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1、第二單元鐵、銅的獲取及應(yīng)用,一 金屬 銅,二 鐵及其化合物,教材研讀,突破一 “鐵三角”的轉(zhuǎn)化關(guān)系,突破二 鐵與硝酸的反應(yīng)關(guān)系,重難突破,一、金屬銅 (一)金屬與合金 1.金屬元素包括部分主族元素、全部副族元素和第族元素,它們集中排在元素周期表的左下方。金屬元素的原子半徑比同周期的非金屬元素的原子半徑大,其原子的最外層電子數(shù)一般小于4,易失去最外層電子,形成金屬陽離子。,教材研讀,常溫下,除汞是液體外,其余金屬都是固體。大多數(shù)金屬呈銀白色,不透明,有光澤,有延展性,一般都是電和熱的良導(dǎo)體。,2.合金是金屬與金屬或金屬與非金屬熔合在一起而形成的具有金屬特性的物質(zhì),一般來說:它的熔點(diǎn)比成分金屬低,
2、硬度、強(qiáng)度比成分金屬大。,(二)金屬材料 1.分類 冶金 工業(yè),2.鋼和生鐵:含碳量不同的鐵合金。,3.幾種有色金屬材料 金、銀、銅是質(zhì)地柔軟的有色金屬,金呈金黃色,銀是具有金屬光澤的銀白色金屬,銅是硬度較小的紫紅色金屬。它們都具有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。,(三)銅的化學(xué)性質(zhì) 1.常溫下,銅在干燥的空氣中性質(zhì)穩(wěn)定,但在潮濕空氣里 則會(huì)銹蝕,在其表面逐漸形成一層綠色的銅銹。有關(guān)化學(xué)方程 式為2Cu+O2+H2O+CO2 Cu2(OH)2CO3。,2.在加熱條件下,銅能跟許多非金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式: 銅在空氣中加熱:2Cu+O22CuO; 銅絲在硫蒸氣中反應(yīng):2Cu+S
3、Cu2S。,3.銅及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化 黑色氧化銅在高溫下分解為紅色的Cu2O?；瘜W(xué)方程式 為4CuO2Cu2O+O2。 藍(lán)色的硫酸銅晶體受熱分解為白色的硫酸銅粉末。請寫 出有關(guān)的化學(xué)方程式:CuSO45H2OCuSO4+5H2O。,二、鐵及其化合物 1.鐵位于周期表中第四周期、第族,是一種應(yīng)用最廣泛的過渡金屬元素;鐵元素是一種變價(jià)金屬元素,常見化合價(jià)為+2價(jià)和+3價(jià);其原子結(jié)構(gòu)示意圖為。,3.鐵和O2在不同的條件下發(fā)生反應(yīng),所生成的氧化物不同,通常有FeO、Fe2O3、Fe3O4三種。其中氧化亞鐵是黑色粉末;氧化鐵是紅棕色粉末;四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體,它是一種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的氧化物,
4、可以看作FeOFe2O3,其中有1/3的鐵元素顯+2價(jià),有2/3的鐵元素顯+3價(jià)。,2.常溫下,鐵單質(zhì)比較活潑,具有較強(qiáng)的還原性,遇到一般的氧化劑(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)被氧化為+2價(jià),遇到強(qiáng)氧化劑(如 Cl2、Br2、HNO3等)被氧化為+3價(jià)。但在常溫下遇到濃硫酸或濃硝酸會(huì)發(fā)生鈍化。,4.Fe(OH)2是白色絮狀物,易被空氣中的氧氣氧化,生成Fe (OH)3,隨著生成物的量由少到多,顏色由白色變?yōu)榛揖G色, 最后全部變?yōu)榧t褐色。所以在制取Fe(OH)2時(shí)首先應(yīng)將Fe3+(被 溶于水溶液中的O2氧化所生成的)用Fe粉還原為Fe2+,然后將吸有 堿液的長滴管末端插入溶液內(nèi)
5、滴加。,5.Fe2+在水溶液中較易水解,使溶液變渾濁,Fe2+又易被氧化,生成 Fe3+,所以在配制FeCl2溶液時(shí),應(yīng)在水溶液中加少量的鹽酸 和鐵屑,以抑制Fe2+水解和防止其被氧化。,1.下列說法正確的是(B) A.Fe在足量Cl2中燃燒生成FeCl3,在少量Cl2中燃燒生成FeCl2 B.根據(jù)鐵與Cl2、S反應(yīng)的條件可以判斷氯元素和硫元素的非金屬性強(qiáng)弱 C.Fe分別與氯氣和鹽酸反應(yīng)所得氯化物相同 D.水溶液中Fe2+、H+、C、ClO-可以大量共存,2.下列各圖示中能較長時(shí)間看到Fe(OH)2白色沉淀的是(B) A.B. C.D.全部,3.下列有關(guān)銅的說法中,不正確的是(C) A.銅是一
6、種紫紅色金屬 B.銅是熱和電的良導(dǎo)體 C.銅在自然界中主要以單質(zhì)的形式存在 D.銅是人類使用最早、應(yīng)用最廣泛的金屬之一,4.下列有關(guān)高爐煉鐵的說法正確的是(A) A.焦炭和一氧化碳都作還原劑 B.用足量的焦炭可以得到純鐵 C.加石灰石的目的主要是提供更多的CO2 D.用鋁代替焦炭作還原劑可以節(jié)約資金,突破一“鐵三角”的轉(zhuǎn)化關(guān)系,重難突破,1.“鐵三角”之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,FeO+H2 Fe+H2O Fe+2HCl FeCl2+H2 2FeCl2+Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe 3FeCl2 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 2Fe+3Cl2 2FeCl3,2.Fe3+具有氧化性,可與I
7、-、S2-(H2S)、S(SO2、H2SO3)等常見的還原性 微粒反應(yīng)。Fe2+主要表現(xiàn)出還原性,可與HNO3、KMnO4、Cl2等常見的氧化性微粒反應(yīng)。,3.FeCl3變色總結(jié) (1)向FeCl3溶液中加幾滴KSCN溶液后,溶液呈血紅色; (2)FeCl3溶液能使紫色石蕊試液呈紅色; (3)FeCl3與NaOH溶液反應(yīng),生成紅褐色沉淀; (4)向FeCl3溶液中通入H2S氣體,生成淡黃色沉淀; (5)向FeCl3溶液中加入幾滴Na2S溶液,生成淡黃色沉淀,當(dāng)加入的Na2S溶液過量時(shí),又生成黑色沉淀; (6)向FeCl3溶液中加入過量Fe粉,溶液變成淺綠色;,(7)向FeCl3溶液中加入過量C
8、u粉,溶液變成藍(lán)綠色; (8)將FeCl3溶液滴入到淀粉碘化鉀溶液中,溶液變成藍(lán)色; (9)向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液,溶液變成紫色; (10)將FeCl3溶液滴入到AgNO3溶液中,生成白色沉淀; (11)將FeCl3溶液與NaHCO3溶液混合,放出氣體,生成紅褐色沉淀; (12)將飽和FeCl3溶液滴入沸水中,生成紅褐色Fe(OH)3膠體。,典例1從某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工業(yè)廢液中回收銅并制備氯化鐵晶體的流程如下:,下列說法正確的是(C) A.試劑a是鐵、試劑b是稀硫酸 B.操作、所用儀器相同 C.試劑c可以是H2O2溶液或氯氣 D.用酸性KMnO4溶液可檢驗(yàn)溶液W
9、中是否含有Fe2+,解析從含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工業(yè)廢液中回收銅,工業(yè)廢液中加入的試劑a為Fe,操作為過濾,得到的濾渣Y為Fe、Cu,濾液X為FeCl2溶液,濾渣Y中加入的試劑b為鹽酸,鹽酸溶解過量的鐵生成FeCl2溶液,銅不溶,操作過濾得到銅和FeCl2溶液,濾液Z和X合并加入氧化劑,Fe2+被氧化為Fe3+,將FeCl3溶液蒸發(fā)結(jié)晶,得到氯化鐵晶體。由最終得到氯化鐵晶體及其流程圖可知,b為鹽酸,若b為稀硫酸會(huì)引入硫酸根離子,故A錯(cuò)誤;通過上述分析可知,操作、是過濾,操作是蒸發(fā)結(jié)晶,所用儀器不同,故B錯(cuò)誤;濾液X、濾液Z中均含有FeCl2,c為H2O2溶液或氯氣,可氧化,F
10、e2+變?yōu)镕e3+,故C正確;亞鐵離子、氯離子都可以被酸性高錳酸鉀溶液氧化,則不能用酸性KMnO4溶液檢驗(yàn)溶液W中是否含有Fe2+,故D錯(cuò)誤。 溫馨提示(1)熟記2個(gè)特殊現(xiàn)象:Fe(OH)2Fe(OH)3,是白色 灰綠色紅褐色;Fe3+遇SCN-,溶液變血紅色。 (2)記住4種顏色:Fe2+淺綠色,Fe3+棕黃色,Fe2O3紅棕色,Fe(OH)3紅褐色。 (3)掌握3個(gè)復(fù)雜的化學(xué)方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3; 3Fe+8HNO3(稀) 3Fe(NO3)2+2NO+4H2O;2Fe+6H2SO4(濃),Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O。,1-1下列除雜的操作不
11、正確的是(C) A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3:加入足量鎂粉充分反應(yīng)后過濾 B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3:加入過量鐵粉充分反應(yīng)后過濾 C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3:加入NaOH溶液充分反應(yīng)后過濾 D.CuCl2溶液中混有少量FeCl2:先加入H2O2溶液將Fe2+氧化成Fe3+,再加入 CuO充分反應(yīng)后過濾,解析FeCl3溶液中存在水解平衡:Fe3+3H2OFe(OH)3+3H+,加入的 Mg與H+反應(yīng),平衡右移,使Fe3+轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3而除去,A正確;加入過量鐵粉,FeCl3與Fe反應(yīng)生成FeCl2而達(dá)到除雜的目的,B正確;C項(xiàng)中加入NaOH溶液,Cu2+、
12、Fe3+均轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀,不符合除雜要求,錯(cuò)誤;先用H2O2溶液將Fe2+氧化成Fe3+,再利用Fe3+的水解,加入CuO與H+反應(yīng)將Fe3+轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3而除去,D正確。,1-2在Fe2(SO4)3溶液中,加入a g銅,完全溶解后,再加b g鐵,充分反應(yīng)后得到c g殘余固體,且ac,則下列說法正確的是(B) A.殘余固體是銅和鐵 B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+ C.將殘余固體加入稀硫酸中,有氣泡產(chǎn)生 D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+,解析此題涉及的反應(yīng)有2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+、Cu2+Fe Fe2+ Cu,還可能發(fā)生反應(yīng):2Fe3+Fe 3Fe2+,根據(jù)元素守
13、恒可知,a g Cu完全 溶解后,變?yōu)閍 g Cu2+,若加入足量的Fe,可將Cu2+全部轉(zhuǎn)化為a g銅,根據(jù)ac,可知加入的鐵是不足量的,即有部分Cu2+未被置換出來,殘余固體為Cu,不可能有鐵;有銅殘余,則溶液中一定不存在Fe3+,且銅與稀硫酸不反應(yīng),無氣泡產(chǎn)生。綜上所述,A、C、D錯(cuò)誤,B正確。,突破二鐵與硝酸的反應(yīng)分析,1.鐵與稀HNO3的反應(yīng) 隨著二者量的不同,生成的氧化產(chǎn)物也不同,可用討論的方法確定。 Fe(不足)+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO+2H2O 鐵粉過量時(shí),Fe與Fe(NO3)3發(fā)生反應(yīng):Fe+2Fe(NO3)3 3Fe(NO3)2 2+可得:3Fe(過量)+
14、8HNO3(稀) 3Fe(NO3)2+2NO+4H2O 反應(yīng)物的量與生成物的關(guān)系如下:,當(dāng)時(shí),按式計(jì)算; 當(dāng)時(shí),按式計(jì)算; 當(dāng)時(shí),可依據(jù)或進(jìn)行計(jì)算。,無論二者的量如何變化,鐵與稀HNO3反應(yīng),被還原的HNO3與參加反應(yīng) 的HNO3的物質(zhì)的量之比總是14。,2.鐵與濃HNO3的反應(yīng) 常溫下,鐵遇濃HNO3發(fā)生鈍化。在加熱條件下,二者反應(yīng)生成NO2,Fe+6HNO3(濃) Fe(NO3)3+3NO2+3H2O。但隨著反應(yīng)的進(jìn)行,濃硝酸變 成稀硝酸,就會(huì)有NO生成,解這類題時(shí)要注意實(shí)際的反應(yīng)過程。,典例2某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,若向其中逐漸加入鐵粉,溶液中Fe2+
15、的物質(zhì)的量濃度和加入鐵粉的物質(zhì)的量之間的關(guān)系如下圖所示。則稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物質(zhì)的量濃度之比為(),A.111B.131C.338D.114,解析氧化性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?HNO3Fe3+Cu2+,則隨著鐵粉的加入,發(fā)生的反應(yīng)依次為: 4HNO3(稀)+Fe Fe(NO3)3+NO+2H2O 2Fe(NO3)3+Fe 3Fe(NO3)2 Cu(NO3)2+Fe Fe(NO3)2+Cu 結(jié)合題圖可知原溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物質(zhì)的量之比為(2 mol-1 mol)1 mol4 mol=114。,答案 D,2-1向一定量的Fe、FeO、
16、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(標(biāo)準(zhǔn)狀況),往所得溶液中加入KSCN溶液,無明顯變化。若用足量的CO在加熱條件下還原相同質(zhì)量的混合物,能得到鐵的物質(zhì)的量為(B) A.0.24 molB.0.21 mol C.0.16 molD.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,無明顯變化,說明反應(yīng)后鐵元素全部以Fe2+形式存在,溶液中溶質(zhì)為Fe(NO3)2,則原混合物中鐵元素的物質(zhì)的
17、量為(0.48 mol-0.06 mol)2=0.21 mol,故用足量的CO在加熱條件下還原相同質(zhì)量的混合物,最終得到鐵的物質(zhì)的量為0.21 mol。,2-2一定質(zhì)量的某鐵的氧化物FexOy,與足量的4 molL-1硝酸溶液充分反應(yīng),消耗硝酸溶液700 mL,生成2.24 L NO(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。則該鐵的氧化物的化學(xué)式為(C) A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Fe4O5,解析鐵的氧化物FexOy與足量的4 molL-1硝酸溶液充分反應(yīng),生成Fe(NO3)3,硝酸被還原生成NO,NO的物質(zhì)的量為=0.1 mol,根據(jù) 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;設(shè)氧化物FexOy中Fe元素的平均化合價(jià)為a,根據(jù)得失電子守恒,得0.9 mol(3-a)=0.1 mol(5-2),解得a=+; 由化合物中各元素正、負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0可得x=2y,則xy=34, 故該氧化物的化學(xué)式為Fe3O4。,
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