铁、铜及其化合物

第13讲铁、铜及其化合物考纲定位1.了解铁、铜及其重要化合物的主要性质，了解其应用。2.了解合金的概念及其重要应用。考点一铁及其重要化合物的性质1．铁的性质

(1)物理性质 铁具有导电、导热和延展性，具有能被

吸引的特性。

(2)化学性质 铁单质性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。磁铁③与酸的反应：a．与非氧化性酸反应的离子方程式：

。b．与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸

，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应，但无H2产生。④与某些盐溶液的反应：a．与CuSO4溶液反应的离子方程式：

。b．与FeCl3溶液反应的离子方程式：

。Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑钝化Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋CuFe＋2Fe3＋===3Fe2＋2．铁的氧化物和氢氧化物

(1)铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名铁红磁性氧化铁颜色状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体(有磁性)溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的化合价＋2＋3＋2，＋3稳定性不稳定稳定稳定与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O(2)铁的氢氧化物灰绿

【互动思考】1．FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取？若能，写出其对应的化学方程式。2．写出下列反应的化学方程式：

(1)FeO与稀硝酸反应的化学方程式：_______________。

(2)FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式：__________、________________。 答案

(1)3FeO＋10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O (2)FeO＋2HI===FeI2＋H2O

Fe2O3＋6HI===2FeI2＋I2＋3H2O[示向题组]

1．(2014·山东理综，9)等质量的下列物质与足量稀硝酸反应，放出NO物质的量最多的是(

)。

A．FeOB.Fe2O3C.FeSO4D．Fe3O4

解析Fe2O3不具有还原性，与稀HNO3反应不生成NO，另外三种等质量的物质中，含Fe2＋物质的量越多，与稀HNO3反应失去的电子越多。根据得失电子守恒，则生成NO的物质的量越多，经计算比较等质量的FeO、FeSO4、Fe3O4中FeO含有Fe2＋物质的量最多，故选A。答案A3．(2013·天津理综，9)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3，再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。

Ⅰ.经查阅资料得知：无水FeCl3在空气中易潮解，加热易升华。他们设计了制备无水FeCl3的实验方案，装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下：①检验装置的气密性；②通入干燥的Cl2，赶尽装置中的空气；③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成；④……⑤体系冷却后，停止通入Cl2，并用干燥的N2赶尽Cl2，将收集器密封。请回答下列问题：(1)装置A中反应的化学方程式为_________________。(2)第③步加热后，生成的烟状FeCl3大部分进入收集器，少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl3进入收集器，第④步操作是_____________________。(3)操作步骤中，为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号)____________。(4)装置B中冷水浴的作用为___________________；装置C的名称为________；装置D中FeCl2全部反应后，因失去吸收Cl2的作用而失效，写出检验FeCl2是否失效的试剂：______________。(5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂。Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液。(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为_________________。

(4)进入收集器的FeCl3为气体，经装置B中的冷水冷却后而沉积下来，便于收集产品。Fe2＋的检验可用K3[Fe(CN)6]溶液，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀。(5)由于尾气中含有未反应的有毒气体氯气，可用盛有NaOH溶液的装置吸收，并将导管插入液面下。(6)Fe3＋具有氧化性，H2S具有还原性，二者发生氧化还原反应：2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。【考向揭示】由以上题组训练，可得出本考点的常见命题方向有：

1．铁及其化合物的性质及应用

2．有关铁及其化合物的实验探究4．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)。

解析因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；③的原理为铁作阳极产生Fe2＋，与电解水产生的OH－结合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。答案①②③⑤【反思归纳】

制备Fe(OH)2的关键与方法 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↓ (1)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。(2)制备Fe(OH)2时常采用的方法①采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2＋易被空气中的氧气氧化成Fe3＋)；②将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解的氧气)；③将碱直接加到亚铁盐溶液的底部[使生成的Fe(OH)2与空气隔离]；④在亚铁盐溶液的液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水的小而又不溶于水的有机溶剂)。5．某研究性学习小组请你参与“研究铁与水蒸气反应所得固体物质的成分、性质及再利用”实验探究，并共同解答下列问题： 探究一设计如图所示装置进行“铁与水蒸气反应”的实验。(1)硬质玻璃管B中发生反应的化学方程式为___________。(2)反应前A中投放碎瓷片的目的是__________________。(3)装置E中的现象是_____________________。探究二设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管B中黑色固体的成分。(4)待硬质玻璃管B冷却后，取少许其中的固体物质溶于________后，将所得溶液分成两份。(5)一份滴加几滴KSCN溶液。若溶液变血红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为________(选填序号，下同)；若溶液未变血红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为________。①一定有Fe3O4②一定有Fe③只有Fe3O4④只有Fe(6)另一份用______________(填仪器名称)加入____________，可以证明溶液中存在Fe2＋。探究三设计如下流程测定反应后硬质玻璃管B中固体含铁元素的质量分数。(7)试剂b的化学式是________。(8)计算反应后B装置中铁元素的质量分数为________。考点二Fe2＋和Fe3＋的性质及其检验方法还原性

还原性

氧化性

氧化

(3)Fe2＋与Fe3＋的相互转化2．Fe2＋、Fe3＋的检验方法

(1)直接观察颜色

Fe2＋溶液呈

，Fe3＋溶液呈

。

(2)利用显色反应(形成络离子)浅绿色棕黄色(3)利用铁的氢氧化物的颜色(4)利用Fe3＋的氧化性(5)利用Fe2＋的还原性3．“铁三角”及其重要应用

(1)“铁三角”中的转化关系铁粉(或铁钉、铁屑)

[示向题组]1．(2014·重庆理综，4)茶叶中铁元素的检验可经以下四个步骤完成，各步骤中选用的实验用品不能都用到的是(

)。A．将茶叶灼烧灰化，选用①、②和⑨

B．用浓硝酸溶解茶叶灰并加蒸馏水稀释，选用④、⑥和⑦

C．过滤得到滤液，选用④、⑤和⑦

D．检验滤液中的Fe3＋，选用③、⑧和⑩

答案B2．[2012·新课标，26(2)(3)](1)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品，通过实验方法测得n(Fe)∶n(Cl)＝1∶2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为________。在实验室中，FeCl2可用铁粉和________反应制备，FeCl3可用铁粉和__________反应制备。

(2)FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质，该反应的离子方程式为__________。3．铁及其化合物之间的相互转化可用下式表示：

(高铁酸根离子)

回答下列有关问题：

(1)铁元素位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族，原子序数是26，最外层有2个电子。铁元素的原子结构示意图是________。

(2)检验硫酸铁溶液中是否存在Fe2＋的方法是_________。

铁及其化合物性质的综合考查

[考向分析]铁和铜在生活生产中有广泛用途，是高考的命题热点。常见考查方式有离子共存(有色离子、形成沉淀、水解)、铁铜实验、化工流程等，主要考查的物质有Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化，Fe2＋的还原性、Fe3＋的强氧化性和强水解能力、铜离子的水解等。

【典例】实验室制备少量硫酸亚铁晶体的实验步骤如下：取过量洁净的铁屑，加入20%～30%的稀硫酸溶液，在50℃～80℃水浴中加热至不再产生气泡。将溶液趁热过滤，滤液移至试管中，用橡胶塞塞紧试管口，静置、冷却一段时间后收集产品。

(1)写出该实验制备硫酸亚铁的化学方程式：________________________________________________________________。

(2)硫酸溶液过稀会导致__________________________________________________________________________________。(3)采用水浴加热的原因是_________________________。

(4)反应时铁屑过量的目的是(用离子方程式表示)_______。

(5)溶液趁热过滤的原因是_________________________。塞紧试管口的目的是______________________________。

(6)静置冷却一段时间后，在试管中观察到的现象是____________________________。考查要点：以无机制备实验为载体，考查Fe、Fe2＋

、Fe3＋的性质，特别是Fe2＋的强还原性及亚铁盐的保存方法。

思路指导：依据Fe、Fe2＋、Fe3＋的重要性质和相互转化，掌握较为常见的化学方程式的书写，加强文字表达的训练。解析：(1)铁和稀硫酸反应的化学方程式为：Fe＋50～80℃H2SO4(稀)========FeSO4＋H2↑。(2)硫酸如果浓度过稀，则反应时速率过慢；另外由于溶液中含有较多的水，也不利于硫酸亚铁晶体的析出。(4)铁屑过量的目的是防止Fe2＋被氧化成Fe3＋，即使被氧化，Fe可以使Fe3＋还原：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。(6)硫酸亚铁热溶液在冷却过程中，溶解度降低，在静止冷却一段时间后会有浅绿色硫酸亚铁晶体析出。

50～80℃答案：(1)Fe＋H2SO4(稀)=========FeSO4＋H2↑(2)反应速率慢，不利于晶体析出(3)水浴加热受热均匀，温度容易控制(4)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋防止空气进入试管将Fe2＋氧化为Fe3＋(5)减少FeSO4

的损失(6)有浅绿色晶体析出练习．(2012年广东广州一模)绿矾(FeSO4·7H2O)的一种综合利用工艺如下：图2－8－4

(1)绿矾与NH4HCO3

在溶液中按物质的量之比1∶2反应，有CO2生成，反应的离子方程式为：______________________。(2)隔绝空气进行“焙烧”，铁元素的转化途径是烧”过程中各步反应的化学方程式：______________________________________________________________。

(3)“除杂”步骤为：向母液中通入含臭氧的空气、调节pH、过滤，除去的杂质离子是____________。

(4)母液“除杂”后，欲得到(NH4)2SO4

粗产品，操作步骤依次为真空蒸发浓缩、冷却结晶、____________。浓缩时若温度过高，产品中将混有NH4HSO4，运用化学平衡移动原理解释其原因________________。空气通入量/L·s－1温度/℃SO2含量/%SO3

含量/%0.0285045.454.60.0685030.569.50.1085011.188.90.1081011.188.90.1089011.288.8

(5)绿矾的另一种综合利用方法是：绿矾脱水后在有氧条件下焙烧，FeSO4

转化为Fe2O3

和硫的氧化物。分析下表实验数据，为了提高SO3

的含量，可采取的措施是________________。铜及其化合物金属材料考点一铜及其重要化合物1．铜的性质

(1)物理性质：铜是

色金属，具有良好的

性、

性和延展性。

(2)化学性质紫红导电导热④与盐溶液反应a．与硝酸银溶液：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；b．与FeCl3溶液：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。2．氧化铜和氧化亚铜3.氢氧化铜

(1)物理性质：

色

溶于水的固体。

(2)化学性质及应用蓝不4．CuSO4·5H2O CuSO4·5H2O为

晶体，俗称

。无水CuSO4为

粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。蓝色蓝矾、胆矾白色【互动思考】1．波尔多液是一种农业上应用广泛的杀菌剂，它是由硫酸铜、生石灰和水按一定比例配成的天蓝色胶状悬浊液，思考下列问题。

(1)波尔多液能否用铁桶盛放？为什么？

_______________________________________ (2)波尔多液能杀菌的可能原因是什么？

________________________________________

答案

(1)不能。原因是铁能置换波尔多液中的Cu2＋，降低杀菌能力。

(2)CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性。2．连线：把铜及其化合物的化学式与其颜色连接起来。2．(2013·广东理综，32)银铜合金广泛用于航空工业，从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：(注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃)【考向揭示】

由以上题组训练，可得出本考点的常见命题方向有：1．铜及其化合物的性质及应用2．有关以铜及其化合物化工生产为背景的工艺流程分析3．工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的______吸收。a．浓H2SO4

b．稀HNO3c．NaOH溶液 d．氨水(2)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为_____________。(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________。a．电能全部转化为化学能b．粗铜接电源正极，发生氧化反应c．溶液中Cu2＋向阳极移动d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属(4)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为_________。【思维建模】废铜综合利用的常见流程框图模式 考点二金属材料及金属矿物的利用1．合金

(1)合金 ①形成：是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的。 ②性质特点：具有

。

(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械性能。 ①熔点：一般比它的各成分金属的

。 ②硬度和强度：一般比它的各成分金属的

。 如生铁的熔点比纯铁的熔点

。金属特性低大低2．常见的金属材料(1) (2)重要的黑色金属材料——钢：

是用量最大、用途最广的合金。钢金属NaCuAlFe熔点(℃)97.510836601535沸点(℃)883259522003000练习1．所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物，根据下列四种金属的熔沸点：

A．Cu和AlC．Fe和Na

B．Fe和CuD．Al和Na其中不能形成合金的是(

)。

解析：形成合金必须满足各成分金属都要有共同的液态温度范围(即合金中一种金属的熔点要高于另一种金属的熔点但低于它的沸点)，这样才能熔合在一起。当铁熔化时，钠已经变成钠蒸气了，所以铁和钠不具备形成合金的条件。答案：C3．金属冶炼的一般步骤弱

不易

容易

较差

【互动思考】1．判断下列有关金属冶炼的说法是否正确，如不正确请说明原因。

(1)制钛：用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛

______________________________________ (2)炼铁：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物_______________ (3)制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液_____________________________ (4)炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜________________________________答案(1)错误；不能用TiCl4溶液，应用熔融态的TiCl