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第3讲 铁、铜的获取及应用 [考纲要求] 1.了解铁、铜及其重要化合物的主要性质及其应用。2.以Fe2＋、Fe3＋的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应。3.能鉴别溶液中的Fe2＋、Fe3＋。 考点一 用物质分类思想认识铁及其重要化合物 1．铁的存在 2．铁的性质 (1)物理性质 纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。 (2)化学性质：铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成＋2、＋3两种价态的化合物。 用化学方程式或离子方程式表示下列变化 Fe＋H2O(g)④(④g)3Fe＋4H2O(g)高温(高温))Fe3O4＋4H2 3．铁的氧化物和氢氧化物 (1)铁的氧化物 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 铁红 磁性氧化铁 颜色状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体(有磁性) 溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水 铁的化合价 ＋2 ＋3 ＋2，＋3 稳定性 不稳定 稳定 稳定 与H＋反应的离子方程式 FeO＋2H＋=== Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋=== 2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋=== Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O (2)铁的氢氧化物 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 色态 白色固体 红褐色固体 与盐酸反应 Fe(OH)2＋2H＋=== Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋=== Fe3＋＋3H2O 受热分解 2Fe(OH)3△(△e)Fe2O3＋3H2O 制法 可溶性亚铁盐与碱溶液反应 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 可溶性铁盐与碱溶液反应 Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓ 二者的关系 在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 4. 亚铁盐和铁盐 (1)亚铁盐： 含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋既有________性，又有________性，Fe2＋与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为________________，_______________________。 (2)铁盐： ①氧化性：含有Fe3＋的溶液呈______色，Fe3＋具有氧化性，Fe3＋与Fe、Cu反应的离子方程式分别为______________________________，______________________________。 ②特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到________时变成血红色。 ③易水解：FeCl3滴入沸水中的离子方程式：_________________________________。 答案 (1)氧化 还原 Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ (2)①棕黄色 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ ②KSCN ③Fe3＋＋3H2O△(△C)Fe(OH)3(胶体)＋3H＋ 深度思考 1．铁有很强的抗腐蚀能力，为什么日常生活中的铁制品容易生锈？ 答案 主要因为铁不纯，往往含有碳等杂质，当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电解质溶液(如食盐水)时会发生电化学腐蚀。 2．铁、铝遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化，是物理变化还是化学变化？ 答案 常温下铁、铝遇冷的浓HNO3、浓H2SO4时表面会生成一层致密的氧化物薄膜，化学上称为钝化，属于化学变化。 3．FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取？ 答案 都可以。2Fe＋3Cl2点燃(点燃以)2FeCl3 2FeCl3＋Fe===3FeCl2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 4．铁元素是典型的变价金属元素，它在化合物中主要表现为＋2价和＋3价，请归纳总结： (1)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成＋2价？写出有关反应的化学方程式或离子方 程式。 答案 Fe→Fe2＋：铁与氧化性比较弱的非金属单质(如S、I2)，非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)，不活泼金属的盐溶液(如CuSO4溶液)反应，都可实现这种转化。如：Fe＋S△(△，)FeS,2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu。 (2)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成＋3价？写出有关反应的化学方程式。 答案 Fe→Fe3＋：铁与强氧化剂(如Cl2、HNO3、浓硫酸)在一定条件下反应都会实现这种转化。例如：2Fe＋3Cl2点燃(点燃条)2FeCl3，Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O,2Fe＋6H2SO4(浓)△(△2)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O。 题组一 铁及其化合物的性质 1．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣，上述沉淀和残渣分别是( ) A．Fe(OH)3 Fe2O3 B．Fe(OH)2 Fe2O3 C．Fe(OH)2 Fe(OH)3 D．Fe(OH)2 Fe3O4 答案 B 解析 铁与稀硫酸反应生成FeSO4，再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2，在空气中加热Fe(OH)2，铁元素被氧化为＋3价，最后所得红棕色残渣为Fe2O3。 2．在高温条件下铁与水能发生反应。资料显示，在不同温度下，还原铁粉与水蒸气反应的产物是不同的，温度低于570 ℃时，生成FeO，高于570 ℃时，生成Fe3O4。老师用右图所示实验装置，完成还原铁粉与水蒸气反应的演示实验。 (1)实验中使用肥皂液的作用是___________________________________________。 (2)某同学设计下列实验方案以确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4。 确定是否存在Fe3O4需要测定并记录的实验数据是___________________________。 答案 (1)检验反应中生成的H2 (2)固体样品质量和红棕色固体的质量 解析 本题主要考查实验设计与探究，意在考查学生分析处理实验数据并得出合理结论的能力。为了确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4，必须测定实验后固体中铁与氧的物质的量之比，因黑色粉末溶解时有少量气泡产生，故一定含有金属铁，只有当黑色粉末中≤1时，才一定含有Fe3O4，因此该同学实验中必须测定固体样品质量和红棕色固体(Fe2O3)的质量，以确定铁与氧的物质的量之比。 题组二 铁及其化合物的定量计算 3．在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。 ①Fe3＋ ②Fe2＋ ③Fe、Fe2＋ ④Fe2＋、Fe3＋ (1)AB段铁元素以__________形式存在。 (2)BC段铁元素以__________形式存在。 (3)CD段铁元素以__________形式存在。 答案 (1)① (2)④ (3)③ 解析 向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。 4．由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21∶8，则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是 ( ) A．1∶2∶1 B．2∶1∶1 C．1∶3∶1 D．1∶1∶3 答案 D 解析 可用平均组成法来求解：在混合物中铁原子和氧原子物质的量之比为(21/56)∶(8/16)＝3∶4，则混合物的平均组成为Fe3O4，在三种组合中Fe3O4则不必多考虑，应注意FeO和Fe2O3混合后也应符合n(Fe)∶n(O)＝3∶4，所以在混合物中它们的物质的量之比必须是1∶1。 5．向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150 mL 4 mol·L－1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，放出2.24 L NO(标准状况)，往所得溶液中加入KSCN溶液，无血红色出现。若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物，所得到的铁的物质的量 为 ( ) A．0.21 mol B．0.25 mol C．0.3 mol D．0.35 mol 答案 B 解析 n(HNO3)＝0.6 mol，n(NO)＝0.1 mol，反应后铁元素的存在形式为Fe(NO3)2，根据元素守恒，可知反应后溶液中的n(NO)＝0.5 mol，n(Fe2＋)＝0.25 mol，即n(Fe)＝0.25 mol。 归纳总结 1．分析铁与稀HNO3反应的关键 一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式： HNO3过量：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O， Fe过量时：Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2，两者相加得总方程式：3Fe＋8HNO3(稀) ===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 2．在铁及其化合物的计算中能用"守恒法"的很多，常用到的有质量守恒、电子守恒等。如第5题中用到N原子守恒、Fe原子守恒以及溶液中Fe2＋、NO的电荷守恒。 题组三 有关铁及其化合物的实验探究 6．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。 答案 ①②③⑤ 解析 因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(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。①、②原理一样，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；③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；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④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。 反思归纳 成功制备Fe(OH)2的关键 由于Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3，在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成为物质制备实验探究的热点。 制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 成功关键：①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质； ②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。 考点二 "铁三角"的转化关系及应用 "铁三角"的转化关系 深度思考 1．用离子方程式实现下列转化：Fe2＋①Cl2、②NO\o\al(－,3③Fe、④CuFe3＋ ①2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－； ②3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑； ③2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋； ④Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。 2．如何除去括号中的杂质 (1)Fe2＋(Fe3＋)：加过量铁粉，过滤； (2)FeCl3(FeCl2)：加氯水或H2O2； (3)FeCl2(CuCl2)：加过量铁粉，过滤； (4)Fe(Al)：加过量强碱溶液，过滤； (5)Fe2O3(Al2O3、SiO2)：加过量强碱溶液过滤。 3．(1)Fe2O3加入到足量的氢碘酸中，发生反应的离子方程式(用两个表示)为__________， ________________________________________________________________________。 (2)Fe(OH)3加入到足量的氢碘酸中，发生反应的离子方程式(用一个表示)为__________。 答案 (1)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O 2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋ (2)2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O 题组一 Fe2＋与Fe3＋的转化及应用 1．下列试剂中，不能使Fe2＋转化为Fe3＋的是 ( ) ①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀硝酸 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液 A．①②③ B．①③④ C．②④⑤ D．②⑤⑥ 答案 D 解析 要实现Fe2＋转化为Fe3＋，必须加强氧化性物质，②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性，⑥NO在酸性条件下才表现强氧化性。 2．在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是 ( ) A．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋ B．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，可能含Cu2＋和Fe3＋ C．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3＋和Fe2＋，一定不含Cu2＋ D．若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋和Fe3＋ 答案 D 解析 氧化性Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，加入铁粉后有固体剩余，Fe3＋一定不存在；若剩余固体全部都是Cu，溶液中还可能有Cu2＋，也可能恰好被完全置换；若剩余固体是Cu和Fe，则溶液中不可能有Cu2＋。不论哪种情况，Fe3＋和Fe都会转化为Fe2＋。 3．在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液处理和资源回收的过程简述如下： Ⅰ.向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液； Ⅱ.向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液pH，同时鼓入足量的空气。 (1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为____________________。 (2)过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是__________________，分离得到的固体主要成分是______________， 从固体中分离出铜需采用的方法是_________________________________________。 (3)过程Ⅱ中发生反应的化学方程式为___________。 答案 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2)反应掉FeCl3、CuCl2 Fe、Cu 加入足量稀盐酸后过滤 (3)4FeCl2＋4Ca(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3＋4CaCl2 解析 FeCl3溶液蚀刻铜箔的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，得到的废液中含有FeCl3、CuCl2、FeCl2。 题组二 Fe3＋、Fe2＋的检验 4．为了验证Fe3＋的性质，某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验，其中实验方案设计错误的是 ( ) A．④ B．③ C．③④ D．①②③④⑤ 答案 C 解析 ③不反应，实验方案及现象均错；④检验的是Cl－，与Fe3＋的性质无关。 5．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 ( ) ①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液 A．①③ B．③② C．③① D．①②③ 答案 C 解析 在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变血红色，无Fe3＋存在，再加入氯水，将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液变为血红色。KMnO4溶液呈紫红色，溶液颜色变化不明显，所以不用KMnO4溶液。 反思归纳 检验Fe2＋、Fe3＋的常用方法 1．根据溶液颜色 含有Fe2＋的溶液显浅绿色 含有Fe3＋的溶液显黄色 2．用KSCN溶液和氯水 (1)流程： (2)有关反应：Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3(血红色) 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ 3．用NaOH溶液 (1)流程： (2)有关反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色沉淀) Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色沉淀) 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 题组三 涉及Fe2＋、Fe3＋的离子共存问题 6．下列各离子组能大量共存的是 ( ) A．Fe3＋、NH、H＋、SO B．Fe3＋、Br－、Na＋、I－ C．Fe2＋、AlO、Na＋、NO D．Fe3＋、HCO、NH、NO 答案 A 解析 B项中Fe3＋与I－易发生氧化还原反应；C项中Fe2＋与AlO发生双水解反应不能大量共存；D项中，Fe3＋与HCO发生双水解反应不能大量共存。 7．下列离子在指定溶液中能大量共存的是 ( ) A．1.0 mol·L－1的KNO3溶液：H＋、Fe2＋、Cl－、SO B．1.0 mol·L－1的FeCl2溶液：NO、Na＋、K＋、ClO－ C．使酚酞变红的溶液中：Na＋、Cl－、SO、Fe3＋ D．酸性溶液中：NO、SO、Fe3＋、Mg2＋ 答案 D 解析 A项中KNO3在酸性条件下能氧化Fe2＋；B项中ClO－能氧化Fe2＋；C项中Fe3＋在碱性条件下易水解，只能存在于酸性溶液中。 反思归纳 Fe3＋、Fe2＋的离子共存问题 (1)Fe2＋、Fe3＋均水解，与HCO、AlO、CO等因水解相互促进，在溶液中不能大量 共存。 (2)Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO，Fe2＋与NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)在溶液中因发生氧化还原反应不能大量共存。 (3)Fe3＋与SCN－发生络合反应不能大量共存。 考点三 铜及其化合物 1．单质铜 (1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。 (2)化学性质 写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式： ①化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色固体)。 ②化学方程式：2Cu＋S△(△u)Cu2S。 ③与氧化性酸 a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)△(△浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O； b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 ④与盐溶液反应(写离子方程式) a．与硝酸银溶液：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋； b．与FeCl3溶液：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。 2．氧化铜和氧化亚铜 名称 氧化铜 氧化亚铜 颜色 黑色 砖红色 与酸反应(H＋) CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O 与H2反应 CuO＋H2△(△O)Cu＋H2O Cu2O＋H2△(△O)2Cu＋H2O 转化关系 4CuO高温(高温O)2Cu2O＋O2↑ 3. 氢氧化铜 (1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。 (2)化学性质及应用 4．CuSO4·5H2O CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。 题组一 铜及其化合物的性质 1．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是( ) A．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色 B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成 C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体 D．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿 答案 D 解析 A项浓硫酸溶于水时放热，应该是把反应后的溶液倒入水中，故该项错误；B项需要先加热铜才与氯气发生反应，故该项错误；C项氯化铜溶液中存在水解平衡，加热蒸干最终得到的是氢氧化铜，故该项错误；D项铜和盐酸不反应，只有铜绿[Cu2(OH)2CO3]与盐酸反应，故该项正确。 2．铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面都产生了深远的影响，请完成(1)～(3)题： (1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜]。试写出该反应的化学方程式： ________________________________________________________________________。 (2)铜器表面有时会生成铜绿，请写出生成铜绿的化学方程式：____________________， 这层铜绿可以用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式：________________________________________________________________________。 (3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币：___________________________________________________。 (铜的熔点是1 183.4 ℃，铁的熔点是1 534.8 ℃) 答案 (1)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu (2)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3 Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O (3)选择铜做货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀 解析 (2)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3；要除去铜器表面的铜绿，考虑选择盐酸，因盐酸不和铜反应，且盐酸具有挥发性。化学反应方程式如下： Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O。 (3)根据题给信息以及做货币的实际要求，选择铜做货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀。 题组二 废铜的利用 3．某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应精制CuO，其设计的实验过程为 (1)杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，灼烧后含有少量铜的可能原因是________(填字母序号)。 a．灼烧过程中部分氧化铜被还原 b．灼烧不充分铜未被完全氧化 c．氧化铜在加热过程中分解生成铜 d．该条件下铜无法被氧气氧化 (2)由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净CuO，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是________________________________________________________________________。 答案 (1)ab (2)耗酸少；无污染性气体SO2产生 解析 (1)灼烧后含有少量铜，其原因可能是灼烧不充分，铜未被完全氧化，也可能是灼烧过程中部分氧化铜被还原。 (2)根据途径Ⅰ的反应方程式Cu＋2H2SO4(浓)△(△应)CuSO4＋SO2↑＋2H2O和途径Ⅱ的反应方程式2Cu＋O2＋2H2SO4△(△u)2CuSO4＋2H2O，可以看出途径Ⅱ的优点是①产生等量的CuSO4，比途径Ⅰ消耗硫酸少；②途径Ⅱ不产生污染大气的气体SO2。 反思归纳 废铜综合利用的常见流程框图模式 考点四 从自然界获取铁和铜 1．铁、铜在自然界中的存在 铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在。常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)等；常见的铜矿有黄铜矿(主要成分为CuFeS2)、孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu(OH)2]等。此外铁在自然界中还以游离态的形式存在于陨铁中。自然界中也存在少量的单质铜。 2．铁的冶炼 (1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。 (2)设备：炼铁高炉。 (3)反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。 (4)工艺流程：从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生CO2并放出大量的热量；CO2再与灼热的焦炭反应，生成CO；CO在高温下将氧化铁还原为铁。有关化学反应方程式：C＋O2点燃(点燃下)CO2；C＋CO2△(△燃)2CO；3CO＋Fe2O3高温(高温))2Fe＋3CO2。 特别提醒 铁矿石中含有SiO2需除去：石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，有关化学反应方程式：CaCO3高温(高温O)CaO＋CO2↑；CaO＋SiO2高温(高温O)CaSiO3(炉渣)。炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离出去。 3．铜的制备与精炼 工业上主要采用高温冶炼黄铜矿(主要成分是CuFeS2)的方法获得铜。用这种方法冶炼得到的铜，含铜量为99.5%～99.7%，还含有Ag、Au、Fe、Zn等杂质。要达到电气工业生产用铜的要求，这种由黄铜矿高温冶炼得到的铜还必须经过电解精炼，电解精炼得到的铜，含铜量高达99.95%～99.98%。 深度思考 下图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。 根据上图回答下列问题。 (1)铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？ 答案 铝的金属活动性比铁、铜强，在自然界中以稳定的化合态存在，难冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚得多。 (2)写出以NaCl、Al2O3、MgCl2、CuO、CuSO4、Ag2O为原料制备Na、Al、Mg、Cu、Ag的化学方程式，并说明它们的制备方法。 答案 2NaCl(熔融)通电(通电C)2Na＋Cl2↑ 电解法 2Al2O3(熔融)通电(通电法)4Al＋3O2↑ 电解法 MgCl2(熔融)通电(通电l)Mg＋Cl2↑ 电解法 2CuO＋C△(△u)2Cu＋CO2或 CuO＋H2△(△O)Cu＋H2O 热还原法 CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4 湿法炼铜 2Ag2O△(△g)4Ag＋O2↑ 热分解法 题组一 铁的冶炼及应用 1．铁的氧化物有多种用途。请解答下面有关问题： (1)赤铁矿的主要成分是Fe2O3，是工业炼铁的主要原料之一。写出由Fe2O3制得单质铁的化学方程式________。某赤铁矿除了含Fe2O3之外，还含有少量的SiO2和Al2O3。将试样溶于NaOH溶液，充分反应后过滤，即可得到较纯净的Fe2O3。该过程中发生反应的离子方程式是_________________________________________________________。 (2)Fe2O3可以与铝粉组成铝热剂用于焊接钢轨或定向爆破。某同学猜测，该反应所得熔融物中含有Fe2O3。他设计如下实验来验证自己的猜想：取少量试样，加入足量稀盐酸，然后滴加KSCN溶液，若出现血红色，证明含有Fe2O3。否则，不含有Fe2O3。你认为该方案合理吗？为什么？ 答案 (1)Fe2O3＋3CO高温(高温F)2Fe＋3CO2(合理即可) SiO2＋2OH－===SiO＋H2O、Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O (2)不合理。因为Fe3＋能跟铝热反应生成的Fe反应生成Fe2＋，Fe＋2与SCN－反应时不会出现血红色(其他答案合理即可) 解析 (1)工业冶炼铁是用CO作还原剂，SiO2、Al2O3与NaOH溶液发生反应。(2)由于2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋的干扰，该种方案不合理。 题组二 铜的冶炼及应用 2．铜在自然界存在于多种矿石中，如： 矿石名称 黄铜矿 斑铜矿 辉铜矿 孔雀石 主要成分 CuFeS2 Cu5FeS4 Cu2S CuCO3·Cu(OH)2 请回答下列问题： (1)上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是_________________________。 (2)工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu2O＋Cu2S高温(高温以)6Cu＋SO2↑，反应的氧化剂是______________。 (3)SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是__________________；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称____________。 (4)黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。请简述粗铜电解得到精铜的原理：___________________________________________。 答案 (1)Cu2S (2)Cu2O和Cu2S (3)形成酸雨 硫酸、硫酸铵 (4)电解池中，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解质为硫酸铜溶液。阳极上发生氧化反应，Cu失去电子，使Cu单质变为Cu2＋进入溶液中，Cu－2e－===Cu2＋；阴极上发生还原反应，Cu2＋得到电子在阴极上析出Cu单质，Cu2＋＋2e－===Cu，从而达到精制Cu的目的 解析 (2)Cu2O、Cu2S的Cu由＋1价被还原为0价，作氧化剂；Cu2S的S由－2价被氧化为＋4价，作还原剂。 (3)处理SO2尾气一般为循环制备硫酸，或用氨水吸收，最后可得到(NH4)2SO4等化学品。 反思归纳 铜的冶炼 1．粗炼 (1)火法炼铜(以CuFeS2为例)：2CuFeS2＋O2高温(高温F)Cu2S＋2FeS＋SO2↑ 2Cu2S＋3O2高温(高温S)2Cu2O＋2SO2↑ 2Cu2O＋Cu2S高温(高温S)6Cu＋SO2↑ (2)湿法炼铜：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4 2．电解精炼 电解时，以CuSO4作电解液，粗铜为阳极，纯铜为阴极。 探究高考 明确考向 1．判断正误，正确的划"√"，错误的划"×" (1)向FeBr2溶液中通入足量氯气：2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2===2Fe3＋＋2Br2＋6Cl－ ( ) (2013·海南，10C) (2)将水蒸气通过灼热的铁粉，铁与水在高温下反应，粉末变红 ( ) (2013·广东理综，23D) (3)向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，该溶液中一定含有Fe2＋ ( ) (2013·江苏，13D) (4)Fe3＋有氧化性，所以FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜 ( ) (2012·广东理综，12D) (5)在"硫酸亚铁铵的制备"实验中，为了得到硫酸亚铁铵晶体，应小火加热蒸发皿，直到有大量晶体析出时停止加热 ( ) (2012·浙江理综，8C) (6)过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液，溶液呈血红色，说明稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋ ( ) (2011·安徽理综，10A) (7)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3 ( ) (2012·天津理综，2D) (8)Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同 ( ) (2011·重庆理综，7A) (9)Fe与S混合加热生成FeS2 ( ) (2012·重庆理综，7A) 答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)× (9)× 2．[2012·新课标全国卷，26(1)(2)]铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。 (1)要确定铁的某氯化物FeClx的化学式，可用离子交换和滴定的方法。实验中称取0.54 g的FeClx样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH－的阴离子交换柱，使Cl－和OH－发生交换。交换完成后，流出溶液的OH－用0.40 mol·L－1的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0 mL。计算该样品中氯的物质的量，并求出FeClx中x的值：__________________(列出计算过程)。 (2)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品，采用上述方法测得n(Fe)∶n(Cl)＝1∶2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为__________。在实验室中，FeCl2可用铁粉和__________反应制备，FeCl3可用铁粉和__________反应制备。 答案 (1)n(Cl)＝0.025 0 L×0.40 mol·L－1＝0.010 mol 0．54 g－0.010 mol×35.5 g·mol－1＝0.185 g n(Fe)＝0.185 g/56 g·mol－1≈0.003 3 mol n(Fe)∶n(Cl)＝0.003 3∶0.010≈1∶3，x＝3 (2)0.10 盐酸 氯气 解析 解答此题的关键是明确阴离子交换柱交换出的OH－的物质的量等于Cl－的物质的量，从而求出FeClx中x的值。 (1)首先明确阳离子交换柱和阴离子交换柱的作用,根据离子等量交换,溶液中OH－的物质的量等于FeClx中Cl－的物质的量。通过中和滴定知n(OH－)＝n(H＋)＝0.40 mol·L－1× 25.0×10－3 L＝0.010 mol，故n(Cl－)＝0.010 mol。 FeClx中Fe元素的质量为0.54 g－35.5 g·mol－1×0.010 mol＝0.185 g FeClx中Fe元素与Cl元素的物质的量之比为∶0.010 mol≈1∶3，故x＝3。 (2)根据题意可设该混合物的组成为FeCl2.1，利用十字交叉法可得样品中FeCl3的物质的量分数为0.10。注意制备FeCl2选用弱氧化剂，制备FeCl3选用强氧化剂。 3．[2013·天津理综，9节选]FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3，再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。 Ⅰ.经查阅资料得知：无水FeCl3在空气中易潮解，加热易升华。他们设计了制备无水FeCl3的实验方案，装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下： ①检验装置的气密性； ②通入干燥的Cl2，赶尽装置中的空气； ③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成； ④...... ⑤体系冷却后，停止通入Cl2，并用干燥的N2赶尽Cl2，将收集器密封。 请回答下列问题： (1)装置A中反应的化学方程式为___________________________________________。 (2)第③步加热后，生成的烟状FeCl3大部分进入收集器，少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl3进入收集器，第④步操作是_______________________________。 (3)操作步骤中，为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号)____________。 (4)装置B中冷水浴的作用为______________________________________________； 装置C的名称为________；装置D中FeCl2全部反应后，因失去吸收Cl2的作用而失效，写出检验FeCl2是否失效的试剂：__________________________________________。 Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液。 (6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为________________________________________。 (7)电解池中H＋在阴极放电产生H2，阳极的电极反应式为______________________。 (8)综合分析实验 Ⅱ 的两个反应，可知该实验有两个显著优点： ①H2S的原子利用率为100%； ②________________________________________________________________________。 答案 (1)2Fe＋3Cl2△(△l)2FeCl3 (2)在沉积的FeCl3固体下方加热 (3)②⑤ (4)冷却，使FeCl3沉积，便于收集产品 干燥管 K3[Fe(CN)6]溶液 (6)2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋ (7)Fe2＋－e－===Fe3＋ (8)FeCl3得到循环利用 4．(2013·广东理综，32)银铜合金广泛用于航空工业，从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下 (1)电解精炼银时，阴极反应式为___________________________________________； 滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学反应方程式为________________。 (2)固体混合物B的组成为__________；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为____________。 (3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：____CuO＋____Al2O3高温(高温_)____CuAlO2＋________↑。 (4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为________ mol CuAlO2，至少需要1.0 mol·L－1的Al2(SO4)3溶液________ L。 (5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是________、过滤、洗涤和干燥。 答案 (1)Ag＋＋e－===Ag 2NO＋O2===2NO2 (2)Al(OH)3、Cu(OH)2 Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O (3)4 2 4 O2 (4)50 25 (5)蒸发结晶 解析 根据电解原理、物质的性质及工艺流程、氧化还原反应、守恒计算等分析。 (1)电解精炼银时，阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag。气体变色发生的反应为2NO＋O2===2NO2。(2)固体B含有Cu(OH)2、Al(OH)3。若NaOH过量，则Al(OH)3会转化为NaAlO2。(3)该反应为氧化还原反应，根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质，然后配平化学方程式。(4)生成CuAlO2的物质的量为＝50 mol，据Al元素守恒可知，至少需要Al2(SO4)3的物质的量为25 mol，则需溶液体积为25 L。(5)CuSO4从饱和溶液中结晶生成CuSO4·5H2O(胆矾)，由CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为蒸发结晶、过滤、洗涤和干燥。 练出高分 1．铁是人类应用较早，当前应用量最大的金属元素。下列有关铁及其化合物的有关说法中正确的是 ( ) A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4 B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2 C．除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入铁粉，然后过滤 D．Fe3＋与KSCN产生血红色沉淀 答案 C 解析 赤铁矿的主要成分是Fe2O3；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2；＋3价铁离子遇KSCN溶液变为血红色，但没有沉淀产生，一般可以用此方法检验＋3价铁离子的存在。 2．下列中学常见实验的现象或表述正确的是 ( ) A．过量的铁投入到一定量的稀硝酸中，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液显血红色 B．制备氢氧化亚铁时，向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁 C．检验红砖中的氧化铁成分，向红砖粉末中加入盐酸，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液2～3滴即可 D．向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后，将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸一会，然后冷却、过滤，滤纸上的物体为"蓝色固体" 答案 C 解析 过量的铁粉与一定量的稀硝酸反应最终生成的是Fe2＋，A错误；制备氢氧化亚铁应避免被氧气氧化，向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时应把胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌，B错误；CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后生成Cu(OH)2沉淀，加热后过滤，滤纸上留有的是CuO，D错误。 3．在含有Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、NH的稀溶液中加入足量Na2O2固体，充分反应后，再加入过量稀盐酸，完全反应，则离子数目没有变化的是 ( ) A．Fe3＋、Al3＋ B．Al3＋ C．Fe2＋、NH D．Fe3＋ 答案 B 解析 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，Fe2＋转变为Fe3＋，Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀析出，Al3＋转变为AlO，NH转变为NH3气体，NH减少；没有过滤，再加入过量稀盐酸，Fe(OH)3沉淀转变为Fe3＋，所以Fe2＋减少，Fe3＋增多，AlO再转变为Al3＋，几乎不变。 4．下列说法正确的是 ( ) A．Fe在一定条件下与水反应生成H2和Fe(OH)3 B．Fe3O4溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液，溶液显血红色 C．FeCl2溶液蒸干灼烧后得到FeCl2固体 D．将FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液中可制备Fe(OH)3胶体 答案 B 解析 高温下铁与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，A项错；Fe3O4溶于盐酸生成Fe3＋和 Fe2＋，B项正确；FeCl2易水解，在空气中蒸干灼烧产物为Fe2O3，C项错；将FeCl3饱和 溶液滴入NaOH溶液中，得到Fe(OH)3沉淀而不是胶体，故D错误。 5．在含有下列离子组的溶液中，加入Fe(NO3)2固体后，仍然能够大量共存的离子组是( ) A．K＋、SO、NH、CO B．K＋、Ba2＋、OH－、Cl－ C．Na＋、H＋、Cl－、SO D．Na＋、Mg2＋、Cl－、NO 答案 D 解析 A中CO和Fe2＋不能大量共存；B中Fe2＋和OH－不能大量共存；C中H＋、NO和Fe2＋因发生氧化还原反应而不能大量共存。 6．已知酸性条件下有如下反应：2Cu＋===Cu2＋＋Cu。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物做了验证，实验操作和实验现象记录如下： 加入试剂 稀硫酸 浓硫酸、加热 稀硝酸 浓硝酸 实验现象 红色固体和 蓝色溶液 无色气体和 蓝色溶液 无色气体和 蓝色溶液 红棕色气体和蓝色溶液 由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是 ( ) A．Cu B．Cu2O C．一定有Cu，可能有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu 答案 D 解析 H2还原CuO生成红色固体，可能是Cu和Cu2O中的一种或两种，产物中加入稀H2SO4溶液变蓝和得到红色固体，证明产物中含Cu2O，在酸性条件下2Cu＋===Cu2＋＋Cu，故不能证明产物中是否含有Cu。 7．在含有FeCl3和BaCl2的酸性溶液中，通入足量的SO2后有白色沉淀生成，过滤后，向溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，下列叙述不正确的是 ( ) A．白色沉淀是BaSO4和BaSO3 B．溶液的酸性增强 C．白色沉淀是BaSO4 D．FeCl3全部被还原为FeCl2 答案 A 解析 Fe3＋具有氧化性，通入足量SO2后发生氧化还原反应，Fe3＋全部被还原为Fe2＋，所以向溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，同时SO2被氧化为SO，白色沉淀是BaSO4。依据2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋可知溶液酸性增强，B、C、D正确；因为溶液呈酸性，一定不会生成BaSO3沉淀，A错误。 8．通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是 ( ) 操作、现象 解释 A 向KI-淀粉溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝 Fe3＋能与淀粉发生显色反应 B 把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点 铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3 C 向稀硝酸中加入少量铁粉，有气泡产生 说明Fe置换出硝酸中的氢，生成了氢气 D 新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色 说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3 答案 D 解析 A项中Fe3＋将I－氧化为I2，淀粉遇碘变蓝；B项中红棕色斑点是Fe2O3；C项中铁与稀硝酸反应产生的气体为NO。 9．将3.48 g四氧化三铁完全溶解在100 mL 1 mol·L－1的硫酸中，然后加入K2Cr2O7溶液 25 mL，恰好使溶液中的Fe2＋全部转化为Fe3＋，Cr2O全部转化为Cr3＋，则K2Cr2O7溶液的物质的量浓度是 ( ) A．0.05 mol·L－1 B．0.1 mol·L－1 C．0.2 mol·L－1 D．0.3 mol·L－1 答案 B 解析 可以把Fe3O4看作FeO·Fe2O3，则n(Fe3O4)＝n(FeO)＝n(Fe2＋)，依次可知，在反应中Fe2＋－e－(－e－知)Fe3＋，Cr2O＋2×3e－(＋2×3e－反)2Cr3＋，若设K2Cr2O7溶液的物质的量浓度为c，则根据得失电子守恒有：×1＝c×0.025 L×6，解得c＝0.1 mol·L－1。 10．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＋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物质的量浓度之比为 ( ) A．1∶1∶1 B．1∶3∶1 C．3∶3∶8 D．1∶1∶4 答案 D 解析 据氧化性由强到弱的顺序HNO3>Fe3＋>Cu2＋，可知随铁粉的增加，反应的方程式分别为 4HNO3(稀)＋Fe===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O 4 mol 1 mol 1 mol 2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2 2 mol 1 mol 3 mol Cu(NO3)2＋Fe===Fe(NO3)2＋Cu 1 mol 1 mol 1 mol 所以原溶液中，Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为(2 mol－1 mol)∶1 mol∶ 4 mol＝1∶1∶4。 11．根据下列框图回答问题(答题时，方程式中的M、E用所对应的元素符号表示)： (1)写出M溶于稀硫酸和H2O2混合液的化学方程式________________________。 (2)某同学取X的溶液，酸化后加入KI-淀粉溶液，变为蓝色。写出与上述变化过程相关的离子方程式________________________、________________________。 (3)写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式_________________________________。 答案 (1)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O (2)4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2 (3)10KOH＋3Cl2＋2Fe(OH)3===2K2FeO4＋6KCl＋8H2O 解析 该题入手点是物质的颜色，红色金属M与硫酸反应生成蓝色溶液，所以M为金属铜。金属E与CuSO4溶液发生置换反应，所以金属E的活动性强于Cu的，且根据图示可知Y溶液与KSCN形成血红色溶液，所以E为铁。Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，在酸性条件下，氧气氧化Fe2＋生成Fe3＋。Y溶液中也含有Fe3＋，所以Z为Fe(OH)3，氯气具有强氧化性，在碱性条件下＋3(＋3具) (OH)3被氧化成K2＋6(＋6成)O4。 12．碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。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如表所示。 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀 2.3 7.5 3.4 完全沉淀 3.2 9.7 4.4 回答下列问题。 (1)加入少量NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的____沉淀，该工艺中"搅拌"的作用是__________。 (2)在实际生产中，反应Ⅱ中常同时通入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________． (3)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2＋可部分水解生成聚合离子Fe2(OH)。该水解反应的离子方程式为__________________ (4)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________(填字母序号)。 A．氯水 B．KSCN溶液 C．NaOH溶液 D．酸性KMnO4溶液 答案 (1)Al3＋ 加快反应速率 (2)氧化剂 2 mol (3)2Fe(OH)2＋＋2H2OFe2(OH)＋2H＋ (4)D 解析 (1)废铁屑中含有氧化铝，反应Ⅰ中引入了杂质Al3＋，加入NaHCO3调节pH至4.4可使Al3＋完全沉淀。"搅拌"的目的是使反应物充分接触，从而加快化学反应速率。 (2)硫酸亚铁溶液中加入NaNO2得到Fe(OH)SO4，铁的化合价升高而N的化合价降低，故NaNO2在反应中作氧化剂。1 mol O2可得到4 mol电子，1 mol NaNO2可得到1 mol电子，标况下11.2 L O2的得电子能力与2 mol NaNO2相当。(4)Fe2＋能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故可用酸性KMnO4溶液检验产品中是否含有Fe2＋。 13．某校探究性学习小组用已部分生锈的废铁屑制作印刷电路板的腐蚀剂，并回收铜。探究过程如下： 请回答下列问题： (1)步骤①中先加入热的Na2CO3溶液除油污，操作甲的名称是________。 (2)步骤②中，除发生反应Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑外，其他可能反应的离子方程式为___________________。 (3)溶液C的颜色是________，溶液D中可能含有的金属阳离子有________。 (4)可以验证溶液B中是否含有Fe2＋的一种试剂是______(填选项序号)。 a．稀硫酸 b．铁 c．硫氰化钾 d．酸性高锰酸钾溶液 (5)操作乙的名称是________，步骤⑤产生金属铜的化学方程式为______________。 答案 (1)过滤 (2)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ (3)棕黄色 Fe2＋、Cu2＋、Fe3＋ (4)d (5)通电 CuCl2通电(通电l)Cu＋Cl2↑ 14．某废金属屑中主要成分为Cu、Fe、Al，还含有少量的铜锈[Cu2(OH)2CO3]、少量的铁锈和少量的氧化铝，用上述废金属屑制取胆矾(CuSO4·5H2O)、无水AlCl3和铁红的过程如下图所示： 请回答： (1)在废金属屑粉末中加入试剂A，生成气体1的反应的离子方程式是_____________。 (2)溶液2中含有的金属阳离子是__________；气体2的成分是__________。 (3)溶液2转化为固体3的反应的离子方程式是___________________________。 (4)利用固体2制取CuSO4溶液有多种方法。 ①在固体2中加入浓H2SO4并加热，使固体2全部溶解得CuSO4溶液，反应的化学方程式是______________________________________________________________________。 ②在固体2中加入稀H2SO4后，通入O2并加热，使固体2全部溶解得CuSO4溶液，反应的离子方程式是______________________________________________________。 (5)溶液1转化为溶液4过程中，不在溶液1中直接加入试剂C，理由是_____________。 (6)直接加热AlCl3·6H2O不能得到无水AlCl3。SOCl2为无色液体，极易与水反应生成HCl和一种具有漂白性的气体。AlCl3·6H2O与SOCl2混合加热制取无水AlCl3，反应的化学方程式是_____________________________________________________________。 答案 (1)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ (2)Fe2＋ CO2和H2 (3)4Fe2＋＋8OH－＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3↓ (4)①Cu＋2H2SO4(浓)△(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O ②2Cu＋4H＋＋O2△(△u)2Cu2＋＋2H2O (5)若在溶液1中直接加入盐酸，会使溶液4中混有试剂A中的阳离子(如Na＋等)，而不是纯净的AlCl3溶液 (6)AlCl3·6H2O＋6SOCl2△(△O)AlCl3＋12HCl↑＋6SO2↑ 解析 由溶液1和CO2反应可知试剂A为NaOH溶液；溶液1为NaAlO2，固体4为Al(OH)3，溶液4为AlCl3溶液；固体1为Cu、Fe、Cu2(OH)2CO3、铁锈，由固体2最终到胆矾可知固体2为Cu，试剂B为非氧化性酸，溶液2为Fe2＋、气体2为CO2[Cu2(OH)2CO3与酸反应生成]和H2，溶液2到固体3有空气存在所以应该生成Fe(OH)3。 1 |
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