2023版高三一轮总复习化学（苏教版）第2部分 专题3 第12讲铁、铜化合物制备及化工流程(能力课)

第12讲铁、铜化合物制备及化工流程(能力课)1.实验探究铁、铜重要化合物的制备。2.以化工流程为载体掌握铁、铜及其化合物的制备与分离。eq\a\vs4\al(铁、铜化合物制备实验探究)1．Fe(OH)2的制备Fe(OH)2在空气中很容易被O2氧化为Fe(OH)3，在制备Fe(OH)2时要避免O2的存在或进入。图1图2图3(1)有机覆盖层法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图1所示。(2)还原性气体保护法用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀，如图2所示。(3)电解法用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯(或煤油)，如图3所示。2．CuCl的制备氯化亚铜(CuCl)可用作催化剂、杀菌剂、媒染剂、脱色剂等。可用如图装置(夹持仪器略)通过热分解CuCl2·2H2O(易水解)制备氯化亚铜。甲乙丙丁(1)反应：2(CuCl2·2H2O)eq\o(=,\s\up9(△))2CuCl＋Cl2↑＋4H2O。(2)反应开始时先通入HCl气体，再加热，防止CuCl2水解，结束时，再通入N2将装置中残留的HCl排出。1．已知柠檬酸易溶于水和乙醇，有酸性和还原性。用图示装置(夹持和加热仪器已省略)制备补血剂甘氨酸亚铁[(H2NCH2COO)2Fe](易溶于水，难溶于乙醇)。下列说法错误的是()甲乙丙A．装置甲中所盛放的药品可以是石灰石和稀盐酸B．加入柠檬酸溶液可调节溶液的pH，并防止Fe2＋被氧化C．丙中反应的化学方程式为FeCO3＋2H2NCH2COOH→(H2NCH2COO)2Fe＋CO2↑＋H2OD．洗涤得到的甘氨酸亚铁所用的最佳试剂是柠檬酸溶液D[为了防止Fe2＋被氧化，本实验利用CO2排出装置中的空气，因此可以用石灰石和稀盐酸来制取CO2，并在装置甲中进行，A项正确；加入柠檬酸可以调节溶液的pH以促进FeCO3的溶解，同时利用柠檬酸的还原性可以防止Fe2＋被氧化，B项正确；利用丙中的物质制备甘氨酸亚铁，反应的化学方程式为FeCO3＋2H2NCH2COOH→(H2NCH2COO)2Fe＋CO2↑＋H2O，C项正确；甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇，故洗涤得到的甘氨酸亚铁所用的最佳试剂为乙醇，D项错误。]2．某同学通过如下流程制备氧化亚铜：已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；Cu2O＋2H＋=Cu2＋＋Cu＋H2O。下列说法不正确的是()A．步骤②中的SO2可用Na2SO3替换B．步骤③中为防止CuCl被氧化，可用SO2水溶液洗涤C．步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl＋2OH－eq\o(=,\s\up9(△))Cu2O＋2Cl－＋H2OD．如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应，根据反应前、后固体质量可计算试样纯度D[CuCl不溶于稀硫酸，Cu2O与稀硫酸反应生成Cu，故反应后的固体为CuCl与Cu的混合物，无法确定Cu的量，无法计算试样纯度，D错误。]3．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。(1)下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(填序号)。①②③④⑤(2)利用(1)中②装置制备Fe(OH)2的操作步骤为。[答案](1)①②③⑤(2)先打开止水夹a，反应一段时间检验B中出来的H2纯净时，再关闭止水夹a，让A中溶液进入B中eq\a\vs4\al(涉及铁、铜化合物的化工流程)1．绿矾的制备(1)用废铁屑(含少量SiO2和氧化铁)制取绿矾(2)用烧渣(主要含FeO、Fe2O3，还有一定量的SiO2)制备绿矾2．铜化合物的制备废铜利用的一般流程模板3．废物中铁与铜的利用CuCl2溶液中Fe2＋的除杂(1)若直接调节溶液的pH，待Fe2＋沉淀完全，Cu2＋也已沉淀完全，不能除去Fe2＋，不可行。(2)先将Fe2＋氧化成Fe3＋，再调溶液的pH为3.7≤pH<4.4，此时Fe3＋沉淀完全，Cu2＋未沉淀，过滤除去Fe(OH)3沉淀。(3)加入的氧化剂可以是双氧水或氯气等，注意不能引入新的杂质。(4)调节溶液pH的物质，要消耗氢离子，但不能引入新杂质，可为CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。1．高铁酸钾(K2FeO4)是新型的绿色环保水处理剂。一种制备K2FeO4的流程如下：下列说法错误的是()A．步骤ⅰ中反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2OB．步骤ⅱ说明碱性条件下，氧化性：NaClO>Na2FeO4C．步骤ⅲ的反应为复分解反应，说明溶解度：Na2FeO4<K2FeO4D．K2FeO4作为性能优良的水处理剂，主要是利用了其强氧化性和还原后产生的具有絮凝作用的Fe3＋C[步骤ⅰ为FeSO4溶液在酸性条件下被H2O2氧化为Fe2(SO4)3，则H2O2被还原为H2O，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O，A项正确；步骤ⅱ为NaClO在碱性溶液中将Fe2(SO4)3氧化成Na2FeO4，则NaClO为氧化剂，Na2FeO4为氧化产物，故氧化性：NaClO>Na2FeO4，B项正确；步骤ⅲ为Na2FeO4与饱和KOH溶液反应得到K2FeO4粗品，反应类型为复分解反应，溶解度大的物质转化为溶解度小的物质，故溶解度：Na2FeO4>K2FeO4，C项错误；K2FeO4作为性能优良的水处理剂是因为其具有强氧化性，能杀菌消毒，消毒过程中自身被还原为Fe3＋，Fe3＋水解生成的Fe(OH)3胶体具有絮凝的作用，D项正确。]2．工业上用含有少量氧化铁杂质的废铜粉为原料，制取硫酸铜的主要过程如图所示：下列有关说法不正确的是()A．“过量酸”不适合用硝酸或浓硫酸，固体B可以用CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3B．通入的气体A可以是O2或Cl2C．通入气体A之前的混合溶液中存在的阳离子是Fe2＋、Cu2＋、H＋D．将从溶液中得到的硫酸铜晶体在空气中加热，可制得无水硫酸铜B[通入的气体A不可以是Cl2，否则引入Cl－杂质，B错误。]3．某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，设计了如下流程：下列说法不正确的是()A．溶液1中的阳离子可与NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))、HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、I－、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))在同一溶液中大量共存B．向溶液2中加入3～5滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，有蓝色沉淀生成C．向固体2中加入足量NaOH溶液，发生反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋2H2OD．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解A[根据烧渣的主要成分，Fe2O3属于碱性氧化物，加入足量的酸后，与酸反应生成Fe3＋，Al2O3属于两性氧化物，与酸反应后生成Al3＋，SiO2属于酸性氧化物，不与酸反应，即溶液1中含有阳离子H＋、Fe3＋和Al3＋，这三种离子不能与HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))大量共存，Fe3＋和I－能发生氧化还原反应，因此不能大量共存，A项错误；根据流程，溶液2中含有Fe2＋，因此加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀，B项正确；固体2应是Al(OH)3，氢氧化铝表现两性，能与强碱反应：Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋2H2O，C项正确；Fe2＋具有还原性，容易被氧气氧化，同时FeSO4·7H2O容易失去结晶水，因此制备FeSO4·7H2O时，应注意防止其氧化和分解，D项正确。]4．CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及SiO2杂质)，生产CuCl的工艺流程如下：物质开始沉淀时的pH沉淀完全时的pHFe(OH)32.73.7Cu(OH)25.66.7Al(OH)33.84.7已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))，CuCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。(1)煅烧的主要目的是。(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为，加入的物质X可以是(填字母)。A．CuO B．Cu(OH)2C．NaOH溶液 D．CaCO3(3)滤渣Ⅱ的主要成分是。(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))，请写出反应Ⅰ的离子方程式：。(5)工业上常用CuSO4来制备CuCl，在提纯后的CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl，加热生成CuCl沉淀，该反应的离子方程式是。[解析](1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，从流程图知CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。(2)调节溶液的pH时，应保证Fe3＋、Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，溶液的pH应为4.7≤pH<5.6，加入物质X的目的是消耗H＋调节溶液的pH，但不能引入新杂质。(3)溶液的pH在4.7≤pH<5.6时，Fe3＋和Al3＋完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应Ⅰ的离子方程式：2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－=2CuCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H＋。(5)根据得失电子守恒配平即可。[答案](1)使铜转化为可溶于酸的氧化物(2)4.7≤pH<5.6ABC(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－=2CuCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H＋(5)2Cu2＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋2Cl－＋H2Oeq\o(=,\s\up9(△))2CuCl↓＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋1．(2020·江苏高考，T19节选)实验室由炼钢污泥(简称铁泥，主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α­Fe2O3。其主要实验流程如下：(1)酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有(填序号)。A．适当升高酸浸温度B．适当加快搅拌速度C．适当缩短酸浸时间(2)还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe3＋完全转化为Fe2＋。“还原”过程中除生成Fe2＋外，还会生成(填化学式)；检验Fe3＋是否还原完全的实验操作是。(3)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水­NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。①生成FeCO3沉淀的离子方程式为。②设计以FeSO4溶液、氨水­NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案：[FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)2开始沉淀的pH＝6.5]。[解析](1)其他条件不变，实验中适当升高酸浸温度、适当加快搅拌速度，均可以加快铁泥的溶解，即提高铁元素的浸出率。(2)“酸浸”时，H2SO4过量，加入过量铁粉，除生成Fe2＋外，还会产生H2。Fe3＋与KSCN反应所得溶液呈血红色，当加入KSCN溶液观察不到血红色，则说明Fe3＋已完全被还原为Fe2＋。(3)①Fe2＋与HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))反应生成FeCO3沉淀，HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))电离出的H＋与NH3·H2O结合生成NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，则生成FeCO3沉淀的离子方程式可以写成：Fe2＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋NH3·H2O=FeCO3↓＋NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋H2O或Fe2＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋NH3=FeCO3↓＋NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))。②用FeSO4和氨水­NH4HCO3混合溶液反应生成FeCO3，若pH大于6.5，则会生成Fe(OH)2沉淀，故需要控制pH不大于6.5；对生成的FeCO3用蒸馏水洗涤2～3次；因FeCO3表面会附着SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，若用盐酸酸化的BaCl2溶液检验不出SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，则说明FeCO3已洗涤干净。[答案](1)AB(2)H2取少量清液于试管中，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈血红色(3)①Fe2＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋NH3·H2O=FeCO3↓＋NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋H2O(或Fe2＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋NH3=FeCO3↓＋NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4)))②在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水­NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤2～3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀2．(2019·浙江高考)某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。请回答：(1)仪器1的名称。装置5的作用。(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进，使溶液能进入4中。(3)装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因。[解析]该装置制备Fe(OH)2白色沉淀的思路是在排净空气的气氛中，先将铁屑和稀硫酸反应得到FeSO4，再利用气体产生气压把FeSO4溶液压至装置4中与NaOH反应，得到Fe(OH)2，注意所需试剂也需要加热除掉溶解氧。(1)仪器1是分液漏斗或滴液漏斗，该反应需要置于无氧环境，注意这里跟防倒吸无关，装置5的作用是液封，防止空气进入装置4。(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。如此操作失败的原因是产生的H2从左侧导管逸出，没有足够的压强，所以不能将FeSO4溶液压入4中，因而在装置2、3之间添加控制开关即可。(3)灰绿色沉淀产生的原因是装置4中空气没有完全排净，Fe(OH)2被空气氧化。[答案](1)分液漏斗(滴液漏斗)液封，防止空气进入装置4(2)在装置2、3之间添加控制开关(3)装置4内的空气没有排净工业上以黄铜矿(主要成分是CuFeS2，含有少量SiO2)为主要原料制备CuCl的主要流程如下：已知：CuCl微溶于水，难溶于乙醇，在空气中易被氧化，在水溶液中存在平衡：CuCl(白色固体)＋2Cl－[CuCl3]2－(无色溶液)。回答下列问题：(1)溶液A中含有硫酸铜、硫酸铁，则在一定条件下黄铜矿与稀硫酸、氧气发生反应的化学方程式为