届一轮复习苏教版 铁铜的获取及应用 学案.docx
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届一轮复习苏教版铁铜的获取及应用学案
第3讲 铁、铜的获取及应用
【2021·备考】
考试要求
最新考情
1.理解并能应用常见金属的活动顺序。
2.了解Fe、Cu及其重要化合物的主要性质和重要应用。
3.了解金属材料在生产和生活中的重要应用。
4.认识化学在金属矿物等自然资源综合利用和实现物质间转化等方面的实际应用。
铁及其化合物涉及Fe、铁的氧化物、氢氧化物、铁盐、亚铁盐等,一是在选择题中考查铁及其化合物的性质、应用和转化,二是考查Fe2+、Fe3+的检验,三是考查工业上铁及其化合物的工艺流程,如2018年第16题。
素养落地:
结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解铁及其重要化合物的主要性质,了解这些物质在生产、生活中的应用。
能从物质类别、元素价态的角度,依据复分解反应和氧化还原原理,预测物质的化学性质和变化,设计实验进行初步验证,并能分析、解释有关实验现象。
能利用典型代表物的性质和反应,设计常见物质制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案。
能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化途径。
考点一 铁及其重要化合物的性质
『知识梳理』
1.铁的性质
(1)物理性质
颜色、状态
导电、导热
性、延展性
特性
地壳含量
银白色固体
良好
可被磁铁
吸引
占第四位
(2)化学性质
铁单质性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
①与非金属单质反应:
Fe与S反应:
Fe+S
FeS。
②与酸的反应:
a.与非氧化性酸反应的离子方程式:
Fe+2H+===Fe2++H2↑。
b.与氧化性酸反应:
遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化,与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应,但均无H2产生。
③与某些盐溶液的反应:
a.与CuSO4溶液反应的离子方程式:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
b.与FeCl3溶液反应的离子方程式:
Fe+2Fe3+===3Fe2+。
名师提示你
①铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同,Fe与Cl2反应生成FeCl3,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。
②铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
③铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3;铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。
2.铁的冶炼
(1)原料:
铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
(2)设备:
炼铁高炉。
(3)主要反应
①还原剂的生成:
C+O2
CO2,CO2+C
2CO;
②铁的还原:
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2;
③造渣反应:
CaCO3
CaO+CO2↑,CaO+SiO2
CaSiO3。
3.铁的常见化合物
(1)铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化
合价
+2
+3
+2、+3
与H+反
应的离子
方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
(2)铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
与盐酸
反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热
分解
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的
关系
空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
名师提示你
①FeO和Fe3O4与足量HNO3反应时,发生氧化还原反应,Fe2+被HNO3氧化生成Fe3+。
②Fe2O3和Fe3O4与足量HI反应时,发生氧化还原反应,Fe3+被I-还原生成Fe2+。
『考向突破』
考向一 铁及其化合物的性质与应用
命题角度1 铁及其化合物的性质的判断
[题目设计]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应( )
(2)足量的Fe在Cl2中燃烧只生成FeCl3( )
(3)Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2( )
(4)细铁粉可作食品抗氧剂( )
(5)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中,观察到产生白色沉淀,随后变为红褐色;该实验中的颜色变化与氧化还原反应无关( )
(6)用NaOH溶液和盐酸能除去FeCl2溶液中混有的CuCl2( )
(7)Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出( )
(8)Fe2O3
FeCl3(aq)
无水FeCl3,在给定的条件下能实现转化( )
(9)室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,说明Fe3+的氧化性比I2的强( )
(10)向盛有2mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液,观察颜色变化;该实验过程可用来探究维生素C的还原性( )
答案
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)√ (8)× (9)√ (10)√
命题角度2 铁及其化合物的应用
[题目设计]
2.下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是( )
A.工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁
B.铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4
C.工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸
D.氯化铁溶液有较强氧化性,故可用作净水剂
解析 常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化现象,阻止反应进行,工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸,故C正确;氯化铁有氧化性,但不是用作净水剂的原因,净水是利用铁离子水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性,能吸附悬浮的杂质净水,故D错误。
答案 D
考向二 有关铁及其化合物的实验探究
命题角度1 铁及化合物性质实验
[题目设计]
3.某同学欲探究铁及其化合物的性质,下列实验方案可行的是( )
A.将铁粉加入热的浓硫酸中:
探究铁的活泼性
B.将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中:
制备Fe(OH)3胶体
C.在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液:
制备FeSO4·6H2O晶体
D.将铜粉加入FeCl3溶液中:
验证Fe3+的氧化性强于Cu2+
解析 由于浓硫酸具有强氧化性,铁与其反应生成Fe2(SO4)3和SO2,无法说明铁的活泼性,故A方案不可行;将NaOH溶液加入FeCl3溶液中,得到Fe(OH)3沉淀,无法得到Fe(OH)3胶体,B项方案不可行;在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液,一方面氧气可将FeSO4氧化,另一方面会得到不含结晶水的化合物,故C项方案不可行;将铜粉加入FeCl3溶液中,发生反应:
Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,该反应说明Fe3+的氧化性强于Cu2+,故D项方案可行。
答案 D
命题角度2 氢氧化亚铁的制备
[命题素材]
1.制备原理
(1)制备原理:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。
(2)成功关键:
溶液中应该不含O2等氧化性物质;制备过程中,保证生成的Fe(OH)2在密闭的、隔绝空气的体系中。
2.常用方法
(1)有机层隔离法
①反应在试管底部进行(这是唯一一种把胶头滴管插入反应溶液的实验)。
②加隔氧剂,如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂[如上图,由于苯的液封作用,可防止生成的Fe(OH)2被氧化,因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀]。
(2)还原性气体保护法
该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液,并利用产生的H2排尽整个装置中的空气,待检验H2的纯度后,再关闭止水夹K,利用产生的H2把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。
(3)电解法
该方法中铁作电解池的阳极,电极反应为Fe-2e-===Fe2+,阴极反应为2H++2e-===H2↑,生成的氢气可以赶走溶液中的氧气,同时c(H+)降低,促进了水的电离平衡右移,溶液中c(OH-)增大,与Fe2+结合生成Fe(OH)2沉淀,汽油起“液封”作用。
电解时,在两极间最先观察到白色沉淀。
[题目设计]
4.
(1)下列各图示中,能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是________。
(2)用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:
用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
①用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入________。
②除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
③生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。
这样操作的理由是________________________________。
解析
(1)因为Fe(OH)2在空气中容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。
①、②原理相同,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解水产生的OH-结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护层,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于NaOH溶液在滴落过程中带入空气中的氧气,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
(2)①Fe2+易水解,要加入稀硫酸防止其水解;Fe2+易被空气中的O2氧化,要加Fe粉防止Fe2+被氧化。
②气体的溶解度随温度升高而降低,所以煮沸后的水中溶解的O2较少。
答案
(1)①②③⑤
(2)①稀硫酸、铁屑 ②煮沸 ③避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2
命题角度3 绿矾(FeSO4·7H2O)的制备
[命题素材]
(1)用废铁屑(含少量SiO2和氧化铁)制取绿矾
从FeSO4溶液中获得FeSO4·7H2O,需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、低温干燥等操作。
以上结晶过程最好是在氮气的环境中进行,其中N2的作用是防止绿矾在空气中被O2氧化而变质。
(2)用烧渣制备绿矾
(烧渣中主要含FeO、Fe2O3,还有一定量的SiO2)
试剂X可以是SO2,也可以是Fe,其目的是将溶液中Fe3+还原为Fe2+。
测得“还原”后溶液的pH明显增大,其原因是Fe消耗过量的H2SO4,溶液酸性减弱。
[题目设计]
5.绿矾被广泛用于医药和工业领域,工业上两种制备绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如图所示,根据题意回答下列问题:
方法一:
利用黄铜矿粉(主要成分为CuFeS2)制取绿矾
(1)试剂a和试剂b分别是________________,操作1的名称是________。
(2)有一种细菌在有氧气存在的稀硫酸中,可以将CuFeS2氧化成硫酸盐,写出该反应的化学方程式:
________________________________________________。
方法二:
利用工业废铁屑制取绿矾
(3)加入适量Na2CO3溶液的作用是________。
(4)操作Ⅰ需要用到的玻璃仪器名称有________________________________。
(5)通过检验CO
来判断操作Ⅰ是否洗涤干净,检验的方法是________________。
解析
(1)由流程图可知滤渣2为Fe(OH)3,而目标产物为绿矾(FeSO4·7H2O),所以试剂a为稀H2SO4,起溶解作用,b为铁粉,起还原作用;由流程图可知操作1为过滤,其作用为除去过量的铁粉。
(2)由题意可知,在细菌的作用下,氧气氧化黄铜矿的反应方程式为4CuFeS2+17O2+2H2SO4
4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O。
(3)CO
水解时使溶液呈碱性,可以除去油污。
(4)因为操作Ⅰ为过滤与洗涤,所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗。
答案
(1)稀H2SO4、铁粉 过滤
(2)4CuFeS2+17O2+2H2SO4
4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O (3)除去油污 (4)烧杯、玻璃棒、漏斗 (5)取少量最后一次的洗涤液于试管中,滴加BaCl2溶液,若无白色沉淀生成,则已经洗涤干净;若有白色沉淀生成,则未洗涤干净
考点二 Fe2+、Fe3+的性质及检验
『知识梳理』
1.亚铁盐
(1)Fe2+的氧化性和还原性
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+处于铁的中间价态,既有氧化性,又有还原性,其中以还原性为主,如:
遇Br2、Cl2、H2O2、NO
(H+)等均表现为还原性。
Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(2)可水解
Fe(OH)2是弱碱,含Fe2+的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。
配制硫酸亚铁溶液时常加少量稀硫酸抑制Fe2+的水解,加少量铁屑防止Fe2+被氧化。
2.铁盐的性质及应用
(1)氧化性:
含有Fe3+的溶液呈棕黄色,Fe3+处于铁的高价态,遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。
①Fe3+与S2-、I-、HS-、SO
等具有较强还原性离子不能大量共存。
②Fe3+可腐蚀印刷电路板上的铜箔,反应的离子方程式为2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+。
(2)易水解:
Fe(OH)3是很弱的碱,且溶度积很小,因而Fe3+极易水解,只能存在于酸性较强的溶液中。
①利用Fe3+易水解的性质,实验室可用饱和FeCl3溶液滴入沸水中制取氢氧化铁胶体,反应的化学方程式:
FeCl3+3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
②利用Fe3+易水解的性质,工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。
③由于Fe3+易水解的性质,实验室配制氯化铁溶液,通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中,然后再稀释至所需浓度。
④Fe3+与HCO
、AlO
、CO
、ClO-等水解呈碱性的离子不能大量共存。
3.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
(4)Fe2+的特征检验方法
溶液
产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓
名师提示你
含Fe2+、Fe3+的除杂问题
主要成分
杂质
除杂方法
FeCl3(aq)
FeCl2(aq)
加入氯水或H2O2
FeCl2(aq)
FeCl3(aq)
加过量铁粉后过滤
FeCl2(aq)
CuCl2(aq)
加过量铁粉后过滤
『考向突破』
考向一 Fe2+、Fe3+的性质与转化
命题角度1 Fe2+、Fe3+相互之间的转化
[题目设计]
1.
(1)下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是________。
①氯气;②NaCl溶液;③酸性KMnO4溶液;④稀硝酸;⑤盐酸;⑥NaNO3溶液
(2)在含有Fe3+、Fe2+、Al3+、NH
的稀溶液中加入足量Na2O2固体,充分作用后,再加入过量稀盐酸,完全反应,则离子数目没有变化的是________。
解析
(1)Cl2、酸性KMnO4、稀HNO3都有强氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,而NaCl溶液、盐酸、NaNO3溶液无氧化性不能将Fe2+氧化成Fe3+。
(2)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,Fe2+转变为Fe3+,Fe3+转变为Fe(OH)3沉淀析出,Al3+转变为AlO
,NH
转变为NH3气体,NH
减少。
没有过滤,再加入过量稀盐酸,Fe(OH)3沉淀转变为Fe3+,所以Fe2+减少,Fe3+增多,AlO
再转变为Al3+,几乎不变。
答案
(1)②⑤⑥
(2)Al3+
命题角度2 铁、铜与氯化铁溶液的反应
[题目设计]
2.将金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应,下列对反应情况设想的评价正确的是( )
选项
反应情况设想
评价
A
当铁、铜均不剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,一定无Fe3+
正确,Fe3+和Fe、Cu均可反应
B
当铁、铜均有剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,无Fe3+
正确,Fe和Cu与Fe3+都反应,故有Fe2+和Cu2+,无Fe3+
C
当铜有剩余,铁无剩余时,溶液中一定只有Fe2+,无Cu2+
正确,Cu有剩余,故无Cu2+
D
当铁有剩余,铜无剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+
不正确,不可能有Fe剩余而无Cu剩余,因为Fe比Cu优先与Fe3+反应
解析 当铁、铜均不剩余时溶液中可能有Fe3+存在,A项错误;当铁过量时,铜不与Fe3+反应,无Cu2+生成,此时溶液中不存在Cu2+和Fe3+,B项错误;铜有剩余则溶液中一定无Fe3+,可能有Cu2+,C项错误;铁比铜活泼,不可能铁剩余而铜无剩余,D项正确。
答案 D
命题角度3 混合溶液中Fe3+、Fe2+的除去
[题目设计]
3.已知:
化合物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mg(OH)2
Cu(OH)2
Ksp近似值
10-39
10-17
10-11
10-20
(1)除去Mg2+中混有的Fe3+的方法
向混合溶液中加入________、________、________中之一,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。
(2)除去Mg2+中混有的Fe2+的方法
先加入氧化剂(如________)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按
(1)的方法除去溶液中的Fe3+。
(3)请设计实验方案:
除去CuCl2溶液中混有的少量FeCl2。
答案
(1)MgO MgCO3 Mg(OH)2
(2)H2O2
(3)先通入适量Cl2(或加入H2O2),然后再按向混合溶液中加入足量CuO[或CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3中之一],充分反应后过滤
考向二 Fe2+和Fe3+的检验及性质实验探究
命题角度1 Fe3+、Fe2+的检验
[题目设计]
4.下列有关物质检验方法不合理的是( )
A.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显血红色,该溶液中一定含有Fe2+
B.用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2
C.检验绿矾晶体是否已氧化变质,可将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液,再观察溶液是否变红色
D.向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+
解析 B项中的Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色。
答案 B
命题角度2 Fe3+、Fe2+的性质探究
[题目设计]
5.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,分层后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)。
解析
(1)Fe2+具有很强的还原性,易被空气中的O2氧化为Fe3+,在FeCl2溶液中加入少量铁屑,可防止Fe2+被氧化。
(2)Fe2+被氧化为Fe3+,Cl2被还原为Cl-,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
(3)加入煤油能隔绝空气,排除空气中O2对实验的影响。
(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。
K3[Fe(CN)6]是检验Fe2+的试剂。
实验③溶液变红,说明溶液中仍存在Fe3+,由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。
(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应,Fe2+被氧化为Fe3+,H2O2被还原为H2O,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。
Fe3+对H2O2的分解起催化作用,当反应一段时间后,会发生反应:
2H2O2
2H2O+O2↑,故溶液中产生气泡。
由于H2O2分解反应放热,促使Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡右移,最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。
答案
(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
考点三 铜及其化合物
『知识梳理』
1.铜的性质
(1)物理性质:
铜是紫红色金属,具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)化学性质
①常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但在潮湿的空气里则会被锈蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。
有关化学方程式:
2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3。
②写出下列化学方程式:
铜在空气中加
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