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第二单元铁、铜的获取及应用,一 金属 铜,二 铁及其化合物,教材研读,突破一 “铁三角”的转化关系,突破二 铁与硝酸的反应关系,重难突破,一、金属铜 (一)金属与合金 1.金属元素包括部分主族元素、全部副族元素和第族元素,它们集中排在元素周期表的左下方。金属元素的原子半径比同周期的非金属元素的原子半径大,其原子的最外层电子数一般小于4,易失去最外层电子,形成金属阳离子。,教材研读,常温下,除汞是液体外,其余金属都是固体。大多数金属呈银白色,不透明,有光泽,有延展性,一般都是电和热的良导体。,2.合金是金属与金属或金属与非金属熔合在一起而形成的具有金属特性的物质,一般来说:它的熔点比成分金属低,硬度、强度比成分金属大。,(二)金属材料 1.分类 冶金 工业,2.钢和生铁:含碳量不同的铁合金。,3.几种有色金属材料 金、银、铜是质地柔软的有色金属,金呈金黄色,银是具有金属光泽的银白色金属,铜是硬度较小的紫红色金属。它们都具有良好的延展性、导电性和导热性。,(三)铜的化学性质 1.常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但在潮湿空气里 则会锈蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。有关化学方程 式为2Cu+O2+H2O+CO2 Cu2(OH)2CO3。,2.在加热条件下,铜能跟许多非金属单质发生反应。写出下列反应的化学方程式: 铜在空气中加热:2Cu+O22CuO; 铜丝在硫蒸气中反应:2Cu+SCu2S。,3.铜及其化合物之间的相互转化 黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O。化学方程式 为4CuO2Cu2O+O2。 蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末。请写 出有关的化学方程式:CuSO45H2OCuSO4+5H2O。,二、铁及其化合物 1.铁位于周期表中第四周期、第族,是一种应用最广泛的过渡金属元素;铁元素是一种变价金属元素,常见化合价为+2价和+3价;其原子结构示意图为。,3.铁和O2在不同的条件下发生反应,所生成的氧化物不同,通常有FeO、Fe2O3、Fe3O4三种。其中氧化亚铁是黑色粉末;氧化铁是红棕色粉末;四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体,它是一种结构较复杂的氧化物,可以看作FeOFe2O3,其中有1/3的铁元素显+2价,有2/3的铁元素显+3价。,2.常温下,铁单质比较活泼,具有较强的还原性,遇到一般的氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)被氧化为+2价,遇到强氧化剂(如 Cl2、Br2、HNO3等)被氧化为+3价。但在常温下遇到浓硫酸或浓硝酸会发生钝化。,4.Fe(OH)2是白色絮状物,易被空气中的氧气氧化,生成Fe (OH)3,随着生成物的量由少到多,颜色由白色变为灰绿色, 最后全部变为红褐色。所以在制取Fe(OH)2时首先应将Fe3+(被 溶于水溶液中的O2氧化所生成的)用Fe粉还原为Fe2+,然后将吸有 碱液的长滴管末端插入溶液内滴加。,5.Fe2+在水溶液中较易水解,使溶液变浑浊,Fe2+又易被氧化,生成 Fe3+,所以在配制FeCl2溶液时,应在水溶液中加少量的盐酸 和铁屑,以抑制Fe2+水解和防止其被氧化。,1.下列说法正确的是(B) A.Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2 B.根据铁与Cl2、S反应的条件可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱 C.Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同 D.水溶液中Fe2+、H+、C、ClO-可以大量共存,2.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(B) A.B. C.D.全部,3.下列有关铜的说法中,不正确的是(C) A.铜是一种紫红色金属 B.铜是热和电的良导体 C.铜在自然界中主要以单质的形式存在 D.铜是人类使用最早、应用最广泛的金属之一,4.下列有关高炉炼铁的说法正确的是(A) A.焦炭和一氧化碳都作还原剂 B.用足量的焦炭可以得到纯铁 C.加石灰石的目的主要是提供更多的CO2 D.用铝代替焦炭作还原剂可以节约资金,突破一“铁三角”的转化关系,重难突破,1.“铁三角”之间的转化关系,FeO+H2 Fe+H2O Fe+2HCl FeCl2+H2 2FeCl2+Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe 3FeCl2 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 2Fe+3Cl2 2FeCl3,2.Fe3+具有氧化性,可与I-、S2-(H2S)、S(SO2、H2SO3)等常见的还原性 微粒反应。Fe2+主要表现出还原性,可与HNO3、KMnO4、Cl2等常见的氧化性微粒反应。,3.FeCl3变色总结 (1)向FeCl3溶液中加几滴KSCN溶液后,溶液呈血红色; (2)FeCl3溶液能使紫色石蕊试液呈红色; (3)FeCl3与NaOH溶液反应,生成红褐色沉淀; (4)向FeCl3溶液中通入H2S气体,生成淡黄色沉淀; (5)向FeCl3溶液中加入几滴Na2S溶液,生成淡黄色沉淀,当加入的Na2S溶液过量时,又生成黑色沉淀; (6)向FeCl3溶液中加入过量Fe粉,溶液变成浅绿色;,(7)向FeCl3溶液中加入过量Cu粉,溶液变成蓝绿色; (8)将FeCl3溶液滴入到淀粉碘化钾溶液中,溶液变成蓝色; (9)向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液,溶液变成紫色; (10)将FeCl3溶液滴入到AgNO3溶液中,生成白色沉淀; (11)将FeCl3溶液与NaHCO3溶液混合,放出气体,生成红褐色沉淀; (12)将饱和FeCl3溶液滴入沸水中,生成红褐色Fe(OH)3胶体。,典例1从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下:,下列说法正确的是(C) A.试剂a是铁、试剂b是稀硫酸 B.操作、所用仪器相同 C.试剂c可以是H2O2溶液或氯气 D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2+,解析从含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜,工业废液中加入的试剂a为Fe,操作为过滤,得到的滤渣Y为Fe、Cu,滤液X为FeCl2溶液,滤渣Y中加入的试剂b为盐酸,盐酸溶解过量的铁生成FeCl2溶液,铜不溶,操作过滤得到铜和FeCl2溶液,滤液Z和X合并加入氧化剂,Fe2+被氧化为Fe3+,将FeCl3溶液蒸发结晶,得到氯化铁晶体。由最终得到氯化铁晶体及其流程图可知,b为盐酸,若b为稀硫酸会引入硫酸根离子,故A错误;通过上述分析可知,操作、是过滤,操作是蒸发结晶,所用仪器不同,故B错误;滤液X、滤液Z中均含有FeCl2,c为H2O2溶液或氯气,可氧化,Fe2+变为Fe3+,故C正确;亚铁离子、氯离子都可以被酸性高锰酸钾溶液氧化,则不能用酸性KMnO4溶液检验溶液W中是否含有Fe2+,故D错误。 温馨提示(1)熟记2个特殊现象:Fe(OH)2Fe(OH)3,是白色 灰绿色红褐色;Fe3+遇SCN-,溶液变血红色。 (2)记住4种颜色:Fe2+浅绿色,Fe3+棕黄色,Fe2O3红棕色,Fe(OH)3红褐色。 (3)掌握3个复杂的化学方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3; 3Fe+8HNO3(稀) 3Fe(NO3)2+2NO+4H2O;2Fe+6H2SO4(浓),Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O。,1-1下列除杂的操作不正确的是(C) A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3:加入足量镁粉充分反应后过滤 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溶液将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:Fe3+3H2OFe(OH)3+3H+,加入的 Mg与H+反应,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;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,错误;先用H2O2溶液将Fe2+氧化成Fe3+,再利用Fe3+的水解,加入CuO与H+反应将Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,D正确。,1-2在Fe2(SO4)3溶液中,加入a g铜,完全溶解后,再加b g铁,充分反应后得到c g残余固体,且ac,则下列说法正确的是(B) A.残余固体是铜和铁 B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+ C.将残余固体加入稀硫酸中,有气泡产生 D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+,解析此题涉及的反应有2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+、Cu2+Fe Fe2+ Cu,还可能发生反应:2Fe3+Fe 3Fe2+,根据元素守恒可知,a g Cu完全 溶解后,变为a g Cu2+,若加入足量的Fe,可将Cu2+全部转化为a g铜,根据ac,可知加入的铁是不足量的,即有部分Cu2+未被置换出来,残余固体为Cu,不可能有铁;有铜残余,则溶液中一定不存在Fe3+,且铜与稀硫酸不反应,无气泡产生。综上所述,A、C、D错误,B正确。,突破二铁与硝酸的反应分析,1.铁与稀HNO3的反应 随着二者量的不同,生成的氧化产物也不同,可用讨论的方法确定。 Fe(不足)+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO+2H2O 铁粉过量时,Fe与Fe(NO3)3发生反应:Fe+2Fe(NO3)3 3Fe(NO3)2 2+可得:3Fe(过量)+8HNO3(稀) 3Fe(NO3)2+2NO+4H2O 反应物的量与生成物的关系如下:,当时,按式计算; 当时,按式计算; 当时,可依据或进行计算。,无论二者的量如何变化,铁与稀HNO3反应,被还原的HNO3与参加反应 的HNO3的物质的量之比总是14。,2.铁与浓HNO3的反应 常温下,铁遇浓HNO3发生钝化。在加热条件下,二者反应生成NO2,Fe+6HNO3(浓) Fe(NO3)3+3NO2+3H2O。但随着反应的进行,浓硝酸变 成稀硝酸,就会有NO生成,解这类题时要注意实际的反应过程。,典例2某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,若向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+的物质的量浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如下图所示。则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量浓度之比为(),A.111B.131C.338D.114,解析氧化性由强到弱的顺序为:HNO3Fe3+Cu2+,则随着铁粉的加入,发生的反应依次为: 4HNO3(稀)+Fe Fe(NO3)3+NO+2H2O 2Fe(NO3)3+Fe 3Fe(NO3)2 Cu(NO3)2+Fe Fe(NO3)2+Cu 结合题图可知原溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为(2 mol-1 mol)1 mol4 mol=114。,答案 D,2-1向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入120 mL 4 molL-1的稀硝酸,恰好使混合物完全溶解,放出1.344 L NO(标准状况),往所得溶液中加入KSCN溶液,无明显变化。若用足量的CO在加热条件下还原相同质量的混合物,能得到铁的物质的量为(B) A.0.24 molB.0.21 mol C.0.16 molD.0.14 mol,解析n(HNO3)=0.12 L4 molL-1=0.48 mol,n(NO)=1.344 L22.4 Lmol-1=0.06 mol,往所得溶液中加入KSCN溶液,无明显变化,说明反应后铁元素全部以Fe2+形式存在,溶液中溶质为Fe(NO3)2,则原混合物中铁元素的物质的量为(0.48 mol-0.06 mol)2=0.21 mol,故用足量的CO在加热条件下还原相同质量的混合物,最终得到铁的物质的量为0.21 mol。,2-2一定质量的某铁的氧化物FexOy,与足量的4 molL-1硝酸溶液充分反应,消耗硝酸溶液700 mL,生成2.24 L NO(标准状况)。则该铁的氧化物的化学式为(C) A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Fe4O5,解析铁的氧化物FexOy与足量的4 molL-1硝酸溶液充分反应,生成Fe(NO3)3,硝酸被还原生成NO,NO的物质的量为=0.1 mol,根据 氮原子守恒,3nFe(NO3)3+n(NO)=n(HNO3),故3nFe(NO3)3+0.1 mol=0.7 L 4 molL-1,解得nFe(NO3)3=0.9 mol;设氧化物FexOy中Fe元素的平均化合价为a,根据得失电子守恒,得0.9 mol(3-a)=0.1 mol(5-2),解得a=+; 由化合物中各元素正、负化合价的代数和为0可得x=2y,则xy=34, 故该氧化物的化学式为Fe3O4。,
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