（江苏选考）2021版新高考化学一轮复习 专题3 从矿物到基础材料 1 第一单元 铁、铜的获取及应用

第一单元铁、铜的获取及应用学习任务1铁及其重要化合物的性质一、铁元素及其原子结构1．铁位于周期表中第4周期Ⅷ族，是一种应用最广泛的过渡金属元素；铁元素是一种典型的变价金属元素。2．原子结构Fe二、单质铁1.物理性质：纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽，具有导电性、导热性和延展性，具有能被磁铁吸引的特性。2.化学性质(1)与非金属单质的反应(2)与水蒸气的反应3Fe＋4H2O(g)=====高温Fe3O4＋4H2(3)与酸、盐的反应3．用途：用量最大、用途最广泛的合金是铁合金——钢，可用于制造不锈钢、特种钢、钢板、钢管等。三、铁的冶炼1．铁元素的存在铁元素在自然界主要以化合态的形式存在，常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)。2．炼铁原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。3．完成下列化学方程式(1)一氧化碳的生成：C＋O2=====点燃CO2、CO2＋C=====△2CO。(2)铁矿石被还原：Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2。(3)石灰石的作用：CaCO3=====高温CaO＋CO2↑、CaO＋SiO2=====高温CaSiO3。四、铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名—铁红磁性氧化铁颜色状态黑色红棕色黑色晶体粉末粉末(有磁性)溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的化合价＋2＋3＋2，＋3稳定性不稳定稳定稳定与盐酸反应的离子方程式FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O五、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的离子方程式Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O受热分解—2Fe(OH)3=====△Fe2O3＋3H2O制法可溶性亚铁盐与碱溶液反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓可溶性铁盐与碱溶液反应：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)31．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)铁位于元素周期表中第4周期第ⅧB族。()(2)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸。()(3)将一定量的铁、铜的混合物加入100mL0.1mol·L－1的FeCl3溶液中，充分反应后，溶液中有固体剩余，则剩余的固体中一定含有铜，可能含有铁。()(4)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。()(5)氢氧化铁与HI溶液仅发生中和反应。()答案：(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×2．将下列物质的颜色和用途或性质用短线连接起来。(1)Fe2O3a．红褐色(2)Fe(OH)2B．红棕色(3)Fe(OH)3c．白色(4)Fe2＋D．棕黄色(5)Fe3＋e．浅绿色A．具有较强的还原性B．易被氧化成灰绿色，最终变成红褐色C．制作红色油漆、涂料D．受热分解成红棕色粉末E．具有较强的氧化性答案：(1)－b－C(2)－c－B(3)－a－D(4)－e－A(5)－d－E3．(双选)下列物质反应后一定有＋3价铁生成的是()A．过量的Fe与Cl2加热时发生反应B．Fe与过量稀H2SO4反应后，再向其中加KNO3C．Fe与过量的S加热时发生反应D．Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中解析：选AB。Fe与Cl2反应只生成FeCl3；Fe――→过量稀H2SO4Fe2＋――→H＋、NO－3Fe3＋；Fe与S反应只生成FeS；Fe2O3溶于盐酸生成Fe3＋，当混合物中Fe不足时，溶液中仍有Fe3＋，当Fe足量时，溶液中无Fe3＋。分析铁的化合物时的“两分清”1．价态要分清(1)要注意单质铁被不同氧化剂氧化时，产物不同。(2)要注意不同价态的化合物所表现的不同的化学性质，如Fe3＋以氧化性为主，Fe2＋以还原性为主。2．颜色要分清铁的化合物“五颜六色”，一定要记牢：Fe2＋溶液为浅绿色，Fe3＋溶液为棕黄色，Fe(SCN)3溶液为血红色，Fe(OH)3胶体为红褐色，Fe(OH)2沉淀在空气中的颜色变化为白色→灰绿色→红褐色，Fe(OH)3沉淀为红褐色固体，Fe2O3为红棕色，Fe3O4、FeO、FeS均为黑色。提升一铁及其化合物的性质与计算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中燃烧生成FeCl2和FeCl3C．Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出D．Fe2O3――→HCl（aq）FeCl3(aq)――→△无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化解析：选C。HNO3具有强氧化性，与Fe发生氧化还原反应，产生的气体为NO，A项错；铁与Cl2反应无论量的多少产物都是FeCl3，B项错；Fe2O3溶解产生Fe3＋恰好将等物质的量的铁单质氧化，因而不能置换出H2，C项正确；FeCl3溶液加热时易水解，D项错。2．(2020·营口质检)有一块铁的氧化物样品，用140mL5.0mol·L－1盐酸恰好将其完全溶解，所得溶液还能吸收0.025molCl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，则该样品可能的化学式为()A．Fe2O3B．Fe3O4C．Fe4O5D．Fe5O7解析：选D。根据2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－可知，铁的氧化物样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2＋)＝0.025mol×2＝0.05mol，根据电荷守恒得2n(Fe2＋)＋3n(Fe3＋)＝n(Cl－)，则n(Fe3＋)＝0.2mol，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。确定铁的氧化物组成的基本方法设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n，则氧化物中n(Fe)∶n(O)＝m56∶n16＝a∶b，若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO；若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；若a∶b＝3∶4，则铁的氧化物为Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1，Fe3O4为任意值)。提升二有关铁及其化合物的实验探究3．下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是()选项实验现象结论A将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液有气体生成，溶液呈血红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3＋B将铜粉加入1.0mol·L－1Fe2(SO4)3溶液中溶液变蓝、有黑色固体出现金属铁比铜活泼C向FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉，充分反应溶液中有固体存在溶液中一定含有Cu2＋D相同质量、相同表面积的纯铁和生铁分别与相同浓度的盐酸反应生铁的反应速率比纯铁快原电池反应能加快化学反应速率解析：选D。A.稀硝酸与过量铁粉发生的反应分两步进行，先发生反应：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，过量的铁粉再与Fe(NO3)3发生反应：Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2，充分反应后滴加KSCN溶液，溶液不会变为血红色，实验现象错误，故A不正确。B.铜粉与Fe2(SO4)3溶液发生反应：Cu＋Fe2(SO4)3===CuSO4＋2FeSO4，实验现象为溶液变蓝色，但是没有黑色固体出现，该实验能说明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强，不能说明金属铁比铜活泼，因为铁没有置换出铜单质，故B不正确。C.Fe3＋的氧化性比Cu2＋的氧化性强，Fe先与Fe3＋反应生成Fe2＋，再与Cu2＋反应生成单质Cu。固体一定含Cu，可能含Fe；溶液中一定含Fe2＋，可能含Cu2＋，故C不正确。D.纯铁和稀盐酸不能构成原电池，生铁中铁、碳、盐酸构成原电池，能加快反应速率，所以生铁反应速率比纯铁快，故D正确。4．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溶液反应制备。(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入__________。(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。(3)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__________________________________________________________________________________________________________。(4)下列各图示中，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是________。解析：(1)Fe2＋易水解，要加入稀硫酸防止其水解；Fe2＋易被空气中的O2氧化，要加Fe粉防止Fe2＋被氧化。(2)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。(4)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)2＋O2＋2H2O===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。①、②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；③的原理为铁做阳极产生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；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间观察到白色沉淀。答案：(1)稀硫酸、铁屑(2)煮沸(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2(4)①②③⑤制备Fe(OH)2的关键与方法由于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↓。(1)成功关键①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质；②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)制备Fe(OH)2时常采用的方法①采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2＋易被空气中的氧气氧化成Fe3＋)；②将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解的氧气)；③将碱直接加到亚铁盐溶液的底部[使生成的Fe(OH)2与空气隔离]；④在亚铁盐溶液的液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小而又不溶于水的有机溶剂)。学习任务2Fe2＋和Fe3＋的性质及其检验方法1．Fe2＋、Fe3＋的性质及相互转化(1)Fe2＋的氧化性和还原性Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性。在中学阶段接触Fe2＋的氧化还原反应中其主要表现还原性，如Fe2＋遇Br2、Cl2、H2O2、NO－3(H＋)等均表现还原性。(2)Fe2＋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，加少量铁粉防止Fe2＋被氧化。(3)Fe3＋的氧化性Fe3＋处于铁的高价态，表现较强的氧化性，如它能氧化Fe、Cu、HI、H2S等。(4)Fe3＋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。①利用Fe3＋易水解的性质，实验室可将FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学方程式为FeCl3＋3H2O=====△Fe(OH)3(胶体)＋3HCl。②利用Fe3＋易水解的性质，工业上常用调节pH的方法除去溶液中的铁离子。③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。④Fe3＋与HCO－3、AlO－2、CO2－3、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。(5)Fe2＋与Fe3＋的相互转化用离子方程式表示下列转化：Fe2＋①Cl2、②NO－3（H＋）③Fe、④CuFe3