A版部编版版高考化学总复习 专题十四 铁铜及其化合物 金属的冶炼学案.docx
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A版部编版版高考化学总复习专题十四铁铜及其化合物金属的冶炼学案
专题十四 铁、铜及其化合物 金属的冶炼
考点
考纲内容
高考示例
预测热度
铁及其化合物的性质
1.了解铁的主要性质及其应用
2.了解铁的重要化合物的主要性质及其应用
2017课标Ⅰ,27,14分
2016课标Ⅱ,28,15分
2015课标Ⅰ,27,14分
★★☆
铜及其化合物的性质
金属的冶炼
1.了解铜的主要性质及其应用
2.了解铜的重要化合物的主要性质及其应用
3.了解金属的冶炼方法与金属活动性之间的关系
2016四川理综,9,13分
★★☆
分析解读Fe、Cu及其化合物的性质是高考热点之一,铁盐(Fe3+)、亚铁盐(Fe2+)的性质是考查的重点。
试题往往结合金属的冶炼、废旧金属资源的回收利用、铁或铜及其重要化合物性质实验探究等命题情景综合考查基本概念、基本理论、化学反应原理等多个考点,对能力要求较高。
命题探究
答案
(1)100℃、2h,90℃、5h
(2)FeTiO3+4H++4Cl-
Fe2++TiOC
+2H2O
(3)低于40℃,TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降 (4)4 (5)Fe3+恰好沉淀完全时,c(P
)=
mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1,c3(Mg2+)·c2(P
)值为0.013×(1.3×10-17)2=1.7×10-40 2LiFePO4+3CO2↑+H2O↑ 核心考点 1.铁盐、亚铁盐的性质 2.离子(化学)方程式的书写 3.化学反应速率 4.Ksp的应用 解题思路 (1)由图像可以看出,当铁的浸出率为70%时,实验条件有两个: 100℃、2h,90℃、5h。 (2)FeTiO3为难溶物,在书写离子方程式时不能拆写成离子形式。 (4)Li2Ti5O15中,Ti的化合价为+4,Li的化合价为+1,所以正化合价的和为4×5+1×2=22。 设过氧键数目为x,则x×2+(15-2x)×2=22,解得x=4。 (6)FePO4中Fe显+3价,LiFePO4中Fe显+2价,FePO4作氧化剂,则H2C2O4作还原剂,高温煅烧时应生成CO2,据此可写出反应的化学方程式。 关联知识 1.自然界中矿石的主要成分均难溶于水 2.双氧水、一水合氨受热均易分解 3.化合物中各元素正、负化合价的代数和为0 4.过氧键中氧元素显-1价,每个过氧键含两个氧原子 5.H2C2O4有还原性 解题方法 无机物制备工艺流程题的破解方法 1.首尾分析法 对一些线型流程工艺(从原料到产品为“一条龙”的生产工序)题,首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品),从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和分离、提纯产品的化工工艺,然后结合题设的问题,逐一推敲解答。 2.截段分析法 对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工艺流程题,用截段分析法更容易找到解题的切入点。 用截段分析法解工艺流程题关键在于看清主、副产品是如何分开的,以此确定如何截段,截几段更合适,一般截段以产品为准点。 命题特点 本专题命题通常以铁、铜及其化合物为载体,考查铁、铜及其化合物主要性质的同时,综合考查离子方程式的书写、氧化还原反应原理的应用、化学反应原理等考点。 命题形式通常是工艺流程题和性质实验探究题。 五年高考 考点一 铁及其化合物的性质 1.(2017江苏单科,7,2分)在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是( ) A.Fe FeCl2 Fe(OH)2 B.S SO3 H2SO4 C.CaCO3 CaO CaSiO3 D.NH3 NO HNO3 答案 C 2.(2014课标Ⅰ,8,6分)化学与社会、生活密切相关。 对下列现象或事实的解释正确的是( ) 选项 现象或事实 解释 A. 用热的烧碱溶液洗去油污 Na2CO3可直接与油污反应 B. 漂白粉在空气中久置变质 漂白粉中的CaCl2与空气中的CO2反应生成CaCO3 C. 施肥时,草木灰(有效成分为K2CO3)不能与NH4Cl混合使用 K2CO3与NH4Cl反应生成氨气会降低肥效 D. FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作 FeCl3能从含Cu2+的溶液中置换出铜 答案 C 3.(2017北京理综,28,16分)某小组在验证反应“Fe+2Ag+ Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。 向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。 (1)检验产物 ①取出少量黑色固体,洗涤后, (填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。 ②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有 。 (2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是 (用离子方程式表示)。 针对两种观点继续实验: ①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。 同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下: 序号 取样时间/min 现象 ⅰ 3 产生大量白色沉淀;溶液呈红色 ⅱ 30 产生白色沉淀,较3min时量少;溶液红色较3min时加深 ⅲ 120 产生白色沉淀,较30min时量少;溶液红色较30min时变浅 (资料: Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN) ②对Fe3+产生的原因作出如下假设: 假设a: 可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+; 假设b: 空气中存在O2,由于 (用离子方程式表示),可产生Fe3+; 假设c: 酸性溶液中的N 具有氧化性,可产生Fe3+; 假设d: 根据 现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。 ③下述实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。 实验Ⅱ可证实假设d成立。 实验Ⅰ: 向硝酸酸化的 溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。 3min时溶液呈浅红色,30min后溶液几乎无色。 实验Ⅱ: 装置如下图。 其中甲溶液是 ,操作及现象是 。 (3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因: 。 答案 (16分) (1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀 ②Fe2+ (2)2Fe3++Fe 3Fe2+ ②4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O 加入KSCN溶液后产生白色沉淀 ③0.05mol·L-1NaNO3 FeSO4溶液 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深 (3)溶液中存在反应: ①2Ag++Fe Fe2++2Ag,②Ag++Fe2+ Fe3++Ag,③Fe+2Fe3+ 3Fe2+。 反应开始时,c(Ag+)大,以反应①、②为主,c(Fe3+)增大。 约30min后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小 4.(2016课标Ⅱ,28,15分)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。 回答下列问题: (1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1mol·L-1的溶液。 在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是 。 (2)甲组同学取2mLFeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。 FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为 。 (3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是 。 (4)丙组同学取10mL0.1mol·L-1KI溶液,加入6mL0.1mol·L-1FeCl3溶液混合。 分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验: ①第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色; ②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀; ③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。 实验②检验的离子是 (填离子符号);实验①和③说明: 在I-过量的情况下,溶液中仍含有 (填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为 。 (5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为 ;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。 产生气泡的原因是 ;生成沉淀的原因是 (用平衡移动原理解释)。 答案 (15分) (1)防止Fe2+被氧化 (2)2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl- (3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) (4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应 (5)2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动 5.(2015课标Ⅰ,27,14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。 以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示: 回答下列问题: (1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式 。 为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有 (写出两条)。 (2)利用 的磁性,可将其从“浸渣”中分离。 “浸渣”中还剩余的物质是 。 (写化学式) (3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 。 然后再调节溶液的pH约为5,目的是 。 (4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。 (5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为 。 (6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。 以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程 。 答案 (1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4(2分) 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2分) (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4(1分,2分,共3分) (3)将Fe2+氧化成Fe3+ 使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去(每空1分,共2分) (4)(七水)硫酸镁(1分) (5)Na+[H·· ··H]-(2分) (6)2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO(2分) 6.(2015天津理综,10,14分)FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂,处理污水比FeCl3高效,且腐蚀性小。 请回答下列问题: (1)FeCl3净水的原理是 。 FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H+作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示) 。 (2)为节约成本,工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。 ①若酸性FeCl2废液中c(Fe2+)=2.0×10-2mol·L-1,c(Fe3+)=1.0×10-3mol·L-1,c(Cl-)=5.3×10-2mol·L-1,则该溶液的pH约为 。 ②完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式: Cl + Fe2++ Cl-+ Fe3++ (3)FeCl3在溶液中分三步水解: Fe3++H2O Fe(OH)2++H+ K1 Fe(OH)2++H2O Fe(OH +H+ K2 Fe(OH +H2O Fe(OH)3+H+ K3 以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是 。 通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氯化铁,离子方程式为: xFe3++yH2O Fex(OH +yH+ 欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号) 。 a.降温 b.加水稀释 c.加入NH4Cl d.加入NaHCO3 室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是 。 (4)天津某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如下图所示。 由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范围约为 mg·L-1。 答案 (1)Fe3+水解产生的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质 2Fe3++Fe 3Fe2+ (2)①2 ②1 6 6H+ 1 6 3H2O (3)K1>K2>K3 bd 调节溶液的pH (4)18~20 教师用书专用(7—12) 7.(2016浙江理综,7,6分)下列说法不正确的是( ) A.储热材料是一类重要的能量存储物质,单位质量的储热材料在发生熔融或结晶时会吸收或释放较大的热量 B.Ge(32号元素)的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池 C.Ba2+浓度较高时危害健康,但BaSO4可服入体内,作为造影剂用于X-射线检查肠胃道疾病 D.纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附 答案 D 8.(2014北京理综,7,6分)下列金属中,表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是( ) A.KB.NaC.FeD.Al 答案 D 9.(2014重庆理综,4,6分)茶叶中铁元素的检验可经以下四个步骤完成,各步骤中选用的实验用品不能都用到的是( ) A.将茶叶灼烧灰化,选用①、②和⑨ B.用浓硝酸溶解茶叶灰并加蒸馏水稀释,选用④、⑥和⑦ C.过滤得到滤液,选用④、⑤和⑦ D.检验滤液中的Fe3+,选用③、⑧和⑩ 答案 B 10.(2013天津理综,9,18分)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。 某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。 Ⅰ.经查阅资料得知: 无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。 他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下: ①检验装置的气密性; ②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气; ③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成; ④…… ⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封。 请回答下列问题: (1)装置A中反应的化学方程式为 。 (2)第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A右端。 要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是 。 (3)操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号) 。 (4)装置B中冷水浴的作用为 ;装置C的名称为 ;装置D中FeCl2全部反应后,因失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂: 。 (5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂。 Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。 (6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为 。 (7)电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应式为 。 (8)综合分析实验Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点: ①H2S的原子利用率为100%;② 。 答案 (共18分) (1)2Fe+3Cl2 2FeCl3 (2)在沉积的FeCl3固体下方加热 (3)②⑤ (4)冷却,使FeCl3沉积,便于收集产品 干燥管 K3[Fe(CN)6]溶液 (5) (6)2Fe3++H2S 2Fe2++S↓+2H+ (7)Fe2+-e- Fe3+ (8)FeCl3得到循环利用 11.(2014福建理综,24,15分)铁及其化合物与生产、生活关系密切。 (1)右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。 ①该电化腐蚀称为 。 ②图中A、B、C、D四个区域,生成铁锈最多的是 (填字母)。 (2)用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下: ①步骤Ⅰ若温度过高,将导致硝酸分解。 硝酸分解的化学方程式为 。 ②步骤Ⅱ中发生反应: 4Fe(NO3)2+O2+(2n+4)H2O 2Fe2O3·nH2O+8HNO3,反应产生的HNO3又将废铁皮中的铁转化为Fe(NO3)2,该反应的化学方程式为 。 ③上述生产流程中,能体现“绿色化学”思想的是 (任写一项)。 (3)已知t℃时,反应FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)的平衡常数K=0.25。 ①t℃时,反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)= 。 ②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO(s),并通入xmolCO,t℃时反应达到平衡。 此时FeO(s)转化率为50%,则x= 。 答案 (1)①吸氧腐蚀 ②B (2)①4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O ②4Fe+10HNO3 4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O ③氮氧化物排放少(或其他合理答案) (3)①4∶1 ②0.05 12.(2013浙江理综,28,14分)利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe3O4胶体粒子及副产物ZnO。 制备流程图如下: 已知: Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。 请回答下列问题: (1)用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮的作用有 。 A.去除油污B.溶解镀锌层 C.去除铁锈D.钝化 (2)调节溶液A的pH可产生Zn(OH)2沉淀,为制得ZnO,后续操作步骤是 。 (3)由溶液B制得Fe3O4胶体粒子的过程中,须持续通入N2,其原因是 。 (4)Fe3O4胶体粒子能否用减压过滤法实现固液分离? (填“能”或“不能”),理由是 。 (5)用重铬酸钾法(一种氧化还原滴定法)可测定产物Fe3O4中的二价铁含量。 若需配制浓度为0.01000mol·L-1的K2Cr2O7标准溶液250mL,应准确称取 gK2Cr2O7(保留4位有效数字,已知 =294.0g·mol-1)。 配制该标准溶液时,下列仪器中不必要用到的有 (用编号表示)。 ①电子天平 ②烧杯 ③量筒 ④玻璃棒 ⑤容量瓶 ⑥胶头滴管 ⑦移液管 (6)滴定操作中,如果滴定前装有K2Cr2O7标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡,而滴定结束后气泡消失,则测定结果将 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。 答案 (共14分) (1)A、B (2)抽滤、洗涤、灼烧 (3)N2气氛下,防止Fe2+被氧化 (4)不能 胶体粒子太小,抽滤时容易透过滤纸 (5)0.7350 ③⑦ (6)偏大 考点二 铜及其化合物的性质 金属的冶炼 1.(2015课标Ⅰ,10,6分)下列实验中,对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是( ) 选项 实验 现象 结论 A. 将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液 有气体生成,溶液呈血红色 稀硝酸将Fe氧化为Fe3+ B. 将铜粉加入1.0mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液中 溶液变蓝、有黑色固体出现 金属铁比铜活泼 C. 用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热 熔化后的液态铝滴落下来 金属铝的熔点较低 D. 将0.1mol·L-1MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生,再滴加0.1mol·L-1CuSO4溶液 先有白色沉淀生成,后变为浅蓝色沉淀 Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小 答案 D 2.(2014课标Ⅱ,9,6分)下列反应中,反应后固体物质增重的是( ) A.氢气通过灼热的CuO粉末 B.二氧化碳通过Na2O2粉末 C.铝与Fe2O3发生铝热反应 D.将锌粒投入Cu(NO3)2溶液 答案 B 3.(2016四川理综,9,13分)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。 某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl,并进行相关探究。 【资料查阅】 【实验探究】 该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。 请回答下列问题: (1)仪器X的名称是 。 (2)实验操作的先后顺序是a→ →e(填操作的编号)。 a.检查装置的气密性后加入药品 b.熄灭酒精灯,冷却 c.在“气体入口”处通入干燥HCl d.点燃酒精灯,加热 e.停止通入HCl,然后通入N2 (3)在实验过程中,观察到B中物质由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是 。 (4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是 。 【探究反思】 (5)反应结束后,取出CuCl产品进行实验,发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。 根据资料信息分析: ①若杂质是CuCl2,则产生的原因是 。 ②若杂质是CuO,则产生的原因是 。 答案 (1)干燥管 (2)cdb (3)先变红,后褪色 (4)Cl2+2OH- ClO-+Cl-+H2O (5)①加热时间不足或温度偏低 ②通入HCl的量不足 教师用书专用(4—8) 4.(2014江苏单科,7,2分)下列指定反应的离子方程式正确的是 ( ) A.Cu溶于稀HNO3: Cu+2H++N Cu2++NO2↑+H2O B.(NH4)2Fe(SO4)2溶液与过量NaOH溶液反应制Fe(OH)2: Fe2++2OH- Fe(OH)2↓ C.用CH3COOH溶解CaCO3: CaCO3+2H+ Ca2++H2O+CO2↑ D.向NaAlO2溶液中通入过量CO2制Al(OH)3: CO2+Al +2H2O Al(OH)3↓+HC 答案 D 5.(2013四川理综,7,6分)1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1120mL(标准状况),向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到2.54
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