化学第三章 金属及其化合物 第3讲 铁、铜及其重要化合物

第第3讲讲 铁及其重要化合物铁及其重要化合物 问题一问题一 铁处于元素周期表中什么位置？画出铁的原子结构示意图并铁处于元素周期表中什么位置？画出铁的原子结构示意图并分析铁的原子结构特点及主要化合价分析铁的原子结构特点及主要化合价26Fe位于第位于第四四周期第周期第VIII族，族， 属于属于过渡元素过渡元素 +2682142铁的主要化合价为铁的主要化合价为+2、+3：Fe-2e- = Fe2+ Fe-3e- =Fe3+过渡元素特点：过渡元素特点：（1）原子的次外层等往往未达到饱和结构，如铁的次外层为）原子的次外层等往往未达到饱和结构，如铁的次外层为14e（2）不但最外层电子，次外层、倒数第三层的电子也可参与成键，）不但最外层电子，次外层、倒数第三层的电子也可参与成键， 故过渡元素往往有变价故过渡元素往往有变价（3）过渡元素的水合离子往往具有一定的颜色，如水合）过渡元素的水合离子往往具有一定的颜色，如水合Cu2呈蓝呈蓝色，水合色，水合Fe2呈浅绿色，水合呈浅绿色，水合Fe3呈棕黄色呈棕黄色（4）过渡元素易形成络合物，如）过渡元素易形成络合物，如Fe（SCN）n3n 问题二问题二 总结铁跟哪些物质反应能生成总结铁跟哪些物质反应能生成2价铁的化合物？跟哪些物质价铁的化合物？跟哪些物质反应能生成反应能生成3价铁的化合物？价铁的化合物？弱氧化剂弱氧化剂强氧化剂强氧化剂S、I2 、Ag 、Fe3 、Cu2 、 H+等等O2 、H2O（g）Cl2、Br2 、 HNO3 等等FeFeFe3O4Fe023 问题三问题三铁的重要氧化物有哪些？它们各有哪些重要的性质？铁的重要氧化物有哪些？它们各有哪些重要的性质？氧化物氧化物 FeO Fe2O3 Fe3O4 色态色态 黑色粉末黑色粉末 红棕色红棕色粉末粉末 磁性黑色晶体磁性黑色晶体俗称俗称 铁红铁红 磁性氧化铁磁性氧化铁与酸反应：与酸反应：FeO+2H+=Fe2+H2O Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O Fe3O4+ 8H+=Fe2+2Fe3+4H2O与还原剂与还原剂（CO、H2、Al）反应：反应：FexOyyCO xFeyCO2高温高温 问题四问题四铁的氢氧氧化物有哪些？它们各有哪些重要的性质？铁的氢氧氧化物有哪些？它们各有哪些重要的性质？ Fe（OH）2 Fe（OH）3 白色不溶固体白色不溶固体 红褐色红褐色不溶固体不溶固体 Fe(OH)2+2H+ Fe2+2H2O Fe(OH)3+3H+ Fe3+3H2O均能与非氧化性酸反应：均能与非氧化性酸反应： 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3白色白色沉淀迅速变成沉淀迅速变成灰绿色灰绿色，最后变成，最后变成红褐色红褐色实验一：向盛有实验一：向盛有FeCl3溶液的试管溶液的试管中滴加中滴加NaOH溶液，溶液， 观察发生的现象。观察发生的现象。Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3 （红褐色红褐色） 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3制备原理制备原理 : 可溶性碱与相应的盐溶液反应可溶性碱与相应的盐溶液反应实验二：向实验二：向新制新制FeSO4溶液溶液中，滴入经中，滴入经煮沸煮沸的的NaOH溶溶液，液，胶头滴管尖端伸入溶液胶头滴管尖端伸入溶液下面，下面，轻轻挤出轻轻挤出NaOH溶液，溶液，观察发生的现象。观察发生的现象。 问题五问题五如何制取铁的氢氧氧化物？如何制取铁的氢氧氧化物？白色白色灰绿色灰绿色红褐色红褐色思考：思考：1.实验中为什么要用实验中为什么要用新制新制的硫酸亚铁溶液的硫酸亚铁溶液?2.实验中为什么滴入实验中为什么滴入经煮沸经煮沸的的NaOH溶液溶液?3.实验中为什么要将实验中为什么要将滴管尖端插入试管里溶滴管尖端插入试管里溶液底部液底部，慢慢挤出，慢慢挤出NaOH溶液溶液? 4.4.还可以采用什么方法和措施以保证还可以采用什么方法和措施以保证制得氢氧化亚铁制得氢氧化亚铁? ?1.Fe2+ Fe3+ 选用选用较强较强氧化剂氧化剂: Cl2、 Br2、 HNO3 、KMnO4 （H+）、 H2O2 （H+）等）等 问题六问题六如何实现如何实现Fe2和和Fe3之间的相互转化？之间的相互转化？2Fe2Cl22 Fe32Cl2Fe2Br22 Fe32Br3Fe24HNO33 Fe3NO2H2O5Fe2MnO4 8H 5Fe3Mn24H2O2Fe2H2O2 2H 2 Fe32H2O2.Fe3+ Fe2+选用选用较强较强还原剂还原剂: Zn 、 Fe 、 Cu 、 H2S 、 I-等等2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ Zn2+2Fe3+ + Fe = 3Fe2+2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ Cu2+2Fe3+ + H2S = 2Fe2+S 2H+2Fe3+ + 2I = 2Fe2+ I2 问题七问题七如何检验溶液中如何检验溶液中Fe2+和和Fe3+的存在的存在?Fe2+和和Fe3+在水溶液中分别呈浅绿色和棕黄色，在水溶液中分别呈浅绿色和棕黄色，结合特征反应可检验它们的存在：结合特征反应可检验它们的存在：1.Fe2的检验：的检验：加碱溶液加碱溶液 -白色沉淀白色沉淀灰绿色灰绿色红褐色红褐色 加加KSCN溶液溶液-溶液溶液不变色，滴入不变色，滴入氯水氯水血红色溶液血红色溶液2.Fe3的检验：的检验： 加碱溶液加碱溶液 - 红褐色沉淀红褐色沉淀 加加KSCN溶液溶液 - 血红色溶液血红色溶液加苯酚加苯酚- 紫色溶液紫色溶液 问题八问题八实验室中如何保存实验室中如何保存铁盐铁盐和和亚铁亚铁盐？如何配制其溶液？盐？如何配制其溶液？亚铁盐亚铁盐：因：因Fe2易被氧化，其晶体应密封保存。配易被氧化，其晶体应密封保存。配制溶液时应加入制溶液时应加入铁粉或铁钉防氧化铁粉或铁钉防氧化，加入，加入少量相应少量相应的酸防水解的酸防水解铁盐：铁盐：因因Fe3易水解，易水解，FeCl3等固体还易潮解，故等固体还易潮解，故其固体应密封保存。配制溶液时应将铁盐其固体应密封保存。配制溶液时应将铁盐溶于少量溶于少量相应的酸相应的酸中，中，再加水稀释再加水稀释，以，以抑制其水解抑制其水解 问题九问题九分析溶液中有分析溶液中有Fe2存在时哪些离子与之不能共存？若存在时哪些离子与之不能共存？若有有Fe3存在时哪些离子与之不能共存？存在时哪些离子与之不能共存？1.Fe2在在酸性酸性条件下不能与条件下不能与氧化性离子氧化性离子共存。共存。如：如：NO3、MnO4、ClO等等 也不能与也不能与发生复分解反应发生复分解反应的离子共存。的离子共存。如：如：OH、CO32、HCO3、SO32、PO43、S2等等2.Fe3不能与不能与还原性离子还原性离子共存。如：共存。如： S2 、SO32、I等等 也不能与发生也不能与发生发生复分解反应（或双水解反应）发生复分解反应（或双水解反应）的的离子共存。如：离子共存。如： OH、 CO32、HCO3等等 也不能与也不能与SCN共存共存1、铁和某些物质反应时，由于条件或反应物的用、铁和某些物质反应时，由于条件或反应物的用量不同，所得产物不同。如量不同，所得产物不同。如 (1)铁和水：在常温下反应铁和水：在常温下反应发生，在高温条件下，发生，在高温条件下，铁和水蒸气反应生成铁和水蒸气反应生成(2)铁和酸：铁和非氧化性酸反应生成铁和酸：铁和非氧化性酸反应生成离子，离子，放出放出；铁在常温下和浓铁在常温下和浓H2SO4、浓、浓HNO3反应，原因反应，原因是是不不Fe3O4Fe2+H2不不铁被钝化铁被钝化铁和铁和HNO3反应不放出反应不放出H2若若HNO3过量，生成的盐是过量，生成的盐是若若铁无剩余，则生成的盐可能是铁无剩余，则生成的盐可能是或或或或，若反应，若反应后铁有剩余，生成的盐是后铁有剩余，生成的盐是(3)在在FeCl2溶液中投入一块溶液中投入一块Na，反应结束后过，反应结束后过滤，把滤渣放入坩埚中加热，最后得到的固体滤，把滤渣放入坩埚中加热，最后得到的固体是是Fe(NO3)3Fe(NO3)3Fe(NO3)2两者混合物两者混合物Fe(NO3)2Fe2O32、将某溶液逐滴加入、将某溶液逐滴加入Fe(OH)3溶胶内，开始时生成沉溶胶内，开始时生成沉淀，继续滴加时沉淀有溶解，该溶液是淀，继续滴加时沉淀有溶解，该溶液是( ) A 2mol.L-1H2SO4溶液溶液 B 2mol.L-1NaOH溶液溶液 C 2mol.L-1MgSO4溶液溶液 D 硅胶溶胶硅胶溶胶A3、为了除去、为了除去FeSO4溶液中的溶液中的CuSO4和和Fe2(SO4)3杂质，杂质，可选用的最佳物质是可选用的最佳物质是 ( ) ANaOH BMg C氯水氯水 DFeD4、 要证明某溶液中不含要证明某溶液中不含Fe3+，而可能含，而可能含Fe2+进行如下实验操作进行如下实验操作时的最佳顺序为时的最佳顺序为( ) 加人足量氯水加人足量氯水 加入足量加入足量I2水水 加入少量加入少量KSCN溶液溶液 A B C DCC5、加入、加入FeCl3仍能大量共存的离子组是仍能大量共存的离子组是 ( ) AH+ 、Na+ 、I-、SO42- BK+ 、H+ 、MnO4- 、S2 CFe2+、Na+ 、SO4-、NO3- DK+ 、Na+ 、Cl-、SCN-6 6、铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加、铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加入过量的氨水，有红褐色沉淀生成。过滤，加热沉淀物至质量不入过量的氨水，有红褐色沉淀生成。过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣。上述沉淀和残渣分别为（再发生变化，得到红棕色的残渣。上述沉淀和残渣分别为（ ） AFe(OH)3 ；Fe2O3 BFe(OH)2 ；FeO CFe(OH)2；Fe(OH)3 ；Fe3O4 DFe2O3 ；Fe(OH)3A7、用下面两种方法可以制得白色的、用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。沉淀。方法一：用不含方法一：用不含Fe3的的FeSO4溶液与不含溶液与不含O2的蒸馏水配的蒸馏水配制的制的NaOH溶液反应制备。溶液反应制备。（1）用硫酸亚铁晶体配制上述）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加溶液时还需加入入 。（2）除去蒸馏水中溶解的）除去蒸馏水中溶解的O2常采用常采用 的方法。的方法。（3）生成白色）生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不沉淀的操作是用长滴管吸取不含含O2的的NaOH溶液，插入溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是溶液。这样操作的理由是: 。稀稀H2SO4 铁屑铁屑煮沸煮沸避免生成的避免生成的 Fe(OH)2沉淀接触沉淀接触O2 8、 FeCl3溶液加入下列物质中有何现象？并写出相关的溶液加入下列物质中有何现象？并写出相关的离子方程式离子方程式 (1)KSCN (2)NaHCO3 (3)NaOH溶液溶液 (4)氢硫酸氢硫酸 (5)滴入沸水中滴入沸水中 (6)Na2CO3溶液溶液 方法二：在如图装置中，用方法二：在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、溶液、铁屑、稀稀H2SO4等试剂制备。等试剂制备。（1）在试管）在试管里加入的试剂是里加入的试剂是 。 （2）在试管）在试管里加入的试剂是里加入的试剂是 。（3）为了制得白色）为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管沉淀，在试管和和中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是步骤是 。（4）这样生成的）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持沉淀能较长时间保持白色，其理由是白色，其理由是 。稀稀 H2SO4 铁屑铁屑NaOH溶液溶液检验试管检验试管出口处排出的氢气的纯度。出口处排出的氢气的纯度。当排出的当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹纯净时，再夹紧止水夹试管试管中反应生成的中反应生成的H2充满了试管充满了试管和试管和试管，且外界空气不容易进入且外界空气不容易进入9、 跟跟2.7gAl反应的稀硝酸最多可溶解反应的稀硝酸最多可溶解Fe的质量为的质量为_84g 10、 把把Fe粉投入到含粉投入到含Ag、Cu2、Fe3离子的混合液中，离子的混合液中，当反应完成时：当反应完成时：（1）烧杯底部有铁粉剩余，则溶液中一定不含有）烧杯底部有铁粉剩余，则溶液中一定不含有_离子离子（2）若无铁粉剩余，则溶液中一定含有）若无铁粉剩余，则溶液中一定含有_离子离子（3）若溶液中不含）若溶液中不含Cu2，则一定也不含有，则一定也不含有_离子离子Ag、Cu2、Fe3 Fe2 Ag、Fe3 11、在含、在含nmolFeBr2的溶液中通入的溶液中通入Cl2，有，有xmolCl2发生反应：发生反应：（1）当）当xn/2时，反应的离子方程式为时，反应的离子方程式为_（2）当反应的离子方程式为：）当反应的离子方程式为：2Fe24Br3Cl2 2Fe32Br26Cl时，时，x与与n的关系为的关系为_（3）当）当Fe2和和Br同时被氧化时，同时被氧化时，x与与n的关系为的关系为_x 3n/22Fe2Cl2 2Fe32Cln/2 x 3n/211、 有有28g铁完全溶于铁完全溶于500 g 20.16的稀的稀HNO3中恰好完中恰好完全反应，生成物是什么？质量是多少克？全反应，生成物是什么？质量是多少克？ 解释：解释：由题目可知：由题目可知：n (Fe) :n( HNO3 )= 0.5:1.6=3:9.6Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO+2H2O（3 12）3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2 +2NO+4H2O（3 8）3 9.6介于（介于（3 12）和（）和（3 8）之间，所以）之间，所以生成物既生成物既有有Fe（NO3）3又有又有Fe（NO3）2设生成设生成 x mol Fe（NO3）3，y mol Fe（NO3）2根据元素守恒，可得方程式根据元素守恒，可得方程式x+y=0.5，4x+8y/3=1.6联立求解得联立求解得x=0.2mol，y0.3mol即即 Fe（NO3）3为为2420.2=48.4gFe（NO3）2为为1800.3=54g。铁三角铁三角FeFe3+Fe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3Fe3O4位置和结位置和结构构配制和检配制和检验验配制和检验配制和检验一、铜的物理性质一、铜的物理性质 紫红色紫红色金属，金属，熔沸点熔沸点高高，密度，密度大大，具有良好的具有良好的延展性延展性，能够，能够导电、导热导电、导热 二、铜的化学性质二、铜的化学性质1.1.与氧气反应：与氧气反应：2Cu + O2=2CuOb.b.铜与强氧化性酸（如浓硫酸、铜与强氧化性酸（如浓硫酸、硝酸等）能反应，但硝酸等）能反应，但不生成氢气不生成氢气。2.2.与酸的反应与酸的反应a.a.铜与非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸铜与非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸等）等）不反应。不反应。Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag3.3.与盐溶液的反应与盐溶液的反应2 FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2三、铜的重要化合物三、铜的重要化合物 1.CuO Cu2O黑色黑色砖红色砖红色2.Cu2（OH）2CO3 铜绿铜绿3.CuSO4及及 CuSO45H2O白色白色蓝色蓝色用来检验水的存在用来检验水的存在例题例题 （2009宁夏理综）碱式碳酸铜可表示为：宁夏理综）碱式碳酸铜可表示为：xCuCO3yCu(OH)2zH2O,测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。（1）现采用氢气还原法，请回答如下问题：）现采用氢气还原法，请回答如下问题：写出写出xCuCO3yCu(OH)2zH2O与氢气反应的化学方程式与氢气反应的化学方程式 ； 试验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气气流方向的连接顺序是（填入仪器接口字母编号）：（a）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（l） 称取23.9g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7g残留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。该样品的结晶水质量为 g，化学式为 ； （2）某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由。 。 【解析【解析】（1）本题的碱式碳酸铜与氢气反应看似一个很难的信息，其实细心一点只要把它理解为CuCO3和Cu(OH)2受热分解后产物CuO再与氢气反应，第问题便可以解决；对于要能分析出测定反应后CO2和H2O质量，因此对于氢气发生器后仪器的选择是除氯化氢和水蒸气，防止对后续测定影响就可以了，因为测定H2O和CO2分别用浓硫酸和碱石灰是固定的。 （2）其实在分析（1）方程式书写时便得到了碱式碳酸铜热分解方程式：xCuCO3yCu(OH) 2zH2O (x+y)CuO+xCO2+(y+z)H2O，稍加分析可知，依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量（或其中任意三个量），即可计算出其组成。铜及其化合物铜及其化合物Cu2SCuSO4CuCuOCu（OH）2CO3CuCl2Cu（OH）2Cu（NO3）2