1、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
2、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
3、在空气中加热: 2Cu+O2 2CuO ; 铜丝在硫蒸气中反应: 2Cu+S Cu2S 。,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 4CuO 2Cu2O+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: CuSO45H2O CuSO4+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、F
4、e3O4三种。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
5、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
6、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
7、+H2 Fe+H2O Fe+2HCl FeCl2+H2 2FeCl2+Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe 3FeCl2 Fe2O3+3CO 2Fe+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
8、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
9、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
10、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)2 Fe(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,F
11、e(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
12、反应后过滤,解析 FeCl3溶液中存在水解平衡:Fe3+3H2O Fe(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
13、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a c,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
14、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
15、,铁遇浓HNO3发生钝化。在加热条件下,二者反应生成NO2,Fe+6 HNO3(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.111 B.131 C.338 D.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
16、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
17、.24 mol B.0.21 mol C.0.16 mol D.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
18、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。,
