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1、第二单元铁、铜的获取及应用,题组一金属铜(一)金属与合金1.金属元素包括部分主族元素、 副族元素和 族元素,它们集中排在元素周期表的 方。金属元素的原子半径比同周期的非金属元素的原子半径大,其原子的最外层电子数一般少于4,易失去 电子,形成金属阳离子。常温下,除 是液体外,其余金属都是固体。大多数金属呈 色,不透明,有光泽,有 性,一般都是电和热的良导体。,全部,第,左下,最外层,汞,银白,延展,低,大,铁、铬、锰及它们的合金,3.几种有色金属材料 金、银、铜是质地柔软的有色金属,银是具有金属光泽、质地柔软的银白色金属,铜是硬度较小的紫红色金属。它们都具有良好的延展性、导电性和导热性。 (三)
2、铜的化学性质 (1)常温下,铜在干燥的空气中 ,但在 里则会锈蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的 。有关化学方程式: 。 (2)在加热条件下,铜能跟许多非金属发生反应。写出下列反应的化学方程式:铜在空气中加热: ;,性质稳定,潮湿空气,铜锈,2Cu+O2+H2O+CO2Cu2(OH)2CO3,2Cu+O22CuO,铜丝在硫蒸气中反应: 。(3)铜及其化合物之间的相互转化黑色氧化铜在高温下分解为 色的 。化学方程式: 。 色的硫酸铜晶体受热分解为 色的硫酸铜粉末。请写出有关的化学方程式: 。,2Cu+SCu2S,红,Cu2O,4CuO2Cu2O+O2,蓝,白,CuSO45H2OCuSO4+5H2O,
3、题组二铁及其化合物1.铁位于周期表中第 周期、第 族,是一种应用最广泛的过渡金属元素;铁元素是一种变价金属元素,常见化合价为+2价和+3价;其原子结构示意图为。2.常温下,铁单质比较活泼,具有较强的 性,遇一般的氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)被氧化为+2价,遇强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)被氧化为+3价。但在常温下遇到 或 会发生钝化。,四,还原,浓H2SO4,浓HNO3,3.铁和O2在不同的条件下发生反应,所生成的氧化物不同,通常有FeO、Fe2O3、Fe3O4三种。其中氧化亚铁是 色粉末;氧化铁是 色粉末;四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体,它是一种结构较复杂
4、的氧化物,可以看作 ,其中有1/3的铁元素显 价,有2/3的铁元素显 价。4.Fe(OH)2是 色 状物,易被空气中的氧气氧化,生成Fe(OH)3,随着生成物的量由少到多,颜色由 色变为 色,最后全部变为 色。所以在制取Fe(OH)2时首先应将Fe3+(被溶于水溶液中的O2氧化所生成的)用Fe粉还原为 ,然后将吸有碱液的滴管末端 溶液内。,黑,红棕,FeOFe2O3,+2,+3,白,絮,白,灰绿,红褐,Fe2+,插入,5.Fe2+在水溶液中较易 ,使溶液浑浊,Fe2+又易被氧化,生成 ,所以在配制Fe2+的溶液时,应在水溶液中加少量的 ,以防止Fe2+水解和被氧化。特别提醒成功制备Fe(OH)
5、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:a.溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质。b.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。,水解,Fe3+,盐酸和铁屑,题组一金属铜1.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物。根据下列四种金属的熔、沸点,判断其中不能形成合金的是(),A.Cu和AlB.Fe和CuC.Fe和NaD.Al和Na,答案C铁的熔点(1 535 )高于
6、Na的沸点(883 ),无法制得铁钠合金。2.将Cu片放入0.1 molL-1 FeCl3溶液中,反应一定时间后取出Cu片,溶液中c(Fe3+)c(Fe2+)=23,则Cu2+与Fe3+的物质的量之比为()A.32B.35C.34D.43,答案C反应的化学方程式为Cu+2Fe3+ 2Fe2+Cu2+,设溶液的体积为1 L,生成的n(Fe2+)=2a,则消耗的n(Fe3+)=2a,生成的n(Cu2+)=a,因此反应后溶液中n(Fe3+)=0.1 mol-2a,所以有关系式:(0.1 mol-2a)2a=23,得出a=0.03 mol。溶液中n(Cu2+)=0.03 mol,反应后溶液中n(Fe3
7、+)=(0.1-20.03)mol=0.04 mol,故溶液中Cu2+与Fe3+的物质的量之比为34。,3.已知Cu+在酸性条件下发生反应: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,实验过程中加入试剂和实验现象记录如下:,由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是()A.CuB.Cu2OC.一定有Cu,可能有Cu2OD.一定有Cu2O,可能有Cu答案D此题是通过实验现象推测反应的本质。H2还原CuO生成红色固体,可能是Cu和Cu2O中的一种或两种。加入稀硫酸溶液变蓝色和得到红色
8、固体,证明原固体中一定含有Cu2O;Cu2O、Cu与浓硫酸、稀硝酸、浓硝酸等强氧化性物质反应现象相同,不能证明原固体中有无铜。,题组二铁及其化合物4.下列关于铁的叙述正确的是()铁能被磁铁吸引,但纯铁易锈蚀;在人体的血红蛋白中含有Fe2+;铁是地壳中含量最高的金属元素;铁能在氧气中剧烈燃烧,但不能与水蒸气反应;能通过化合反应生成FeCl3和Fe(OH)3。A.B.C.D.,答案C纯净的铁抗腐蚀能力强,不易被腐蚀;铝是地壳中含量最高的金属元素;铁能在氧气中剧烈燃烧,也能与水蒸气反应;Fe和Cl2能通过化合反应生成FeCl3,而4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3也是化合反应。,5.
9、烧过菜的铁锅未及时洗涤(残液中含NaCl等),第二天便出现红棕色锈斑(Fe2O3nH2O)。下列有关叙述符合实际的是()A.铁锅生锈是Fe和空气中的氧气发生反应:4Fe+3O2 2Fe2O3B.铁锅生锈过程中发生了反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3C.铁锅生锈和NaCl无关D.烧过菜的铁锅只要洗净就不会生锈,答案B铁锅生锈是因为铁在空气中的氧气、水的共同作用下发生了电化学腐蚀,而不是直接与氧气反应,所以A错误。反应一开始生成的是不稳定的Fe(OH)2,然后发生反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,B正确。有NaCl这样的电解质存在,可以加速腐蚀,所以C
10、错误。只要同时具备水和空气,铁锅就会被腐蚀,所以铁锅洗净后还必须擦干才不会生锈,D错误。,重难一“铁三角”的转化关系,1.铁三角之间的转化关系,FeO+H2 Fe+H2OFe+2HCl FeCl2+H22FeCl2+Cl2 2FeCl32FeCl3+Fe 3FeCl2Fe2O3+3CO2Fe+3CO22Fe+3Cl2 2FeCl3 2.Fe3+具有氧化性,可与I-、S2-(H2S)、S(SO2、H2SO3)等中学常见的还原性微粒反应。Fe2+主要表现还原性,可与HNO3、KMnO4、Cl2等常见的氧化性微粒反应。,3.FeCl3变色总结(1)向FeCl3溶液中加几滴KSCN溶液后,溶液呈血红色
11、;(2)FeCl3溶液能使紫色石蕊试液呈红色;(3)FeCl3与NaOH溶液反应,生成红褐色沉淀;(4)向FeCl3溶液中通入H2S气体,生成淡黄色沉淀;(5)向FeCl3溶液中加入几滴Na2S溶液,生成淡黄色沉淀,当加入的Na2S溶液过量时,又生成黑色沉淀;(6)向FeCl3溶液中加入过量Fe粉,溶液变成浅绿色;(7)向FeCl3溶液中加入过量Cu粉,溶液变成蓝绿色;(8)将FeCl3溶液滴入到淀粉碘化钾溶液中,溶液变成蓝色;(9)向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液,溶液变成紫色;(10)将FeCl3溶液滴入到AgNO3溶液中,生成白色沉淀;,(11)将FeCl3溶液与NaHCO3溶液混合,放出
12、气体,生成红褐色沉淀;(12)将饱和FeCl3溶液滴入沸水中,生成红褐色Fe(OH)3胶体。,典例1铁合金是金属材料王国的霸主,亚铁盐、铁盐、高铁酸盐等铁的重要化合物也在不同领域中扮演着重要的角色。这些化合物之间可以相互转化,利用转化过程中发生的特征变化,不仅能够实现物质与能量的转化,还能用于化学的定性或定量研究。已知Fe只能在强碱性介质中稳定存在,在酸性介质或水中不稳定:4Fe+20H+ 4Fe3+3O2+10H2O4Fe+10H2O 4Fe(OH)3+3O2+8OH-,请利用下列用品:FeCl2溶液(浅绿色)、FeCl3溶液(棕黄色)、Na2FeO4溶液(紫红色)、铁粉、KSCN溶液、Na
13、OH溶液、NaClO溶液、盐酸、金属锌片、惰性电极(或放电物质作电极)材料、蒸馏水及必要的实验仪器。完成下列任务:(1)设计一个实现上述转化的实验方案(要求产物纯净),写出简要的实验步骤。(2)在浓碱中,用NaClO可以实现转化,这一反应的离子方程式为。,解析本题考查铁元素之间的转化关系。(1)实现上述的转化,即由Fe3+转化为Fe2+,根据2Fe3+Fe 3Fe2+,可设计步骤如下:取FeCl3溶液,向其中加入足量铁粉,充分反应后,过滤除去残余的铁粉即得FeCl2溶液。(2)根据NaClO具有氧化性,将Fe3+氧化为Fe,ClO-被还原为Cl-,不难写出离子方程式:2Fe3+3ClO-+10
14、OH- 2Fe+3Cl-+5H2O。,答案(1)取FeCl3溶液,向其中加入足量铁粉,充分反应后,过滤除去残余的铁粉即得FeCl2溶液。(2)2Fe3+3ClO-+10OH- 2Fe+3Cl-+5H2O,1.AI分别表示中学化学中常见的物质,它们之间存在如下图所示的转化关系(部分反应物、生成物没有列出)。,变式训练,已知G为主族元素的固态氧化物,A、B、C、D、E、F六种物质中均含同一种元素。请填写下列空白:(1)A、B、C、D、E、F六种物质中所含的同一种元素在周期表中的位置为。(2)写出C、G的化学式:C,G。(3)写出反应、的化学方程式。反应 ,反应 ,反应 。(4)写出A与水蒸气反应的
15、化学方程式: 。,答案(1)第四周期第族(2)FeCl2Al2O3(3)8Al+3Fe3O4 4Al2O3+9Fe2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H24Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3(4)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,解析A的氧化物B能与盐酸反应生成两种盐,说明A为变价金属,符合该转化关系的常见的变价金属为Fe,且由反应进一步说明A为铁。固态氧化物G能与NaOH溶液反应,且电解G得到的单质I也能与NaOH溶液反应,根据所学知识可推出G为Al2O3,I为Al。由此不难推出框图中的其他物质。(1)A、B、C、D、E、F六种物质中均含有铁元素,Fe在周期表
16、中位于第四周期第族。(3)反应为铝热反应;反应为铝与NaOH溶液的反应;反应为Fe(OH)2与O2、H2O作用转化为Fe(OH)3的反应。(4)铁与H2O(g)在高温条件下反应生成Fe3O4和H2。,重难二铁与硝酸的反应分析,1.铁与稀HNO3的反应 随着两者量的不同,生成的氧化产物亦不同,可用讨论的方法确定。 Fe(不足)+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO+2H2O 铁粉过量时,与Fe(NO3)3发生反应:Fe+2Fe(NO3)3 3Fe(NO3)2 2+可得:3Fe(过量)+8HNO3(稀) 3Fe(NO3)2+2NO+4H2O 反应物的量与生成物的关系如下,当时,硝酸过量,按式计
17、算;当时,铁过量,按式计算;当时,可依据或进行计算。 无论二者的量如何变化,铁与稀HNO3反应,被还原的HNO3与参加反应的HNO3的物质的量之比总是14。 2.铁与浓HNO3的反应 常温下,铁与浓HNO3发生钝化。在加热条件下,二者反应生成NO2,Fe+6HNO3(浓) Fe(NO3)3+3NO2+3H2O。但随着反应的进行,硝酸变稀,就会有NO生成,解这类题时要注意实际的反应过程。,典例2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的物质的
18、量浓度之比为()A.111B.131C.338D.114,解析氧化性由强到弱的顺序为:HNO3Fe3+Cu2+,则随铁粉的加入,反应分别为:4HNO3(稀)+Fe Fe(NO3)3+NO+2H2O2Fe(NO3)3+Fe 3Fe(NO3)2Cu(NO3)2+Fe Fe(NO3)2+Cu所以原溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为(2-1)14=114。,答案D,2.取一定质量含Cu、Cu2O、CuO的固体混合物,将其分成两等份并进行下列转化:则转化过程中所加稀HNO3的物质的量浓度为()A.4.4 molL-1B.3.6 molL-1C.4.0 molL-1D.3.
19、2 molL-1,变式训练,答案D解析由于Cu2O受热可分解为CuO和Cu,所以该混合物可看成是CuO和Cu的混合物,又由于通入足量的H2,减少的质量就是O元素的质量,故m(O)=6.4 g,n(O)=0.4 mol,相当于n(CuO)=0.4 mol;由化学方程式3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O知生成NO 4.48 L(标准状况下)即 0.2 mol,相当于消耗Cu 0.3 mol,则Cu元素的总物质的量为 0.4 mol+0.3 mol=0.7 mol,Cu元素在HNO3溶液中生成 Cu(NO3)2,所以消耗HNO3的物质的量 n(HNO3)=n(NO)+2nCu(NO3)2=0.2 mol+20.7 mol=1.6 mol,则c(HNO3)=3.2 molL-1。,