专用高考化学一轮复习第三章金属及其化合物第4课时铁铜重要化合物的性质探究课件

第4课时铁、铜重要化合物的性质探究[课型标签:实验课提能课]考点一铁、铜化合物的制备要点精讲1.物质制备的三大原则(1)选择最佳反应途径。(2)选择最佳原料。(3)选择适宜操作方法。2.常见物质制备举例(1)防氧化:Fe(OH)2的制备方法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)给定步骤:氯化亚铜的制备①实验装置②实验步骤a.加热至50℃,铜丝表面产生无色气泡,液面上方有红棕色气体产生;b.通入并调节氧气的量维持三颈瓶内压强不变。停止加热,反应继续进行,越来越剧烈;c.反应停止后冷却至室温,待气囊变瘪。瓶内红棕色气体消失时关闭K;(3)工业废料利用:绿矾(FeSO4·7H2O)的制备①用废铁屑(含少量SiO2和氧化铁)制取绿矾从FeSO4溶液中获得FeSO4·7H2O,需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、低温干燥等操作。其中,冰水洗涤的目的是减少晶体的溶解损耗。低温干燥的目的是防止晶体受热失去结晶水。以上结晶过程最好是在氮气的环境中进行,其中N2的作用是防止绿矾在空气中被O2氧化而变质。典例精练[典例](2019·全国Ⅰ卷)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下:解析:(1)油污在碱性条件下容易水解,所以去除废铁屑表面的油污,工业上常用热的碳酸钠溶液清洗,即碱煮水洗。回答下列问题:(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是

。

答案:(1)碱煮水洗(2)步骤②需要加热的目的是

,温度保持80～95℃,采用的合适加热方式是

。铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为

(填标号)。

解析:(2)用硫酸溶液处理铁屑,加热的目的是加快反应速率;温度保持80～95℃比较恒定且低于水的沸点,合适的加热方式是水浴加热(热水浴);铁屑中含有少量硫化物,硫化物与硫酸反应生成硫化氢气体,可以用氢氧化钠溶液吸收,为了防止倒吸可以加装倒置的漏斗,故选择C装置。答案:(2)加快反应热水浴C(3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是

。分批加入H2O2,同时为了

,溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤⑤的具体实验操作有

,经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

解析:(3)步骤③中将硫酸亚铁溶液氧化为硫酸铁,选用足量的H2O2,将Fe2+氧化为Fe3+,同时得到的还原产物为H2O,不会引入新的杂质。因为H2O2本身易分解,所以在加入时需分批加入,同时为了防止Fe3+水解,溶液要保持pH小于0.5。(4)为了除去可溶性的硫酸铵、铁离子等,需要经过的步骤为:加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。答案:(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+,不引入杂质防止Fe3+水解(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150℃时,失掉1.5个结晶水,失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为

。答案:(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O[对点精练1]

如图所示,此装置(后续装置略)可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。填写下列空白:

(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的药品是

。A中反应的离子方程式是

。

(2)实验开始时先将止水夹a

(填“打开”或“关闭”)。

(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:

。

(4)实验完毕,打开b处止水夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生的反应为

。

(2)打开(3)待A装置反应一段时间后关闭止水夹a,将FeSO4溶液压入B中进行反应[对点精练2]实验室中以粗铜粉(含杂质Fe)为原料,制备铜的氯化物的流程如下:

请按要求回答下列问题:(1)现用如图所示的实验仪器和药品来制备纯净、干燥的Cl2并与粗铜粉反应(铁架台和加热装置等省略)。

①按气流方向连接各仪器接口,正确的顺序是a→

→

→

→

→

→

→

。实验中硬质玻璃管加热前要进行一步重要操作,该操作是

。

答案:(1)①dehifgb(f、g可调换顺序)通入一段时间的Cl2,使装置中充满黄绿色的气体(排出装置中的空气)解析:(1)要利用图中所给实验仪器和药品来制备纯净、干燥的Cl2并与粗铜粉反应,首先要找到Cl2的发生装置(A),然后将制得的Cl2净化(除去HCl,用装置C)、干燥(用装置E),并使其与粗铜粉反应(用装置D),最后进行尾气吸收(用装置B)。①按气流方向连接各仪器接口,正确的顺序是a→d→e→h→i→f→g→b(f、g可调换顺序)。实验中硬质玻璃管加热前要通入一段时间的Cl2,使装置中充满黄绿色的气体,以防止O2与铜粉反应。解析:(1)②Cl2与Cu反应生成棕黄色的CuCl2固体小颗粒,故盛放粗铜粉的硬质玻璃管中的现象是产生大量棕黄色的烟。②反应时,盛放粗铜粉的硬质玻璃管中的现象是

。

答案:(1)②产生大量棕黄色的烟答案:(2)防止CuCl2和FeCl3水解cd解析:(2)题给流程中,所得固体Ⅰ是CuCl2和FeCl3的混合物,加稀盐酸而不加水溶解,是为了防止CuCl2和FeCl3水解;向溶液Ⅰ中加入试剂X用于调节溶液的pH以除去Fe3+,故X最好是能与H+反应,但不与Cu2+反应且不引入新杂质的试剂,题给选项中符合要求的有CuO和Cu2(OH)2CO3。(2)上述流程中,所得固体Ⅰ需要加稀盐酸溶解,其目的是

;

溶液Ⅰ可加试剂X用于调节pH以除去杂质,X最好选用下列试剂中的

(填字母)。a.Cu b.NH3·H2Oc.CuO d.Cu2(OH)2CO3e.H2S(3)向溶液Ⅱ中通入一定量的SO2,加热一段时间后生成CuCl白色沉淀,写出该反应的离子方程式:

。

考点二含铁、铜化合物的分离与提纯要点精讲1.除去CuCl2溶液中的FeCl2(1)示例说明已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表:金属离子Fe3+Cu2+Fe2+Ni2+Mg2+开始沉淀的pH2.74.47.07.19.3沉淀完全的pH3.76.49.69.210.8除杂的流程图(2)注意事项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。2.常见的其他物质中铁的除杂方法所加试剂说明除去Mg2+中混有的Fe3+Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2加MgO等调pH为3.7≤pH<9.3,将Fe3+转化为Fe(OH)3

沉淀,过滤除去除去Cu2+中混有的Fe3+CuO、CuCO3、Cu(OH)2或Cu(OH)2CO3加CuO等调pH为3.7≤pH<4.4,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去除去Mg2+中混有的Fe2+先加入氧化剂(如H2O2等)将Fe2+氧化成Fe3+,再加Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2加MgO等调pH为3.7≤pH<9.3,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去除去Ni2+中混有的Fe2+先加入氧化剂(如H2O2等)将Fe2+氧化成Fe3+,再加NiO等物质加NiO等调pH为3.7≤pH<7.1,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去典例精练[典例1]

一种磁性材料的磨削废料(含镍质量分数约21%)主要成分是铁镍合金,还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备纯度较高的氢氧化镍,工艺流程如下:回答下列问题:(1)合金中的镍难溶于稀硫酸,“酸溶”时除了加入稀硫酸,还要边搅拌边缓慢加入稀硝酸,反应有N2生成。写出金属镍溶解的离子方程式:

。

(2)“除铁”时H2O2的作用是

,为了证明添加的H2O2已足量,应选择的试剂是

(用化学式表示)溶液。黄钠铁矾[NaFe3(SO4)2(OH)6]具有沉淀颗粒大、沉淀速率快、容易过滤等特点,此步骤加入碳酸钠的目的是

。

解析:(2)利用双氧水的氧化性,将亚铁离子氧化为铁离子;H2O2已足量时,溶液中没有亚铁离子了,加入K3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀;碳酸钠溶液水解显碱性,加入碳酸钠的目的是提高溶液的碱性,使黄钠铁矾形成析出。答案:(2)将亚铁离子氧化为铁离子K3[Fe(CN)6]提高溶液的碱性,使黄钠铁矾形成析出(3)“除铜”时,反应的离子方程式为

,若用Na2S代替H2S除铜,优点是

。

(4)已知除杂过程在陶瓷容器中进行,NaF的实际用量为理论用量的1.1倍,用量不宜过大的原因是

。

解析:(4)NaF溶液水解产生少量氢氟酸,当NaF溶液用量太大时,氢氟酸的量增多,氢氟酸能够与陶瓷容器中二氧化硅反应,而使陶瓷容器被腐蚀。答案:(4)过量的F-生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器(5)已知常温下,Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15,该流程中Ni(OH)2生成时,调节pH约为

Ni2+刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,认为该离子沉淀完全;lg2=0.30)。

答案:(5)9.15[对点精练1]下列除杂的操作不正确的是()A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3:加入足量氢氧化镁充分反应后过滤B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3:加入过量铁粉充分反应后过滤C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3:加入NaOH溶液充分反应后过滤D.CuCl2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C[典例2]某同学对Cu的常见化合物的性质进行实验探究,探究的问题和过程如下:(1)为探究Cu(OH)2是否和Al(OH)3一样具有两性,除选择Cu(OH)2外,必须选用的试剂为

(填字母)。

a.氨水 b.氢氧化钠溶液c.稀硫酸 d.冰醋酸解析:(1)证明Al(OH)3呈两性的试剂是强酸和强碱溶液,故选择氢氧化钠溶液和稀硫酸。答案:(1)bc(2)为探究不同价态铜的稳定性,进行如下实验:①将CuO粉末加热至1000℃以上完全分解成红色的Cu2O粉末,该实验说明:在高温条件下,+1价Cu比+2价Cu更

(填“稳定”或“不稳定”)。

解析:(2)①物质都有由不稳定状态转化为稳定状态的倾向,所以高温条件下,+1价的Cu比+2价的Cu更稳定;答案:(2)①稳定②向Cu2O中加适量稀硫酸,得到蓝色溶液和一种红色固体,该反应的离子方程式为

,由此可知,在酸性溶液中,+1价Cu比+2价Cu更

(填“稳定”或“不稳定”)。

(3)为了探究氨气能否和氢气一样还原CuO,他根据所提供的下列装置进行实验(夹持装置未画),装置A产生氨气,按气流方向连接各仪器接口,顺序为a→

→

→

→

→

→

→h。

①实验结束后,装置B中固体由黑色变为红色,装置E中收集到无色无味的气体,在空气中无颜色变化,点燃的镁条可以在其中燃烧,则B装置中发生反应的化学方程式为

。

②装置C中的球形装置的作用是

。

[对点精练2]

某学生欲探究FeSO4溶液与浓HNO3的反应。该同学向盛有FeSO4溶液的试管中滴入数滴浓硝酸,并振荡试管,预期现象为试管中会立即产生红棕色气体,溶液颜色逐渐变黄。但实际操作时观察到液面上方气体变为红棕色,且试管中溶液颜色变为深棕色。为了进一步探究溶液变为深棕色的原因,该同学进行如下实验。回答下列问题:(1)向FeSO4溶液和反应后溶液中加入KSCN溶液,前者不变红色,后者变红,该现象的结论是

。

解析:(1)向FeSO4溶液和反应后溶液中均加入KSCN溶液,前者不变红色,后者变红,而由于Fe3+遇KSCN溶液显红色,故可以说明原溶液中不含Fe3+,反应后溶液中含有Fe3+。答案:(1)原溶液中不含Fe3+,反应后溶液中含有Fe3+(2)该同学通过查阅资料,认为溶液的深棕色可能是NO2或NO与溶液中Fe2+或Fe3+发生反应而得到的。为此他利用如图装置(气密性已检验,尾气处理装置略)进行探究。Ⅰ.打开活塞a、关闭b,并使甲装置中反应开始后,观察到丙中溶液逐渐变为深棕色,而丁中溶液无明显变化。Ⅱ.打开活塞b、关闭a,一段时间后再停止甲中反应。Ⅲ.为与Ⅰ中实验进行对照重新更换丙、丁后,使甲中反应重复进行步骤Ⅰ实验,观察到的现象与步骤Ⅰ中相同。①铜与足量浓硝酸反应的离子方程式是

。

②装置乙的试剂为

。

③步骤Ⅱ的目的是

。

④该实验可得出的结论是

。

(3)该同学重新进行FeSO4溶液与浓HNO3的反应的实验,观察到了预期现象,其实验操作是

,

反应的离子方程式为

。

考点三迁移氢气还原氧化铜的实验装置模型要点精讲1.常见还原氧化铜实验分析装置特点①试管口略向下倾斜;②通H2的导管伸至试管底部于CuO上方因CO有毒,增加对尾气处理装置,防止CO污染空气①试管口略向下倾斜;②反应需高温操作步骤反应前需检验气体纯度。还原过程分四步:一通、二点、三撤、四停①检查气密性;②装药品、固定试管;③点燃;④移导管,熄灭酒精灯实验现象①黑色CuO变成红色;②试管口有水珠生成①黑色CuO变成红色;②生成的气体使澄清石灰水变浑浊①黑色固体逐渐减少;②有光亮红色固体生成;③生成的气体使澄清石灰水变浑浊2.在做氢气还原氧化铜实验时,异常现象分析(1)通入纯净的氢气,如果加热前没有先通氢气使试管里的空气排净,加热时会引起混合气的爆炸。(2)试管中有亮红色的金属出现时,因受热不均,可能导致试管底部破裂。(3)试管中的氧化铜粉末全部变红后,停止加热,如果不继续通入氢气至冷却,会致使生成的Cu又重新被氧化逐渐变黑。3.氢气还原氧化铜的创新实验装置(1)实验装置(2)装置的作用装置作用A制取H2B除去H2中混有的HCl