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铁铜基础知识

姓名:

学号:

班级:

高三化学总复习金属及其化合物

(三)铁、铜及其重要化合物

一、《考试说明》中的要求:

1.能利用金属的活动顺序判断反应并解释相关现象(Ⅱ)

2.根据研究物质的思路和方法,掌握常见金属单质及其重要化合物的主要性质和应用(Ⅱ)

3.通过生活中常见合金的组成及其重要应用,了解合金与金属在性能上的主要差异(Ⅰ)

二、考点梳理《必修1》《必修2》《化学与生活》

(一)铁

1.铁元素的存在、位置、结构

在地壳中,铁的含量位于第位,在自然界中,铁既有游离态(存在于陨石中),也有化合态,主要化合价为,其更稳定。

在元素周期表中,铁元素位于周期,族,属于过渡元素。

铁原子的原子结构示意图:

2.铁的物理性质

纯净铁是光亮的_______金属,抗腐蚀能力_________(强、弱),密度7.86g/cm3,熔点

1535℃,有延展性、导电性和传热性,能被磁铁吸引。

3.铁的化学性质:

注意铁的氧化产物价态与氧化剂的关系

(1)与非金属反应(O2、S、X2、等)

 

(2)与水反应:

(3)与酸反应

①非强氧化性酸反应:

②强氧化性酸。

钝化:

铁与稀硝酸的反应

Fe+HNO3(过量)==

离子方程式:

Fe(过量)+HNO3==

离子方程式:

(4)与某些盐溶液反应(硫酸铜、硫酸铁等)

 

归纳:

铁的化学性质及在反应后的生成物中显+2价或+3价的规律如下;

4、铁的制备:

 

例14北京11.用右图装置(夹持、加热装置已略)进行实验,由②中现象,不能证实①中反应发生的是

①中实验

②中现象

A

铁粉与水蒸气加热

肥皂水冒泡

B

加热NH4Cl和Ca(OH)2混合物

酚酞溶液变红

C

NaHCO3固体受热分解

澄清石灰水变浑浊

D

石蜡油在碎瓷片上受热分解

Br2的CCl4溶液褪色

13广东化学23.下列实验的现象与对应结论均正确的是

选项

操作

现象

结论

A

将浓硫酸滴到蔗糖表面

固体变黑膨胀

浓硫酸有脱水性和强氧化性

B

常温下将Al片放入浓硝酸中

无明显变化

Al与浓硝酸不反应

C

将一小块Na放入无水乙醇中

产生气泡

Na能置换出醇羟基中的氢

D

将水蒸气通过灼热的铁粉

粉末变红

铁与水在高温下发生反应

14上海17.用FeCl3溶液腐蚀印刷电路上的铜,所得的溶液中加入铁粉,对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是

A.若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+

B.若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+

C.若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出

D.若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出

例15年丰台一模27.(14分)铁及其化合物在日常生活中有广泛应用。

(1)写出Fe(OH)2转化为Fe(OH)3的化学方程式。

(2)绿矾(FeSO4·7H2O)是补血剂的原料,易变质。

检验绿矾是否变质的试剂是。

设计实验检验绿矾是否完全变质。

(3)利用绿矾制备还原铁粉的工业流程如下:

 

干燥过程主要是为了脱去游离水和结晶水,过程中会有少量FeCO3·nH2O在空气中被氧化为FeOOH,该反应的化学方程式为。

②取干燥后的FeCO3样品12.49g,焙烧,最终得到还原铁粉6.16g,计算样品中杂质FeOOH的质量。

(4)以羰基化合物为载体运用化学平衡移动原理分离、提纯某纳米级活性铁粉(含有一些不反应的杂质),反应装置如下图。

Fe(s)+5CO(g)

Fe(CO)5(g)ΔH<0

T1T2(填“>”、“<”或“=”),判断理由是。

(二)铁的重要化合物

1.氧化物

FeO

Fe2O3

Fe3O4

俗称

化合价

色、态

水溶性

稳定性

在空气中氧化为Fe3O4

空气中稳定

在空气中稳定

和非氧化性酸反应

和强氧化性酸反应

制备

高温熔融,过量的铁与O2反应:

氢氧化铁加热分解

铁在氧气中燃烧

注意:

①FeO与非氧化性酸相遇时,发生复分解反应,生成亚铁盐;但与强氧化性酸相遇,Fe2+被氧化成Fe3+,生成铁盐

②Fe3O4是一种复杂的氧化物,它不属于碱性氧化物,可以写成FeO·Fe2O3的形式,FeO、Fe2O3是碱性氧化物

例14全国9.等质量的下列物质与足量稀硝酸反应,放出NO物质的量最多是

A.FeOB.Fe2O3C.FeSO4D.Fe3O4

13全国11.能正确表示下列反应的离子方程式是

A.用过量氨水吸收工业尾气中的SO2:

2NH3·H2O+SO2==2NH

+SO

+H2O

B.氯化钠与浓硫酸混合加热:

H2SO4+2Cl

SO2↑+Cl2↑+H2O

C.磁性氧化铁溶于稀硝酸:

3Fe

+4H

+NO

==3Fe

+NO↑+3H2O

D.明矾溶液中滴入Ba(OH)2溶液使SO

恰好完全沉淀:

2Ba

+3OH

+Al

+2SO

==2BaSO4↓+Al(OH)3↓

 

2.氢氧化物:

注意转化过程中的颜色变化(对比沉淀转化中的颜色变化)

氢氧化亚铁-Fe(OH)2

氢氧化铁-Fe(OH)3

色态

水溶性

与非强氧化性酸反应

与氧化性酸反应

稳定性

 

转化关系

 

制取

 

14上海32.将黑色的Fe2S3固体加入足量的盐酸中,溶液中有淡黄色固体生成,产物还有,______,过滤,微热滤液,然后加入过量氢氧化钠溶液,可观察到的现象是。

例14浙江26.(15分)某研究小组为了探究一种无机矿物质X(仅含四种元素)的组成和性质,设计并完成如下实验:

 

另取10.80gX在惰性气流中加热至完全分解,得到6.40g固体1.请回答如下问题:

(1)画出白色沉淀1中金属元素的原子结构示意图_______,写出气体甲的电子式_______。

(2)X的化学式是______,在惰性气流中加热X至完全分解的化学反应方程式为_______。

(3)白色沉淀2在空气中变成红褐色沉淀的原因是_______(用化学反应方程式表示)。

(4)一定条件下,气体甲鱼固体1中的某种成分可能发生氧化还原反应,写出一个可能的化学反应方程式_______,并设计实验方案验证该反应的产物_______。

 

13年课标10.能正确表示下列反应的离子方程式是

A.浓盐酸与铁屑反应:

2Fe+6H

==2Fe

+3H2↑

B.钠与CuSO4溶液反应:

2Na+Cu

==Cu↓+2Na

C.NaHCO3溶液与稀H2SO4反应:

CO

+2H

==H2O+CO2↑

D.向FeCl3溶液中加入Mg(OH)2:

3Mg(OH)2+2Fe

==2Fe(OH)3+3Mg

3.铁及其化合物相互转化:

注意铁盐价态转化和盐类水解

请在转化图中填入适合的试剂,并在右侧完成相应的方程式。

在Fe3+、Fe2+的化学性质及其相互转化关系转中,应常注意以下方面:

①判断离子共存时应注意Fe3+与HCO3-的互促水解;Fe3+与I-、S2-、SO32-的氧化还原反应;Fe2+与NO3-(H+)、MnO4-的氧化还原反应。

②Fe3+、Fe2+盐溶液的配置和保存。

 

③制取Fe(OH)3胶体的方法。

 

④制备无水FeCl3的方法

 

⑤氧化还原关系

氧化性:

Cl2>Br2>Fe3+>I2>S;还原性:

Cl-

例14上海35.提取的NH4Cl中含少量Fe2+、SO42-,将产品溶解,加入H2O2,加热至沸,再加入BaCl2溶液,过滤,蒸发结晶,得到工业氯化铵。

加热至沸的目的是。

滤渣的主要成分是、。

例14全国8.下列有关Fe2(SO4)3,溶液的叙述正确的是

A.该溶液中,K+、Fe2+、C6H5OH、Br-可以大量共存

B.和KI溶液反应的离子方程式:

Fe3++2I-=Fe2++I2

C.和Ba(OH)2溶液反应的离子方程式:

Fe3++SO42-+Ba2++3OH-=Fe(OH)3↓+BaSO4↓

D.1L0.1mol/L该溶液和足量的Zn充分反应,生成11.2gFe

13福建23.(16分)利用化石燃料开采、加工过程产生的H2S废气制取氢气,既廉价又环保。

(1)工业上可用组成为K2O·M2O3·2RO2·nH2O的无机材料纯化制取的氢气。

①已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期,两种元素原子的质子数之和为27,则R的原子结构示意图为。

②常温下,不能与M单质发生反应的是(填序号)。

a.CuSO4溶液b.Fe2O3c.浓硫酸d.NaOHe.Na2CO3固体

(2)利用H2S废气制取氢气来的方法有多种。

①略

②电化学法

该法制氢过程的示意图如右。

反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是;反应池中发生反应的化学方程式为。

反应后的溶液进入电解池,电解总反应的离子方程式为。

例14北京28.(15分)

用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液,通过控制电压电解得以再生。

某同学使用石墨电极,在不同电压(x)下电解pH=1的

溶液,研究废液再生机理。

记录如下(a、b、c代表电压值):

序号

电压 / V

阳极现象

检验阳极产物

x≥a

电极附近出现黄色,有气泡产生

、有Cl2

a>x≥b

电极附近出现黄色,无气泡产生

、无Cl2

b>x>0

无明显变化

、无Cl2

(1)用KSCN溶液检验出

的现象是。

(2)Ⅰ中,

产生的原因可能是

在阳极放电,生成的Cl2将

氧化。

写出有关反应:

(3)由Ⅱ推测,

产生的原因还可能是

在阳极放电,原因是

具有性。

(4)Ⅱ中虽未检验出Cl2,但

在阳极是否放电仍需进一步验证。

电解pH=1的NaCl溶液做对照实验,记录如下:

序号

电压 / V

阳极现象

检验阳极产物

a>x≥c

无明显变化

有Cl2

c>x≥b

无明显变化

无Cl2

①  NaCl溶液的浓度是mol/L。

②  Ⅳ中检验Cl2的实验方法:

③与Ⅱ对比,得出的结论(写出两点):

13全国9.电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O

)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O

+6Fe

+14H

==2Cr

+6Fe

+7H2O,最后Cr

以Cr(OH)3形式除去,下列说法不正确的是

A.阳极反应为Fe-2e-==Fe2+B.电解过程中溶液pH不会变化

C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成

D.电路中每转移12mol电子,最多有1molCr2O

被还原

例14年朝阳二模9.粗制的CuSO4·5H2O晶体中含有Fe2+。

提纯时,为了除去Fe2+,常加入少量H2O2,然后再加入少量碱至溶液pH=4,可以达到除去铁离子而不损失硫酸铜的目的。

下列说法不正确的是

A.溶解CuSO4·5H2O晶体时要加入少量稀H2SO4

B.加入H2O2,将Fe2+氧化,2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O

C.由于CuSO4的催化作用,会使部分H2O2分解而损失

D.调溶液pH=4的依据是Cu(OH)2比Fe(OH)3更难溶

 

13江苏19.(15分)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂,可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列反应制备:

FeSO4+Na2CO3==FeCO3↓+Na2SO4FeCO3+C6H8O7==FeC6H6O7+CO2↑+H2O下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol/L计算)。

金属离子

开始沉淀的pH

沉淀完全的pH

Fe

1.1

3.2

Al

3.0

5.0

Fe

5.8

8.8

(1)制备FeCO3时,选用的加料方式是(填字母),原因是。

a.将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中

b.将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中

c.将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中

(2)生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否完全的方法是。

(3)将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中,再加入少量铁粉,80℃下搅拌反应。

铁粉的作用是。

反应结束后,无需过滤,除去过量铁粉的方法

是。

(4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥,获得柠檬酸亚铁晶体。

分离过程中加入无水乙醇的目的是

(5)某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发,先制备绿矾,再合成柠檬酸亚铁。

请结合右图的绿矾溶解度曲线,补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的实验步骤

(可选用的试剂:

铁粉、稀硫酸和NaOH溶液):

向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应,,得到FeSO4液,,得到FeSO4·7H2O晶体。

15东城一模27.(14分)碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]可用做净水剂、媒染剂、颜料和药物。

工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的部分工艺如下:

硫酸

硫酸

NaNO2、硫酸

NaHCO3

碱式硫酸铁

过量

废铁屑

调pH

反应Ⅲ

过滤

反应Ⅱ

反应Ⅰ

滤渣

已知:

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:

沉淀物

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Al(OH)3

开始沉淀

2.3

7.5

3.4

完全沉淀

3.2

9.7

4.4

(1)反应Ⅰ中发生的氧化还原反应的离子方程式是。

(2)反应Ⅱ中加入NaHCO3调节体系的pH在范围内。

(3)反应Ⅲ中生成的气体遇空气变红棕色,则反应Ⅲ中发生反应的离子方程式是。

(4)反应Ⅲ中通入氧气可减少NaNO2的用量。

若消耗1mol氧气可节约n(NaNO2)=mol。

(5)用硫酸控制体系的pH。

若硫酸加入量过小,容易生成沉淀;若硫酸加入量过大,不利于产品形成,用化学平衡移动原理分析其原因是。

(6)碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)2+离子可部分水解生成Fe2(OH)42+聚合离子,该水解反应的离子方程式是。

4.Fe3+、Fe2+的检验方法

Fe3+、Fe2+的检验方法比较多,但最重要、最特征的方法是SCN-法检验。

Fe3+

Fe2+

操作方法

 

离子方程式

 

例14广东8.水溶液中能大量共存的一组离子是

A.Na+、Ca2+、Cl-、SO42-B.Fe2+、H+、SO32-、ClO-

C.Mg2+、NH4+、Cl-、SO42-D.K+、Fe3+、NO3-、SCN-

例15年东城一模28.(15分)某学生欲通过实验方法验证Fe2+的性质。

(1)该同学在实验前,依据Fe2+的性,填写了下表。

实验操作

预期现象

反应的离子方程式

向盛有新制FeSO4溶液的试管中滴入数滴浓硝酸,振荡

试管中产生红棕色气体,溶液颜色逐渐变黄

Fe2++NO

+2H+=Fe3++NO2↑+H2O

依照表中操作,该同学进行实验。

观察到液面上方气体逐渐变为红棕色,但试管中溶液颜色却变为深棕色。

为了进一步探究溶液变成深棕色的原因,该同学进行如下实验。

(2)向原新制FeSO4溶液和反应后溶液中均加入KSCN溶液,前者不变红色,后者变红。

该现象的结论是。

(3)该同学通过查阅资料,认为溶液的深棕色可能是NO2或NO与溶液中Fe2+或Fe3+发生反应而得到的。

为此他利用如图装置(气密性已检验,尾气处理装置略)进行探究。

ⅰ.打开活塞a、关闭b,并使甲装置中反应开始后,观察到丙中溶液逐渐变为深棕色,而丁中溶液无明显变化。

ⅱ.打开活塞b、关闭a,一段时间后再停止甲中反应。

ⅲ.为与ⅰ中实验进行对照,更换丙、丁后,使甲中反应继续,观察到的现象与步骤ⅰ中相同。

①铜与足量浓硝酸反应的化学方程式是;

②装置乙的作用是;

③步骤ⅱ的目的是;

④该实验可得出的结论是。

(4)该同学重新进行

(1)中实验,观察到了预期现象,其实验操作是。

5.铁及其化合物转化关系图

 

(三)铜及其重要化合物

1.铜

铜元素是第29号元素,位于元素周期表第四周期第IB族,纯净的铜为紫红色,通常表现为+1和+2价,以+2价为主。

反应物质

化学方程式

非金属

O2

(色固体)

Cl2、S

(色烟)

(色固体)

氧化性酸

浓硫酸

浓硝酸

稀硝酸

AgNO3

FeCl3

制备

火法

湿法

2.铜的氧化物

物质

氧化铜

氧化亚铜

化学式

状态

不溶于水色固体(粉末)

不溶于水色固体

1、与酸(H+)反应:

2、与还原剂(H2、CO、NH3、乙醇)反应:

新制氢氧化铜与乙醛的反应:

3.氢氧化铜

氢氧化铜为色溶于水固体,具有难溶氢氧化物的共性,弱氧化性。

(1)碱的通性:

例如:

和乙酸反应:

_______________________________________________________

(2)受热分解:

_______________________________

(3)新制氢氧化铜悬浊液(费林试剂)与葡萄糖共热,产生红色沉淀。

________________________________________________________________________________

4.常见的铜盐

盐溶液中的铜离子具有弱碱阳离子的共性和弱氧化性,固体铜盐具有不稳定性。

(1)

受热分解_______________________________________________________

(2)无水硫酸铜白色粉末吸水后形成蓝色晶体,用于检验水的存在。

__________________________________________________________

(3)将一颗铁钉投入硫酸铜溶液中,过一段时间,铁钉上附着一层红色物质。

__________________________________________________________

(4)在蓝色硫酸铜溶液中通入硫化氢气体,产生黑色沉淀。

___

5.铜及其化合物间的转化关系

6.五彩缤纷的铜世界

例14广东11.某同学组装了图4所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其它均为Cu,则

A、电流方向:

电极Ⅳ→A→电极Ⅰ

B、电极Ⅰ发生还原反应

C、电极Ⅱ逐渐溶解

D、电极Ⅲ的电极反应:

Cu2++2e- = Cu 

11海淀一模28.(14分)某实验小组同学为了探究铜与浓硫酸的反应,进行了如下系列实验。

【实验1】铜与浓硫酸反应,实验装置如图20所示。

图20

实验步骤:

①先连接好装置,检验气密性,加入试剂;

②加热A试管直到B中品红褪色,熄灭酒精灯;

③将Cu丝上提离开液面。

(1)装置A中发生反应的化学方程式为。

(2)熄灭酒精灯后,因为有导管D的存在,B中的液体不会倒吸,其原因是。

(3)拆除装置前,不需打开胶塞,就可使装置中残留气体完全被吸收,应当采取的操作是。

【实验2】实验中发现试管内除了产生白色固体外,在铜丝表面还产生黑色固体甲,其中可能含有氧化铜、硫化铜、硫化亚铜,以及被掩蔽的氧化亚铜。

查阅资料:

①氧化亚铜在酸性环境下会发生自身氧化还原反应生成Cu2+和铜单质,在氧气流中煅烧,可以转化为氧化铜。

②硫化铜和硫化亚铜常温下都不溶于稀盐酸,在氧气流中煅烧,硫化铜和硫化亚铜都转化为氧化铜和二氧化硫。

为了研究甲的成分,该小组同学在收集到足够量的固体甲后,进行了如图21的实验:

 

图21

(4)②中检验滤渣是否洗涤干净的实验方法是。

(5)③中在煅烧过程中一定发生的反应的化学方程式为。

(6)下列对于固体甲的成分的判断中,正确的是(填字母选项)。

A.固体甲中,CuS和Cu2S不能同时存在

B.固体甲中,CuO和Cu2O至少有一种

C.固体甲中若没有Cu2O,则一定有Cu2S

D.固体甲中若存在Cu2O,也可能有Cu2S

例15年丰台一模

资料:

1.氧化亚铜:

化学式Cu2O,红色至红褐色结晶或粉末,不溶于水及有机溶剂,可溶于稀盐酸、稀硫酸等,在稀硫酸溶液中歧化为二价铜和铜单质。

氧化亚铜在1800℃时分解,在干燥空气中稳定,但在潮湿空气中被慢慢氧化为氧化铜。

氧化亚铜主要用于制造船底防污漆、杀虫剂……

2.葡萄糖还原法制备氧化亚铜:

将葡萄糖与新制氢氧化铜悬浊液混合后进行反应,生成氧化亚铜,条件控制不当时会有少量氧化铜生成。

28.(15分)氧化亚铜是大型水面舰艇防护涂层的重要原料。

某小组通过查阅资料,进行如下研究。

I.Cu2O的制取

(1)葡萄糖还原法制Cu2O的化学方程式为。

(2)实验室用此方法制取并获得少量Cu2O固体,需要的玻璃仪器除试管、酒精灯、烧杯

外,还需要。

II.检验样品中是否含有CuO

方案1:

将制得的Cu2O样品溶于足量稀硫酸。

(3)甲同学认为若溶液变为蓝色,则说明样品中含有CuO杂质。

乙同学认为此推论不合理,用化学用语解释原因。

(4)甲同学通过反思,认为将定性检验改为定量测定便能确定样品中是否含有CuO杂质,应测量的数据是。

方案2:

丙同学认为采用如下装置(所加药品均足量)进行实验,通过测定c装置反应后固体的质量以及d装置反应前后增重的质量,可计算

,从而确定样品中是否含有氧化铜。

(5)装置a中所加的酸是(填化学式),装置e中碱石灰的作用是。

(6)点燃装置c中酒精灯之前需进行的操作是。

(7)熄灭酒精灯之后,仍需通一段时间H2至试管冷却,原因是。

例14年房山一模28.(14分)某化学小组用下图装置电解CuCl2溶液制少量漂白液:

 

(1)其阳极的反应式是:

;导气管W端应与出气口连接。

(2)实验后发现阴极碳棒上除了附着有红色物质,还附着有少量白色物质。

物质名称及化学式

氯化亚铜CuCl

碱式氯化铜Cu2(OH)3Cl

性质

白色固体、不溶水

绿色固体、不溶水

查阅资料显示:

化学小组分析提出:

①红色物质可能有、或Cu2O、或二者都有;

②白色物质为CuCl

(3)为探究阴极碳棒上附着的红色、白色物质,设计了如下实验:

取出阴极碳棒,洗涤、干燥、称其质量为W1g,并将其放入下图所示装置b中,进行实验。

 

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