江苏专用版高考化学专题二第3讲铁铜的获取及应用学案.docx

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江苏专用版高考化学专题二第3讲铁铜的获取及应用学案

第3讲　铁、铜的获取及应用

【2020·备考】

最新考纲：

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。

新课标要求：

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。

最新考情：

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。

考点一　铁及其重要化合物的性质

[知识梳理]

1.铁元素的存在形式

2.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

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＋。

名师助学：

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。

3.生铁的冶炼

（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。

4.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

名师助学：

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＋。

[题组诊断]

　铁及其化合物的性质

1.下列叙述正确的是（　　）

A.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

B.足量的Fe在Cl2中燃烧只生成FeCl3

C.Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出

D.Fe2O3

FeCl3（aq）

无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化

解析　HNO3具有强氧化性，与Fe反应产生的气体为NO，Fe与稀HNO3反应不是置换反应，A项错误；铁与Cl2反应无论量的多少产物都是FeCl3，B项正确；C项中Fe2O3溶解产生Fe3＋恰好将铁单质氧化，因而不能置换出H2，C项正确；FeCl3溶液加热时易水解，D项错误。

答案　BC

2.在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量（纵坐标）与所加铁粉的物质的量（横坐标）的关系如图所示。

请将正确答案的序号填在相应的横线上。

①Fe3＋　②Fe2＋　③Fe、Fe2＋　④Fe2＋、Fe3＋

（1）AB段铁元素以________形式存在。

（2）BC段铁元素以________形式存在。

（3）CD段铁元素以________形式存在。

解析　向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为

Fe2＋。

答案　

（1）①　

（2）④　（3）③

3.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。

已知：

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）。

解析　

（1）FeCl3能将铜氧化成Cu2＋，本身被还原为Fe2＋。

（2）先用过量铁置换出铜，固体为铁与铜的混合物，再分离铜应加入盐酸；（3）过程Ⅱ是亚铁离子生成Fe（OH）2，鼓入空气转化成Fe（OH）3；（4）Ksp＝c（Fe3＋）·c3（OH－），c（OH－）＝Kw/c（H＋），可求c（Fe3＋）。

答案　

（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（2）回收铜　Cu和Fe　加盐酸反应后过滤

（3）FeCl2＋Ca（OH）2===Fe（OH）2↓＋CaCl2、

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

（4）c（Fe3＋）＝4.0×10－38÷（10－9）3mol·L－1＝4.0×10－11mol/L

【总结归纳】

1.铁与稀硝酸反应产物中铁元素价态的判断方法

（1）当HNO3过量时：

反应原理：

Fe＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O，铁元素的存在形式为

Fe3＋，铁元素的价态为＋3价。

（2）当Fe过量时：

铁被硝酸氧化为Fe3＋，然后Fe3＋被剩余的铁还原为Fe2＋，也就是说最终得到亚铁盐，总方程式：

3Fe＋8HNO3（稀）===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。

（3）当

＜

＜

时：

铁元素的存在形式为Fe2＋和Fe3＋，铁元素的价态为＋2、＋3价。

（4）用数轴法表示，铁与硝酸的用量比与反应产物的关系：

2.铁与硫酸、硝酸的混酸反应顺序总结

足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：

Fe＋NO

＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===

Fe2＋＋H2↑（若H＋量不足，该反应不再发生）。

　有关铁及其化合物的实验探究

4.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

5.下列各图示中，不能较长时间观察到Fe（OH）2白色沉淀的是（　　）

解析　因为Fe（OH）2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe（OH）3，即发生4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（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。

A、B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；C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，能防止空气进入；D由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe（OH）2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。

答案　D

【总结归纳】

防止Fe（OH）2氧化的方法

（1）将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。

（2）将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。

（3）在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。

（4）在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。

（5）用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaCl溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。

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FeCl3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利用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

（2）用NaOH溶液

（3）含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验

溶液变红色，说明含有Fe3＋

KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2＋

（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↓

4.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

[题组诊断]

　Fe2＋、Fe3＋的性质与转化

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

A.①②③B.①③④

C.②④⑤D.②⑤⑥

解析　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溶液不能将Fe2＋氧化成Fe3＋。

答案　D

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（　　）

A.Fe3＋、Al3＋B.Al3＋

C.Fe2＋、NH

D.Fe3＋

解析　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　B

3.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

【归纳总结】

“铁三角”转化

上述转化关系中标号反应的离子方程式：

①2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；

②2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋；

③2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；

④3Fe2＋＋NO

＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

　Fe2＋和Fe3＋的检验

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

5.下列关于Fe3＋、Fe2＋性质实验的说法错误的是（　　）

A.用上图装置可以制备沉淀Fe（OH）2

B.配制FeCl3溶液时，先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中，再加水稀释到所需要的浓度

C.FeCl3溶液中滴加KSCN溶液会生成红色沉淀

D.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2＋被氧化

解析　A项，打开止水夹，左边锥形瓶中发生反应：

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，H2排出反应体系内的空气，使体系保持H2氛围，关闭止水夹，生成的FeSO4被压到右边锥形瓶中生成Fe（OH）2沉淀，正确；C项，生成配合物血红色Fe（SCN）3，不是沉淀，错误。

答案　C

6.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）。

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）O2难溶于煤油，加入煤油能隔绝空气，排除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＋＋3H2O

Fe（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

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：

①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2（OH）2CO3

②2Cu＋S

Cu2S

③Cu＋

④Cu＋

2.氧化铜和氧化亚铜

名称

氧化铜

氧化亚铜

颜色

黑色

砖红色

与酸反应（H＋）

CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O

Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

与H2反应

CuO＋H2

Cu＋H2O

Cu2O＋H2

2Cu＋H2O

转化关系

4CuO

2Cu2O＋O2↑

3.氢氧化铜

（1）物理性质：

蓝色不溶于水的固体。

（2）化学性质及应用

4.CuSO4·5H2O

CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。

无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色（生成CuSO4·5H2O），可作为水的检验依据。

提醒：

①无水CuSO4只能作为水的检验试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。

②常见铜及其化合物的颜色

物质

颜色

物质

颜色

Cu

紫红色

CuSO4

白色

CuO

黑色

CuSO4·5H2O

蓝色

Cu2O

砖红色

Cu2（OH）2CO3

绿色

Cu2S

黑色

Cu（OH）2

蓝色

[题组诊断]

　铜及其化合物的性质

1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu（OH）2（×）