高考第一轮复习——铁铜的性质学案含答案

高考第一轮复习——铁铜的性质学案含答案

年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版 内容标题 高三第一轮复习：铁、铜的性质 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 铁、铜的性质 二. 教学目标 认识铁是一种较活泼的金属，了解铁的物理性质，掌握铁的化学性质；‎ 掌握铁的有关性质实验以及对实验现象的分析；‎ 通过演绎法去分析铜及其重要化合物的化学性质。‎ 三. 教学重点、难点 铁的性质及有关性质实验和实验现象的分析 四、教学过程：‎ ‎（一）铁及其化合物的性质 ‎1、铁在周期表中的位置及结构 铁位于第四周期第Ⅷ族，电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2‎ 原子结构示意图为 在化学反应中易失去两个或三个电子形成＋2或＋3价：Fe―2e―＝Fe2+；Fe―3e―＝Fe3+‎ ‎2、纯铁具有银白色光泽、密度大，熔沸点高，延展性、导电、导热性较好、能被磁铁吸引。纯铁的抗腐蚀能力很强，通常我们所见的铁中由于含有碳等物质，抗腐蚀能力较弱，易发生电化腐蚀。‎ 在酸性介质中发生：析氢腐蚀： 负极：Fe－2e－＝Fe2＋；正极反应为：2H＋+2e－＝H2； ‎ 在中性或碱性介质中发生：吸氧腐蚀：负极：Fe－2e－＝Fe2＋；正极反应为：2H2O＋O2＋4e- ＝4OH- ‎3、化学性质： 铁是较活泼的金属，易失去最外层和次外层的电子，常显+2、+3价，且Fe3+比Fe2+稳定。‎ ‎（1）与非金属反应：铁与强氧化剂反应生成＋3价铁的化合物，与弱氧化剂反应生成＋2价铁的化合物。如：‎ ‎3Fe+2O2Fe3O4；2Fe+3Cl22FeCl3；Fe+‎SFeS ‎（2）与水反应：铁在加热至红热时能与水蒸气发生反应。‎ ‎3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2 ‎ 常温下，铁与水不起反应，但在水和空气里O2、CO2等共同作用下，铁易被腐蚀。‎ ‎（3）与酸反应：非氧化性酸：Fe+2H+=Fe2++H2↑‎ 氧化性酸：常温下，铁遇浓硫酸、浓硝酸会钝化，加热条件下可发生氧化还原反应。‎ Fe+4HNO3（过量）=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O ‎3Fe（过量）+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O Fe+6HNO3（浓）Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O ‎（4）与盐溶液反应：Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu；Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋‎ ‎4、铁的重要化合物：‎ 铁的氧化物 名称 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁 化学式 FeO Fe2O3‎ Fe3O4‎ 价态 ‎+2‎ ‎+3‎ ‎+2、+3‎ 俗名 铁红 磁性氧化铁 名称 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁 色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 溶解性 不溶于水 与HCl反应 ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 与HNO3反应 ‎④‎ ‎⑤‎ ‎⑥‎ 与HI反应 ‎⑦‎ ‎⑧‎ ‎⑨‎ 特性 不稳定。在空气中加热，易被氧化成四氧化三铁。‎ 用作油漆的颜料等 具有磁性 ‎①FeO+2H+==Fe2++H2O ② Fe2O3+6H+==2Fe3+ + 3H2O ‎③Fe3O4+8H+==Fe2+ +2Fe3+ +4H2O ④ 3FeO+10HNO3==3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O ‎⑤Fe2O3+6H+==2Fe3+ + 3H2O ⑥ 3Fe3O4+28HNO3==9Fe(NO3)3+NO↑+14H2O ‎⑦FeO+2H+==Fe2++H2O ⑧ Fe2O3+6HI==2FeI2+I2+3H2O ‎⑨Fe3O4+8HI==3FeI2+I2+4H2O 铁的氢氧化物 名称 氢氧化亚铁 氢氧化铁 化学式 Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ 色态 白色固体 红褐色固体 溶解性 难溶于水 难溶于水 与HCl反应 Fe(OH)2+2H+=Fe2++ 2H2O Fe(OH)3+3H+=Fe3++ 3H2O 热稳定性 无O2条件下，生成FeO，有O2时 ‎4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3‎ 白色→灰绿色→红褐色 ‎2Fe(OH)3==Fe2O3 + 3H2O 制备 Fe2++ 2OH－==Fe(OH)2↓‎ Fe3++ 3OH－==Fe(OH)3↓‎ 说明：‎ ‎1、铁在化学反应中不仅可失去最外层的电子显＋2价，还可以失去部分次外层的电子显＋3价，当失去d能级中1个电子时，形成3d5的半充满状态，比较稳定，因此，铁的＋3价化合物较稳定。‎ ‎2、铁的三种价态之间的转变：铁三角之间的关系 ‎3、铁在冷的浓硝酸和浓硫酸中钝化，但在热的浓硫酸或浓硝酸中可以发生氧化还原反应。铁在稀硝酸中发生氧化还原反应时，铁元素的价态与铁和硝酸的量的多少有关，当铁过量时，生成＋2价铁，当硝酸过量时，生成＋3价铁。‎ ‎4、Fe2＋和Fe3＋的检验 ‎（1）观察法：其溶液呈棕黄色者是Fe3＋，呈浅绿色者是Fe2＋‎ ‎（2）H2S法：通入H2S气体或加入氢硫酸，有浅黄色沉淀析出者是Fe3+，无明显变化的是Fe2+。‎ ‎（3）KSCN法：加入KSCN或其它可溶性硫氰化物溶液，呈血红色者是Fe3+，无明显变化的是Fe2+。Fe3+＋3SCN－＝Fe(SCN)3 ‎ ‎（4）苯酚法：加入苯酚溶液，呈紫色者是Fe3+，无明显变化的是Fe2+。‎ Fe3+＋‎6C6H5OH → [Fe(C6H5O)6]3-＋6H+ ‎ ‎（5）碱液法：分别通入氨气或加入氨水或碱液，生成红褐色沉淀者是Fe3+，生成白色沉淀，并变为灰绿色，最终变成红褐色者是Fe2+。‎ ‎（6）淀粉KI试纸法：能使淀粉KI试纸变蓝者为Fe3+，无明显变化的是Fe2+。‎ ‎2Fe3+＋2I－＝2Fe2+ ＋I2‎ ‎（7）铜片法：分别加入铜片，铜片溶解且溶液变为蓝色者是Fe3+，无明显变化的是Fe2+。2Fe3+＋Cu＝2Fe2+＋Cu2+ ‎ ‎（8）KMnO4法：分别加入少量酸性KMnO4溶液，能使KMnO4溶液的紫红色变浅的是Fe3+，颜色基本无变化的是Fe2+：5Fe2+＋MnO4－＋8H+＝5Fe3+＋Mn2+＋4H2O 例1. 下列物质发生反应时其离子方程式正确的是 A. 铁与三氯化铁溶液反应：Fe＋Fe3+＝2Fe2+‎ B. 足量的氯气通入溴化亚铁溶液中：2Fe2+＋4Br－＋3Cl2＝2Fe3+＋2Br2＋6Cl－‎ C. Fe(OH)3跟盐酸反应：Fe(OH)3＋3H+＝Fe3+＋3H2O D. FeS跟稀硝酸反应：FeS＋2H+＝Fe2+＋H2S 解析：离子方程式判断正误，主要从元素守恒、电荷守恒、得失电子守恒以及是否符合题意、是否局部化简等角度分析：A中电荷和得失电子均不守恒，不正确；B、C正确；D中－2价的S和Fe2+都具有强的还原性，都能被硝酸氧化成高价的物质，故D错误。‎ 答案：BC 例2. 适量铁粉与稀硝酸恰好完全反应，则铁粉与HNO3的质量比不可能为:‎ A. 1∶3 B. 3∶‎1 ‎ C. 2∶9 D. 1∶4‎ 解析：铁与稀硝酸反应的规律：‎ 硝酸过量时按：①Fe＋4HNO3＝Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O 铁过量时按：②3Fe＋8HNO3＝3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O ‎⑴当铁和硝酸的物质的量之比≤1：4，或质量比≤2：9时，按反应①式进行；‎ ‎⑵当铁和硝酸的物质的量之比≥3：8，或质量比≤1：3时，按反应②式进行；‎ ‎⑶当1：4≤铁和硝酸的物质的量之比≤3：8时，或质量比在2：9到1：3之间时，按反应①、②式进行，此时，同时生成了Fe（NO3）2和Fe（NO3）3铁粉和硝酸都完全反应。综上所述，本题的答案为B 答案：B 例3. 将‎13.92克Fe3O4溶于过量稀H2SO4中，再加入0.2mol/LK2Cr2O7溶液50mL，恰好使溶液中不再含有Fe2＋，则K2Cr2O7的还原产物中Cr元素的化合价为：‎ A. ＋6 B. ＋‎3 ‎ C. ＋2 D. ＋1‎ 解析：本题考查的是Fe2+和Fe3+之间的相互转化。在酸性条件下K2Cr2O7氧化Fe2+生成Fe3+，Fe2+失去的电子总数＝K2Cr2O7得到的电子总数。由于Fe3O4可以看成是Fe2O3·FeO，则‎13.92克Fe3O4含有的Fe2+总量为‎13.92g/‎232g/mol＝0.06mol，转移的电子总数为0.06mol，0.2mol/L×0.05LK2Cr2O7得到的电子总数＝0.06mol，则还原产物中Cr元素的化合价为＋3价 答案：B 例4. 图为制备Fe(OH)2实验的改进装置，使用该装置将能在较长时间内观察到白色絮状沉淀。‎ ‎⑴ 如何操作该装置才能得到Fe(OH)2？‎ ‎⑵ 解释为何能在较长时间内观察到Fe(OH)2白色沉淀。‎ 解析：Fe(OH)2露置于空气中迅速被空气中的氧气氧化生成红褐色的Fe(OH)3，因此，在制备过程中一定要防止空气等氧化剂进入，以防Fe(OH)2被氧化。在上图装置中，打开止水夹a利用稀硫酸与铁反应产生H2和FeSO4溶液，用H2赶跑装置中的空气，然后再关闭止水夹a，利用H2产生的压力将FeSO4溶液压入B装置中与NaOH作用产生白色的Fe(OH)2沉淀，由于在制备过程中排除了空气的干扰，因此，产生的Fe(OH)2白色沉淀可以保存较长时间。‎ 答案：（1）打开止水夹a利用稀硫酸与铁反应产生H2和FeSO4溶液，用H2‎ 赶跑装置中的空气，然后再关闭止水夹a，利用H2产生的压力将FeSO4溶液压入B装置中与NaOH作用产生白色的Fe(OH)2沉淀 ‎（2）利用H2赶跑装置中和溶液中的空气，使得产生的Fe(OH)2白色沉淀与氧化剂不接触，不能发生氧化还原反应，所以能保存较长时间 例5. 某赤铁矿石经处理后检测只含有杂质CuO、FeO，化学研究性小组的同学取试样ag，在加热条件下用足量的CO将其充分还原后，得金属混合物‎10g，生成的CO2用过量的澄清石灰水吸收，得到‎20.0g沉淀。试回答：‎ ‎（1）a＝ g；‎ ‎（2）另取ag上述矿石试样溶于200mL 2.50mol/L的H2SO4溶液，充分反应后，则计算所得溶液中c（H+）= (忽略溶液体积的变化)。‎ ‎（3）将（2）所得溶液以惰性电极电解，当电路中通过0.2mol电子时，停止电解。试通过计算和推理判断电解过程中阴极上是否一定有金属析出。‎ 解析:（1）用CO还原金属氧化物时：CuO＋COCu＋CO2；FeO＋COFe＋CO2，CO接受一个O生成CO2，因此生成的CO2的物质的量就等于原金属氧化物中所含O的物质的量。根据题意，生成了0.2mol的CO2，说明原金属氧化物中含有0.2mol的O，即‎3.2g的O原子，则根据质量守恒定律可得试样的质量为：a＝‎‎13.2g ‎（2）样品溶于硫酸时，生成CuSO4和FeSO4，相当于原金属氧化物中的O被SO42－代替，则消耗的硫酸的物质的量＝原金属氧化物中O原子的物质的量＝0.2mol，则剩余硫酸的物质的量为‎0.2L×2.50mol/L－0.2mol＝0.3mol，则c（H+）＝0.3mol×2÷‎0.2L＝3mol/L；‎ ‎（3）假设‎13.2g固体全为FeO，则其物质的量为‎13.2g/‎88g/mol＝0.15mol，小于电路中通过的电子的电量，说明在溶液中肯定存在Cu2＋，在电解过程中在阴极肯定有Cu析出。‎ 答案：（1）a＝‎13.2g；（2）3mol/L；（3）肯定有金属析出 ‎（二）铜及其重要的化合物：‎ 铜位于第四周期第ⅠB族，电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1，铜是一种亮红色的固体，具有良好的导电导热性。铜在化学反应中易失去两个电子形成＋2价。‎ 铜的化学性质比较稳定，一般不与其他物质发生化学反应，利用铜的这一性质，古代人用铜制作货币。但铜在特定的条件下，也能被许多氧化性物质所氧化。如：‎ ‎1、铜在加热条件下与O2、S、Cl2等非金属单质化合：‎ ‎2Cu＋O22CuO；2Cu＋SCu2S；Cu＋Cl2CuCl2‎ 在潮湿空气中还可发生腐蚀生成绿色的铜锈：2Cu＋O2＋H2O＋CO2＝Cu2(OH)2CO3‎ ‎△‎ ‎2、铜与非氧化性酸一般不反应，但与强氧化性酸，则可以发生氧化还原反应，但无H2产生：如：Cu＋2＝CuSO4＋SO2↑＋2H2O ‎3、铜还可以与某些盐溶液反应：如：‎ ‎2FeCl3 ＋Cu＝2FeCl2＋CuCl2；Cu＋2AgNO3 ＝Cu（NO3）2 ＋2Ag ‎4、铜的冶炼：工业上，主要采用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜。这种方法冶炼的铜，其含量为99.5%~99.7%，还有Ag、Au、Fe、Zn等杂质。要达到电气化生产铜的要求，这种由黄铜矿高温冶炼的铜还必须经过电解精炼，电解精炼得到的铜，其含量高达99.95%~99.98%。‎ ‎5、铜及其化合物的相互转化关系：‎ 说明：‎ ‎1、铜在和强氧化性物质如：X2、O2等反应时生成＋2价，而在和S等弱氧化性物质反应时，则生成＋1价。铜可以和强氧化性酸反应，但不能与H+作用；‎ ‎2、CuO在高温下可以分解产生Cu2O和O2。在用H2还原CuO时，也可能产生少量的Cu2‎ O（红色）。在有H＋存在时不稳定：Cu2O＋2H＋＝Cu2＋＋Cu＋H2O，利用这一性质，可鉴别H2还原CuO的产物中是否存在Cu2O；‎ ‎3、铜可以与多种物质形成络合物，CuCl2在水溶液中存在如下平衡：‎ ‎［Cu(H2O)4］2＋＋4Cl－［CuCl4］2－＋4H2O，当浓度较大时，平衡正向移动，［CuCl4］2－增大，显绿色，浓度较稀时，平衡逆向移动，溶液显蓝色。‎ 向Cu2＋溶液中加入氨水，先生成蓝色沉淀，继续加入氨水，生成深蓝色溶液：‎ Cu2＋＋2NH3·H2O＝Cu(OH)2↓＋2NH4＋；Cu(OH)2＋4NH3·H2O＝［Cu(NH3)4］2＋＋4H2O ‎4、新制的Cu(OH)2可以和含有醛基的物质作用产生砖红色的Cu2O，利用这一性质可以鉴别含有醛基的物质。‎ CH3CHO＋2Cu(OH)2CH3COOH＋Cu2O＋2H2O 例6. 铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产对国计民生各个方面都产生了深远的影响。请完成下列各题：‎ ‎（1）在化学反应中，铜元素可表现为0、+1、+2价。‎ ‎①在西汉古籍中有记载：曾青得铁则化为铜（即曾青CuSO4跟铁反应就生成铜）。试写出该反应的化学方程式 。‎ ‎②铜器表面有时会生成铜绿Cu2（OH）2CO3，这层铜绿可用化学方法除去。试写出一个除去铜绿而不损坏器物的化学方程式 。‎ ‎（2）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‎1183.4℃‎，铁的熔点是‎1534.8℃‎）‎ 历史上的“青铜器时期”早于“铁器时期”，而近百年才大量使用铝制品，试分析人类使用这些金属的时间的事实与金属活泼性及冶炼难易的联系 ‎ 解析：西汉时期的“曾青得铁则化为铜”是湿法冶金术的先驱，Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu。当铜生成铜绿时，铜元素的化合价升高到+2，所以空气中必有氧化剂参加了反应。因铜在常温下不与稀硫酸反应，而铜绿则能与稀酸反应，所以可考虑用稀硫酸清洗。‎ ‎2Cu＋O2＋H2O＋CO2＝Cu2(OH)2CO3 ‎ Cu2(OH)2CO3＋4H+＝2Cu2+＋CO2↑＋3H2O 根据题给信息以及作货币的实际需要，选择铜作货币不仅是因为铜的熔点比较低，容易铸造成型，同时铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀，加上铜有迷人的光泽。‎ 答案：（1）①Fe＋CuSO4＝Cu＋FeSO4‎ ‎②2Cu＋O2＋CO2＋H2O＝Cu2(OH)2CO3‎ Cu2(OH)2CO3＋2＝2CuSO4＋CO2↑＋3H2O ‎（2）铜的熔点低，化学性质稳定，有迷人的光泽，易铸造。‎ 例7. 冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气（或氢气，或一氧化碳）法③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(I)火烧孔雀石炼铜；(II)湿法炼铜；现代有(III)铝热法炼铬；(IV)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是 A. (I)用① B. (II)用② C. (III)用③ D. (IV)用④‎ 解析：金属冶炼的方法很多：‎ ‎①电解法用于冶炼活泼性很强的金属元素，如金属钠、镁、铝等，‎ MgCl2Mg＋Cl2，2Al2O34Al＋3O2等；‎ ‎②热还原剂法，用于冶炼活泼性较强的金属，如：铁、铜、锌等金属：‎ CuO＋COCu＋CO2；Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；‎ ‎③铝热法，用于冶炼高熔点金属，如：铁、铬、钨等：‎ ‎2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，2Al＋WO3W＋Al2O3；‎ ‎④湿法冶金，利用金属活泼性顺序表，排在前面的金属可以把排在它后面的金属从它的盐溶液中置换出来（活泼性强的金属不与水作用），如：Fe＋CuSO4＝Cu＋FeSO4；‎ ‎⑤热分解法，用来冶炼活泼性很弱的金属，如Hg、Ag等金属：2HgO2Hg＋O2；‎ ‎⑥化学平衡法：如用来冶炼金属钾：Na(l)＋KCl(l) NaCl(l)＋K(g)，使生成的K从混合物中分离出来，平衡正向移动来制取金属钾。‎ 综上所述，(I)火烧孔雀石炼铜是热还原剂法(II)湿法炼铜是活泼金属置换法；(III)铝热法炼铬，是铝热法；(IV)从光卤石中炼镁是电解法。则本题中符合题意的是：AD 答案：BC 例8. 在一定条件下，可实现下图所示的物质之间的转化。‎ 试填写下列空白：‎ ‎（1）孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3，它受热易分解。上图中的F是 。‎ ‎（2）写出明矾溶液与过量的NaOH溶液反应的离子方程式 ‎（3）图中所得的C、D都是固体，混合后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式 。‎ ‎（4）B既可与盐酸反应，又可与NaOH溶液反应，离子方程式分别为 ‎（5）工业上用电解熔融的B来制单质D，每生成1 mol D的同时，可生成 mol E。‎ 解析：孔雀石高温分解：Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑；‎ 明矾主要成份为：KAl（SO4）2，它与过量NaOH溶液反应生成NaAlO2：‎ Al3＋＋4OH－＝AlO2－＋2H2O；‎ CO2可与NaAlO2溶液反应生成Al(OH)3：AlO2－＋2H2O＋CO2＝Al(OH)3＋HCO3－；‎ 生成的Al(OH)3高温分解产生Al2O3，电解熔融Al2O3制取金属铝：2Al2O3＝4Al＋3O2，生成的铝又可和CuO发生铝热反应，制取金属铜：3CuO＋2Al3Cu＋Al2O3。‎ 综上所述，可知框图中：A为NaAlO2；B为Al2O3；C为CuO；D为Al；E为O2；F为CO2。‎ 答案：⑴F为CO2；⑵Al3＋＋4OH－＝AlO2－＋2H2O；⑶3CuO＋2Al＝3Cu＋Al2O3；‎ ‎⑷Al2O3＋6H＋＝2Al3＋＋3H2O；Al2O3＋2OH－＝2AlO2－＋H2O；‎ ‎⑸根据反应式：2Al2O34Al＋3O2，可得每生成1molD的同时，可生成0.75mol的E（O2）。‎ 例9. 某化学课外小组用含铜96%的废铜屑制取胆矾（五水合硫酸铜）。将铜屑放入稀硫酸中，加热并不断鼓入空气，在氧气作用下便生成硫酸铜。‎ ‎（1）写出生成硫酸铜的化学方程式 。‎ ‎（2）现用‎1kg这种废铜屑理论上能制取胆矾多少千克？‎ ‎（3）将胆矾与生石灰、水按质量比依次为1：0.56：100混合配制成无机铜杀菌剂波尔多液。‎ ‎①此波尔多液中Cu2+离子和Ca2+离子的物质的量的比为 （最简整数比）‎ ‎②波尔多液有效成分的化学式可表示为CuSO4·xCu(OH)2·yCa(OH)2，此种配比当x=1时，试确定y的数值。‎ 解析：（1）铜与稀硫酸本身不反应，但在氧气存在，并加热的条件下，可反应生成CuSO4：‎ ‎2Cu＋O2＋2H2SO4＝2CuSO4＋2H2O ‎（2）在由铜转化为硫酸铜的过程中，铜元素守恒，则有：×250＝3.75（kg）‎ ‎（3）①混合体系中：Cu2+离子和Ca2+离子的物质的量的比＝硫酸铜的物质的量比生石灰的物质的量＝1/160:0.56/56＝2︰5‎ ‎②CuSO4＋Ca(OH)2＝Cu(OH)2＋CaSO4‎ 反应前 2 5 0 0‎ 反应后 1 4 1 1‎ ‎∴ CuSO4·Cu(OH)2·yCa(OH)2中 y＝4‎ 答案：⑴2Cu＋O2＋2H2SO4＝2CuSO4＋2H2O；⑵‎‎3.75kg ‎⑶①2︰5；②4‎