2021届高考化学一轮复习过渡金属的2种典型代表铁铜学案

2021届高考化学一轮复习过渡金属的2种典型代表铁铜学案

第3课时　点点突破——过渡金属的2种典型代表(铁、铜)‎ 知识点一　铁及铁的化合物 ‎1．铁的存在 ‎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 占第位 ‎(2)化学性质(写出化学方程式或离子方程式)‎ ‎①与非金属反应 与O2反应 常温 铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)‎ 点燃 ‎3Fe＋2O2Fe3O4‎ 与Cl2反应 点燃 ‎2Fe＋3Cl22FeCl3‎ 与S、I2反应 Fe＋SFeS、Fe＋I2FeI2‎ ‎②与H2O(g)反应 ‎3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2。 ‎ ‎③与酸反应 与H＋反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ 与稀HNO3‎ 反应 过量 Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O 少量 ‎3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O 与浓H2SO4、‎ 浓HNO3反应 常温下钝化，加热分别生成SO2、NO2‎ ‎④与盐(Cu2＋、Fe3＋)反应 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋‎ ‎[提醒]　铁与弱氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2＋，铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等)反应时被氧化为Fe3＋。‎ 化学式 FeO Fe2O3‎ Fe3O4‎ 俗称 ‎—‎ 铁红 磁性氧化铁 色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水 铁的价态 ‎＋2价 ‎＋3价 ‎＋2价，＋3价 与H＋反应的离子方程式 FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O 共性 高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，生成单质铁 化学式 Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ 色态 白色固体 红褐色固体 溶解性 难溶于水 难溶于水 与盐酸反应 Fe(OH)2＋2H＋=== Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋=== Fe3＋＋3H2O 受热分解 ‎—‎ ‎2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O 制法 可溶性亚铁盐与碱反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓‎ 可溶性铁盐与碱反应：Fe3＋＋3OH－===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)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ ‎[提醒]　①FeO和Fe3O4与HNO3反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋被HNO3氧化成Fe3＋。‎ ‎②Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。‎ ‎1．亚铁盐 含有Fe2＋的溶液，呈浅绿色，既有氧化性，又有还原性。‎ ‎(1)氧化性：Fe2＋与Zn反应的离子方程式为 Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。‎ ‎(2)还原性：Fe2＋与Cl2反应的离子方程式为 ‎2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。‎ ‎2．铁盐 ‎(1)氧化性：含Fe3＋的溶液，呈色，Fe3＋具有较强的氧化性。Fe3＋与Cu、I－反应的离子方程式为 ‎2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，‎ ‎2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。‎ ‎(2)特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。‎ ‎(3)FeCl3易水解：将其饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。‎ ‎(4)其他重要的铁盐及应用 绿矾(FeSO4·7H2O)‎ 用作补血剂及植物补铁剂 高铁酸钾(K2FeO4)‎ 用作水处理剂或制作高能电池 莫尔盐(或摩尔盐) [(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]‎ 用于冶金、电镀及织物媒染剂 赤血盐[K3Fe(CN)6]‎ 用于检验Fe2＋‎ ‎3．Fe2＋、Fe3＋的相互转化 Fe2＋Fe3＋‎ 上述转化中标号反应的离子方程式为 ‎①3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O；‎ ‎②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。‎ ‎[对点训练]‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)(2018·全国卷Ⅱ)向盛有2 mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液，观察颜色变化；该实验过程可用来探究维生素C的还原性(√)‎ ‎(2)(2018·北京高考)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，观察到产生白色沉淀，随后变为红褐色；该实验中的颜色变化与氧化还原反应无关(×)‎ ‎(3)(2018·江苏高考)Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2(√)‎ ‎(4)(2017·海南高考)细铁粉可作食品抗氧剂(√)‎ ‎(5)(2017·江苏高考)向某黄色溶液中加入淀粉KI溶液，溶液呈蓝色，证明溶液中含Br2(×)‎ ‎(6)(2016·全国卷Ⅲ)铁比铜金属性强，所以可用FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板(×)‎ ‎(7)(2016·江苏高考)向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉：Fe3＋＋Fe===2Fe2＋(×)‎ ‎(8)(2016·江苏高考)室温下，向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液，再滴加几滴淀粉溶液，溶液变蓝色，说明Fe3＋的氧化性比I2的强(√)‎ ‎(9)(2016·上海高考)用NaOH溶液和盐酸能除去FeCl2溶液中混有的CuCl2(×)‎ ‎2．《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病，而通耳明目。慈石，色轻紫，石上皲涩，可吸连针铁，俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是(　　)‎ A．铁　　　　　　　 B．氧化铜 C．氧化铁 D．四氧化三铁 解析：选D　磁石，古代炼丹常用的矿物原料，又称作“慈石”，即四氧化三铁(Fe3O4)。‎ ‎3．如图两圆相交部分A、B、C、D分别表示两物质间的反应。下列各对应反应的离子方程式书写不正确的是(　　)‎ A．Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O B．Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O C．Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O D．3Fe(OH)2＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋8H2O 解析：选B　Fe3O4与HNO3反应生成Fe3＋，正确的离子方程式为3Fe3O4＋28H＋＋NO===9Fe3＋＋NO↑＋14H2O。‎ ‎4．下列试剂中，不能使Fe2＋转化为Fe3＋的是(　　)‎ ‎①氯气　②NaCl溶液　③KMnO4溶液　④稀HNO3　⑤盐酸　⑥NaNO3溶液 A．①②③　　　　　　　 B．①③④‎ C．②④⑤ D．②⑤⑥‎ 解析：选D　Cl2、KMnO4、稀HNO3都具有强氧化性，能将Fe2＋氧化成Fe3＋，而NaCl溶液、盐酸、NaNO3溶液不能将Fe2＋氧化成Fe3＋。‎ 知识点二　Fe2＋、Fe3＋的检验及铁三角的应用 ‎1．Fe2＋的检验 方法1‎ 无现象溶液变红色，证明含有Fe2＋‎ 方法2‎ 产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明含有Fe2＋‎ 方法3‎ 生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋‎ ‎2.Fe3＋的检验 方法1‎ 溶液变红色，证明含有Fe3＋‎ 方法2‎ 产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋‎ ‎[提醒]　①检验Fe2＋时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN－)。‎ ‎②Fe3＋、Fe2＋、Cl－同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2＋(Cl－能还原酸性KMnO4，有干扰)。‎ ‎1．完成下列离子方程式，体会Fe2＋与Fe3＋转化条件 ‎(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：‎ ‎2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。‎ ‎(2)将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液，溶液变蓝：‎ ‎2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋。‎ ‎(3)向FeCl2溶液中滴入H2O2：‎ ‎2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。‎ ‎(4)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色：‎ ‎5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。‎ ‎(5)将FeCl2溶液滴入到HNO3溶液中，有无色气体放出：‎ ‎3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。‎ ‎2．“铁三角”转化关系的应用 ‎(1)判断离子能否共存 Fe2＋NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)‎ Fe3＋S2－、I－、SO Fe3＋HCO、CO等水解相互促进的离子 ‎(2)盐溶液的配制与保存 ‎3．物质的制备 ‎[对点训练]‎ ‎1．要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋，进行如下实验操作时，最佳顺序为(　　)‎ ‎①加入足量氯水　②加入足量酸性KMnO4溶液 ‎③加入少量NH4SCN溶液 A．①③　　　　　　　　 B．③②‎ C．③① D．①②③‎ 解析：选C　用NH4SCN检验Fe3＋是否存在，用氯水将Fe2＋转化为Fe3＋进行检验Fe2＋的存在。‎ ‎2．(2019·九江模拟)下列离子的检验方法合理的是(　　)‎ A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2＋‎ B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2＋‎ C．向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋‎ D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋‎ 解析：选C　A项，KSCN溶液不能直接检验Fe2＋的存在，Fe2＋是否存在不确定，检验方法不合理；B项，Fe3＋干扰Fe2＋的检验，若原溶液中含有Fe3＋且不含Fe2＋，也会产生相同现象，检验方法不合理；C项，Fe3＋与OH－生成红褐色的Fe(OH)3沉淀，检验方法合理；D项，Mg(OH)2为白色沉淀，易被红褐色沉淀掩盖，无法确定原溶液中是否含有Mg2＋，检验方法不合理。‎ ‎3．在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g铜，完全溶解后，再加b g铁，充分反应后得到c g残余固体，且a>c，下列说法正确的是(　　)‎ A．残余固体是铜和铁 B．最后得到的溶液中一定含有Cu2＋‎ C．将残余固体加入稀硫酸中，有气泡产生 D．最后得到的溶液中可能含有Fe3＋‎ 解析：选B　因为a>c，说明b g铁完全反应，溶液中含Cu2＋、Fe2＋，不含Fe3＋，B正确。‎ 知识点三　铜及其化合物 ‎1．单质铜 ‎(1)物理性质 紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。‎ ‎(2)化学性质 ‎①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。有关化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。‎ ‎②写出下列化学方程式：‎ 铜在空气中加热：2Cu＋O22CuO；‎ 铜丝在硫蒸气中反应：2Cu＋SCu2S。‎ ‎(3)制备方法 ‎①干法制铜：‎ Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O CO＋CuOCu＋CO2↑‎ ‎②湿法制铜：‎ Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O＋CO2↑‎ Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu ‎2．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＋)‎ CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O Cu2O＋2H＋===‎ Cu2＋＋Cu＋H2O 与H2反应 H2＋CuO Cu＋H2O H2＋Cu2O2Cu＋H2O 转化关系 ‎4CuO2Cu2O＋O2↑‎ ‎[提醒]　区别红色物质Cu和Cu2O的方法 向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。‎ ‎3．氢氧化铜 ‎(1)物理性质：色溶于水的固体。‎ ‎(2)化学性质及应用 反应①的化学方程式：Cu(OH)2CuO＋H2O；‎ 反应②的离子方程式：Cu(OH)2＋2H＋Cu2＋＋2H2O。‎ ‎4．铜盐 ‎(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，是铜在潮湿的空气中被腐蚀的结果，其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2。‎ ‎(2)CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变色(生成 CuSO4·5H2O)，可作为检验水的依据。‎ ‎(3)铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。‎ ‎[提醒]　①通常利用反应2Cu＋O22CuO除去混合气体中的少量O2。‎ ‎②Cu与稀H2SO4不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀H2SO4中逐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。‎ ‎③无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。‎ ‎5．铜及其化合物的颜色、状态及溶解性 物质 颜色 状态及溶解性 物质 颜色 状态及溶解性 Cu 紫红色、金属光泽 固态，难溶于非氧化性酸，易溶于强氧化性酸 CuSO4‎ 白色 粉末，易溶于水，水溶液呈蓝色 CuO 黑色 粉末，可溶于酸溶液 CuSO4·5H2O 蓝色 晶体 Cu2O 砖红色 固体，难溶于水，可溶于酸溶液(生成Cu和Cu2＋)‎ Cu2(OH)2CO3‎ 绿色 粉末，难溶于水，可溶于酸溶液 CuCl CuI 白色 粉末，难溶于水 Cu(OH)2‎ 蓝色 难溶于水，可溶于酸溶液 CuS 黑色 粉末，难溶于水及非氧化性强酸 ‎[Cu(NH3)4]2＋‎ 深蓝色 络合离子，溶于水 ‎ [提醒]　反应CuSO4＋H2S===CuS↓＋H2SO4可说明CuS难溶于非氧化性强酸。‎ ‎[对点训练]‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)(2018·北京高考)电解精炼铜的阴极反应：‎ Cu2＋＋2e－===Cu(√)‎ ‎(2)(2018·江苏高考)向CuSO4溶液中加入铁粉，有红色固体析出，说明Fe2＋的氧化性强于Cu2＋的氧化性(×)‎ ‎(3)(2016·全国卷Ⅱ)除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥(×)‎ ‎(4)(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现(×)‎ ‎(5)(2015·广东高考)1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子(×)‎ ‎(6)(2015·天津高考)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈(√)‎ ‎(7)(2015·天津高考)气体通过无水硫酸铜，粉末变蓝，证明原气体中含有水蒸气(√)‎ ‎(8)(2014·全国卷Ⅱ)H2通过灼热的CuO粉末，反应后固体物质增重(×)‎ ‎2．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是(　　)‎ 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断 A 铜绿的主要成分是碱式碳酸铜 可用稀盐酸除铜器表面的铜绿 Ⅰ对；Ⅱ对；无 B 铜表面易形成致密的氧化膜 铜制容器可以盛放浓硫酸 Ⅰ对；Ⅱ对；有 C 向硫酸铜溶液中通入氨气，有蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体 把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑 Ⅰ对；Ⅱ对；有 D 蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化 硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 Ⅰ错；Ⅱ对；无 解析：选D　稀盐酸可以与碱式碳酸铜(铜绿的主要成分)反应，而且稀盐酸不与Cu反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛放浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。‎ ‎3．部分氧化的铁铜合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g，经如下处理：‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．滤液A中的阳离子为Fe3＋、Fe2＋、H＋‎ B．样品中Fe元素的质量为2.24 g C．样品中CuO的质量为4.0 g D．V＝896‎ 解析：选B　硫酸足量，只有金属Cu不与H2SO4反应，所以滤渣3.2 g为金属铜，物质的量为0.05 mol，因滤液A中不含Cu2＋，故合金样品中总共含有铜原子0.05 mol，滤液A中加入足量NaOH溶液，所得滤渣灼烧得到的固体3.2 g为Fe2O3。生成的滤渣3.2 g是铜，金属铜可以和Fe3＋反应，所以滤液A中一定不含Fe3＋，则滤液A中含有的阳离子为Fe2＋、H＋，A错误；Fe的物质的量为×2＝0.04 mol，其质量为0.04 mol×56 g·mol－1＝2.24 g，B正确；根据B项分析可知铁元素质量为2.24 g，而合金样品质量为5.76 g ‎，所以CuO的质量不超过5.76 g－2.24 g＝3.52 g，C错误；最后滤液A中溶质为过量H2SO4和FeSO4，而铁原子的物质的量为0.04 mol，说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04 mol，含H＋0.08 mol，其中部分H＋生成氢气，另外的H＋和合金中的氧原子结合成水，由于合金中氧原子的物质的量为＝0.02 mol，全部转化为H2O需消耗H＋0.04 mol，所以硫酸中生成H2的H＋的物质的量为0.08 mol－0.04 mol＝0.04 mol，即生成0.02 mol H2，标准状况下体积为448 mL，D错误。‎ ‎4．铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题：‎ ‎(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片，该反应的化学方程式为_____________。‎ ‎(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，写出该过程的离子方程式________________________；配制的FeCl3溶液应保持_________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，原因是______________________________________________________。‎ ‎(3)溶液中Cu2＋的浓度可采用碘量法测得：‎ ‎①2Cu2＋＋5I－===2CuI↓＋I　②I＋2S2O===S4O＋3I－‎ 反应①中的氧化剂为________；现取20.00 mL含Cu2＋的溶液，加入足量KI充分反应后，用0.100 0 mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL，此溶液中Cu2＋的浓度为________mol·L－1。‎ 解析：(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片，反应中Cu被氧化为Cu2＋，则发生反应的化学方程式为Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O。‎ ‎(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，即Fe3＋将Cu氧化为Cu2＋，自身被还原为Fe2＋，所以过程中发生的反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，FeCl3溶液中Fe3＋发生水解使溶液呈酸性，需保持溶液为酸性抑制Fe3＋水解。‎ ‎(3)反应①中Cu2＋将I－氧化为I，所以氧化剂为Cu2＋，滴定时发生反应：I＋2S2O===S4O＋3I－，则消耗n(I)＝×0.100 0 mol·L－1×25.00×10－3 L＝1.25×10－3mol，根据碘原子守恒，则20.00 mL溶液中c(Cu2＋)＝ mol·L－1＝0.125 mol·L－1。‎ 答案：(1)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O ‎(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋　酸性　防止Fe3＋水解生成Fe(OH)3　(3)Cu2＋　0.125‎