鐵、銅及其化合物

第13講鐵、銅及其化合物考綱定位1.了解鐵、銅及其重要化合物的主要性質(zhì)，了解其應(yīng)用。2.了解合金的概念及其重要應(yīng)用。考點(diǎn)一鐵及其重要化合物的性質(zhì)1．鐵的性質(zhì)

(1)物理性質(zhì) 鐵具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱和延展性，具有能被

吸引的特性。

(2)化學(xué)性質(zhì) 鐵單質(zhì)性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的還原性，主要化合價(jià)為＋2價(jià)和＋3價(jià)。磁鐵③與酸的反應(yīng)：a．與非氧化性酸反應(yīng)的離子方程式：

。b．與氧化性酸反應(yīng)：遇冷的濃硫酸或濃硝酸

，與稀硝酸或在加熱條件下與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)，但無H2產(chǎn)生。④與某些鹽溶液的反應(yīng)：a．與CuSO4溶液反應(yīng)的離子方程式：

。b．與FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式：

。Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑鈍化Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋CuFe＋2Fe3＋===3Fe2＋2．鐵的氧化物和氫氧化物

(1)鐵的氧化物化學(xué)式FeOFe2O3Fe3O4俗名鐵紅磁性氧化鐵顏色狀態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體(有磁性)溶解性難溶于水難溶于水難溶于水鐵的化合價(jià)＋2＋3＋2，＋3穩(wěn)定性不穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定與H＋反應(yīng)的離子方程式FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O(2)鐵的氫氧化物灰綠

【互動思考】1．FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通過化合反應(yīng)制?。咳裟?，寫出其對應(yīng)的化學(xué)方程式。2．寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：

(1)FeO與稀硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________。

(2)FeO、Fe2O3分別與HI溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________、________________。 答案

(1)3FeO＋10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O (2)FeO＋2HI===FeI2＋H2O

Fe2O3＋6HI===2FeI2＋I(xiàn)2＋3H2O[示向題組]

1．(2014·山東理綜，9)等質(zhì)量的下列物質(zhì)與足量稀硝酸反應(yīng)，放出NO物質(zhì)的量最多的是(

)。

A．FeOB.Fe2O3C.FeSO4D．Fe3O4

解析Fe2O3不具有還原性，與稀HNO3反應(yīng)不生成NO，另外三種等質(zhì)量的物質(zhì)中，含F(xiàn)e2＋物質(zhì)的量越多，與稀HNO3反應(yīng)失去的電子越多。根據(jù)得失電子守恒，則生成NO的物質(zhì)的量越多，經(jīng)計(jì)算比較等質(zhì)量的FeO、FeSO4、Fe3O4中FeO含有Fe2＋物質(zhì)的量最多，故選A。答案A3．(2013·天津理綜，9)FeCl3在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)流程制備無水FeCl3，再用副產(chǎn)品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。

Ⅰ.經(jīng)查閱資料得知：無水FeCl3在空氣中易潮解，加熱易升華。他們設(shè)計(jì)了制備無水FeCl3的實(shí)驗(yàn)方案，裝置示意圖(加熱及夾持裝置略去)及操作步驟如下：①檢驗(yàn)裝置的氣密性；②通入干燥的Cl2，趕盡裝置中的空氣；③用酒精燈在鐵屑下方加熱至反應(yīng)完成；④……⑤體系冷卻后，停止通入Cl2，并用干燥的N2趕盡Cl2，將收集器密封。請回答下列問題：(1)裝置A中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________。(2)第③步加熱后，生成的煙狀FeCl3大部分進(jìn)入收集器，少量沉積在反應(yīng)管A右端。要使沉積的FeCl3進(jìn)入收集器，第④步操作是_____________________。(3)操作步驟中，為防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步驟序號)____________。(4)裝置B中冷水浴的作用為___________________；裝置C的名稱為________；裝置D中FeCl2全部反應(yīng)后，因失去吸收Cl2的作用而失效，寫出檢驗(yàn)FeCl2是否失效的試劑：______________。(5)在虛線框中畫出尾氣吸收裝置E并注明試劑。Ⅱ.該組同學(xué)用裝置D中的副產(chǎn)品FeCl3溶液吸收H2S，得到單質(zhì)硫；過濾后，再以石墨為電極，在一定條件下電解濾液。(6)FeCl3與H2S反應(yīng)的離子方程式為_________________。

(4)進(jìn)入收集器的FeCl3為氣體，經(jīng)裝置B中的冷水冷卻后而沉積下來，便于收集產(chǎn)品。Fe2＋的檢驗(yàn)可用K3[Fe(CN)6]溶液，F(xiàn)e2＋與K3[Fe(CN)6]溶液反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀。(5)由于尾氣中含有未反應(yīng)的有毒氣體氯氣，可用盛有NaOH溶液的裝置吸收，并將導(dǎo)管插入液面下。(6)Fe3＋具有氧化性，H2S具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋?！究枷蚪沂尽坑梢陨项}組訓(xùn)練，可得出本考點(diǎn)的常見命題方向有：

1．鐵及其化合物的性質(zhì)及應(yīng)用

2．有關(guān)鐵及其化合物的實(shí)驗(yàn)探究4．下列各圖示中能較長時(shí)間看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序號)。

解析因?yàn)镕e(OH)2在空氣中很容易被氧化為紅褐色的Fe(OH)3，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，因此要較長時(shí)間看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除裝置中的氧氣或空氣。①、②原理一樣，都是先用氫氣將裝置中的空氣排盡，并使生成的Fe(OH)2處在氫氣的保護(hù)中；③的原理為鐵作陽極產(chǎn)生Fe2＋，與電解水產(chǎn)生的OH－結(jié)合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保護(hù)，能防止空氣進(jìn)入；⑤中液面加苯阻止了空氣進(jìn)入；④由于帶入空氣中的氧氣，能迅速將Fe(OH)2氧化，因而不能較長時(shí)間看到白色沉淀。答案①②③⑤【反思?xì)w納】

制備Fe(OH)2的關(guān)鍵與方法 由于Fe(OH)2具有很強(qiáng)的還原性，易被氧化為Fe(OH)3，在實(shí)驗(yàn)室中制備Fe(OH)2，并使Fe(OH)2長時(shí)間保持白色沉淀狀態(tài)，成為物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)探究的熱點(diǎn)。 制備原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ (1)成功關(guān)鍵：①溶液中不含F(xiàn)e3＋和O2等氧化性物質(zhì)； ②制備過程中，保證生成的Fe(OH)2在密閉的隔絕空氣的體系中。(2)制備Fe(OH)2時(shí)常采用的方法①采用新制備的純亞鐵鹽溶液(Fe2＋易被空氣中的氧氣氧化成Fe3＋)；②將溶解亞鐵鹽的蒸餾水煮沸(除去溶解的氧氣)；③將堿直接加到亞鐵鹽溶液的底部[使生成的Fe(OH)2與空氣隔離]；④在亞鐵鹽溶液的液面上加隔氧劑(如加入苯等密度比水的小而又不溶于水的有機(jī)溶劑)。5．某研究性學(xué)習(xí)小組請你參與“研究鐵與水蒸氣反應(yīng)所得固體物質(zhì)的成分、性質(zhì)及再利用”實(shí)驗(yàn)探究，并共同解答下列問題： 探究一設(shè)計(jì)如圖所示裝置進(jìn)行“鐵與水蒸氣反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)。(1)硬質(zhì)玻璃管B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。(2)反應(yīng)前A中投放碎瓷片的目的是__________________。(3)裝置E中的現(xiàn)象是_____________________。探究二設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案確定反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管B中黑色固體的成分。(4)待硬質(zhì)玻璃管B冷卻后，取少許其中的固體物質(zhì)溶于________后，將所得溶液分成兩份。(5)一份滴加幾滴KSCN溶液。若溶液變血紅色，推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為________(選填序號，下同)；若溶液未變血紅色，推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為________。①一定有Fe3O4②一定有Fe③只有Fe3O4④只有Fe(6)另一份用______________(填儀器名稱)加入____________，可以證明溶液中存在Fe2＋。探究三設(shè)計(jì)如下流程測定反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管B中固體含鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(7)試劑b的化學(xué)式是________。(8)計(jì)算反應(yīng)后B裝置中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________。考點(diǎn)二Fe2＋和Fe3＋的性質(zhì)及其檢驗(yàn)方法還原性

還原性

氧化性

氧化

(3)Fe2＋與Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化2．Fe2＋、Fe3＋的檢驗(yàn)方法

(1)直接觀察顏色

Fe2＋溶液呈

，F(xiàn)e3＋溶液呈

。

(2)利用顯色反應(yīng)(形成絡(luò)離子)淺綠色棕黃色(3)利用鐵的氫氧化物的顏色(4)利用Fe3＋的氧化性(5)利用Fe2＋的還原性3．“鐵三角”及其重要應(yīng)用

(1)“鐵三角”中的轉(zhuǎn)化關(guān)系鐵粉(或鐵釘、鐵屑)

[示向題組]1．(2014·重慶理綜，4)茶葉中鐵元素的檢驗(yàn)可經(jīng)以下四個步驟完成，各步驟中選用的實(shí)驗(yàn)用品不能都用到的是(

)。A．將茶葉灼燒灰化，選用①、②和⑨

B．用濃硝酸溶解茶葉灰并加蒸餾水稀釋，選用④、⑥和⑦

C．過濾得到濾液，選用④、⑤和⑦

D．檢驗(yàn)濾液中的Fe3＋，選用③、⑧和⑩

答案B2．[2012·新課標(biāo)，26(2)(3)](1)現(xiàn)有一含有FeCl2和FeCl3的混合物樣品，通過實(shí)驗(yàn)方法測得n(Fe)∶n(Cl)＝1∶2.1，則該樣品中FeCl3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為________。在實(shí)驗(yàn)室中，F(xiàn)eCl2可用鐵粉和________反應(yīng)制備，F(xiàn)eCl3可用鐵粉和__________反應(yīng)制備。

(2)FeCl3與氫碘酸反應(yīng)時(shí)可生成棕色物質(zhì)，該反應(yīng)的離子方程式為__________。3．鐵及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化可用下式表示：

(高鐵酸根離子)

回答下列有關(guān)問題：

(1)鐵元素位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族，原子序數(shù)是26，最外層有2個電子。鐵元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖是________。

(2)檢驗(yàn)硫酸鐵溶液中是否存在Fe2＋的方法是_________。

鐵及其化合物性質(zhì)的綜合考查

[考向分析]鐵和銅在生活生產(chǎn)中有廣泛用途，是高考的命題熱點(diǎn)。常見考查方式有離子共存(有色離子、形成沉淀、水解)、鐵銅實(shí)驗(yàn)、化工流程等，主要考查的物質(zhì)有Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化，F(xiàn)e2＋的還原性、Fe3＋的強(qiáng)氧化性和強(qiáng)水解能力、銅離子的水解等。

【典例】實(shí)驗(yàn)室制備少量硫酸亞鐵晶體的實(shí)驗(yàn)步驟如下：取過量潔凈的鐵屑，加入20%～30%的稀硫酸溶液，在50℃～80℃水浴中加熱至不再產(chǎn)生氣泡。將溶液趁熱過濾，濾液移至試管中，用橡膠塞塞緊試管口，靜置、冷卻一段時(shí)間后收集產(chǎn)品。

(1)寫出該實(shí)驗(yàn)制備硫酸亞鐵的化學(xué)方程式：________________________________________________________________。

(2)硫酸溶液過稀會導(dǎo)致__________________________________________________________________________________。(3)采用水浴加熱的原因是_________________________。

(4)反應(yīng)時(shí)鐵屑過量的目的是(用離子方程式表示)_______。

(5)溶液趁熱過濾的原因是_________________________。塞緊試管口的目的是______________________________。

(6)靜置冷卻一段時(shí)間后，在試管中觀察到的現(xiàn)象是____________________________?？疾橐c(diǎn)：以無機(jī)制備實(shí)驗(yàn)為載體，考查Fe、Fe2＋

、Fe3＋的性質(zhì)，特別是Fe2＋的強(qiáng)還原性及亞鐵鹽的保存方法。

思路指導(dǎo)：依據(jù)Fe、Fe2＋、Fe3＋的重要性質(zhì)和相互轉(zhuǎn)化，掌握較為常見的化學(xué)方程式的書寫，加強(qiáng)文字表達(dá)的訓(xùn)練。解析：(1)鐵和稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe＋50～80℃H2SO4(稀)========FeSO4＋H2↑。(2)硫酸如果濃度過稀，則反應(yīng)時(shí)速率過慢；另外由于溶液中含有較多的水，也不利于硫酸亞鐵晶體的析出。(4)鐵屑過量的目的是防止Fe2＋被氧化成Fe3＋，即使被氧化，F(xiàn)e可以使Fe3＋還原：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。(6)硫酸亞鐵熱溶液在冷卻過程中，溶解度降低，在靜止冷卻一段時(shí)間后會有淺綠色硫酸亞鐵晶體析出。

50～80℃答案：(1)Fe＋H2SO4(稀)=========FeSO4＋H2↑(2)反應(yīng)速率慢，不利于晶體析出(3)水浴加熱受熱均勻，溫度容易控制(4)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋防止空氣進(jìn)入試管將Fe2＋氧化為Fe3＋(5)減少FeSO4

的損失(6)有淺綠色晶體析出練習(xí)．(2012年廣東廣州一模)綠礬(FeSO4·7H2O)的一種綜合利用工藝如下：圖2－8－4

(1)綠礬與NH4HCO3

在溶液中按物質(zhì)的量之比1∶2反應(yīng)，有CO2生成，反應(yīng)的離子方程式為：______________________。(2)隔絕空氣進(jìn)行“焙燒”，鐵元素的轉(zhuǎn)化途徑是燒”過程中各步反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________________________________________________。

(3)“除雜”步驟為：向母液中通入含臭氧的空氣、調(diào)節(jié)pH、過濾，除去的雜質(zhì)離子是____________。

(4)母液“除雜”后，欲得到(NH4)2SO4

粗產(chǎn)品，操作步驟依次為真空蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、____________。濃縮時(shí)若溫度過高，產(chǎn)品中將混有NH4HSO4，運(yùn)用化學(xué)平衡移動原理解釋其原因________________?？諝馔ㄈ肓?L·s－1溫度/℃SO2含量/%SO3

含量/%0.0285045.454.60.0685030.569.50.1085011.188.90.1081011.188.90.1089011.288.8

(5)綠礬的另一種綜合利用方法是：綠礬脫水后在有氧條件下焙燒，F(xiàn)eSO4

轉(zhuǎn)化為Fe2O3

和硫的氧化物。分析下表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了提高SO3

的含量，可采取的措施是________________。銅及其化合物金屬材料考點(diǎn)一銅及其重要化合物1．銅的性質(zhì)

(1)物理性質(zhì)：銅是

色金屬，具有良好的

性、

性和延展性。

(2)化學(xué)性質(zhì)紫紅導(dǎo)電導(dǎo)熱④與鹽溶液反應(yīng)a．與硝酸銀溶液：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；b．與FeCl3溶液：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。2．氧化銅和氧化亞銅3.氫氧化銅

(1)物理性質(zhì)：

色

溶于水的固體。

(2)化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用藍(lán)不4．CuSO4·5H2O CuSO4·5H2O為

晶體，俗稱

。無水CuSO4為

粉末，遇水變藍(lán)色(生成CuSO4·5H2O)，可作為水的檢驗(yàn)依據(jù)。藍(lán)色藍(lán)礬、膽礬白色【互動思考】1．波爾多液是一種農(nóng)業(yè)上應(yīng)用廣泛的殺菌劑，它是由硫酸銅、生石灰和水按一定比例配成的天藍(lán)色膠狀懸濁液，思考下列問題。

(1)波爾多液能否用鐵桶盛放？為什么？

_______________________________________ (2)波爾多液能殺菌的可能原因是什么？

________________________________________

答案

(1)不能。原因是鐵能置換波爾多液中的Cu2＋，降低殺菌能力。

(2)CuSO4是重金屬鹽，能使蛋白質(zhì)變性。2．連線：把銅及其化合物的化學(xué)式與其顏色連接起來。2．(2013·廣東理綜，32)銀銅合金廣泛用于航空工業(yè)，從切割廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝如下：(注：Al(OH)3和Cu(OH)2開始分解的溫度分別為450℃和80℃)【考向揭示】

由以上題組訓(xùn)練，可得出本考點(diǎn)的常見命題方向有：1．銅及其化合物的性質(zhì)及應(yīng)用2．有關(guān)以銅及其化合物化工生產(chǎn)為背景的工藝流程分析3．工業(yè)上由黃銅礦(主要成分CuFeS2)冶煉銅的主要流程如下：(1)氣體A中的大氣污染物可選用下列試劑中的______吸收。a．濃H2SO4

b．稀HNO3c．NaOH溶液 d．氨水(2)由泡銅冶煉粗銅的化學(xué)反應(yīng)方程式為_____________。(3)以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液進(jìn)行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì))的電解精煉，下列說法正確的是________。a．電能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能b．粗銅接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)c．溶液中Cu2＋向陽極移動d．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬(4)利用反應(yīng)2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，其正極電極反應(yīng)式為_________?！舅季S建?！繌U銅綜合利用的常見流程框圖模式 考點(diǎn)二金屬材料及金屬礦物的利用1．合金

(1)合金 ①形成：是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的。 ②性質(zhì)特點(diǎn)：具有

。

(2)性能：合金具有不同于各成分金屬的物理、化學(xué)或機(jī)械性能。 ①熔點(diǎn)：一般比它的各成分金屬的

。 ②硬度和強(qiáng)度：一般比它的各成分金屬的

。 如生鐵的熔點(diǎn)比純鐵的熔點(diǎn)

。金屬特性低大低2．常見的金屬材料(1) (2)重要的黑色金屬材料——鋼：

是用量最大、用途最廣的合金。鋼金屬NaCuAlFe熔點(diǎn)(℃)97.510836601535沸點(diǎn)(℃)883259522003000練習(xí)1．所謂合金，就是不同種金屬(也包括一些非金屬)在熔融狀態(tài)下形成的一種熔合物，根據(jù)下列四種金屬的熔沸點(diǎn)：

A．Cu和AlC．Fe和Na

B．Fe和CuD．Al和Na其中不能形成合金的是(

)。

解析：形成合金必須滿足各成分金屬都要有共同的液態(tài)溫度范圍(即合金中一種金屬的熔點(diǎn)要高于另一種金屬的熔點(diǎn)但低于它的沸點(diǎn))，這樣才能熔合在一起。當(dāng)鐵熔化時(shí)，鈉已經(jīng)變成鈉蒸氣了，所以鐵和鈉不具備形成合金的條件。答案：C3．金屬冶煉的一般步驟弱

不易

容易

較差

【互動思考】1．判斷下列有關(guān)金屬冶煉的說法是否正確，如不正確請說明原因。

(1)制鈦：用金屬鈉置換氯化鈦(TiCl4)溶液中的鈦

______________________________________ (2)煉鐵：用焦炭和空氣反應(yīng)產(chǎn)生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物_______________ (3)制鈉：用海水為原料制得精鹽，再電解純凈的NaCl溶液_____________________________ (4)煉銅：用黃銅礦經(jīng)電解精煉得到純度為99.9%的銅________________________________答案(1)錯誤；不能用TiCl4溶液，應(yīng)用熔融態(tài)的TiCl