2023版高三一轮总复习化学鲁科版教案：第3章 第14讲 铁、铜化合物制备及化工流程(能力课)

第14讲铁、铜化合物制备及化工流

程(能力课)

再复习目标

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。

考点一铁、铜化合物制备实验探究

突破

1.Fe(OH)2的制备

Fe(OH)2在空气中很容易被Ch氧化为Fe(OH)3,在制备Fe(OH”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CCL»),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图1所示。

⑵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CuC12・2H2O(易水解谁！I备氯化亚铜。

气体一年

涧

湿

蓝

CuCl-2H2。

石

2色

耳NaOH

纸

试/溶液

甲乙丙丁

(1)反应：2(CuClr2H2O)=^=2CuC14-C12t+4H2Oo

(2)反应开始时先通入HC1气体，再加热，防止CuCL水解，结束时，再通

入N2将装置中残留的HC1排出。

一^!^^训练"黑”，

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()

A

弹簧夹柠檬酸溶液

iNaHGU3fiBrftXteCU3

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+CO2t+H2O

D.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FeCCh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+CO2T+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：

过量盐酸过滤

CU(OH)COCuCl2溶液

223①菽

③

NaOH溶液过滤

CuCl一洗涤Cu2O

+2+

已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；CU2O4-2H==CU+CU4-H2OO

下列说法不正确的是()

A.步骤②中的SO2可用Na2s03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2CUC1+2OH-=&CU2O+2C厂+

H2O

D.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，CU2。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”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。

⑴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)。

NaOH

夕液

.

铁粉

(2)利用⑴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

用纯净时，再关闭止水夹a,让A中溶液进入B中

考点二涉及铁、铜化合物的化工流程

—突破,一

1.绿矶的制备

(1)用废铁屑(含少量竽。2和氧化铁)制取绿研

5酸T

一

加

人

闻

废

T过si

酸浸

过

最

铁

J—

屑

铁

屑

一蒸发浓缩

FeS()4、FeSO4

过

泄.［绿矶］

溶液冷却结晶‘

Fe2(SO4)3

⑵用烧渣住要含FeO、Fe2O3,还有一定量的SiO》制备绿矶

过量稀硫酸

IFeSO4塔

~SiO2|---------

2.铜化合物的制备

废铜利用的一般流程模板

废铜屑［含CU2(OH)2cO3、CU2S、铁的氧化物等］

废铜，

废电路板(含有机高分子材料)

广气体

加CuO或

氧化剂Cu(OH”调pH

溶液溶液

酸溶解

(H2O2)除Fe3+等

L不溶固体

蒸发浓缩过

冷却结晶

铜盐晶体滤

△

CuO-CU(0H)2-碱溶液

纯铜超量粗铜.还原I

3.废物中铁与铜的利用

___r®,___,「

废品足量过量Fertile

就'黔亚rFeSO滞液)鬻？瞿他运9/7丛0|

止H滤渣［Fe(OH)J簪►砌

方)CuC12溶液中Fe2+的除杂

(1)若直接调节溶液的pH,待Fe2+沉淀完全，Ci>2+也已沉淀完全，不能除

去Fe2+,不可行。

⑵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，Ci>2+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、C11CO3、CU2(OH)2CO3O

训I练舞巡±_______________

L(双选)高铁酸钾(RFeO4)是新型的绿色环保水处理剂。一种制备K2FeO4

的流程如下：

①HM

过滤饱和KOH-.|KzFeO』|一生干於l&FeO,

Na2FeO4

斡液ig__1一品_*~」一品

NaCl耐液

（加入NaOH）

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++2H2。

B.步骤ii说明碱性条件下，氧化性：Na2FeO4>NaClO

C.步骤iii的反应为复分解反应，说明溶解度：Na2FeO4<K2FeO4

D.KFeOa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+

BC［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++2H2。，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项错误；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；

RFeCh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：

__________固体BT滤液c|~-T无水硫酸铜|

废铜粉邛而蔽H混介?液I调pH=4Lj沉淀D|

气体A

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)2CO3

B.通入的气体A可以是O2或Ch

C.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CL,否则引入C「杂质，B错误。]

3.(双选)某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3.SiO2、

AI2O3,不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSOCIhO),设计了如下流程:

川固体1|

一^^试剂XNaOH溶液控制pl2固体2|,---------

下列说法不正确的是()

A.溶液1中的阳离子可与NHl、HCOh「、SOT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](铁氧化钾)溶液，无蓝色沉淀生成

C.向固体2中加入足量NaOH溶液，发生反应的离子方程式为A1(OH)3

+OH==[A1(OH)4]~

D.从溶液2得到FeSOMIhO产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分

解

AB[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+,AI2O3属于两性氧化物，与酸反应后生成AF+,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A13+,这三种离子不

能与HCO3大量共存，Fe3+和「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]可产生蓝色沉淀，

B项错误；固体2应是AI(OH)3,氢氧化铝表现两性，能与强碱反应：A1(OH)3

+OH-=[A1(OH)4]_,C项正确；Fe2+具有还原性，容易被氧气氧化，同时

FeSONHhO容易失去结晶水，因此制备FeSOMHzO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:

H2O2H2SO4

过滤灌渣I|

I废铜料瞥屐阳过滤

灌液I

漉渣

过

滤大抵水食盐nh

洗

涤

干

燥-I冲洗I-滤液nP

物质开始沉淀时的pH沉淀完全时的pH

Fe(OH)32.73.7

CU(OH)25.66.7

AI(OH)33.84.7

已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuClF,CuCb的溶液用水稀释后

可生成CuCl沉淀。

(1)煨烧的主要目的是o

(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.CuOB.CU(OH)2

C.NaOH溶液D.CaCO3

(3)滤渣n的主要成分是o

(4)往滤液II中加入食盐并通入SO2可生成CuCE,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Na2s。3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，故煨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+、AF+完全沉淀，而CM+不能沉淀，溶液的pH应为4.7WpH<

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AF+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A1(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+4C「

+

=2CuClJ+SOr+4Ho(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)4.7WpH<5.6ABC

(3)Fe(OH)3和A1(OH)3

2+-+

(4)2H2O+2Cu+SO2+4Cl==2CuCir+SOi+4H

2++

(5)2Cu+SOr+2Cr+H2O=^=2CuClI+SOF+2H

L真题验收•新题预测瑞鹤“。口

真题“验收

1.(2020•江苏高考，「9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a-Fe2O3。其主要实验流程如下：

铁泥一T酸浸|~T还原|~~T除杂|~~"沉铁卜-----►a-Fe2O3

(1)酸浸。用一定浓度的H2s04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溶液与氨水一NH4HCO3混合溶液反应，生成

FeCO3沉淀。

①生成FeCCh沉淀的离子方程式为__________________________________

_______________________________________________________________________________________________O

②设计以FeSCh溶液、氨水一NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCCh的

实验方案:___________________________________________________________

［FeCCh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。⑵“酸浸"时，H2s04过量，

加入过量铁粉，除生成Fe2+外，还会产生H2。Fe3+与KSCN反应所得溶液呈红

色，当加入KSCN溶液观察不到红色，则说明Fe3+已完全被还原为Fe2+。(3)

①Fe2+与HCO3反应生成FeCCh沉淀，HCO3电离出的H+与NH3H2O结合生成

NHt,则生成FeCO3沉淀的离子方程式可以写成：Fe2++HCO^+

2+

NH3H2O=FeCO3I+NH4+H2O或Fe+HCO3+NH3==FeCO3I+NH九

②用FeSO4和氨水一NH4HCO3混合溶液反应生成FeCCh,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FeCO?用蒸馆水洗

涤2〜3次；因FeCOj表面会附着SOF,若用盐酸酸化的BaCb溶液检验不由

SOF,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红色(3KDFe2++HCO5+NH3・H2O=FeCO3l+

2+

NH*+H2O(或Fe+HCO?4-NH3=FeCO3I+NH4)②在搅拌下向FeSO4

溶液中缓慢加入氨水一NHJKXh混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过

滤，所得沉淀用蒸储水洗涤2〜3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化

的BaCk溶液，不出现白色沉淀

2.(2019•浙江高考谋同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色

(2)实验开始时，关闭K2,打开Ki,反应一段时间后，再打开K2,关闭Ki,

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__________________________o

［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