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- 2021-07-08 发布
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铁、铜及其重要化合物
知识体系
(1)NO3-与Fe2+在酸性条件下,不能共存。
(2)过量的Fe与硝酸作用,或在Fe和Fe2O3的混合物中加入盐酸,要注意产生的Fe3+还可以氧化单质Fe这一隐含反应:Fe+2Fe3+=3Fe2+。
(3)注意FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得剩余固体的区别。FeCl3溶液加热浓缩时,因Fe3+水解和HCl的挥发,得到的固体为Fe(OH)3,如灼烧后得到红色的Fe2O3固体。但Fe2(SO4)3溶液蒸干时,因硫酸是难挥发性酸,将不能得到Fe(OH)3固体。
(4)注意亚铁盐及Fe(OH)2易被空气中氧气氧化成三价铁的化合物。如某溶液中加入碱溶液后,最终得到红褐色沉淀,并不能断定该溶液中一定含有Fe3+,而也可能含有Fe2+。
(5)注意铁单质与强氧化性物质反应时,也有生成二价铁化合物的可能性。反应中若铁为足量,最终铁元素将以二价铁形式存在,因为2Fe3++Fe=3Fe2+。
基础过关
第1课时 铁和“铁三角”
1.铁的氧化物的比较
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
价态
+2
+3
1/3正2价,2/3正3价
水溶性
不溶
不溶
不溶
与酸的反应
FeO+2H+===Fe2++H2O
遇氧化性酸生成Fe3+ 盐
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
与CO的反应
高温
FexOy+yCO===xFe+yCO2
2.Fe2+ 和Fe3+ 的比较
Fe2+
Fe3+
水合离子颜色
浅绿色
棕黄色
氧化还原性
既有氧化性,又有还原性
只有氧化性
水解性
Fe2+ +2H2O←→Fe(OH)2+2H+
Fe3+ +3H2O←→Fe(OH)3+3H+
与碱的反应
Fe2+ +2OH—=== Fe(OH)2 ↓
Fe3+ +3OH—=== Fe(OH)3 ↓
3.Fe(OH)2与Fe(OH)3的比较
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色状态
白色固体
红褐色固体
水溶性
不溶
不溶
稳定性
易氧化为Fe(OH)3,空气中加热得不到FeO
较稳定: ∆
Fe(OH)3== Fe2O3+3H2O
与酸的反应
Fe(OH)2+2H+=== Fe2+ +3H2O
Fe(OH)3+3H+=== Fe3+ +3H2O
制法
在隔绝O2的条件下Fe2+与碱反应
Fe3+与碱反应
4.铁三角:
注:(1)一般是指Zn .Al .CO. H2. 等还原剂。
(2)是指H+. S. I2. Cu2+. Fe3+.等氧化剂.
(3)(5)是指Cl2. Br2. O2. HNO3. KMnO4等氧化剂.
(4)一般是指Fe. Cu. HI. H2S.等还原剂.
(6)是指Zn. Al. CO. H2. 等还原剂。
根据铁三角有关(1)---(6)的化学方程式如下。
△
△
(1)FeCl2+Zn=ZnCl2+Fe 3FeCl2+2Al=2AlCl3+3Fe
△
△
FeO+CO===Fe+CO2 FeO+H2===Fe+H2O
(2)Fe+2H+=Fe2++H2↑ Fe+S===FeS Fe+I2===FeI2
Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+
(3)2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- 2Fe2++Br2=2Fe3++2Br- 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O 5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O
(4) 2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+ Fe3++Fe=3Fe2+
点燃
2Fe3++2I-=2Fe2++I2↓ 2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+
高温
(5)2Fe+3Cl2===2FeCl3 2Fe3++Br2==2FeBr3
高温
Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 4Fe+3O2(纯)====2Fe2O3
加热
加热
(6) 2Fe3++3Zn(足)=3Zn2+2Fe Fe3++Al=Al3++Fe Fe2O3+2Al===Al2O3+2Fe Fe2O3+3CO====2Fe+3CO2 Fe2O3+3H2====2Fe+3H2O
5.检验Fe3+.常用方法有:
(1)向未知溶液滴入少量KSCN溶液呈血红色。
(2)向未知溶液滴入少量苯酚溶液呈紫色。
(3)向未知溶液中滴入少量NaOH溶液呈红褐色。
6.检验Fe+.是向未知溶液滴入少量KSCN溶液呈无色,继续滴入少量氯水呈血红色。
典型例题
【例1】能正确表示下列反应的离子方程式是
A.将铜屑加入溶液中:
B.将磁性氧化铁溶于盐酸:
C.将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合:
D.将铁粉加入稀硫酸中:
【解析】A正确,符合3个守恒;B错误,电荷不守恒,Fe3O4中Fe有两种价态,正确应该为:Fe3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O;C错误,得失电子不守恒,电荷不守恒;正确的应为:3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O;D错误,不符合客观实际,反应后铁只能产生Fe2+和H2;
【答案】A
【命题意图】考查离子方程式的正误判断方法!
【点评】离子方程式正误判断是个老生常谈的问题了,本题出得太没有创意了,如D这是个重现率很高的的经典错误,考生绝对做过原题!B项也见得多,一般考查不是用盐酸而是用氢碘酸,有些专家多次指出,磁性氧化铁不溶于任何酸,这样的典型错误在高考题中再次出现,这道题就没什么意思了!A直接取材于课本第二册,C选项,考生也绝对做过,都是太常见不过了!
【例2】由5mol Fe2O3、4mol Fe3O4和3mol FeO组成的混合物,加入纯铁1mol并在高温下和Fe2O3反应。若纯铁完全反应,则反应后混合物中FeO与Fe2O3的物质的量之比可能是
A.4:3 B.3:2 C.3:1 D.2:l
答案:BC
解析:此题考查了化学计算知识。分析题给混合物和高温下发生的反应,可知当Fe2O3+Fe=3FeO时,反应后混合物中含有6molFeO、4molFe2O3,则FeO与Fe2O3的物质的量之比为:3:2;当发生反应:Fe2O3+Fe+FeO=Fe3O4时,反应后混合物中含有2molFeO、4molFe2O3
,则FeO与Fe2O3的物质的量之比为:1:2;当两反应均存在时,FeO与Fe2O3的物质的量之比处于两着之间,故BC可能。
知识归纳:极端假设法是指根据已知的条件,把复杂问题假设为处于理想的极端状态,站在极端的角度去分析、考虑问题,使其因果关系显得十分明显、简单,从而迅速地作出正确判断的方法。比如此题中我们就假设了两个极端,首先确定两个极端,然后确定范围,最后选择。
【例3】工业上常用铁质容器盛装冷浓酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应,某学习小组进行了以下探究活动:
[探究一]
(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中,10分钟后移人硫酸铜溶液中,片刻后取出观察,铁钉表面无明显变化,其原因是 。
(2)另称取铁钉6.0g放入15.0ml.浓硫酸中,加热,充分应后得到溶液X并收集到气体Y。
①甲同学认为X中除外还可能含有。若要确认其中的,应先用 选填序号)。
a.KSCN溶液和氯水 b.铁粉和KSCN溶液 c.浓氨水 d.酸性溶液
②乙同学取336ml(标准状况)气体Y通入足量溴水中,发生反应:
然后加入足量溶液,经适当操作后得干燥固体2.33g。由于此推知气体Y中的体积分数为 。
[探究二]
分析上述实验中体积分数的结果,丙同学认为气体Y中还可能含量有和Q气体。为此设计了下列探究实验状置(图中夹持仪器省略)。
(3)装置B中试剂的作用是 。
(4)认为气体Y中还含有Q的理由是 (用化学方程式表示)。
(5)为确认Q的存在,需在装置中添加M于 (选填序号)。
a. A之前 b.A-B间 c.B-C间 d.C-D间
(6)如果气体Y中含有,预计实验现象应是 。
(7)若要测定限定体积气体Y中的含量(标准状况下约有28ml ),除可用测量体积的方法外,可否选用质量称量的方法?做出判断并说明理由 。
解析: (1)铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中,浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化阻止反应进一步进行
(2)+2价亚铁离子能使算话的高锰酸钾褪色,溶液中已经有+3价铁离子,选择a会造成干扰,选c会造成两种沉淀,受氢氧化铁颜色的影响无法辨别
(3)A除去,B可以检验A中是否完全除去
(4)
(5)Q为,他与二氧化硫一样都能使澄清石灰水便浑浊,选择a或b受二氧化硫的影响无法判断Q的存在;选择d,Q被碱石灰吸收
(6)氢气还原氧化铜会生成水蒸气能使白色的硫酸铜粉末变蓝
(7)中学阶段的质量称量选择托盘天平,分度值0.1g,无法精确称量出差量。
答案:
(1)铁钉表面被钝化(或其他合理答案)
(2)①d ②66.7%(或其他合理答案)
(3)检验是否除尽
(4)
(5)c
(6)D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝
(7)否,用托盘天平无法称量D或E的差量
可,用分析天平称量D或E的差量
【例4】
四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3,Ti的最高化合价为+4)作原料,生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下:
请回答下列问题:硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是____________________________________。
(1) 向滤液I中加入铁粉,发生反应的离子方程式为:_________________________、____________________。
(2) 在实际生产过程中,向沸水中加入滤液Ⅲ,使混合液pH达0.5,钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气,维持溶液沸腾一段时间,钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用:_______________________________________________。
过滤分离出水合二氧化钛沉淀后,将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、___________、______________、_______________________(填化学式),减少废物排放。
(4)A可用于生产红色颜料(Fe2O3),其方法是:将556a kgA(摩尔质量为278 g/mol)溶于水中,加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应,鼓入足量空气搅拌,产生红褐色胶体;再向红褐色胶体中加入3336b kg A和112c kg铁粉,鼓入足量空气搅拌,反应完成后,有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出;过滤后,沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁,则理论上可生产红色颜料_______________________kg。
答案:(1) 或
(2)
(3) 加水促进钛盐水解,加热促进钛盐水解,降低浓度促进钛盐水解
(4)
解析:本题属于化工生产流程题。(1)考查酸的通性,可以与金属氧化物反应,又知道TI的化合价,可以写出化学方程式。(2)加入浓硫酸后,浓硫酸可以氧化亚铁离子,再加入铁粉,铁粉可以还原铁离子。除此外,铁粉还可以与溶液中的H+反应、(3)考查了影响盐类水解的因素。(4)考虑最后溶质是只有硫酸钠和硫酸铁,根据开始加入A为2a×103mol加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应.,说明加入氢氧化钠的物质的量为4a×103mol,后来又加入12b×103mol的A,和2c×103mol的铁。根据电荷守恒,溶质中硫酸钠消耗硫酸根离子为2a×103mol,。而溶液中加入的硫酸根离子物质的量共计为(2a+12b)×103mol,这样剩下的硫酸根就与铁离子结合。可知消耗铁离子为8b×103mol,根据铁元素守恒。nFe=(2a+4b+2c) ×103mol,n Fe2O3=(a+2b+c) ×103mol,计算得mFe2O3=kg.
【例5】钢铁生锈过程发生如下反应:
①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2;
②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3;
③2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。
下列说法正确的是 ( )
A.反应①、②中电子转移数目相等
B.反应①中氧化剂是氧气和水
C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀
D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
答案 A
解析 ①②反应中消耗O2的量相等,两个反应也仅有O2作为氧化剂,故转移电子数是相等的,A项正确。①中H2O的H、O两元素的化合价没有变,故不作氧化剂,B项错;铜和钢构成原电池,腐蚀速度加快,C项错;钢铁是铁和碳的混合物,在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀,属于电化学腐蚀,故D项错。
基础过关
第2课时 铜及其化合物
有关1~17的化学方程式.如下:
△
△
1. 2Cu+S ==== Cu2S
2.Cu+2H2SO4(浓) ===== CuSO4+SO2↑+H2O
电解
3. CuSO4+Zn ==== ZnSO4+ Cu CuSO4+Fe ==== FeSO4+ Cu
4. CuCl2+Fe ==== FeCl2+ Cu CuCl2 ===== Cu+Cl2
点燃
5. Cu+Cl2 ===== CuCl2
△
6. 2Cu+O2+H2O+CO2 ===== Cu2(OH)2CO3
△
7. Cu2(OH)2CO3 ===== 2CuO+CO2↑+H2O↑
△
△
8. 2Cu+O2 ==== 2CuO
9. CuO+CO ==== Cu+CO2 CuO+H2 ==== Cu+H2O
10. Cu(NO3)2+Zn ==== Zn(NO3)2+Cu
11. 3Cu+8HNO3 (稀) ==== 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
△
12. CuO+2HNO3 ==== Cu(NO3)2+H2O
13. 2Cu( NO3)2 ==== CuO+4NO2↑+O2↑
14. Cu(NO3)2+2NaOH ==== Cu(OH)2↓+2NaNO3
△
15. Cu(OH)2+2HNO3 ==== Cu(NO3)2+2H2O
△
16. 2 Cu(OH)2+R-CHO—→R- COOH+ Cu2O↓+2H2O
17. Cu(OH)2 ==== CuO+H2O
典型例题
【例1】下列叙述正确的是
A.Li在氧气中燃烧主要生成
B.将SO2通入溶液可生成沉淀
C.将CO2通入次氯酸钙溶液可生成次氯酸
D.将NH3通入热的CuSO4溶液中能使Cu2+还原成Cu
【解析】A错误,因为Li在空气中燃烧只能生成Li2O,直接取材于第一册课本第二章第三节; B错误,酸性:HCl>H2SO3>H2CO3所以通入后无BaSO3沉淀,因为BaSO3+2HCl=BaCl2+H2O+SO2↑;D错误,溶液中该反应难以发生,先是:2NH3+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+(NH4)2SO4,接着Cu(OH)2CuO+H20,溶液中NH3不能还原CuO为Cu,要还原必须是干燥的固态!C正确,强酸制弱酸,酸性:H2CO3>HClO,反应为:CO2+H20+Ca(ClO)2=CaCO3↓+2HClO,直接取材于课本第一册第四章第一节;
【答案】C
【命题意图】考查无机元素及其化合物,如碱金属,氯及其化合物,碳及其化合物,硫及其化合物,氮及其化合物等A、B、C选项直接取材于高一课本,D取材于高二第一章氮族。
【点评】再次印证了以本为本的复习策略,本题四个选项就直接取材于课本,属于简单题,不重视基础,就有可能出错!
【例2】出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是 ( )
A. 锡青铜的熔点比纯铜高
B.在自然环境中,锡青铜中的锡对铜起保护作用
C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快
D.生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程,但不是化学反应过程
答案 BC
解析 锡青铜属于合金,根据合金的特性,熔点比任何一种纯金属的低判断A错;由于锡比铜活泼,故在发生电化学腐蚀时,锡失电子保护铜,B正确;潮湿的环境将会加快金属的腐蚀速率,C正确;电化学腐蚀过程实质是有电子的转移,属于化学反应过程,D错。
【例3】一水硫酸四氨合铜(Ⅱ)的化学式为[Cu(NH3)4]SO4·H2O是一种重要的染料及农药中间体。某学习小组在实验室以氧化铜为主要原料合成该物质,设计的合成路线为:
相关信息如下:
①[Cu(NH3)4]SO4·H2O在溶液中存在以下电离(解离)过程:
[Cu(NH3)4]SO4·H2O=[Cu(NH3)4]2++ +H2O
[Cu(NH3)4]2+ Cu2++4NH3
②(NH4)2SO4在水中可溶,在乙醇中难溶。
③[Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇·水混合溶剂中的溶解度随乙醇体积分数的变化曲线示意图如下:
请根据以下信息回答下列问题: 图3
(1)方案1的实验步骤为:
a. 加热蒸发 b. 冷却结晶 c. 抽滤 d. 洗涤 e. 干燥
①步骤1的抽滤装置如图3所示,该装置中的错误之处是 ;抽滤完毕或中途停止抽滤时,应先 ,然后 。
②该方案存在明显缺陷,因为得到的产物晶体中往往含有 杂质,产生该杂质的原因是 。
(2)方案2的实验步骤为:
a. 向溶液C中加入适量 ,b. ,c. 洗涤,d. 干燥
①请在上述内填写合适的试剂或操作名称。
②下列选项中,最适合作为步骤c的洗涤液是 。
A. 乙醇 B. 蒸馏水 C. 乙醇和水的混合液 D. 饱和硫酸钠溶液
③步骤d不宜采用加热干燥的方法,可能的原因是 。
试题解析:
本题所示的制取过程和课本的银铵溶液的配置过程类似。综合考察了过滤、抽滤实验、沉淀洗涤与干燥及结晶等实验操作与原理。
(1)①漏斗口斜面反转才正确;先断开漏斗与安全瓶的连接,然后关闭水龙头。
②含有CuSO4晶体杂质;加热蒸发时促进了[Cu(NH3)4]2+ 电离产生Cu2+。和[Cu(NH3)4]SO4·H2O电离产生的硫酸根离子在冷却结晶时析出CuSO4晶体杂质。
(2)a. 向溶液C中加入适量(NH4)2SO4, 目的:促使NH3+H2O NH3H2O NH4++OH
向生成更多NH3的方向移动,抑制[Cu(NH3)4]2+ Cu2++4NH3。b.过滤。只要一般的过滤就可以。抽滤针对含结晶水的化合物不适用。
②因[Cu(NH3)4]SO4·H2O在水溶液中可以完全电离,故,选择的洗涤剂为A. 乙醇。
③加热干燥可以导致失去结晶水。
教与学提示:
实验、化学平衡移动、结晶方式这些内容都是和实验有密切联系的。在高考复习的教学中尽量还原、复原课本实验,尽量将课本实验综合化是重要的复习思路。
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