第二章常见无机物及其应用铁铜及其化合物.docx
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第二章常见无机物及其应用铁铜及其化合物
第二章常见无机物及其应用
第三节铁、铜及其化合物
【考纲扫描】
了解铁、铜及其化合物的主要性质及其应用。
【考纲解读】
1.铁三角(Fe、Fe2+、Fe3+相到转化)是本部分的重要知识点。
2.铁及其化合物在生产生活中的应用是考试的热点试题之一。
【知识梳理】
一、知识网络
二、铁单质性质
1.铁元素的存在
地壳中铁元素以1态存在,其含量居金属元素的第2位,其单质是目前世界上产量最高的金属。
2.物理性质
块状纯铁呈3色,粉末呈4色,能被磁铁吸引。
3.化学性质
(1)铁与与非金属反应
反应
方程式
现象
铁在氯气中燃烧
5
6
铁在氧气中燃烧
7
8
(2)铁与水蒸气反应
①化学方程式:
9
②反应装置:
如下图所示。
③反应条件:
铁与水蒸气反应,铁与常温下的水或热水10反应。
(3)铁与非氧化性酸反应
铁与非氧化性酸反应生成11和氢气,铁与盐酸(或硫酸)反应的离子方程式:
12
(4)铁与氧化性酸反应
常见的氧化性酸的有硝酸、浓硫酸。
铁与过量氧化性酸反应生成13,14产生氢气。
(5)铁与某些盐反应
铁与某些盐发生氧化还原反应:
如CuSO4、FeCl3等,其离子方程式分别为:
15;
16
三、铁的氧化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
——————————
17
18
颜色、状态
19
20
21
组成价态
22
23
24
分类
25
26
27
与盐酸反应
28
29
30
与还原剂反应
——————————
31
32
四、铁的氢氧化物
1.Fe(OH)2为33色固体,在空气中易被氧化,反应的方程式为:
34。
2.Fe(OH)3为35色固体,受热易分解,反应的方程式为:
36
五、铁盐和亚铁盐化学性质
1.与可溶性碱反应
两者分别与NaOH溶液反应的离子方程式:
37;38
2.铁盐的氧化性
铁盐能氧化许多还原性物质,如39等。
3.亚铁盐的还原性
亚铁盐能被强氧化剂氧化,如40等。
其中Cl2氧化Fe2+的离子方程式为:
41
六、Fe3+和Fe2+的检验
1.Fe3+的检验:
含Fe3+的溶液呈42色。
方法一:
加入KSCN溶液,溶液变为43色,离子方程式为44。
方法二:
加入45溶液,生成红褐色沉淀,离子方程式为:
46。
2.Fe2+的检验:
含Fe2+的溶液呈47色。
方法一:
在被检验的溶液中,滴加48溶液,无明显现象;再通入49(或滴加50),若溶液变成51色,说明有Fe2+存在。
离子方程式为52;53。
方法二:
待测液加入氢氧化钠溶液,现象为54,说明溶液中含有Fe2+。
七、铜及其化合物
1.铜是55色的固体,化学性质不活泼,不能与非氧化性酸(如稀盐酸、稀硫酸)反应,在一定条件下能与强氧化性酸(如硝酸、浓硫酸)反应。
2.CuO为56色固体,属于57溶于水的碱性氧化物。
3.Cu(OH)2为58色固体,属于59溶于水的弱碱,不稳定,受热易分解的方程式为:
60。
4.铜器用久后表面都会覆盖一层绿色的铜绿(铜锈),其主要成分的化学式为61。
5.CuSO4为62色粉末,常用来检验H2O的存在,与H2O结合成的CuSO4·5H2O是63色晶体,俗称64或65。
铜盐溶液都因能使蛋白质66而有毒。
【知识梳理自我校对】
1化合2二3银白4黑52Fe+3Cl2
2FeCl36产生棕黄色的烟73Fe+2O2
Fe3O48剧烈燃烧,火星四射,产生黑色固体。
93Fe+4H2O
Fe3O4+4H210不11Fe2+12Fe+2H+=Fe2++H2↑13Fe3+14不产生15Fe+Cu2+=Fe2++Cu;16Fe+2Fe3+=3Fe2+17铁红18磁性氧化铁19黑20红棕21黑22+223+324+2、+325碱性氧化物26碱性氧化物27复杂氧化物28FeO+2HCl=FeCl2+H2O29Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O30Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O31Fe2O3+3CO
2Fe+3CO232Fe3O4+4CO
3Fe+4CO233白344Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)335红褐362Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O37Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓;38Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓39金属(Zn、Fe、Cu)、I-、SO240Cl2、KMnO4、HNO341Cl2+2Fe2+=2Fe3++2Cl-42黄43血红44Fe3++3SCN-=Fe(SCN)345NaOH46Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓47绿48KSCN49Cl250氯水51血红52Cl2+2Fe2+=2Fe3++2Cl-;53Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3。
54产生白色沉淀,迅速变成灰绿色沉淀,最后变成红褐色沉淀。
55紫红56黑57难58蓝59难60Cu(OH)2
CuO+H2O。
61Cu2(OH)2CO362白63蓝64胆矾65蓝矾66变性
【要点精解】
一、铁三角转化关系
1.Fe
(1)Fe→
Fe与氧化剂反应生成
,氧化剂有:
Fe3+、Cu2+、I2、S、H+等。
如:
Fe+2Fe3+=3Fe2+;Fe+I2=FeI2。
(2)
→Fe
与还原剂反应生成Fe,还原剂有:
Al、Zn、C、H2、CO等。
如:
Zn+Fe2+=Zn2++Fe;2Al+3FeO
3Fe+Al2O3。
2.Fe
(1)Fe→
Fe与强氧化剂反应生成
,氧化剂有:
Cl2、HNO3、Br2、O2、浓硫酸等。
如:
2Fe+3Cl2
FeCl3;Fe+6HNO3(浓)=Fe(NO3-)3+3NO2↑+3H2O(少量铁)。
(2)
→Fe
与还原剂反应生成Fe,还原剂有:
Al、C、H2、CO等。
如:
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3;3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2
3.
(1)
→
与氧化剂反应生成
,氧化剂有:
KMnO4、Cl2、HNO3、Br2、O2、H2O2等。
如:
Cl2+2Fe2+=2Fe3++2Cl-;H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O。
(2)
→
与还原剂反应生成
,还原剂有:
Zn、Fe、Cu、S2-、SO2、SO32-、I-等。
如:
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+;2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++4H++SO42-
典例精析
(2011·北京东城区一模)一定量的铁粉在氯气中充分燃烧后,将所得固体完全溶于稀盐酸,制得溶液A。
(1)铁在氯气中燃烧的化学方程式是。
(2)推测A中可能含有的金属阳离子:
①只有Fe3+;②只有Fe2+;③。
甲同学为探究溶液的组成,实验如下:
实验步骤
实验现象
实验结论及反应离子方程式
取少量溶液A于试管中,加入KSCN溶液。
假设②不成立,假设①或③成立;
反应的离子方程式是。
(3)乙同学继续探究溶液A的组成。
查阅资料:
16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
实验过程:
另取少量溶液A于试管中,逐滴加入酸性KMnO4溶液,充分振荡,KMnO4紫色褪去。
实验结论:
(填写字母序号)。
a.可能有Fe2+b.可能无Fe2+c.一定有Fe2+
根据你选择的实验结论,简述理由:
。
答案:
(1)2Fe+3Cl2
2FeCl3
(2)③含有Fe3+和Fe2+
实验现象
实验结论及反应离子方程式
溶液呈红色
Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3
(3)a;因为还原性Fe2+>Cl-,逐滴加入的酸性KMnO4溶液,先将Fe2+氧化,而使KMnO4紫色褪去,故可能含有Fe2+。
b;溶液中可能无Fe2+,加入的酸性KMnO4溶液,将Cl-氧化,而使KMnO4紫色褪去。
解析:
(1)见答案
(2)Cl2将Fe氧化成Fe3+,若Fe过量,还有可能将Fe3+还原为Fe2+,因此A中的金属阳离子可能为Fe3+或Fe2+或两者的混合物。
用KSCN溶液检验Fe3+的现象是:
溶液变成血红色,离子方程式为:
Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3
(3)见答案。
典题训练
(2011年甘肃省河西五市部分普通高中高三第一次联考)下列物质不能通过化合反应直接制得的是
A.FeCl2B.NaHSO3C.Al(OH)3D.Fe(OH)3
答案:
C
解析:
发生的化合反应为:
2FeCl3+Fe=3FeCl2;Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3;4Fe(OH)2+O2+4H2O=4Fe(OH)3只有C不能。
二、用途广泛的金属材料
1.合金
(1)合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
(2)合金的特性
①合金的熔点一般比其各成分金属的熔点均低。
②合金的硬度比其各成分金属的硬度都大,强度和机械加工性能也比其各成分金属都要好。
③多数因形成原电池而耐腐蚀性减弱(不锈钢等例外)。
(3)常见的合金
①铜合金
青铜是我国使用最早的合金,常见的铜合金还有黄铜。
②
2.金属材料
(1)金属材料分为黑色金属材料(包括铁、锰、铬以及它们的合金)和有色金属材料。
纯金属因强度较低,较少作为结构材料,常见的金属制品一般为合金。
(2)钛被称为继铁、铝之后的第三金属。
(3)稀土元素被称为冶金工业的维生素。
3.金属的冶炼
(1)冶炼方法
(2)热还原法常用的还原剂:
C、CO、H2、Al等。
典例精析
细菌冶金又称微生物浸矿,是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。
它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等,以回收某些贵重有色金属和稀有金属,达到防止矿产资源流失,最大限度地利用矿藏。
仔细阅读上述材料,回答下列问题:
(1)下列有关细菌冶金的说法中不正确的是。
A.细菌冶金能充分利用资源和废物,能耗小。
B.细菌冶金不产生二氧化硫等有毒气体,环境污染少。
C.细菌冶金温度越高,化学反应速率越快,采矿效率越高。
D.推广细菌冶金体现了绿色化学理念,有利于经济可持续发展。
(2)氧化硫硫杆菌和聚硫杆菌能把矿石中的硫氧化成硫酸,写出硫与氧气及水反应生成硫酸的化学方程式:
__________。
(3)某贫矿中含黄铜矿(CuFeS2)1%,适用细菌法冶炼,最后经浸取、置换、萃取和电解等步骤可得到铜,设过程中铜的总利用率为90%,则368t这种矿物可冶炼铜多少千克?
答案:
(1)C
(2)2S+3O2+2H2O═2H2SO4(3)1152kg
解析:
(1)因细菌冶矿是在常温下进行的,故能耗低,A项正确;由于火法冶炼含硫矿会产生二氧化硫并难以回收,而细菌冶矿是在水溶液中进行的,不产生SO2,故B项正确;细菌由蛋白质构成,对环境的适应性差,超出了一定的温度范围,细菌就难以成活,故C项不正确;D项显然正确。
(2)只要找出反应物和生成物,并根据元素守恒和原子守恒将其配平即可。
(3)368t×1%×
×90%=1.152t=1152kg
典题训练
2008年9月25日“神舟”七号回天时,带回的材料之一是二硫化钼(MoS2),说明钼材料具有科研价值。
钼是银灰色的难熔金属,常见化合价为+6价、+5价、+4价,常温下钼在空气中很稳定,高于600℃时很快被氧化成三氧化钼(MoO3);辉钼精矿(主要成分为MoS2)是生产钼的主要原料。
制取过程包括氧化焙烧三氧化钼、钼粉和致密钼的制取等主要步骤,工艺流程图如下:
(1)辉钼精矿在600℃下进行氧化焙烧可转化为MoO3同时产生SO2气体,主要反应的化学方程式为。
(2)三氧化钼的制取为:
将焙砂(主要成分:
MoO3)用氨水浸出,与氨水反应生成钼酸铵[(NH4)2MoO4],反应的离子方程式为;该反应(填“是”或“不是”)氧化还原反应。
将所得钼酸铵[(NH4)2MoO4]溶液加热到55~650C,用盐酸调节至溶液的pH=2,搅拌析出多钼酸铵晶体[(NH4)2O·mMoO3·nH2O]。
为除去钙、镁、钠等杂质,将多钼酸铵重新溶于氨水形成钼酸铵,使氨挥发后生成仲钼酸铵晶体[(NH4)2O·7MoO3·4H2O],将仲钼酸铵晶体脱水、煅烧可得纯度为99.95%的三氧化钼(MoO3)。
(3)金属钼粉的生产:
工业上在管状电炉中用氢气分两步还原三氧化钼得到钼粉:
①在450~6500C下:
MoO3+H2═MoO2+H2O
②在900~9500C下:
MoO2+2H2═Mo+2H2O
某同学根据上述还原原理,认为还可用等还原剂还原MoO3得到钼粉。
(4)现有含MoS2质量分数为85%的某辉钼精矿100t,在空气中高温煅烧生成三氧化钼,转化率为90%,三氧化钼被还原生成钼的转化率为95%,计算理论上制得质量分数为95%的钼的质量为(Mo的相对原子质量为96)。
答案:
(1)2MoS2+7O2
2MoO3+4SO2
(2)MoO3+2NH3·H2O═2NH4++MoO42-+H2O;不是(3)CO
(4)45.9t
解析:
(1)根据题目提示可以很快写出该反应的化学方程式:
2MoS2+7O2=2MoO3+4SO2。
(2)MoO3+2NH3·H2O═2NH4++MoO42-+H2O。
(3)制取纯净的钼粉必须用气体还原剂还原三氧化钼,气体还原剂也可选用CO。
(4)m(MoS2)=100t×85%=85t,多步反应的转化率之积等于起始反应物的转化率,即在制备钼的过程中,二硫化钼的总转化率为90%×95%=85.5%,设该辉钼精矿理论上能制得95%的钼的质量为x,则有:
MoS2 ~ MoO3~ Mo
160 96
85t×90%×95% 95%×x
x=
=45.9t。
【感悟高考】
1.(2011·山东高考)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的混合溶液是阴极上依次析出Cu、Fe、Al
2.(2010·上海)由5molFe2O3、4molFe3O4和3molFeO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∶3B.3∶2C.3∶1D.2∶l
3.(2009·海南高考)用足量的CO还原13.7g某铅氧化物,把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中,得到的沉淀干燥后质量为8.0g,则此铅氧化物的化学式是
A.PbO B.Pb2O3 C.Pb3O4 D.PbO2
4.(2009·广东高考)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。
5.(2012海南化学卷)在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中,废液处理和资源回收的过程简述如下:
I:
向废液中投入过量铁屑,充分反应后分离出固体和滤液:
II:
向滤液中加入一定量石灰水,调节溶液pH,同时鼓入足量的空气。
己知:
Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38
回答下列问题:
(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为:
(2)过程I加入铁屑的主要作用是,分离得到固体的主要成分是,从固体中分离出铜需采用的方法是;
(3)过程II中发生反应的化学方程式为;
(4)过程II中调节溶液的pH为5,金属离子浓度为。
(列式计算)
6.(2012山东卷)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H2SO4b.稀HNO3c.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。
7.(2012新课程卷)铁是应用最广泛的金属,铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
(1)要确定铁的某氯化物FeClx的化学式,可利用离子交换和滴定地方法。
实验中称取0.54g的FeClx样品,溶解后先进行阳离子交换预处理,再通过含有饱和OH-的阴离子交换柱,使Cl-和OH-发生交换。
交换完成后,流出溶液的OH-用0.40mol·L-1的盐酸滴定,滴至终点时消耗盐酸25.0mL。
计算该样品中氯的物质的量,并求出FeClx中x的值:
(列出计算过程)
(2)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品,采用上述方法测得n(Fe)∶n(Cl)=1∶2.1,则该样品中FeCl3的物质的量分数为。
在实验室中,FeCl2可用铁粉和反应制备,FeCl3可用铁粉和反应制备;
(3)FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质,该反应的离子方程式为。
(4)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。
FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,其反应的离子方程式为;与MnO2—Zn电池类似,K2FeO4—Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为,该电池总反应的离子方程式为。
8.(2009·北京高考)
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处FeSO4·7H2O。
II将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°C热水洗涤沉淀,干燥后得到FeCO3固体。
V煅烧FeCO3,得到FeCO3固体。
已知:
NH4HCO3在热水中分解。
(1)I中,加足量的铁屑出去废液中的Fe2+,该反应的离子方程式是
(2)
II中,需加一定量硫酸,运用化学平衡原理简述硫酸的作用
(3)
III中,生成FeCO3的离子方程式是。
若FeCO3浊液长时间暴露在空气中,会有部分固体表面变为红褐色,该变化的化学方程式是。
(4)
IV中,通过检验SO42-来判断沉淀是否洗涤干净。
检验SO42-操作是是 。
(5)
已知煅烧FeCO3的化学方程式是4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2,现煅烧464.0kg的FeCO3,得到316.8kg产品,若产品中杂质只有FeO,则该产品中Fe2O3的质量是kg(摩尔质量/g·mol-1;FeCO3116Fe2O3160FeO72)
9.(2009·山东高考)孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3,还含少量Fe、Si的化合物。
实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O及CaCO3,步骤如下:
请回答下列问题:
(1)溶液A的金属离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+。
从下列所给试剂中选择:
实验步骤中试剂①为 (填代号),检验溶液A中Fe3+的最佳试剂为 (填代号)。
a.KMnO4 b.(NH4)2Sc.H2O2d.KSCN
(2)由溶液C获得CuSO4·5H2O,需要经过加热蒸发、 、过滤等操作。
除烧杯、漏斗外,过滤操作还用到另一玻璃仪器,该仪器在此操作中的主要作用是 。
(3)制备CaCO3时,应向CaCl2溶液中选通入(或先加入) (填化学式)。
若实验过程中有氨气逸出,应选用下列 装置回收(填代号)。
(4)欲测定溶液A中Fe2+的浓度,需要用容量瓶配制某标准溶液,定容时视线应 ,直到 。
用KMnO4标准溶液滴定时应选用 滴定管(填“酸式”或“碱式”)。
【考点精练】
1.(2011·河南省许昌新乡一模)以下几种由类推得出的结论正确的是
A.Fe3O4可以写成FeO·Fe2O3,Pb3O4也可以写成PbO·Pb2O3
B.Sn2+有强的还原性,Pb2+也有强的还原性。
C.Fe和Cl2直接化合能得到FeCl3,Cu和Cl2直接化合也能得到CuCl2
D.Na在空气中点燃后生成Na2O2,Li在空气中点燃后也生成Li2O2
2.(2011·苏州一中模拟)加热条件下,将24gCuO、Fe2O3的混合物与充足的CO完全反应,并将反应后的气体全部通入到澄清石灰水中,得到白色沉淀40g。
下列有关叙述中不正确的是
A.原混合物中CuO与Fe2O3物质的量的比为l︰l
B.反应后所得CO2的质量为40g
C.参加反应的CO的质量为11.2g
D.原混合物中CuO与Fe2O3的质量比为1︰2
3.(2011·河南信阳一模)在Fe2(SO4)3溶液中,加入ag铜,完全溶解后,再加bg铁,充分反应后得到cg残余固体,且a>c,则下列说法正确的是
A.残余固体是铜和铁B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+
C.将残余固体加入到稀H2SO4中,有气泡产生。
D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+
4.(2011·安徽省望江中学月考)下列物质中能与Fe3+反应,且反应中Fe3+作氧化剂的是
①SCN- ②Fe ③Fe2+ ④Cu ⑤I- ⑥OH-
A.①②④⑤ B.①②④ C.②④⑤ D.全部
5.(2010·西安模拟)汞合金是目前使用较多的补牙材料。
英国《新科学》杂志最近发表了一篇文章,对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑,汞合金补牙材料中除了水银外,还有锌、锡、铜等金属。
下列有关汞合金的说法中不正确的是
A.汞合金是一种具有金属特性的熔合物 B.汞合金的强度和硬度比锡的大
C.汞合金的熔点比汞的低 D.汞合金的毒性远低于汞的毒性
6.(2010·安徽名校联考)将一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入250mL1.8mol·L-1HNO3溶液中,当固体混合物完全溶解后,在标准状况下生成1.12LNO(假设HNO3的还原产物仅此一种),再向反应后的溶液中加入1.0mol·L-1的NaOH溶液,若要使铁元素完全沉淀下来,所加入的NaOH溶液体积最少应为
A.300mL B.400mL C.450mL D.500mL
7.(2011·东北三校高三一模)A、B、C、D、E是中学化学常见的5种化合物,其中A、B是氧化物。
单质X、Y是生活中常见的金属,相关
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