高考化学一轮复习 专题4 金属及其化合物 第二单元 铁铜的获取及应用学案 苏教版.docx
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高考化学一轮复习专题4金属及其化合物第二单元铁铜的获取及应用学案苏教版
2019-2020年高考化学一轮复习专题4金属及其化合物第二单元铁、铜的获取及应用学案苏教版
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.自然界铁、铜的存在形式,铁、铜的物理性质
a
a
2.工业炼铁的反应原理
b
b
3.铁、铜的化学性质(跟某些非金属、酸、盐的反应)
b
b
4.Fe2+、Fe3+的性质及转化
c
c
5.检验Fe2+、Fe3+的常用方法
c
6.不锈钢的主要组成元素及其用途
a
1.铁在自然界中的存在
(1)铁主要以化合态的形式存在,少量铁单质只存在于从天而降的陨铁中,所以古代人称铁为“天石”。
(2)常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)、黄铁矿(主要成分为FeS2)、菱铁矿(主要成分为FeCO3)等。
2.铁单质的性质
(1)物理性质
银白色固体,熔点较高,具有良好的导热、导电性能、延展性,能被磁铁吸引。
(2)结构
(3)化学性质
铁元素性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
按要求书写下列反应的方程式:
①Fe与Cl2、S反应的化学方程式:
2Fe+3Cl2
2FeCl3;
Fe+S
FeS。
②Fe与水蒸气的反应:
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
③与氧化性酸(如HNO3)的反应(写离子方程式)
Fe与过量稀HNO3的反应:
Fe+NO
+4H+===Fe3++NO↑+2H2O。
Fe与少量稀HNO3的反应:
3Fe+2NO
+8H+===3Fe2++2NO↑+4H2O。
④Fe与FeCl3溶液的反应(写离子方程式):
Fe+2Fe3+===3Fe2+。
3.铁的冶炼
(1)原料:
铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。
(2)反应原理:
用还原剂将铁从其化合物中还原出来。
按要求完成炼铁的主要化学方程式:
①还原剂的形成:
C+O2
CO2,C+CO2
2CO。
②铁的还原:
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2。
③炉渣的形成:
CaCO3
CaO+CO2↑,CaO+SiO2
CaSiO3。
题组一 铁的存在及性质
1.下列关于铁的说法正确的是( )
A.纯铁为灰黑色,所以铁属于黑色金属
B.铁在硫蒸气中燃烧生成Fe2S3
C.纯铁的抗腐蚀能力非常强,铁在干燥的空气里不易被氧化
D.铁的化学性质比较活泼,所以铁在自然界中全部以化合态存在
答案 C
解析 纯铁为银白色,A错;铁在硫蒸气中燃烧生成FeS,B错;自然界中有少量铁以单质形式存在(如陨铁),D错。
2.下列反应中,铁只能生成高价化合物的是( )
A.少量铁与稀硫酸反应
B.铁丝在氧气中燃烧
C.过量铁粉在氯气中燃烧
D.Fe投入到CuSO4溶液中
答案 C
解析 选项C虽然铁粉过量,但因为不是在溶液中进行的反应,故只能生成FeCl3。
3.下列说法中正确的是( )
A.铁在干燥的空气中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色的Fe3O4
B.铁跟盐酸反应生成氯化铁和氢气
C.铁丝浸入硫酸铜溶液中片刻,取出,表面出现红色的铁锈
D.烤蓝是在铁制品表面通过化学反应生成致密的氧化膜以防止铁生锈
答案 D
解析 A项,由于空气中的氧气含量较少,所以铁丝在干燥的空气中不能剧烈燃烧,只有在纯氧中才能剧烈燃烧;B项,铁跟盐酸发生置换反应,放出氢气,同时生成氯化亚铁(FeCl2),而不是氯化铁(FeCl3);C项,铁丝跟硫酸铜反应置换出铜,所看到铁丝表面的红色物质是铜,不是铁锈;D项,刀片、枪筒表面发蓝色光泽的物质就是经过烤蓝加工得到的致密氧化膜,用以防止刀片、枪筒生锈。
题组二 铁的冶炼
4.高炉炼铁中生成铁的反应一定是( )
A.氧化还原反应B.置换反应
C.复分解反应D.分解反应
答案 A
5.炼铁时,加入石灰石的作用是( )
A.石灰石能降低氧化铁的熔点
B.石灰石能改变生铁的性能
C.石灰石能促进氧化铁的还原
D.石灰石用于除去铁矿石中的二氧化硅
答案 D
6.硅在自然界中只以化合态形式存在,如铁矿石中的硅主要以脉石(SiO2)的形式存在。
炼铁时为了除去脉石,向炼铁高炉中加入石灰石。
该过程不可能涉及的化学反应是( )
A.CaCO3
CaO+CO2↑
B.2FeO+Si
2Fe+SiO2
C.SiO2+3C
SiC+2CO↑
D.CaO+SiO2
CaSiO3
答案 B
考点二 铁及其重要化合物
1.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化合价
+2
+3
+2,+3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与非氧化
性酸反应
的离子方
程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
2.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
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热
分解
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱溶液反应
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的
关系
在空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色絮状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
3.亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+既有__________性,又有__________性,Fe2+与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为_________________________________________________,________________________________________________________________________。
(2)铁盐
①氧化性:
含有Fe3+的溶液呈______色,Fe3+具有氧化性,Fe3+与Cu反应的离子方程式为__________________________________。
②特性:
含有Fe3+的盐溶液遇到________时变成血红色。
③易水解:
FeCl3滴入沸水中的化学方程式:
________________________________________________________________________。
答案
(1)氧化 还原 Zn+Fe2+===Zn2++Fe 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(2)①棕黄 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ ②KSCN ③FeCl3+3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3HCl
4.“铁三角”的转化关系
完成下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+的转化条件。
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:
H2S+2Fe3+===S↓+2Fe2++2H+。
(2)将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液中,溶液变蓝:
2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。
(3)用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔:
Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。
(4)将H2O2滴入到酸性FeCl2溶液中:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(5)将FeCl2溶液滴入到HNO3溶液中,有无色气体放出:
3Fe2++NO
+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O。
题组一 铁的重要化合物的性质
1.下列物质不能通过化合反应得到的是( )
A.Fe(OH)3B.Fe(OH)2
C.CuOD.Fe3O4
答案 B
解析 不溶于水的氧化物,不能与水反应制取相应的氢氧化物,如Fe2O3不溶于水,不能与水化合生成Fe(OH)3,但反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3为化合反应。
2.铁是日常生活中使用最广泛的金属,下列关于铁的一些说法正确的是( )
A.Fe2O3
FeCl3(aq)
无水FeCl3,在给定的条件下能实现转化
B.铁是较活泼的金属,它与卤素单质(X2)反应的生成物均为FeX3
C.Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,说明稳定性:
Fe(OH)2 D.Fe3O4溶解于盐酸既有FeCl2生成又有FeCl3生成,故Fe3O4属于混合物 答案 C 解析 A项,FeCl3易水解,加热时不能得到无水FeCl3;B项,铁与碘化合时,生成FeI2,错误;D项,Fe3O4是纯净物。 题组二 Fe2+与Fe3+的转化及应用 3.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稀硝酸 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液 A.①②③B.①③④C.②④⑤D.②⑤⑥ 答案 D 解析 要实现Fe2+转化为Fe3+,必须加强氧化性物质,②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性,⑥NO 在酸性条件下才表现强氧化性。 4.在FeCl3、CuCl2混合溶液中,加入一定量的铁屑,反应完全后将固体滤出,下列说法中正确的是( ) A.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+ B.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,可能含Cu2+和Fe3+ C.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe3+和Fe2+,一定不含Cu2+ D.若滤出的固体中含有铁和铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+和Fe3+ 答案 D 解析 氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+,加入铁粉后有固体剩余,Fe3+一定不存在;若剩余固体全部都是Cu,溶液中可能有Cu2+,也可能恰好被完全置换;若剩余固体是Cu和Fe,则溶液中不可能有Cu2+。 5.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 解析 向稀HNO3中加入铁粉,开始时稀HNO3过量应生成Fe3+,随着加入铁粉量的增加,HNO3反应完全后,发生反应2Fe3++Fe===3Fe2+,最后Fe3+全部转化为Fe2+。 题组三 Fe2+、Fe3+的离子共存问题 6.下列各离子组能大量共存的是( ) A.Fe3+、NH 、H+、SO B.Fe3+、Br-、Na+、I- C.Fe2+、AlO 、Na+、NO D.Fe3+、HCO 、NH 、NO 答案 A 解析 B项中Fe3+与I-易发生氧化还原反应不能大量共存;C项中Fe2+与AlO 发生双水解反应不能大量共存;D项中Fe3+与HCO 发生双水解反应不能大量共存。 7.下列离子在指定溶液中能大量共存的是( ) A.1.0mol·L-1的KNO3溶液: H+、Fe2+、Cl-、SO B.1.0mol·L-1的FeCl2溶液: NO 、Na+、K+、ClO- C.使酚酞变红的溶液中: Na+、Cl-、SO 、Fe3+ D.酸性溶液中: NO 、SO 、Fe3+、Mg2+ 答案 D 解析 A项中KNO3在酸性条件下能氧化Fe2+;B项中ClO-能氧化Fe2+;C项中Fe3+在碱性条件下生成沉淀,只能存在于酸性较强的溶液中。 题组四 Fe2+、Fe3+的检验(加试) 8.下列有关物质检验方法不合理的是( ) A.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显血红色,该溶液中一定含有Fe2+ B.用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2 C.检验绿矾晶体是否已氧化变质,可将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液,再观察溶液是否变血红色 D.向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+ 答案 B 解析 B项中的Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色。 9.硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上作补血剂。 某课外小组的同学欲测定该补血剂中铁元素的含量。 实验步骤如下: 请回答下列问题: (1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加____________,该过程的现象为 ________________________________________________________________________。 (2)步骤②加入过量H2O2的目的是_________________________________________。 (3)步骤③中反应的离子方程式是__________________________________________。 (4)若实验中铁无损耗,则每片补血剂中含铁元素的质量为__________g。 答案 (1)氯水(或双氧水、稀硝酸等合理氧化剂) 溶液由浅绿色变为血红色 (2)将Fe2+全部氧化为Fe3+ (3)Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓ [或Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH ] (4)0.07a 解析 (1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加氯水或双氧水、稀硝酸等,若滤液由浅绿色变为血红色,则说明滤液中含有Fe2+。 (2)由于H2O2具有氧化性,加入过量H2O2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+。 (3)步骤③的目的是将Fe3+全部转化为Fe(OH)3,所以步骤③需加入过量的NaOH溶液(或氨水),反应的离子方程式是Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓[或Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH ]。 (4)由于实验中铁无损耗,根据铁元素守恒得,每片补血剂中m(Fe)= ÷10=0.07ag。 题组五 Fe(OH)2的制备实验探究(加试) 10.Fe(OH)2在空气中极易被氧化,而使实验室制取存在一定困难,人们尝试用多种方法来制得白色的Fe(OH)2沉淀。 (1)方法一: 用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的NaOH溶液反应制备。 ①配制FeSO4溶液时,除在蒸馏水中加入硫酸亚铁晶体外还需加入________________________________________________________________________。 ②除去蒸馏水中溶解的O2常采用________________的方法。 (2)方法二: 用电解法制Fe(OH)2,实验装置如图所示: ①电解时,电解质溶液应选用下列试剂中的__________(填字母)。 A.氯化钠溶液B.稀硫酸 C.硫酸铜溶液D.碳酸钠溶液 ②电解时阴极的电极反应式为___________________________________________。 ③电解质溶液表面覆盖一层苯所起的作用是 ________________________________________________________________________。 (3)方法三: 如图装置, 先打开止水夹,反应一段时间后关闭止水夹,右侧试管内可见到白色沉淀。 ①该法可使沉淀的白色维持较长时间,其原因是 ________________________________________________________________________。 ②若该装置不漏气而操作不当,在右侧试管中得不到沉淀,其原因是________________________________________________________________________。 答案 (1)①稀H2SO4、铁屑 ②煮沸 (2)①A ②2H2O+2e-===H2↑+2OH-(或2H++2e-===H2↑) ③隔绝空气,防止氢氧化亚铁被氧化 (3)①试管内充满了氢气,外界空气不易进入 ②过早关闭止水夹,将左侧试管未反应完的硫酸压入右侧试管中,将氢氧化钠溶液中和了 解析 (1)由于Fe2+容易被氧化,配制时应加入铁屑;由于Fe2+容易水解,配制时应加入H2SO4。 通过加热煮沸可以除去水中的溶解氧。 (2)利用电解法制备Fe(OH)2,其阳极为Fe放电,阴极为H+放电,电解质溶液应选择NaCl溶液;如果选择硫酸铜溶液,则阴极为Cu2+放电,同时生成FeSO4;若选择碳酸钠溶液,则产品中混有FeCO3。 (3)利用Fe与稀硫酸反应产生的氢气将装置中的空气排除,但是注意待Fe与稀硫酸全部反应完毕才能关闭止水夹,否则硫酸被压入右侧试管得不到Fe(OH)2。 1.常见的不能与Fe2+、Fe3+大量共存的离子 (1)Fe3+与HCO 、AlO 、CO 、ClO-等离子相互促进水解不能大量共存。 (2)Fe2+能被NO (H+)、ClO-、MnO (H+)氧化,不能大量共存。 (3)Fe3+能氧化S2-、I-、HS-、SO 等离子,不能大量共存。 2.检验Fe2+、Fe3+的常用方法 (1)用KSCN溶液和氯水 (2)用NaOH溶液 溶液 (3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验 溶液变血红色,说明含有Fe3+ KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+ 3.检验Fe2+和Fe3+时的注意事项 (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-)。 (2)Fe3+、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)。 (3)检验Fe2+、Fe3+的其他方法 ①检验Fe2+最好、最灵敏的试剂是铁氰化钾K3[Fe(CN)6]: 3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色)。 ②检验Fe3+也可用苯酚(C6H5OH),在FeCl3溶液中滴加苯酚,溶液显紫色。 考点三 铜单质的性质及金属冶炼 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____________。 有关化学方程式为 ________________________________________________________________________。 ②写出下列化学方程式: 铜在空气中加热: _______________________________________________________; 铜丝在硫蒸气中反应: __________________________________________________。 答案 ①铜锈 2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3 ②2Cu+O2 2CuO 2Cu+S Cu2S 2.铜的重要化合物 (1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜,是铜绿、孔雀石的主要成分,受热分解可生成黑色的氧化铜,化学方程式: Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2↑+H2O,可溶于稀硫酸,离子方程式: Cu2(OH)2CO3+4H+===2Cu2++CO2↑+3H2O。 (2)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O,化学方程式为4CuO 2Cu2O+O2↑。 (3)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末,化学方程式为CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O。 (4)红色的Cu2O与稀硫酸反应,溶液变蓝,同时生成红色的单质铜,离子方程式为Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O。 3.铜的冶炼“三方法” 铜在自然界中以化合态的形式存在于矿石中。 常见的铜矿石有: 黄铜矿(主要成分CuFeS2)、斑铜矿(主要成分Cu5FeS4)、辉铜矿(主要成分Cu2S)、孔雀石[主要成分CuCO3·Cu(OH)2]。 (1)湿法炼铜: Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。 (2)高温炼铜: 工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜): 2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣) 2Cu2S+3O2 2Cu2O+2SO2 2Cu2O+Cu2S 6Cu+SO2↑ 粗铜中铜的含量为99.5%~99.7%,主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质,粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%~99.98%的铜。 (3)生物炼铜: “吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性,并能利用空气中的氧气氧化硫化铜矿石,然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。 生物炼铜的优点: a.成本低;b.污染小;c.反应条件简单;d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。 4.金属冶炼方法 (1)热分解法冶炼金属 例如: 2HgO 2Hg+O2↑,2Ag2O 4Ag+O2↑。 用热分解法冶炼金属的特点: 金属元素的金属性弱,金属元素的原子不易失去电子,其金属离子容易得到电子,该金属元素所形成的化合物稳定性较差。 (2)热还原法冶炼金属 ①焦炭还原法。 例如: C还原ZnO、CuO,其化学方程式依次为C+2ZnO 2Zn+CO2↑,C+2CuO 2Cu+CO2↑。 ②一氧化碳还原法。 例如: CO还原Fe2O3、CuO,其化学方程式依次为3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2,CO+CuO Cu+CO2。 ③氢气还原法。 例如: H2还原WO3、Fe3O4,其化学方程式依次为3H2+WO3 W+3H2O,4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O。 ④活泼金属还原法。 例如: Al还原Cr2O3、V2O5,其化学方程式依次为2Al+Cr2O3 Al2O3+2Cr,10Al+3V2O5 6V+5Al2O3。 (3)电解法冶炼金属 例如: 电解Al2O3、MgCl2、NaCl,其化学方程式依次为2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑,MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑,2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑。 题组一 金属冶炼原理的考查 1.下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是( ) 金属 存在形式 冶炼方法 A 金 游离态 金子比沙子密度大,利用水洗法直接分离 B 银 化合态 银的金属性弱,用加热Ag2O的方法冶炼 C 铁 化合态 用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物 D 钠 化合态 钠的金属性强,一般还原剂很难将其还原出来,所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼 答案 D 解析 钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取,而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。 2.下列关于金属的一些说法不正确的
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