第3讲 铁和铜222.doc

第六单元：元素及其化合物知识第3讲 铁和铜考试目标1了解过渡金属铁、铜的原子结构及其在周期表中的位置。2掌握过渡元素铁和铜及其重要化合物的主要性质、相互转化及其应用。3掌握铁的氢氧化物的制备。4掌握铁三角的相互转化关系。5掌握Fe2+、Fe3+的有关计算、除杂、鉴别、分离等方面的应用。要点精析一、铁元素在周期表中的位置及结构铁位于第4周期第族，原子结构示意图为：电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2铁是地壳中最丰富的元素之一，含量为4.75%，在金属中仅次于铝。铁分布很广，能稳定地与其他元素结合，常以氧化物的形式存在，有赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、褐铁矿（主要成分是Fe2O33H2O）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）、黄铁矿（主要成分是FeS2）、钛铁矿（主要成分是FeTiO3）等。土壤中也含铁1%6%。铁是活泼的过渡元素。二、铁及其化合物的性质：1单质铁的性质：(1)物理性质银白色光泽、密度大，熔沸点高，延展性、导电、导热性较好、能被磁铁吸引。(2)化学性质铁是较活泼的金属，铁原子的最外层电子数为2个，可失去2个或3个电子而显+2价或+3价，但+3价的化合物较稳定。（为什么？）与非金属反应：3Fe + 2O2Fe3O4 ； 2Fe + 3C122FeCl3说明： 铁丝在氯气中燃烧时，生成棕黄色的烟，加水振荡后，溶液显黄色Fe + SFeS说明： 铁跟氯气、硫反应时，分别生成+3价和+2价的铁，说明氧化性：氯气硫与水反应：a在常温下，在水和空气中的O2、CO2等的共同作用下，Fe易被腐蚀(铁生锈)b在高温下，铁能与水蒸气反应生成H2：3Fe + 4H2O(g) Fe3O4 + 4H2与酸反应：a与非氧化性酸(如稀盐酸、稀H2SO4等)的反应例如： Fe + 2H Fe2 + H2b铁遇冷的浓H2SO4、浓HNO3时，产生钝化现象，故金属铁难溶于冷的浓H2SO4或浓HNO3中与比铁的活动性弱的金属的盐溶液发生置换反应例如： Fe + Cu2 Fe2 + Cu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；2铁的氧化物：（详见走向高考152页表格）铁的氧化物有三种：氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁注意：FeO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Fe3O4在三种氧化物中最为稳定，一般不与酸、碱和氧气反应，所以在铁的表面若能形成Fe3O4膜，便能起到保护作用，防止生锈。Fe3O4是一种复杂的氧化物，它不属于碱性氧化物，可以写成FeOFe2O3的形式有+2、+3 价FeO、Fe2O3是碱性氧化物 空气中：6FeO + O2 = 2Fe3O43铁的氢氧化物：（详见走向高考152页表格）思考：实验中为什么要用新制的硫酸亚铁溶液？(防止硫酸亚铁被空气中的氧气氧化而影响效果)怎样才能使Fe2+溶液长时间保存？(在配制溶液时，要加入少量铁粉防止氧化，加入少量对应酸抑制水解)实验中制氢氧化亚铁为什么要将滴管尖端插入试管里溶液底部，慢慢挤出氢氧化钠溶液？(氢氧化亚铁极易被氧化，溶解在水中的少量的氧气都能将它氧化成氢氧化铁。所以要制得氢氧化亚铁白色沉淀必须用加热煮沸过的蒸馏水(以减少溶解在水中的氧气)临时配制硫酸亚铁溶液，最好在溶液中再滴几滴植物油以避免硫酸亚铁溶液与空气接触，加入的氢氧化钠溶液也要先加热煮沸，并且滴管尖嘴要伸入硫酸亚铁溶液的底部再慢慢挤，以防止带入氧气)4+2价铁的化合物与+3价铁的化合物的相互转换例如：2Fe3 + Fe 3Fe2应用：除去亚铁盐(含Fe2)溶液中混有的Fe3； 亚铁盐很容易被空气中的O2氧化成铁盐，为防止氧化，可向亚铁盐溶液中加入一定量的铁屑例如：2Fe2+ Cl22Fe3+ 2Cl应用：氯化铁溶液中混有氯化亚铁时，可向溶液中通入足量氯气或滴加新制的氯水，除去Fe2离子Fe2 Fe3例1 ： 制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”：发生的反应为2FeCl3+Cu2FeCl2+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 思路分析：向盛有FeCl3溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，由于Fe的还原性比Cu强，Fe3+首先应与Fe反应，如果Fe3+有剩余，剩余的Fe3+再与Cu反应。铁粉未反应完时铜粉就不会被氧化，所以不可能出现烧杯中有铁无铜的现象，故应选B。方法要领：此题涉及氧化还原反应的一个规律：当一种氧化剂氧化几种还原剂时，首先氧化最强的还原剂，待最强的还原剂完全氧化后，多余的氧化剂再依次氧化次强的还原剂。一种还原剂还原几种氧化剂时与此类似。金属越活泼，还原性越强，不过对变价金属所形成的中间价态的阳离子与高价态的阳离子其氧化性是不同的。常见的金属阳离子氧化性顺序为：K+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+Cu2+H+Fe3+Hg2+H+，所以Fe先与Fe3+反应后再还原H+，由Fe+2Fe3+=3Fe2+(1molFe还原1mol Fe2O3)，和Fe与H+反应放出H2，可知n(Fe)n(Fe2O3)；由反应后溶液中溶质全为FeCl2知，n(Fe2+):n(Cl-)=1:2；至于混合物中Fe、Fe2O3及FeO之间量的关系，无从知道。答案：B、C5Fe2、Fe3的检验(1)Fe2的检验方法：含有Fe2的溶液呈浅绿色；（不能作为检验方法）向待检液中滴加NaOH溶液或氨水，产生白色絮状沉淀，露置在空气中一段时间后，沉淀变为灰绿色，最后变为红褐色，说明含Fe2向待检液中先滴加KSCN溶液，无变化，再滴加新制的氯水，溶液显红色，说明含Fe2有关的离子方程式为：2Fe2 + Cl2 2Fe3 + 2Cl ； Fe3 + 3SCN Fe(SCN)3 （血红色）(2)Fe3的检验方法：含有Fe3的溶液呈黄色；（不能作为检验方法）向待检液中滴加NaOH溶液或氨水，产生红褐色沉淀，说明含Fe3向待检液中滴加KSCN溶液，溶液呈血红色，说明含Fe3向待检液中滴加苯酚溶液，溶液呈紫色，说明含Fe36进行铁及其化合物的计算时应注意的事项：(1)铁元素有变价特点，要正确判断产物；(2)铁及其化合物可能参加多个反应，要正确选择反应物及反应的化学方程式；(3)反应中生成的铁化合物又可能与过量的铁反应，因此要仔细分析铁及其化合物在反应中是过量、适量，还是不足量；(4)当根据化学方程式或离子方程式计算时，找出已知量与未知量的关系，列出方程式或方程式组；)经常用到差量法、守恒法7铁及其化合物之间的转化关系：三、铜元素在周期表中的位置及结构：铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一。铜元素在元素周期表中位于第四周期第B族，原子结构示意图为：电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s11铜及其化合物的颜色铜是硬度较小的紫红色金属，具有良好的延展性、导电性和导热性2铜的化学性质(1) 与非金属单质反应2CuO2 2CuO 2 CuS Cu2S CuCl2 CuCl2(2) 与酸反应a. 与非氧化性酸（稀盐酸、稀硫酸）不反应。b. 与氧化性酸反应Cu 2H2SO4(浓) CuSO4 SO2 2H2OCu 4HNO3 (浓) Cu(NO3)2 2NO2 2H2O3Cu 8HNO3 (稀) 3Cu(NO3)2 2 NO 4H2O(3) 与盐溶液反应： Cu2FeCl3 CuCl2 2FeCl2(4) 铜在干燥空气中性质稳定，但在潮湿空气中会被腐蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。 2Cu O2 H2O CO2 Cu2(OH)2CO33铜的化合物的化学性质 (1) 氧化铜： a. 氧化铜有金属氧化物的性质，例如： CuO2HCl CuCl2 H2O b. 氧化铜具有氧化性，可与某些还原剂反应。例如：H2 CuO Cu H2O ； C 2CuO 2Cu CO2 c. 氧化铜在高温下可发生分解反应： 4CuO 2Cu2O O2 (2) 硫酸铜：CuSO4 晶体与无水CuSO4 之间可以相互转化CuSO45H2O CuSO4 5H2O ； CuSO4 5H2O CuSO45H2O实验内容实验现象结论CuSO45H2O CuSO4向饱和的CuSO4 溶液中慢慢滴入浓硫酸，静置液体分为两层，上层蓝色，下层无色，有白色固体析出浓硫酸具有吸水性，可使饱和的CuSO4 溶液析出白色CuSO4 固体CuSO4 CuSO45H2O向无水CuSO4 中通入水蒸气白色粉末变为蓝色晶体CuSO45H2O CuSO45H2O4铜及其化合物之间的转化关系：例3. 在铁与铜的混合物中，加入一定量的稀硝酸，充分反应后剩余金属m1g，再向其中加入一定量的稀硫酸，充分振荡后，剩余金属m2g，则m1与m2之间的关系是（ ）（A）m1一定大于m2 （B）m1可能m2 （C）m1一定等于m2 （D）m1可能大于m2 解析 铁和铜的混合物与一定量的硝酸反应，当金属剩余时，硝酸耗尽，但生成物中有硝酸亚铁或硝酸铜或这两种物质的混合物。若再向其中加入稀硫酸，则继续发生如下反应： 3Cu+8H+2NO3- = 3Cu2+2NO+4H2O或：3Fe +8H+2NO3- = 3Fe2+2NO+4H2O Fe +4H+NO3- = Fe2+NO+2H2O使金属质量减少。所以m1一定大于m2。所以答案为A。5铜的主要用途 铜在电气和电子工业中主要用于制造电线、通讯电缆等。这方面应用占铜的工业总用量的一半左右，半导体器件中的硅芯片上用铜代替铝线；建筑业上用铜制造水管及其它排水设施，具有独特的杀菌功能，抑制细菌生长。第3讲 铁和铜 过关训练班级： 姓名： 题号12345678910答案题号11121314151617181920答案一、单项选择题1久置于空气中的下列物质，因被氧化而呈黄色的是（ ） A.浓HNO3 B.氯化亚铁溶液 C.溴苯 D.溴化银2“混盐”是指一种金属离子与多种酸根离子构成的盐，如氯化硝酸钙Ca(NO3)Cl就是一种混盐。“复盐 ”是指含有多种简单阳离子和一种酸根阴离子的盐如KAl(SO4)2,下列各化合物中属于混盐的是（ ）ACaOCl2 B.（NH4）2Fe(SO4)2 C.BiONO3 D.K3Fe(CN)63在Fe3+、Cu2+、Fe2+物质的量之比为321的混合液中加入适量的Fe粉充分反应后，上述溶液中三者物质的量之比改变为124，则参加反应的铁粉与原溶液中Fe3+的物质的量之比为（ ）A.21 B.12C.14D.134有一种溶液，含有Fe3+和Ag+两种离子，需分离成分别含有这两种离子的溶液，下列各种方案中，合理的是（ ）A以氯化钠溶液为沉淀剂，再用氨水把分离出来的沉淀溶解B以氢氧化钠溶液为沉淀剂，用盐酸处理沉淀C以氨水为沉淀剂，再用硝酸对沉淀和溶液分别进行处理D以氯化钾溶液为沉淀剂，再用硝酸对分离出来的沉淀进行处理5在硫酸铜、硫酸铁、硫酸铝的混合液中，加入铁粉充分搅拌后，发现铁粉有剩余，将剩余的铁粉滤去，在滤液中加入过量氢氧化钠溶液，再滤去沉淀，则滤液中存在的阴离子是ASO32- BOH-，SO42- CAl (OH)4，SO42- DAl (OH)4，OH-，SO42-6把铝粉和Fe3O4配成铝热剂并分成两等份，前一份在高温下恰好反应，并将生成物和足量的盐酸充分反应。后一份直接加入足量NaOH溶液使之充分反应，前后两种情况下生成的气体在同温同压下的体积比是（ ）A12 B98 C34 D437下列离子方程式正确的是（ ）A明矾溶液中加放过量的氨水 Al3+4OH= Al (OH)4B漂白粉溶液中通入过量的二氧化碳 Ca2+2ClO+CO2+H2O=CaCO3+2HClOCFeBr2溶液中加入过量的氯水 2Br+Cl2=Br2+2ClD澄清的石灰水中加入过量的NaHCO3溶液：Ca2+2OH+2HCO3=CaCO3+2H2O+CO328下列叙述不正确的是（ ）A硝酸银溶液通常保存在棕色试剂瓶中，是因为硝酸银见光易分解B乙醇的沸点比甲醚（CH3OCH3）高，主要原因是乙醇分子间能形成氢键C反应AgCl + NaBr = AgBr + NaCl能在水溶液中进行，是因为AgBr比AgCl更难溶于水D常温下浓硫酸可贮存在铁制或铝制容器中，说明常温下铁和铝与浓硫酸不反应9下列除去杂质的实验方法正确的是（ ）A除去CO中少量O2：通过灼热的Cu网后再收集气体B除去K2CO3固体中少量NaHCO3：置于坩埚中加热C除去苯中溶有的少量苯酚：加入适量浓溴水反应后过滤D除去FeCl3酸性溶液中少量的FeCl2：加入稍过量双氧水后放置10将大量铁粉溶于少量稀硝酸中，过滤后，所得离子浓度大小的顺序排列正确的是（ ）ANO3-Fe3+H+OH- BNO3-Fe2+H+OH-CFe3+NO3-H+OH- DFe2+NO3-OH-H+二、不定项选择题（每小题有12个选项符合题意）11某溶液中有NH4+、Mg2+、Fe2+和Al3+4种离子，若向其中加入过量的NaOH溶液，微热并搅拌，再加入过量的盐酸，溶液中大量减少的阳离子是（ ）A.NH4+ B.Mg2+ C.Fe2+ D.Al3+12家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中发生的化学反应的是（ ）A. 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 B. 2 Fe2+ + 2H2O + O2 +4 e-= 2Fe(OH)2C. 2H2O + O2 +4e- = 4OH- D. Fe -3 e- = Fe3+13某溶液A加入KSCN溶液后显红色。如果溶液A 加入一种物质B，反应后再加入KSCN溶液，不显红色，则物质B可能是（ ） A盐酸 B氢硫酸 C硝酸 D铜14足量的铜和含有 2.410-3mol 硝酸的某浓硝酸完全反应，共收集到标况下气体体积22.4mL，参加反应的铜的质量是（ ）A38.410-3 g B44.810-3 g C48.310-3 g D57.610 -3g15为了除去酸性氯化铝溶液中的Cu2+，下列实验步骤顺序和所用试剂都正确的是（ ）通过CO2 加盐酸 加过量NaOH溶液 加AlCl3 过滤A BC D16将适量铁粉放入三氯化铁溶液中，完全反应后，溶液中三价铁离子和二价铁离子浓度相等。则已反应的三价铁离子和未反应的三价铁离子的物质的量之比是（ ）A23 B32 C12 D1117下列装置中间的试管收集浓硝酸和铜反应所生成的气体，最终可使收到的气体中空气的含量最少是（ ）18能把苯酚、硫氰化钾、乙酸、氢氧化钠、碳酸氢钠鉴别开来的是（ ）A溴水B氯化亚铁溶液 C氢氧化铜 D氯化铁溶液 19将铁屑溶于过量盐酸后，再加入下列物质，不会有三价铁生成的是( )A.硫酸 B.氯水 C.硝酸锌 D. 高锰酸钾 20下列各组离子一定能大量共存的是（ ）A在含大量Fe3+的溶液中：NH4+、Na+、Cl、SCNB在强碱溶液中：Na+、K+、NO3、CO32C在c(H+) =1013mol/L 的溶液中：NH4+、Al3+、SO42、NO3D在pH =1的溶液中：K+、Fe2+、Cl、NO3E加入铝粉产生氢气的溶液中：NO3、K+、SO42、ClO三、非选择题21已知亚铜离子在酸性条件下能自身氧化还原为Cu和Cu2+，现由氧化铁和氧化亚铜组成的试样，将其等分为X和Y，如图实验。且知固体W不能溶于稀硫酸中。(1)写出中发生反应的离子方程式_ (2)写出中发生反应的离子方程式_ ；原试样中氧化铁和氧化亚铜的物质的量之比为_ 。22. 铜与浓硝酸反应和铜与稀硝酸反应，产物不同，实验现象也不同。（1）某课外活动小组为了证明并观察到铜与稀硝酸反应的产物为NO，设计了如图所示的实验装置。请你根据他们的思路，选择下列药品，完成该实验，并叙述实验步骤。药品：稀硝酸、稀盐酸、Zn粒、CaCO3固体。步骤：检查装置的气密性；向试管中加入一定量碳酸钙固体； 将铜丝插入到溶液中；用注射器向试管内推入氧气(或空气)。（2）推入氧气或空气的目的是 。（3）分别将等质量的铜片与等体积均过量的浓硝酸、稀硝酸反应，所得到的溶液前者呈绿色，后者呈蓝色，某同学提出这可能是Cu2+浓度差异的结果，你同意这种看法吗? （填“同意”或“不同意”），原因是 ；另一同学提出溶液呈“绿色”是Cu2+与NO2混合的结果，请你设计一个实验证明之(简述实验方案和实验现象) 。23“铝和氯化铜溶液反应”实验中预料之外现象的研究化学实验中预料之外的现象往往包含我们还没有认识的事物规律。下面是某同学进行“铝和氯化铜溶液反应”实验时观察到的预料之外的现象：铝丝表面附上的铜没有紧密吸附在铝丝的表面而是呈蓬松的海绵状；反应一段时间后有大量气泡逸出，且在一段时间内气泡越来越快，经点燃能发出爆鸣声，证明是氢气。“科学研究还离不开合理的猜想和假设。”该同学先从理论上猜想铝丝表面产生氢气的多种可能原因，再设计实验验证自己的猜想。实验操作及现象记录：取4根去油去锈的铝丝为A组直接和下列溶液反应，4根下半截缠上细铜丝的铝丝为B组和下列溶液反应，再取前面实验中得到的附有海绵状铜的4根铝丝洗净后作为C组和下列溶液反应作比较，实验现象记录如下：热水硫酸铜溶液（2.0mol/L）氯化铝热溶液（2.0mol/L）饱和氯化钠热溶液A只在开始时有少量气泡气泡较多，但比同浓度的氯化铜溶液少有气泡，比热水多气泡比热水稍多，但比氯化铝溶液少B气泡比相应A多气泡比相应A多气泡比相应A多气泡比相应A多C气泡比相应B多气泡比相应B多气泡比相应B多气泡比相应B多实验现象说明氢气的生成原因是多种因素作用的结果。试推测该同学原来的猜想有哪些（不一定填满，不够也可以自己添加）：(1)反应生成的铜和铝组成原电池促进铝和水反应；(2) ；(3) ；(4) ；(5) 。24某课外活动小组拟用图3-3装置进行实验，并同时测定氧化铁的纯度，试回答：(CO用下列反应制取：H2C2O4 CO+CO2+H2O)(1)若所制气体流向自左向右，上述仪器组装连接的顺序为(用a，b，c表示)_ 接_，_ 接_，_ 接_，_ 接_。(2)实验操作可分如下几步：点燃A装置中的酒精灯 检查装置的气密性 排净全套装置中的空气 点燃B装置中尖嘴导出的CO点燃装置D处的酒精灯 按实验要求将仪器连接好 待装置D中氧化铁粉末变成黑色时，熄灭D处酒精灯待装置D中的还原产物冷却至室温时，熄灭A处酒精灯.则正确的操作顺序为(填序号)_ _ _。(3)装置B的作用是_ _，装置E的作用是_ _。(4)实验前氧化铁粉末为x g，实验后B、E的质量分别增加y g和z g，则氧化铁的纯度为_ 。25将固体FeC2O42H2O放在一个可称量的容器中加热灼烧，固体质量随温度升高而变化，测得数据如下：温度/25300350400500600900固体质量/g1.0000.8000.8000.4000