高考化学专题二第3讲铁铜的获取及应用学案

第3讲铁、铜的获取及应用【2020·备考】最新考纲：1.理解并能应用常见金属的活动顺序。2.了解Fe、Cu及其重要化合物的主要性质和重要应用。3.了解金属材料在生产和生活中的重要应用。4.认识化学在金属矿物等自然资源综合利用和实现物质间转化等方面的实际应用。新课标要求：结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用。能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案。能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化途径。最新考情：铁及其化合物涉及Fe、铁的氧化物、氢氧化物、铁盐、亚铁盐等，一是在选择题中考查铁及其化合物的性质和转化，二是考查Fe2＋、Fe3＋的检验，三是考查工业上铁及其化合物的工艺流程，如2018年第16题。考点一铁及其重要化合物的性质[知识梳理](1)物理性质颜色、状态导电、导热性、延展性特性地壳含量银白色固体良好被磁铁吸引占第四位(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。①与非金属单质反应：Fe与S反应：Fe＋SFeS。②与酸的反应：a.与非氧化性酸反应的离子方程式：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。b.与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化，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。③与某些盐溶液的反应：4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。3溶液反应的离子方程式：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。名师助学：①铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同，Fe与Cl2反应生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。②铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。③铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。(2)设备：炼铁高炉。(3)主要反应①还原剂的生成：C＋O2CO2，CO2＋C2CO；②铁的还原：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；③造渣反应：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2CaSiO3。(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)铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体与盐酸反应Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O受热分解2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O制法可溶性亚铁盐与碱反应：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓可溶性铁盐与碱反应：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓二者的关系空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3名师助学：①FeO和Fe3O4与足量HNO3反应时，发生氧化还原反应，Fe2＋被HNO3氧化生成Fe3＋。②Fe2O3和Fe3O4与足量HI反应时，发生氧化还原反应，Fe3＋被I－还原生成Fe2＋。[题组诊断]铁及其化合物的性质1.下列叙述正确的是()3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应2中燃烧只生成FeCl32O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出2O3eq\o(→,\s\up7(HCl（aq）))FeCl3(aq)eq\o(→,\s\up7(△))无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化解析HNO3具有强氧化性，与Fe反应产生的气体为NO，Fe与稀HNO3反应不是置换反应，A项错误；铁与Cl2反应无论量的多少产物都是FeCl3，B项正确；C项中Fe2O3溶解产生Fe3＋恰好将铁单质氧化，因而不能置换出H2，C项正确；FeCl3溶液加热时易水解，D项错误。答案BC3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。①Fe3＋②Fe2＋③Fe、Fe2＋④Fe2＋、Fe3＋(1)AB段铁元素以________形式存在。(2)BC段铁元素以________形式存在。(3)CD段铁元素以________形式存在。解析向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。答案(1)①(2)④(3)③3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液处理和资源回收的过程简述如下：Ⅰ：向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液；Ⅱ：向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液pH，同时鼓入足量的空气。已知：Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38回答下列问题：(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是________，分离得到固体的主要成分是________________，从固体中分离出铜需采用的方法是_____________________________________________________________________。(3)过程Ⅱ中发生反应的化学方程式为___________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)过程Ⅱ中调节溶液的pH为5，金属离子浓度为___________________________________________________________________________________________________________________________________________(列式计算)。解析(1)FeCl3能将铜氧化成Cu2＋，本身被还原为Fe2＋。(2)先用过量铁置换出铜，固体为铁与铜的混合物，再分离铜应加入盐酸；(3)过程Ⅱ是亚铁离子生成Fe(OH)2，鼓入空气转化成Fe(OH)3；(4)Ksp＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，c(OH－)＝Kw/c(H＋)，可求c(Fe3＋)。答案(1)2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋(2)回收铜Cu和Fe加盐酸反应后过滤(3)FeCl2＋Ca(OH)2=Fe(OH)2↓＋CaCl2、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(4)c(Fe3＋)＝4.0×10－38÷(10－9)3mol·L－1＝4.0×10－11mol/L【总结归纳】(1)当HNO3过量时：反应原理：Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，铁元素的存在形式为Fe3＋，铁元素的价态为＋3价。(2)当Fe过量时：铁被硝酸氧化为Fe3＋，然后Fe3＋被剩余的铁还原为Fe2＋，也就是说最终得到亚铁盐，总方程式：3Fe＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。(3)当eq\f(1,4)＜eq\f(n（Fe）,n（HNO3）)＜eq\f(3,8)时：铁元素的存在形式为Fe2＋和Fe3＋，铁元素的价态为＋2、＋3价。(4)用数轴法表示，铁与硝酸的用量比与反应产物的关系：2.铁与硫酸、硝酸的混酸反应顺序总结足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：Fe＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋、Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(若H＋量不足，该反应不再发生)。有关铁及其化合物的实验探究4.某同学欲探究铁及其化合物的性质，下列实验方案可行的是()A.将铁粉加入热的浓硫酸中：探究铁的活泼性3溶液中：制备Fe(OH)3胶体4溶液：制备FeSO4·6H2O晶体3溶液中：验证Fe3＋的氧化性强于Cu2＋解析由于浓硫酸具有强氧化性，铁与其反应生成Fe2(SO4)3和SO2，无法说明铁的活泼性，故A方案不可行；将NaOH加入FeCl3溶液中，得到Fe(OH)3沉淀，无法得到Fe(OH)3胶体，B项方案不可行；在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液，一方面氧气可将FeSO4氧化，另一方面会得到不含结晶水的化合物，故C项方案不可行；将铜粉加入FeCl3溶液中，发生反应：Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，该反应说明Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，故D项方案可行。答案D5.下列各图示中，不能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是()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，即发生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。A、B原理相同，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；C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；D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D【总结归纳】防止Fe(OH)2氧化的方法(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaCl溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。考点二Fe2＋、Fe3＋的性质及检验[知识梳理]1.亚铁盐(1)Fe2＋的氧化性和还原性含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还原性为主，如：遇Br2、Cl2、H2O2、NOeq\o\al(－,3)(H＋)等均表现为还原性。Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。(2)可水解Fe(OH)2是弱碱，含Fe2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。配制硫酸亚铁溶液时常加少量硫酸抑制Fe2＋的水解，加少量铁屑防止Fe2＋被氧化。(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。①Fe3＋与S2－、I－、HS－、SOeq\o\al(2－,3)等具有较强还原性离子不能大量共存。②Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋。(2)易水解：Fe(OH)3是很弱的碱，且溶度积很小，因而Fe3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。①利用Fe3＋易水解的性质，实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学方程式：FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。②利用Fe3＋易水解的性质，工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。③利用Fe3＋易水解的性质，实验室配制氯化铁溶液，通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中，然后再稀释至所需浓度。④Fe3＋与HCOeq\o\al(－,3)、AlOeq\o\al(－,2)、COeq\o\al(2－,3)、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。2＋、Fe3＋的检验方法eq\a\vs4\al(溶,液)eq\f(加KSCN,溶液)eq\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(→无明显现象\o(→,\s\up7(加氯水),\s\do5())溶液变红色说明含有Fe2＋,→溶液变红色说明含有Fe3＋))(2)用NaOH溶液eq\a\vs4\al(溶,液)eq\f(加NaOH溶液,)eq\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(→白色沉淀→灰绿色→红褐色说明含有Fe2＋,→红褐色沉淀说明含有Fe3＋))(3)含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验eq\x(混合溶液)eq\o(→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变红色，说明含有Fe3＋eq\x(混合溶液)eq\f(滴加酸性,KMnO4)KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2＋(4)Fe2＋的特征检验方法溶液eq\o(→,\s\up7(K3[Fe（CN）6]溶液))产生蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋，3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－=Fe3[Fe(CN)6]2↓2＋、Fe3＋的除杂问题主要成分杂质除杂方法FeCl3(aq)FeCl2(aq)加入氯水或H2O2FeCl2(aq)FeCl3(aq)加过量铁粉后过滤FeCl2(aq)CuCl2(aq)加过量铁粉后过滤[题组诊断]Fe2＋、Fe3＋的性质与转化1.下列试剂中，不能使Fe2＋转化为Fe3＋的是()①氯气；②NaCl溶液；③酸性KMnO4溶液；④稀硝酸；⑤盐酸；⑥NaNO3溶液A.①②③ B.①③④C.②④⑤ D.②⑤⑥解析Cl2、酸性KMnO4、稀HNO3都有强氧化性，能将Fe2＋氧化成Fe3＋，而NaCl溶液、盐酸、NaNO3溶液不能将Fe2＋氧化成Fe3＋。答案D3＋、Fe2＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)的稀溶液中加入足量Na2O2固体，充分作用后，再加入过量稀盐酸，完全反应，则离子数目没有变化的是()3＋、Al3＋3＋2＋、NHeq\o\al(＋,4)3＋解析2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，Fe2＋转变为Fe3＋，Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀析出，Al3＋转变为AlOeq\o\al(－,2)，NHeq\o\al(＋,4)转变为NH3气体，NHeq\o\al(＋,4)减少。没有过滤，再加入过量稀盐酸，Fe(OH)3沉淀转变为Fe3＋，所以Fe2＋减少，Fe3＋增多，AlOeq\o\al(－,2)再转变为Al3＋，几乎不变。答案B3.将金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应，下列对反应情况设想的评价正确的是()选项反应情况设想评价A当铁、铜均不剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，一定无Fe3＋正确，Fe3＋和Fe、Cu均可反应B当铁、铜均有剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，无Fe3＋正确，Fe和Cu与Fe3＋都反应，故有Fe2＋和Cu2＋，无Fe3＋C当铜有剩余，铁无剩余时，溶液中一定只有Fe2＋，无Cu2＋正确，Cu有剩余，故无Cu2＋D当铁有剩余，铜无剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋不正确，不可能有Fe剩余而无Cu剩余，因为Fe比Cu优先与Fe3＋反应解析当铁、铜均不剩余时溶液中可能有Fe3＋存在，A项错误；当铁过量时，铜不与Fe3＋反应，无Cu2＋生成，此时溶液中不存在Cu2＋和Fe3＋，B项错误；铜有剩余则溶液中一定无Fe3＋，可能有Cu2＋，C项错误；铁比铜活泼，不可能铁剩余而铜无剩余，D项正确。答案D【归纳总结】“铁三角”转化上述转化关系中标号反应的离子方程式：①2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；②2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋；③2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O；④3Fe2＋＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。Fe2＋和Fe3＋的检验4.下列有关物质检验方法不合理的是()A.向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显血红色，该溶液中一定含有Fe2＋4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2体是否已氧化变质，可将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液，再观察溶液是否变红色D.向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋解析B项中的Cl－也能使酸性KMnO4溶液褪色。答案B3＋、Fe2＋性质实验的说法错误的是()置可以制备沉淀Fe(OH)23溶液时，先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中，再加水稀释到所需要的浓度C.FeCl3溶液中滴加KSCN溶液会生成红色沉淀2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2＋被氧化解析A项，打开止水夹，左边锥形瓶中发生反应：Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑，H2排出反应体系内的空气，使体系保持H2氛围，关闭止水夹，生成的FeSO4被压到右边锥形瓶中生成Fe(OH)2沉淀，正确；C项，生成配合物血红色Fe(SCN)3，不是沉淀，错误。答案C2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol·L－1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是_____________________________________________________________________。(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_____________________________________________________________________。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是________________________________________________________________________________________________________________________。(4)丙组同学取10mL0.1mol·L－1KI溶液，加入6mL0.1mol·L－1FeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验：①第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。实验②检验的离子是________(填离子符号)；实验①和③说明：在I－过量的情况下，溶液中仍含有________(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为_____________________________________________________________________。(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为________；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是_____________________________________________________________________；生成沉淀的原因是___________________________________________________(用平衡移动原理解释)。解析(1)Fe2＋具有很强的还原性，易被空气中的O2氧化为Fe3＋，在FeCl2溶液中加入少量铁屑，可防止Fe2＋被氧化。(2)Fe2＋被氧化为Fe3＋，Cl2被还原为Cl－，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。(3)O2难溶于煤油，加入煤油能隔绝空气，排除O2对实验的影响。(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I－＋2Fe3＋=I2＋2Fe2＋。K3[Fe(CN)6]是检验Fe2＋的试剂。实验③溶液变红，说明溶液中仍存在Fe3＋，由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应，Fe2＋被氧化为Fe3＋，H2O2被还原为H2O，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋对H2O2的分解起催化作用，当反应一段时间后，会发生反应：2H2O2eq\o(=,\s\up7(Fe3＋))2H2O＋O2↑，故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热，促使Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋平衡右移，最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。答案(1)防止Fe2＋被氧化(2)2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)Fe2＋Fe3＋可逆反应(5)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2OFe3＋催化H2O2分解产生O2H2O2分解反应放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动考点三铜及其化合物[知识梳理](1)物理性质：铜是紫红色金属，具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：①2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3②2Cu＋SCu2S③Cu＋eq\b\lc\[(\a\vs4\al\co1(H2SO4（浓）：Cu＋2H2SO4（浓）\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑,＋2H2O,HNO3（稀）：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑,＋4H2O,HNO3（浓）：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑,＋2H2O))④Cu＋eq\b\lc\[(\a\vs4\al\co1(Ag＋：Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋,Fe3＋：Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋))名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红色与酸反应(H＋)CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2OCu2O＋2H＋=Cu2＋＋Cu＋H2O与H2反应CuO＋H2eq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2OCu2O＋H2eq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋H2O转化关系4CuOeq\o(=,\s\up7(高温))2Cu2O＋O2↑(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用4.CuSO4·5H2OCuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。提醒：①无水CuSO4只能作为水的检验试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。②常见铜及其化合物的颜色物质颜色物质颜色Cu紫红色CuSO4白色CuO黑色CuSO4·5H2O蓝色Cu2O砖红色Cu2(OH)2CO3绿色Cu2S黑色Cu(OH)2蓝色[题组诊断]铜及其化合物的性质1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu(OH)2(×)(2)Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2＋(√)(3)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分，在干燥的空气中不易生成(√)(4)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成(×)(5)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在(√)(6)将铁片置于CuSO4溶液中，铁片上有红色物质析出，说明铁比铜活泼(√)2.某同学通过系列实验，探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是()B.将Cu片放入过量浓硫酸中，一段时间后加水以观察CuSO4溶液的颜色4溶液中加入NaOH溶液，过滤洗涤并收集沉淀，加热以制取CuOD.设计Cu－Al－浓硝酸原电池，以证明金属活动性：Cu<Al解析铜粉和硫粉反应生成Cu2S，故A项错误；Cu与浓硫酸的反应需要加热，故B项错误；Al在浓硝酸中发生钝化，故在Cu－Al－浓硝酸原电池中，Cu发生氧化反应，作负极，不能证明金属活动性：Cu<Al，故D项错误。答案C铜的冶炼及含铜化合物3.工业上用黄铜矿冶炼铜并对炉渣进行综合利用的一种工艺流程如图所示：(1)冶炼过程中得到的Cu2O和Cu的混合物称为“泡铜”，Cu2O与金属Al在高温条件下混合反应可得粗铜，反应的化学方程式为__________________________。粗铜精炼时应将粗铜连接在直流电源的________极，可在________极得到纯度较高的精铜。(2)传统炼铜的方法主要是火法炼铜，主要反应如下所示：①2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO②2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2③2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑每生成1molCu，共消耗________molO2。反应③中的氧化剂是________。(3)用炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。根据流程回答下列问题：①加入适量NaClO溶液的目的是___________________________________________________________________________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。②除去Al3＋发生反应的离子方程式是__________________________________________________________________________________________________________。③选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。提供的试剂有：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、高锰酸钾溶液、NaOH溶液、碘水。所选试剂是________。实验方案：___________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析(1)Cu2O与Al发生氧化还原反应生成Al2O3与Cu：3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu；粗铜精炼的目的是使粗铜溶解，精铜析出，所以粗铜作阳极，精铜在阴极产生。(2)根据反应①②③可知，利用火法炼铜，CuFeS2中的铜元素、铁元素、硫元素最终分别转化为Cu、FeO、SO2，由此可写出总反应化学方程式：2CuFeS2＋5O22Cu＋2FeO＋4SO2，则由总反应化学方程式可以看出每生成1molCu，共消耗2.5molO2。反应③的反应物Cu2O、Cu2S中铜元素的化合价都降低，二者均为氧化剂。(3)①NaClO溶液具有氧化性，将Fe2＋氧化成Fe3＋：2Fe2＋＋ClO－＋2H＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O。②除去Al3＋发生反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。③检验FeO，需要将FeO溶解，再利用Fe2＋的还原性检验Fe2＋，所选的试剂是稀硫酸、高锰酸钾溶液，实验方案是取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋，从而证明炉渣中含有FeO。答案(1)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu正阴(2)2.5Cu2O、Cu2S(3)①2Fe2＋＋ClO－＋2H＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O②Al3＋＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O③稀硫酸、高锰酸钾溶液取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋，从而证明炉渣中含有FeO4.(2017·南京学情调研)工业上由含铜废料(含有Cu、CuS、CuSO4等)制备硝酸铜晶体的流程如下：(1)“焙烧”在600℃时进行，写出CuS转化为CuO和SO2的化学方程式：_____________________________________________________________________。(2)“过滤”所得滤液中溶质的主要成分为______________________________________________________________________(填化学式)。(3)“淘洗”所用的溶液A可以是____________________________________(填序号)。(4)“反应”一步所用的试剂是20%HNO3和10%H2O2，反应过程中无红棕色气体生成。①理论上消耗HNO3和H2O2的物质的量之比为________。②若不加10%H2O2，只用20%HNO3，随着反应的进行，温度上升，出现大量红棕色气体，该反应的离子方程式为_____________________________________________________________________。(5)从“反应”所得溶液中析出Cu(NO3)2·3H2O的方法是_____________________________________________________________________。解析(1)反应物为CuS、O2，生成物为CuO、SO2，铜元素的化合价没有变化，根据电子守恒配平，注意反应条件。(2)焙烧后得CuO，溶于H2SO4生成CuSO4，Fe置换出Cu，滤液为FeSO4。(3)过滤所得滤渣主要成分为Cu和过量的Fe，溶液A“淘洗”的目的是除去Fe，但不与Cu反应，选用稀硫酸。(4)①1molCu→1molCu2＋→1molCu(NO3)2，转移电子数为2e－，需要1molH2O2，2molHNO3。(根据信息写出反应方程式：Cu＋2HNO3＋H2O2=Cu(NO3)2＋H2O)。②Cu和HNO3反应，生成Cu2＋和NO2(大量红棕色气体)，配平。(5)从溶液中获得结晶水合物的方法是蒸发浓缩、冷却结晶，由图可知当冷却温度低于26.4℃时会析出Cu(NO3)2·6H2O，因此冷却温度不低于26.4℃。答案(1)2CuS＋3O2eq\o(=,\s\up7(600℃))2CuO＋2SO2(2)FeSO4(3)a(4)①2∶1②Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O(5)蒸发浓缩，降温至温度略高于26.4℃结晶【思维建模】废铜综合利用的常见流程框图模式【知识网络回顾】1.下列关于铁及其化合物的说法中正确的是()A.氯化亚铁溶液保存时加少量盐酸，是为了抑制亚铁离子水解氯化铁溶液直接蒸干可得到无水氯化铁C.通入氯气可除去硫酸铁中少量硫酸亚铁杂质解析B项应该在HCl气流中蒸干，错误；C项通入氯气会引入新杂质，错误。答案AD3溶液滴入不同试剂中的实验现象，所得结论不正确的是()试剂现象结论AH2S溶液溶液变浑浊Fe3＋有氧化性BNH4SCN溶液溶液变红色NHeq\o\al(＋,4)抑制了Fe3＋水解CAgNO3溶液产生白色沉淀发生复分解反应D沸水沸水变红褐色有氢氧化铁胶体生成解析加入NH4SCN变红色，是因为Fe3＋与SCN－生成血红色的Fe(SCN)3，B项错误。答案B作不正确的是()2溶液中混有少量FeCl3：加入足量镁充分反应后过滤2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤2溶液中混有少量FeCl3：加入NaOH溶液充分反应后过滤2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入CuO充分反应后过滤解析FeCl3溶液中存在水解平衡：FeCl3＋3H2OFe(OH)3＋3HCl，加入Mg与H＋反应，上述平衡右移，使Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去，A正确；加入过量铁粉，FeCl3与Fe反应生成FeCl2而达到除杂的目的，B正确；先用H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再利用FeCl3的水解，加入的CuO与H＋反应将Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去，D正确；C项中加入NaOH溶液，Cu2＋、Fe3＋均转化成氢氧化物沉淀，不符合除杂要求。答案C4.(2018·南京、盐城一模)聚硅酸铁是目前无机高分子絮凝剂研究的热点，一种用钢管厂的废铁渣(主要成分Fe3O4，少量碳及二氧化硅)为原料制备的流程如下：(1)废铁渣进行“粉碎”的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“酸浸”需适宜的酸浓度、液固比、酸浸温度、氧流量等，其中酸浸温度对铁浸取率的影响如图所示：①加热条件下酸浸时，Fe3O4与硫酸反应的化学方程式为_________________________________________________________________。②酸浸时，通入O2的目的是______________。③当酸浸温度超过100℃时，铁浸取率反而减小，其原因是____________________________________________________________________。(3)滤渣的主要成分为__________(填化学式)。(4)“Fe3＋浓度检测”是先用SnCl2将Fe3＋还原为Fe2＋；在酸性条件下，再用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2＋(Cr2Oeq\o\al(2－,7)被还原为Cr3＋)，该滴定反应的离子方程式为___________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)减小颗粒直径，增大浸取时的反应速率和提高铁浸取率(2)①Fe3O4＋4H2SO4FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O②将FeSO4氧化为Fe2(SO4)3③温度超过100℃明显加快了Fe3＋水解反应的速率，导致Fe3＋浓度降低(3)C和SiO2(4)6Fe2＋＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋=6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O一、选择题1.下列检验试剂选用正确的是()A.用氯水、KSCN溶液检验FeCl3中是否有FeCl24溶液检验FeCl3中是否有FeCl22中是否有FeCl2解析A项中的Fe3＋产生的干扰无法消除；B项中酸性KMnO4还能氧化Cl－；C项中虽然Mg2＋也能形成白色沉淀，但若有Fe2＋，则生成的白色沉淀颜色会发生变化；D项中纯铜和黄铜均能溶解在硝酸中。答案C2.下列物质不能通过化合反应直接制得的是()23C.Cu(OH)2 D.Fe(OH)3解析A项，2FeCl3＋Fe=3FeCl2；B项，NaOH＋SO2=NaHSO3或Na2SO3＋SO2＋H2O=2NaHSO3；C项，氧化铜和水不能反应；D项，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。答案C3.下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是()ABCDXFeCl2溶液FeCl3溶液FeFeSO4溶液YFeCl3CuCl2AlFe2(SO4)3ZCl2FeNaOH溶液Cu解析Cl2与FeCl2反应，A错误；Fe与FeCl3、CuCl2均反应，B错误；D有新的杂质CuSO4生成。答案C2为原料进行下列三个实验。下列从分类角度分析正确的是()A.实验①③反应制得的物质均为纯净物B.实验②③均未发生氧化还原反应C.实验①③均为放热反应D.实验①②所涉及的物质均为电解质解析实验③制得的是Fe(OH)3胶体，属于混合物，且属于吸热反应，选项A、C错误；实验①中涉及的物质Cl2、铁丝均为单质，既不属于电解质，也不属于非电解质，选项D错误。答案B5.Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法正确的是()C.常温条件下，两种金属都能溶解于浓硝酸中3、CuCl2，均不能采用将其溶液直接蒸干的方法解析Cu放置在潮湿的空气中可生成Cu2(OH)2CO3，A项错误；铜为不活泼金属，不能与稀硫酸反应生成氢气，B项错误；常温下，浓硝酸能够使铁钝化，C项错误；直接蒸干FeCl3、CuCl2溶液得到的固体分别是Fe(OH)3、Cu(OH)2，D项正确。答案D6.将1.12g铁粉加入25mL2mol·L－1氯化铁溶液中，充分反应后，其结果是()A.铁有剩余，溶液呈浅绿色，Cl－浓度基本不变B.往溶液中滴入无色KSCN溶液，显红色C.Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为6∶1D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶5解析n(Fe)＝eq\f(1.12g,56g·mol－1)＝0.02mol，n(Fe3＋)＝0.025L×2mol·L－1＝0.05mol，由反应：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋可知Fe3＋过量，加入KSCN显血红色，溶液中n(Fe2＋)＝3n(Fe)＝0.06mol，溶液中剩余n(Fe3＋)＝0.05mol－2n(Fe)＝0.01mol，即Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为6∶1；氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2。答案BC3溶液生产铜制印刷线路板后所得的废液成分的实验中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是()A.向废液中加入少量的葡萄糖溶液，无砖红色沉淀产生，说明废液中不含Cu2＋3溶液，产生白色沉淀，说明废液中含有Cl－C.向废液中加少量铁粉，充分反应后无固体剩余，说明废液中含有Fe3＋D.向废液中滴加KSCN溶液，无现象，再加入氯水后溶液呈红色，说明废液中含有Fe2＋解析A项，葡萄糖在碱性条件下加热能与新制Cu(OH)2反应生成砖红色Cu2O沉淀，废液为酸性，不能生成Cu(OH)2，错误；C项，若无Fe3＋，Fe与Cu2＋反应则会有铜生成，正确。答案A3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是()A.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋B.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，可能含Cu2＋和Fe3＋C.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3＋和Fe2＋，一定不含Cu2＋D.若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋和Fe3＋解析氧化性Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，加入铁粉后有固体剩余，Fe3＋一定不存在；若剩余固体全部都是Cu，溶液中还可能有Cu2＋，也可能恰好被完全置换；若剩余固体是Cu和Fe，则溶液中不可能有Cu2＋。答案D的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是()选项操作、现象解释A向KI­淀粉溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝Fe3＋能与淀粉发生显色反应B把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3C向稀硝酸中加入少量铁粉，有气泡产生说明Fe与硝酸反应，生成了NOD新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3解析A项中Fe3＋将I－氧化为I2，淀粉遇碘变蓝；B项中红棕色的斑点是Fe2O3。C、D正确。答案CD焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制备七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，设计了如下流程：下列说法不正确的是()A.溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉2，控制pH是为了使Al3＋转化为Al(OH)3进入固体24·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解D.若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O解析根据题意，分析得出以下流程：A项，溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉，正确；B项，由于SiO2不溶于硫酸，则固体1中一定含有SiO2，为了使溶液中的Al3＋转化成Al(OH)3沉淀，故用NaOH溶液控制pH，得固体2为Al(OH)3，正确；C项，由于Fe2＋易被氧化、FeSO4·7H2O易分解，故在从FeSO4溶液中得到FeSO4·7H2O产品过程中，须控制条件防止其氧化和分解，正确；D项，若在溶液1[Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3溶液]中直接加NaOH至过量，得到的为Fe(OH)3，用硫酸溶解得到Fe2(SO4)3溶液，故经结晶不能得到FeSO4·7H2O，错误。答案D4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如下图所示。下列说法正确的是()A.相对于途径②，途径①更好地体现了绿色化学思想2和SO3的混合气体4溶液蒸发，利用余热蒸干，可制得胆矾晶体解析途径①中会产生有毒物质SO2而途径②不会，A错误；CuSO4与过量NaOH溶液反应会生成新制Cu(OH)2悬浊液，葡萄糖溶液能还原新制Cu(OH)2悬浊液生成Cu2O，B正确；CuSO4热分解过程中，铜元素价态降低，故必有化合价升高的元素，CuSO4中只有氧元素的化合价能升高，故X中必有O2，C错误；D项操作会导致开始得到的胆矾晶体失去结晶水，D错误。答案B二、填空题12.碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3开始沉淀完全沉淀回答下列问题：(1)加入少量NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的________沉淀，该工艺中“搅拌”的作用是________________________________________________________。(2)在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作________。若参与反应的O2有11.2L(标准状况)，则相当于节约NaNO2的物质的量为________。(3)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2＋离子，可部分水解生成Fe2(OH)eq\o\al(2＋,4)聚合离子。该水解反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有Fe2＋及NOeq\o\al(－,3)。为检验所得产品中是否含有Fe2＋，应使用的试剂为________。4溶液解析(1)过量的铁使Fe3＋转化成Fe2＋，这样通过调节pH在4.4～7.5，可以使Al3＋全部沉淀，而Fe2＋未沉淀。“搅拌”使得反应物增大接触面积，反应速率加快。(2)从反应Ⅱ知，NaNO2转化为NO，NaNO2作氧化剂，增加O2的量，以减少NaNO2，说明O2也作氧化剂。根据电子转移总数知，NaNO2中N的化合价变化1，而O2的化合价变化4，相当于节约NaNO2的物质的量为eq\f(11.2L,22.4L·mol－1)×4＝2mol。(3)由Fe(OH)2＋离子水解生成Fe2(OH)eq\o\al(2＋,4)，由铁守恒可知，多出的OH－应由水提供。(4)要检验是否存在Fe2＋，必须排除Fe3＋的干扰，应利用Fe2＋的还原性，故应选择酸性KMnO4溶液作试剂。答案(1)Al3＋加快反应速率(2)氧化剂2mol(3)2Fe(OH)2＋＋2H2OFe2(OH)eq\o\al(2＋,4)＋2H＋(4)D13.(2017·徐连宿三模)从含铜丰富的自然资源黄铜矿(CuFeS2)冶炼铜的工艺流程如下：已知：CuFeS2＋3CuCl2=4CuCl↓＋FeCl2＋2S↓(1)浸取时，若改用FeCl3溶液，也能生成CuCl和S，该反应化学方程式为___________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若过滤1所得滤液中只含FeCl2，则将其在空气中加热蒸干、灼烧后，所得固体的化学式为________。(3)调节溶液的pH后，除生成Cu外，还能产生一种金属离子，此金属离子是________。(填离子符号)(4)过滤3所得滤液中可以循环使用的物质有________，为保持流程持续循环，每生成1molCu，理论上需补充CuCl2的物质的量为________。(5)冶炼工艺还可以将精选后的黄铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜，化学方程式为：6CuFeS2＋13O2eq\o(=,\s\up7(高温))3Cu2S＋2Fe3O4＋9SO2Cu2S＋O22Cu＋SO2此工艺与前一工艺相比主要缺点有________。解析(1)反应物为CuFeS2、FeCl3，生成物有CuCl、S及FeCl2，1份CuFeS2反应，S共升高4价，Cu降低1价，1份CuFeS2反应共升高3价，根据电子守恒配平。(2)FeCl2溶液加热蒸干、灼烧过程中，Fe2＋水解且被氧化，最终得Fe2O3固体。(3)[CuCl2]－中铜显＋1价，调节pH发生歧化反应生成Cu和Cu2＋。(4)由(3)分析可知滤液中有CuCl2及过量的盐酸。1molCuFeS2溶解需要3molCuCl2，生成4molCuCl，4molCuCl最终歧化生成2molCu和2molCuCl2，此时还需要补充1molCuCl2。生成1molCu需要补充0.5molCuCl2。(5)高温需要消耗能量，生成SO2会染污大气。答案(1)CuFeS2＋3FeCl3=CuCl↓＋4FeCl2＋2S↓(2)Fe2O3(3)Cu2＋(4)HCl和CuCl20.5mol(5)会产生污染环境的气体SO2(能耗高等)(其他合理答案可以得分)14.(2019·徐州考前模拟)活性ZnO在橡胶、塑料等工业中有重要应用，某工厂以含铅锌烟气(主要成分是ZnO、PbO，还有少量FeO、CuO)制备活性ZnO的工艺流程如下：(1)下图为温度与Zn、Pb元素浸出率的关系图，“酸浸”时采用30℃而不是更高的温度的原因是：①减少盐酸挥发；②________。(2)“氧化”的目的是除去酸浸液中的Fe2＋，在pH约为5.1的溶液中，加入高锰酸钾溶液，生成MnO2和Fe(OH)3沉淀，该反应的离子方程式为__