2012届高考化学基础知识复习 第二单元 第7讲 铁、铜的.ppt

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 完全溶解