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1、课后作业9铁、铜的获取及应用(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.纯铁的实际应用范围有限,人们大量使用的是铁的合金。钢铁是铁合金的总称,其强度高、价格便宜、应用广泛。在以下关于不锈钢和普通钢的认识中,正确的是()A.它们的组成元素是相同的B.耐腐蚀的性能不一样C.它们都属于钢,因此物理性质是一样的D.构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁,因此它们的化学性质完全相同2.(2015宁波效实中学学考模拟)FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的是()A.加入KSCN溶液一定不
2、变色B.溶液中一定含Fe2+C.溶液中一定含Cu2+D.剩余固体中一定含铜3.FeCl3溶液和溴水均呈黄色,为鉴别两种溶液,下列试剂不可行的是()A.KSCN溶液B.NaOH溶液C.Na2CO3溶液D.淀粉碘化钾溶液4.碳酸铜和碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3均可溶于盐酸转化为氯化铜,在高温下均能分解生成氧化铜。溶解28.4 g的上述混合物恰好消耗1.0 molL-1盐酸500 mL。灼烧等量的上述混合物,得到的氧化铜质量是()A.15 gB.20 gC.30 gD.35 g5.在硫酸铁溶液中,加入a g铜,完全溶解后,又加入b g铁,充分反应后得到c g残余固体,且b途径(1)途径(2)D.
3、所消耗的硝酸的物质的量是:途径(3)途径(2)途径(1)7.用内置有螺旋状铜丝的胶头滴管小心吸取一滴管浓硝酸后迅速插入细口瓶中(如图),滴管与瓶口接触处垫一小块滤纸使滴管与瓶口处留少量空隙,依次观察到如下现象:滴管内产生红棕色气体,液面下降;滴管内液面上升,气体变成无色;滴管内液面再次下降。下列说法中不正确的是()A.现象中产生的红棕色气体为NO2B.产生现象的原因是NO2与水反应C.产生现象的原因是铜与稀硝酸反应D.最终瓶内溶液中的溶质只有Cu(NO3)28.将1.12 g铁粉加入25 mL 2 molL-1的氯化铁溶液中,充分反应后,其结果是()A.铁有剩余,溶液呈浅绿色,Cl-浓度基本不
4、变B.往溶液中滴入无色KSCN溶液,不显红色C.Fe2+和Fe3+的物质的量之比为61D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为259.2.8 g Fe全部溶于一定浓度、200 mL的HNO3溶液中,得到标准状况下的气体1.12 L,测得反应后溶液的pH为1。若反应前后溶液体积变化忽略不计,则下列有关判断正确的是()A.反应前HNO3溶液的浓度为1.0 molL-1B.1.12 L气体是NO、NO2的混合气体C.反应后溶液中c(NO3-)=0.17 molL-1D.反应后的溶液最多还能溶解1.82 g Fe10.向一定量的Fe、FeO、Fe3O4的混合物中加入100 mL 1 molL-1的盐酸,
5、恰好使混合物完全溶解,生成224 mL(标准状况)气体,向溶液中滴加KSCN溶液无红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物,能得到铁的质量为()A.2.8 gB.5.6 gC.11.2 gD.无法计算二、非选择题(本题包括4小题,共50分)11.(2015海南卷,节选)(12分)铁在自然界分布广泛,在工业、农业和国防科技中有重要应用。(a)(b)回答下列问题:(1)用铁矿石(赤铁矿)冶炼生铁的高炉如图(a)所示。原料中除铁矿石和焦炭外还有。除去铁矿石中脉石(主要成分为SiO2)的化学反应方程式为、;高炉排出气体的主要成分有N2、CO2和(填化学式)。(2)有人设计出“二步熔融还原
6、法”炼铁工艺,其流程如图(b)所示,其中,还原竖炉相当于高炉的部分,主要反应的化学方程式为;熔融造气炉相当于高炉的部分。(3)铁矿石中常含有硫,使高炉气中混有SO2污染空气,脱SO2的方法是。12.(12分)Fe、Cu都是人类最早使用的金属。某校化学研究性学习小组的同学运用实验手段研究Fe、Cu的相关性质,请你参与研究并完成下列各题:(1)甲同学取一束细铜丝用砂纸打磨后放在酒精灯上加热至红热,然后迅速伸入盛Cl2的集气瓶中。你认为甲同学在实验中应该观察到的现象是。(2)乙同学为探究Fe在冷浓硝酸和热浓硝酸中的反应情况,设计了如图所示的实验装置:乙同学发现装置1中Fe未溶解,其原因是;装置2中生
7、成的气体(假定为NO2和NO混合气体)全部通入100 mL 4 molL-1 NaOH溶液,恰好被完全吸收,反应为:NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O若生成NaNO3和NaNO2的物质的量之比为13,则混合气体中NO2和NO的体积比为。(3)丙同学在Fe和浓硝酸反应后的溶液中加入一块Cu片,Cu片先逐渐溶解,反应一段时间后不再溶解。丙同学依据反应现象得出Cu片溶解的原因是和硝酸发生反应。他依据的反应现象是。丁同学认为丙同学的结论不完全正确,他的理由是。(4)请你设计实验证明某溶液中只含Fe2+而不含Fe3+。说明具体实验操作和实验现象
8、:。13.(2015宁波镇海中学期中)(12分)铜、铁都是变价元素,它们都能形成多种化合物,如氧化物、硫化物、卤化物、配合物,还有含氧酸盐等。现代工业炼铜主要以黄铜矿为原料。某黄铜矿的主要成分X是由Cu、Fe、S三种元素组成的复盐,其中Cu、Fe两种元素的质量比为87,X的摩尔质量为368 gmol-1。取一定质量的X粉末溶于足量浓硝酸(假设还原产物只有NO2),将反应后的溶液加水稀释至1 L,再将稀释后的溶液分成两等份,向其中一份加入足量稀NaOH溶液,搅拌、过滤、洗涤、灼烧,得粉末4.8 g;向另一份溶液中加入足量Ba(NO3)2溶液,得沉淀13.98 g。(1)X的化学式为。(2)X溶于
9、浓硝酸的离子方程式为。工业上以上述黄铜矿制得的粗铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl),其工艺流程如下图所示:(3)工业生产Cl2时,尾气常用石灰乳吸收,而不用烧碱溶液吸收的原因是。(4)还原过程中的产物为NaCuCl2,制备中当氯化完成后必须经还原过程再制得CuCl,为什么不用一步法制得CuCl?(已知Cu2+Cu+2Cl-2CuCl)。14.(14分)0.80 g CuSO45H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如下图所示。请回答下列问题:(1)试确定200 时固体物质的化学式(要求写出推断过程);(2)取270 所得样品,于570 灼烧得到的主要产物是
10、黑色粉末和一种氧化性气体,该反应的化学方程式为。把该黑色粉末溶解于稀硫酸中,经浓缩、冷却,有晶体析出,该晶体的化学式为,其存在的最高温度是;(3)上述氧化性气体与水反应生成一种化合物,该化合物的浓溶液与Cu在加热时发生反应的化学方程式为;(4)若在0.1 molL-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体,使Cu2+完全沉淀为CuS,此时溶液中的H+浓度是 molL-1。参考答案1.B解析:不锈钢中加有镍、铬等金属元素,因此与钢的性质不完全相同。2.C解析:有固体剩余,固体可能全部是Cu,也可能是Fe、Cu的混合物;溶液中一定无Fe3+,一定有Fe2+,可能有Cu2+,故C不正确。3.D4.B解析:C
11、uCO3和Cu2(OH)2CO3均溶于盐酸转化为CuCl2,根据铜元素守恒:CuOCuCl22HCl80 g2 mol20 g0.5 mol5.B解析:由题可知bc说明一定有Cu生成,而Fe粉可能不足,也可能过量,即溶液中一定有Fe2+,一定无Fe3+,可能有Cu2+,残余固体可能为Cu,也可能为Cu、Fe混合物。6.A解析:按元素守恒,生成相同量的硝酸铜所消耗铜的量相同,但所消耗硝酸的量不同,途径(3)所消耗硝酸的量最少,途径(1)所消耗硝酸的量最多。7.D解析:起初,Cu与浓硝酸反应,生成NO2,液面下降;然后NO2与水反应,生成NO,液面上升,气体变为无色;最后,稀硝酸与铜反应,生成NO
12、气体,液面再次下降。最终瓶内溶液中的溶质为Cu(NO3)2和HNO3。8.C解析:n(Fe)=0.02 mol、n(FeCl3)=0.05 mol,依据Fe+2Fe3+3Fe2+可知Fe3+剩余0.01 mol、生成0.06 mol Fe2+,氧化产物与还原产物物质的量之比为12。9.D解析:反应后溶液中的溶质为Fe(NO3)3和HNO3,Fe(NO3)3为0.05 mol,HNO3为0.02 mol,即溶液中NO3-共为0.17 mol,其物质的量浓度为0.85 molL-1。反应前HNO3溶液的浓度为0.05mol3+0.02mol+1.12 L22.4 Lmol-10.2 L=1.10
13、molL-1。依据电子守恒,气体产物只能为NO。反应后的溶液中,Fe(NO3)3能溶解Fe 0.025 mol,HNO3能溶解Fe 0.007 5 mol,共溶解Fe 0.032 5 mol,质量为1.82 g。10.A解析:加入盐酸后所得溶液中溶质只有FeCl2,根据元素守恒可知n(Fe)=12n(Cl-)=12n(HCl)=120.1 L1 molL-1=0.05 mol,将其全部还原可得单质铁2.8 g。11.答案:(1)石灰石CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO3CO(2)炉腰Fe2O3+3CO2Fe+3CO2炉腹(3)加入生石灰或石灰石解析:(1)石灰石除去铁矿石中的脉
14、石(主要成分为SiO2),也称为造渣。高炉废气中含有N2、CO2和CO。(2)在炉腰处发生的反应为3CO+Fe2O32Fe+3CO2。炉腹处为生成CO的反应。(3)脱硫处理时可加入生石灰或石灰石,转化为CaSO3或CaSO4,CaSO3最终被氧气氧化为CaSO4。12.答案:(1)Cu在Cl2中燃烧,产生棕黄色的烟(2)Fe在冷浓硝酸中发生钝化31(3)试管内出现红棕色气体或铜片表面有气泡生成Fe和硝酸反应后的溶液中有HNO3,也一定有Fe3+,而Fe3+也能和Cu反应,使Cu片溶解(4)取少许该溶液滴加几滴KSCN溶液,不出现红色,再滴加适量新制氯水,出现红色解析:本题考查金属的性质。(1)
15、Cu在Cl2中燃烧的现象是产生棕黄色的烟。(2)钝化的条件是:铁、铝与浓硫酸、浓硝酸在常温下发生钝化;从方程式可以看出:2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O211NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O112混合气体中NO2和NO的体积比为31。(3)铜与浓硝酸反应生成Cu2+和NO2气体,存在反应:Cu+2Fe3+Cu2+2Fe2+。13.答案:(1)Cu2Fe2S4(2)Cu2Fe2S4+36H+34NO3-2Cu2+2Fe3+4SO42-+34NO2+18H2O(3)石灰乳来源丰富,成本低,且反应结束后可得副产品漂白粉(4)CuCl沉淀沉积在Cu表面阻碍反应的进行解析:
16、(1)X中n(Cu)n(Fe)=864756=11,设X的化学式为CuaFeaSb,由M(X)=368 gmol-1得64a+56a+32b=368,即15a+4b=46,得a=2,b=4,故X的化学式为Cu2Fe2S4。(2)将Cu2Fe2S4改写成Cu2SFe2S3,浓硝酸有强氧化性,可将X中+1价的Cu元素氧化成Cu2+,将X中-2价的S元素氧化成H2SO4,根据得失电子守恒可写出反应方程式Cu2Fe2S4+44HNO32Cu(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2SO4+34NO2+18H2O,再改写成离子方程式即可。(3)工业生产Cl2时,尾气常用石灰乳吸收是因为石灰乳来源丰富,成本
17、低,且反应结束后可得副产品漂白粉。(4)因Cu2+Cu+2Cl-2CuCl,若用一步法制取CuCl,CuCl沉淀沉积在Cu表面,会阻碍反应的进行,故先制成NaCuCl2溶液,再加水稀释,CuCl析出,过滤即得产品。14.答案:(1)CuSO4H2OCuSO45H2OCuSO4(5-n)H2O+nH2O25018n0.80 g0.80 g-0.57 g=0.23 g2500.80 g=18n0.23 g解得n=4(2)CuSO4CuO+SO3CuSO45H2O102 (3)2H2SO4(浓)+CuCuSO4+SO2+2H2O(4)0.2解析:(1)读题图可知,在200 时,样品的质量是0.57
18、g,故可判断失去的水是(0.80-0.57) g=0.23 g,设此时固体是CuSO4(5-n)H2O,则可写出分解方程式CuSO45H2OCuSO4(5-n)H2O+nH2O,根据该方程式列关系式可求得n=4。(2)若晶体完全失水即变为硫酸铜,则硫酸铜的质量是0.80 g160/250=0.512 g,由题图可知当温度在258 时,硫酸铜已经完全失去了结晶水,故在570 时是硫酸铜受热分解,根据得到的黑色粉末能溶于稀硫酸可判断黑色粉末是氧化铜,则氧化性的气体是SO3,故可写出硫酸铜分解的化学方程式;氧化铜与稀硫酸反应经浓缩、冷却后析出的晶体是CuSO45H2O,根据图像可知,该晶体存在的最高温度是102 。(3)SO3与水反应生成了硫酸,浓硫酸与铜在加热时发生反应。(4)因为CuSO4+H2SCuS+H2SO4,溶液中的硫酸根离子浓度是0.1 molL-1,故可判断此时溶液中的氢离子浓度是0.2 molL-1。