（江苏专用）2020版高考化学专题二第3讲铁、铜的获取及应用学案.docx

第3讲铁、铜的获取及应用【2020备考】最新考纲：1.理解并能应用常见金属的活动顺序。2.了解Fe、Cu及其重要化合物的主要性质和重要应用。3.了解金属材料在生产和生活中的重要应用。4.认识化学在金属矿物等自然资源综合利用和实现物质间转化等方面的实际应用。新课标要求：结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用。能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案。能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化途径。最新考情：铁及其化合物涉及Fe、铁的氧化物、氢氧化物、铁盐、亚铁盐等，一是在选择题中考查铁及其化合物的性质和转化，二是考查Fe2、Fe3的检验，三是考查工业上铁及其化合物的工艺流程，如2018年第16题。考点一铁及其重要化合物的性质知识梳理1.铁元素的存在形式2.铁的性质(1)物理性质颜色、状态导电、导热性、延展性特性地壳含量银白色固体良好被磁铁吸引占第四位(2)化学性质铁单质性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为2价和3价。与非金属单质反应：Fe与S反应：FeSFeS。与酸的反应：a.与非氧化性酸反应的离子方程式：Fe2H=Fe2H2。b.与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应，但无H2产生。与某些盐溶液的反应：a.与CuSO4溶液反应的离子方程式：FeCu2=Fe2Cu。b.与FeCl3溶液反应的离子方程式：Fe2Fe3=3Fe2。名师助学：铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同，Fe与Cl2反应生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。3.生铁的冶炼(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。(2)设备：炼铁高炉。(3)主要反应还原剂的生成：CO2CO2，CO2C2CO；铁的还原：Fe2O33CO2Fe3CO2；造渣反应：CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO3。4.铁的常见化合物(1)铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名铁红磁性氧化铁颜色状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体(有磁性)溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的化合价232、3与H反应的离子方程式FeO2H=Fe2H2OFe2O36H=2Fe33H2OFe3O48H=Fe22Fe34H2O(2)铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体与盐酸反应Fe(OH)22H=Fe22H2OFe(OH)33H=Fe33H2O受热分解2Fe(OH)3Fe2O33H2O制法可溶性亚铁盐与碱反应：Fe22OH=Fe(OH)2可溶性铁盐与碱反应：Fe33OH=Fe(OH)3二者的关系空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3名师助学：FeO和Fe3O4与足量HNO3反应时，发生氧化还原反应，Fe2被HNO3氧化生成Fe3。Fe2O3和Fe3O4与足量HI反应时，发生氧化还原反应，Fe3被I还原生成Fe2。题组诊断铁及其化合物的性质1.下列叙述正确的是()A.Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应B.足量的Fe在Cl2中燃烧只生成FeCl3C.Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出D.Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化解析HNO3具有强氧化性，与Fe反应产生的气体为NO，Fe与稀HNO3反应不是置换反应，A项错误；铁与Cl2反应无论量的多少产物都是FeCl3，B项正确；C项中Fe2O3溶解产生Fe3恰好将铁单质氧化，因而不能置换出H2，C项正确；FeCl3溶液加热时易水解，D项错误。答案BC2.在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。Fe3Fe2Fe、Fe2Fe2、Fe3(1)AB段铁元素以_形式存在。(2)BC段铁元素以_形式存在。(3)CD段铁元素以_形式存在。解析向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3Fe=3Fe2，最后全部转化为Fe2。答案(1)(2)(3)3.在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液处理和资源回收的过程简述如下：向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液；：向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液pH，同时鼓入足量的空气。已知：KspFe(OH)34.01038回答下列问题：(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为_。(2)过程加入铁屑的主要作用是_，分离得到固体的主要成分是_，从固体中分离出铜需采用的方法是_。(3)过程中发生反应的化学方程式为_。(4)过程中调节溶液的pH为5，金属离子浓度为_(列式计算)。解析(1)FeCl3能将铜氧化成Cu2，本身被还原为Fe2。(2)先用过量铁置换出铜，固体为铁与铜的混合物，再分离铜应加入盐酸；(3)过程是亚铁离子生成Fe(OH)2，鼓入空气转化成Fe(OH)3；(4)Kspc(Fe3)c3(OH)，c(OH)Kw/c(H)，可求c(Fe3)。答案(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)回收铜Cu和Fe加盐酸反应后过滤(3)FeCl2Ca(OH)2=Fe(OH)2CaCl2、4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3(4)c(Fe3)4.01038(109)3molL14.01011 mol/L【总结归纳】1.铁与稀硝酸反应产物中铁元素价态的判断方法(1)当HNO3过量时：反应原理：Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O，铁元素的存在形式为Fe3，铁元素的价态为3价。(2)当Fe过量时：铁被硝酸氧化为Fe3，然后Fe3被剩余的铁还原为Fe2，也就是说最终得到亚铁盐，总方程式：3Fe8HNO3(稀)=3Fe(NO3)22NO4H2O。(3)当时：铁元素的存在形式为Fe2和Fe3，铁元素的价态为2、3价。(4)用数轴法表示，铁与硝酸的用量比与反应产物的关系：2.铁与硫酸、硝酸的混酸反应顺序总结足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：FeNO4H=Fe3NO2H2O、2Fe3Fe=3Fe2、Fe2H=Fe2H2(若H量不足，该反应不再发生)。有关铁及其化合物的实验探究4.某同学欲探究铁及其化合物的性质，下列实验方案可行的是()A.将铁粉加入热的浓硫酸中：探究铁的活泼性B.将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中：制备Fe(OH)3胶体C.在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液：制备FeSO46H2O晶体D.将铜粉加入FeCl3溶液中：验证Fe3的氧化性强于Cu2解析由于浓硫酸具有强氧化性，铁与其反应生成Fe2(SO4)3和SO2，无法说明铁的活泼性，故A方案不可行；将NaOH加入FeCl3溶液中，得到Fe(OH)3沉淀，无法得到Fe(OH)3胶体，B项方案不可行；在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液，一方面氧气可将FeSO4氧化，另一方面会得到不含结晶水的化合物，故C项方案不可行；将铜粉加入FeCl3溶液中，发生反应：Cu2Fe3=Cu22Fe2，该反应说明Fe3的氧化性强于Cu2，故D项方案可行。答案D5.下列各图示中，不能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是()解析因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。A、B原理相同，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；C的原理为铁作阳极产生Fe2，与电解水产生的OH结合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；D由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。答案D【总结归纳】防止Fe(OH)2氧化的方法(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaCl溶液，利用新产生的Fe2与OH反应制取。考点二Fe2、Fe3的性质及检验知识梳理1.亚铁盐(1)Fe2的氧化性和还原性含有Fe2的溶液呈浅绿色，Fe2处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还原性为主，如：遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H)等均表现为还原性。Fe2的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2H2O22H=2Fe32H2O。(2)可水解Fe(OH)2是弱碱，含Fe2的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。配制硫酸亚铁溶液时常加少量硫酸抑制Fe2的水解，加少量铁屑防止Fe2被氧化。2.铁盐的性质及应用(1)氧化性：含有Fe3的溶液呈棕黄色，Fe3处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。Fe3与S2、I、HS、SO等具有较强还原性离子不能大量共存。Fe3可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe3Cu=Cu22Fe2。(2)易水解：Fe(OH)3是很弱的碱，且溶度积很小，因而Fe3极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。利用Fe3易水解的性质，实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学方程式：FeCl33H2OFe(OH)3(胶体)3HCl。利用Fe3易水解的性质，工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。利用Fe3易水解的性质，实验室配制氯化铁溶液，通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中，然后再稀释至所需浓度。Fe3与HCO、AlO、CO、ClO等水解呈碱性的离子不能大量共存。3.Fe2、Fe3的检验方法(2)用NaOH溶液(3)含Fe2、Fe3的混合溶液中Fe3、Fe2的检验溶液变红色，说明含有Fe3KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2(4)Fe2的特征检验方法溶液产生蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2，3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)624.含Fe2、Fe3的除杂问题主要成分杂质除杂方法FeCl3(aq)FeCl2(aq)加入氯水或H2O2FeCl2(aq)FeCl3(aq)加过量铁粉后过滤FeCl2(aq)CuCl2(aq)加过量铁粉后过滤题组诊断Fe2、Fe3的性质与转化1.下列试剂中，不能使Fe2转化为Fe3的是()氯气；NaCl溶液；酸性KMnO4溶液；稀硝酸；盐酸；NaNO3溶液A. B. C. D.解析Cl2、酸性KMnO4、稀HNO3都有强氧化性，能将Fe2氧化成Fe3，而NaCl溶液、盐酸、NaNO3溶液不能将Fe2氧化成Fe3。答案D2.在含有Fe3、Fe2、Al3、NH的稀溶液中加入足量Na2O2固体，充分作用后，再加入过量稀盐酸，完全反应，则离子数目没有变化的是()A.Fe3、Al3 B.Al3C.Fe2、NH D.Fe3解析2Na2O22H2O=4NaOHO2，Fe2转变为Fe3，Fe3转变为Fe(OH)3沉淀析出，Al3转变为AlO，NH转变为NH3气体，NH减少。没有过滤，再加入过量稀盐酸，Fe(OH)3沉淀转变为Fe3，所以Fe2减少，Fe3增多，AlO再转变为Al3，几乎不变。答案B3.将金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应，下列对反应情况设想的评价正确的是()选项反应情况设想评价A当铁、铜均不剩余时，溶液中一定有Fe2、Cu2，一定无Fe3正确，Fe3和Fe、Cu均可反应B当铁、铜均有剩余时，溶液中一定有Fe2、Cu2，无Fe3正确，Fe和Cu与Fe3都反应，故有Fe2和Cu2，无Fe3C当铜有剩余，铁无剩余时，溶液中一定只有Fe2，无Cu2正确，Cu有剩余，故无Cu2D当铁有剩余，铜无剩余时，溶液中一定有Fe2、Cu2不正确，不可能有Fe剩余而无Cu剩余，因为Fe比Cu优先与Fe3反应解析当铁、铜均不剩余时溶液中可能有Fe3存在，A项错误；当铁过量时，铜不与Fe3反应，无Cu2生成，此时溶液中不存在Cu2和Fe3，B项错误；铜有剩余则溶液中一定无Fe3，可能有Cu2，C项错误；铁比铜活泼，不可能铁剩余而铜无剩余，D项正确。答案D【归纳总结】“铁三角”转化上述转化关系中标号反应的离子方程式：2Fe3Fe=3Fe2；2Fe3H2S=2Fe2S2H；2Fe2H2O22H=2Fe32H2O；3Fe2NO4H=3Fe3NO2H2O。Fe2和Fe3的检验4.下列有关物质检验方法不合理的是()A.向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显血红色，该溶液中一定含有Fe2B.用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2C.检验绿矾晶体是否已氧化变质，可将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液，再观察溶液是否变红色D.向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3解析B项中的Cl也能使酸性KMnO4溶液褪色。答案B5.下列关于Fe3、Fe2性质实验的说法错误的是()A.用上图装置可以制备沉淀Fe(OH)2B.配制FeCl3溶液时，先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中， 再加水稀释到所需要的浓度C.FeCl3溶液中滴加KSCN溶液会生成红色沉淀D.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2被氧化解析A项，打开止水夹，左边锥形瓶中发生反应：FeH2SO4=FeSO4H2，H2排出反应体系内的空气，使体系保持H2氛围，关闭止水夹，生成的FeSO4被压到右边锥形瓶中生成Fe(OH)2沉淀，正确；C项，生成配合物血红色Fe(SCN)3，不是沉淀，错误。答案C6.某班同学用如下实验探究Fe2、Fe3的性质。回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 molL1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是_。(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是_。(4)丙组同学取10 mL 0.1 molL1 KI溶液，加入6 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验：第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；第二支试管中加入1滴K3Fe(CN)6溶液，生成蓝色沉淀；第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。实验检验的离子是_(填离子符号)；实验和说明：在I过量的情况下，溶液中仍含有_(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为_。(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为_；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是_；生成沉淀的原因是_(用平衡移动原理解释)。解析(1)Fe2具有很强的还原性，易被空气中的O2氧化为Fe3，在FeCl2溶液中加入少量铁屑，可防止Fe2被氧化。(2)Fe2被氧化为Fe3，Cl2被还原为Cl，反应的离子方程式为2Fe2Cl2=2Fe32Cl。(3)O2难溶于煤油，加入煤油能隔绝空气，排除O2对实验的影响。(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I2Fe3=I22Fe2。K3Fe(CN)6是检验Fe2的试剂。实验溶液变红，说明溶液中仍存在Fe3，由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应，Fe2被氧化为Fe3，H2O2被还原为H2O，反应的离子方程式为H2O22Fe22H=2Fe32H2O。Fe3对H2O2的分解起催化作用，当反应一段时间后，会发生反应：2H2O22H2OO2，故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热，促使Fe33H2OFe(OH)33H平衡右移，最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。答案(1)防止Fe2被氧化(2)2Fe2Cl2=2Fe32Cl(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)Fe2Fe3可逆反应(5)2Fe2H2O22H=2Fe32H2OFe3催化H2O2分解产生O2H2O2分解反应放热，促进Fe3的水解平衡正向移动考点三铜及其化合物知识梳理1.铜的性质(1)物理性质：铜是紫红色金属，具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO32CuSCu2SCuCu2.氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红色与酸反应(H)CuO2H=Cu2H2OCu2O2H=Cu2CuH2O与H2反应CuOH2CuH2OCu2OH22CuH2O转化关系4CuO2Cu2OO23.氢氧化铜(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用4.CuSO45H2OCuSO45H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)，可作为水的检验依据。提醒：无水CuSO4只能作为水的检验试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。常见铜及其化合物的颜色物质颜色物质颜色Cu紫红色CuSO4白色CuO黑色CuSO45H2O蓝色Cu2O砖红色Cu2(OH)2CO3绿色Cu2S黑色Cu(OH)2蓝色题组诊断铜及其化合物的性质1.判断正误，正确的打“”，错误的打“”(1)CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu(OH)2()(2)Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2()(3)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分，在干燥的空气中不易生成()(4)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成()(5)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在()(6)将铁片置于CuSO4溶液中，铁片上有红色物质析出，说明铁比铜活泼()2.某同学通过系列实验，探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是()A.将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuSB.将Cu片放入过量浓硫酸中，一段时间后加水以观察CuSO4溶液的颜色C.向CuSO4溶液中加入NaOH溶液，过滤洗涤并收集沉淀，加热以制取CuOD.设计CuAl浓硝酸原电池，以证明金属活动性：CuAl解析铜粉和硫粉反应生成Cu2S，故A项错误；Cu与浓硫酸的反应需要加热，故B项错误；Al在浓硝酸中发生钝化，故在CuAl浓硝酸原电池中，Cu发生氧化反应，作负极，不能证明金属活动性：CuAl，故D项错误。答案C铜的冶炼及含铜化合物3.工业上用黄铜矿冶炼铜并对炉渣进行综合利用的一种工艺流程如图所示：(1)冶炼过程中得到的Cu2O和Cu的混合物称为“泡铜”，Cu2O与金属Al在高温条件下混合反应可得粗铜，反应的化学方程式为_。粗铜精炼时应将粗铜连接在直流电源的_极，可在_极得到纯度较高的精铜。(2)传统炼铜的方法主要是火法炼铜，主要反应如下所示：2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO2Cu2S3O22Cu2O2SO22Cu2OCu2S6CuSO2每生成1 mol Cu，共消耗_ mol O2。反应中的氧化剂是_。(3)用炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。根据流程回答下列问题：加入适量NaClO溶液的目的是_(用离子方程式表示)。除去Al3发生反应的离子方程式是_。选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。提供的试剂有：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、高锰酸钾溶液、NaOH溶液、碘水。所选试剂是_。实验方案：_。解析(1)Cu2O与Al发生氧化还原反应生成Al2O3与Cu：3Cu2O2AlAl2O36Cu；粗铜精炼的目的是使粗铜溶解，精铜析出，所以粗铜作阳极，精铜在阴极产生。(2)根据反应可知，利用火法炼铜，CuFeS2中的铜元素、铁元素、硫元素最终分别转化为Cu、FeO、SO2，由此可写出总反应化学方程式：2CuFeS25O22Cu2FeO4SO2，则由总反应化学方程式可以看出每生成1 mol Cu，共消耗2.5 mol O2。反应的反应物Cu2O、Cu2S中铜元素的化合价都降低，二者均为氧化剂。(3)NaClO溶液具有氧化性，将Fe2氧化成Fe3：2Fe2ClO2H=2Fe3ClH2O。除去Al3发生反应的离子方程式为Al34OH=AlO2H2O。检验FeO，需要将FeO溶解，再利用Fe2的还原性检验Fe2，所选的试剂是稀硫酸、高锰酸钾溶液，实验方案是取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2，从而证明炉渣中含有FeO。答案(1)3Cu2O2AlAl2O36Cu正阴(2)2.5Cu2O、Cu2S(3)2Fe2ClO2H=2Fe3ClH2OAl34OH=AlO2H2O稀硫酸、高锰酸钾溶液取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2，从而证明炉渣中含有FeO4.(2017南京学情调研)工业上由含铜废料(含有Cu、CuS、CuSO4等)制备硝酸铜晶体的流程如下： (1)“焙烧”在600 时进行，写出CuS转化为CuO和SO2的化学方程式：_。(2) “过滤”所得滤液中溶质的主要成分为_(填化学式)。(3) “淘洗”所用的溶液A可以是_(填序号)。a.稀硫酸b.浓硫酸 c.稀硝酸d.浓硝酸(4) “反应”一步所用的试剂是20% HNO3 和10% H2O2，反应过程中无红棕色气体生成。理论上消耗HNO3和H2O2的物质的量之比为_。若不加10% H2O2，只用20% HNO3，随着反应的进行，温度上升，出现大量红棕色气体，该反应的离子方程式为_。(5)从“反应”所得溶液中析出Cu(NO3)23H2O的方法是_。解析(1)反应物为CuS、O2，生成物为CuO、SO2，铜元素的化合价没有变化，根据电子守恒配平，注意反应条件。(2)焙烧后得CuO，溶于H2SO4生成CuSO4，Fe置换出Cu，滤液为FeSO4。(3)过滤所得滤渣主要成分为Cu和过量的Fe，溶液A“淘洗”的目的是除去Fe，但不与Cu反应，选用稀硫酸。(4)1 mol Cu1 mol Cu21 mol Cu(NO3)2，转移电子数为2e，需要1 mol H2O2，2 mol HNO3。(根据信息写出反应方程式：Cu2HNO3H2O2=Cu(NO3)2H2O)。Cu和HNO3反应，生成Cu2和NO2(大量红棕色气体)，配平。(5)从溶液中获得结晶水合物的方法是蒸发浓缩、冷却结晶，由图可知当冷却温度低于26.4 时会析出Cu(NO3)26H2O，因此冷却温度不低于26.4 。答案(1)2CuS3O22CuO2SO2(2)FeSO4(3) a(4)21Cu4H2NO=Cu2 2NO2 2H2O(5)蒸发浓缩，降温至温度略高于26.4 结晶【思维建模】废铜综合利用的常见流程框图模式【知识网络回顾】1.下列关于铁及其化合物的说法中正确的是()A.氯化亚铁溶液保存时加少量盐酸，是为了抑制亚铁离子水解B.将氯化铁溶液直接蒸干可得到无水氯化铁C.通入氯气可除去硫酸铁中少量硫酸亚铁杂质D.用磁铁吸引可分离铁粉和铜粉解析B项应该在HCl气流中蒸干，错误；C项通入氯气会引入新杂质，错误。答案AD2.根据FeCl3溶液滴入不同试剂中的实验现象，所得结论不正确的是()试剂现象结论AH2S溶液溶液变浑浊Fe3有氧化性BNH4SCN溶液溶液变红色NH抑制了Fe3水解CAgNO3溶液产生白色沉淀发生复分解反应D沸水沸水变红褐色有氢氧化铁胶体生成解析加入NH4SCN变红色，是因为Fe3与SCN生成血红色的Fe(SCN)3，B项错误。答案B3.下列除杂的操作不正确的是()A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量镁充分反应后过滤B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入NaOH溶液充分反应后过滤D.CuCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2氧化成Fe3，再加入CuO充分反应后过滤解析FeCl3溶液中存在水解平衡：FeCl33H2OFe(OH)33HCl，加入Mg与H反应，上述平衡右移，使Fe3转化成Fe(OH)3而除去，A正确；加入过量铁粉，FeCl3与Fe反应生成FeCl2而达到除杂的目的，B正确；先用H2O2将Fe2氧化成Fe3，再利用FeCl3的水解，加入的CuO与H反应将Fe3转化成Fe(OH)3而除去，D正确；C项中加入NaOH溶液，Cu2、Fe3均转化成氢氧化物沉淀，不符合除杂要求。答案C4.(2018南京、盐城一模)聚硅酸铁是目前无机高分子絮凝剂研究的热点，一种用钢管厂的废铁渣(主要成分Fe3O4，少量碳及二氧化硅)为原料制备的流程如下：(1)废铁渣进行“粉碎”的目的是_。(2)“酸浸”需适宜的酸浓度、液固比、酸浸温度、氧流量等，其中酸浸温度对铁浸取率的影响如图所示：加热条件下酸浸时，Fe3O4与硫酸反应的化学方程式为_。酸浸时，通入O2的目的是_。当酸浸温度超过100 时，铁浸取率反而减小，其原因是_。(3)滤渣的主要成分为_(填化学式)。(4)“Fe3浓度检测”是先用SnCl2将Fe3还原为Fe2；在酸性条件下，再用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2(Cr2O被还原为Cr3)，该滴定反应的离子方程式为_。答案(1)减小颗粒直径，增大浸取时的反应速率和提高铁浸取率(2)Fe3O44H2SO4FeSO4Fe2(SO4)34H2O将FeSO4氧化为Fe2(SO4)3温度超过100 明显加快了Fe3水解反应的速率，导致Fe3浓度降低(3)C和SiO2(4)6Fe2Cr2O14H=6Fe32Cr37H2O一、选择题1.下列检验试剂选用正确的是()A.用氯水、KSCN溶液检验FeCl3中是否有FeCl2B.用酸性KMnO4溶液检验FeCl3中是否有FeCl2C.用NaOH溶液检验MgCl2中是否有FeCl2D.用硝酸检验某黄色固体是纯铜还是黄铜解析A项中的Fe3产生的干扰无法消除；B项中酸性KMnO4还能氧化Cl；C项中虽然Mg2也能形成白色沉淀，但若有Fe2，则生成的白色沉淀颜色会发生变化；D项中纯铜和黄铜均能溶解在硝酸中。答案C2.下列物质不能通过化合反应直接制得的是()A.FeCl2 B.NaHSO3C.Cu(OH)2 D.Fe(OH)3解析A项，2FeCl3Fe=3FeCl2；B项，NaOHSO2=NaHSO3或Na2SO3SO2H2O=2NaHSO3；C项，氧化铜和水不能反应；D项，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。答案C3.下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是()ABCDXFeCl2溶液FeCl3溶液FeFeSO4溶液YFeCl3CuCl2AlFe2(SO4)3ZCl2FeNaOH溶液Cu解析Cl2与FeCl2反应，A错误；Fe与FeCl3、CuCl2均反应，B错误；D有新的杂质CuSO4生成。答案C4.某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个实验。下列从分类角度分析正确的是()A.实验反应制得的物质均为纯净物B.实验均未发生氧化还原反应C.实验均为放热反应D.实验所涉及的物质均为电解质解析实验制得的是Fe(OH)3胶体，属于混合物，且属于吸热反应，选项A、C错误；实验中涉及的物质Cl2、铁丝均为单质，既不属于电解质，也不属于非电解质，选项D错误。答案B5.Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法正确的是()A.两者的单质放置在空气中均只生成氧化物B.两者的单质都能与稀硫酸反应产生氢气C.常温条件下，两种金属都能溶解于浓硝酸中D.制备FeCl3、CuCl2，均不能采用将其溶液直接蒸干的方法解析Cu放置在潮湿的空气中可生成Cu2(OH)2CO3，A项错误；铜为不活泼金属，不能与稀硫酸反应生成氢气，B项错误；常温下，浓硝酸能够使铁钝化，C项错误；直接蒸干FeCl3、CuCl2溶液得到的固体分别是Fe(OH)3、Cu(OH)2，D项正确。答案D6.将1.12 g铁粉加入25 mL 2 molL1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浓度基本不变B.往溶液中滴入无色KSCN溶液，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25解析n(Fe)0.02 mol，n(Fe3)0.025 L2 molL10.05 mol，由反应：Fe2Fe3=3Fe2可知Fe3过量，加入KSCN显血红色，溶液中n(Fe2)3n(Fe)0.06 mol，溶液中剩余n(Fe3)0.05 mol2n(Fe)0.01 mol，即Fe2和Fe3的物质的量之比为61；氧化产物与还原产物的物质的量之比为12。答案BC7.在检验用FeCl3溶液生产铜制印刷线路板后所得的废液成分的实验中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是()A.向废液中加入少量的葡萄糖溶液，无砖红色沉淀产生，说明废液中不含Cu2B.向废液中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀，说明废液中含有ClC.向废液中加少量铁粉，充分反应后无固体剩余，说明废液中含有Fe3D.向废液中滴加KSCN溶液，无现象，再加入氯水后溶液呈红色，说明废液中含有Fe2解析A项，葡萄糖在碱性条件下加热能与新制Cu(OH)2反应生成砖红色Cu2O沉淀，废液为酸性，不能生成Cu(OH)2，错误；C项，若无Fe3，Fe与Cu2反应则会有铜生成，正确。答案A8.在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是()A.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2，一定不含Cu2B.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2，可能含Cu2和Fe3C.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3和Fe2，一定不含Cu2D.若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2，一定不含Cu2和Fe3解析氧化性Fe3Cu2Fe2，加入铁粉后有固体剩余，Fe3一定不存在；若剩余固体全部都是Cu，溶液中还可能有Cu2，也可能恰好被完全置换；若剩余固体是Cu和Fe，则溶液中不可能有Cu2。答案D9.通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是()选项操作、现象解释A向KI淀粉溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝Fe3能与淀粉发生显色反应B把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3C向稀硝酸中加入少量铁粉，有气泡产生说明Fe与硝酸反应，生成了NOD新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3解析A项中Fe3将I氧化为I2，淀粉遇碘变蓝；B项中红棕色的斑点是Fe2O3。C、D正确。答案CD10.某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制备七水合硫酸亚铁(FeSO47H2O)，设计了如下流程：下列说法不正确的是()A.溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉B.固体1中一定有SiO2，控制pH是为了使Al3转化为Al(OH)3进入固体2C.从溶液2得到FeSO47H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解D.若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO47H2O解析根据题意，分析得出以下流程：A项，溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉，正确；B项，由于SiO2不溶于硫酸，则固体1中一定含有SiO2，为了使溶液中的Al3转化成Al(OH)3沉淀，故用NaOH溶液控制pH，得固体2为Al(OH)3，正确；C项，由于Fe2易被氧化、FeSO47H2O易分解，故在从FeSO4溶液中得到FeSO47H2O产品过程中，须控制条件防止其氧化和分解，正确； D项，若在溶液1Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3溶液中直接加NaOH至过量，得到的为Fe(OH)3，用硫酸溶解得到Fe2(SO4)3溶液，故经结晶不能得到FeSO47H2O，错误。答案D11.CuS