解释 本题以亚铁盐为载体考查电离平衡 亚铁盐典型性质的综合运用 问题的关键是 加入稀硫酸对反应体系有哪些影响 加入h 促使平衡向左移动 若仅停留在这一层面上 会错选b 溶液中含有 加入酸后 在h 作用下具有强氧化性 能将亚铁离子氧化成铁离子 溶液变黄色 颜色变深 fe cu及其化合物的有关计算 推断 例3 宁波二模 某合金 仅含铜 铁 中铜和铁的物质的量之和为ymol 其中cu的物质的量分数为a 将其全部投入50mlbmol l 1的硝酸溶液中 加热使其充分反应 假设no是唯一的还原产物 下列说法正确的是 a 若金属有剩余 在溶液中再滴入硫酸后 金属不一定溶解b 若金属全部溶解 则溶液中一定含有fe3 c 若金属全部溶解 且产生336ml气体 标准状况 则b 0 3d 当溶液中金属离子只有fe3 cu2 时 则a与b的关系为b 80y 1 d 解释 a项中铁铜合金与硝酸反应除生成no外 还要生成相应的硝酸铁 硝酸铜等盐 即溶液中存在no 当在其中加入h2so4时 h 和no可继续氧化剩余的金属 a不正确 b项中 因fe3 也可以氧化cu而被还原为fe2 因此当金属全部溶解时也可能有fe2 b错 c项中 因没有告诉溶液中所含的铁离子是fe2 fe3 还是都有 且hno3不一定反应完全 故无法计算b d项中 根据题设条件 n cu ay n fe 1 a y 所以当溶液中只有cu2 和fe3 时它们对应的n no 2ay 3 1 a y 3 a y 因此根据硝酸中的n守恒 硝酸的浓度b至少应等于 迁移训练3 向一定量的cu fe2o3的混合物中加入300ml1mol l的hcl溶液 恰好使混合物完全溶解 所得溶液中加入kscn溶液后无红色出现 若用过量的co在高温下还原相同质量的此混合物 固体的质量减少了 a 6 4gb 4 8gc 2 4gd 1 6g 解释 本题可按照盐酸中的氢与氧化铁中的氧结合成h2o的方法计算 hcl为0 3mol 则结合的氧原子为0 15mol 减少的质量就是氧原子的质量 0 15mol 16g mol 2 4g c 铝的有关铁铜的实验设计 例4 浙江五校联考 三草酸合铁酸钾晶体k3 fe c2o4 3 3h2o可用于摄影和蓝色印刷 某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解 对所得气体产物和固体产物进行实验和探究 请利用实验室常用仪器 用品和以下限选试剂完成验证和探究过程 限选试剂 浓硫酸 1 0mol l 1hno3 1 0mol l 1盐酸 1 0mol l 1naoh 3 h2o2 0 1mol l 1ki 0 1mol l 1cuso4 20 kscn 澄清石灰水 氧化铜 蒸馏水 1 将气体产物依次通过澄清石灰水 a 浓硫酸 灼热氧化铜 b 澄清石灰水 c 观察到a c中澄清石灰水都变浑浊 b中有红色固体生成 则气体产物是 2 该小组同学查阅资料后推知 固体产物中 铁元素不可能以三价形式存在 而盐只有k2co3 验证固体产物中钾元素存在的方法是 现象是 3 固体产物中铁元素存在形式的探究 提出合理假设假设1 假设2 假设3 设计实验方案证明你的假设 实验过程根据 中方案进行实验 按下表的格式写出实验步骤 预期现象与结论 解释 1 由a中澄清石灰水变浑浊 可知k3 fe c2o4 3 3h2o分解的产物中有co2 由b中有红色固体生成 c中澄清石灰水变浑浊 可知k3 fe c2o4 3 3h2o分解的产物中有co 2 因为所有的钾盐 钠盐和铵盐都可溶 所以验证钠 钾元素一般是用焰色反应 3 由于草酸根中c为 3价 而产物中二氧化碳 碳酸钾中碳为 4价 一氧化碳中碳为 2价 存在着化合价的变化 由题意铁元素不可能以三价形式存在 说明铁的化合价一定发生变化 由铁的常见化合价不难得出 其一定会降低 可能为0价或 2价 由此不难得出三种假设 设计实验步骤时要注意铁和氧化亚铁均与盐酸反应生成亚铁离子 均与硝酸反应生成铁离子 也就是说铁的存在会干扰氧化亚铁的检验 所以要利用两者性质的差异性先检验出铁 排除铁的干扰 因此一定要用到硫酸铜溶液 由于题给试剂没有能够检验亚铁离子的试剂 所以要将其氧化为铁离子再检验 所以必须用到硫氰化钾溶液 答案 1 co和co2 2 焰色反应透过蓝色钴玻璃 观察到紫色的火焰 3 假设1 只含fe假设2 只含feo假设3 同时含有fe和feo 迁移训练4 2009 北京 以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下 部分操作和条件略 从废液中提纯并结晶出feso4 7h2o 将feso4 7h2o配制成溶液 feso4溶液与稍过量的nh4hco3溶液混合 得到含feco3的浊液 将浊液过滤 用90 热水洗涤沉淀 干燥后得到feco3固体 煅烧feco3 得到fe2o3固体 已知 nh4hco3在热水中分解 1 中 加足量的铁屑除去废液中的fe3 该反应的离子方程式是 2 中 需加一定量硫酸 运用化学平衡原理简述硫酸的作用 fe 2fe3 3fe2 加入硫酸 h 浓度增大 使fe2 2h2o fe oh 2 2h 的平衡向逆反应方向移动 从而抑制feso4的水解 3 中 生成feco3的离子方程式是 若feco3浊液长时间暴露在空气中 会有部分固体表面变为红褐色 该变化的化学方程式是 4 中 通过检验so来判断沉淀是否洗涤干净 检验so的操作是 fe2 2hcofeco3 co2 h2o 4feco3 6h2o o24fe oh 3 4co2 取少量洗涤后的滤液放入试管中 滴加酸化的bacl2溶液 若无白色沉淀产生 则沉淀洗涤干净 5 已知煅烧feco3的化学方程式是4feco3 o22fe2o3 4co2 现煅烧464 0kg的feco3 得到316 8kg产品 若产品中杂质只有feo 则该产品中fe2o3的质量是 kg 摩尔质量 g mol 1 feco3 116 fe2o3 160 feo 72 288 0 解释 本题考查了fe2o3的制取 要求学生注意物质合成过程中的细节问题 工业废液中富含feso4 但不可避免会含有fe3 因此必须加入足量铁屑将fe3 全部转化为fe2 又由于fe2 极易水解生成fe oh 2 由此将溶液酸化抑制其水解 feco3长期暴露在空气中在水蒸气和氧气作用下会转化成fe oh 3和co2 检验沉淀是否洗净 洗涤干净时要先取少量溶液再检验 5 464 0kgfeco3中含有fe元素4 103mol 设产品中含feoxmol fe2o3ymol则有 x 2y 4 103 72x 160y 316 8 103 解得x 0 4 103 y 1 8 103 故fe2o3的质量 1 8 103mol 160g mol 288 103g 288 0kg 1 下列叙述中正确的是 a 向含有caco3沉淀的水中通入co2至沉淀恰好溶解 再向溶液中加入nahco3饱和溶液 又有caco3沉淀生成b 向na2co3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸 生成的co2与原na2co3的物质的量之比为1 2c 等质量的nahco3和na2co3分别与足量盐酸反应 在同温同压下 生成的co2体积相同d 向na2co3饱和溶液中通入co2 有nahco3结晶析出 d 解释 caco3与co2反应生成ca hco3 2 再加入nahco3无明显现象 a项错 向na2co3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸 仅生成nahco3 无co2气体放出 b项错 等质量的nahco3和na2co3 其中nahco3的物质的量多 与足hcl反应时 放出的co2多 c项错 d项 发生的反应为na2co3 co2 h2o2nahco3 由于nahco3的溶解性较小 故有结晶析出 正确 2 在ph为4 5的环境中 cu2 fe2 不生成沉淀 而fe3 几乎完全沉淀 工业上制cucl2是将浓盐酸用蒸汽加热到80 左右 再慢慢加入粗氧化铜 含杂质feo 充分搅拌使之溶解 欲除去溶液中的杂质离子 下述方法中可行的是 a 在溶液中通入cl2 再通入nh3调节ph为4 5b 向溶液中通入h2s使fe2 沉淀c 在溶液中通入cl2 再加入cuo粉末调节ph为4 5d 加入纯cu将fe2 还原 解释 通入氯气将二价铁离子氧化为三价铁离子 调节ph到4 5 使三价铁离子形成沉淀而除去 c 3 宁波二模 向含aghno3的稀溶液中 加入bg铁粉充分反应 全部溶解 已知有a 4ghno3被还原 则a b不可能是 a 2 1b 3 1c 4 1d 9 2 解释 本题因硝酸与铁粉相对量的变化 有可能出现如下的定量关系 当铁全溶时 1 4 n fe n hno3 3 8 即3 1 a b 9 2 a 4 在fe2 so4 3溶液中 加入agcu 完全