第三章 学案15 铁、铜及其重要化合物

高中化学学习资料整理总结学案15铁、铜及其重要化合物考纲要求1.了解铁、铜及其化合物的主要性质及应用。2.以Fe2、Fe3为例理解变价金属元素的氧化还原反应。知识点一铁的化学性质用化学方程式或离子方程式表示下列变化问题思考1铁在有关的反应中，其产物价态为什么不同？有什么规律？ 知识点二铁的重要化合物1铁的氧化物铁元素的主要化合价为2价和3价，通常可以形成三种氧化物氧化铁(Fe2O3)、氧化亚铁(FeO)、四氧化三铁(Fe3O4)。三种氧化物性质的比较如下表：2.铁的氢氧化物和盐类(1)用化学方程式或离子方程式表示下列变化_(2)以上反应属于氧化还原反应的是_，说明2价Fe与3价Fe之间在氧化剂、还原剂的作用下可以_，Fe3具有_性，Fe2具有_性。Fe(OH)2不稳定，容易被空气中的_。(3)反应、说明Fe(OH)2、Fe(OH)3具有_性，能与_反应生成盐和水。(4)反应、说明了Fe(OH)3、Fe(OH)2的_。(5)FeCl2、FeCl3的水溶液显_性，说明了Fe2、Fe3具有_性。(6)检验溶液中是否会有Fe3的方法是：向溶液中加入_溶液，现象是_。(7)Fe(OH)2、Fe(OH)3的颜色分别是_、_，Fe2、Fe3在水溶液中的颜色分别是_、_。问题思考2怎样保存铁盐和亚铁盐？ 3教材中有关Fe(OH)2的制备方法，实际上只能瞬间观察到的白色Fe(OH)2沉淀(几乎分辨不出来)。为什么不能容易观察到白色的Fe(OH)2沉淀呢？可采取哪些措施使Fe(OH)2沉淀能够维持较长时间不被氧化呢？ 知识点三铜及其化合物1单质铜(1)物理性质：_色固体，具有良好的延展性、导_性和导_性。(2)化学性质 与非金属反应：在加热条件下，与_反应生成_色的_，与Cl2反应生成_。与盐溶液的反应：与AgNO3、Hg(NO3)2发生置换反应；与FeCl3反应生成_和_。与稀硝酸、浓硝酸、浓硫酸反应生成Cu2和NO、NO2、SO2等。2氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色与酸反应(H)Cu2O2H=Cu2CuH2O与H2反应3.氢氧化铜(1)物理性质：_色_溶于水的固体。(2)化学性质：Cu(OH)2属于_性，能与_反应生成盐和水。一、Fe3的检验1如何证明一瓶FeSO4溶液是否变质？ 2用NaOH溶液和苯酚溶液是否能证明FeSO4溶液是否复原？ 3有两瓶显黄色的溶液，它们是溴水和FeCl3溶液。(1)如何鉴别它们？(至少说出两种方案) (2)用铁片(或铁粉)能否鉴别？ 典例导悟1要证明某溶液中不含Fe3而可能含有Fe2进行如下实验操作时，最佳顺序为()加入足量氯水 加入足量KMnO4溶液 加入少量NH4SCN溶液A B C D听课记录：二、Fe(OH)2的制备原理和方法制备原理：Fe22OH=Fe(OH)2成功关键：溶液中不含Fe3和O2等氧化性物质。制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。典例导悟2用下面三种方法均可制得Fe(OH)2白色沉淀。方法一用不含Fe3的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入_。(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用_的方法。(3)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液，这样操作的理由是_。方法二在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。(1)在试管里加入的试剂是_。(2)在试管里加入的试剂是_。(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀，在试管和中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是_。(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，理由是_ _。方法三利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀，如右图所示，已知两电极的材料分别为石墨和铁。(1)a电极的材料应为_，电极反应式为_。(2)电解液c可以是_(填编号)。A纯水 BNaCl溶液CNaOH溶液 DCuCl2溶液(3)d为苯，其作用是_，在加入苯之前对电解液c应作何简单处理？_。(4)为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是_(填编号)。A改用稀H2SO4作电解液B适当增大电源的电压C适当减小两极间的距离D适当降低电解液的温度(5)若c用Na2SO4溶液，当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为_。题组一Fe及其化合物1判断正误(1)向含有少量FeCl3的MgCl2溶液中加入足量Mg(OH)2粉末，搅拌一段时间后过滤，目的是除去MgCl2溶液中少量的FeCl3()(2010江苏10B)(2)相同条件下，溶液中Fe3、Cu2、Zn2的氧化性依次减弱()(2010江苏8D)(3)铁溶于稀硝酸，溶液变黄：3Fe8H2NO=3Fe22NO4H2O()(2010北京理综10C)(4)用FeCl3溶液腐蚀铜线路板：Cu2Fe3=Cu22Fe2()(2010天津理综5A)(5)向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸：Fe(OH)22H=Fe22H2O()(2010四川理综9B)2(2010安徽理综，12)上图是三种稀酸对FeCr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是()A稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱B稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe6HNO3(稀)=Fe(NO3)33NO23H2OCCr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对FeCr合金的腐蚀性最强D随着Cr含量增加，稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性减弱3(2010全国理综，8)能正确表示下列反应的离子方程式的是()A将铁粉加入稀硫酸中：2Fe6H=2Fe33H2B将磁性氧化铁溶于盐酸：Fe3O48H=3Fe34H2OC将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合：Fe24HNO=Fe32H2ONOD将铜屑加入Fe3溶液中：2Fe3Cu=2Fe2Cu2题组二Fe2、Fe3的检验及相互转化4(2010福建理综，25改编)工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是_。(2)另称取铁钉6.0 g放入15.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。甲同学认为X中除含Fe3外还可能含有Fe2。若要确认其中的Fe2，应选用_(选填序号)。aKSCN溶液和氯水 b铁粉和KSCN溶液c浓氨水 d酸性KMnO4溶液题组三铜及其化合物5(2010北京理综，11)自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)。下列分析正确的是()ACuS的溶解度大于PbS的溶解度B原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性CCuSO4与ZnS反应的离子方程式是Cu2S2=CuSD整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应6(2010课标全国卷，26)物质AG有下图所示转化关系(部分反应物、生成物没有列出)。其中A为某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到B和C。单质C可与E的浓溶液发生反应，G为红色沉淀。请回答下列问题：(1)写出下列物质的化学式：B_、E_、G_；(2)利用电解可提纯C物质，在该电解反应中阳极物质是_，阴极物质是_，电解质溶液是_；(3)反应的化学方程式是_。题组一铁及其化合物1在火星上工作的美国“勇气号”、“机遇号”探测车的一个重要任务就是收集有关Fe2O3及硫酸盐的信息，以证明火星上存在或曾经存在过水，以下叙述正确的是()A铝热剂就是单指Fe2O3和铝粉的混合物B检验从火星上带回来的红色物质是否是Fe2O3的操作步骤为：样品粉碎加水溶解过滤向滤液中滴加KSCN溶液C分别还原a mol Fe2O3所需H2、Al、CO的物质的量之比为323D明矾属硫酸盐，含结晶水，是混合物2(2011广州模拟)将1.12 g铁粉加入25 mL 2 molL1的氯化铁溶液中，充分反应后，其结果是()A铁粉有剩余，溶液呈浅绿色，Cl基本保持不变B往溶液中滴入无色KSCN溶液，显红色CFe2和Fe3物质的量之比为51D氧化产物和还原产物的物质的量之比为25题组二Fe2、Fe3的检验及相互转化3某同学设计下列方案对A盐的水解液进行鉴定：由此得出的结论中，不正确的是()AD溶液中存在Fe(SCN)3B滤液中有Fe3CB为AgBrDA一定为无氧酸盐FeBr24FeCl3可通过多种途径转化成FeCl2。(1)在FeCl3溶液中加入适量氢碘酸，发生反应的离子方程式为_。(2)工业上常将无水FeCl3在氮气作保护气下加热至300350，通入干燥H2而制得FeCl2。该反应的化学方程式为_。(3)工业上另一种制备FeCl2的方法是：将无水的FeCl3与适量氯苯(C6H5Cl)，在130持续加热约3小时，可发生如下反应：2FeCl3C6H5Cl2FeCl2C6H4Cl2HCl根据有机反应规律，该反应中氯苯发生的是_(填有机反应类型)。(4)根据上述三个反应，下列有关说法正确的是_(填序号)。反应(1)中，氢碘酸既表现了酸性，又表现了还原性反应(3)中，HCl为氧化产物上述三个反应中，FeCl2均为还原产物(5)请另写一个FeCl3转化成FeCl2的化学方程式：_。题组三铜及其化合物5(2010金华期末)下列实验中，金属或固体可以完全溶解的是()A在H2O2溶液中加入少量MnO2粉末B镀锌铁皮加入足量的NaOH溶液中C1 mol铜片与含2 mol H2SO4的浓硫酸共热D常温下，1 mol铜片投入含4 mol HNO3的浓硝酸中6足量铜与一定量浓硝酸反应得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 molL1 NaOH溶液至Cu2恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是()A60 mL B45 mL C30 mL D15 mL7.(2008北京理综，28)由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末，取样品进行下列实验(部分产物略去)：(1)取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含有的物质是(填写化学式)_。(2)Z为一种或两种气体：若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应I中能同时生成两种气体的化学方程式是_；若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则Z中两种气体的化学式是_。(3)向Y中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是(填写离子符号)_。(4)取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。当消耗2 mol I时，共转移3 mol电子，该反应的离子方程式是_。(5)另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应。若溶液中一定不会产生Y中的红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组合是(各组合中的物质用化学式表示) _。题组四实验探究8(2008广东，21)某种催化剂为铁的氧化物。化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现红色。一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为3的结论。(1)请指出该结论是否合理并说明理由_。(2)请完成对铁元素价态的探究：限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹；3 molL1 H2SO4、3% H2O2、6 molL1 HNO3、0.01 molL1 KMnO4、NaOH稀溶液、0.1 molL1 KI、20% KSCN、蒸馏水。提出合理假设假设1：_；假设2：_；假设3：_。设计实验方案证明你的假设实验过程根据的实验方案进行实验。请在下表中写出实验操作步骤、预期现象与结论。实验操作预期现象与结论步骤1：步骤2：步骤3：学案15铁、铜及其重要化合物【课前准备区】知识点一(1)3Fe2O2Fe3O42Fe3Cl22FeCl3FeSFeS(2)3Fe4H2O(g)Fe3O44H2(3)Fe2H=Fe2H2Fe4HNO=Fe3NO2H2O知识点二1.名称(俗名)氧化亚铁氧化铁(铁红)四氧化三铁(磁性氧化铁)颜色黑色红棕色黑色溶解性都不溶于水，但溶于酸溶液与H反应FeO2H= Fe2H2OFe2O36H=2Fe33H2O与CO反应FeOCO FeCO2Fe2O33CO2Fe3CO2Fe3O44CO3Fe4CO2空气中的稳定性不稳定，空气中加热，生成Fe3O4稳定稳定2.(1)4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)22H=Fe22H2OFe22OH=Fe(OH)2Fe(OH)33H=Fe33H2OFe33OH=Fe(OH)32Fe2Cl2=2Fe32Cl2Fe3Cu=Cu22Fe2(2)、相互转化氧化还原O2氧化生成Fe(OH)3(3)碱酸(4)制备方法(5)酸水解(6)KSCN溶液显红色(7)白色红褐色浅绿色棕黄色知识点三1(1)紫红热电(2)O2黑CuOCuCl2CuCl2FeCl22.名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色红色与酸反应(H)CuO2H=Cu2H2OCu2O2H=Cu2CuH2O与H2反应CuOH2CuH2OCu2OH22CuH2O3.(1)蓝不(2)弱碱酸问题思考1由于铁是变价金属元素，它与氧化性不同的氧化剂反应时，其产物中铁元素的化合价不同：(1)Fe被弱氧化剂如S、I2、H、Fe3、Cu2等氧化为Fe2；(2)Fe被强氧化剂如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4()等氧化为Fe3。2亚铁盐溶液中加少量铁屑以防止Fe2被氧化，滴入少量相应的酸溶液以防止Fe2水解。铁盐溶液中加入少量相应的酸溶液以防止Fe3水解。3Fe(OH)2极易被氧化，转化为Fe(OH)3。要想长时间观察到白色沉淀的生成，关键是降低反应体系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。就教材中的实验来说，常采用的方法有：(1)采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2易被空气中的氧气氧化成Fe3)；(2)将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解在蒸馏水中的氧气)；(3)将碱直接加到亚铁盐溶液的底部(使Fe(OH)2与空气隔离)；(4)在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小，而又不溶于水的有机溶剂)。【课堂活动区】一、1.用洁净的试管取少量(12mL)的样品溶液，向其中滴入KSCN溶液(或NH4SCN溶液)12滴，若溶液立即显红色证明该溶液已被氧化。2NaOH不能证明，因为OH与Fe2反应生成的Fe(OH)2能够迅速被氧化为Fe(OH)3，不易观察现象。苯酚溶液能证明，因为Fe3与苯酚发生显色反应。3(1)用KSCN溶液或苯酚溶液用NaOH或其它碱溶液用AgNO3溶液用铜片用苯或CCl4(2)不能，因为二者均与Fe反应生成Fe2典例导悟1C在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变红色，无Fe3存在，再加入氯水，将Fe2氧化成Fe3，溶液变为红色。KMnO4溶液呈紫红色，溶液颜色变化不明显，所以这儿不用KMnO4溶液。2方法一(1)稀H2SO4、铁屑(2)煮沸(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化方法二(1)稀H2SO4和铁屑(2)NaOH溶液(3)检验试管出口处排出的H2的纯度，当排出的H2已经纯净时再夹紧止水夹(4)试管中反应生成的H2充满了试管和试管，故外界O2不易进入方法三(1)FeFe2e=Fe2(2)BC(3)隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化加热煮沸，排出溶解的O2(4)BC(5)白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色解析方法一Fe2易水解，要加入稀H2SO4防止其水解；Fe2易被空气中的O2氧化，要加铁粉，将被氧化生成的Fe3还原成Fe2。气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。方法二两支试管，试管是开口式，无法用产生的气体将试液压入试管中，所以制取FeSO4应在试管中，而在试管中盛不含O2的NaOH溶液。当Fe与稀H2SO4放入试管后，产生的H2可以从试管内短管处排出，从而排尽试管内空气。再经过止水夹通入试管中，排尽试管内空气。然后关闭止水夹，试管内产生的H2无法逸出，造成管内压强增大，将试管内FeSO4溶液通过长导管压入试管内，在此过程中，液体都处于H2环境，从而避免了被空气中的O2氧化，使得Fe(OH)2能保存更长时间。方法三电解时阳极Fe2e=Fe2，阴极上2H2O2e=H22OH，或电解质溶液能直接提供OH。当Fe2与OH接触时Fe22OH=Fe(OH)2，当电解液选用NaOH溶液时，在阳极处立即产生白色沉淀，当选其他溶液时，只有迁移后两者相遇时才能产生沉淀(大约在电池中部)；当反接电源后，阳极4OH4e=2H2OO2，产生的O2立即把Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3。【课后练习区】高考集训1(1)(2)(3)(4)(5)2D根据图可知，Cr的含量不同，三种酸对FeCr合金的腐蚀性不同，当w(Cr)较小时，稀硝酸对其腐蚀性最强，A不正确；铁与稀硝酸反应生成的是NO而不是NO2，B错；三种酸的质量分数相同，盐酸中的氢离子浓度最大，C错；根据图中稀HNO3的曲线变化，可知D正确。3D4(1)铁钉被钝化(2)d5D6(1)SO2浓H2SO4Cu2O(2)粗铜精铜CuSO4溶液(3)Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O解析(1)由G为红色沉淀及F转化为G的条件可知，G为Cu2O，则C为Cu，E为浓硫酸或者硝酸，结合题中所给的信息可知，矿物A应为Cu2S，则B为SO2，D为SO3，E为浓硫酸而不是硝酸，F为CuSO4。(2)用电解法提纯金属铜的方法是将粗铜作为电解池的阳极，精铜作为电解池的阴极，一般用CuSO4溶液作电解质溶液。(3)反应的化学方程式：Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O。考点集训1C2Bn(Fe)1.12 g/(56 gmol1)0.02 mol，n(Fe3)0.025 L2 molL10.05 mol，由反应2Fe3Fe=3Fe2可知Fe3过量，加入KSCN显红色。溶液中n(Fe2)3n(Fe)0.06 mol，溶液中n(Fe3)0.05 mol2n(Fe)0.01 mol，即Fe2和Fe3的物质的量之比为61；氧化产物与还原产物的物质的量之比为12。3D根据B、D现象可确定A是由Fe3和Br或由Fe2和Br组成的盐。4(1)2Fe32I=2Fe2I2(2)2FeCl3H22FeCl22HCl(3)取代反应(4)(5)2FeCl3Fe=3FeCl2(其他答案合理均可)5DMnO2作催化剂，反应前后保持不变，故不溶；铁与NaOH溶液不反应，故不能完全溶解；1 mol铜片与含2 mol H2SO4的浓硫酸共热理论上恰好完全反应，但随着反应的进行硫酸变稀，反应不再进行。6A7(1)Al(2)C2H2SO4(浓)CO22SO22H2ONO、CO2(3)Cu2、Fe3、H(4)2Fe23H2O24I=2Fe(OH)32I2(5)CuO、C或CuO、C、Fe2O38(1)不合理。实验设计不合理，因为硝酸会氧化催化剂中可能存在的二价铁，所以从实验结果只能判断样品溶解后的溶液中存在三价铁而不能确定样品中铁元素的价态(2)催化剂中铁元素全部为3价催化剂中铁元素全部为2价催化剂中铁元素同时存在2价与3价实验操作预期现象与结论步骤1：用滴管取一定量3 molL1 H2SO4于试管中，加热煮沸数分钟以除去溶于其中的氧步骤2：用药匙取少量样品于试管中，用滴管加入适量除氧的3 molL1 H2SO4并加热，充分反应后得A溶液固体溶解，溶液颜色有变化步骤3：取少许A溶液于试管中，滴加12滴20%KSCN溶液，振荡(1)若溶液不呈红色，则假设2成立(2)若溶液呈红色，则假设1或假设3成立步骤4：另取少许A溶液于试管中，滴加12滴0.01 molL1 KMnO4溶液，振荡结合步骤3中的(2)：(1)若溶液呈紫红色，则假设1成立(2)若溶液紫红色褪去，则假设3成立