专题3铁铜及其化合物.docx

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专题3铁铜及其化合物

专题三：

铁、铜及其化合物

知识点一铁

1、铁在周期表中的位置、铁的存在：

铁位于元素周期表中第4周期第Ⅷ族，

铁在地球上只以化合态，仅陨铁中含有游离态铁

常见铁矿石：

磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、黄铁矿（FeS2）

2、物理性质：

Fe是一种有金属光泽的银白色金属，有良好的导电性、导热性、

延展性。

铁属于重金属、黑色金属、常见金属。

能被磁铁吸引

3、化学性质：

（1）与强氧化剂：

2Fe＋3Cl2

2FeCl3

Fe（少量）＋4HNO3（稀）

Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O

3Fe（足量）＋8HNO3（稀）

3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

（注意：

常温时，铁在浓硫酸、浓硝酸中钝化，但加热时可反应）

（2）与弱氧化剂：

Fe＋S

FeSFe＋I2

FeI2

Fe＋2H+===Fe2+＋H2Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu

Fe＋2Fe3+===3Fe2+

（3）与水蒸气反应：

3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

（4）与氧气反应：

3Fe＋2O2

Fe3O4

4、铁的冶炼

（1）原料：

铁矿石、焦炭、空气、石灰石等

（2）反应器：

炼铁高炉

（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焦炭反应产生还原剂CO还原铁矿石，并放出大量的热。

实际生产中还加入大量的碳酸钙，用于固定二氧化硫，

防止空气污染。

（5）相关方程式：

C＋O2

CO2CO2＋C

2CO

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

5、铝热反应冶炼铁

（1）原理：

铝与某些金属氧化物（如Fe2O3、Fe3O4、V2O5、Cr2O3、CuO等）

在高温下反应，利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法

（2）实验装置图：

（3）化学方程式：

2Al+Fe2O3

Al2O3+2Fe（放热反应）

【例题1】下列物质混合时，铁能溶解但无气体产生的是（）

A．铁粉与盐酸B．铁屑与稀硫酸

C．铁粉与硫酸铜溶液D．铁钉浸入水中

【答案】C

变式练习1、在常温下，下列溶液不能溶解铁的是（）

A．稀硫酸B．FeCl3C．CuCl2D．NaOH溶液

【答案】D

【例题2】不能用单质直接化合而得到的化合物是（　）

A．FeCl2         B．Al2S3            C．CuCl2         D．MgO

【答案】A

【例题3】下列关于铁的叙述不正确的是（　）

①铁能被磁铁吸引

②在人体的血红蛋白中含有铁元素

③铁位于周期表中的第四周期第ⅧB族

④铁与硝酸反应的产物仅是Fe（NO3）3

⑤能通过化合反应生成FeCl2和Fe（OH）3

A.①②B.③④C.④⑤D.②⑥

【答案】B

知识点二铁的化合物

1、铁的氧化物

化学式

FeO

Fe2O3

Fe3O4

俗名

——

铁红

磁性氧化铁

色态

黑色粉末

红棕色粉末

黑色磁性晶体

铁的价态

+2

+3

1/3的+2价

2/3的+3价

水溶性

不溶

不溶

不溶

稳定性

不稳定，在空气里

加热迅速被氧化

稳定

稳定

与非氧化性酸反应

与氧化性的酸反应

共性

高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原成单质

2、铁的氢氧化物

Fe（OH）2

Fe（OH）3

物理性质

白色沉淀

红褐色沉淀

稳定性

常温下，迅速被O2氧化：

加热易分解：

与酸反应

非氧化性酸：

也可被氧化性酸氧化

溶于非氧化性酸：

3、Fe（OH）3胶体的制备

（1）操作：

用烧杯盛20mL蒸馏水，加热至沸腾，然后滴加饱和氯化铁溶液

1-2mL，继续煮沸至溶液变成红褐色，停止加热。

（2）现象：

烧杯中的液体变为红褐色、透明的胶体

（3）结论：

FeCl3的水溶液可水解生成Fe（OH）3胶体，加热可促进其水解

（5）方程式：

4、Fe（OH）2的制备

（1）原理：

Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓

（2）步骤：

①煮沸蒸馏水及NaOH溶液，除去溶解在其中的氧气

②取一定量FeSO4溶液，先加少量的还原铁粉，

③之后在FeSO4溶液上滴加一层油脂或苯等密度比水小的有机物

④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下

5、铁盐

Fe2+

Fe3+

离子颜色

浅绿色

棕黄色

氧化性

还原性

有还原性，不稳定，易被氧化，保存要用煤油液封

只有氧化性

水解性

6、Fe2+、Fe3+的检验：

Fe2+

Fe3+

观察颜色

浅绿色

黄色

与KSCN溶液的显色反应

步骤：

向未知溶液滴入少量KSCN溶液，溶液呈无色，继续滴入少量氯水，溶液呈血红色

步骤：

向未知溶液中滴入

少量KSCN溶液

现象：

溶液呈血红色

与苯酚溶液的显色反应

无现象

步骤：

向未知溶液之中滴入

少量苯酚溶液

现象：

溶液呈紫色

与NaOH

溶液反应

现象：

立刻生成红褐色↓

加铜片

无现象

现象：

铜被腐蚀，溶液为蓝色，

方程式：

KI-淀粉试纸

无现象

现象：

试纸变蓝

方程式：

2Fe3++2I-===2Fe2++I2

KMnO4（H+）

紫色褪去

无现象

7、做‘离子共存’题时要注意的问题：

（1）Fe2+、Fe3+与OH-不共存

（2）Fe2+、Fe3+与某些弱酸酸根发生双水解不共存

（3）Fe2+有还原性，与NO3—（H+）、MnO4-（H+）发生氧化还原不共存

（4）Fe3+有氧化性与I-发生氧化还原不共存

（5）Fe3+与SCN－发生络合反应不共存

【例题1】证明某溶液只含有Fe2+而不含Fe3+的实验方法是（）

A.先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后显红色

B.先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色

C.滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后变灰绿色，最后呈红褐色

D.只需滴加KSCN溶液

【答案】B

变式练习1、证明溶液中是否有Fe2+，其操作正确的顺序是（）

①加少许酸化的KMnO4溶液②加少许氯水③滴加少许KSCN溶液

A．①②　　　　B．②③　　　　C．①②③　　　D．③②

【答案】D

【例题2】在FeCl3、CuCl2、FeCl2的混合溶液中，Fe3+、Cu2+、Fe2+的物质的量浓度之比为：

4:

2:

1，现加入适量的铁粉，使溶液中的三种离子的物质的量浓度之比为1:

3:

9，则投入的铁粉与原溶液中Cu2+的物质的量之比为（）

A．5:

4B．4:

5C．3:

5D．5:

6

【答案】D

【解析】溶液中还存在Fe3+，说明溶液中Cu2+没有反应，加入的铁全部反应，将粒子比例调整为：

12:

6:

3和2:

6:

18，若溶液中由6molCu2+，就有10molFe3+发生反应，消耗5molFe

【例题3】把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子是（）

A.只有Fe2+B.只有Fe3+C.有Fe2+和Cu2+D.有Fe3+和Cu2+

【答案】A

【解析】浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe3+和Cu2+，过量的铁又与Fe3+和Cu2+反应生成Fe2+和Cu，所以充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子为Fe2+，故选A

【例题4】用以下两种方法可以制得白色的Fe（OH）2沉淀：

方法一：

用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2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___________

方法二：

在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备

（1）在试管Ⅰ里加入的试剂是___________

（2）在试管Ⅱ里加入的试剂是___________

（3）为了制得白色Fe（OH）2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，其理由是___________

【答案】

方法一：

（1）稀H2SO4，铁屑；

（2）煮沸；（3）避免生成的Fe（OH）2接触O2

方法二：

（1）稀H2SO4，铁屑；

（2）NaOH溶液；（3）检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。

当排出的氢气纯净时，再夹紧止水夹；（4）试管Ⅰ中反应生成的氢气充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入

知识点三铜及其化合物

1、铜的物理性质：

有金属光泽的紫红色金属，密度较大，熔沸点较高，质软，具有良好导热、导电、延展性。

属重金属、有色金属，不能被磁铁吸引

2、常见铜矿：

黄铜矿（CuFeS2）等

3、铜的化学性质：

（1）与非金属单质反应

①与O2的反应：

2Cu＋O2

2CuO

在潮湿空气中易被腐蚀，生成铜绿：

②与Cl2的反应：

Cu＋Cl2

CuCl2（产生棕黄色烟）

③与S的反应：

2Cu+S

Cu2S（黑色固体）

（2）铜与酸的反应（只能与氧化性酸反应）

①与硝酸反应：

稀硝酸：

3Cu＋8H＋＋3NO3－===3Cu2+＋3NO↑＋4H2O

浓硝酸：

Cu＋4H＋＋2NO3－===Cu2+＋2NO2↑＋2H2O

②与浓H2SO4反应：

Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

（3）与盐反应：

可还原Fe3+、Ag+等，能与可溶性硫化物反应生成CuS↓

4、铜的制备：

（1）湿法炼铜：

Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4

（2）高温炼铜：

（热还原法）

5、CuO的性质

（1）物理性质：

不溶于水的黑色粉末状固体

（2）化学性质：

与氢气、一氧化碳反应

CuO+H2

H2O+CuCuO+CO

CO2+Cu

（3）氧化铜的制备：

Cu（OH）2

CuO＋H2O2Cu＋O2

2CuO

6、Cu（OH）2的性质

（1）物理性质：

蓝色固体，不溶于水。

（2）化学性质：

①二元弱碱：

Cu（OH）2===Cu2+＋2OH－

②不稳定性：

Cu（OH）2

CuO＋H2O

（3）制备：

Cu2+＋2OH－===Cu（OH）2↓

（4）应用：

用新制的Cu（OH）2悬浊液检验醛基

7、铜盐：

（1）Cu2+溶液为蓝色，但在浓CuCl2溶液呈绿色

（2）硫酸铜（CuSO4）为白色粉末状固体；

CuSO4·5H2O（俗称胆矾、铜矾或蓝矾），用于水的检验

（3）碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]俗称孔雀石，草绿色，有毒，

是铜锈的主要成分。

【例题1】（09广东

）文物锡青铜（铜锡合金）的表面常覆盖有Cu2（OH）3Cl，

下列说法正确的（）

A.锡青铜的熔点比纯铜高

B．在自然环境中，锡青铜中的锡对铜起保护作用

C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中慢

D．生成Cu2（OH）3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程

【答案】

B

【解析】锡青铜属于合金，根据合金的特性，熔点比任何一种纯金属的低判断A错；由于锡比铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，B正确；潮湿的环境将会加快金属的腐蚀速率，C错；电化学腐蚀过程实质是有电子的转移，属于化学反应过程，D错

【例题2】制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应：

2FeCl3+Cu＝2FeCl2+CuCl2，向盛有氯化铁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

【例题3】（2008广东22）铜在自然界存在于多种矿石中，如：

矿石名称

黄铜矿

斑铜矿

辉铜矿

孔雀石

主要成分

CuFeS2

Cu5FeS4

Cu2S

CuCO3·Cu（OH）2

请回答下列问题：

（1）上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是　　　　　。

（2）工业上以黄铜矿为原料，采用火法溶炼工艺生产铜，该工艺的中间过程会发生反应：

2Cu2O+Cu2S

6Cu+SO2↑，此反应的氧化剂是____________

（3）SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是　　　　　；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称　　　　　。

（4）黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精炼，简述电解粗铜得到精铜的原理：

______________________

________________________________________________________________

（5）下表中对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断正确的是_____

选项

陈述Ⅰ

陈述Ⅱ

判断

A

铜绿的主成分是

碱式碳酸铜

可用稀盐酸除铜器表面

的铜绿

Ⅰ对；Ⅱ对；有

B

铜表易形成

致密的氧化膜

铜容器可以盛放浓硫酸

Ⅰ对；Ⅱ对；有

C

铁比铜活泼

放在铜板上的铁钉在

潮湿空气中不易生锈

Ⅰ对；Ⅱ对；有

D

蓝色硫酸铜晶体

受热转化为白色

硫酸铜粉末是物

理变化

硫酸铜溶液可作

泳池消毒剂

Ⅰ错；Ⅱ对；无

【答案】

（1）Cu2S

（2）Cu2O，Cu2S（3）形成酸雨，硫酸、CaSO4和（NH4）2SO4

（4）原理：

电解池中，粗铜作阳极，精铜作阴极，电解质为CuSO4溶液。

阳极粗铜中的活泼金属及Cu失电子，Cu单质变为Cu2+进入溶液中，发生反应：

Cu-2e-==Cu2+；溶液中的Cu2+在阴极上得电子，在阴极纯铜表面析出Cu单质，发生反应：

Cu2++e-==Cu，从而达到精制Cu的目的，Ag、Au等比Cu不活泼的金属不能失电子，沉在阳极底部，称为阳极泥

（5） A、D

【解析】

（1）CuFeS2：

34.8%；Cu5FeS4：

63.5%；Cu2S：

80%；

CuCO3·Cu（OH）2：

57.6%

（3）一般将SO2尾气用于循环制硫酸，或者用Ca（OH）2或氨水吸收，可得CaSO4和（NH4）2SO4等有价值化学品

（5）A、稀盐酸可与Cu（OH）2、CuCO3反应，不与Cu反应，A正确；

B、铜表面不能形成致密氧化膜；铜和浓硫酸在常温下是反应的，生成硫酸铜、SO2和水，反应很慢，反应过程中放热，随着反应的进行，速率会越来越快的，所以不能用铜制容器装浓硫酸，B错；

C、因Fe比Cu活泼，所以Fe-Cu形成的原电池中，Fe作负极，更易被氧化生绣，C错；

D、蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末，生成了新物质，是化学变化，不是物理变化；CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确；

知识点四金属的冶炼方法

1、电解法：

适合于冶炼铝和比铝活泼金属钾、钙、钠、镁等

如：

2Al2O3

4Al＋3O2↑MgCl2

Mg＋Cl2↑

2、热还原法：

用还原剂（C、CO、H2或Al等）还原金属氧化物

适合于制取金属活动性介于Zn到Cu之间的大多数金属

.如：

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2↑

3、热分解法：

适合于冶炼金属活动性较差的金属。

如：

2HgO

2Hg＋O2↑

4、水洗法：

适合于冶炼活泼性在汞之后的金属，属于物理方法。

5、铝热法：

适合于冶炼高熔点金属单质

如：

2Al+Fe2O3

Al2O3+2Fe

【例题1】下列关于铁的叙述错误的是（）

A.纯净的铁是光亮的银白色金属

B.铁能被磁铁吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性

C.铁是地壳中含量最多的金属元素，所以地壳中的铁有游离态也有化合态

D.纯铁的抗蚀能力相当强，在干燥的空气里不易被氧化

【答案】C

【例题2】（09朝阳二模10）为证明铁的金属活动性比铜强，某同学设计如下一些方案：

方案

现象或产物

①将铁片置于CuSO4溶液中

铁片上有亮红色物质析出

②将铁丝和铜丝分别在氯气燃烧

产物分别为FeCl3和CuCl2

③将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中

产物分别为Fe2（SO4）3和CuSO4

④将铜片置于FeCl3溶液中

铜片逐渐溶解

⑤将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的

烧杯中，并用导线连接

铁片溶解，铜片上有气泡产生

能根据现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有

A．2种B．3种C．4种D．5种

【答案】A

【例题3】（09广东理科基础25）钢铁生锈过程发生如下反应：

①2Fe+O2+2H2O==2Fe（OH）2；②4Fe（OH）2+O2+2H2O==4Fe（OH）3；

③2Fe（OH）3==Fe2O3+3H2O。

下列说法正确的是（）

A．反应①、②中电子转移数目相等

B．反应①中氧化剂是氧气和水

C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀

D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀

【答案】A

【例题4】（07四川10）足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68LO2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。

若向所得硝酸铜溶液中加入5mol/LNaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（）

A．60mLB．45mLC．30mLD．15mL

【答案】A

【例题5】（07山东29）铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式______________________

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应_________________________________，

负极反应__________________________________

（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10mol·L－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤______________________________________________________________

_______________________________________________________________

氢氧化物

开始沉淀时的pH

氢氧化物

沉淀完全时的pH

Fe3＋

1.9

3.2

Fe2＋

7.0

9.0

Cu2＋

4.7

6.7

提供的药品：

Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu

【答案】

（1）2Fe3+＋Cu=2Fe2+＋Cu2+

（3）①通入足量氯气将Fe2+氧化成Fe3+

②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7

③过滤除去Fe（OH）3

1、某溶液含有大量Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和NH4+，其c（H＋）=10－2mol·L－1，在该溶液中可以大量存在的阴离子是（）

A.SO

B.NO

C.SCN－D.CO

【答案】A

2、不能用单质直接化合而得到的化合物是（　）

A．FeCl2         B．Al2S3            C．CuCl2         D．Mg3N2

【答案】A

3、以下为中学常见物质，转化关系如下。

C与B溶液反应产生气体F，D可在F中燃烧，图中部分产物略去

（1）写出固体C化学式________________

（2）实验室用①制取D、B溶液应为溶液（“浓”或“稀”）；

若用②制取F，B溶液应为溶液（“浓”或“稀”）

写出②反应方程式__________________________________________

（3）如何检验E中的阳离子_____________________________________

（4）实验室配制G溶液，操作为_________________________________

（5）除③可实现E→G外，请用其他物质实现E→G，化学方程式

____________________________________________________

【答案】

（1）MnO2

（2）稀；浓；反应方程式略

（3）加适量氢氧化钠溶液，观察沉淀颜色变化

或加适量氯水，再滴加硫氰化钾溶液，看是否有血红色出现

（4）在浓盐酸中溶解固体三氯化铁，加水稀释到所需浓度

（5）2FeCl2+H2O2+2HCl

2FeCl3+2H2O

4、下列实验中仪器的下端必须插入液面以下的是（ ）

　①制备氢气的简易装置中加入稀硫酸的长颈漏斗

　②制备氯气装置中的分液漏斗

　③用新制硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液制备氢氧化亚铁操作中的胶头滴管

　④用乙醇制取乙烯时的温度计

⑤蒸馏石油时的温度计

A、①③    B、②④⑤  C、①③④      D、全部

【答案】C

5、氧化铜用途较多，如玻璃着色剂、油类脱硫剂等。

为获得纯净的氧化铜以探究其性质，某同学用工业CuSO4（含FeSO4等杂质）进行如下实验：

⑴制备CuO：

流程如下：

①步骤I的目的是除不溶性杂质，操作是____________________________

②步骤Ⅱ的目的是除铁，操作是：

滴加H2O2溶液，稍加热；当Fe2+转化完全后，慢慢加入Cu2（OH）2CO3粉末，搅拌，以控制溶液pH=3.5；加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液至pH=1。

控制溶液pH=3.5的原因是：

__________________________________________________

③步骤Ⅲ的目的是得到CuSO4·5H2O晶体，操作是，再过滤，水浴加热烘干。

水浴加热烘干的特点是__________________

⑵探究氧化铜的性质：

①取A、B两支试管，往A中先加入适量CuO粉末，再分别向A和B中加入等体积的3%H2O2溶液，只观察到A中有大量气泡。

结论是：

_________________________________________________________

②为探究试管A中反应的速率、收集气体并测定其体积必需的实验仪器有：

_____________________________________________________

【答案】⑴①加适量水溶解，搅拌，过滤

②使Fe3+可全部转化为Fe（OH）3沉淀，而Cu2+不会转化为Cu（OH）2沉淀。

③将CuSO4溶液加热蒸发至饱和、冷却结晶；

受热均匀，使温度易于控制在100℃以下，因温度过高CuSO4·5H2O会脱水