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- 2021-07-08 发布
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第3课时 点点突破——过渡金属的2种典型代表(铁、铜)
知识点一 铁及铁的化合物
1.铁的存在
2.铁的性质
(1)物理性质
颜色状态
导电、导热性、延展性
特性
地壳含量
银白色固体
良好
被磁铁吸引
占第位
(2)化学性质(写出化学方程式或离子方程式)
①与非金属反应
与O2反应
常温
铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)
点燃
3Fe+2O2Fe3O4
与Cl2反应
点燃
2Fe+3Cl22FeCl3
与S、I2反应
Fe+SFeS、Fe+I2FeI2
②与H2O(g)反应
3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。
③与酸反应
与H+反应
Fe+2H+===Fe2++H2↑
与稀HNO3
反应
过量
Fe+4H++NO===Fe3++NO↑+2H2O
少量
3Fe+8H++2NO===3Fe2++2NO↑+4H2O
与浓H2SO4、
浓HNO3反应
常温下钝化,加热分别生成SO2、NO2
④与盐(Cu2+、Fe3+)反应
Fe+Cu2+===Fe2++Cu、Fe+2Fe3+===3Fe2+
[提醒] 铁与弱氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2+,铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等)反应时被氧化为Fe3+。
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
—
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的价态
+2价
+3价
+2价,+3价
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
共性
高温时,都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原,生成单质铁
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
溶解性
难溶于水
难溶于水
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+=== Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+=== Fe3++3H2O
受热分解
—
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱反应:Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱反应:Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的关系
空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
[提醒] ①FeO和Fe3O4与HNO3反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe2+被HNO3氧化成Fe3+。
②Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与HI反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe3+被I-还原为Fe2+。
1.亚铁盐
含有Fe2+的溶液,呈浅绿色,既有氧化性,又有还原性。
(1)氧化性:Fe2+与Zn反应的离子方程式为
Zn+Fe2+===Fe+Zn2+。
(2)还原性:Fe2+与Cl2反应的离子方程式为
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
2.铁盐
(1)氧化性:含Fe3+的溶液,呈色,Fe3+具有较强的氧化性。Fe3+与Cu、I-反应的离子方程式为
2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+,
2Fe3++2I-===2Fe2++I2。
(2)特性:含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。
(3)FeCl3易水解:将其饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl。
(4)其他重要的铁盐及应用
绿矾(FeSO4·7H2O)
用作补血剂及植物补铁剂
高铁酸钾(K2FeO4)
用作水处理剂或制作高能电池
莫尔盐(或摩尔盐) [(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]
用于冶金、电镀及织物媒染剂
赤血盐[K3Fe(CN)6]
用于检验Fe2+
3.Fe2+、Fe3+的相互转化
Fe2+Fe3+
上述转化中标号反应的离子方程式为
①3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O;
②2Fe3++Fe===3Fe2+。
[对点训练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2018·全国卷Ⅱ)向盛有2 mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液,观察颜色变化;该实验过程可用来探究维生素C的还原性(√)
(2)(2018·北京高考)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中,观察到产生白色沉淀,随后变为红褐色;该实验中的颜色变化与氧化还原反应无关(×)
(3)(2018·江苏高考)Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2(√)
(4)(2017·海南高考)细铁粉可作食品抗氧剂(√)
(5)(2017·江苏高考)向某黄色溶液中加入淀粉KI溶液,溶液呈蓝色,证明溶液中含Br2(×)
(6)(2016·全国卷Ⅲ)铁比铜金属性强,所以可用FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板(×)
(7)(2016·江苏高考)向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉:Fe3++Fe===2Fe2+(×)
(8)(2016·江苏高考)室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,说明Fe3+的氧化性比I2的强(√)
(9)(2016·上海高考)用NaOH溶液和盐酸能除去FeCl2溶液中混有的CuCl2(×)
2.《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病,而通耳明目。慈石,色轻紫,石上皲涩,可吸连针铁,俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是( )
A.铁 B.氧化铜
C.氧化铁 D.四氧化三铁
解析:选D 磁石,古代炼丹常用的矿物原料,又称作“慈石”,即四氧化三铁(Fe3O4)。
3.如图两圆相交部分A、B、C、D分别表示两物质间的反应。下列各对应反应的离子方程式书写不正确的是( )
A.Fe+4H++NO===Fe3++NO↑+2H2O
B.Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
C.Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
D.3Fe(OH)2+10H++NO===3Fe3++NO↑+8H2O
解析:选B Fe3O4与HNO3反应生成Fe3+,正确的离子方程式为3Fe3O4+28H++NO===9Fe3++NO↑+14H2O。
4.下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀HNO3 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液
A.①②③ B.①③④
C.②④⑤ D.②⑤⑥
解析:选D Cl2、KMnO4、稀HNO3都具有强氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,而NaCl溶液、盐酸、NaNO3溶液不能将Fe2+氧化成Fe3+。
知识点二 Fe2+、Fe3+的检验及铁三角的应用
1.Fe2+的检验
方法1
无现象溶液变红色,证明含有Fe2+
方法2
产生白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明含有Fe2+
方法3
生成蓝色沉淀,证明含有Fe2+
2.Fe3+的检验
方法1
溶液变红色,证明含有Fe3+
方法2
产生红褐色沉淀,证明含有Fe3+
[提醒] ①检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN-)。
②Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原酸性KMnO4,有干扰)。
1.完成下列离子方程式,体会Fe2+与Fe3+转化条件
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:
2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
(2)将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液,溶液变蓝:
2Fe3++2I-===I2+2Fe2+。
(3)向FeCl2溶液中滴入H2O2:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(4)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色:
5Fe2++MnO+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O。
(5)将FeCl2溶液滴入到HNO3溶液中,有无色气体放出:
3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O。
2.“铁三角”转化关系的应用
(1)判断离子能否共存
Fe2+NO(H+)、ClO-、MnO(H+)
Fe3+S2-、I-、SO
Fe3+HCO、CO等水解相互促进的离子
(2)盐溶液的配制与保存
3.物质的制备
[对点训练]
1.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( )
①加入足量氯水 ②加入足量酸性KMnO4溶液
③加入少量NH4SCN溶液
A.①③ B.③②
C.③① D.①②③
解析:选C 用NH4SCN检验Fe3+是否存在,用氯水将Fe2+转化为Fe3+进行检验Fe2+的存在。
2.(2019·九江模拟)下列离子的检验方法合理的是( )
A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,说明不含Fe2+
B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+
C.向某溶液中加入NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+
D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+
解析:选C A项,KSCN溶液不能直接检验Fe2+的存在,Fe2+是否存在不确定,检验方法不合理;B项,Fe3+干扰Fe2+的检验,若原溶液中含有Fe3+且不含Fe2+,也会产生相同现象,检验方法不合理;C项,Fe3+与OH-生成红褐色的Fe(OH)3沉淀,检验方法合理;D项,Mg(OH)2为白色沉淀,易被红褐色沉淀掩盖,无法确定原溶液中是否含有Mg2+,检验方法不合理。
3.在Fe2(SO4)3溶液中,加入a g铜,完全溶解后,再加b g铁,充分反应后得到c g残余固体,且a>c,下列说法正确的是( )
A.残余固体是铜和铁
B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+
C.将残余固体加入稀硫酸中,有气泡产生
D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+
解析:选B 因为a>c,说明b g铁完全反应,溶液中含Cu2+、Fe2+,不含Fe3+,B正确。
知识点三 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
①常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但在潮湿的空气里则会被锈蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。有关化学方程式:2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3。
②写出下列化学方程式:
铜在空气中加热:2Cu+O22CuO;
铜丝在硫蒸气中反应:2Cu+SCu2S。
(3)制备方法
①干法制铜:
Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O
CO+CuOCu+CO2↑
②湿法制铜:
Cu2(OH)2CO3+4H+===2Cu2++3H2O+CO2↑
Cu2++Zn===Zn2++Cu
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++H2O
Cu2O+2H+===
Cu2++Cu+H2O
与H2反应
H2+CuO Cu+H2O
H2+Cu2O2Cu+H2O
转化关系
4CuO2Cu2O+O2↑
[提醒] 区别红色物质Cu和Cu2O的方法
向红色物质中加入稀硫酸,若溶液由无色变成蓝色,则该红色物质为Cu2O,否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O+H2SO4===CuSO4+Cu+H2O。
3.氢氧化铜
(1)物理性质:色溶于水的固体。
(2)化学性质及应用
反应①的化学方程式:Cu(OH)2CuO+H2O;
反应②的离子方程式:Cu(OH)2+2H+Cu2++2H2O。
4.铜盐
(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜,是铜绿的成分,是铜在潮湿的空气中被腐蚀的结果,其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2。
(2)CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾、胆矾,其受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O,蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变色(生成
CuSO4·5H2O),可作为检验水的依据。
(3)铜盐溶液有毒,主要是因为Cu2+作为一种重金属离子能与蛋白质作用,使蛋白质变性失去生理活性,因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液,用来杀灭植物的病毒。
[提醒] ①通常利用反应2Cu+O22CuO除去混合气体中的少量O2。
②Cu与稀H2SO4不反应,但在通入O2的条件下,Cu可在稀H2SO4中逐渐溶解:2Cu+O2+2H2SO4===2CuSO4+2H2O。
③无水CuSO4只能作为检验水的试剂,不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。
5.铜及其化合物的颜色、状态及溶解性
物质
颜色
状态及溶解性
物质
颜色
状态及溶解性
Cu
紫红色、金属光泽
固态,难溶于非氧化性酸,易溶于强氧化性酸
CuSO4
白色
粉末,易溶于水,水溶液呈蓝色
CuO
黑色
粉末,可溶于酸溶液
CuSO4·5H2O
蓝色
晶体
Cu2O
砖红色
固体,难溶于水,可溶于酸溶液(生成Cu和Cu2+)
Cu2(OH)2CO3
绿色
粉末,难溶于水,可溶于酸溶液
CuCl CuI
白色
粉末,难溶于水
Cu(OH)2
蓝色
难溶于水,可溶于酸溶液
CuS
黑色
粉末,难溶于水及非氧化性强酸
[Cu(NH3)4]2+
深蓝色
络合离子,溶于水
[提醒] 反应CuSO4+H2S===CuS↓+H2SO4可说明CuS难溶于非氧化性强酸。
[对点训练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2018·北京高考)电解精炼铜的阴极反应:
Cu2++2e-===Cu(√)
(2)(2018·江苏高考)向CuSO4溶液中加入铁粉,有红色固体析出,说明Fe2+的氧化性强于Cu2+的氧化性(×)
(3)(2016·全国卷Ⅱ)除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥(×)
(4)(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液中,现象是溶液变蓝,有黑色固体出现(×)
(5)(2015·广东高考)1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子(×)
(6)(2015·天津高考)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈(√)
(7)(2015·天津高考)气体通过无水硫酸铜,粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气(√)
(8)(2014·全国卷Ⅱ)H2通过灼热的CuO粉末,反应后固体物质增重(×)
2.下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主要成分是碱式碳酸铜
可用稀盐酸除铜器表面的铜绿
Ⅰ对;Ⅱ对;无
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜制容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对;Ⅱ对;有
C
向硫酸铜溶液中通入氨气,有蓝色沉淀产生,过滤后灼烧滤渣,最后变成黑色固体
把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧,铜丝表面变黑
Ⅰ对;Ⅱ对;有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错;Ⅱ对;无
解析:选D 稀盐酸可以与碱式碳酸铜(铜绿的主要成分)反应,而且稀盐酸不与Cu反应,所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿,Ⅰ、Ⅱ有因果关系,A错误;铜表面不能形成致密的氧化膜,铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应,所以不能用铜制容器盛放浓硫酸,B错误;硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2,Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO,Ⅰ、Ⅱ均正确,但没有因果关系,C错误;蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末,属于化学变化,CuSO4可用作消毒剂,但与前者没有因果关系,D正确。
3.部分氧化的铁铜合金样品(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Fe3+、Fe2+、H+
B.样品中Fe元素的质量为2.24 g
C.样品中CuO的质量为4.0 g
D.V=896
解析:选B 硫酸足量,只有金属Cu不与H2SO4反应,所以滤渣3.2 g为金属铜,物质的量为0.05 mol,因滤液A中不含Cu2+,故合金样品中总共含有铜原子0.05 mol,滤液A中加入足量NaOH溶液,所得滤渣灼烧得到的固体3.2 g为Fe2O3。生成的滤渣3.2 g是铜,金属铜可以和Fe3+反应,所以滤液A中一定不含Fe3+,则滤液A中含有的阳离子为Fe2+、H+,A错误;Fe的物质的量为×2=0.04 mol,其质量为0.04 mol×56 g·mol-1=2.24 g,B正确;根据B项分析可知铁元素质量为2.24 g,而合金样品质量为5.76 g
,所以CuO的质量不超过5.76 g-2.24 g=3.52 g,C错误;最后滤液A中溶质为过量H2SO4和FeSO4,而铁原子的物质的量为0.04 mol,说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04 mol,含H+0.08 mol,其中部分H+生成氢气,另外的H+和合金中的氧原子结合成水,由于合金中氧原子的物质的量为=0.02 mol,全部转化为H2O需消耗H+0.04 mol,所以硫酸中生成H2的H+的物质的量为0.08 mol-0.04 mol=0.04 mol,即生成0.02 mol H2,标准状况下体积为448 mL,D错误。
4.铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题:
(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片,该反应的化学方程式为_____________。
(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔,写出该过程的离子方程式________________________;配制的FeCl3溶液应保持_________(填“酸性”“碱性”或“中性”),原因是______________________________________________________。
(3)溶液中Cu2+的浓度可采用碘量法测得:
①2Cu2++5I-===2CuI↓+I ②I+2S2O===S4O+3I-
反应①中的氧化剂为________;现取20.00 mL含Cu2+的溶液,加入足量KI充分反应后,用0.100 0 mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液25.00 mL,此溶液中Cu2+的浓度为________mol·L-1。
解析:(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片,反应中Cu被氧化为Cu2+,则发生反应的化学方程式为Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O。
(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔,即Fe3+将Cu氧化为Cu2+,自身被还原为Fe2+,所以过程中发生的反应为Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,FeCl3溶液中Fe3+发生水解使溶液呈酸性,需保持溶液为酸性抑制Fe3+水解。
(3)反应①中Cu2+将I-氧化为I,所以氧化剂为Cu2+,滴定时发生反应:I+2S2O===S4O+3I-,则消耗n(I)=×0.100 0 mol·L-1×25.00×10-3 L=1.25×10-3mol,根据碘原子守恒,则20.00 mL溶液中c(Cu2+)= mol·L-1=0.125 mol·L-1。
答案:(1)Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O
(2)Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+ 酸性 防止Fe3+水解生成Fe(OH)3 (3)Cu2+ 0.125
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