2020届高考化学一轮复习铁、铜及其重要化合物学案

2020届高考化学一轮复习铁、铜及其重要化合物学案

铁、铜及其重要化合物 知识体系 ‎　‎ ‎(1)NO3-与Fe2+在酸性条件下，不能共存。‎ ‎(2)过量的Fe与硝酸作用，或在Fe和Fe2O3的混合物中加入盐酸，要注意产生的Fe3+还可以氧化单质Fe这一隐含反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+。‎ ‎(3)注意FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得剩余固体的区别。FeCl3溶液加热浓缩时，因Fe3+水解和HCl的挥发，得到的固体为Fe(OH)3，如灼烧后得到红色的Fe2O3固体。但Fe2(SO4)3溶液蒸干时，因硫酸是难挥发性酸，将不能得到Fe(OH)3固体。‎ ‎(4)注意亚铁盐及Fe(OH)2易被空气中氧气氧化成三价铁的化合物。如某溶液中加入碱溶液后，最终得到红褐色沉淀，并不能断定该溶液中一定含有Fe3+，而也可能含有Fe2+。‎ ‎(5)注意铁单质与强氧化性物质反应时，也有生成二价铁化合物的可能性。反应中若铁为足量，最终铁元素将以二价铁形式存在，因为2Fe3++Fe=3Fe2+。‎ 基础过关 第1课时 铁和“铁三角”‎ ‎1．铁的氧化物的比较 化学式 FeO ‎ Fe2O3‎ Fe3O4‎ 俗称 ‎—‎ 铁红 磁性氧化铁 色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 价态 ‎+2‎ ‎+3‎ ‎1/3正2价，2/3正3价 水溶性 不溶 不溶 不溶 与酸的反应 FeO+2H+===Fe2++H2O 遇氧化性酸生成Fe3+ 盐 Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O 与CO的反应 高温 FexOy+yCO===xFe+yCO2‎ ‎2．Fe2+ 和Fe3+ 的比较 Fe2+‎ Fe3+‎ 水合离子颜色 浅绿色 棕黄色 氧化还原性 既有氧化性，又有还原性 只有氧化性 水解性 Fe2+ +2H2O←→Fe（OH）2+2H+‎ Fe3+ +3H2O←→Fe（OH）3+3H+‎ 与碱的反应 Fe2+ +2OH—=== Fe（OH）2 ↓‎ Fe3+ +3OH—=== Fe（OH）3 ↓‎ ‎3．Fe（OH）2与Fe（OH）3的比较 Fe（OH）2‎ Fe（OH）3‎ 颜色状态 白色固体 红褐色固体 水溶性 不溶 不溶 稳定性 易氧化为Fe（OH）3，空气中加热得不到FeO 较稳定： ∆‎ Fe（OH）3== Fe2O3+3H2O 与酸的反应 Fe（OH）2+2H+=== Fe2+ +3H2O ‎ ‎ Fe（OH）3+3H+=== Fe3+ +3H2O 制法 在隔绝O2的条件下Fe2+与碱反应 Fe3+与碱反应 ‎4.铁三角：‎ 注：（1）一般是指Zn .Al .CO. H2. 等还原剂。‎ ‎（2）是指H+. S. I2‎. Cu2+. Fe3+.等氧化剂.‎ ‎（3）（5）是指Cl2. Br2. O2. HNO3. KMnO4等氧化剂.‎ ‎（4）一般是指Fe. Cu. HI. H2S.等还原剂.‎ ‎（6）是指Zn. Al. CO. H2. 等还原剂。‎ 根据铁三角有关（1）---(6)的化学方程式如下。‎ ‎△‎ ‎△‎ ‎(1)FeCl2+Zn=ZnCl2+Fe 3FeCl2+2Al=2AlCl3+3Fe ‎ ‎△‎ ‎△‎ ‎ FeO+CO===Fe+CO2 FeO+H2===Fe+H2O ‎ ‎(2)Fe+2H+=Fe2++H2↑ Fe+S===FeS Fe+I2===FeI2 ‎ Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+‎ ‎(3)2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- 2Fe2++Br2=2Fe3++2Br- 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O 5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O ‎ ‎(4) 2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+ Fe3++Fe=3Fe2+ ‎ 点燃 ‎ 2Fe3++2I-=2Fe2++I2↓ 2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+ ‎ 高温 ‎(5)2Fe+3Cl2===2FeCl3 2Fe3++Br2==2FeBr3 ‎ 高温 Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 4Fe+3O2(纯)====2Fe2O3 ‎ 加热 加热 ‎(6) 2Fe3++3Zn（足）=3Zn2+2Fe Fe3++Al=Al3++Fe Fe2O3+2Al===Al2O3+2Fe Fe2O3+3CO====2Fe+3CO2 Fe2O3+3H2====2Fe+3H2O ‎5.检验Fe3+.常用方法有：‎ ‎（1）向未知溶液滴入少量KSCN溶液呈血红色。‎ ‎（2）向未知溶液滴入少量苯酚溶液呈紫色。‎ ‎（3）向未知溶液中滴入少量NaOH溶液呈红褐色。‎ ‎6.检验Fe+.是向未知溶液滴入少量KSCN溶液呈无色，继续滴入少量氯水呈血红色。‎ 典型例题 ‎【例1】能正确表示下列反应的离子方程式是 A．将铜屑加入溶液中：‎ B．将磁性氧化铁溶于盐酸：‎ C．将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合：‎ D．将铁粉加入稀硫酸中：‎ ‎【解析】A正确，符合3个守恒；B错误，电荷不守恒，Fe3O4中Fe有两种价态，正确应该为：Fe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O；C错误，得失电子不守恒，电荷不守恒；正确的应为：3Fe2＋＋NO3－＋4H＋=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O；D错误，不符合客观实际，反应后铁只能产生Fe2＋和H2；‎ ‎【答案】A ‎【命题意图】考查离子方程式的正误判断方法！‎ ‎【点评】离子方程式正误判断是个老生常谈的问题了，本题出得太没有创意了，如D这是个重现率很高的的经典错误，考生绝对做过原题！B项也见得多，一般考查不是用盐酸而是用氢碘酸，有些专家多次指出，磁性氧化铁不溶于任何酸，这样的典型错误在高考题中再次出现，这道题就没什么意思了！A直接取材于课本第二册，C选项，考生也绝对做过，都是太常见不过了！‎ ‎【例2】由5mol Fe2O3、4mol Fe3O4和3mol FeO组成的混合物，加入纯铁1mol并在高温下和Fe2O3反应。若纯铁完全反应，则反应后混合物中FeO与Fe2O3的物质的量之比可能是 A．4:3 B．3:‎2 C．3:1 D．2:l 答案：BC 解析：此题考查了化学计算知识。分析题给混合物和高温下发生的反应，可知当Fe2O3+Fe=3FeO时，反应后混合物中含有6molFeO、4molFe2O3，则FeO与Fe2O3的物质的量之比为：3:2；当发生反应：Fe2O3+Fe+FeO=Fe3O4时，反应后混合物中含有2molFeO、4molFe2O3‎ ‎，则FeO与Fe2O3的物质的量之比为：1:2；当两反应均存在时，FeO与Fe2O3的物质的量之比处于两着之间，故BC可能。‎ 知识归纳：极端假设法是指根据已知的条件，把复杂问题假设为处于理想的极端状态，站在极端的角度去分析、考虑问题，使其因果关系显得十分明显、简单，从而迅速地作出正确判断的方法。比如此题中我们就假设了两个极端，首先确定两个极端，然后确定范围，最后选择。‎ ‎【例3】工业上常用铁质容器盛装冷浓酸。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：‎ ‎[探究一]‎ ‎（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移人硫酸铜溶液中，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6．‎0g放入15．0ml．浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y。‎ ‎①甲同学认为X中除外还可能含有。若要确认其中的，应先用 选填序号）。‎ a．KSCN溶液和氯水 b．铁粉和KSCN溶液 c．浓氨水 d．酸性溶液 ‎②乙同学取336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：‎ 然后加入足量溶液，经适当操作后得干燥固体2．‎33g。由于此推知气体Y中的体积分数为 。‎ ‎[探究二]‎ 分析上述实验中体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含量有和Q气体。为此设计了下列探究实验状置（图中夹持仪器省略）。‎ ‎（3）装置B中试剂的作用是 。‎ ‎（4）认为气体Y中还含有Q的理由是 （用化学方程式表示）。‎ ‎（5）为确认Q的存在，需在装置中添加M于 （选填序号）。‎ ‎ a． A之前 b．A-B间 c．B-C间 d．C-D间 ‎（6）如果气体Y中含有，预计实验现象应是 。‎ ‎（7）若要测定限定体积气体Y中的含量（标准状况下约有28ml ），除可用测量体积的方法外，可否选用质量称量的方法？做出判断并说明理由 。‎ 解析: （1）铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化阻止反应进一步进行 ‎ ‎（2）+2价亚铁离子能使算话的高锰酸钾褪色，溶液中已经有+3价铁离子，选择a会造成干扰，选c会造成两种沉淀，受氢氧化铁颜色的影响无法辨别 ‎（3）A除去，B可以检验A中是否完全除去 ‎ ‎（4）‎ ‎（5）Q为，他与二氧化硫一样都能使澄清石灰水便浑浊，选择a或b受二氧化硫的影响无法判断Q的存在；选择d，Q被碱石灰吸收 ‎（6）氢气还原氧化铜会生成水蒸气能使白色的硫酸铜粉末变蓝 ‎（7）中学阶段的质量称量选择托盘天平，分度值‎0.1g，无法精确称量出差量。‎ 答案：‎ ‎（1）铁钉表面被钝化（或其他合理答案）‎ ‎（2）①d ②66.7%（或其他合理答案）‎ ‎（3）检验是否除尽 ‎（4）‎ ‎（5）c ‎（6）D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝 ‎（7）否，用托盘天平无法称量D或E的差量 ‎ 可，用分析天平称量D或E的差量 ‎【例4】‎ 四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3,Ti的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下： ‎ 请回答下列问题：硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是____________________________________。‎ （1） 向滤液I中加入铁粉，发生反应的离子方程式为：_________________________、____________________。‎ （2） 在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_______________________________________________。‎ 过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、___________、______________、_______________________（填化学式），减少废物排放。‎ ‎（4）A可用于生产红色颜料（Fe2O3）,其方法是：将‎556a kgA（摩尔质量为‎278 g/mol）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336b kg A和‎112c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料_______________________kg。‎ 答案：(1) 或 ‎(2) ‎ ‎(3) 加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低浓度促进钛盐水解 ‎ ‎ ‎(4) ‎ 解析：本题属于化工生产流程题。（1）考查酸的通性，可以与金属氧化物反应，又知道TI的化合价，可以写出化学方程式。（2）加入浓硫酸后，浓硫酸可以氧化亚铁离子，再加入铁粉，铁粉可以还原铁离子。除此外，铁粉还可以与溶液中的H+反应、（3）考查了影响盐类水解的因素。（4）考虑最后溶质是只有硫酸钠和硫酸铁，根据开始加入A为‎2a×103mol加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应.,说明加入氢氧化钠的物质的量为‎4a×103mol，后来又加入12b×103mol的A，和‎2c×103mol的铁。根据电荷守恒，溶质中硫酸钠消耗硫酸根离子为‎2a×103mol，。而溶液中加入的硫酸根离子物质的量共计为（‎2a+12b）×103mol,这样剩下的硫酸根就与铁离子结合。可知消耗铁离子为8b×103mol,根据铁元素守恒。nFe=(‎2a+4b+‎2c) ×103mol,n Fe2O3=(a+2b+c) ×103mol,计算得mFe2O3=kg.‎ ‎【例5】钢铁生锈过程发生如下反应：‎ ‎ ①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2；‎ ‎ ②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；‎ ‎ ③2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。‎ ‎ 下列说法正确的是 （ ）‎ ‎ A．反应①、②中电子转移数目相等 ‎ B．反应①中氧化剂是氧气和水 ‎ C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 ‎ D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 答案 A ‎ 解析 ①②反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。①中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。‎ 基础过关 第2课时 铜及其化合物 有关1～17的化学方程式.如下：‎ ‎△‎ ‎ ‎ ‎△‎ ‎ ‎ 1. ‎2Cu+S ==== Cu2S ‎2.Cu+2H2SO4(浓) ===== CuSO4+SO2↑+H2O 电解 ‎3. CuSO4+Zn ==== ZnSO4+ Cu CuSO4+Fe ==== FeSO4+ Cu ‎4. CuCl2+Fe ==== FeCl2+ Cu CuCl2 ===== Cu+Cl2‎ 点燃 ‎ ‎ ‎5. Cu+Cl2 ===== CuCl2‎ ‎△‎ ‎ ‎ ‎6. 2Cu+O2+H2O+CO2 ===== Cu2(OH)2CO3‎ ‎△‎ ‎ ‎ ‎7. Cu2(OH)2CO3 ===== 2CuO+CO2↑+H2O↑‎ ‎△‎ ‎ ‎ ‎△‎ ‎ ‎ ‎8. 2Cu+O2 ==== 2CuO ‎9. CuO+CO ==== Cu+CO2 CuO+H2 ==== Cu+H2O ‎10. Cu(NO3)2+Zn ==== Zn(NO3)2+Cu ‎11. 3Cu+8HNO3 (稀) ==== 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ‎△‎ ‎ ‎ ‎12. CuO+2HNO3 ==== Cu(NO3)2+H2O ‎13. 2Cu( NO3)2 ==== CuO+4NO2↑+O2↑‎ ‎14. Cu(NO3)2+2NaOH ==== Cu(OH)2↓+2NaNO3‎ ‎△‎ ‎ ‎ ‎15. Cu(OH)2+2HNO3 ==== Cu(NO3)2+2H2O ‎△‎ ‎ ‎ ‎16. 2 Cu(OH)2+R-CHO—→R- COOH+ Cu2O↓+2H2O ‎17. Cu(OH)2 ==== CuO+H2O 典型例题 ‎【例1】下列叙述正确的是 A．Li在氧气中燃烧主要生成 B．将SO2通入溶液可生成沉淀 C．将CO2通入次氯酸钙溶液可生成次氯酸 D．将NH3通入热的CuSO4溶液中能使Cu2+还原成Cu ‎【解析】A错误，因为Li在空气中燃烧只能生成Li2O,直接取材于第一册课本第二章第三节； B错误，酸性：HCl＞H2SO3＞H2CO3所以通入后无BaSO3沉淀，因为BaSO3+2HCl=BaCl2+H2O+SO2↑；D错误，溶液中该反应难以发生，先是：2NH3+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+(NH4)2SO4,接着Cu(OH)2CuO+H20,溶液中NH3不能还原CuO为Cu,要还原必须是干燥的固态！C正确，强酸制弱酸，酸性：H2CO3＞HClO,反应为：CO2+H20+Ca(ClO)2=CaCO3↓+2HClO，直接取材于课本第一册第四章第一节；‎ ‎【答案】C ‎【命题意图】考查无机元素及其化合物，如碱金属，氯及其化合物，碳及其化合物，硫及其化合物，氮及其化合物等A、B、C选项直接取材于高一课本，D取材于高二第一章氮族。‎ ‎【点评】再次印证了以本为本的复习策略，本题四个选项就直接取材于课本，属于简单题，不重视基础，就有可能出错！‎ ‎【例2】出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是 （ ）‎ A. 锡青铜的熔点比纯铜高 B．在自然环境中，锡青铜中的锡对铜起保护作用 C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快 D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程 答案 BC 解析 锡青铜属于合金，根据合金的特性，熔点比任何一种纯金属的低判断A错；由于锡比铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，B正确；潮湿的环境将会加快金属的腐蚀速率，C正确；电化学腐蚀过程实质是有电子的转移，属于化学反应过程，D错。‎ ‎【例3】一水硫酸四氨合铜（Ⅱ）的化学式为[Cu(NH3)4]SO4·H2O是一种重要的染料及农药中间体。某学习小组在实验室以氧化铜为主要原料合成该物质，设计的合成路线为：‎ 相关信息如下：‎ ‎①[Cu(NH3)4]SO4·H2O在溶液中存在以下电离（解离）过程：‎ ‎[Cu(NH3)4]SO4·H2O＝[Cu(NH3)4]2++ +H2O ‎[Cu(NH3)4]2+ Cu2++4NH3‎ ‎②（NH4）2SO4在水中可溶，在乙醇中难溶。‎ ‎③[Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇·水混合溶剂中的溶解度随乙醇体积分数的变化曲线示意图如下：‎ ‎ ‎ 请根据以下信息回答下列问题： 图3‎ ‎（1）方案1的实验步骤为：‎ a. 加热蒸发 b. 冷却结晶 c. 抽滤 d. 洗涤 e. 干燥 ‎①步骤1的抽滤装置如图3所示，该装置中的错误之处是 ；抽滤完毕或中途停止抽滤时，应先 ，然后 。‎ ‎②该方案存在明显缺陷，因为得到的产物晶体中往往含有 杂质，产生该杂质的原因是 。‎ ‎（2）方案2的实验步骤为：‎ a. 向溶液C中加入适量 ，b. ，c. 洗涤，d. 干燥 ‎①请在上述内填写合适的试剂或操作名称。‎ ‎②下列选项中，最适合作为步骤c的洗涤液是 。‎ A. 乙醇 B. 蒸馏水 C. 乙醇和水的混合液 D. 饱和硫酸钠溶液 ‎③步骤d不宜采用加热干燥的方法，可能的原因是 。‎ 试题解析：‎ 本题所示的制取过程和课本的银铵溶液的配置过程类似。综合考察了过滤、抽滤实验、沉淀洗涤与干燥及结晶等实验操作与原理。‎ ‎（1）①漏斗口斜面反转才正确；先断开漏斗与安全瓶的连接，然后关闭水龙头。‎ ‎ ②含有CuSO4晶体杂质；加热蒸发时促进了[Cu(NH3)4]2+ 电离产生Cu2+。和[Cu(NH3)4]SO4·H2O电离产生的硫酸根离子在冷却结晶时析出CuSO4晶体杂质。‎ ‎（2）a. 向溶液C中加入适量（NH4）2SO4, 目的：促使NH3+H2O NH3H2O NH4++OH 向生成更多NH3的方向移动，抑制[Cu(NH3)4]2+ Cu2++4NH3。b.过滤。只要一般的过滤就可以。抽滤针对含结晶水的化合物不适用。‎ ‎②因[Cu(NH3)4]SO4·H2O在水溶液中可以完全电离，故，选择的洗涤剂为A. 乙醇。‎ ‎③加热干燥可以导致失去结晶水。‎ 教与学提示：‎ 实验、化学平衡移动、结晶方式这些内容都是和实验有密切联系的。在高考复习的教学中尽量还原、复原课本实验，尽量将课本实验综合化是重要的复习思路。‎