2024-2025学年高中化学专题3从矿物到基础材料第二单元铁铜的获取及应用学案含解析苏教版必修1

PAGE7-其次单元铁、铜的获得及应用[学习目标]1.了解铁和铜在自然界中的存在状态及形式。2.了解铁、铜冶炼的常见方法及原理，明确从矿石到单质所经验的反应以及炼铁、炼铜中各种原料的作用。3.通过对铁、铜化合物的学习，记住铁、铜及其化合物的性质，能够利用所学学问，设计化学试验鉴别Fe2＋和Fe3＋。一、从自然界获得铁和铜1.铁的冶炼冶炼设备：eq\o(□,\s\up1(01))高炉。原料：eq\o(□,\s\up1(02))铁矿石、焦炭、空气、石灰石。反应原理：eq\o(□,\s\up1(03))在高温下用还原剂将铁从铁矿石中还原出来。主要反应：C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))2COFe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋3CO2造渣反应：CaCO3eq\o(=,\s\up17(高温))CaO＋CO2↑CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))CaSiO32.铜的存在及物理性质(1)铜的存在铜在自然界中主要以化合态存在，常见的矿石主要有黄铜矿(eq\o(□,\s\up1(04))CuFeS2)、孔雀石(eq\o(□,\s\up1(05))CuCO3·Cu(OH)2)。(2)铜的物理性质铜为eq\o(□,\s\up1(06))紫红色金属，密度eq\o(□,\s\up1(07))较大，熔点eq\o(□,\s\up1(08))较高，具有eq\o(□,\s\up1(09))良好的导电、导热性能。3.铜的化学性质(1)与非金属反应：2Cu＋O2eq\o(=,\s\up17(△))2CuOCu＋Cl2eq\o(=,\s\up17(点燃))CuCl2(棕黄色烟)(2)与某些盐溶液反应：Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl24.铜的冶炼工业炼铜工艺流程：黄铜矿(CuFeS2)eq\o(→,\s\up17(高温))eq\o(□,\s\up1(10))粗铜eq\o(→,\s\up17(精炼))eq\o(□,\s\up1(11))精铜生物炼铜(矿堆浸铜法)：CuSeq\o(→,\s\up17(细菌))CuSO4eq\o(→,\s\up17(Fe))Cu特点：成本低，污染少，反应条件简洁。二、铁、铜及其化合物的应用1.Fe2＋的检验Fe2＋：浅绿色，易被氧化。(1)用NaOH检验Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(eq\o(□,\s\up1(01))白色沉淀)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(eq\o(□,\s\up1(02))红褐色沉淀)现象：向含有Fe2＋的溶液中加入NaOH溶液，马上生成白色沉淀，白色沉淀快速变为灰绿色，最终变为红褐色。(2)用KSCN和氯水检验2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－Fe3＋＋3SCN－=eq\o(□,\s\up1(03))Fe(SCN)3(血红色)现象：向含有Fe2＋的溶液中加入KSCN，eq\o(□,\s\up1(04))无明显现象，加入氯水，溶液马上变为血红色。2.Fe3＋的检验Fe3＋：黄色，具有较强氧化性。(1)用NaOH检验Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓现象：向含有Fe3＋的溶液中加入NaOH溶液，马上出现红褐色沉淀。(2)用KSCN检验eq\o(□,\s\up1(05))Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3(血红色)现象：向含有Fe3＋的溶液中加入KSCN溶液，溶液马上变为血红色。3.Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化Fe3＋的化合物遇到较强的还原剂时，会被还原成亚铁化合物。例如，氯化铁溶液遇到铁等还原剂，能被还原生成氯化亚铁：2FeCl3＋Fe=eq\o(□,\s\up1(06))3FeCl22FeCl3＋Cu=eq\o(□,\s\up1(07))2FeCl2＋CuCl21.自然界中为什么很难存在单质铁？提示：由于单质铁的化学性质比较活泼，易与自然界中其他物质发生化学反应，所以很难存在单质铁，铁主要以化合物的形式存在。2.我国古代冶金有“曾青(CuSO4)得铁化为铜”之说，你认为发生的是什么反应？提示：置换反应：CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu。3.久置的FeSO4溶液为什么略显黄色？如何避开此类现象发生？提示：Fe2＋被O2氧化成Fe3＋；可在FeSO4溶液中加入少量铁粉。4.向FeCl3和CuCl2的混合溶液中，加少许铁粉，能置换出铜吗？提示：不肯定，Fe3＋的氧化性比Cu2＋的氧化性强，Fe3＋先与铁反应。一、金属的冶炼方法1.从金属矿石中提炼金属的步骤第一步：富集矿石，除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。其次步：冶炼。利用氧化还原反应，在肯定条件下，用还原剂把金属离子还原为金属单质。第三步：精炼。采纳肯定的方法，提炼纯金属。2.金属冶炼的反应原理金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属单质。3.冶炼金属的方法由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的实力也就不同，因此必需采纳不同的冶炼方法。(1)热分解法：适用于冶炼金属活动性较差的金属，如汞和银：2HgOeq\o(=,\s\up17(△))2Hg＋O2↑2Ag2Oeq\o(=,\s\up17(△))4Ag＋O2↑(2)热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物，适合于金属活动性介于Zn～Cu之间的大多数金属的冶炼。如：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋3CO22CuO＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))2Cu＋CO2↑2Al＋Cr2O3eq\o(=,\s\up17(高温))2Cr＋Al2O3WO3＋3H2eq\o(=,\s\up17(高温))W＋3H2O这类金属中若金属以硫化物或碳酸盐形式存在时，首先将其转化成氧化物后再还原，如：2ZnS＋3O2eq\o(=,\s\up17(高温))2ZnO＋2SO2↑ZnO＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))Zn＋CO↑(3)电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般是金属活动依次表中排在铝前边的金属)。如：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up17(电解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up17(电解))Mg＋Cl2↑(4)金属的回收和资源爱护①废旧金属的最好处理方法是回收利用。②回收利用废旧金属的意义是削减垃圾，防止污染环境且缓解资源短缺的冲突。[练习与实践]1.(双选)高炉炼铁生产中，下列各说法正确的是()A.焦炭和一氧化碳都是还原剂B.采纳富氧空气可以得到纯铁C.加石灰石的目的主要是为了得到CO2D.用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿答案AD解析A中，焦炭发生的反应有：C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2，CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))2CO，其中C作还原剂。产生的CO将铁矿石中的铁还原成了铁单质，A正确；高炉炼铁得到的只是含碳量为2%～4.5%的生铁，不会得到纯铁，B错误；加入石灰石的目的是它在高温下分解成生石灰，继而再与SiO2反应，生成熔点较低的CaSiO3，而成为炉渣，除掉了杂质SiO2，C错误。2.东晋葛洪所著《抱朴子》中记载有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。这里的“曾青”是____________，“铁赤色如铜”是发生了______________的结果，反应的化学方程式为_______________________。答案CuSO4溶液置换反应Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu解析题意为金属铁与某物质(蓝色)混合会发生反应生成红色固体，由此进一步推断被铁置换出的金属为铜，蓝色溶液为CuSO4溶液，反应为Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。二、Fe2＋、Fe3＋的相互转化及检验Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化关系如下：相互转化示例1.FeFe2＋Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑Fe＋Seq\o(=,\s\up17(△))FeSFe＋Cu2＋=Cu＋Fe2＋Fe2＋＋Zn=Fe＋Zn2＋FeO＋COeq\o(=,\s\up17(高温))Fe＋CO23FeO＋2Aleq\o(=,\s\up17(△))3Fe＋Al2O32.FeFe3＋2Fe＋3Br2=2FeBr32Fe＋6H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2OFe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋3CO23.Fe2＋Fe3＋2Fe2＋＋Br2=2Fe3＋＋2Br－2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋(用于腐蚀电路板)特殊提示Fe3＋和I－、S2－等因发生氧化还原反应而不能大量共存；Fe2＋与MnO\o\al(－,4)、ClO－或酸性条件下的NO\o\al(－,3)等也因发生氧化还原反应而不能大量共存。Fe3＋中的Fe2＋可用H2O2氧化除去而不引入杂质。[练习与实践]3.要证明某溶液中不含Fe3＋，而可能含有Fe2＋，如下试验操作的最佳依次为()①加入足量氯水②加入足量KMnO4(H＋)溶液③加入少量NH4SCN溶液A．①③ B．③②C．③① D．①②③答案C解析证明有Fe2＋的最佳方法不是干脆证明Fe2＋，而是将Fe2＋转化为Fe3＋，检验反应后产生的Fe3＋，并要证明Fe3＋在起先时不存在，是由Fe2＋转化而来的。加入NH4SCN假如没有明显现象则证明无Fe3＋，再加氯水，如有Fe2＋则可被氧化为Fe3＋，遇NH4SCN变红。KMnO4也能氧化Fe2＋，但KMnO4本身为紫色，使Fe3＋和NH4SCN的显色不易被视察到。4.把KSCN溶液滴入下列各组混合物中，显红色的是()A.铁和稀盐酸 B．锌和硫酸亚铁溶液C.氧化铁和稀硫酸 D．氧化铁和水答案C解析滴入KSCN溶液显红色，说明溶液中存在Fe3＋。A项：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑；B项：Zn＋FeSO4=Fe＋ZnSO4；C项：Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O；D项：两者不发生反应。5.不能通过化合反应制取的物质是()A.FeCl2 B．Fe3O4C．Fe(SCN)3 D．FeSO4答案C解析A项：2FeCl3＋Fe=3FeCl2；B项：3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up17(点燃))Fe3O4；D项：Fe＋Fe2(SO4)3=3FeSO4。本课小结1.常见的铁矿、铜矿有磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、黄铜矿(CuFeS2)等。2.工业冶铁原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。主要反应有：①还原剂的生成：C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2，CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))2CO。②还原铁矿石：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋3CO2。③炉渣的生成：CaCO3eq\o(=,\s\up17(高温))Ca