铁铜的获取及应用.docx
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铁铜的获取及应用
第4讲 铁、铜的获取及应用
[考纲要求] 1.了解铁及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解铜及其化合物的主要性质及应用。
3.以Fe3＋、Fe2＋为例理解变价金属元素的氧化还原反应。
考点一 变价金属——铁的性质
1．纯铁具有金属的共性，如具有________色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被________吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。
2．用化学方程式或离子方程式表示下列变化
（1）Fe＋
（2）Fe＋H2O（g）
④________________________
（3）Fe—
⑤________________________________________________________________________
⑥________________________________________________________________________
特别提醒 常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中钝化的实质是强氧化性的酸使铁的表面生成一层致密的氧化膜，阻止了内部金属与酸继续反应。
故在常温时可用铁制容器贮存或运输浓硫酸、浓硝酸。
1．铁元素是典型的变价金属元素，它在化合物中主要表现为＋2价和＋3价，请归纳总结：
（1）Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成＋2价？
写出有关反应的化学方程式或离子方程式。
（2）Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成＋3价？
写出有关反应的化学方程式。
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。
3．铁与水蒸气反应，通常有以下两种装置，请思考以下问题：
装置一
装置二
实验装置
（1）方法一中，装置A的作用
________________________________________________________________________。
方法二中，装湿棉花的作用
________________________________________________________________________。
（2）实验完毕后，取出装置一的少量固体，溶于足量稀盐酸，再滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，试解释原因：
________________________________________________________________________。
分析铁与稀HNO3反应的关键
一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式：
HNO3过量：
Fe＋4HNO3===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O，
Fe过量时：
Fe＋2Fe（NO3）3===3Fe（NO3）2，两者相加得总方程式：
3Fe＋8HNO3===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，可以用数轴表示：
解题时需注意量的范围。
即：
①_≥_，产物仅有Fe（NO3）3，HNO3可能有剩余；②_≤_，产物仅有Fe（NO3）2，Fe可能有剩余；③_<_<_，产物为Fe（NO3）3和Fe（NO3）2，Fe和HNO3都反应完全。
考点二 铁的氧化物、氢氧化物
1．三种氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
色态
铁元素价态
与盐酸反应生成的离子
Fe2＋
Fe3＋
Fe2＋、Fe3＋
2.两种氢氧化物
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
可溶性亚铁盐与碱溶液反应Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应__________________
二者的关系
在空气中，Fe（OH）2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe（OH）3，现象是白色絮状沉淀迅速变成____色，最后变成红褐色，反应方程式为____________________________
4．FeO分别溶于足量稀盐酸、稀硝酸，写出反应的离子方程式。
5．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）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．5.6gC．2.8gD．无法计算
特别提醒 四氧化三铁可以用氧化物表示为Fe2O3·FeO，但其是纯净物，而不是混合物。
6．写出Fe（OH）3和HI反应的离子方程式。
考点三 “铁三角”及其应用
7．Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性又有还原性，通常以还原性为主，你知道哪些物质能使Fe2＋转化为Fe3＋？
用离子方程式表示。
8．Fe3＋处于铁的高价态，能与许多强还原性的物质发生反应，请用离子方程式列举你知道的能实现Fe3＋→Fe2＋的反应。
9．如何除去括号中的杂质
（1）Fe2＋（Fe3＋）：
________________________________________________________________________
（2）FeCl3（FeCl2）：
________________________________________________________________________
（3）FeCl2（CuCl2）：
________________________________________________________________________
（4）Fe（Al）：
________________________________________________________________________
（5）Fe2O3（Al2O3、SiO2）：
________________________________________________________________________
归纳总结
（1）判断离子共存,①Fe2＋、Fe3＋均水解，与HCO\o\al（－,3）、AlO\o\al（－,2）、CO\o\al（2－,3）等因水解相互促进，在溶液中不能大量共存。
②Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO\o\al（2－,3），Fe2＋与NO\o\al（－,3）（H＋）、ClO－、MnO\o\al（－,4）（H＋）在溶液中因发生氧化还原反应不能大量共存。
（2）盐溶液的配制与保存,①Fe2＋的盐溶液：
加少量铁粉，防止Fe2＋被氧化；加少量相应的酸，防止Fe2＋水解。
②Fe3＋的盐溶液：
加少量相应的酸防止Fe3＋水解。
考点四 检验Fe2＋、Fe3＋的常用方法
1．溶液颜色
含有Fe2＋的溶液显浅绿色
含有Fe3＋的溶液显黄色
2．用KSCN溶液和氯水
（1）流程：
（2）有关反应：
Fe3＋＋3SCN－Fe（SCN）3（血红色）
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
3．用NaOH溶液
（1）流程：
溶液
（2）有关反应：
Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓（红褐色）
Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓（白色沉淀）
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
10．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KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A．①③B．③②C．③①D．①②③
考点五 铜及其化合物
1．单质铜
（1）物理性质：
________色固体，具有良好的延展性、导____性和导____性。
（2）化学性质
反应物质
化学方程式
非金属
O2
1潮湿的空气
________________________________________________________________________
（______固体）
2在空气中加热
________________________________________________________________________
（____固体）
Cl2
S
氧化性酸
浓H2SO4
浓HNO3
稀HNO3
盐
AgNO3
FeCl3
2.氧化铜和氧化亚铜
名称
氧化铜
氧化亚铜
颜色
与酸反应（H＋）
Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应
转化关系
3．氢氧化铜
（1）物理性质：
____色____溶于水的固体。
（2）化学性质：
Cu（OH）2属于________，能与____反应生成盐和水。
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。
11．某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：
（1）Cu
CuSO4
硫酸铜溶液
CuSO4·5H2O。
（2）Cu
CuO
硫酸铜溶液
CuSO4·5H2O。
（3）
硫酸铜溶液
CuSO4·5H2O。
对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？
12．某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应精制CuO，其设计的实验过程为
（1）杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，灼烧后含有少量铜的可能原因是 。
a．灼烧过程中部分氧化铜被还原
b．灼烧不充分铜未被完全氧化
c．氧化铜在加热过程中分解生成铜
d．该条件下铜无法被氧气氧化
（2）由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净CuO，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）有同学指出，由CuSO4溶液到生成CuO少了一个环节，即应先生成Cu（OH）2沉淀，过滤洗涤后再加热分解Cu（OH）2得CuO。
以下说法不可能成为减少该环节的理由的是 。
A．CuO比Cu（OH）2颗粒粗大，更易于过滤从溶液中分离
B．Cu（OH）2分解温度较低，加热其浊液即可使其分解
C．干态下分解Cu（OH）2，温度难以控制，可能因温度过高导致CuO进一步分解生成Cu2O
D．过滤分离出的CuO不需洗涤就已非常纯净
考点六 从自然界获取铁和铜
1．铁、铜在自然界中的存在
铁和铜在自然界中主要以________的形式存在。
常见的铁矿有________（主要成分为Fe3O4）、________（主要成分为Fe2O3）等；常见的铜矿有________（主要成分为CuFeS2）、________[主要成分为CuCO3·Cu（OH）2]等。
此外铁在自然界中还以________的形式存在于陨铁中。
自然界中也存在少量的单质铜。
2．铁的冶炼
（1）原料：
________、______、________、________等。
（2）设备：
__________。
（3）反应原理：
用还原剂将铁从其化合物中还原出来。
（4）工艺流程：
从高炉下方鼓入空气与______反应产生______并放出大量的热量；______再与灼热的________反应，生成______；______在高温下将氧化铁还原为铁。
有关化学反应方程式：
______________；________________；____________________。
特别提醒 铁矿石中含有SiO2需除去：
石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，有关化学反应方程式：
CaCO3
CaO＋CO2↑；CaO＋SiO2
CaSiO3（炉渣）。
炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离出去。
3．铜的制备与精炼
工业上主要采用______________（主要成分是__________）的方法获得铜。
用这种方法冶炼得到的铜，含铜量为____________，还含有______________等杂质。
要达到电气工业生产用铜的要求，这种由黄铜矿高温冶炼得到的铜还必须经过____________，电解精炼得到的铜，含铜量高达________________。
13．下图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。
根据上图回答下列问题。
（1）铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？
（2）写出以NaCl、Al2O3、MgCl2、CuO、CuSO4、Ag2O为原料制备Na、Al、Mg、Cu、Ag的化学方程式，并说明它们的制备方法。
实验报告的补充和完善
【例1】 某化学小组欲探究铁及其化合物的氧化性和还原性，请回答下列问题：
（1）除胶头滴管外，你认为本实验必不可少的一种玻璃仪器是__________。
（2）请帮他们完成以下实验报告：
实验目的：
________________________________________________________________________。
试剂：
铁粉、FeCl3溶液、FeCl2溶液、氯水、锌片、铜片。
实验记录（划斜线部分不必填写）：
序号
实验内容
实验现象
离子方程式
实验结论
①
在FeCl2溶液中滴入适量氯水
溶液由浅绿色变为棕黄色
Fe2＋具有还原性
②
在FeCl2溶液中加入锌片
Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe
③
在FeCl3溶液中加入足量铁粉
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋3Fe2＋
Fe3＋具有氧化性
④
Fe3＋具有氧化性
实验结论：
Fe只有还原性，Fe3＋只有氧化性，Fe2＋既有氧化性，又有还原性。
联想发散：
1简述Fe2＋的检验方法：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②将FeCl2溶液加热蒸干并灼烧，最后得到的固体物质是__________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【例2】 某同学为了验证Fe3＋是否能将H2SO3氧化成SO
，他用50mL0.1mol·L－1FeCl3溶液吸收制取SO2气体的尾气后，进行以下实验：
（1）检验吸收液中的SO
：
__________________，证明Fe3＋能够把H2SO3氧化成SO
。
（2）请配平并完成上述反应中的化学方程式：
2FeCl3＋SO2＋________===________＋H2SO4＋______，反应中的氧化产物是________（写化学式）。
（3）吸收液中除了含有H＋、Cl－、SO
以外，对其它成分（Fe3＋、Fe2＋、H2SO3）的可能组合进行探究：
①提出假设。
假设1：
溶液中存在Fe3＋、Fe2＋；假设2：
溶液中存在________。
②设计方案，进行实验，验证假设。
请写出实验步骤以及预期现象和结论（可不填满）。
限选实验试剂和仪器：
试管、滴管、0.1mol·L－1KMnO4溶液、0.1mol·L－1KSCN溶液、品红稀溶液。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：
用试管取样品溶液2～3mL，并滴入______________
若出现血红色，则假设1成立；若未出现血红色，则假设1不成立（或假设2成立）
步骤2：
步骤3：
Fe（OH）2的制备与实验方案的设计
由于Fe（OH）2具有很强的还原性，易被氧化为Fe（OH）3，在实验室中制备Fe（OH）2，并使Fe（OH）2长时间保持白色沉淀状态，成为物质制备实验探究的热点。
制备原理：
Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓
成功关键：
①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质。
②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。
下面是几种典型的制备方法：
方法一 隔绝空气的复分解反应法
【例3】 用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含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溶液时还需要加入__________。
（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
（3）生成Fe（OH）2白色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
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
方法二 氢气氛围中的复分解反应法
【例4】 在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
（1）在试管Ⅰ中加入的试剂是
________________________________________________________________________。
（2）在试管Ⅱ中加入的试剂是
________________________________________________________________________。
（2）为了制得Fe（OH）2白色沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后
的实验步骤是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）这样生成的Fe（OH）2沉淀能较长时间保持白色，理由是
________________________________________________________________________。
【例5】 如图所示制备氢氧化亚铁的改进实验：
（1）按图所示组装仪器，向一支小的具支试管中加入2mL左右的稀盐酸，再加入2mL左右的煤油，玻璃管下端粘住钠粒（用滤纸吸干表面煤油，切去氧化层）。
（2）将铁丝浸入盐酸，反应放出氢气，待试管内空气排尽后，向上提拉铁丝，使铁丝脱离液面。
并关闭弹簧夹；用另一根细铁丝沿玻璃管内将钠粒捣入液体中。
请回答下列问题：
（1）写出该实验中发生反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）如何检验试管内空气已排尽（回答具体操作）？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）捣入钠粒后，预测具支试管中的现象：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）已知钠粒的质量约0.05g，实验室现有以下两种不同浓度的盐酸，你选择（填“A”或“B”）________。
A．1.1mol·L－1 B．10mol·L－1
方法三 电解法
【例6】 利用电解实验可以制得纯净的Fe（OH）2白色沉淀，如图所示，已知两电极的材料分别为石墨和铁。
（1）a电极的材料应为 ，电极反应式为
________________________________________________________________________。
（2）电解液c可以是__________（填编号）。
A．纯水 B．NaCl溶液
C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液
（3）d为苯，其作用是________________，在加入苯之前对电解液c应作何简单处理？
________________________________________________________________________。
（4）为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是
________（填编号）。
A．改用稀H2SO4作电解液
B．适当增大电源的电压
C．适当减小两极间的距离
D．适当降低电解液的温度
（5）若c用Na2SO4溶液，当电解一段时间后看到白色Fe（OH）2沉淀，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为
________________________________________________________________________。
有关铁、铜及其化合物的综合推断
有关铁、铜的单质、化合物推断突破口有：
（1）特征颜色：
如Fe2＋溶液浅绿色，Fe3＋溶液棕黄色，Fe（SCN）3溶液血红色，Fe（OH）3胶体红褐色，Fe（OH）2在空气中的颜色变化，Fe（OH）3红褐色，FeC
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