20182019苏教版高中化学必修一学案专题3第2单元铁铜的获取及应用

第二单元铁、铜的获取及应用学习目标：1.了解从自然界中提取铁、铜的方法和原理及常见金属的冶炼方法。2.了解铁、铜的主要性质及应用。(重点)3.理解Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化及应用。(重难点)4.掌握Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的检验方法。(重点)[自主预习·探新知]1．铁、铜的存在形式(1)铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在。①常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)、黄铁矿(主要成分为FeS2)、菱铁矿(主要成分为FeCO3)等。②常见的铜矿有孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3]、黄铜矿(主要成分为CuFeS2)等。(2)人们最早利用的单质铁和单质铜均直接来自自然界。所不同的是铁单质只存在于从天而降的陨铁中，所以古代人称铁为“天石”，而铜则来自地球上自然存在的少量单质铜。2．铁和铜的冶炼(1)铁的冶炼①原理：高温下用还原剂将化合态的铁还原为游离态的铁。②设备：炼铁高炉，如图所示。③原料：铁矿石、焦炭、空气和石灰石。④冶炼过程。(2)铜的冶炼与精炼①工业上主要采用高温冶炼黄铜矿(主要成分是CuFeS2)的方法获得铜。用这种方法冶炼得到的铜，含铜量为99.5%～99.7%，还含有Ag、Au、Fe、Zn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，其得到的铜，含铜量高达99.95%～99.98%。②生物炼铜法利用某种能耐受铜盐毒性的细菌，这种细菌能利用空气中的氧气氧化硫化铜矿石，把不溶性的硫化铜转化为可溶性的铜盐。(3)金属冶炼的方法①原理：把金属从化合态变为游离态的过程。②常用方法有高温还原法、电解法和湿法冶金等。3．铁及其化合物的性质及应用(1)铁的性质铁呈银白色，有金属光泽，可被磁铁吸引，是电和热的良导体。(2)Fe3＋的检验①试剂为硫氰化钾(KSCN)溶液。②操作现象：加入KSCN溶液，溶液变成血红色。③反应式：Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3。(3)Fe2＋与Fe3＋的相互转化(写出离子方程式)①FeCl2溶液加氯水：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。②FeCl3溶液中加入Fe、Cu：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋、2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。③除杂、除去废水中的Fe2＋的方案：废水中先加氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，然后再调节pH使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀析出。4．铜及其化合物的性质及应用(1)铜的物理性质：紫红色固体，具有良好的导电、导热性和延展性。(2)铜的化学性质(3)常见铜的化合物①CuO为黑色，与盐酸反应的离子方程式为CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2O。②Cu2(OH)2CO3为碱式盐，为绿色。③CuSO4为白色粉末，遇水形成蓝色晶体CuSO4·5H2O(写化学式)。(4)铜及其化合物的应用①单质铜可以制导线、水管、电器仪表等。②铜盐可以杀菌。游泳馆常用CuSO4作池水的消毒剂。[基础自测]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)自然界中不存在游离态的铁、铜。()(2)赤铁矿的主要成分为Fe2O3。()(3)孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。()(4)高炉炼铁的主要原料为铁矿石、焦炭、空气和石灰石等。()(5)高炉炼铁的反应中涉及置换反应。()(6)高温冶炼黄铜矿可以获得Cu。()(7)铁、铜遇到稀H2SO4均可以反应。()(8)Fe3＋和Fe2＋可以用KSCN鉴别。()(9)Cu与Fe3＋反应属于置换反应。()【答案】(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×(6)√(7)×(8)√(9)×2．(1)在试管中加入棕黄色的氯化铁溶液，再加入氢氧化钠溶液，观察到的现象是_________________________________________________________，反应的离子方程式是___________________________________________。(2)将FeCl3溶液滴到印刷电路板上，反应的离子方程式为_____________________________________________________________。【答案】(1)生成红褐色沉淀Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓(2)2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋[合作探究·攻重难]金属的冶炼方法[思考交流](1)写出用CO、Al还原Fe2O3得到Fe的化学方程式。【提示】3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up9(高温))2Fe＋3CO22Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up9(高温))2Fe＋Al2O3。(2)湿法炼Cu是将Fe投入CuSO4溶液中，写出离子方程式。【提示】Fe＋Cu2＋=Cu＋Fe2＋。(3)电解熔融Al2O3、NaCl制Al和Na，写出化学方程式。【提示】2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up9(通电),\s\do8(冰晶石))4Al＋3O2↑2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up9(通电))2Na＋Cl2↑。(4)Ag2O不稳定，受热分解制Ag，写出化学方程式。【提示】2Ag2Oeq\o(=,\s\up9(△))4Ag＋O2↑。金属冶炼的一般方法(1)电解法：适合冶炼金属活动性较强的金属(一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属)。(2)还原剂法：用还原剂(CO、C、H2、Al等)还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表中Zn到Cu之间的大多数金属。(3)热分解法：适合于冶炼金属活动性较差的金属。如Hg、Ag等。(4)在工业上还有一种冶炼方法叫作湿法冶炼，即利用活泼金属把不活泼金属从它的盐溶液中置换出来。[对点训练]1．下列关于金属冶炼的说法正确的是()A．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活动性决定B．Cu的湿法冶炼是将金属钠投入到CuSO4溶液中，从而置换出铜C．Fe通常采用热还原法冶炼，加入石灰石的目的是除去过量的碳D．由于Al的活动性强，故工业上采用电解熔融氯化铝的方法生产铝A[B项，Na与盐溶液反应时，Na与H2O先反应，不能置换出Cu；C项，石灰石是造渣除去SiO2；D项，AlCl3熔化不电离、不导电，不能电解熔融AlCl3制取Al。]2．冶炼金属常用以下几种方法：①以C或CO、H2作还原剂还原；②电解法；③热分解法；④铝热反应。现有下列金属：Al、Mg、Cu、Hg，试标明适宜的冶炼方法。Al________；Mg________；Cu________；Hg________。【解析】MgCl2eq\o(=,\s\up9(通电))Mg＋Cl2↑；2Al2O3eq\o(=,\s\up9(通电))4Al＋3O2↑；CuO＋COeq\o(=,\s\up9(△))Cu＋CO2；2HgOeq\o(=,\s\up9(△))2Hg＋O2↑。【答案】②②①③Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化及Fe2＋、Fe3＋的检验[思考交流](1)Fe→Fe2＋的常见试剂有哪些？【提示】H＋、Cu2＋、Fe3＋等。(2)Fe→Fe3＋的常见试剂有哪些？【提示】Cl2、HNO3等。(3)Fe2＋→Fe3＋的常见试剂有哪些？【提示】Cl2、O2、H2O2、ClO－等。(4)Fe3＋→Fe2＋的常见试剂有哪些？【提示】I－、S2－、Cu、Fe等。(5)证明溶液中含有Fe3＋的方法有哪些？指出所用试剂。【提示】法1：显色法，加KSCN溶液，溶液显红色。法2：沉淀法，加NaOH溶液，有红褐色沉淀。(1)Fe2＋、Fe3＋、Fe之间的相互转化关系①Fe只具有还原性。可被弱氧化剂(H＋、S、I2、Cu2＋、Fe3＋等)氧化成Fe2＋，被强氧化剂(Cl2、Br2、O2、HNO3等)氧化成Fe3＋。②Fe2＋既有氧化性又有还原性。可被强氧化剂[Cl2、O2、Br2、H2O2、HNO3、浓H2SO4、KMnO4H＋等]氧化为Fe3＋；可被还原剂Al、Zn、CO、C等还原为Fe。③Fe3＋一般只具有氧化性，可被还原剂Fe、Cu等还原为Fe2＋，被强还原剂Al、Zn、CO等还原为Fe。2Fe2＋、Fe3＋的检验方法①Fe3＋检验：取少量溶液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液变成血红色。②Fe2＋检验：取少量溶液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液不变色，再滴加氯水或双氧水，溶液变成血红色。③含Fe2＋和Fe3＋的溶液中检验Fe2＋，取少量溶液于试管中，滴加酸性KMnO4溶液，溶液紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋。提醒：①FeSCN3不是沉淀，溶液中Fe3＋遇SCN－的现象是溶液变成血红色而不是血红色沉淀。②Fe2＋为浅绿色，Fe3＋为棕黄色。[对点训练]3．把铁粉、铜粉置于FeCl3溶液中，充分反应后加入KSCN不显红色，下列情况不能成立的是()A．铁不剩余，Cu剩余 B．铁、铜均剩余C．铁剩余，含Cu2＋ D．铜剩余，含Fe2＋C[最后溶液中无Fe3＋，可能情况有：Fe、Cu全剩余；Fe反应完，Cu剩余；Fe、Cu全反应完。]4．下列物质反应后一定有Fe3＋生成的是()①过量的Fe与Cl2反应②Fe与过量稀硫酸反应③FeCl2溶液中通入少量Cl2④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中A．只有① B．只有①③C．只有①②③ D．全部【答案】B5．向某溶液中加入含Fe2＋的溶液后，无明显变化，当再滴加几滴新制氯水后，混合液变成血红色，则下列结论中正确的是()A．该溶液中一定含有KSCNB．氧化性：Fe3＋＞Cl2C．Fe2＋与SCN－不能形成血红色物质D．Fe2＋被氯水还原为Fe3＋C[与Fe3＋形成血红色溶液的只有SCN－，因此该溶液中一定含有SCN－，但不一定是KSCN，也可能是NH4SCN，A项错误；根据反应Cl2＋2Fe2＋=2Cl－＋2Fe3＋，由于氧化剂的氧化性＞氧化产物的氧化性，所以氧化性：Cl2＞Fe3＋，B项错误；D项错在“还原”，应该是Fe2＋被氯水氧化为Fe3＋。][当堂达标·固双基]1．下列说法正确的是()A．高炉炼铁用于还原氧化铁的还原剂是焦炭B．炼铁时，加入石灰石的作用是促进氧化铁的还原C．我国最先应用的金属是铜D．用于电气工业的纯铜是由黄铜矿冶炼直接得到的C[A项，还原剂是CO不是焦炭；B项，石灰石作熔剂，形成炉渣；D项，直接得到的是粗铜。]2．为了除去硫酸铜溶液中含有的Fe2＋杂质，先加入合适的氧化剂使Fe2＋氧化为Fe3＋，下列物质中最好选用()A．H2O2溶液 B．KMnO4溶液C．氯水 D．HNO3溶液A[除杂过程中不能引入新的杂质，故选H2O2。]3．能与Fe3＋反应，且能证明Fe3＋具有氧化性的是()①SCN－②Fe③Fe2＋④Cu⑤Zn⑥OH－A．①②③ B．②④⑤C．①③⑥ D．①②⑤B[Fe3＋表现氧化性的反应是与还原剂反应如Fe、Cu、Zn等。]4．要证明某溶液不含Fe3＋而可能含有Fe2＋。进行如下实验操作时的最佳顺序是()①加入足量氯水②加入足量的酸性KMnO4溶液③加入少量KSCN溶液A．①③ B．③②C．③① D．①②③C[先用KSCN检验Fe3＋，然后加氧化剂氧化可能含有的Fe2＋，确定Fe2＋的存在，酸性KMnO4溶液的颜色为紫色干扰红色。]5．已知Al、Cu、Hg三种金属分别用如下方法冶炼：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up9(通电))4Al＋3O2↑H2＋CuOeq\o(=,\s\up9(△))Cu＋H2O2HgOeq\o(=,\s\up9(△))2Hg＋O2↑(1)分析以上信息，可总结出金属的冶炼方法与其金属性强弱之间的关系是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)利用(1)中的结论，并结合题目信息，写出工业上用CaCl2冶炼金属钙的化学方程式：____________________________________________________________________________________________________________________。(3)在某些特殊环境下，往往用铝热反应来冶炼一些难熔金属，请写出据此法用MnO2冶炼金属锰的化学方程式：_____________________________________________________________。【解析】(1)金属的冶炼方法与金属在自然界中的存在状态、金属活泼性有关。一般来说，非常活