（新课改省份专版）2020高考化学一轮复习 3.3 难点专攻 铁、铜重要化合物的性质探究学案（含解析）.doc

第3课时难点专攻铁、铜重要化合物的性质探究考点一铁的化合物的制备考法一氢氧化亚铁的制备原理和方法1制备原理(1)制备原理：Fe22OH=Fe(OH)2。(2)成功关键：溶液中不含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。2常用方法(1)有机层隔离法反应在试管底部进行(这是唯一一种把胶头滴管插入反应溶液的实验)。加隔氧剂，如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂如图，由于苯的液封作用，可防止生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀。(2)还原性气体保护法 该方法是先在装置中产生FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽整个装置中的空气，待检验H2的纯度后，再关闭止水夹K，利用产生的H2把FeSO4溶液压入装置中与NaOH溶液进行反应。(3)电解法该方法中铁作电解池的阳极，电极反应为Fe2e=Fe2，阴极反应为2H2e=H2，生成的氢气可以赶走溶液中的氧气，溶液中c(OH)增大，与Fe2结合生成Fe(OH)2沉淀，汽油起“液封”作用。电解时，在两极间最先观察到白色沉淀。典例1(1)下列各图示中，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是_。(2)用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀：用不含Fe3的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入_。除去蒸馏水中溶解的O2常采用_的方法。生成白色Fe(OH)2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_。解析(1)因为Fe(OH)2在空气中容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。、原理相同，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；的原理为铁作阳极产生Fe2，与电解水产生的OH结合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；中液面加苯阻止了空气进入；由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。(2)Fe2易水解，要加入稀硫酸防止其水解；Fe2易被空气中的O2氧化，要加Fe粉防止Fe2被氧化。气体的溶解度随温度升高而降低，所以煮沸后的水中溶解的O2较少。答案(1)(2)稀硫酸、铁屑煮沸避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2考法二绿矾(FeSO47H2O)的制备原理和方法(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管中亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe2与OH反应制取。考法(二)绿矾(FeSO47H2O)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FeSO47H2O，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。2用烧渣制备绿矾(烧渣中主要含FeO、Fe2O3，还有一定量的SiO2)试剂X可以是SO2，也可以是Fe，其目的是将溶液中Fe3还原为Fe2。若试剂X为SO2，其转化原理为：SO2Fe2(SO4)32H2O=2FeSO42H2SO4若试剂X为Fe，其转化原理为：FeFe2(SO4)3=3FeSO4测得“还原”后溶液的pH明显增大，其原因是Fe消耗过量的H2SO4，溶液酸性减弱。典例2绿矾被广泛用于医药和工业领域，工业上两种制备绿矾(FeSO47H2O)的流程如图所示，根据题意回答下列问题：方法一：利用黄铜矿粉(主要成分为CuFeS2)制取绿矾(1)试剂a和试剂b分别是_，操作1的名称是_。(2)有一种细菌在有氧气存在的稀硫酸中，可以将CuFeS2氧化成硫酸盐，写出该反应的化学方程式：_。方法二：利用工业废铁屑制取绿矾(3)加入适量Na2CO3溶液的作用是_。(4)操作需要用到的玻璃仪器名称有_。(5)通过检验CO来判断操作是否洗涤干净，检验的方法是_。解析(1)由流程图可知滤渣2为Fe(OH)3，而目标产物为绿矾(FeSO47H2O)，所以试剂a为稀H2SO4，起溶解作用，b为铁粉，起还原作用；由流程图可知操作1为过滤，其作用为除去过量的铁粉。(2)由题意可知，在细菌的作用下，氧气氧化黄铜矿的反应方程式为4CuFeS217O22H2SO4=4CuSO42Fe2(SO4)32H2O。(3)CO水解时使溶液呈碱性，可以除去油污。(4)因为操作为过滤与洗涤，所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗。答案(1)稀H2SO4、铁粉过滤(2)4CuFeS217O22H2SO4=4CuSO42Fe2(SO4)32H2O(3)除去油污(4)烧杯、玻璃棒、漏斗(5)取少量最后一次的洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则已经洗涤干净；若有白色沉淀生成，则未洗涤干净综合训练1硫酸亚铁是一种重要的化工原料，可以用来制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是()A碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体，可用作净水剂B为防止NH4HCO3分解，制备FeCO3需在较低温度下进行C可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被氧化D常温下，(NH4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比FeSO4的大解析：选D碱式硫酸铁电离产生Fe3，Fe3能发生水解反应生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附性，可用作净水剂，故A项正确；NH4HCO3不稳定，受热易分解，为防止NH4HCO3分解，制备FeCO3需在较低温度下进行，故B项正确；KSCN溶液遇Fe2溶液无现象，(NH4)2Fe(SO4)2中Fe2被氧化则生成Fe3，KSCN溶液遇Fe3溶液变红，故C项正确；(NH4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比FeSO4的小，FeSO4才能与(NH4)2SO4反应生成(NH4)2Fe(SO4)2，故D项错误。2绿矾(FeSO47H2O)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法：查询资料，得有关物质的数据如下表：25 时饱和H2S溶液SnS沉淀完全FeS开始沉淀FeS沉淀完全pH3.91.63.05.5(1)检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3，最好选用的试剂为_。AKSCN溶液BNaOH溶液CKMnO4溶液(2)操作中，通入硫化氢至饱和的目的是(写两点)_、_。(3)操作的顺序依次为_、冷却结晶、过滤。解析：(1)检验所得绿矾晶体中是否含有Fe3的实验操作是利用三价铁离子检验方法：Fe3和SCN会反应生成红色的Fe(SCN)3，从而证明了Fe3的存在。(2)通入硫化氢至饱和的目的是：硫化氢具有强还原性，可以将Fe3还原为Fe2。H2S在溶液中饱和，可以增大溶液中的S2浓度，尽量保证将Sn2转化为SnS沉淀，以便于过滤除去Sn杂质。(3)溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥等，所以操作的顺序依次为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。答案：(1)A(2)除去溶液中的Sn2将Fe3还原成Fe2(3)蒸发浓缩考点二含铁化合物的分离提纯与性质探究考法一化工生产中Fe3、Fe2的除杂方法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Fe3Cu2Fe2Ni2Mg2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。先将Fe2氧化成Fe3，再调溶液的pH为3.7pH4.4，此时Fe3沉淀完全，Cu2未沉淀，过滤除去Fe(OH)3沉淀。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。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Fe3Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2加MgO等调pH为3.7pH9.3，将Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，过滤除去除去Cu2中混有的Fe3CuO、CuCO3、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3加CuO等调pH为3.7pH4.4，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3.7pH9.3，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3.7pH7.1，将Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，过滤除去典例1炼锌厂的铜镉废渣中含有铜、锌、镉、铁、砷等元素，其含量依次减少。对这些元素进行提取分离能减少环境污染，同时制得ZnSO47H2O实现资源的再利用。其流程图如下。已知FeAsO4难溶于水；ZnSO47H2O易溶于水，难溶于酒精。金属离子Fe3Zn2Mn2Cu2Cd2开始沉淀pH2.76.57.75.26.9沉淀完全pH3.28.09.86.49.4请回答下列问题：(1)提高浸出率可以采用的方法是(写出其中一点即可)_。(2)滤液中有少量的AsO，若不除去，则AsO与Cd反应会产生一种有毒氢化物气体，该气体的分子式为_。向滤液中逐滴滴入酸性KMnO4溶液可与AsO反应生成FeAsO4，完成该反应的离子方程式：_Fe2_AsO_MnO_=_Mn2_FeAsO4_，判断该滴定终点的现象是_。(3)流程中调节pH时可以选用的试剂为_，滤渣的主要成分为_。(4)常温下Zn(OH)2的溶度积Ksp_。(5)制得的ZnSO47H2O需洗涤，洗涤晶体时应选用试剂为_。解析(4)当Zn2沉淀完全时溶液中c(Zn2)105 molL1，则KspZn(OH)2c(Zn2)c2(OH)105(106)21017。答案(1)适当增大硫酸浓度、升高溶液温度、搅拌、将铜镉渣磨碎成小颗粒等(合理答案均可)(2)AsH35Fe25AsO3MnO14H=3Mn25FeAsO47H2O滴最后一滴KMnO4，溶液变为粉红色且半分钟内不恢复为原色，则反应滴定到终点(3)ZnO、ZnCO3、Zn(OH)2等合理答案均可FeAsO4、Fe(OH)3(4)1017(5)乙醇(或饱和硫酸锌溶液)考法二探究Fe2、Fe3的性质典例2(2016全国卷)某班同学用如下实验探究Fe2、Fe3的性质。回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 molL1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是_。(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是_。(4)丙组同学取10 mL 0.1 molL1 KI溶液，加入6 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验：第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；第二支试管中加入1滴K3Fe(CN)6溶液，生成蓝色沉淀；第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。实验检验的离子是_(填离子符号)；实验和说明：在I过量的情况下，溶液中仍含有_(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为_。(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为_；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是_；生成沉淀的原因是_(用平衡移动原理解释)。解析(1)Fe2具有很强的还原性，易被空气中的O2氧化为Fe3，在FeCl2溶液中加入少量铁屑，可防止Fe2被氧化。(2)Fe2被氧化为Fe3，Cl2被还原为Cl，反应的离子方程式为2Fe2Cl2=2Fe32Cl。(3)O2难溶于煤油，加入煤油能隔绝空气，排除O2对实验的影响。(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I2Fe3=I22Fe2。K3Fe(CN)6是检验Fe2的试剂。实验溶液变红，说明溶液中仍存在Fe3，由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应，Fe2被氧化为Fe3，H2O2被还原为H2O，反应的离子方程式为H2O22Fe22H=2Fe32H2O。Fe3对H2O2的分解起催化作用，当反应一段时间后，会发生反应：2H2O22H2OO2，故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热，促使Fe33H2OFe(OH)33H平衡右移，最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。答案(1)防止Fe2被氧化(2)2Fe2Cl2=2Fe32Cl(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)Fe2Fe3可逆反应(5)2Fe2H2O22H=2Fe32H2OFe3催化H2O2分解产生O2H2O2分解反应放热，促进Fe3的水解平衡正向移动 综合训练1为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性，某同学设计了如下实验方案，其中符合实验要求且完全正确的是()选项实验操作实验现象离子方程式实验结论A在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水浅绿色溶液变成棕黄色溶液2Fe2Cl2=2Fe32ClFe2具有还原性B在氯化亚铁溶液中加入锌片浅绿色溶液变成无色溶液Fe2Zn= FeZn2Fe2具有还原性C在氯化铁溶液中加入铁粉棕黄色溶液变成浅绿色溶液Fe3Fe=2Fe2铁单质具有还原性D在氯化铁溶液中加入铜粉蓝色溶液变成棕黄色溶液2Fe3Cu=2Fe2Cu2Fe3具有氧化性解析：选A氯气能够将Fe2(浅绿色)氧化为Fe3(棕黄色)，A项正确；B项得到的结论应该是Fe2具有氧化性；C项的离子方程式错误；D项的实验现象应该是铜粉逐渐溶解，溶液由棕黄色变为蓝色。2工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁Fe(OH)SO4的工艺流程如下：已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3开始沉淀2.37.53.4完全沉淀3.29.74.4回答下列问题：(1)反应中发生的氧化还原反应的化学方程式为_，_。(2)加入少量NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的_(填“Fe3”、“Fe2”或“Al3”)沉淀。该工艺流程中“搅拌”的作用是_。(3)反应的离子方程式为_。在实际生产中，反应常同时通入O2以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作_。若参与反应的O2有11.2 L(标准状况)，则相当于节约NaNO2的物质的量为_。(4)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2，可部分水解生成Fe2(OH)42聚合离子。该水解反应的离子方程式为_。(5)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有Fe2及NO。为检验所得产品中是否含有Fe2，应使用的试剂为_(填字母)。A氯水BKSCN溶液CNaOH溶液 D酸性KMnO4溶液解析：(1)根据题意及流程图分析知，反应中发生的反应为Al2O33H2SO4=Al2(SO4)33H2O、Fe2O33H2SO4=Fe2(SO4)33H2O，FeFe2(SO4)3=3FeSO4，FeH2SO4(稀)=FeSO4H2，其中属于氧化还原反应的为FeFe2(SO4)3=3FeSO4、FeH2SO4(稀)=FeSO4H2；(2)根据题意及流程图分析知，反应后溶液的成分为FeSO4和Al2(SO4)3的混合溶液，经搅拌、过滤后得FeSO4溶液，所以加入少量NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的Al3沉淀，该工艺流程中“搅拌”的作用是加快反应速率；(3)由题给信息知，反应中NaNO2中氮元素的化合价由反应前的3价降为反应后NO中的2，则FeSO4中铁元素的化合价必然升高，由Fe2转化为Fe3，反应的离子方程式为Fe2NO2H=Fe3NOH2O，反应的目的是利用氧化剂将Fe2氧化为Fe3，O2与NaNO2在反应中作氧化剂；n(O2)0.5 mol，则得到电子0.5 mol42 mol，1 mol NaNO2被还原生成NO，化合价由3价降低到2价，得到1 mol电子，根据得失电子数目相等知，节约 NaNO2的物质的量为2 mol；(4)Fe(OH)2可部分水解生成Fe2(OH)42聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的离子方程式为2Fe(OH)22H2OFe2(OH)422H；(5)氯水可以氧化Fe2生成Fe3，溶液颜色变化不明显，不能检验Fe2，A错误；KSCN溶液和Fe2混合无现象发生，不能检验Fe2，B错误；加入NaOH溶液和Fe3反应生成红褐色沉淀，不能检验是否存在Fe2，C错误；在含有Fe3的溶液中检验Fe2，应选用酸性KMnO4溶液，酸性KMnO4溶液氧化Fe2时溶液褪色，现象明显，D正确。答案：(1)FeH2SO4=FeSO4H2FeFe2(SO4)3=3FeSO4(2)Al3加快反应速率(或使反应物充分接触)(3)Fe2NO2H=Fe3NOH2O氧化剂2 mol(4)2Fe(OH)22H2OFe2(OH)422H(5)D考点三迁移“氢气还原氧化铜”的实验装置模型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(若采用稀硫酸制取氢气，无需使用该装置)C除去H2中混有的水蒸气(也可将B、C装置用盛有碱石灰的U形干燥管代替)E检验氢气还原氧化铜生成的水F防止外界空气中的水蒸气进入装置E中，干扰产物水的检验3实验操作提醒先熄灭酒精灯再停止通入氢气的目的是使被还原生成的Cu在氢气的氛围中冷却，以防止空气进入，使Cu在较高温度下被氧化。典例(2017全国卷)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是()A、中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液B管式炉加热前，用试管在处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度C结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热D装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气解析制得的氢气中含有H2S、O2、HCl、H2O等杂质，由于酸性高锰酸钾溶液氧化氯化氢生成氯气，所以，应先用焦性没食子酸溶液吸收氧气，同时除去氯化氢(易溶于水)，再用酸性高锰酸钾溶液吸收硫化氢，最后用浓硫酸干燥，A项错误；氢气中混有空气加热易发生爆炸，故加热管式炉前需对氢气进行验纯，其操作为在处收集气体并点燃，发出“噗”声，则证明制取的氢气较纯，B项正确；类似氢气还原氧化铜，实验完毕后，先停止加热，再继续通入氢气一段时间，C项错误；启普发生器不能加热，适合块状固体与液体在常温下反应，而实验室用二氧化锰与浓盐酸反应制氯气需要加热，且二氧化锰是粉末状固体，故不能用装置Q制备氯气，D项错误。答案B备考方略H2(或CO)还原金属氧化物的实验流程