高考化学一轮配套课件：第8讲 铁、铜及其化合物 47页

第 8 讲 铁、铜及其化合物 考纲定位 选项示例 1.了解铁、铜 及其重要化合 物的主要性质， 了解其应用。 2.了解合金的 概念及其重要 应用。 1.Fe3＋有氧化性，FeCl3溶液可用于回收废旧电路板 中的铜。(2012年广东高考T12—D) 2.Fe与S混合加热生成FeS2。(2012年重庆高考T7—A) 3.Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3。(2012年天 津高考T2—D) 4.制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接 蒸干的方法。(2011年山东高考T12—C) 5.高铁酸钾( K2FeO4)是一种新型的自来水处理剂， 它的性质和作用是：有强氧化性，可消毒杀菌，还 原产物能吸附水中杂质。(2011年上海高考T5—A) 一、铁、铜 1．物理性质 铁是________色金属，铜是________色金属，二者都具有 ________的导电性、导热性和延展性，其中______能被磁铁吸 引。 银白 紫红 良好 铁 2．化学性质 　　　物质 化学性质　　　 铁 铜 与非 金属 单质 反应 ①与Cl2 反应 ___________________ _ __________________ _ ②与O2 反应 ___________________ _ __________________ _ ③与S 反应 ___________________ _ __________________ _ ④与水反应 ___________________ ___________________ __ 不反应 3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2 　　　物质 化学性质　　　 铁 铜 与 酸 反 应 ⑤与非氧 化性酸反 应(HCl) ____________________ 不反应 ⑥与氧化 性酸反应 铁在常温下，遇到冷浓 硫酸或冷浓硝酸会发生 ________，表面形成致 密的__________ 与浓硫酸反应： _______________________ _____________________； 与稀硝酸反应： _______________________ _____________________； 与浓硝酸反应： _______________________ ______________________ 钝化　 氧化膜 （续表） 　　　物质 化学性质　　　 铁 铜 与 盐 溶 液 反 应 ⑦与FeCl3 溶液反应 离子方程式： _____________________ 离子方程式： ____________________ ⑧与CuCl2 溶液反应 离子方程式： _____________________ 不反应 ⑨与AgNO3 溶液反应 离子方程式： _____________________ 离子方程式： ______________________ （续表） 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋ 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ Fe＋2Ag＋===Fe2＋＋2AgCu＋2Ag＋=== Cu2＋＋2Ag 二、铁、铜的氧化物 铁红 磁性氧化铁 黑色 红棕色 黑色 黑色 三、铁、铜的氢氧化物 氢氧化物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Cu(OH)2 物理 性质 颜色 ___________ ___________ ___________ 水溶性 均______溶于水 化学 性质 与盐酸反 应(离子 方程式) ____________ ____________ __ _____________ _____________ _____________ _____________ 与稀硝酸 反应(离 子方程式) ____________ ____________ ____________ ___ _____________ _____________ _____________ _____________ 受热分解 — _____________ _____________ _____________ _____________ 白色 红褐色 蓝色 难 Fe(OH)2＋2H＋ ===Fe2＋＋2H2O　 Fe(OH)3＋3H＋ ===Fe3＋＋3H2O Cu(OH)2＋2H＋ ===Cu2＋＋2H2O 3Fe(OH)2＋10H＋ ＋NO ===3Fe3＋ ＋NO↑＋8H2O Fe(OH)3＋3H＋ ===Fe3＋＋3H2O Cu(OH)2＋2H＋ ===Cu2＋＋2H2O 四、Fe、Fe2＋和Fe3＋的转化关系 Fe、Fe2＋和Fe3＋之间可相互转化，相互间能发生氧化还原 反应。 图 2-8-1 1．Fe2＋具有较强的还原性，与氧化剂反应生成Fe3＋ (1)Fe2＋被氯气氧化：_____________________________________。 (2)Fe2＋被溴水氧化：_____________________________________。 (3)Fe2＋被高锰酸钾氧化：_________________________________。 (4)Fe2＋被稀硝酸氧化：___________________________________。 (5)Fe2＋被浓硝酸氧化：___________________________________。 (6)Fe2＋被氧气氧化：_____________________________________。 2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋ 2Fe2＋＋Br2===2Br－＋2Fe3＋ 4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 2．Fe3＋有较强的氧化性，与还原剂反应生成 Fe2＋ (1) Fe3＋被 Fe 还原：_________________________________。 (2) Fe3＋被 Cu 还原：________________________________。 (3)FeCl3 中滴加氢硫酸，溶液变浑浊：________________ _____________________________________________________。 (4)Fe3＋能使淀粉－KI 溶液变蓝：____________________ 。 (5)SO2 通入 FeCl3 溶液中：__________________________。 _____________________________________________________ 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ 2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋ 2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2 五、合金 合金是由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而 成的具有金属特性的物质。其特点是：________一般比它的各 成分金属大；多数合金的________一般比它的各成分金属低； 合金的化学性质与成分金属不同；物理、化学和机械性能均强 于各成分金属。 硬度 熔点 考点1　Fe2＋、Fe3＋的性质与鉴别 1．Fe2＋和Fe3＋的性质 Fe2＋和Fe3＋这两种离子的盐溶液因水解均呈现酸性， 对 应的盐溶液颜色通常分别为浅绿色、黄色(实际颜色与盐溶液 的浓度有关)。Fe2＋的盐溶液通常表现为还原性，Fe3＋的盐溶 液则主要表现为较强的氧化性。 2．Fe2＋和Fe3＋的常见鉴别方法 (1)观察法：Fe3＋的盐溶液呈棕黄色，Fe2＋的盐溶液呈浅 绿色。 (2)SCN－法：滴入KSCN或其他可溶性硫氰化物溶液，呈 血红色的是Fe3＋的盐溶液，不变色的是Fe2＋的盐溶液。 (3)碱液法：分别加入碱液(如氨水)，生成红褐色沉淀的是 Fe3＋的盐溶液，先生成白色絮状沉淀，又迅速转变为灰绿色， 最终变为红褐色的是Fe2＋的盐溶液。 (4)H2S法：分别通入H2S气体或加入氢硫酸，有淡黄色沉 淀析出(或混浊)的是Fe3＋的盐溶液，无此现象的是Fe2＋的盐溶 液。 (5)苯酚法：分别滴入苯酚溶液，溶液呈紫色的是Fe3＋， 不变色的是Fe2＋。 (6)淀粉－KI法：能使淀粉碘化钾试纸变蓝的溶液是Fe3 ＋， 无此现象的是Fe2＋。 (7)KMnO4(或溴水)法：分别加入少量酸性KMnO4溶液 (或溴水)，能使之褪色的是Fe2＋的盐溶液，不能使之褪色的 是Fe3＋的盐溶液。 (8)铜片法：分别加入铜片，溶液逐渐变为蓝色的是Fe3＋ 的盐溶液，不变色的是Fe2＋的盐溶液。 【例 1】将铁粉、铜粉、FeCl3溶液和CuCl2溶液混合于某 容器中充分反应(假定容器不参与反应)。试判断下列情况下， 溶液中存在的金属离子和金属单质。 (1)若铁粉有剩余，则容器中不可能有的离子是：________； 铜单质______(填“一定”或“可能”)存在。 (2)若FeCl3和CuCl2都有剩余，则容器中不可能有的单质____ ____，Fe2＋________(填“一定”或“可能”)存在。 (3)若要检验溶液中是否有Fe3＋，正确的操作：___________。 思路指导：凡是相互间能发生反应的物质就不可能大量共 存；Fe、Cu均可与Fe3＋反应，Fe能与Cu2＋反应。 解析：本题主要的化学反应有：①Fe＋2FeCl3===3FeCl2； ②Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2；③Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2。 们能发生上述①、②反应。 (2)若 FeCl3和CuCl2都有剩余，则容器中一定没有 Fe、Cu， 一定有 Fe2＋，发生的反应为①、③。 (3)物质检验的基本步骤：取样——加试剂——描述现象 ——下结论。 (1)若铁粉有剩余，则容器中不可能有Fe3＋、Cu2＋，因为它 答案：(1)Fe3＋、Cu2＋　一定 (2)Fe、Cu　一定 (3)用小试管取1～2 mL溶液，滴加1～2滴KSCN溶液， 若溶液变成血红色，则有Fe3＋；否则无Fe3＋ 　　【例2】(2013年东北三校联考)下列检验试剂选用正确的是(　 　)。 　　A．用氯水、KSCN溶液检验FeCl3中是否有FeCl2 　　B．用酸性KMnO4溶液检验FeCl3中是否有FeCl2 　　C．用NaOH溶液检验MgCl2中是否有FeCl2 　　D．用硝酸检验某黄色固体是纯铜还是黄铜 　　解析：A组中的Fe3＋产生的干扰无法消除；B组中酸性 KMnO4溶液还能氧化Cl－；C组中虽然Mg2＋也能形成白色沉淀， 但若有Fe2＋，则生成的白色沉淀颜色会发生变化，故C项正确； D组中纯铜和黄铜均能溶解在硝酸中，不能达到目的。 　　答案：C 考点2 金属的通性及金属的冶炼 1．金属的通性 跟 酸 的 反 应 能置换出稀 酸(如HCl、 H2SO4)中的 氢 能置换出稀酸中 的氢 不能置换出稀酸中的氢 反应程度 反应剧烈程度依 次减弱 能跟浓硫酸、 硝酸反应 能跟王 水反应 跟盐的反应 位于金属活动性顺序前面的金属可以将后面的 金属从其盐溶液中置换出来(K、Ca、Na除外) （续表） 2.金属的冶炼 金属冶炼的实质是用还原的方法，使金属化合物中的金属 阳离子得电子变成金属原子。Mn＋＋ne－―→M，金属活动性不 同，冶炼方法也不同。 (1)热分解法。 对于金属活动性顺序表中排在 Hg 后面的不活泼金属，可 以 用 热 分 解 法 冶 炼 。 例 如 ： 2Ag2O 4Ag ＋ O2↑ ， 2HgO 2Hg＋O2↑。 (2)热还原法。 对于金属活动性顺序表中Zn～Cu段的金属，可以采用加 还原剂并加热的方法进行冶炼，常见的还原剂有H2、CO、C(焦 炭)和活泼金属如铝等。例如：Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2， Fe2O3＋2Al 2Fe＋Al2O3。 (3)电解法。 排在Zn前面的金属，由于化学性质非常活泼，很难用还原 剂将它们从化合物中还原出来，工业上用电解法冶炼。例如： 2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑，2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑。 电解 冰晶石 电解 【例 3】下列关于铁和合金的说法不正确的是( )。 A．铁及铁合金是当今社会运用最广泛的金属材料 B．合金的硬度比其成分物质的硬度大 C．因为形成了铁碳合金，所以熔点变低 D．生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加 思路指导：合金在生活中应用很广，要解这类题目，首先 要了解常见的合金及应用，了解合金的主要特点：(1)合金是混 合物。(2)合金具有成分元素的性质；但熔点低于成分金属的熔 点，硬度大于成分金属的硬度。(3)合金中成分元素的含量影响 合金的性质。 ··· 解析：铁及铁合金是当今社会运用最广泛的金属材料，且 合金硬度大于成分金属，熔点低于各成分物质的熔点，A、B、 C 正确。生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次降低。答案：D 【例4】下列说法正确的是( )。 A．所有不锈钢都只含有金属元素 B．大多数金属元素均以单质形式存在于自然界 C．某省打捞的明代沉船上存在大量铝制餐具 D．镁合金的硬度和强度均高于纯镁 解析：不锈钢中含有碳元素，A 错；大多数金属元素以化 合态存在于自然界中，只有 Au 等少数不活泼金属以游离态存 在于自然界中，B 错；铝是一种活泼金属，明代还没有冶炼铝 的技术，其沉船上不可能有铝制品，C 错；合金的特点是硬度 大于成分金属，熔点低于成分金属，D 正确。 解析：D 的相互转化，Fe2＋的还原性、Fe3＋的强氧化性和强水解能力、 实验探究 铁及其化合物性质的综合考查 [考向分析]铁和铜在生活生产中有广泛用途，是高考的命 题热点。常见考查方式有离子共存(有色离子、形成沉淀、水解)、 铁铜实验、化工工艺流程等，主要考查的物质有Fe、Fe2＋、Fe3＋ 铜离子的水解等。 【例 5】由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的 混合粉末，取样进行下列实验(部分产物略去)： (1)取少量溶液 X，加入过量的 NaOH 溶液，有沉淀生成。 质是(填化学式)________________。 (2)Z 为一种或两种气体： ①若 Z 只为一种气体，试剂 a 为饱和 NaHCO3 溶液，则反 应Ⅰ中能同时生成两种气体的化学方程式是：______________。 取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含有的物 ··· ②若 Z 为两种气体的混合物，试剂 a 为适量的水，则 Z 中 两种气体的化学式为____________。 (3)向 Y 中通入过量的 Cl2，并不断搅拌，充分反应后，溶 液中的阳离子是(填写离子符号)____________。 (4)取 Y 中的溶液，调节 pH 约为 7，加入淀粉－KI 溶液和 共转移 3mol 电子，该反应的离子方程式是：_______________。 (5)另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应，若溶液中一定 不会产生 Y 中的红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组 合是(各组合中物质用化学式表示)______________。 H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。当消耗2 mol I－时， ·· ·· 解析：根据(1)中现象，可知样品中不含Al；Y为亚铁盐溶 液，固体为Cu和Fe；(2)Z为一种气体时，浓酸为硫酸，化学 方程式为：C＋2H2SO4(浓) CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，通过 饱和NaHCO3溶液后，气体只有CO2；若Z是两种气体时，浓 酸为硝酸，化学方程式为：C＋4HNO3(浓)===CO2↑＋4NO2↑ ＋2H2O，通过水后，气体为CO2和NO；(3)向Y中通入过量氯 气，生成的FeCl3逐渐与铁粉和铜粉反应生成CuCl2和FeCl3， 溶液中阳离子为Cu2＋、Fe3＋和H＋；(4)FeCl2溶液中加淀粉碘 化 钾和H2O2时，其反应为：2Fe2＋＋3H2O2＋4I－===2Fe(OH)3↓ ＋ 2I2；(5)原样品中加足量稀硫酸，Y溶液中一定不会出现红色固 体，则原样品中不存在铁和铝，故其可能组合为：CuO和C或 CuO、C和Fe2O3。 【例 6】(2012 年天津高考)信息时代产生的大量电子垃圾 对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一 批废弃的线路板简单处理后，得到含 70% Cu、25% Al、4% Fe 及少量 Au、Pt 等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫 酸铝晶体的路线： 请回答下列问题： (1) 第 ① 步 Cu 与 酸 反 应 的 离 子 方 程 式 为 ： _____________________；得到滤渣 1 的主要成分为________。 (2)第②步加 H2O2的作用是_________________________， 使用 H2O2 的优点是_______________________，调节溶液pH的 目的是使________生成沉淀。(3)用第③步所得的 CuSO4·5H2O 制备无水 CuSO4 的方法是 ________。 (4)由滤渣 2 制取 Al2(SO4)3·18H2O，探究小组设计了三种方 案： 上述三种方案中，________方案不可行，原因是________； 从原子利用率角度考虑，________方案更合理。 后，用 c mol·L－1 EDTA(H2Y2－) 标准溶液滴定至终点，平均消耗 (5)探究小组用滴定法测定 CuSO4·5H2O(Mr＝250)的含量。 取 a g 试样配成 100 mL 溶液，每次取 20.00 mL，消除干扰离子 EDTA 溶液 b mL。滴定反应如下： Cu2＋＋H2Y2－===CuY2－＋2H＋。 写出计算 CuSO4·5H2O 质量分数的表达式：w＝_______； 下 列 操 作 会 导 致 CuSO4·5H2O含 量的测定结果偏高的是 ________。 ①未干燥锥形瓶 ②滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡 ③未除净可与 EDTA 反应的干扰离子 解析：(4)因滤渣2中含有Fe(OH)3沉淀，甲方案没有除去 酸浸时产生的Fe3＋，使制得晶体中含有大量杂质Fe2(SO4)3，故 甲方案不可取；方案乙中用铝与Fe3＋反应，产品中生成的含铝 化合物增多，原子利用率高；丙中消耗的酸、碱多，原子利用 率低。 题组一 铁及其化合物 1．下列有关纯铁的描述正确的是( )。 A．熔点比生铁的低 B．与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快 C．在潮湿的空气中比生铁容易被腐蚀 D．在冷的浓硫酸中可钝化 解析：生铁属于合金，其熔点比纯铁的低；生铁与盐酸反 应及生铁在潮湿空气中的腐蚀，因形成原电池，故反应速率均 比纯铁的快；常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中均发生钝化。 答案：D 2．下列化合物可通过化合反应制备的是( )。 ①Fe(OH)3；②CuS；③NaHCO3；④FeCl2；⑤FeCl3。 A．全部 C．除③外 B．除②外 D．除④外 解析：①4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3；②Cu 和 S 反 应只生成 Cu2S；③Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3；④2FeCl3 ＋Fe===3FeCl2；⑤2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。 答案：B 3．下列物质反应后一定有＋3 价铁生成的是( )。 ①过量的 Fe 与 Cl2反应；②Fe与过量稀H2SO4反应后，再 向其中加 KNO3；③Fe(NO3)2溶液中加少量盐酸；④Fe和Fe2O3 的混合物溶于盐酸中。A．只有① C．只有①②③ B．只有①② D．全部 答案：C 解析：①中的Cl2氧化性强，它能将铁氧化为＋3价，由于 不是在溶液中反应，因此过量的铁不会将氯化铁还原；②中Fe 与稀硫酸反应只能生成Fe2＋，但由于稀硫酸过量，加入KNO3 后，HNO3能将Fe2＋氧化成Fe3＋；③发生了Fe2＋被 HNO3 氧化 的反应；④中发生Fe与盐酸生成FeCl2、Fe2O3与盐酸生成FeCl3 的反应，但题中未给出反应物间相对量的关系，若铁是足量的， 则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。 4．已知：2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－。向100 mL FeBr2溶 液中通入标准状况下的 Cl2 3.36 L，充分反应后测得溶液中 Cl－ ( )。 解析：利用原子守恒及电荷守恒原理，可知 3.36 L 的 Cl2 答案：A 与Br－的物质的量浓度相等，则原FeBr2溶液的物质的量浓度为 A．2 mol·L－1 　　　B．1 mol·L－ 1 C．0.4 mol·L－1 　　　D．0.2 mol·L －1 题组三 铜及其化合物 　　5.(2013年西安模拟)CuCO3和Cu2(OH)2CO3的混合物34.6 g， 可恰好完全溶解于300 mL 2 mol·L－1的盐酸中，若加热分解等 量的这种混合物可得CuO固体质量为(　　)。 　　A．16.0 g B．19.2 g C．24.0 g D．30.6 g 　　解析：CuCO3和Cu2(OH)2CO3的混合物34.6 g，可恰好完 全溶解于300 mL、2 mol·L－1的盐酸中，完全溶解后都生成 CuCl2，Cl－共有0.3×2＝0.6 mol，所以有0.3 mol的CuCl2，分 解生成的CuO应该为0.3 mol,0.3 mol CuO的质量为24.0 g。 　　答案：C 6．(2012 年福建高考改编)酸浸法制取硫酸铜的方法如下： (1) 步骤(ⅰ) 中 Cu2(OH)2CO3发生反应的化学方程式为： ___________________________________。 (2)步骤(ⅱ)中所加试剂起调节 pH 作用的离子是______(填 离子符号)。 (3)步骤(ⅲ)发生的反应中，1 mol 的 MnO2 转移 2 mol 的电 子，该反应的离子方程式为：____________________。 题组四 金属的通性及合金 7．(双选)下列说法正确的是( )。 A．有些活泼金属如铝可作热还原法的还原剂 B．用电解 NaCl 溶液的方法来冶炼金属钠 C．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝 D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 答案：AD 金属 Na Cu Al Fe 熔点/℃ 97.5 1083 660 1535 沸点/℃ 883 2595 2200 3000 8．所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔融 状态下形成的一种熔合物，根据下列四种金属的熔沸点： 其中不能形成合金的是( )。 A．Cu 和 Al C．Fe 和 Na B．Fe 和 Cu D．Al 和 Na 解析：形成合金必须满足各成分金属都要有共同的液态温 度范围(即合金中一种金属的熔点要高于另一种金属的熔点但 低于它的沸点)，这样才能熔合在一起。当铁熔化时，钠已经变 成钠蒸气了，所以铁和钠不具备形成合金的条件。 答案：C