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2015《金版新学案》高中化学总复习讲义:专题二 第三单元 铁、铜的获取及应用
考点一 铁及其重要化合物
1.变价金属——铁的性质
(1)物理性质
铁具有金属的共性,具有能被磁体吸引的特性。
(2)化学性质
①与非金属单质的反应
Fe—
②与水蒸气的反应
3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
③与酸、盐的反应
Fe—
2.铁的冶炼
(1)铁元素的存在
铁元素在自然界主要以化合态的形式存在,常见的铁矿有磁铁矿(主要成分Fe3O4),赤铁矿(主要成分Fe2O3)。
(2)炼铁原料:
铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
(3)完成下列化学方程式
①一氧化碳的生成:C+O2CO2、CO2+C2CO。
②铁矿石被还原:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
③石灰石的作用:CaCO3CaO+CO2↑、CaO+SiO2CaSiO3。
3.铁的氧化物
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
Fe元素的价态
+2
+3
+2,+3
与盐酸反应生成的离子
Fe2+
Fe3+
Fe2+和Fe3+
4.铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应离子方程式
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热分解
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
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
(1)铁有很强的抗腐蚀能力,为什么日常生活中的铁制品容易生锈?
(2)FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取?
(3)Fe3O4是碱性氧化物吗?Fe3O4可写作FeO·Fe2O3,能否认为Fe3O4是FeO和Fe2O3的混合物?
(4)Fe(OH)3分别与足量的HCl、HI反应有何异同?
提示: (1)主要因为铁不纯,往往含有碳等杂质,当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电解质溶液(如食盐水)时会发生电化学腐蚀。
(2)都可以。2Fe+3Cl22FeCl3
2FeCl3+Fe===3FeCl2
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(3)Fe3O4与非氧化性酸反应生成的是两种盐和水,不符合碱性氧化物的概念,所以不是碱性氧化物(FeO、Fe2O3是碱性氧化物)。Fe3O4中有的Fe是+2价,有的Fe是+3价,可写成:O·F2O3,但不能认为Fe3O4是FeO和Fe2O3的混合物,实际上,Fe3O4是纯净物。
(4)Fe(OH)3作为一种碱与酸反应生成盐和水,但Fe3+有较强的氧化性,若酸为还原性酸(如H2S、HI)则再发生氧化还原反应,故与HCl反应只是中和反应,而与HI反应的方程式为2Fe(OH)3+6HI===2FeI2+I2+6H2O。
1.常温下把铁片投入到下列溶液中,铁片溶解,溶液质量增加,但是没有气体产生的是( )
A.硫酸铁溶液 B.冷浓硝酸
C.盐酸 D.硫酸锌溶液
解析: A项:Fe+2Fe3+===3Fe2+,符合题意;B项:铁发生钝化,浓硝酸的质量几乎无变化;C项有H2放出;D项Fe与ZnSO4溶液不发生反应,溶液质量不变。
答案: A
2.铁屑溶于过量的稀硫酸,过滤后向滤液中加入适量硝酸,再加入过量的氨水,有红褐色沉淀生成。过滤,加热沉淀物至质量不再发生变化,得到红棕色的残渣。上述沉淀和残渣分别为( )
A.Fe(OH)3;Fe2O3 B.Fe(OH)2;FeO
C.Fe(OH)2、Fe(OH)3;Fe3O4 D.Fe2O3;Fe(OH)3
解析: FeFe2+Fe3+
Fe(OH)3↓Fe2O3。
答案: A
3.写出下列反应的离子方程式
(1)FeO溶于足量稀硝酸中:
________________________________________________________________________。
(2)Fe2O3溶于足量HI溶液中:
________________________________________________________________________。
(3)Fe(OH)3溶于足量HI溶液中:
________________________________________________________________________。
答案: (1)3FeO+NO+10H+===3Fe3++NO↑+5H2O
(2)Fe2O3+6H++2I-===2Fe2++I2+3H2O
(3)2Fe(OH)3+6H++2I-===2Fe2++I2+6H2O
4.在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉,得到的Fe2+的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。
①Fe3+ ②Fe2+ ③Fe、Fe2+ ④Fe2+、Fe3+
(1)AB段铁元素以________形式存在。
(2)BC段铁元素以________形式存在。
(3)CD段铁元素以________形式存在。
答案: (1)① (2)④ (3)③
5.把22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中,如反应只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO,下列说法正确的是( )
A.反应后生成的盐只为Fe(NO3)3
B.反应后生成的盐只为Fe(NO3)2
C.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为1∶3
D.反应后生成的盐为Fe(NO3)3 和Fe(NO3)2,其物质的量之比为3∶1
解析: 由于铁的物质的量为=0.4 mol,所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8 mol(此时只产生Fe2+)和1.2 mol(此时只产生Fe3+)之间,又产生0.3 mol NO2和0.2 mol NO,即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3 mol×(5-4)+0.2 mol×(5-2)=0.9 mol,所以对应的产物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2,设前者的物质的量为x,后者的物质的量为y,则由铁原子守恒可得x+y=0.4,由得失电子守恒得3x+2y=0.9 mol,解得x=0.1 mol,y=0.3 mol。
答案: C
铁与稀硝酸的反应
稀硝酸能将Fe氧化为Fe(NO3)3:Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,①
Fe过量时:Fe+2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2②
两者相加得:
3Fe+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O③
考点二 +2、+3价铁元素的性质
1.Fe2+的氧化性和还原性
(1)Fe2+的还原性
Fe2+Fe3+
写出下列离子方程式:
①Fe2+Fe3+;3Fe2++NO+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O
②Fe2+Fe3+:2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(2)Fe2+的弱氧化性
Fe2+Fe
2.Fe3+的氧化性
Fe3+Fe2+
写出下列转化的离子方程式
①Fe3+Fe2+:2Fe3++SO+H2O===2Fe2++SO+2H+
②Fe3+Fe2+:2Fe3++2I-===2Fe2++I2
(1)写出下列转化的主要离子方程式:
①Fe2+Fe3+:________________________________________________________________________。
Fe2+Fe3+:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②Fe3+Fe2+:________________________________________________________________________。
FeCl3溶液与过量Na2S溶液的反应:
________________________________________________________________________。
(2)在FeCl3溶液中加入过量锌发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(分步书写)。
提示: (1)①2Fe2++ClO-+2H+===2Fe3++Cl-+H2O
2Fe2++ClO-+2H+===2Fe3++Cl-+H2O,
Fe3++3ClO-+3H2O===Fe(OH)3↓+3HClO
②2Fe3++S2-===2Fe2++S↓
2Fe3++3S2-(过量)===2FeS↓+S↓
(2)2Fe3++Zn===2Fe2++Zn2+
Fe2++Zn===Fe+Zn2+
1.在浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀盐酸时,溶液颜色变化应是( )
A.颜色变浅 B.逐渐变深绿
C.没有改变 D.变棕黄色
解析: Fe(NO3)2溶液中加入盐酸时发生反应:3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O,有棕黄色的Fe3+生成。
答案: D
2.在FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的是( )
A.加入KSCN溶液一定不变红色
B.溶液中一定含Fe2+
C.溶液中一定含Cu2+
D.剩余固体中一定含Cu
解析: 铁粉与FeCl3、CuCl2的反应依次为:
2Fe3++Fe===3Fe2+
Cu2++Fe===Fe2++Cu
充分反应后的固体可能为Cu或Fe和Cu的混合物,又由于2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,所以无论反应后的固体为Cu还是Fe和Cu的混合物,Fe3+一定不存在,A项对;由上分析知B、D均对;若反应后固体为Cu和Fe的混合物,溶液一定无Cu2+,C错。
答案: C
3.如何除去括号中的杂质
(1)Fe2+(Fe3+):________________________________________________________________________,
(2)FeCl3(FeCl2):________________________________________________________________________,
(3)FeCl2(CuCl2):________________________________________________________________________,
(4)Fe(Al):________________________________________________________________________,
(5)Fe2O3(Al2O3、SiO2):________________________________________________________________________。
答案: (1)加过量铁粉过滤
(2)加氯水或H2O2
(3)加过量铁粉过滤
(4)加过量强碱溶液过滤
(5)加过量强碱溶液过滤
4.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: A.呈红色,说明含Fe3+,无法判断是否含Fe2+;
B.呈红色,说明含Fe3+,但Cl2有氧化性,无法判断原来是Fe2+还是Fe3+;
C.红褐色沉淀,说明含有Fe3+;
D.白色沉淀―→红褐色,说明含有Fe2+,但由于红褐色的掩盖,无法说明是否有Mg2+。
答案: C
5.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KSCN溶液
A.①③ B.③②
C.③① D.①②③
解析: 证明不含Fe3+,只要加入少量KSCN溶液不显红色即可;要证明是否含Fe2+,只要继续加入足量氯水,看是否显红色。
答案: C
6.向某晶体的溶液中加入含Fe2+的溶液无明显变化,当滴加几滴溴水后,混合液出现血红色,由此得出下列的结论错误的是( )
A.Fe3+的氧化性比溴的氧化性强
B.该晶体中一定含有SCN-
C.Fe2+与SCN-不能形成血红色化合物
D.Fe2+被溴氧化成Fe3+
解析: 某晶体的溶液中没有与Fe2+发生反应的离子,当加入溴水后,Fe2+一定被氧化成Fe3+,此时溶液出现血红色,说明原晶体是含有SCN-的盐,很明显判断出B、C、D均正确,在Br2与Fe2+反应中,Fe3+是氧化产物,Br2是氧化剂,所以Br2的氧化性应比Fe3+的氧化性强,选项A符合题意。
答案: A
Fe2+和Fe3+的检验
(1)根据溶液颜色
溶液呈浅绿色→Fe2+;溶液呈棕黄色→Fe3+。
(2)用KSCN溶液和氯水
①流程:
溶液
②有关反应:Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3(红色)
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(3)用NaOH溶液
①流程:
溶液
②有关反应:Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓(红褐色)
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓(白色沉淀)
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(4)用苯酚溶液或用K3[Fe(CN)6]溶液Fe3+与苯酚作用显紫色;而Fe2+与Fe[(CN)6]3-作用生成蓝色沉淀。
(5)用酸性KMnO4溶液(或溴水)Fe2+能使KMnO4溶液(或溴水)褪色,而Fe3+则不能。
考点三 “铁三角”转化及其应用
1.“铁三角”转化
2.“铁三角”转化的应用
(1)除杂
主要物质
杂质
除杂方法
Fe2+
Fe3+
加过量铁屑后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2
Fe2+
Cu2+
加过量铁屑后过滤
Fe
Al
加过量强碱溶液后过滤
Fe2O3
Al2O3 SiO2
加过量强碱溶液后过滤
(2)判断离子共存
Fe2+NO(H+)、ClO-、MnO(H+)。
Fe3+S2-、I-、SO。
Fe2+、Fe3+HCO、CO等水解相互促进的离子
(3)盐溶液的配制与保存
(4)物质的制备
Fe与I2反应时生成的是FeI2还是FeI3?Fe与Br2反应时生成的是FeBr3还是FeBr2?
提示: FeI2,原因是Fe3+的氧化性强于I2;FeBr3,原因是Br2的氧化性强于Fe3+。
1.A、B、C为中学常见单质,其中一种为金属,通常情况下,A为固体,B为黄绿色气体,C为无色气体。D、E、F、G、H、X均为化合物,其中X常温下是无色气体,其水溶液是一种强酸,E为黑色固体,H在常温下为液体。它们之间的转化关系如图所示(其中某些反应条件和部分反应物已略去):
请回答下列问题:
(1)反应④的离子方程式是________________________________________________________________________。
(2)反应⑦的化学方程式是________________________________________________________________________;
该反应中每消耗0.3 mol的A,可转移电子________mol。
(3)除去D溶液中混有的少量G的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)在D溶液中制备无水D固体的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析: 由“B为黄绿色气体单质”知,B为Cl2;由D与G之间的相互转化关系知,A为变价金属单质,则A为Fe,D为FeCl3,G为FeCl2;由“D+F→红色溶液”知,F为KSCN;由“E与X的相互转化关系及E为黑色固体化合物、X的水溶液是一种强酸”知,E为Fe3O4,X为HCl,H为H2O;由“C为无色气体单质及A+C→E”知,C为O2。
(1)反应④的离子方程式为:2Fe3++Fe===3Fe2+。
(2)反应⑦的化学方程式为:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,
由元素化合价的变化值知,当有0.3 mol的Fe反应时可转移电子0.8 mol。
(3)除去FeCl3溶液中混有的少量FeCl2的方法是:向混合液中通入足量的氯气(或加入足量的H2O2)。
(4)在FeCl3溶液中制备无水FeCl3固体的方法是:在HCl气流中加热蒸干FeCl3溶液。
答案: (1)2Fe3++Fe===3Fe2+
(2)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 0.8
(3)向混合液中通入足量的氯气(或加入足量的H2O2)
(4)在HCl气流中加热蒸干FeCl3溶液
判断铁与氧化剂反应产物时常出现的错误:
(1)铁与硫化合误认为生成Fe2S3;
(2)铁与盐酸反应误认为生成FeCl3和H2;
(3)铁与碘单质化合误认为生成FeI3;
(4)过量铁与稀HNO3反应误认为生成Fe(NO3)3;
(5)铁与FeCl3溶液误认为不反应等。
2.FeCl3可通过多种途径转化成FeCl2。
(1)在FeCl3溶液中加入适量氢碘酸,发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(2)工业上常将无水FeCl3在氮气作保护气的条件下加热至300~350 ℃,通入干燥的H2,而制得FeCl2。该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)工业上另一种制备FeCl2的方法:将无水的FeCl3与适量氯苯(C6H5Cl),在130 ℃持续加热约3小时,可发生如下反应:
2FeCl3+C6H5Cl2FeCl2+C6H4Cl2+HCl
根据有机反应规律,该反应中氯苯发生的是________(填有机反应类型)。
(4)分析上述三个反应,下列有关说法正确的是________(填序号)。
①反应(1)中,氢碘酸既表现了酸性,又表现了还原性
②反应(3)中,HCl为氧化产物
③上述三个反应中,FeCl2均为还原产物
(5)请另写一个FeCl3转化成FeCl2的化学方程式:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析: (1)Fe3+有氧化性,I-有还原性,它们可以发生氧化还原反应;(2)根据信息FeCl3转化为FeCl2,Fe的化合价降低,那么H的化合价必定升高,这样就可以写出化学反应方程式;(3)根据反应产物,可以确定为取代反应;(4)根据氧化还原反应概念,确定③是正确的;(5)FeCl3转化为FeCl2,另一种物质必须是还原剂。
答案: (1)2Fe3++2I-===2Fe2++I2
(2)2FeCl3+H22FeCl2+2HCl
(3)取代反应
(4)③
(5)2FeCl3+Fe===3FeCl2(其他答案合理均可)
(1)氧化性:Ag+ >Fe3+>Cu2+>Fe2+;
(2)还原性:S2->I->Fe2+>Br->Cl-。
考点四 铜及其重要化合物
1.金属铜
(1)与非金属的反应
Cu—
(2)与酸的反应
Cu—
(3)与盐溶液的反应
Cu—
2.铜的冶炼
(1)铜在自然界主要以化合态形式存在,常见的铜矿有黄铜矿(主要成分为CuFeS2),孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu(OH)2]。
(2)铜的冶炼。
①冶炼:工业上主要采用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜,用这种方法冶炼得到的铜含有Ag、Au、Zn、Fe等杂质(粗铜)。
②精炼:电解法精炼铜:阳极材料为粗铜,阴极材料为精铜。
3.铜的化合物
(1)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
CuO+H2Cu+H2O
Cu2O+H22Cu+H2O
转化关系
4CuO2Cu2O+O2↑
(2)氢氧化铜
①物理性质:蓝色不溶于水的固体。
②化学性质:Cu(OH)2属于弱碱,能与酸反应生成盐和水。
(3)硫酸铜
①CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾、胆矾。
②无水CuSO4为白色粉末,遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为水的检验依据。
某研究小组用废铜粉制取胆矾,设计了如下几个实验方案:
(1)CuCuSO4硫酸铜溶液
CuSO4·5H2O。
(2)CuCuO硫酸铜溶液CuSO4·5H2O。
(3)硫酸铜溶液CuSO4·5H2O。
对三个方案进行评价,你认为最好的是哪个方案?
提示: 方案(1):产生污染性气体,且消耗硫酸较多。
方案(2):消耗能量较多,且步骤复杂。
方案(3):不产生污染性气体,原料利用率高,节约能源。
因而方案(3)更经济合理。
1.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
铜容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对;Ⅱ对;有
C
向硫酸铜溶液通入氨气,有深蓝色沉淀产生,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
答案: D
2.氢氧化铜和碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]均可溶于盐酸转化为氯化铜。在高温下这两种化合物均能分解生成氧化铜。溶解25.25 g的上述混合物,恰好消耗1.0 mol·L-1盐酸500 mL。灼烧等量的上述混合物,得到的氧化铜质量为( )
A.15 g B.20 g
C.30 g D.35 g
解析: 根据题意有如下关系式:
2HClCuCl2CuO
即n(CuO)=n(HCl)=×1.0 mol·L-1×0.5 L=0.25 mol,m(CuO)=0.25 mol×80 g·mol-1=20 g。
答案: B
(1)含Cu2+的溶液常为蓝色(浓CuCl2溶液为蓝绿色,稀CuCl2溶液为蓝色),可作为Cu2+存在的判断依据。如CuSO4溶液呈蓝色。
(2)Cu2+与碱反应生成蓝色Cu(OH)2沉淀,这是鉴定Cu2+的方法之一。
(3)CuSO4与石灰乳的混合溶液即为无机农药波尔多液,是一种良好的杀菌剂,可以用来防治多种作物的病虫害。
3.孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸):
(1)反应①能观察到的现象是________________________________________________________________________,
有关反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)反应②加入的金属可能是__________,有关反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(3)操作a可能的方法是________,欲除掉的杂质为________;
要从操作a所得到的溶液中得到溶质的晶体,需要的操作是
________________________________________________________________________。
解析: 孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,且有气泡产生;反应的化学方程式为
Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O。经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质,则滤液中主要含有CuSO4,加入的金属粉末要能将Cu2+从溶液中置换出来即可,故金属可能是Fe或Zn等;要从滤液中得到CuSO4晶体需进行加热浓缩、冷却结晶等操作。
答案: (1)固体逐渐消失,溶液由无色变为蓝色,有气泡产生
Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O
(2)铁粉 Fe+Cu2+===Fe2++Cu
(3)过滤 难溶于水和稀硫酸的杂质 加热浓缩、冷却结晶
4.某课外研究小组,用含有较多杂质的铜粉,通过不同的化学反应精制CuO,其设计的实验过程为
(1)杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物,灼烧后含有少量铜的可能原因是________。
a.灼烧过程中部分氧化铜被还原
b.灼烧不充分铜未被完全氧化
c.氧化铜在加热过程中分解生成铜
d.该条件下铜无法被氧气氧化
(2)由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净CuO,与途径Ⅰ相比,途径Ⅱ有明显的两个优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)有同学指出,由CuSO4溶液到生成CuO少了一个环节,即应先生成Cu(OH)2沉淀,过滤洗涤后再加热分解Cu(OH)2得CuO。以下说法不可能成为减少该环节的理由的是________。
A.CuO比Cu(OH)2颗粒粗大,更易于过滤从溶液中分离
B.Cu(OH)2分解温度较低,加热其浊液即可使其分解
C.干态下分解Cu(OH)2,温度难以控制,可能因温度过高导致CuO进一步分解生成Cu2O
D.过滤分离出的CuO不需洗涤就已非常纯净
答案: (1)ab
(2)耗酸少;无污染性气体SO2产生
(3)D
铜的冶炼
1.粗炼
(1)火法炼铜(以CuFeS2为例):2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2↑ 2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2↑
2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑
(2)湿法炼铜:Fe+CuSO4===Cu+FeSO4
2.电解精炼
电解时,以CuSO4作电解液,粗铜为阳极,纯铜为阴极。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)Fe与S混合加热生成FeS2(2012·重庆理综,7A)( )
(2)在给定条件下能实现下述转化Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3(2012·江苏化学,7A)( )
(3)向含有少量FeCl3的MgCl2溶液中加入足量Mg(OH)2粉末,搅拌一段时间后过滤,目的是除去MgCl2溶液中少量的FeCl3(2010·江苏,10B)( )
(4)相同条件下,溶液中Fe3+、Cu2+、Zn2+的氧化性依次减弱(2010·江苏,8D)( )
(5)铁溶于稀硝酸,溶液变黄:3Fe+8H++2NO===3Fe2++2NO↑+4H2O(2010·北京理综,10C)( )
(6)用FeCl3溶液腐蚀铜线路板:Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+(2010·天津理综,5A)( )
答案: (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√
2.(2013·浙江理综·28)利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe3O4胶体粒子及副产物ZnO。制备流程图如下:
已知:Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。请回答下列问题:
(1)用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮的作用有________。
A.去除油污 B.溶解镀锌层
C.去除铁锈 D.钝化
(2)调节溶液A的pH可产生Zn(OH)2沉淀,为制得ZnO,后续操作步骤是________。
(3)由溶液B制得Fe3O4胶体粒子的过程中,须持续通入N2,其原因是__________________。
(4)Fe3O4胶体粒子能否用减压过滤法实现固液分离?______(填“能”或“不能”),理由是________________________。
(5)用重铬酸钾法(一种氧化还原滴定法)可测定产物Fe3O4中的二价铁含量。若需配制浓度为0.010 00 mol·L-1的K2Cr2O7标准溶液250 mL,应准确称取________g K2Cr2O7(保留4位有效数字,已知MK2Cr2O7=294.0 g·mol-1)。配制该标准溶液时,下列仪器中不必要用到的有________(用编号表示)。
①电子天平 ②烧杯 ③量筒 ④玻璃棒 ⑤容量瓶 ⑥胶头滴管 ⑦移液管
(6)滴定操作中,如果滴定前装有K2Cr2O7标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡,而滴定结束后气泡消失,则测定结果将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
解析: (1)结合已知信息可知,用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮,既可以去除铁皮表面的油污,又可以溶解镀锌层。(2)由Zn(OH)2到ZnO,后续的操作步骤是抽滤、洗涤、灼烧。(3)持续通入N2,是为了防止Fe2+被O2氧化。(4)抽滤不宜用于过滤胶状沉淀或颗粒太小的沉淀。(5)0.735 0 g的K2Cr2O7
固体需要用电子天平称量,直接配制一定物质的量浓度的溶液时,不必要用到移液管和量筒。(6)滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后消失,说明消耗的标准液体积读数偏大,故测定结果偏大。
答案: (1)A、B
(2)抽滤、洗涤、灼烧
(3)N2气氛下,防止Fe2+被氧化
(4)不能 胶体粒子太小,抽滤时容易透过滤纸
(5)0.735 0 ③⑦
(6)偏大
3.(2013·天津理综·9)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。
Ⅰ.经查阅资料得知:无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下:
①检验装置的气密性;
②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气;
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;
④……
⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封。
请回答下列问题:
(1)装置A中反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是________________________________________________________________________。
(3)操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号)________________________________________________________________________。
(4)装置B中冷水浴的作用为________________________________________________________________________;
装置C的名称为__________;装置D中FeCl2全部反应后,因失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂:
________________________________________________________________________。
(5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂。
Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。
(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(7)电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(8)综合分析实验Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点:
①H2S的原子利用率为100%;②________________________________________________________________________。
解析: (1)装置A中反应的方程式为2Fe+3Cl22FeCl3。
(2)由于无水FeCl3加热易升华,第④步操作可在沉积的FeCl3固体下方加热,使沉积的FeCl3进入收集器。
(3)为防止FeCl3潮解采取的措施有②和⑤。
(4)装置B中冷水浴的作用是冷却,使FeCl3
沉积,便于收集产品。装置C的名称为干燥管。
用K3[Fe(CN)6]溶液检验FeCl2是否失效,若未失效则生成蓝色沉淀,若失效则无明显现象。
(5)用NaOH溶液吸收多余的Cl2。
(6)由题意可写出FeCl3与H2S反应的离子方程式2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
(7)电解FeCl2溶液时,阳极电极反应式为:Fe2+-e-===Fe3+。
(8)该实验另一个显著的优点为FeCl3得到循环利用。
答案: (1)2Fe+3Cl22FeCl3
(2)在沉积的FeCl3固体下方加热
(3)②⑤
(4)冷却,使FeCl3沉积,便于收集产品 干燥管
K3[Fe(CN)6]溶液
(5)
(6)2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+
(7)Fe2+-e-===Fe3+
(8)FeCl3得到循环利用
4.(2011·山东理综·12)Al、Fe、Cu都是重要的金属元素,下列说法正确的是( )
A.三者对应的氧化物均为碱性氧化物
B.三者的单质放置在空气中均只生成氧化物
C.制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法
D.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、Al
解析: A项,Al2O3为两性氧化物;B项,Cu在空气中的CO2和H2O(g)的作用下与O2反应生成Cu2(OH)2CO3;C项,三种盐均为强酸弱碱盐,加热时都水解,且生成易挥发的HCl,随着水分和HCl的挥发,蒸干时都得到金属氧化物和其氢氧化物的混合物;D项,电解AlCl3溶液阴极上的产物为H2和Al(OH)3。
答案: C
5.(2013·广东理综·32)银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:
[注:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 ℃和80 ℃]
(1)电解精炼银时,阴极反应式为____________;滤渣A与稀HNO3反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学反应方程式为____________________。
(2)固体混合物B的组成为__________;在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量。若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为____________________。
(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:__________CuO+__________Al2O3__________CuAlO2+__________↑。
(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为__________mol CuAlO2,至少需要1.0 mol·L-1的Al2(SO4)3溶液__________L。
(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是__________、过滤、洗涤和干燥。
解析: (1)电解精炼银时,阴极反应式为Ag++e-===Ag;气体变色是因为发生反应:2NO+O2===2NO2。(2)结合工艺流程及Al(OH)3和Cu(OH)2
的分解温度知固体混合物B含有CuO、Al(OH)3。若NaOH过量,则Al(OH)3会转化为NaAlO2。(3)该反应为氧化还原反应,根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质并配平方程式。(4)生成CuAlO2的物质的量为=50(mol),至少需要Al2(SO4)3的物质的量为25 mol,即至少需要1.0 mol·L-1的Al2(SO4)3溶液25 L。(5)由CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。
答案: (1)Ag++e-===Ag 2NO+O2===2NO2
(2)CuO、Al(OH)3 Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O
(3)4 2 4 O2 (4)50 25 (5)蒸发浓缩、冷却结晶
6.(2012·山东理综·28)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的________吸收。
a.浓H2SO4 b.稀HNO3
c.NaOH溶液 d.氨水
(2)用稀H2SO4浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在________(填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(注明试剂、现象)。
(3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是________。
a.电能全部转化为化学能
b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
c.溶液中Cu2+向阳极移动
d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(5)利用反应2Cu+O2+2H2SO4===2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应式为________________________。
解析: (1)冰铜(mCu2S·nFeS)加入石英砂并通入空气焙烧生成泡铜(Cu2O、Cu)、熔渣和SO2气体(A)。SO2是一种酸性氧化物,可用NaOH溶液或氨水吸收。
(2)溶液中滴加KSCN溶液呈红色,说明含有Fe3+。可利用Fe2+的还原性来检验溶液中其是否存在,加入酸性KMnO4溶液,KMnO4溶液褪色,说明还存在Fe2+。
(3)Al具有较强还原性,高温下与Cu2O反应可制得Cu:2Al+3Cu2OAl2O3+6Cu。
(4)以CuSO4溶液为电解质溶液电解精炼铜时,粗铜做阳极(发生氧化反应),精铜做阴极(Cu2+发生还原反应),较活泼金属(Al、Zn、Cu)在阳极被氧化,不活泼金属(Au、Pt、Ag在阳极附近沉积,形成阳极泥,电解质溶液中Cu2+向阴极移动。电解过程中,电能转化为化学能和热能。
(5)据电池反应可知,Cu做负极,电极反应为2Cu-4e-===2Cu2+,则正极反应为O2+4H++4e-===2H2O。
答案: (1)cd
(2)Fe3+ 取少量溶液,滴加KMnO4溶液,KMnO4褪色
(3)3Cu2O+2AlAl2O3+6Cu
(4)bd (5)4H++O2+4e-===2H2O
学科素养培优(三)__探究Fe(OH)2的制备方法
由于Fe(OH)2具有很强的还原性,易被氧化为Fe(OH)3,在实验室中制备Fe(OH)2,并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态,成为物质制备实验探究的热点。
制备原理:Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
成功关键:①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质。②制备过程中,保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。
下面是几种典型的制备方法:
方法一 隔绝空气的复分解反应法
用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入________。
(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
(3)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液,这样操作的理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案: (1)稀H2SO4、铁屑 (2)煮沸
(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
方法二 氢气氛围中的复分解反应法
在如右图所示的装置中,用NaOH
溶液、铁屑、稀H2SO4等试 剂制备。
(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是________________________________________________________________________。
(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是________________________________________________________________________。
(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验步骤是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案: (1)稀H2SO4和铁屑 (2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度,当排出的H2已经纯净时再夹紧止水夹
(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ,故外界O2不易进入
方法三 电解法
利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2
白色沉淀,如右图所示,已知两电极的材料分别为石墨和铁。
(1)a电极的材料应为________,电极反应式为
________________________________________________________________________。
(2)电解液c可以是________(填编号)。
A.纯水 B.NaCl溶液
C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
(3)d为苯,其作用是________________________________________________________________________,
在加入苯之前对电解液c应作何简单处理?
________________________________________________________________________。
(4)为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是______(填编号)。
A.改用稀H2SO4作电解液 B.适当增大电源的电压
C.适当减小两极间的距离 D.适当降低电解液的温度
(5)若c用Na2SO4溶液,当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,另一明显现象为________________________________________________________________________。
答案: (1)Fe Fe-2e-===Fe2+ (2)BC
(3)隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化 加热煮沸,排出溶解的O2
(4)BC (5)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色
实验室制备氢氧化亚铁的防氧化措施
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸,驱除溶解的氧气。
(2)将盛有氢氧化钠溶液的胶头滴管尖端插入试管里的亚铁盐溶液底部,再慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面加保护层,例如苯或植物油等。
(4)充入保护气,如氢气、氮气、稀有气体等。
(5)用铁作阳极,石墨作阴极,电解NaOH溶液或NaCl溶液;利用新产生的Fe2+与OH-反应制取。