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上海普陀高考补习班最好的高中补习班高三化学铁铜及其化合物知识点讲解
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铁铜及其化合物
教学目标:
1.掌握铁铜及其化合物的化学性质
2.掌握Fe3+的氧化性及Fe3+的检验方法,认识Fe3+和Fe2+之间的相互转化
3.掌握Fe(OH)3的制备方法及其受热分解
高考考点:
1.铁的物理性质(A)
2.铁的化学性质(B):
(1)铁与氧气、硫、氯气、盐酸、硫酸铜溶液、水的反应
(2)铁在浓硫酸中的钝化现象
3.铁合金及其用途(A):
(1)合金的概念及其优良特点
(2)铁合金的性能及其用途
知识精要:
一.铜及其重要化合物的性质
1.铜单质
铜具有与众不同的紫红色光泽,质地较硬,密度大,熔沸点高,延展性、导电、导热性较好。
铜的化学性质不活泼,常温下在干燥的空气里很稳定,但在潮湿的空气中铜表面生成一层碱式碳酸铜,俗称铜绿。
铜绿不稳定,加热易分解:
Cu2(OH)2CO3
2CuO+H2O+CO2↑
碱式碳酸铜不溶于水但可溶于酸生成对应的铜盐:
在高温下,铜能跟空气里氧气反应:
2Cu+O2
2CuO
铜丝灼烧后伸入盛有氯气的集气瓶中,剧烈反应,铜丝红热,生成大量棕黄色的盐:
Cu+Cl2
CuCl2
铜丝伸入硫蒸气,在高温条件下反应,铜丝红热,生成黑色的硫化亚铜:
2Cu+S
Cu2S
铜跟稀酸不反应,但是可以与硝酸、浓硫酸等氧化性酸反应:
Cu+4HNO3(浓)→Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)→3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+2H2SO4
CuSO4+SO2↑+2H2O
2.铜的重要化合物
氧化铜加热到800℃,会分解为氧化亚铜与氧气:
4CuO
2Cu2O+O2↑
氧化亚铜是一种红色固体,遇酸发生歧化反应:
3.Cu2+的检验
向硫酸铜溶液中逐滴加入氨水至过量,开始时出现少量蓝色沉淀,继而沉淀溶解,溶液变为深蓝色,为四氨合铜离子:
Cu2++4NH3.H2O→[Cu(NH3)4]2++4H2O
4.铜的精炼
依据粗铜精炼原理分析,粗铜做阳极,电极为C,精铜做阴极,电解质溶液为含铜离子的电解质溶液:
粗铜做阳极,电极为C,电极反应为:
Cu-2e-→Cu2+,
精铜做阴极,电极为C,电极反应为Cu2++2e-→Cu,
二.铁元素的原子结构与自然界的存在
铁元素位于周期表周期族,其最外层电子排布式为,原子结构示意图为,在自然界中主要以形式存在,如磁铁矿(主要成分为)、赤铁矿(主要成分为)、菱铁矿(主要成分是)、黄铁矿(主要成分是)、钛铁矿(主要成分是)等。
三.铁的性质
1.物理性质:
银白色光泽、密度大,熔沸点高,延展性、导电、导热性较好、能被磁铁吸引。
思考:
纯铁抗蚀能力特别强,而我们常见的铁并非如此,为什么?
2.化学性质:
铁是的金属,通常显+2、+3价
(1)与非金属单质反应
①与O2反应:
②与Cl2反应:
③与S反应:
(2)与水反应
①与水蒸汽反应
②常温下,铁与水不起反应,但潮湿的空气里,铁易被腐蚀,形成铁锈。
(3)与酸反应
①非氧化性酸(如稀硫酸、盐酸)
现象:
反应离子方程式。
②氧化性酸:
常温下,铁遇浓硫酸、浓硝酸会。
a.与过量稀HNO3反应
b.过量的Fe与稀HNO3反应
c.与浓HNO3共热
(4)与盐溶液反应
①与CuSO4反应
②与FeCl3反应
思考:
铁与其他物质反应时,何时生成+2价铁的化合物?
何时生成+3价铁的化合物?
四.铁的化合物
1.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
名称(俗名)
色、态
溶解性
都难溶于水
金属价态
与HCl反应
与HNO3反应
与HI反应
与
还
原
剂
(高温)
H2
CO
Al
稳定性
用途
-------
颜料、催化剂
录音磁带和电讯器材
2.铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
名称
物理
性质
色、态
水溶性
酸碱性
与酸
反应
盐酸
硝酸
稳定性
实验室制备
思考:
①如何避免制取Fe(OH)2时Fe2+被氧化变质?
②如何制备氢氧化铁胶体?
3.Fe2+、Fe3+的性质及检验
(1)Fe2+的性质
①水溶液是色
②与KSCN溶液,再滴则变红。
③与OH-反应现象:
→→
反应方程式:
、
④既有又有,但主要体现。
Fe2+可被强氧化剂(如)可将Fe2+氧化成Fe3+。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
(2)Fe3+的性质
①水溶液是色
②与KSCN溶液,反应方程式
③与OH-反应现象:
反应方程式:
④只有性,Fe3+可被还原剂(如)可将Fe3+还原成Fe2+。
⑤Fe3+有较强水解能力。
水解方程式为:
思考:
①能用加热蒸发FeCl3溶液得获得FeCl3固体吗?
Fe2(SO4)3呢?
②Fe3+与CO32-、S2-能共存吗?
(3)Fe2+、Fe3+的检验
①检验Fe2+的方法:
a.KSCN法:
先滴加KSCN溶液,若溶液不显血红色,再滴加氯水,若溶液显血红色。
说明原溶液中有Fe2+。
b.碱液法:
现象
②检验Fe3+的方法
a.KSCN法:
现象
b.碱液法:
现象
c.苯酚法:
现象
巩固练习:
1.铁及其合金在生产、生活中应用广泛。
下列关于铁及其合金的说法中正确的是()
A.铁是地壳中含量最丰富的金属元素
B.不锈钢的抗腐蚀性好,可用于制造医疗器械
C.铁丝能在氧气中剧烈燃烧、火星四射,生成氧化铁
D.铁生锈是铁与空气中的氮气、水发生缓慢氧化的过程
2.下列关于铁的叙述正确的是( )
①铁能被磁铁吸引,但纯铁易锈蚀;②在人体的血红蛋白中含有铁元素;③铁位于周期
表中的第四周期第ⅧB族;④铁能在氧气中剧烈燃烧,但不能在水蒸气中燃烧;⑤铁与
硝酸反应的产物仅是Fe(NO3)3;⑥不能通过化合反应生成FeCl2和Fe(OH)3
A.①③B.②④C.②⑤D.④⑥
3.检验下列物质X是否已部分被氧化变质,所选用的试剂Y正确的是()
选项
A
B
C
D
X
Na2SO3溶液
FeCl2溶液
NaI溶液
H2S溶液
Y
BaCl2溶液
KSCN溶液
淀粉试液
NaOH溶液
4.铜粉放入稀硫酸溶液中,加热后无明显变化,但加入某盐一段时间后,发现铜粉质量
减少,溶液呈蓝色,该盐可能是()
A.FeCl3B.Na2CO3C.KNO3D.FeSO4
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()
A.有强氧化性,可消毒杀菌,还原产物能吸附水中杂质
B.有强还原性,可消毒杀菌,氧化产物能吸附水中杂质
C.有强氧化性,能吸附水中杂质,还原产物能消毒杀菌
D.有强还原性,能吸附水中杂质,氧化产物能消毒杀菌
6.能正确表示下列反应的离子方程式的是( )
A.将铁粉加入稀硫酸中:
2Fe+6H+→2Fe3++3H2↑
B.将磁性氧化铁溶于盐酸:
Fe3O4+8H+→3Fe3++4H2O
C.将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合:
Fe2++4H++NO→Fe3++2H2O+NO↑
D.将铜屑加入含Fe3+的溶液中:
2Fe3++Cu→2Fe2++Cu2+
7.已知Fe(NO3)2溶液中存在如下平衡:
Fe2++2H2O
Fe(OH)2+2H+,向溶液中逐滴加入稀盐酸时,溶液的颜色变化应该是()
A.绿色变深B.变棕黄色C.颜色变白D.无明显现象
8.把SO2通入Fe(NO3)3溶液中,溶液由棕黄色变为浅绿色,但立即又变为棕黄色,这时若滴入BaCl2溶液,会产生白色沉淀。
在上述一系列变化过程中,最终被还原的是()
A.SO2B.Cl-C.Fe3+D.NO3–
9.在FeSO4、CuSO4、Al2(SO4)3的混合溶液中通入适量H2S,产生的沉淀物是()
A.FeS和CuSB.FeSC.CuSD.Al2S3
10.久置空气中会发生颜色变化,但颜色变化不是由于与氧气反应引起的物质是()
A.氢氧化钠固体B.过氧化钠固体C.硫酸亚铁晶体D.苯酚晶体
11.测定CuSO4∙nH2O的结晶水含量,方法是:
称量样品→在坩埚中加热→冷却→称量无水盐。
若用相同方法测试下列晶体中的结晶水含量,可行的是()
A.Cu(NO3)2∙nH2OB.MgCl2∙nH2OC.MgSO4∙nH2OD.FeSO4∙nH2O
12.氢化亚铜(CuH)是一种不稳定物质,能在氯气中燃烧;也能与酸反应。
用CuSO4溶液和“某物质”在40~50℃时反应可产生它。
下列有关叙述中错误的是()
A.“某物质”具有还原性
B.CuH与盐酸反应,可能产生H2
C.CuH与足量的稀硝酸反应:
CuH+3H++NO3-→Cu2++NO↑+2H2O
D.CuH在氯气中燃烧:
CuH+Cl2→CuCl+HCl
13.为了测定某铜银合金成分,将30g合金完全溶于80mL13.5mol/L的浓硝酸中,待反应完全后,收集到0.3mol气体,并测得溶液中c(H+)是1mol/L。
假设反应后溶液体积仍为80mL,则合金中银的质量分数为()
A.36%B.66.3%C.78.7%D.96.6%
14.把铁与铜的混合物放入稀硝酸中,反应后过滤,把滤出的固体物质投入盐酸中无气体放出,则滤液中一定含有的金属盐是()
A.Cu(NO3)2
B.Fe(NO3)2
C.Fe(NO3)3
D.Fe(NO3)2和Cu(NO3)2
15.右图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程,以下有关说法正确的是()
A.该金属腐蚀过程为析氢腐蚀
B.正极为C,发生的反应为氧化反应
C.在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀
D.正极反应为:
O2+2H2O+4e→4OH—
Fe2+海水O2OH—
Fe
e
e
C
e
16.在由Fe、FeO和Fe2O3组成的混合物中加入100mL、2mol/L的盐酸,恰好使混合物完全溶解,并放出448mL气体(S.P.T),此时溶液中无Fe3+。
则下列判断正确的是()
A.混合物中三种物质反应时消耗盐酸的物质的量之比为1:
1:
3
B.反应后所得溶液中的Fe2+和Cl-的物质的量之比为1:
3
C.混合物中,FeO的物质的量无法确定,但Fe比Fe2O3的物质的量多
D.混合物中,Fe2O3的物质的量无法确定,但Fe比FeO的物质的量多
17.将3.6g铁铜混合粉末,投入100mLcmol/L的稀硝酸中,金属粉末与硝酸恰好完全反应(还原产物只有NO),向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液,充分反应后将沉淀过滤、洗涤、灼烧至恒重后称量为4.8g。
则c值可能为()
A.1.2B.1.75C.2.0D.2.4
18.向FeI2溶液中不断通入Cl2,溶液中I-、I2、IO3-、Fe2+、Fe3+等粒子的物质的量随
n(Cl2)∶n(FeI2)的变化可用下图简单表示,下列有关说法中正确的是()
A.粗线5、细线3分别代表n(Fe3+)、n(IO3-)随n(Cl2)∶n(FeI2)变化的情况
B.假设通入Cl2的过程中溶液的体积不变,则溶液的pH始终不变
C.当n(Cl2)∶n(FeI2)=6.5时,溶液中n(Cl-)∶n(IO3-)=13
D.当n(Cl2)∶n(FeI2)=1.2时,离子方程式可表示为2Fe2++10I-+6Cl2→5I2+2Fe3++12Cl-
19.黄铜矿是工业炼铜的主要原料,其主要成分为CuFeS2,现有一种天然黄铜矿(含少量脉石SiO2),为了测定该黄铜矿的纯度,某同学设计了如下实验:
现称取研细的黄铜矿样品1.15Og,在空气存在下进行煅烧,生成Cu、Fe2O3、FeO和SO2气体,实验后取d中溶液的1/10置于锥形瓶中,用0.O5mo1/L标准碘溶液进行滴定,初读数为0.00mL,末读数如右图所示。
(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2+21O2
8Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2
若CuFeS2中Fe的化合价为+2,反应中被还原的元素是(填元素符号);称量样品所用的仪器为。
(2)装置a的作用是。
A.有利于空气中氧气充分反应B.除去空气中的水蒸气
C.有利于气体混合D.有利于观察空气流速
(3)上述反应结束后,仍需通一段时间的空气,其目的是
。
(4)滴定时,标准碘溶液所耗体积为mL。
用化学方程式表示滴定的原理:
___________________________________________
(5)通过计算可知,该黄铜矿的纯度为。
(6)工业上利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、AI2O3)可制备Fe2O3。
选用提供的试剂,设计实验验证炉渣中含有FeO。
提供的试剂:
稀盐酸稀硫酸KSCN溶液KMnO4溶液NaOH溶液碘水
所选试剂为。
证明炉渣中含FeO有的实验现象为:
。
20.有同学研究从矿石开始到产出钢铁的工艺流程。
(1)将6.62g铁矿石样品投入足量的盐酸中完全溶解后过滤,滤渣中不含铁元素。
在滤液中加过量的NaOH溶液,充分反应,过滤、洗涤、灼烧得4.80gFe2O3。
求该铁矿石含铁的质量分数。
(2)现以该铁矿石为原料炼铁,若生产过程中铁元素损失4%,计算每生产1.00吨生铁(含铁96%),至少需要这种铁矿石多少吨?
(保留两位小数)
(3)取某钢样粉末28.12g(假设只含Fe和C),在氧气流中充分反应,得到CO2气体224mL(标准状况)。
计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比。
(4)再取三份不同质量的上述钢样粉末,分别加到100mL相同浓度的H2SO4溶液中,充分反应后,测得的实验数据如下表所示:
实验序号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
加入钢样粉末的质量/g
2.812
5.624
8.436
生成气体的体积/L(标准状况)
1.120
2.240
2.800
计算硫酸溶液的物质的量浓度
(5)若在实验Ⅱ中继续加入mg钢样粉末,计算反应结束后剩余的固体质量为多少?
(用含m的代数式表示)
课后练习:
1.在pH为4-5的环境中,Cu2+和Fe2+不水解,而Fe3+几乎完全水解。
工业上制CuCl2是将浓盐酸用蒸汽加热到80℃左右。
在漫漫加入粗氧化铜(含杂质FeO),充分搅拌使之溶解。
欲除去所得CuCl2溶液中的杂质离子,下列方法中可行的是()
A.加入HNO3将Fe2+氧化成Fe3+,再加水稀释至pH4-5
B.向溶液中通入Cl2,再加入CuO粉末调节至pH4-5
C.向溶液中通入Cl2,在通入NH3调节至pH4-5
D.向溶液中通入H2O2,再加入CuO粉末调节至pH4-5
2.为了证明(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(硫酸亚铁铵晶体)的成分中含有NH、Fe2+、SO和H2O,下列实验叙述中不正确的是( )
A.取少量硫酸亚铁铵晶体放入试管,加热,试管口有液体生成,则可证明晶体的成分中含有结晶水
B.取适量硫酸亚铁铵晶体溶于水,得浅绿色溶液,滴入2滴KSCN溶液,溶液不显红色,再滴入几滴新制氯水,溶液变为红色,则可证明晶体的成分中含有Fe2+
C.取适量硫酸亚铁铵晶体溶于水,加少量稀盐酸,无现象,再滴入几滴BaCl2溶液,有白色沉淀生成,则可证明晶体的成分中含有SO
D.取少量硫酸亚铁铵晶体放入试管,加浓NaOH溶液,加热,试管口湿润的蓝色石蕊试纸变红,则可证明晶体的成分中含有NH
3.某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,若向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如下图所示。
则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为( )
A.1∶1∶1B.1∶3∶1
C.3∶3∶8D.1∶1∶4
4.0.02molFeS2与一定浓度的硝酸完全反应,Fe元素和S元素全部转化为
和
,同时产生氮的氧化物(NO、NO2、N2O4)混合气体共0.25mol,该混合气体的平均相对分子质量可能是( )
A.30B.46C.50D.66
5.为了降低电子垃圾对环境构成的影响,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:
(1)第①步Cu与混酸反应的离子方程式为______________________________。
得到滤渣1的主要成分为_________________。
(2)第②步中加入H2O2的作用是_____________________,使用H2O2的优点是_________;调溶液pH的目的是____________________________________。
(3)简述第③步由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是________________________________
____________________________________________________________。
(4)由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O,设计了以下三种方案:
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。
(5)用滴定法测定CuSO4·5H2O含量。
取ag试样配成100mL溶液,每次取20.00mL,消
除干扰离子后,用cmol/LEDTA(H2Y2-)标准溶液滴定至终点,平均消耗EDTA溶液bmL。
滴定反应如下:
Cu2++H2Y2-→CuY2-+2H+。
写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式ω=_____________________________。
6.铁是人类生产和生活中必不可少的重要金属。
(1)自然界一共存在四种稳定的铁原子,分别是54Fe、56Fe、57Fe和58Fe,其中58Fe原子中子数与质子数之差为___________。
计算铁元素的近似相对质量的计算式为:
54×a1%+56×a2%+57×a3%+58×a4%,其中a1%、a2%……是指各同位素的____________________。
(2)铁原子中有_____种能量不同的电子,铁原子次外层的电子云有_____种不同的伸展方向。
(3)与铁同周期的主族元素中,最高价氧化物对应水化物中,碱性最强的化合物与酸性最强的化合物的化学反应方程式为________________________________。
(4)要用铁片、锌片、直流电源和导线完成铁片镀锌的实验,铁片应置于_________极,电解质溶液是____________________。
(5)高铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中使用的一种新型净水剂,它的氧化性比高锰酸钾更强,本身在反应中被还原为Fe3+,配平制取高铁酸钠的化学方程式:
___Fe(NO3)3+___NaOH+___Cl2→___Na2FeO4+___NaNO3+___NaCl+___H2O
高铁酸钠除了能消毒杀菌外,还能吸附水中的悬浮物,其原因是______________________。
(6)0.03mol的铁加到过量的HNO3中,加热,铁完全溶解,若生成NO、NO2的混和气体共1.12L(标准状况)。
将盛有此气体的容器倒扣在水中,通入标准状况下一定体积的O2,恰好使气体全部溶于水生成HNO3,则通入O2的体积________________L。
7.如图所示,将甲、乙两个装有不同物质的针筒用导管连接起来,将乙针筒内的物质压到甲针筒内,进行下表所列的不同实验(气体在同温同压下测定)。
试回答下列问题:
(1)实验1中,沉淀最终变为________色,写出沉淀变色的化学方程式_______________________________。
(2)实验2甲针筒内的现象是:
有___________生成,活塞________移动(填向外、向内、不)。
反应后甲针筒内有少量的残留气体,正确的处理方法是将其通入___________溶液中。
(3)实验3中,甲中的3mL气体是NO2和N2O4的混合气体,那么甲中最后剩余的无色气体是_______,写出NO2与H2O反应的化学方程式为_______________________________。
(4)实验4中,已知:
3Cl2+2NH3→N2+6HCl。
甲针筒出活塞有移动,针筒内有白烟产生外,气体的颜色变为____________。
最后针筒内剩余气体的体积约为________mL。
8.硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上作补血剂。
某课外小组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:
。
(3)步骤③中反应的离子方程式:
。
(4)步骤④中一系列处理的操作步骤:
过滤、、灼烧、、称量。
(5)若实验无损耗,则每片补血剂含铁元素的质量g。
(6)该小组有些同学认为用KMnO4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定。
(5Fe2++MnO4—+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O)
①实验前,首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO4溶液250mL,配制时需要的仪器除天平、玻棒、烧杯、胶头滴管外,还需。
②上述实验中的KMnO4溶液需要酸化,用于酸化的酸是。
a.稀硝酸b.稀硫酸c.稀盐酸d.浓硝酸
③滴定到终点时的颜色为色。
(3)正常人每天应补充14mg左右的铁。
其中绝大部分来自于食物。
如果全部通过服用含FeSO4·7H2O的片剂。
来补充铁,则正常人每天服需用含mgFeSO4·7H2O为片剂。
9.以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下(部分操作和条件略):
Ⅰ.从废液中提纯并结晶出FeSO4·7H2O。
Ⅱ.将FeSO4·7H2O配制成溶液。
Ⅲ.FeSO4溶液与稍过量的NH4HCO3溶液混合,得到含FeCO3的浊液。
Ⅳ.将浊液过滤,用90℃热水洗涤沉淀,干燥后得到FeCO3固体。
Ⅴ.煅烧FeCO3,得到Fe2O3固体。
已知:
NH4HCO3在热水中分解。
(1)Ⅰ中,
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