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第5讲铁铜学生
第五讲铁和铜及其化合物学生
第一部分:
关于铁的知识
一、Fe的原子结构特点
Fe:
原子序数26,位于元素周期表中第四周期第VIII族。
原子结构示意图:
如右图
电子排布式:
1s22s22p63s23p63d64s2
轨道表示式:
略
Fe在地壳中含量较多,均以化合态存在,游离态的Fe可以在陨铁中找到。
(地壳中含量较多的元素:
O、Si、Al、Fe)
二、Fe的物理性质:
纯Fe有银白色的金属光泽,能导电,有良好的导热性,密度大,属于重金属,熔沸点高;铁能磁化,也易去磁,故常用于制作发电机和电动机的铁芯,铁的延展性较好,可塑性强,机械加工性能好,故铁成为应用最广泛,用量最多的金属。
含C较多(>2%)的铁,称为生铁,实为铁碳合金,它坚硬耐磨,但熔沸点显著降低,质脆,不能锻压。
生铁经过提炼,减去C的含量后再加入一些特殊材料如硅、锰、铬等,变成钢(含C为0.05~2.0%)。
钢有较高机械强度和韧性,还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能。
铁用途广泛,国防和战争更是钢铁的较量,钢铁的年产量代表一个国家的现代化水平。
对于人体,铁更是不可缺少的微量元素。
一个正常的成年人全身含有3g多铁,相当于一颗小铁钉的质量。
人体血液中的血红蛋白就是铁的配合物,它具有固定氧和输送氧的功能。
人体缺铁会引起贫血症。
只要不偏食,不大出血,成年人一般不会缺铁。
丰富来源:
动物血、肝脏、瘦肉、红糖、蛋黄、鱼、谷物、菠菜、扁豆、奶制品、蔬菜水果,此外用铸铁锅煮番茄或其它酸性食物,也可增添铁质。
但中国仍是严重缺乏铁的国家,主要集中在妇女、儿童和老人,科学补铁,必不可少!
另外:
煤气中毒(一氧化碳中毒),也是由于血红素中铁原子核心被一氧化碳气体分子紧紧地包围住,丧失了吸收氧分子的能力,使人窒息中毒而死亡。
三、Fe的化学性质:
Fe-2e-=Fe2+Fe-3e-=Fe3+
1、与非金属反应
铁和氧气反应:
(不同温度下可以生成FeO、Fe2O3、Fe3O4等)现象:
剧烈反应,火星四射,生成黑色固体,放出大量热。
一般集气瓶底要铺上一层细沙或加少量的水。
铁和氯气反应:
Fe+S
FeS(黑色固体)
Fe+I2
FeI2(不是FeI3)比较氧化性
2、与酸反应
a.与非氧化性酸(如稀盐酸、稀H2SO4等)的反应.
例如与盐酸的离子方程式:
b.但与Al类似,常温下,在浓硫酸和浓硝酸中,铁发生钝化。
加热:
Fe发生氧化还原反应:
2Fe+6H2SO4浓
Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O(浓硫酸足量时)
Fe+4HNO3浓
Fe(NO3)3+NO2↑+2H2O(浓硝酸足量时)
如果Fe足量,则生成亚铁盐,发生2Fe3++Fe=3Fe2+的反应。
讨论:
足量的铁和浓硫酸反应的产物,现象?
3、Fe与水蒸气高温下反应(与钠,镁,铝产物的不同)
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
4、与某些盐溶液反应
Fe+CuSO4=Cu↓+FeSO4
Fe+2AgNO3=2Ag↓+Fe(NO3)2
Fe+2FeCl3=3FeCl2
上述的离子方程式:
归纳:
铁的化学性质及在反应后的生成物中显+2价或+3价的规律如下;
四、工业炼铁
C+O2
CO2CO2+C
2CO
氧化铁与一氧化碳:
炉渣处理:
CaCO3
CaO+CO2↑(CO2是一种副产品)
CaO+SiO2(脉石)
CaSiO3(炉渣,可用于制水泥)
主要设备:
炼铁高炉(特点:
容量大,规模大。
如如我国宝钢高炉是4063立方米,日产生铁超过10000吨,炉渣4000多吨,日耗焦4000多吨。
小企业一般都是小高炉,高耗能高污染。
)
主要原料:
铁矿石、焦炭、石灰石、空气。
1.下列物质混合时,铁能溶解但无气体产生的是()
A.铁粉与盐酸B.铁屑与稀硫酸
C.铁粉与硫酸铜溶液D.铁钉浸入水中
2.铁和铁的合金是生活中常用的材料,下列说法正确的是( )
A.一定条件下,铁粉可与水蒸气反应
B.不锈钢是铁的合金,只含金属元素
C.铁与盐酸反应,铁的合金不与盐酸反应
D.在空气中,铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
3.2007年4月18日,辽宁清河特殊钢有限公司发生钢水包整体脱落,造成32人死亡、6人重伤的恶性事故。
下列关于铁的说法中,错误的是( )
A.较之于纯铁,钢是碳铁合金,其熔点要低一些
B.潮湿富氧的环境下,钢比纯铁更容易腐蚀
C.铁是第四周期,第ⅧB元素,属于过渡金属
D.土壤缺铁,可以加硫酸亚铁等予以补充
4.在Fe、Fe2+、Fe3+三种粒子中,具有相同的
A.质子数B.最外层电子数C.核外电子数D.电荷数
5.在化学反应:
3Fe+4H2O
Fe3O4+3H2↑中,H2O作A还原剂B氧化剂C催化剂D溶剂
6.物质的量相同的下列金属,分别跟足量盐酸完全反应产生氢气体积最多的是
A.钠B.铝C.镁D.锌
7.下列物质中,不属于合金的是
A.硬铝B.黄铜C.钢铁D.水银
8.下列铁的化合物中,铁的质量分数最高的是
AFeS2BFeOCFe2O3DFe3O4
五、Fe的重要化合物
铁的氧化物有三种:
氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁
FeO
Fe2O3(铁红)
Fe3O4(磁性氧化铁)
化合价
色、态
水溶性
均不溶于水
和弱氧化性酸反应
和强氧化性酸反应
3FeO+10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O
Fe2O3+6HNO3=2Fe(NO3)3+3H2O
3Fe3O4+28HNO3=9Fe(NO3)3+NO↑+14H2O
稳定性
空气中稳定
在空气中稳定
制备
高温熔融,过量的铁与O2反应:
2Fe+O2=2FeO
铁在氧气中燃烧
3Fe+2O2=Fe3O4
3.铁的氢氧化物:
氢氧化亚铁(Fe(OH)2)
氢氧化铁-Fe(OH)3
色态
水溶性
难溶于水
与酸反应
与强氧化酸反应
稳定性
制取
思考:
①实验中为什么要用新制的硫酸亚铁溶液?
②怎样才能使Fe2+溶液长时间保存?
③实验中为什么要将滴管尖端插入试管里溶液底部,慢慢挤出氢氧化钠溶液
Fe2+和Fe3+
Fe2+
Fe3+
颜色
(
化学性质
还原性:
Fe2+Fe3+
与碱反应:
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
水解性:
水溶液呈酸性
氧化性:
Fe3+Fe2+
与碱反应:
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
水解性:
水溶液呈酸性
检验
配制
注:
除去废水中的Fe2+方法:
先将Fe2+氧化成Fe3+,再调节pH值,是Fe3+以Fe(OH)3↓析出。
六、“铁三角”的转化关系及铁和铁的化合物转化关系(钠三角,
Fe(还原性)
还原剂
还原剂
较弱氧化剂
氧化剂
氧化剂
Fe3+(氧化性)
Fe2+(还原性为主)
还原剂
1.下列事实不能证明Fe3+有氧化性的是( )
A.电子工业上用FeCl3溶液腐蚀电路板上的铜
B.FeCl3溶液滴在淀粉KI试纸上,试纸变为蓝色
C.将KSCN溶液加入FeCl3溶液中,溶液变为血红色
D.将H2S气体通入FeCl3溶液中,产生淡黄色沉淀
2.(2010·西安名校联考)下列有关铁元素的叙述中正确的是( )
A.Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,说明稳定性:
Fe(OH)2 B.铁是较活泼的金属,它与卤素(X2)反应的生成物均为FeX3 C.氢氧化铁与氢碘酸反应: Fe(OH)3+3HI===FeI3+3H2O D.铁元素位于周期表的第四周期第ⅧB族 4.下列反应的离子方程式正确的是( ) A.硫酸铁溶液与氢氧化钡溶液反应: Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓ B.硫化钠溶液与氯化铁溶液反应: 2Fe3++3S2-===Fe2S3↓ C.过量的铁与很稀的硝酸溶液反应无气体放出: 4Fe+10H++NO ===4Fe2++3H2O+NH D.硫化氢气体通入氯化亚铁溶液: H2S+Fe2+===FeS↓+2H+ 6.将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等.则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是() A.2∶3B.3∶2C.1∶2D.1∶1 7.将Na2O2投入FeCl2溶液中,可观察到的现象是() A.生成白色沉淀B.生成红褐色沉淀 C.有气泡产生 D.无变化 8.把过量的氯气通入FeBr2溶液中反应后生成物是() A.FeCl2B.FeCl3和Br2C.FeCl2和Br2D.FeCl3和FeBr3 第二部分: 关于铜的化学知识 一、单质铜的性质 铜: 铜比铁更早地被人类所冶炼利用,人类经历了石器时代――青铜器时代――铁器时代。 铜是一种紫红色的金属,铜可形成多种合金。 黄铜呈金黄色,外貌似金(假金骗人),其实是铜锌合金,青铜是铜锡合金能导热。 铜电阻小,导电性比铁好,有延展性。 铜的使用寿命比较长,且铜易回收。 铜是一种有色金属,被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域,在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。 铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大,占总消费量一半以上。 用于各种电缆和导线,电机和变压器的绕阻,开关以及印刷线路板,集成电路板等。 在机械和运输车辆制造中,用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。 在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。 在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等,每生产100万发子弹,需用铜13--14吨。 在建筑工业中,用做各种管道、管道配件、装饰器件等。 可溶性铜盐(重金属盐)都有毒,主要因为铜离子能使蛋白质变性,失去生理活性。 重要化学性质 1、与非金属反应: 2Cu+O2 2CuO 2Cu+S Cu2S(硫化亚铜,黑色固体) Cu+Cl2 CuCl2 2、与强氧化性酸反应: (与铁对比) 铜与浓硫酸反应: (硫酸表现强氧化性和酸性,随着反应的进行,浓硫酸浓度越来越稀,反应停止) Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (离子反应: ) 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O (离子反应: ) ——铜片+硝酸盐+稀硫酸(盐酸)也能如上反应。 注: 铜不能与非氧化性的酸如HCl、稀硫酸发生置换H2的反应。 3、与某些盐溶液反应: Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag↓ Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2 二、铜的其他化合物知识 CuO: 黑色固体,不溶于水。 属碱性氧化物。 化学反应: 1、被还原成Cu: CuO+H2 Cu+H2O现象: 黑色固体变成红色固体,试管口有水珠生成。 (实验注意事项: 要先通一会儿氢气排除试管中的空气,结束后还要再通一会儿氢气,直到试管冷却,防止Cu又变成CuO,所以实际实验中要浪费很多氢气) CuO+CO Cu+CO2 2CuO+C 2Cu+CO2 3CuO+2Al Al2O3+3Cu 2、与酸反应生成铜盐: CuO+2H+=Cu2++H2O ※胆矾: CuSO4·5H2O,蓝色晶体,受热分解成白色粉末无水硫酸铜。 反应: CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O(探究实验: 测定硫酸铜晶体中的含水量) 白色硫酸铜粉末可以用来检验无水酒精中是否含有水。 (看是否白色变成蓝色) ※碱式碳酸铜: Cu2(OH)2CO3,俗名: 孔雀绿、铜绿等。 绿色固体。 化学性质: ①受热分解生成CuO和CO2和H2O。 Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2+2H2O ②与酸反应。 ※铜生锈: 铜在潮湿的空气中发生原电池效应,最后生成铜绿。 反应: ※铜的配合物离子: 深蓝色[Cu(NH3)4]2+、[Cu(OH)4]2-、[Cu(NH3)2]+ 1.在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的溶液中加入适量锌粉,首先置换出的是() A.MgB.CuC.AgD.H2 2.CuS和Cu2S都能溶于硝酸,它们高温灼烧的产物相同,以下鉴别CuS和Cu2S两种黑色粉末的方法合理的是() A.将两种样品分别溶于硝酸,区别反应快慢 B.将两种样品分别溶于硝酸,区别溶液的颜色 C.取两种同质量的样品分别在高温灼烧,区别残留固体的质量 D.取两种同质量的样品分别在高温灼烧,区别残留固体的颜色 3.在一定条件下可实现下图所示物质之间的变化 请填写以下空白: (1)孔雀石的主要成份是CuCO3·Cu(OH)2(碱式碳酸铜)受热易分解。 上图中的F是 (2)写出明矾溶液与过量的NaOH溶液反应的离子方程式 (3)图中所得G和D都为固体混合后,在高温下可发生反应写出该反应化学方程式 4、(2009福建高考)能实现下列物质间直接转化的元素是 A.硅 B.硫 C.铜 D.铁 (2)化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉淀在镀件表面形成的镀层。 ①若用铜盐进行化学镀铜,应选用(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。 5、(2011山东高考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、Fe Cl3、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 6.(2011重庆)下列叙述正确的是 A.Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同 B.K、Zn分别与不足量的稀硫酸反应所得溶液均呈中性 C.Li、Na、K的原子半价和密度随原子序数的增加而增大 D.C、P、S、Cl的最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强 7(2011上海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 8(2011上海8)高炉炼铁过程中既被氧化又被还原的元素是 A.铁B.氮C.氧D.碳 9(2012海南∙10)下列叙述错误的是 A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱 B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈 C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液 D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀
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