精品高中化学专题3第二单元铁铜的获取及应用第2课时铁铜及其化合物的应用学案苏教版必修.docx
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精品高中化学专题3第二单元铁铜的获取及应用第2课时铁铜及其化合物的应用学案苏教版必修
第2课时 铁、铜及其化合物的应用
知识内容
必考要求
加试要求
1.铁、铜的化学性质(跟某些非金属、酸、盐的反应)。
2.Fe2+、Fe3+的性质及转化。
3.检验Fe2+、Fe3+的常用方法。
4.不锈钢的主要组成元素及其用途。
b
c
b
b
c
c
a
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
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
归纳总结
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。
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
解析 变价金属Fe、Cu与非金属化合时,非金属的氧化性强,则金属显最高价态,如:
Cl2;非金属的氧化性弱,则金属显低价,如:
S、I2。
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KSCN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KSCN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KSCN溶液,再加入铁粉,现象是溶液先变血红色后褪色,反应的离子方程式是Fe3++3SCN-===Fe(SCN)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.铜及其化合物应用
(1)铜可用于制作导线、水管、电器仪表等。
(2)铜盐可杀菌。
9.不锈钢
能抵抗酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢的总称。
主要是含铬合金钢。
铬使钢铁具有较高的耐腐蚀性。
铬钢中加入镍、钼、钛、锰、氮等元素可以改善耐腐蚀性和工艺性能。
铬钢一般含铬不低于12%,种类很多。
比较常用的有铬不锈钢(含铬12%或更多)和铬镍不锈钢(通常含铬18%和镍8%)两类。
后者耐腐蚀性更好,机械和工艺性能也较优良。
在制造化工设备中用途极广。
一种不锈钢不能抵抗各种介质的腐蚀,因而必须根据具体要求加以选择。
在酸性介质中耐蚀性能特高的不锈钢称为耐酸不锈钢。
归纳总结
1.
e、
e、
e之间的相互转化关系
(1)
e只具有还原性。
可被弱氧化剂(H+、S、I、Cu2+、Fe3+等)氧化成
e,被强氧化剂(Cl2、Br2、O2、HNO3等)氧化成
e。
(2)
e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
e;可被还原剂(Al、Zn、CO、C等]还原为Fe。
(3)
e只具有氧化性,可被还原剂(Fe、Cu等)还原为
e,被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。
2.Fe2+、Fe3+的检验方法(加试要求)
(1)Fe3+检验:
取少量溶液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液变成血红色。
(2)Fe2+检验:
取少量溶液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液不变成血红色,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(SCN)3不是沉淀,溶液中Fe3+遇SCN-的现象是溶液变成血红色而不是血红色沉淀。
2.将铁屑溶于过量盐酸后,再加入下列物质,会有三价铁生成的是( )
A.硫酸B.氯水
C.氯化锌D.氯化铜
答案 B
3.(加试要求)要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时最佳顺序为( )
①加入足量氯水 ②加入足量酸性KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A.①③B.③②
C.③①D.①②③
答案 C
解析 加入少量NH4SCN溶液,若溶液不变成血红色,则说明溶液中不含Fe3+。
溶液中若含有Fe2+,再加入氯水,溶液会变成血红色。
若用足量酸性KMnO4溶液,则酸性KMnO4溶液本身显紫色,难以观察到现象。
4.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.铁屑溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止,得到红棕色残渣,上述沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3 Fe2O3B.Fe(OH)2 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.Fe(OH)2 Fe3O4
答案 B
解析 铁屑溶于过量的稀硫酸,反应生成硫酸亚铁,硫酸亚铁与足量氨水反应生成氢氧化亚铁白色沉淀,在空气中氢氧化亚铁容易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁,氢氧化铁为红褐色沉淀,受热分解生成红棕色三氧化二铁。
2.将铁片投入下列溶液中,一段时间后取出,干燥、称量,铁片质量增加的是( )
A.稀硫酸B.硫酸锌溶液
C.硫酸铜溶液D.乙醇溶液
答案 C
3.(加试要求)某物质溶于盐酸后,再向溶液中滴加KSCN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.制印刷电路时常用FeCl3溶液作为“腐蚀液”,发生的反应为2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2。
向盛有FeCl3溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,反应结束后,下列结果不可能出现的是( )
A.烧杯中有铜无铁B.烧杯中有铁无铜
C.烧杯中铁、铜都有D.烧杯中铁、铜都无
答案 B
解析 根据2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2、2FeCl3+Fe===3FeCl2可知,铁、铜都可以和氯化铁反应,但是,由于铁的活动性比铜的活动性强,所以只有铁完全反应后,剩余的氯化铁才能与铜反应。
因此,不可能出现有铁无铜的现象。
6.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原因是____________________
_________________________________________________________(用离子方程式表示);
某同学为检验某未知溶液中是否为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________________________________________。
(2)A、B、C、D、E分别是铁或铁的化合物。
其中D是一种红褐色沉淀。
其相互反应关系如图所示:
根据如图所示变化,按要求回答下列问题:
①写出A、E的化学式:
A________,E________。
②写出其中几步反应的化学方程式:
C→B:
________________________________________________________________________;
B→D:
________________________________________________________________________;
E→A:
________________________________________________________________________。
③C中加入NaOH溶液,看到的现象是________________________________________。
答案
(1)2Fe3++Fe===3Fe2+ 不合理 先加KSCN溶液,无现象,再加入氯水,溶液变成血红色,则证明原溶液有Fe2+
(2)①Fe Fe2O3 ②2FeCl2+Cl2===2FeCl3(合理即可) FeCl3+3NaOH===Fe(OH)3↓+3NaCl(合理即可) Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2(或Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3) ③出现白色沉淀,迅速变成灰绿色,最终变成红褐色
解析
(2)解答该题的关键是D,因为D为红褐色沉淀,可知D是Fe(OH)3,则E是Fe2O3,A是Fe,B是FeCl3,C是FeCl2。
课时作业
[经典基础题]
1.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在足量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在足量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。
2.要除去FeCl2溶液中的少量FeCl3,可行的办法是( )
A.滴入KSCN溶液B.通入氯气
C.加入铜粉D.加入铁粉
答案 D
解析 除杂质的原则是除去杂质而不引入新的杂质。
若滴入KSCN溶液,不但不能除去Fe3+反而引入了新杂质K+、SCN-,A选项不正确;通入氯气,发生反应:
2FeCl2+Cl2===2FeCl3,B选项不正确;加入铜粉,发生反应:
Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,溶液中引入了新杂质Cu2+,C选项错误;加入铁粉,发生反应:
Fe+2Fe3+===3Fe2+,该方法可行,D选项正确。
3.下列反应的离子方程式正确的是( )
A.将铜屑加入Fe3+溶液中:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
B.将磁性氧化铁溶于盐酸:
Fe3O4+8H+===3Fe3++4H2O
C.FeCl2酸性溶液放在空气中变质:
2Fe2++4H++O2===2Fe3++2H2O
D.将铁粉加入稀硫酸中:
2Fe+6H+===2Fe3++3H2↑
答案 A
解析 A项符合3个守恒,正确;B项电荷不守恒,Fe3O4中Fe元素有两种价态:
+2、+3,所以产物中有Fe2+、Fe3+,错误;C项得失电子不守恒、电荷不守恒,错误;D项不符合客观实际,反应后只能产生Fe2+和H2,错误。
4.(加试要求)将下列四种化合物溶于稀盐酸,滴加硫氰化钾溶液,没有颜色变化,再加氯水即呈现血红色的是( )
A.FeOB.Fe2O3
C.Fe3O4D.Fe2(SO4)3
答案 A
解析 Fe3O4与HCl反应,既有FeCl3生成,又有FeCl2生成。
5.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SCN-
B.Fe3+的氧化性比Cl2的氧化性强
C.Fe2+被Cl2氧化为Fe3+
D.Fe2+与SCN-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SCN-与Fe3+反应生成血红色物质,故原溶液中一定含有SCN-。
6.把铁粉、铜粉置于FeCl3溶液中,充分反应后加入KSCN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.(加试要求)FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,下列判断不正确的是( )
A.加入KSCN溶液一定不变血红色
B.溶液中一定含Fe2+
C.溶液中一定含Cu2+
D.剩余固体中一定含铜
答案 C
解析 Fe3+的氧化性比Cu2+的氧化性强,Fe先与Fe3+反应生成Fe2+,再与Cu2+反应生成单质Cu。
分析题意可知,该固体至少含有Cu,可能含有Fe。
由以上分析知,溶液中一定不含Fe3+,故加入KSCN溶液,溶液不会变成血红色;由于固体中含有Cu,所以溶液中一定含有Fe2+;Cu是否全部被置换出来不能确定,故溶液中不一定含有Cu2+。
8.向含下列离子的溶液中加足量氢氧化钠溶液,经充分搅拌反应并静置、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:
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224mL(标准状况)的气体,在所得溶液中加入KSCN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。
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
x0.5xyyy
由题意得:
56g·mol-1×(0.5x+y)=64g·mol-1×y
解得x∶y=2∶7。
[能力提升题]
11.(加试要求)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①、④的转化,要求产物纯净,可选用________(填字母)。
a.Cl2b.Fe
c.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____________、____________。
(4)某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质,查阅了有关资料,得知Fe2+能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使高锰酸钾溶液褪色,并结合已学的知识设计了如下实验:
将药片除去糖衣研细后,溶解过滤,取滤液分别加入两支试管中,在试管Ⅰ中滴入酸性高锰酸钾溶液,在试管Ⅱ中滴入KSCN溶液。
①请你填出该同学实验中出现以下现象时应得出的结论:
实验
现象
结论
试管Ⅰ
试管Ⅱ
a
褪色
不变血红
b
不褪色
变血红
c
褪色
变血红
②能不能将KMnO4和KSCN滴入到同一试管中进行验证,为什么?
试进行解释:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)ab
(2)Fe2O3 (3)净水 消毒
(4)①a.没有变质 b.完全变质 c.部分变质
②不能,原因是KMnO4溶液呈紫红色,影响Fe3+的检验;KSCN具有还原性,影响Fe2+的检验
解析
(1)Fe2+
Fe3+,Fe3+
Fe2+,选KMnO4则引入杂质,选Cu则引入杂质Cu2+。
(2)
2O3→K2
O4,故Fe2O3作还原剂,Fe2O3具有还原性。
(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。
(4)①加KMnO4溶液只要褪色就说明含有Fe2+,而加入KSCN溶液变血红则说明含有Fe3+,所以前三问的答案很容易得出,而第②问中的原因可归结为两条,一是KMnO4溶液呈紫红色,影响观察Fe(SCN)3的血红色,二是KSCN具有较强的还原性,可以被KMnO4氧化,影响Fe2+的检验。
12.某化学兴趣小组利用下列试剂,铁粉、锌粉、0.1mol·L-1FeCl3溶液、0.1mol·L-1FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水,探究Fe2+、Fe3+的氧化性、还原性,并利用实验结论解决一些问题。
(1)用所给试剂写出体现Fe2+具有还原性的反应的化学方程式:
__________________
________________________________________________________________________。
(2)设计实验方案,完成下列表格。
探究内容
实验方案
实验现象
探究Fe3+具有氧化性
取少量0.1mol·L-1FeCl3溶液,往溶液中加入足量铁粉,再加入少量KSCN溶液
加入铁粉后,溶液颜色变为________。
加入KSCN溶液后,溶液________
(3)该兴趣小组为说明“Fe2+具有氧化性”,提出了向FeCl2溶液中加入锌粉来观察实验现象的方案,该反应的离子方程式为_____________________________________________
____________________