高中化学专题3从矿物到基础材料第二单元铁铜的获取及应用第2课时学案苏教版必修.docx
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高中化学专题3从矿物到基础材料第二单元铁铜的获取及应用第2课时学案苏教版必修
第2 铁、铜及其化合物的应用
[学习目标定位] 1.熟知铁、铜的化学性质,会分析Fe2+、Fe3+之间的相互转化,学会Fe3+的检验方法。
2.了解铁、铜及其化合物的应用。
一、铁、铜单质的性质
铁和铜是我们日常生活中经常接触到的金属材料。
根据以前学习过的有关知识,填写下表:
Fe
Cu
物理性质
不同点
纯净的铁是光亮的银白色金属,能被磁体吸引
铜是具有紫红色光泽的金属
相似点
具有延展性、导电性、熔点和沸点高、密度较大,导电能力:
Cu>Fe
化学性质
与O2反应
3Fe+2O2
Fe3O4(剧烈燃烧,生成黑色固体)
2Cu+O2
2CuO(红色固体变黑),该反应常用于除去混合气体中的氧气
与S反应
Fe+S
FeS
2Cu+S
Cu2S
与Cl2反应
2Fe+3Cl2
2FeCl3(剧烈燃烧,产生棕黄色的烟)
Cu+Cl2
CuCl2(剧烈燃烧,产生棕色的烟)
与盐酸反应
Fe+2H+===Fe2++H2↑
不反应
与氧化性酸反应
①常温时在浓硫酸和浓硝酸中被钝化
②与氧化性酸反应不生成氢气
①与浓硫酸加热时反应
②与硝酸常温时即反应,反应不生成氢气
与盐溶液的反应
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
Cu+2AgNO3===2Ag+Cu(NO3)2
铁、铜单质的性质
1.铁是比较活泼的金属,铜是不活泼金属,两者均具有还原性,且还原性Fe>Cu。
2.Fe、Cu都有变价,所以反应后的产物与氧化剂的强弱及反应条件有关。
(1)
(2)
u
Cu
u
提醒
(1)Fe和Cl2反应生成FeCl3、Fe和S反应生成FeS,反应产物与Fe和Cl2(或S)的用量无关。
Cu和Cl2反应生成CuCl2,Cu和S反应生成Cu2S,反应产物与Cu和Cl2(或S)的用量也无关。
(2)Fe与水蒸气反应:
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2,Cu在潮湿空气中形成“铜绿”的反应:
2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3。
例1 下列物质反应后一定有+3价铁生成的是( )
A.过量的Fe与Cl2反应
B.Fe与过量稀硫酸反应
C.CuCl2溶液中加入过量Fe
D.足量Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
答案 A
解析 A项,Cl2氧化性强,它能将铁氧化为+3价,由于不是在溶液中反应,因此过量的铁不会将氯化铁还原;B项,Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2+;C项,在溶液中Fe3+被Cu2+氧化为Fe2+;D项,首先Fe与盐酸反应生成FeCl2、Fe2O3与盐酸反应生成FeCl3,但题中未给出反应物间相对量的关系,若铁是足量的,则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。
二、铁、铜重要化合物的性质及应用
1.根据价态铁的氧化物有三种,分别是FeO、Fe2O3、Fe3O4。
它们都是不溶于水的碱性氧化物,都能与酸反应生成盐和水。
从铁元素的化合价分析可知,铁的三种氧化物具有的共同性质是具有氧化性,都能被Al、H2、CO等还原为单质铁。
如Fe2O3与Al反应的化学方程式是Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3,Fe2O3与CO反应的化学方程式是Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2。
2.足量的铁粉与盐酸反应的离子方程式是Fe+2H+===Fe2++H2↑,向反应后的溶液中加入KS溶液,现象是溶液无明显变化;铁丝在氯气中燃烧的化学方程式是2Fe+3Cl2
2FeCl3,若将反应生成的棕色固体加水溶解再加入KS溶液,现象是溶液变为血红色。
3.在盛有氯化铁溶液的试管中,先加入KS溶液,再加入铁粉,现象是溶液先变血红色后血红色褪去,反应的离子方程式是Fe3++3S-===Fe(S)3,2Fe3++Fe===3Fe2+;若再向反应后的溶液中加入新制氯水,现象是溶液又变为血红色,反应的离子方程式是2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
4.在试管中加入浅绿色的氯化亚铁溶液,再加氢氧化钠溶液,观察到的现象是有白色沉淀生成,立即变为灰绿色,最后变为红褐色,反应的化学(或离子)方程式是Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓,4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3。
5.在试管中加入棕黄色的氯化铁溶液,再加入氢氧化钠溶液,观察到的现象是产生红褐色沉淀,反应的离子方程式是Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓。
6.将FeCl3溶液滴到印刷电路板上,反应的离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
7.铁及其化合物的应用
(1)维持生命活动不可缺少的微量元素。
(2)Fe2O3用作颜料,FeCl3、Fe2(SO4)3用作净水剂,Fe3O4作磁性材料。
8.铜及其化合物的应用
(1)铜可用于制作导线、水管、电器仪表等。
(2)铜盐可杀菌。
1.Fe2+、Fe3+、Fe之间的相互转化关系
(1)Fe只具有还原性。
可被弱氧化剂(H+、S、I2、Cu2+、Fe3+等)氧化成Fe2+,被强氧化剂(Cl2、Br2、O2、HNO3等)氧化成Fe3+。
(2)Fe2+既有氧化性又有还原性。
可被强氧化剂[Cl2、O2、Br2、H2O2、HNO3、浓H2SO4、KMnO4(H+)等]氧化为Fe3+;可被还原剂(Al、Zn、CO、C等)还原为Fe。
(3)Fe3+只具有氧化性,可被还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2+,被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。
2.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)Fe3+检验:
取少量溶液于试管中,滴加KS溶液,溶液变成血红色。
(2)Fe2+检验:
取少量溶液于试管中,滴加KS溶液,溶液不变色,再滴加氯水或双氧水,溶液变成血红色。
(3)含Fe2+和Fe3+的溶液中检验Fe2+,取少量溶液于试管中,滴加酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去,证明溶液中含有Fe2+。
提醒 Fe(S)3不是沉淀,溶液中Fe3+遇S-的现象是溶液变成血红色而不是血红色沉淀。
例2 下列离子的检测方法合理的是( )
A.向某溶液中滴入KS溶液,溶液呈血红色,说明原溶液中不含有Fe2+
B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KS溶液,溶液变血红色,说明原溶液中含有Fe2+
C.向某溶液中加入NaOH溶液,得到红褐色沉淀,说明原溶液中含有Fe3+
D.向某溶液中加入NaOH溶液得到白色沉淀,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+
答案 C
解析 A项,加入KS溶液后溶液呈血红色,说明原溶液中含有Fe3+,但不能说明是否含有Fe2+;B项,通入Cl2后再加入KS溶液,溶液变血红色,说明所得的溶液中含有Fe3+,而原溶液中是否含有Fe2+无法判断;C项,加NaOH溶液得到红褐色沉淀,说明原溶液中含有Fe3+;D项,当溶液中含有Fe2+和其他能与碱反应生成白色沉淀的离子时,同样会出现上述现象,因为Fe(OH)2转变成Fe(OH)3时,红褐色很容易掩盖其他的白色沉淀。
思维启迪 在不同题目情景中Fe2+、Fe3+中检验时,常从下面几点着手:
(1)直接观察颜色;
(2)利用氢氧化物沉淀的颜色;
(3)利用显色反应;
(4)利用Fe2+的还原性;
(5)利用Fe3+的氧化性。
尤其是含有Fe2+、Fe3+的混合溶液一定要注意Fe3+对Fe2+检验的干扰。
例3 将铁粉、铜粉、FeCl3溶液和CuCl2溶液混合于某容器中充分反应(假定容器不参与反应)。
试判断下列情况下,溶液中存在的金属离子和金属单质。
(1)若铁粉有剩余,则容器中不可能有_____________________________________________。
(2)若氯化铜有剩余,则容器中可能有_______________________________________。
(3)若氯化铁和氯化铜都有剩余,则容器中不可能有____________,可能有__________。
答案
(1)Fe3+、Cu2+
(2)Fe2+、Fe3+或Fe2+、Cu
(3)Fe、Cu Fe2+
解析 本题属于物质共存问题。
解答时应首先弄清物质间可能发生的反应,凡相互间能发生反应的物质就不可能大量共存。
本题涉及的反应有
①Fe+2FeCl3===3FeCl2
②Fe+CuCl2===Cu+FeCl2
③Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2
(1)若铁粉有剩余,则容器中不可能有Fe3+、Cu2+,因为它们能发生上述①②反应。
(2)若CuCl2有剩余,则容器中不可能有Fe,可能有Fe2+、Fe3+或Fe2+、Cu。
(3)若FeCl3和CuCl2均有剩余,则容器中不可能有Fe、Cu,可能有Fe2+。
1.变价金属反应规律
低价态生成物
变价金属(Fe、Cu)
高价态生成物
2.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)Fe2+
不变色
变血红色
(2)
1.将铁片投入某溶液中,铁片质量减小且没有气体产生,此溶液是( )
A.FeSO4B.H2SO4
C.Fe2(SO4)3D.AgNO3
答案 C
解析 Fe+Fe2(SO4)3===3FeSO4,铁片质量减轻,Fe分别与H2SO4、AgNO3溶液反应,前者生成气体使铁片质量减小,后者析出银使铁片质量增加。
2.下列离子方程式正确的是( )
A.将氨水滴入到FeCl3溶液中 Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
B.氧化铁与盐酸反应 Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
C.向FeCl3溶液中加入铁粉 Fe+Fe3+===2Fe2+
D.向氯化亚铁溶液中通入Cl2 Fe2++Cl2===Fe3++2Cl-
答案 B
解析 A项,在书写离子方程式时,弱电解质NH3·H2O不能拆写成离子的形式;C项,离子方程式中除遵循元素守恒外,电荷也必须守恒,正确的离子方程式应为Fe+2Fe3+===3Fe2+;D项,只符合元素守恒,不符合电荷守恒,正确的离子方程式应为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
3.某物质溶于盐酸后,再向溶液中滴加KS溶液,结果溶液颜色无变化,然后加入新制氯水,溶液呈血红色,则这种物质是( )
A.FeCl3B.FeCl2
C.Fe(OH)3D.Fe3O4
答案 B
解析 Fe3O4与HCl反应,既有FeCl3生成,又有FeCl2生成。
4.某500mL溶液中含0.1molFe2+、0.2molFe3+,加入0.2mol铁粉,待Fe3+完全被还原后,溶液中Fe2+的物质的量浓度为(假设反应前后溶液体积不变)( )
A.0.4mol·L-1B.0.6mol·L-1
C.0.8mol·L-1D.1.0mol·L-1
答案 C
解析 由反应2Fe3++Fe===3Fe2+可知铁粉过量,0.2molFe3+与过量铁粉反应生成0.3molFe2+,故反应后Fe2+共为0.4mol,c(Fe2+)=
=0.8mol·L-1。
5.完成下列各题:
(1)实验室保存FeCl2溶液时,常向其中加入少量铁粉的原因是_____________________
(用离子方程式表示)。
(2)某同学为检验某未知溶液是否为FeCl2溶液,采取如下实验方案加以验证:
稍取未知溶液于试管中
溶液
溶液呈血红色(证明含有FeCl2),你认为此方案__________(填“合理”或“不合理”),若不合理,如何改进?
____________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)2Fe3++Fe===3Fe2+
(2)不合理 先加KS溶液,无现象,再通入氯水,溶液变成血红色,则证明原溶液含有FeCl2
[对点训练]
题组一 铁、铜及其化合物的性质
1.下列物质不能利用金属与非金属直接制得的是( )
A.CuCl2B.FeCl2
C.Cu2SD.Na2S
答案 B
2.下列有关叙述正确的是( )
A.Fe与S混合加热生成FeS2
B.Fe3+有氧化性,因此FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜
C.Fe在少量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3
D.Fe2+、Al3+、ClO-、Cl-在水溶液中一定能大量共存
答案 B
解析 Fe与S混合加热生成FeS,A项错误;2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,Fe+Cu2+===Fe2++Cu,B项正确;Fe在Cl2中燃烧只能生成FeCl3,C项错误;Fe2+具有还原性,ClO-具有氧化性,二者可发生氧化还原反应,D项错误。
3.向某晶体的水溶液中加入含有Fe2+的溶液后,无明显变化,当滴入几滴新制的氯水后,溶液显血红色,由此得出的下列结论错误的是( )
A.该晶体中一定含有S-
B.Fe3+的氧化性比Cl2的氧化性强
C.Fe2+被Cl2氧化为Fe3+
D.Fe2+与S-不能形成血红色物质
答案 B
解析 Fe2+与氯水中的Cl2发生如下反应:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,氧化性:
Cl2>Fe3+。
因S-与Fe3+反应生成血红色物质,故原溶液中一定含有S-。
4.有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3五种溶液,用一种试剂就可把它们鉴别开,这种试剂是( )
A.盐酸B.烧碱溶液
C.氨水D.KS溶液
答案 B
解析 将过量NaOH溶液分别加入上述几种溶液,无明显现象的是NaCl,生成白色沉淀且迅速变为灰绿色最后变为红褐色的是FeCl2,生成红褐色沉淀的是FeCl3,生成白色沉淀不溶解的是MgCl2,生成白色沉淀又溶解的是AlCl3,而氨水虽然能区分出NaCl、FeCl2、FeCl3,但不能将MgCl2与AlCl3区分开。
5.将铁粉放入由盐酸、MgCl2溶液、FeCl3溶液、CuCl2溶液组成的混合液中,充分反应后铁粉有剩余,则反应后的溶液中含有的大量阳离子是( )
A.Cu2+和Fe2+B.H+和Cu2+
C.Fe3+和Fe2+D.Fe2+和Mg2+
答案 D
解析 铁粉放入混合溶液中,发生反应:
2H++Fe===Fe2++H2↑、2Fe3++Fe===3Fe2+、Cu2++Fe===Fe2++Cu。
铁粉有剩余,则溶液中与之反应的离子均不存在,即Fe3+、H+、Cu2+不存在,存在Fe2+、Mg2+。
题组二 Fe2+与Fe3+之间的转化
6.把铁粉、铜粉置于FeCl3溶液中,充分反应后加入KS不显血红色,下列情况不能成立的是( )
A.铁不剩余,Cu剩余B.铁、铜均剩余
C.铁剩余,含Cu2+D.铜剩余,含Fe2+
答案 C
解析 因还原性:
Fe>Cu,FeCl3溶液中加入铁粉、铜粉时,依次发生反应:
Fe+2FeCl3===3FeCl2,Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2。
有以下情况:
①Fe、Cu均剩余,溶液中只有Fe2+;
②只有Cu剩余,溶液中只有Fe2+或含Fe2+、Cu2+;
③Fe、Cu均不剩余,Fe3+恰好反应,溶液中有Fe2+、Cu2+;
④Fe、Cu均不剩余,Fe3+剩余,溶液中有Fe3+、Fe2+、Cu2+。
C项,Fe剩余,则溶液中不可能含有Cu2+。
7.向含下列离子的溶液中加足量氢氧化钠溶液,经充分搅拌反应后静置、过滤,取沉淀洗涤后加足量盐酸,得到的溶液所含金属阳离子与原溶液相同的是( )
A.Na+、Mg2+B.Fe2+、Cu2+
C.Al3+、Cu2+D.Mg2+、Fe3+
答案 D
解析 A项:
B项:
;
C项:
D项:
。
8.将1.12g铁粉加入25mL2mol·L-1的氯化铁溶液中,充分反应后,其结果是( )
A.铁粉有剩余,溶液呈浅绿色
B.往溶液中滴入无色KS溶液,不显血红色
C.Fe2+和Fe3+物质的量之比为6∶1
D.氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶5
答案 C
解析 n(Fe)=0.02mol,n(FeCl3)=0.05mol,由2Fe3++Fe===3Fe2+知,Fe3+过量0.01mol,铁粉全部溶解,反应生成0.06molFe2+,Fe3+的特征反应之一是遇KS溶液变血红色;氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2。
题组三 铁及其化合物的相关计算
9.向一定量的FeO、Fe、Fe3O4的混合物中加入100mL1mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,放出4mL(标准状况)的气体,在所得溶液中加入KS溶液无血红色出现。
若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物,能得到铁的质量是( )
A.11.2gB.5.6g
C.2.8gD.无法计算
答案 C
解析 依题意,加入盐酸反应后溶液中只存在FeCl2,根据原子守恒,可建立关系n(Fe)=n(Fe2+)=
n(Cl-)=
n(HCl)=
×0.1L×1mol·L-1=0.05mol,m(Fe)=2.8g。
10.在FeCl3和CuCl2的混合溶液中加入过量的铁屑,反应停止后,称得固体与加入的铁屑质量相等。
则原混合液中FeCl3和CuCl2的物质的量之比是( )
A.1∶1B.3∶4
C.2∶7D.7∶2
答案 C
解析 设原混合液中FeCl3和CuCl2的物质的量分别为x、y。
则:
2FeCl3+Fe===3FeCl2,CuCl2+Fe===Cu+FeCl2
x0.5x yyy
由题意得:
56g·mol-1×(0.5x+y)=64g·mol-1×y
解得x∶y=2∶7。
[综合强化]
11.铁及其化合物之间的相互转化可用下式表示:
Fe2+
Fe3+
FeO
回答下列有关问题:
(1)Fe与过量盐酸反应可以制取FeCl2。
若用反应所得的酸性溶液,实现上述①④的转化,要求生成物纯净,可选用________(填字母)。
a.Cl2b.Fec.Cud.KMnO4
(2)如下化学方程式中:
Fe2O3+3NaClO+4KOH
2K2FeO4(高铁酸钾)+3NaCl+2H2O
还原剂是______________。
(3)高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效的绿色水处理剂,在水中发生反应生成氢氧化铁胶体。
高铁酸钾作为水处理剂发挥的作用是____________、____________。
答案
(1)ab
(2)Fe2O3 (3)净水 消毒
解析
(1)Fe2+
Fe3+,Fe3+
Fe2+,选KMnO4、Cu则引入杂质。
(2)
2O3―→K2
O4,故Fe2O3作还原剂。
(3)K2FeO4具有强氧化性,故能杀菌消毒,K2FeO4被还原为Fe3+,生成Fe(OH)3胶体,能吸附杂质和色素形成沉淀,起到净水作用。
12.某工程师为了从腐蚀废液中回收铜,并重新获得FeCl3溶液,准备采用下列步骤:
(1)请写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式:
①____________,④____________,⑤______________,⑥______________。
(2)请写出相关反应的化学方程式:
_________________________________________。
答案
(1)①Fe ④HCl ⑤FeCl2 ⑥Cl2
(2)CuCl2+Fe===FeCl2+Cu,2FeCl3+Fe===3FeCl2,Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,2FeCl2+Cl2===2FeCl3
解析 从腐蚀铜的废液中回收铜的步骤:
13.A~I分别表示中学化学中常见的物质,它们之间的相互转化关系如下(部分反应物、生成物没有列出):
已知:
A、B、C、D、E、F六种物质中均含有同一种元素;G为主族元素的固态化合物。
(1)写出下列物质的化学式:
E__________,F__________,J__________。
(2)写出下列反应的化学方程式:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________。
(3)写出“C
D”的离子方程式(各写一个):
C―→D________________________________________________________________________;
D―→C________________________________________________________________________。
(4)检验C、D的混合溶液中有D的阳离子,实验方法是__________________________(写明试剂、现象,下同),检验溶液中还有C中的阳离子,实验方法是________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)Fe(OH)2 Fe(OH)3 NaAlO2
(2)①3Fe3O4+8Al
9Fe+4Al2O3
②Fe3O4+8HCl
FeCl2+2FeCl3+4H2O
③2Al2O3
4Al+3O2↑
(3)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+(答案合理均可)
(4)加入KS溶液,溶液呈血红色 另取少量溶液,滴加酸性KMnO4溶液,溶液的紫色褪去
解析 “C与NaOH溶液反应得E,且E在空气中转变为F”是明显的突破口。
结合学过的Fe(OH)2到Fe(OH)3的转化,推测E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3。
又因A、B、C、D、E、F六种物质中均含有同一种元素,故C为FeCl2,D为FeCl3。
B中含铁元素,且B中既有Fe2+又有Fe3+,所以B为Fe3O4,A为Fe。
G为主族元素的固态化合物,能电解,且与NaOH溶液能反应生成J,所以G为Al2O3,反应①为铝热反应。
(4)要检验Fe2+和Fe3+混合溶液中的Fe3+,可加入KS溶液;若要检验混合溶液中有Fe2+,则不能加KS溶液或加“KS溶液/氯水”,合适的方法是滴加酸性高锰酸钾溶液,依据溶液褪色来确定Fe2+的存在。
14.
(1)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品,实验测得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。
(2)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________________________________________________________________________。
(3)某反应中反应物与生成物有Fe3+、Mn2+、H+、MnO
、H2O和一种未知离子X,已知MnO
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