高考热点12　Fe2+和Fe3+、Cu2+和Cu+的性质比较及原因解释

高考热点12Fe2+和Fe3+、Cu2+和Cu+的性质比较及原因解释

1.Fe2+、Fe3+的性质比较及原因解释

Fe3+比Fe2+稳定。原因是:Fe3+的价电子排布式为3d5,3d轨道为半充满结构,能量较低,较稳定;而Fe2+

的价电子排布式为3d6,相对不稳定。

2.Cu2+、Cu+的性质比较及原因解释

+10

(1)CuO在加热条件下容易转化为Cu2O,从原子结构的角度解释原因:Cu的价电子排布式为3d,3d

轨道为全充满结构,相对较稳定;而Cu2+价电子排布式为3d9,相对不稳定,因此CuO在加热条件下容

易转化为Cu2O。

-1-1

(2)铁与铜的第二电离能分别为I2(Cu)=1958kJ·mol、I2(Fe)=1561kJ·mol,I2(Cu)>I2(Fe)的原因是:铜

失去1个电子后,价电子排布式为3d10,3d轨道为全充满结构,能量较低,较稳定;而铁失去1个电子

后价电子排布式为3d64s1,相对不稳定。

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1.富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示:

(1)富马酸分子中σ键与π键的数目比为。

(2)富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为。

(3)从结构角度解释Fe2+易被氧化为Fe3+的原因。

答案(1)11∶3(2)O>C>H>Fe(3)Fe2+的价电子排布为3d6,再失去1个电子形成3d5半充满的稳定

结构,故易被氧化

解析(1)由图可知,富马酸分子的结构简式为HOOCCH==CHCOOH,分子中含11个σ键、3个π键,则

σ键与π键的数目比为11∶3。(2)富马酸亚铁中含有C、H、O、Fe元素,Fe为金属,电负性小于非金

属,所以各元素的电负性由大到小的顺序为O>C>H>Fe。(3)Fe2+的价电子排布式为3d6,Fe3+的价电子

排布式为3d5,则Fe2+易被氧化为Fe3+的原因:Fe2+的价电子排布为3d6,再失去1个电子形成3d5半充

满的稳定结构,故易被氧化。

2.(2024·安徽一模)某化学研究性学习小组探究与铜有关的物质的性质,过程设计如下:

提出猜想:

问题1:在元素周期表中,铜与铝的位置很接近,氢氧化铝具有两性,氢氧化铜有两性吗?

问题2:铁和铜都有变价,一般情况下,Fe2+的稳定性弱于的Fe3+,Cu+的稳定性也弱于Cu2+吗?

问题3:硫酸铜溶液呈蓝色,铜与浓硝酸常温下反应生成的溶液也是蓝色吗?

实验探究:

Ⅰ.解决问题1:

-1

(1)实验需配制100mL0.50mol·LCuSO4溶液,必需的玻璃仪器有胶头滴管、烧

杯、、。

(2)为达到目的,某同学认为只要进行两次实验即可得出结论。请写出实验②的具体内容。

①向盛有CuSO4溶液的试管中滴加NaOH溶液至过量,观察生成的Cu(OH)2沉淀是否溶解;

②。

Ⅱ.解决问题2的实验和现象如下:

①取一定量制得的氢氧化铜固体,于坩埚中灼烧,当温度达到80~100℃时得到黑色固体粉末;继续加

热至1000℃以上,黑色粉末全部变成红色粉末氧化亚铜;

②取适量红色氧化亚铜粉末于洁净试管中,加入过量的稀硫酸,得到蓝色溶液,同时观察到试管底部

还有红色固体存在。根据以上实验及现象回答下列问题:

(3)写出氧化亚铜与稀硫酸反应的离子方程式:

。

(4)从实验中可得出的结论:当温度在1000℃以上时(填Cu2+或Cu+,下同)稳定,在酸性

溶液中稳定。

Ⅲ.解决问题3,某同学设计的实验如下:

取一铜片装入试管,加入适量的浓硝酸,观察溶液的颜色变化。

(5)另一同学认为此同学设计的实验有缺陷,原因是。

(6)铜与浓硝酸反应溶液呈绿色,有同学认为这是生成的NO2溶于其中的原因。请设计实验说明此解

释是否正确(只需要写出一种方法即可)。

实验步骤实验结论

答案Ⅰ.(1)玻璃棒100mL容量瓶(2)取实验①中所得沉淀,滴加稀硫酸(或稀盐酸等)至过量,观

+2++2+

察沉淀是否溶解Ⅱ.(3)Cu2O+2H===Cu+Cu+H2O(4)CuCuⅢ.(5)产生NO2气体,污染环境

(6)

实验步骤实验结论

向反应后的溶液中

若溶液变蓝,则假设成立

通入足量空气

-1

解析(1)配制100mL0.50mol·LCuSO4溶液还需要100mL容量瓶和玻璃棒。(2)两性是指既能与

酸反应,又能与碱反应,所以还需进行的实验是Cu(OH)2与酸的反应,实验具体内容为取实验①中所得

沉淀,滴加稀硫酸(或稀盐酸等)至过量,观察沉淀是否溶解。(3)溶液变蓝说明有Cu2+生成,红色固体是

+2+

Cu,结合得失电子守恒和元素守恒可得反应的离子方程式:Cu2O+2H===Cu+Cu+H2O。(4)由题目信

+

息可知Cu(OH)2受热分解先生成CuO,继续加热后生成Cu2O,即在高温下Cu更稳定。Cu2O在酸性

2+

条件下会发生