2015届浙江省高三化学一轮复习文档：专题3第3讲铁、铜的获取及应用

第 3 讲 铁 铜的获取及应用 考纲要求 1 了解铁 铜及其重要化合物的主要性质及其应用 2 以 Fe2 Fe3 的相互 转化为例 理解变价金属元素的氧化还原反应 3 能鉴别溶液中的 Fe2 Fe3 考点一 用物质分类思想认识铁及其重要化合物 1 铁的存在 2 铁的性质 1 物理性质 纯铁具有金属的共性 如具有银白色金属光泽和良好的延展性 是电和热的良导体 具 有能被磁铁吸引的特性 纯铁有很强的抗腐蚀能力 2 化学性质 铁是较活泼的金属 发生化学反应时可生成 2 3 两种价态的化合物 用化学方程式或离子方程式表示下列变化 Fe H2O g 3Fe 4H2O g Fe3O4 4H2 高温 3 铁的氧化物和氢氧化物 1 铁的氧化物 化学式 FeOFe2O3Fe3O4 俗名铁红磁性氧化铁 颜色状态黑色粉末红棕色粉末 黑色晶体 有磁性 溶解性难溶于水难溶于水难溶于水 铁的化合价 2 3 2 3 稳定性不稳定稳定稳定 与 H 反应的离子 方程式 FeO 2H Fe2 H2O Fe2O3 6H 2Fe 3 3H2O Fe3O4 8H Fe2 2Fe3 4H2O 2 铁的氢氧化物 化学式 Fe OH 2Fe OH 3 色态白色固体红褐色固体 与盐酸反应Fe OH 2 2H Fe2 2H2OFe OH 3 3H Fe3 3H2O 受热分解 2Fe OH 3Fe 2O3 3H2O 制法 可溶性亚铁盐与碱溶液反应 Fe2 2OH Fe OH 2 可溶性铁盐与碱溶液反应 Fe3 3OH Fe OH 3 二者的关系 在空气中 Fe OH 2能够非常迅速地被氧气氧化成 Fe OH 3 现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色 最后变成红褐色 反 应方程式为 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 4 亚铁盐和铁盐 1 亚铁盐 含有 Fe2 的溶液呈浅绿色 Fe2 既有 性 又有 性 Fe2 与 Zn Cl2反 应的离子方程式分别为 2 铁盐 氧化性 含有 Fe3 的溶液呈 色 Fe3 具有氧化性 Fe3 与 Fe Cu 反应的离子 方程式分别为 特性 含有 Fe3 的盐溶液遇到 时变成血红色 易水解 FeCl3滴入沸水中的离子方程式 答案 1 氧化 还原 Zn Fe2 Zn2 Fe 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl 2 棕黄色 2Fe3 Fe 3Fe2 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 KSCN Fe3 3H2O Fe OH 3 胶体 3H 深度思考 1 铁有很强的抗腐蚀能力 为什么日常生活中的铁制品容易生锈 答案 主要因为铁不纯 往往含有碳等杂质 当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电 解质溶液 如食盐水 时会发生电化学腐蚀 2 铁 铝遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化 是物理变化还是化学变化 答案 常温下铁 铝遇冷的浓 HNO3 浓 H2SO4时表面会生成一层致密的氧化物薄膜 化 学上称为钝化 属于化学变化 3 FeCl3 FeCl2和 Fe OH 3是否都可以通过化合反应制取 答案 都可以 2Fe 3Cl22FeCl3 点燃 2FeCl3 Fe 3FeCl2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 4 铁元素是典型的变价金属元素 它在化合物中主要表现为 2 价和 3 价 请归纳总结 1 Fe 单质通常与哪些氧化剂反应生成 2 价 写出有关反应的化学方程式或离子方程 式 答案 Fe Fe2 铁与氧化性比较弱的非金属单质 如 S I2 非氧化性酸 如盐酸 稀硫酸 不活泼金属的盐溶液 如 CuSO4溶液 反应 都可实现这种转化 如 Fe S FeS 2H Fe Fe2 H2 Cu2 Fe Fe2 Cu 2 Fe 单质通常与哪些氧化剂反应生成 3 价 写出有关反应的化学方程式 答案 Fe Fe3 铁与强氧化剂 如 Cl2 HNO3 浓硫酸 在一定条件下反应都会实现这 种转化 例如 2Fe 3Cl22FeCl3 Fe 4HNO3 稀 Fe NO3 点燃 3 NO 2H2O 2Fe 6H2SO4 浓 Fe2 SO4 3 3SO2 6H2O 题组一 铁及其化合物的性质 1 铁屑溶于过量稀硫酸 过滤后向滤液中加入过量氨水 有白色沉淀生成 过滤 在空气 中加热沉淀至质量不再发生变化为止 得到红棕色残渣 上述沉淀和残渣分别是 A Fe OH 3 Fe2O3 B Fe OH 2 Fe2O3 C Fe OH 2 Fe OH 3 D Fe OH 2 Fe3O4 答案 B 解析 铁与稀硫酸反应生成 FeSO4 再与过量氨水反应生成白色沉淀 Fe OH 2 在空气 中加热 Fe OH 2 铁元素被氧化为 3 价 最后所得红棕色残渣为 Fe2O3 2 在高温条件下铁与水能发生反应 资料显示 在不同温度下 还原铁粉与水蒸气反应的产物是不同的 温度低于 570 时 生成 FeO 高于 570 时 生成 Fe3O4 老师用右图所示实验 装置 完成还原铁粉与水蒸气反应的演示实验 1 实验中使用肥皂液的作用是 2 某同学设计下列实验方案以确定实验后试管内的固体是否存在 Fe3O4 确定是否存在 Fe3O4需要测定并记录的实验数据是 答案 1 检验反应中生成的 H2 2 固体样品质量和红棕色固体的质量 解析 本题主要考查实验设计与探究 意在考查学生分析处理实验数据并得出合理结论 的能力 为了确定实验后试管内的固体是否存在 Fe3O4 必须测定实验后固体中铁与氧 的物质的量之比 因黑色粉末溶解时有少量气泡产生 故一定含有金属铁 只有当黑色 粉末中 1 时 才一定含有 Fe3O4 因此该同学实验中必须测定固体样品质量和 n Fe n O 红棕色固体 Fe2O3 的质量 以确定铁与氧的物质的量之比 题组二 铁及其化合物的定量计算 3 在一定量的稀 HNO3中慢慢加入铁粉 得到的 Fe2 的物质的量 纵坐标 与所加铁粉的物 质的量 横坐标 的关系如图所示 请将正确答案的序号填在相应的横线上 Fe3 Fe2 Fe Fe2 Fe2 Fe3 1 AB 段铁元素以 形式存在 2 BC 段铁元素以 形式存在 3 CD 段铁元素以 形式存在 答案 1 2 3 解析 向稀 HNO3中加入铁粉 开始时稀 HNO3过量应生成 Fe3 随加入铁粉量的增加 HNO3反应完全后 发生反应 2Fe3 Fe 3Fe2 最后全部转化为 Fe2 4 由 FeO Fe2O3和 Fe3O4组成的混合物 测得其中铁元素与氧元素的质量比为 21 8 则 这种混合物中 FeO Fe2O3和 Fe3O4的物质的量之比是 A 1 2 1 B 2 1 1 C 1 3 1 D 1 1 3 答案 D 解析 可用平均组成法来求解 在混合物中铁原子和氧原子物质的量之比为 21 56 8 16 3 4 则混合物的平均组成为 Fe3O4 在三种组合中 Fe3O4则不必多考虑 应注 意 FeO 和 Fe2O3混合后也应符合 n Fe n O 3 4 所以在混合物中它们的物质的量 之比必须是 1 1 5 向一定量的 Fe FeO Fe2O3 Fe3O4的混合物中加入 150 mL 4 mol L 1的稀硝酸恰好 使混合物完全溶解 放出 2 24 L NO 标准状况 往所得溶液中加入 KSCN 溶液 无血 红色出现 若用足量的 H2在加热条件下还原相同质量的混合物 所得到的铁的物质的 量为 A 0 21 mol B 0 25 mol C 0 3 mol D 0 35 mol 答案 B 解析 n HNO3 0 6 mol n NO 0 1 mol 反应后铁元素的存在形式为 Fe NO3 2 根据元素 守恒 可知反应后溶液中的 n NO 0 5 mol n Fe2 0 25 mol 即 n Fe 0 25 3 mol 归纳总结 1 分析铁与稀 HNO3反应的关键 一是明确哪种物质过量 二是根据两种物质的量分析讨论判断 根据反应方程式 HNO3过量 Fe 4HNO3 稀 Fe NO3 3 NO 2H2O Fe 过量时 Fe 2Fe NO3 3 3Fe NO3 2 两者相加得总方程式 3Fe 8HNO3 稀 3Fe NO3 2 2NO 4H2O 2 在铁及其化合物的计算中能用 守恒法 的很多 常用到的有质量守恒 电子守恒等 如第 5 题中用到 N 原子守恒 Fe 原子守恒以及溶液中 Fe2 NO的电荷守恒 3 题组三 有关铁及其化合物的实验探究 6 下列各图示中能较长时间看到 Fe OH 2白色沉淀的是 填序号 答案 解析 因为 Fe OH 2在空气中很容易被氧化为红褐色的 Fe OH 3 即 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 因此要较长时间看到 Fe OH 2白色沉淀 就要排除装置中的氧 气或空气 原理一样 都是先用氢气将装置中的空气排尽 并使生成的 Fe OH 2 处在氢气的保护中 的原理为铁作阳极产生 Fe2 与电解水产生的 OH 结合生成 Fe OH 2 且液面用汽油保护 能防止空气进入 中液面加苯阻止了空气进入 由 于带入空气中的氧气 能迅速将 Fe OH 2氧化 因而不能较长时间看到白色沉淀 反思归纳 成功制备 Fe OH 2的关键 由于 Fe OH 2具有很强的还原性 易被氧化为 Fe OH 3 在实验室中制备 Fe OH 2 并使 Fe OH 2长时间保持白色沉淀状态 成为物质制备实验探究的热点 制备原理 Fe2 2OH Fe OH 2 成功关键 溶液中不含 Fe3 和 O2等氧化性物质 制备过程中 保证生成的 Fe OH 2在密闭的隔绝空气的体系中 考点二 铁三角 的转化关系及应用 铁三角 的转化关系 深度思考 1 用离子方程式实现下列转化 Fe2 Fe3 Cl2 NO 3 H Fe Cu 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl 3Fe2 4H NO 3Fe3 2H2O NO 3 2Fe3 Fe 3Fe2 Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 2 如何除去括号中的杂质 1 Fe2 Fe3 加过量铁粉 过滤 2 FeCl3 FeCl2 加氯水或 H2O2 3 FeCl2 CuCl2 加过量铁粉 过滤 4 Fe Al 加过量强碱溶液 过滤 5 Fe2O3 Al2O3 SiO2 加过量强碱溶液过滤 3 1 Fe2O3加入到足量的氢碘酸中 发生反应的离子方程式 用两个表示 为 2 Fe OH 3加入到足量的氢碘酸中 发生反应的离子方程式 用一个表示 为 答案 1 Fe2O3 6H 2Fe3 3H2O 2Fe3 2I I2 2Fe2 2 2Fe OH 3 6H 2I 2Fe2 I2 6H2O 题组一 Fe2 与 Fe3 的转化及应用 1 下列试剂中 不能使 Fe2 转化为 Fe3 的是 氯气 NaCl 溶液 KMnO4溶液 稀硝酸 盐酸 NaNO3溶液 A B C D 答案 D 解析 要实现 Fe2 转化为 Fe3 必须加强氧化性物质 NaCl HCl 均没有强氧化 性 NO在酸性条件下才表现强氧化性 3 2 在 FeCl3 CuCl2混合溶液中 加入一定量的铁屑 反应完全后将固体滤出 下列说法 中正确的是 A 若滤出的固体中只有铜 则溶液中一定含有的阳离子是 Fe2 一定不含 Cu2 B 若滤出的固体中只有铜 则溶液中一定含有的阳离子是 Fe2 可能含 Cu2 和 Fe3 C 若滤出的固体中只有铜 则溶液中一定含有的阳离子是 Fe3 和 Fe2 一定不含 Cu2 D 若滤出的固体中含有铁和铜 则溶液中一定含有的阳离子是 Fe2 一定不含 Cu2 和 Fe3 答案 D 解析 氧化性 Fe3 Cu2 Fe2 加入铁粉后有固体剩余 Fe3 一定不存在 若剩余 固体全部都是 Cu 溶液中还可能有 Cu2 也可能恰好被完全置换 若剩余固体是 Cu 和 Fe 则溶液中不可能有 Cu2 不论哪种情况 Fe3 和 Fe 都会转化为 Fe2 3 在 FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中 废液处理和资源回收的过程简述如下 向废液中投入过量铁屑 充分反应后分离出固体和滤液 向滤液中加入一定量石灰水 调节溶液 pH 同时鼓入足量的空气 1 FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为 2 过程 加入铁屑的主要作用是 分离得到的固体主要成分是 从固体中分离出铜需采用的方法是 3 过程 中发生反应的化学方程式为 答案 1 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 2 反应掉 FeCl3 CuCl2 Fe Cu 加入足量稀盐酸后过滤 3 4FeCl2 4Ca OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 4CaCl2 解析 FeCl3溶液蚀刻铜箔的离子方程式为 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 得到的废液中 含有 FeCl3 CuCl2 FeCl2 题组二 Fe3 Fe2 的检验 4 为了验证 Fe3 的性质 某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验 其中实验方案设 计错误的是 A B C D 答案 C 解析 不反应 实验方案及现象均错 检验的是 Cl 与 Fe3 的性质无关 5 要证明某溶液中不含 Fe3 而可能含有 Fe2 进行如下实验操作时 最佳顺序为 加入足量氯水 加入足量 KMnO4溶液 加入少量 NH4SCN 溶液 A B C D 答案 C 解析 在该溶液中先加入少量 NH4SCN 溶液 溶液不变血红色 无 Fe3 存在 再加入氯 水 将 Fe2 氧化成 Fe3 溶液变为血红色 KMnO4溶液呈紫红色 溶液颜色变化不明显 所以不用 KMnO4溶液 反思归纳 检验 Fe2 Fe3 的常用方法 1 根据溶液颜色 含有 Fe2 的溶液显浅绿色 含有 Fe3 的溶液显黄色 2 用 KSCN 溶液和氯水 1 流程 溶液 加KSCN溶液 2 有关反应 Fe3 3SCN Fe SCN 3 血红色 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl 3 用 NaOH 溶液 1 流程 溶液 加NaOH溶液 2 有关反应 Fe3 3OH Fe OH 3 红褐色沉淀 Fe2 2OH Fe OH 2 白色沉淀 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 题组三 涉及 Fe2 Fe3 的离子共存问题 6 下列各离子组能大量共存的是 A Fe3 NH H SO 42 4 B Fe3 Br Na I C Fe2 AlO Na NO 2 3 D Fe3 HCO NH NO 3 4 3 答案 A 解析 B 项中 Fe3 与 I 易发生氧化还原反应 C 项中 Fe2 与 AlO发生双水解反应不 2 能大量共存 D 项中 Fe3 与 HCO发生双水解反应不能大量共存 3 7 下列离子在指定溶液中能大量共存的是 A 1 0 mol L 1的 KNO3溶液 H Fe2 Cl SO2 4 B 1 0 mol L 1的 FeCl2溶液 NO Na K ClO 3 C 使酚酞变红的溶液中 Na Cl SO Fe3 2 4 D 酸性溶液中 NO SO Fe3 Mg2 32 4 答案 D 解析 A 项中 KNO3在酸性条件下能氧化 Fe2 B 项中 ClO 能氧化 Fe2 C 项中 Fe3 在 碱性条件下易水解 只能存在于酸性溶液中 反思归纳 Fe3 Fe2 的离子共存问题 1 Fe2 Fe3 均水解 与 HCO AlO CO等因水解相互促进 在溶液中不能大量 3 22 3 共存 2 Fe3 与 S2 I HS SO Fe2 与 NO H ClO MnO H 在溶液中因发 2 3 3 4 生氧化还原反应不能大量共存 3 Fe3 与 SCN 发生络合反应不能大量共存 考点三 铜及其化合物 1 单质铜 1 物理性质 紫红色固体 具有良好的延展性 导热性和导电性 2 化学性质 写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式 化学方程式 2Cu O2 CO2 H2O Cu2 OH 2CO3 绿色固体 化学方程式 2Cu SCu2S 与氧化性酸 a 与浓硫酸共热的化学方程式 Cu 2H2SO4 浓 CuSO4 SO2 2H2O b 与稀硝酸反应的离子方程式 3Cu 8H 2NO 3Cu2 2NO 4H2O 3 与盐溶液反应 写离子方程式 a 与硝酸银溶液 Cu 2Ag 2Ag Cu2 b 与 FeCl3溶液 Cu 2Fe3 2Fe2 Cu2 2 氧化铜和氧化亚铜 名称氧化铜氧化亚铜 颜色黑色砖红色 与酸反应 H CuO 2H Cu2 H2OCu2O 2H Cu2 Cu H2O 与 H2反应 CuO H2Cu H2O Cu2O H22Cu H2 O 转化关系 4CuO2Cu2O O2 高温 3 氢氧化铜 1 物理性质 蓝色不溶于水的固体 2 化学性质及应用 4 CuSO4 5H2O CuSO4 5H2O 为蓝色晶体 俗称蓝矾 胆矾 无水 CuSO4为白色粉末 遇水变蓝色 生成 CuSO4 5H2O 可作为水的检验依据 题组一 铜及其化合物的性质 1 某研究小组通过实验探究 Cu 及其化合物的性质 操作正确且能达到实验目的的是 A 将铜丝插入浓硫酸中并加热 反应后再加入水 观察硫酸铜溶液的颜色 B 常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中 观察 CuCl2的生成 C 将 CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干 得到无水 CuCl2固体 D 将表面有铜绿 Cu2 OH 2CO3 的铜器放入盐酸中浸泡 除去铜绿 答案 D 解析 A 项浓硫酸溶于水时放热 应该是把反应后的溶液倒入水中 故该项错误 B 项 需要先加热铜才与氯气发生反应 故该项错误 C 项氯化铜溶液中存在水解平衡 加热 蒸干最终得到的是氢氧化铜 故该项错误 D 项铜和盐酸不反应 只有铜绿 Cu2 OH 2CO3 与盐酸反应 故该项正确 2 铜是生命必需的元素 也是人类最早使用的金属之一 铜的生产和使用对国计民生各个 方面都产生了深远的影响 请完成 1 3 题 1 在西汉古籍中曾有记载 曾青得铁则化为铜 即曾青 CuSO4 跟铁反应生成铜 试写 出该反应的化学方程式 2 铜器表面有时会生成铜绿 请写出生成铜绿的化学方程式 这层铜绿可以用化学方法除去 试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式 3 铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币 试从物理性质和化学性质的角度分析为 什么铜常用于制造货币 铜的熔点是 1 183 4 铁的熔点是 1 534 8 答案 1 Fe CuSO4 FeSO4 Cu 2 2Cu O2 H2O CO2 Cu2 OH 2CO3 Cu2 OH 2CO3 4HCl 2CuCl2 CO2 3H2O 3 选择铜做货币是因为铜的熔点比较低 容易冶炼铸造成型 铜的化学性质比较稳定 不易被腐蚀 解析 2 2Cu O2 H2O CO2 Cu2 OH 2CO3 要除去铜器表面的铜绿 考虑选择盐酸 因盐酸不和铜反应 且盐酸具有挥发性 化学反应方程式如下 Cu2 OH 2CO3 4HCl 2CuCl2 CO2 3H2O 3 根据题给信息以及做货币的实际要求 选择铜做货币是因为铜的熔点比较低 容易 冶炼铸造成型 铜的化学性质比较稳定 不易被腐蚀 题组二 废铜的利用 3 某课外研究小组 用含有较多杂质的铜粉 通过不同的化学反应精制 CuO 其设计的实 验过程为 1 杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物 灼烧后含有少量铜的可能原 因是 填字母序号 a 灼烧过程中部分氧化铜被还原 b 灼烧不充分铜未被完全氧化 c 氧化铜在加热过程中分解生成铜 d 该条件下铜无法被氧气氧化 2 由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净 CuO 与途径 相比 途径 有明显的两个优 点是 答案 1 ab 2 耗酸少 无污染性气体 SO2产生 解析 1 灼烧后含有少量铜 其原因可能是灼烧不充分 铜未被完全氧化 也可能是 灼烧过程中部分氧化铜被还原 2 根据途径 的反应方程式 Cu 2H2SO4 浓 CuSO4 SO2 2H2O 和途 径 的反应方程式 2Cu O2 2H2SO42CuSO4 2H2O 可以看出途径 的 优点是 产生等量的 CuSO4 比途径 消耗硫酸少 途径 不产生污染大气的气体 SO2 反思归纳 废铜综合利用的常见流程框图模式 考点四 从自然界获取铁和铜 1 铁 铜在自然界中的存在 铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在 常见的铁矿有磁铁矿 主要成分为 Fe3O4 赤铁矿 主要成分为 Fe2O3 等 常见的铜矿有黄铜矿 主要成分为 CuFeS2 孔雀石 主要 成分为 CuCO3 Cu OH 2 等 此外铁在自然界中还以游离态的形式存在于陨铁中 自然 界中也存在少量的单质铜 2 铁的冶炼 1 原料 铁矿石 焦炭 空气 石灰石等 2 设备 炼铁高炉 3 反应原理 用还原剂将铁从其化合物中还原出来 4 工艺流程 从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生 CO2并放出大量的热量 CO2再与灼 热的焦炭反应 生成 CO CO 在高温下将氧化铁还原为铁 有关化学反应方程式 C O2 CO2 C CO22CO 3CO Fe2O32Fe 3 点燃 高温 CO2 特别提醒 铁矿石中含有 SiO2需除去 石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳 氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣 有关化学反应方程式 CaCO3 CaO CO2 CaO SiO2CaSiO3 炉渣 炉渣的密度比 高温 高温 铁水小 故浮在铁水上面 从而分离出去 3 铜的制备与精炼 工业上主要采用高温冶炼黄铜矿 主要成分是 CuFeS2 的方法获得铜 用这种方法冶炼 得到的铜 含铜量为 99 5 99 7 还含有 Ag Au Fe Zn 等杂质 要达到电气工业 生产用铜的要求 这种由黄铜矿高温冶炼得到的铜还必须经过电解精炼 电解精炼得到 的铜 含铜量高达 99 95 99 98 深度思考 下图表示金属活动性顺序表中铜 锡 铁和铝元素被人类大规模开发 利用的大致年限 根据上图回答下列问题 1 铝是地壳中含量最高的金属元素 为什么人类对铝的使用比铁 铜晚得多 答案 铝的金属活动性比铁 铜强 在自然界中以稳定的化合态存在 难冶炼 古代人 们的技术条件达不到 不能冶炼铝 故铝的发现和大量使用比铁 铜晚得多 2 写出以 NaCl Al2O3 MgCl2 CuO CuSO4 Ag2O 为原料制备 Na Al Mg Cu Ag 的 化学方程式 并说明它们的制备方法 答案 2NaCl 熔融 2Na Cl2 电解法 通电 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 电解法 通电 MgCl2 熔融 Mg Cl2 电解法 通电 2CuO C2Cu CO2或 CuO H2Cu H2O 热还原法 CuSO4 Fe Cu FeSO4 湿法炼铜 2Ag2O4Ag O2 热分解法 题组一 铁的冶炼及应用 1 铁的氧化物有多种用途 请解答下面有关问题 1 赤铁矿的主要成分是 Fe2O3 是工业炼铁的主要原料之一 写出由 Fe2O3制得单质铁 的化学方程式 某赤铁矿除了含 Fe2O3之外 还含有少量的 SiO2和 Al2O3 将 试样溶于 NaOH 溶液 充分反应后过滤 即可得到较纯净的 Fe2O3 该过程中发生反应的 离子方程式是 2 Fe2O3可以与铝粉组成铝热剂用于焊接钢轨或定向爆破 某同学猜测 该反应所得熔 融物中含有 Fe2O3 他设计如下实验来验证自己的猜想 取少量试样 加入足量稀盐酸 然后滴加 KSCN 溶液 若出现血红色 证明含有 Fe2O3 否则 不含有 Fe2O3 你认为该 方案合理吗 为什么 答案 1 Fe2O3 3CO2Fe 3CO2 合理即可 高温 SiO2 2OH SiO H2O Al2O3 2OH 2AlO H2O 2 3 2 2 不合理 因为 Fe3 能跟铝热反应生成的 Fe 反应生成 Fe2 Fe 2与 SCN 反应时不 会出现血红色 其他答案合理即可 解析 1 工业冶炼铁是用 CO 作还原剂 SiO2 Al2O3与 NaOH 溶液发生反应 2 由于 2Fe3 Fe 3Fe2 的干扰 该种方案不合理 题组二 铜的冶炼及应用 2 铜在自然界存在于多种矿石中 如 矿石名称黄铜矿斑铜矿辉铜矿孔雀石 主要成分 CuFeS2Cu5FeS4Cu2SCuCO3 Cu OH 2 请回答下列问题 1 上表所列铜化合物中 铜的质量百分含量最高的是 2 工业上以黄铜矿为原料 采用火法熔炼工艺生产铜 该工艺的中间过程会发生反应 2Cu2O Cu2S6Cu SO2 反应的氧化剂是 高温 3 SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是 处理该尾气 可得到有价值的化学品 写出其中 1 种酸和 1 种盐的名称 4 黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量 Fe Ag Au 等金属杂质 需进一步采用电解法精制 请简述粗铜电解得到精铜的原理 答案 1 Cu2S 2 Cu2O 和 Cu2S 3 形成酸雨 硫酸 硫酸铵 4 电解池中 粗铜作阳极 纯铜作阴极 电解质为硫酸铜溶液 阳极上发生氧化反应 Cu 失去电子 使 Cu 单质变为 Cu2 进入溶液中 Cu 2e Cu2 阴极上发生还原反应 Cu2 得到电子在阴极上析出 Cu 单质 Cu2 2e Cu 从而达到精制 Cu 的目的 解析 2 Cu2O Cu2S 的 Cu 由 1 价被还原为 0 价 作氧化剂 Cu2S 的 S 由 2 价被氧 化为 4 价 作还原剂 3 处理 SO2尾气一般为循环制备硫酸 或用氨水吸收 最后可得到 NH4 2SO4等化学品 反思归纳 铜的冶炼 1 粗炼 1 火法炼铜 以 CuFeS2为例 2CuFeS2 O2Cu2S 2FeS SO2 高温 2Cu2S 3O22Cu2O 2SO2 2Cu2O Cu2S6Cu SO2 高温 高温 2 湿法炼铜 Fe CuSO4 Cu FeSO4 2 电解精炼 电解时 以 CuSO4作电解液 粗铜为阳极 纯铜为阴极 探究高考 明确考向 1 判断正误 正确的划 错误的划 1 在 硫酸亚铁铵的制备 实验中 为了得到硫酸亚铁铵晶体 应小火加热蒸发皿 直到有大量晶体析出时停止加热 2012 浙江理综 8C 2 向 FeBr2溶液中通入足量氯气 2Fe2 4Br 3Cl2 2Fe3 2Br2 6Cl 2013 海南 10C 3 将水蒸气通过灼热的铁粉 铁与水在高温下反应 粉末变红 2013 广东理综 23D 4 向某溶液中滴加 KSCN 溶液 溶液不变色 滴加氯水后溶液显红色 该溶液中一定含 有 Fe2 2013 江苏 13D 5 Fe3 有氧化性 所以 FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜 2012 广东理综 12D 6 过量的 Fe 粉中加入稀 HNO3 充分反应后 滴入 KSCN 溶液 溶液呈血红色 说明稀 HNO3将 Fe 氧化为 Fe3 2011 安徽理综 10A 7 Fe 在足量 Cl2中燃烧生成 FeCl2和 FeCl3 2012 天津理综 2D 8 Fe 分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同 2011 重庆理综 7A 9 Fe 与 S 混合加热生成 FeS2 2012 重庆理综 7A 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 2012 新课标全国卷 26 1 2 铁是应用最广泛的金属 铁的卤化物 氧化物以及高 价铁的含氧酸盐均为重要化合物 1 要确定铁的某氯化物 FeClx的化学式 可用离子交换和滴定的方法 实验中称取 0 54 g 的 FeClx样品 溶解后先进行阳离子交换预处理 再通过含有饱和 OH 的阴离子 交换柱 使 Cl 和 OH 发生交换 交换完成后 流出溶液的 OH 用 0 40 mol L 1的盐 酸滴定 滴至终点时消耗盐酸 25 0 mL 计算该样品中氯的物质的量 并求出 FeClx中 x 的值 列出计算过程 2 现有一含有 FeCl2和 FeCl3的混合物样品 采用上述方法测得 n Fe n Cl 1 2 1 则该样品中 FeCl3的物质的量分数为 在实验室中 FeCl2可用 铁粉和 反应制备 FeCl3可用铁粉和 反应制备 答案 1 n Cl 0 025 0 L 0 40 mol L 1 0 010 mol 0 54 g 0 010 mol 35 5 g mol 1 0 185 g n Fe 0 185 g 56 g mol 1 0 003 3 mol n Fe n Cl 0 003 3 0 010 1 3 x 3 2 0 10 盐酸 氯气 解析 解答此题的关键是明确阴离子交换柱交换出的 OH 的物质的量等于 Cl 的物质的 量 从而求出 FeClx中 x 的值 1 首先明确阳离子交换柱和阴离子交换柱的作用 根据离子等量交换 溶液中 OH 的 物质的量等于 FeClx中 Cl 的物质的量 通过中和滴定知 n OH n H 0 40 mol L 1 25 0 10 3 L 0 010 mol 故 n Cl 0 010 mol FeClx中 Fe 元素的质量为 0 54 g 35 5 g mol 1 0 010 mol 0 185 g FeClx中 Fe 元素与 Cl 元素的物质的量之比为 0 010 mol 1 3 故 0 185 g 56 g mol 1 x 3 2 根据题意可设该混合物的组成为 FeCl2 1 利用十字交叉法可得样品中 FeCl3的物质 的量分数为 0 10 注意制备 FeCl2选用弱氧化剂 制备 FeCl3选用强氧化剂 3 2013 天津理综 9 节选 FeCl3在现代工业生产中应用广泛 某化学研究性学习小组 模拟工业流程制备无水 FeCl3 再用副产品 FeCl3溶液吸收有毒的 H2S 经查阅资料得知 无水 FeCl3在空气中易潮解 加热易升华 他们设计了制备无水 FeCl3的实验方案 装置示意图 加热及夹持装置略去 及操作步骤如下 检验装置的气密性 通入干燥的 Cl2 赶尽装置中的空气 用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成 体系冷却后 停止通入 Cl2 并用干燥的 N2赶尽 Cl2 将收集器密封 请回答下列问题 1 装置 A 中反应的化学方程式为 2 第 步加热后 生成的烟状 FeCl3大部分进入收集器 少量沉积在反应管 A 右端 要使沉积的 FeCl3进入收集器 第 步操作是 3 操作步骤中 为防止 FeCl3潮解所采取的措施有 填步骤序号 4 装置 B 中冷水浴的作用为 装置 C 的名称为 装置 D 中 FeCl2全部反应后 因失去吸收 Cl2的作用而失效 写出检验 FeCl2是否失效的试剂 该组同学用装置 D 中的副产品 FeCl3溶液吸收 H2S 得到单质硫 过滤后 再以石墨 为电极 在一定条件下电解滤液 6 FeCl3与 H2S 反应的离子方程式为 7 电解池中 H 在阴极放电产生 H2 阳极的电极反应式为 8 综合分析实验 的两个反应 可知该实验有两个显著优点 H2S 的原子利用率为 100 答案 1 2Fe 3Cl22FeCl3 2 在沉积的 FeCl3固体下方加热 3 4 冷却 使 FeCl3沉积 便于收集产品 干燥管 K3 Fe CN 6 溶液 6 2Fe3 H2S 2Fe2 S 2H 7 Fe2 e Fe3 8 FeCl3得到循环利用 4 2013 广东理综 32 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 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 该气体变色的化学反应 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 Al2O3 CuAlO2 高温 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 CuAlO2 至少需要 1 0 mol L 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 答案 1 Ag e Ag 2NO O2 2NO2 2 Al OH 3 Cu OH 2 Al OH 3 OH AlO 2H2O 3 4 2 4 O2 4 50 25 2 5 蒸发结晶 解析 根据电解原理 物质的性质及工艺流程 氧化还原反应 守恒计算等分析 1 电解精炼银时 阴极反应式为 Ag e Ag 气体变色发生的反应为 2NO O2 2NO2 2 固体 B 含有 Cu OH 2 Al OH 3 若 NaOH 过量 则 Al OH 3会转化 为 NaAlO2 3 该反应为氧化还原反应 根据得失电子守恒 原子守恒确定缺项物质 然后配平化学方程式 4 生成 CuAlO2的物质的量为 50 mol 据 Al 5 000 g 63 5 63 5 g mol 1 元素守恒可知 至少需要 Al2 SO4 3的物质的量为 25 mol 则需溶液体积为 25 L 5 CuSO4从饱和溶液中结晶生成 CuSO4 5H2O 胆矾 由 CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为 蒸发结晶 过滤 洗涤和干燥 1 铁是人类应用较早 当前应用量最大的金属元素 下列有关铁及其化合物的有关说法中 正确的是 A 赤铁矿的主要成分是 Fe3O4 B 铁与水蒸气在高温下的反应产物为 Fe2O3和 H2 C 除去 FeCl2溶液中的 FeCl3杂质可以向溶液中加入铁粉 然后过滤 D Fe3 与 KSCN 产生血红色沉淀 答案 C 解析 赤铁矿的主要成分是 Fe2O3 铁与水蒸气在高温下的反应产物为 Fe3O4和 H2 3 价铁离子遇 KSCN 溶液变为血红色 但没有沉淀产生 一般可以用此方法检验 3 价铁 离子的存在 2 下列中学常见实验的现象或表述正确的是 A 过量的铁投入到一定量的稀硝酸中 充分反应后取上层清液于试管中 滴加 KSCN 溶 液 溶液显血红色 B 制备氢氧化亚铁时 向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液 边加边搅拌 即可制得 白色的氢氧化亚铁 C 检验红砖中的氧化铁成分 向红砖粉末中加入盐酸 充分反应后取上层清液于试管 中 滴加 KSCN 溶液 2 3 滴即可 D 向 CuSO4溶液中滴入过量 NaOH 溶液充分反应后 将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸 一会 然后冷却 过滤 滤纸上的物体为 蓝色固体 答案 C 解析 过量的铁粉与一定量的稀硝酸反应最终生成的是 Fe2 A 错误 制备氢氧化亚铁 应避免被氧气氧化 向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时应把胶头滴管的下端插入液面 以下且不能搅拌 B 错误 CuSO4溶液中滴入过量 NaOH 溶液充分反应后生成 Cu OH 2沉 淀 加热后过滤 滤纸上留有的是 CuO D 错误 3 在含有 Fe3 Fe2 Al3 NH的稀溶液中加入足量 Na2O2固体 充分反应后 再加 4 入过量稀盐酸 完全反应 则离子数目没有变化的是 A Fe3 Al3 B Al3 C Fe2 NH D Fe3 4 答案 B 解析 2Na2O2 2H2O 4NaOH O2 Fe2 转变为 Fe3 Fe3 转变为 Fe OH 3沉淀析出 Al3 转变为 AlO NH转变为 NH3气体 NH减少 没有过滤 再加入过量稀盐酸 2 4 4 Fe OH 3沉淀转变为 Fe3 所以 Fe2 减少 Fe3 增多 AlO再转变为 Al3 几乎不变 2 4 下列说法正确的是 A Fe 在一定条件下与水反应生成 H2和 Fe OH 3 B Fe3O4溶于盐酸后加入几滴 KSCN 溶液 溶液显血红色 C FeCl2溶液蒸干灼烧后得到 FeCl2固体 D 将 FeCl3饱和溶液滴入 NaOH 溶液中可制备 Fe OH 3胶体 答案 B 解析 高温下铁与水蒸气反应生成 Fe3O4和 H2 A 项错 Fe3O4溶于盐酸生成 Fe3 和 Fe2 B 项正确 FeCl2易水解 在空气中蒸干灼烧产物为 Fe2O3 C 项错 将 FeCl3饱 和溶液滴入 NaOH 溶液中 得到 Fe OH 3沉淀而不是胶体 故 D 错误 5 在含有下列离子组的溶液中 加入 Fe NO3 2固体后 仍然能够大量共存的离子组是 A K SO NH CO B K Ba2 OH Cl 2 4 42 3 C Na H Cl SO D Na Mg2 Cl NO 2 4 3 答案 D 解析 A 中 CO和 Fe2 不能大量共存 B 中 Fe2 和 OH 不能大量共存 C 中 H NO 2 3 和 Fe2 因发生氧化还原反应而不能大量共存 3 6 固体粉末 X 中可能含有 Fe FeO CuO MnO2 KCl 和 K2CO3中的若干种 为确定该固体 粉末的成分 某同学依次进行了以下实验 将 X 加入足量水中 得到不溶物 Y 和溶液 Z 取少量 Y 加入足量浓盐酸 加热 产 生黄绿色气体 并有少量红色不溶物 向 Z 溶液中滴加 AgNO3溶液 生成白色沉淀 用玻璃棒蘸取溶液 Z 于广泛 pH 试纸上 试纸呈蓝色 分析以上实验现象 下列结论正确的是 A X 中一定不存在 FeO B 不溶物 Y 中一定含有 Fe 和 CuO C Z 溶液中一定含有 KCl K2CO3 D Y 中不一定存在 MnO2 答案 B 解析 由 知粉末 X 中含 MnO2 Fe 和 CuO 红色不溶物是铁置换出的铜 由 知 粉末 X 中含 K2CO3 最终不能确定是否存在的是 KCl 和 FeO 因此选 B 项 7 在含有 FeCl3和 BaCl2的酸性溶液中 通入足量的 SO2后有白色沉淀生成 过滤后 向 溶液中滴加 KSCN 溶液 无明显现象 下列叙述不正确的是 A 白色沉淀是 BaSO4和 BaSO3 B 溶液的酸性增强 C 白色沉淀是 BaSO4 D FeCl3全部被还原为 FeCl2 答案 A 解析 Fe3 具有氧化性 通入足量 SO2后发生氧化还原反应 Fe3 全部被还原为 Fe2 所以向溶液中滴加 KSCN 溶液 无明显现象 同时 SO2被氧化为 SO 白色沉淀是 2 4 BaSO4 依据 2Fe3 SO2 2H2O 2Fe2 SO 4H 可知溶液酸性增强 B C D 正确 2 4 因为溶液呈酸性 一定不会生成 BaSO3沉淀 A 错误 8 通过对实验现象的观察 分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一 对下列实验 事实的解释正确的是 操作 现象解释 A 向 KI 淀粉溶液中加入 FeCl3溶液 溶液变蓝 Fe3 能与淀粉发生显色反应 B 把生铁放置于潮湿的空气中 铁表面 有一层红棕色的斑点 铁在潮湿的空气中易生成 Fe OH 3 C 向稀硝酸中加入少量铁粉 有气泡产 生 说明 Fe 置换出硝酸中的氢 生成了 氢气 D 新制 Fe OH 2露置于空气中一段时间 白色物质变成了红褐色 说明 Fe OH 2易被 O2氧化成 Fe OH 3 答案 D 解析 A 项中 Fe3 将 I 氧化为 I2 淀粉遇碘变蓝 B 项中红棕色斑点是 Fe2O3 C 项中 铁与稀硝酸反应产生的气体为 NO 9 将 3 48 g 四氧化三铁完全溶解在 100 mL 1 mol L 1的硫酸中 然后加入 K2Cr2O7溶液 25 mL 恰好使溶液中的 Fe2 全部转化为 Fe3 Cr2O全部转化为 Cr3 则 K2Cr2O7 2 7 溶液的物质的量浓度是 A 0 05 mol L 1 B 0 1 mol L 1 C 0 2 mol L 1 D 0 3 mol L 1 答案 B 解析 可以把 Fe3O4看作 FeO Fe2O3 则 n Fe3O4 n FeO n Fe2 依次可知 在反 应中 Fe2 Fe3 Cr2O2Cr3 若设 K2Cr2O7溶液的物质的量浓度为 e 2 7 2 3e c 则根据得失电子守恒有 1 c 0 025 L 6 解得 c 0 1 3 48 g 232 g mol 1 mol L 1 10 部分氧化的 Fe Cu 合金样品 氧化产物为 Fe2O3 CuO 共 5 76 g 经如下处理 下列说法正确的是 A 滤液 A 中的阳离子为 Fe2 Fe3 H B 样品中 CuO 的质量为 4 0 g C V 448 D 原样品中 Fe 元素的质量分数为 41 答案 C 解析 稀硫酸足量 故 3 2 g 滤渣中不可能含有 Fe 只可能是 Cu 则溶液中不可能有 Fe3 故 A 错误 由于滤液 A 中不含 Cu2 即原合金中 Cu 元素的质量为 3 2 g 其物 质的量为 0 05 mol 根据题干信息 灼烧后所得的 3 2 g 固体为 Fe2O3 则可求得原 合金中 Fe 元素的质量为 2 24 g 其物质的量为 0 04 mol 由原合金中 Fe Cu 元素的 质量可求出其中氧元素的质量是 0 32 g 其物质的量为 0 02 mol 则原合金中 CuO 的 物质的量最多为 0 02 mol 质量最多为 1 6 g 故 B 错误 分析反应的始态和终态 Fe Cu 单质 被氧气部分氧化 被 H2SO4中的 H 氧化 最终得到 Fe2 Cu 则整个过 程中 只有 Fe 失电子 O2和 H 得电子 结合电子得失守恒 2n Fe 2n O 2n H2 2 0 04 mol 2 0 02 mol 2n H2 得 n H2 0 02 mol 则 V 448 C 正确 原样 品中 Fe 元素的质量分数为 100 38 89 D 错误 2 24 g 5 76 g 11 根据下列框图回答问题 答题时 方程式中的 M E 用所对应的元素符号表示 1 写出 M 溶于稀硫酸和 H2O2混合液的化学方程式 2 某同学取 X 的溶液 酸化后加入 KI 淀粉溶液 变为蓝色 写出与上述变化过程相 关的离子方程式 3 写出 Cl2将 Z 氧化为 K2EO4的化学方程式 答案 1 Cu H2O2 H2SO4 CuSO4 2H2O 2 4Fe2 O2 4H 4Fe3 2H2O 2Fe3 2I 2Fe2 I2 3 10KOH 3Cl2 2Fe OH 3 2K2FeO4 6KCl 8H2O 解析 该题入手点是物质的颜色 红色金属 M 与硫酸反应生成蓝色溶液 所以 M 为金 属铜 金属 E 与 CuSO4溶液发生置换反应 所以金属 E 的活动性强于 Cu 的 且根据图 示可知 Y 溶液与 KSCN 形成血红色溶液 所以 E 为铁 Fe CuSO4 Cu FeSO4 在酸性 条件下 氧气氧化 Fe2 生成 Fe3 Y 溶液中也含有 Fe3 所以 Z 为 Fe OH 3 氯气具 有强氧化性 在碱性条件下 OH 3被氧化成 K2O4 Fe 3 Fe 6 12 碱式硫酸铁 Fe OH SO4 是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂 在医药上也可用于治 疗消化性溃疡出血 工业上利用废铁屑 含少量氧化铝 氧化铁等 生产碱式硫酸铁的 工艺流程如下 已知 部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 如表所示 沉淀物 Fe OH 3Fe OH 2Al O