（新课改省份专版）2020高考化学一轮复习3.3难点专攻铁、铜重要化合物的性质探究学案（含解析）.doc

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1、1第 3 课时 难点专攻铁、铜重要化合物的性质探究考点一 铁的化合物的制备考法一 氢氧化亚铁的制备原理和方法1制备原理(1)制备原理：Fe 2 2OH =Fe(OH)2。(2)成功关键：溶液中不含 O2等氧化性物质；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。2常用方法(1)有机层隔离法反应在试管底部进行(这是唯一一种把胶头滴管插入反应溶液的实验)。加隔氧剂，如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂如图，由于苯的液封作用，可防止生成的 Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的 Fe(OH)2沉淀。(2)还原性气体保护法该方法是先在装置中产生 FeSO4溶液，并利用产生的

2、H2排尽整个装置中的空气，待检验 H2的纯度后，再关闭止水夹 K，利用产生的 H2把 FeSO4溶液压入装置中与 NaOH 溶液进行反应。(3)电解法该方法中铁作电解池的阳极，电极反应为 Fe2e =Fe2 ，阴极反应为2H 2e =H2，生成的氢气可以赶走溶液中的氧气，溶液中 c(OH )增大，与 Fe2 结合生成 Fe(OH)2沉淀，汽油起“液封”作用。电解时，在两极间最先观察到白色沉淀。2典例 1 (1)下列各图示中，能较长时间观察到 Fe(OH)2白色沉淀的是_。(2)用下列方法可制得白色的 Fe(OH)2沉淀：用不含 Fe3 的 FeSO4溶液与用不含 O2的蒸馏水配制的 NaOH

3、溶液反应制备。用硫酸亚铁晶体配制上述 FeSO4溶液时还需加入_。除去蒸馏水中溶解的 O2常采用_的方法。生成白色 Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含 O2的 NaOH 溶液，插入 FeSO4溶液液面下，再挤出 NaOH 溶液。这样操作的理由是_。解析 (1)因为 Fe(OH)2在空气中容易被氧化为红褐色的 Fe(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。、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；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

4、进入；中液面加苯阻止了空气进入；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。(2)Fe 2 易水解，要加入稀硫酸防止其水解；Fe 2 易被空气中的 O2氧化，要加 Fe 粉防止 Fe2 被氧化。气体的溶解度随温度升高而降低，所以煮沸后的水中溶解的 O2较少。答案 (1) (2)稀硫酸、铁屑 煮沸 避免生成的 Fe(OH)2沉淀接触 O2考法二 绿矾(FeSO 47H2O)的制备原理和方法(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中亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出 NaOH 溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保

5、护气，如 H2、N 2、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 NaOH 溶液，利用新产生的 Fe2 与 OH 反应制取。3考法(二) 绿矾(FeSO 47H2O)的制备1用废铁屑(含少量 SiO2和氧化铁)制取绿矾从 FeSO4溶液中获得 FeSO47H2O，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、低温干燥等操作。其中，冰水洗涤的目的是减少晶体的溶解损耗；低温干燥的目的是防止晶体受热失去结晶水。以上结晶过程最好是在氮气的环境中进行，其中 N2的作用是防止绿矾在空气中被 O2氧化而变质。2用烧渣制备绿矾(烧渣中主要含 FeO、F

6、e 2O3，还有一定量的 SiO2)试剂 X 可以是 SO2，也可以是 Fe，其目的是将溶液中 Fe3 还原为 Fe2 。若试剂 X 为 SO2，其转化原理为：SO2Fe 2(SO4)32H 2O=2FeSO42H 2SO4若试剂 X 为 Fe，其转化原理为：FeFe 2(SO4)3=3FeSO4测得“还原”后溶液的 pH 明显增大，其原因是 Fe 消耗过量的 H2SO4，溶液酸性减弱。典例 2 绿矾被广泛用于医药和工业领域，工业上两种制备绿矾(FeSO 47H2O)的流程如图所示，根据题意回答下列问题：方法一：利用黄铜矿粉(主要成分为 CuFeS2)制取绿矾(1)试剂 a 和试剂 b 分别是

7、_，操作 1 的名称是_。(2)有一种细菌在有氧气存在的稀硫酸中，可以将 CuFeS2氧化成硫酸盐，写出该反应的化学方程式：_。方法二：利用工业废铁屑制取绿矾4(3)加入适量 Na2CO3溶液的作用是_。(4)操作需要用到的玻璃仪器名称有_。(5)通过检验 CO 来判断操作是否洗涤干净，检验的方法是23_。解析 (1)由流程图可知滤渣 2 为 Fe(OH)3，而目标产物为绿矾(FeSO 47H2O)，所以试剂 a 为稀 H2SO4，起溶解作用，b 为铁粉，起还原作用；由流程图可知操作 1 为过滤，其作用为除去过量的铁粉。(2)由题意可知，在细菌的作用下，氧气氧化黄铜矿的反应方程式为 4CuFe

8、S217O 22H 2SO4=4CuSO42Fe 2(SO4)32H 2O。(3)CO 水解时使溶液呈碱性，23可以除去油污。(4)因为操作为过滤与洗涤，所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗。答案 (1)稀 H2SO4、铁粉 过滤(2)4CuFeS217O 22H 2SO4=4CuSO42Fe 2(SO4)32H 2O (3)除去油污 (4)烧杯、玻璃棒、漏斗 (5)取少量最后一次的洗涤液于试管中，滴加 BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则已经洗涤干净；若有白色沉淀生成，则未洗涤干净综合训练1硫酸亚铁是一种重要的化工原料，可以用来制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是( )A碱式硫酸铁水解

9、能产生 Fe(OH)3胶体，可用作净水剂B为防止 NH4HCO3分解，制备 FeCO3需在较低温度下进行C可用 KSCN 溶液检验(NH 4)2Fe(SO4)2是否被氧化D常温下，(NH 4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比 FeSO4的大解析：选 D 碱式硫酸铁电离产生 Fe3 ，Fe 3 能发生水解反应生成 Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附性，可用作净水剂，故 A 项正确；NH 4HCO3不稳定，受热易分解，为防止 NH4HCO3分解，制备 FeCO3需在较低温度下进行，故 B 项正确；KSCN 溶液遇 Fe2 溶液无现象，(NH 4)2Fe(SO4)2中 Fe2 被氧化则

10、生成 Fe3 ，KSCN 溶液遇 Fe3 溶液变红，故 C 项正确；(NH 4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比 FeSO4的小，FeSO 4才能与(NH 4)2SO4反应生成(NH 4)52Fe(SO4)2，故 D 项错误。2绿矾(FeSO 47H2O)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法：查询资料，得有关物质的数据如下表：25 时 饱和 H2S 溶液 SnS 沉淀完全 FeS 开始沉淀 FeS 沉淀完全pH 3.9 1.6 3.0 5.5(1)检验制得的绿矾晶体中是否含有 Fe3 ，最好选用的试剂为_。AKSCN 溶液 B

11、NaOH 溶液 CKMnO 4溶液(2)操作中，通入硫化氢至饱和的目的是(写两点)_、_。(3)操作的顺序依次为_、冷却结晶、过滤。解析：(1)检验所得绿矾晶体中是否含有 Fe3 的实验操作是利用三价铁离子检验方法：Fe3 和 SCN 会反应生成红色的 Fe(SCN)3，从而证明了 Fe3 的存在。(2)通入硫化氢至饱和的目的是：硫化氢具有强还原性，可以将 Fe3 还原为 Fe2 。H 2S 在溶液中饱和，可以增大溶液中的 S2 浓度，尽量保证将 Sn2 转化为 SnS 沉淀，以便于过滤除去 Sn 杂质。(3)溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥等，所以操作的

12、顺序依次为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。答案：(1)A (2)除去溶液中的 Sn2 将 Fe3 还原成 Fe2 (3)蒸发浓缩考点二 含铁化合物的分离提纯与性质探究考法一 化工生产中 Fe3 、Fe 2 的除杂方法1除去 CuCl2溶液中的 FeCl2(1)示例说明已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的 pH 如下表：金属离子 Fe3 Cu2 Fe2 Ni2 Mg2开始沉淀的 pH 2.7 4.4 7.0 7.1 9.3沉淀完全的 pH 3.7 6.4 9.6 9.2 10.8除杂的流程图：6(2)注意事项若直接调节溶液的 pH，待 Fe2 沉淀完全，Cu 2 也已沉淀完全，不能除去 Fe2 ，

13、不可行。先将 Fe2 氧化成 Fe3 ，再调溶液的 pH 为 3.7pH4.4，此时 Fe3 沉淀完全，Cu 2未沉淀，过滤除去 Fe(OH)3沉淀。加入的氧化剂可以是双氧水或氯气等，注意不能引入新的杂质。调节溶液 pH 的物质，要消耗氢离子，但不能引入新杂质，可为 CuO、Cu(OH)2、CuCO 3、Cu 2(OH)2CO3。2常见的其他物质中铁的除杂方法所加试剂 说明除去 Mg2 中混有的Fe3Mg、 MgO、MgCO 3或 Mg(OH)2加 MgO 等调 pH 为 3.7pH9.3，将 Fe3 转化为 Fe(OH)3沉淀，过滤除去除去 Cu2 中混有的Fe3CuO、CuCO 3、Cu(

14、OH) 2或 Cu2(OH)2CO3加 CuO 等调 pH 为 3.7pH4.4，将 Fe3 转化为 Fe(OH)3沉淀，过滤除去除去 Mg2 中混有的Fe2先加入氧化剂(如 H2O2等)将 Fe2氧化成 Fe3 ，再加Mg、 MgO、MgCO 3或 Mg(OH)2加 MgO 等调 pH 为 3.7pH9.3，将 Fe3 转化为 Fe(OH)3沉淀，过滤除去除去 Ni2 中混有的Fe2先加入氧化剂(如 H2O2等)将 Fe2氧化成 Fe3 ，再加 NiO 等物质加 NiO 等调 pH 为 3.7pH7.1，将 Fe3 转化为 Fe(OH)3沉淀，过滤除去典例 1 炼锌厂的铜镉废渣中含有铜、锌、

15、镉、铁、砷等元素，其含量依次减少。对这些元素进行提取分离能减少环境污染，同时制得 ZnSO47H2O 实现资源的再利用。其流程图如下。已知 FeAsO4难溶于水；ZnSO 47H2O 易溶于水，难溶于酒精。7金属离子 Fe3 Zn2 Mn2 Cu2 Cd2开始沉淀 pH 2.7 6.5 7.7 5.2 6.9沉淀完全 pH 3.2 8.0 9.8 6.4 9.4请回答下列问题：(1)提高浸出率可以采用的方法是(写出其中一点即可)_。(2)滤液中有少量的 AsO ，若不除去，则 AsO 与 Cd 反应会产生一种有毒氢化33 33物气体，该气体的分子式为_。向滤液中逐滴滴入酸性 KMnO4溶液可与

16、 AsO 反应33生成 FeAsO4，完成该反应的离子方程式：_Fe2 _AsO _MnO _ =_Mn2 _FeAsO 4_ ，33 4判断该滴定终点的现象是_。(3)流程中调节 pH 时可以选用的试剂为_，滤渣的主要成分为_。(4)常温下 Zn(OH)2的溶度积 Ksp_。(5)制得的 ZnSO47H2O 需洗涤，洗涤晶体时应选用试剂为_。解析 (4)当 Zn2 沉淀完全时溶液中 c(Zn2 )10 5 molL1 ，则 KspZn(OH)2 c(Zn2 )c2(OH )10 5 (106 )210 17 。答案 (1)适当增大硫酸浓度、升高溶液温度、搅拌、将铜镉渣磨碎成小颗粒等(合理答案

17、均可)(2)AsH3 5Fe 2 5AsO 3MnO 14H =3Mn2 5FeAsO 47H 2O 滴最后一滴33 4KMnO4，溶液变为粉红色且半分钟内不恢复为原色，则反应滴定到终点(3)ZnO、ZnCO 3、Zn(OH) 2等合理答案均可 FeAsO4、Fe(OH) 3(4)1017 (5)乙醇(或饱和硫酸锌溶液)考法二 探究 Fe2 、Fe 3 的性质典例 2 (2016全国卷)某班同学用如下实验探究 Fe2 、Fe 3 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8_。(2)甲组同学取

18、 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。FeCl 2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，CCl 4层显紫色；第二支试管中加

19、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)Fe 2 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

20、化。(2)Fe2 被氧化为 Fe3 ，Cl 2被还原为 Cl ，反应的离子方程式为2Fe2 Cl 2=2Fe3 2Cl 。(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 2I 2Fe 3 =I22Fe 2 。K 3Fe(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，Fe 2 被氧化为 Fe3 ，H 2O2被还原为 H2O，反应的离子方程式为 H2O22Fe 2 2H =2Fe3 2H 2O。Fe 3 对 H2O2的

21、分解起催化作用，当反应一段时间后，会发生反应：2H 2O2 2H2OO 2，故溶液中产生气泡。由于 H2O2= = = = =Fe3 分解反应放热，促使 Fe3 3H 2OFe(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)2Fe2 Cl 2=2Fe3 2Cl 9(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)Fe2 Fe 3 可逆反应(5)2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H 2OFe3 催化 H2O2分解产生 O2 H 2O2分解反应放热，促进 Fe3 的水解平衡正向移动综合训练1为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性，某同学设计了如下

22、实验方案，其中符合实验要求且完全正确的是( )选项 实验操作 实验现象 离子方程式 实验结论A在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水浅绿色溶液变成棕黄色溶液2Fe2 Cl 2=2Fe3 2Cl Fe2 具有还原性B在氯化亚铁溶液中加入锌片浅绿色溶液变成无色溶液Fe2 Zn= = FeZn 2Fe2 具有还原性C在氯化铁溶液中加入铁粉棕黄色溶液变成浅绿色溶液Fe3 Fe= =2Fe2铁单质具有还原性D在氯化铁溶液中加入铜粉蓝色溶液变成棕黄色溶液2Fe3 Cu= =2Fe2Cu 2Fe3 具有氧化性解析：选 A 氯气能够将 Fe2 (浅绿色)氧化为 Fe3 (棕黄色)，A 项正确；B 项得到的结论应该是 F

23、e2 具有氧化性；C 项的离子方程式错误；D 项的实验现象应该是铜粉逐渐溶解，溶液由棕黄色变为蓝色。2工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁Fe(OH)SO 4的工艺流程如下：已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 如下表：沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3开始沉淀 2.3 7.5 3.4完全沉淀 3.2 9.7 4.4回答下列问题：(1)反应中发生的氧化还原反应的化学方程式为_，_。10(2)加入少量 NaHCO3的目的是调节 pH，使溶液中的_(填“Fe 3 ”、 “Fe2 ”或“Al3 ”)沉淀。该工艺流程中“搅拌”的作用是_。(3)反应的

24、离子方程式为_。在实际生产中，反应常同时通入 O2以减少 NaNO2的用量，O 2与 NaNO2在反应中均作_。若参与反应的 O2有11.2 L(标准状况)，则相当于节约 NaNO2的物质的量为_。(4)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH) 2 ，可部分水解生成Fe 2(OH)42 聚合离子。该水解反应的离子方程式为_。(5)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有 Fe2 及 NO 。为检验所得产品中是否含有 Fe2 ，应使用的试剂为 3_(填字母)。A氯水 BKSCN 溶液CNaOH 溶液 D酸性 KMnO4溶液解析：(1)根据题意及流程

25、图分析知，反应中发生的反应为 Al2O33H 2SO4=Al2(SO4)33H 2O、Fe 2O33H 2SO4=Fe2(SO4)33H 2O，FeFe 2(SO4)3=3FeSO4，FeH 2SO4(稀)=FeSO4H 2，其中属于氧化还原反应的为 FeFe 2(SO4)3=3FeSO4、FeH 2SO4(稀)=FeSO4H 2；(2)根据题意及流程图分析知，反应后溶液的成分为 FeSO4和 Al2(SO4)3的混合溶液，经搅拌、过滤后得 FeSO4溶液，所以加入少量 NaHCO3的目的是调节 pH，使溶液中的 Al3 沉淀，该工艺流程中“搅拌”的作用是加快反应速率；(3)由题给信息知，反应

26、中 NaNO2中氮元素的化合价由反应前的3 价降为反应后 NO 中的2，则 FeSO4中铁元素的化合价必然升高，由 Fe2 转化为 Fe3 ，反应的离子方程式为Fe2 NO 2H =Fe3 NO H 2O，反应的目的是利用氧化剂将 Fe2 氧化为 2Fe3 ，O 2与 NaNO2在反应中作氧化剂； n(O2)0.5 mol，则得到电子 0.5 mol42 mol，1 mol NaNO2被还原生成 NO，化合价由3 价降低到2 价，得到 1 mol 电子，根据得失电子数目相等知，节约 NaNO2的物质的量为 2 mol；(4)Fe(OH) 2 可部分水解生成Fe2(OH)42 聚合离子，根据电荷

27、守恒和质量守恒可写出反应的离子方程式为 2Fe(OH)2 2H 2OFe 2(OH)42 2H ；(5)氯水可以氧化 Fe2 生成 Fe3 ，溶液颜色变化不明显，不能检验 Fe2 ，A 错误；KSCN 溶液和 Fe2 混合无现象发生，不能检验 Fe2 ，B 错误；加入NaOH 溶液和 Fe3 反应生成红褐色沉淀，不能检验是否存在 Fe2 ，C 错误；在含有 Fe3 的溶液中检验 Fe2 ，应选用酸性 KMnO4溶液，酸性 KMnO4溶液氧化 Fe2 时溶液褪色，现象明显，D 正确。答案：(1)FeH 2SO4=FeSO4H 2FeFe 2(SO4)3=3FeSO4(2)Al3 加快反应速率(或

28、使反应物充分接触)11(3)Fe2 NO 2H =Fe3 NOH 2O 氧化剂 2 mol (4)2Fe(OH) 22 2H 2OFe 2(OH)42 2H (5)D考点三 迁移“氢气还原氧化铜”的实验装置模型1实验装置2装置的作用装置 作用A 制取 H2B 除去 H2中混有的 HCl(若采用稀硫酸制取氢气，无需使用该装置)C 除去 H2中混有的水蒸气(也可将 B、C 装置用盛有碱石灰的 U 形干燥管代替)E 检验氢气还原氧化铜生成的水F 防止外界空气中的水蒸气进入装置 E 中，干扰产物水的检验3实验操作提醒 先熄灭酒精灯再停止通入氢气的目的是使被还原生成的 Cu 在氢气的氛围中冷却，以防止空

29、气进入，使 Cu 在较高温度下被氧化。典例 (2017全国卷)实验室用 H2还原 WO3制备金属 W 的装置如图所示(Zn 粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是( )A、中依次盛装 KMnO4溶液、浓 H2SO4、焦性没食子酸溶液B管式炉加热前，用试管在处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度C结束反应时，先关闭活塞 K，再停止加热D装置 Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气12解析 制得的氢气中含有 H2S、O 2、HCl、H 2O 等杂质，由于酸性高锰酸钾溶液氧化氯化氢生成氯气，所以，应先用焦性没食子酸溶液吸收氧气，同时除去氯化氢(易溶于水)，再用酸性高锰酸钾溶液吸收硫化氢，最后用浓硫酸干燥，A 项错误；氢气中混有空气加热易发生爆炸，故加热管式炉前需对氢气进行验纯，其操作为在处收集气体并点燃，发出“噗”声，则证明制取的氢气较纯，B 项正确；类似氢气还原氧化铜，实验完毕后，先停止加热，再继续通入氢气一段时间，C 项错误；启普发生器不能加热，适合块状固体与液体在常温下反应，而实验室用二氧化锰与浓盐酸反应制氯气需要加热，且二氧化锰是粉末状固体，故不能用装置 Q 制备氯气，D 项错误。答案 B备考方略 H 2(或 CO)还原金属氧化物的实验流程13