2019-2020学年高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第2单元 第2课时 铁、铜及其化合物的应用

专题三从矿物到基础材料第二单元铁、铜的获取及应用第2课时铁、铜及其化合物的应用1．掌握铁、铜及其化合物的性质与应用(重点)。2．掌握Fe3＋、Fe2＋的检验及其相互转化(重点)。01课前自主梳理02课堂合作探究03演练效果检测课时作业知识点一Fe、Cu单质的性质1．单质的物理性质共同点不同点铁纯净的单质铁为银白色，有良好的________，质地______的固体，可被______铜具有_________，密度______，熔点______，易_________铜具有与众不同的______色，质地较硬的固体金属光泽较大较高导电导热延展性较软磁化紫红2．单质的化学性质铁铜与非金属反应(Cl2、O2)2Fe＋3Cl2=====点燃2FeCl3；3Fe＋2O2=====点燃Fe3O4Cu＋Cl2=====点燃CuCl2；2Cu＋O2=====△2CuO与盐酸反应Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑不反应与盐溶液反应铁与硫酸铜溶液反应：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu铜与硝酸银溶液反应：Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag(1)Fe、Cu在一定条件下可以与某些酸、非金属单质、某些盐溶液、某些还原剂等发生反应，在反应中充当还原剂。铜在反应中一般转化为＋2价的铜的化合物，铁在反应中可以转化为＋2和＋3价的铁离子。(2)反应后的产物的价态与氧化剂的强弱有关，铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜溶液等)反应转化为亚铁的化合物，铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气、浓硝酸、稀硝酸等)反应转化为铁的化合物。(3)常温下，铁遇到浓硫酸、浓硝酸会钝化。[自我诊断]1．(1)为什么浓H2SO4、浓HNO3可用铁制容器盛装？(2)铁在什么情况下生成Fe2＋，什么情况下生成Fe3＋？答案：(1)常温下，铁遇到浓硫酸、浓硝酸会钝化。(2)铁与氧化性较弱的氧化剂反应转化为Fe2＋，铁与氧化性较强的氧化剂反应转化为Fe3＋。知识点二铁、铜的化合物1．Fe3＋与Fe2＋的转化设计Fe2＋与Fe3＋相互转化的实验方案，进行实验并记录实验现象。实验操作实验现象实验分析结论及有关离子方程式向FeCl3溶液中加入KSCN溶液，一段时间后，加入足量铁粉加入KSCN溶液，溶液呈血红色，加入足量铁粉后，血红色消失，溶液为浅绿色Fe3＋遇到KSCN溶液显______色，Fe3＋具有______性，加入铁粉后发生氧化还原反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，血红色消失，Fe2＋在水溶液中的颜色为浅绿色Fe3＋具有氧化性，能够被铁还原成Fe2＋。Fe3＋遇到KSCN溶液显血红色，Fe2＋则没有此现象血红氧化向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，再滴加氯水。加入KSCN溶液，溶液无明显变化，滴加氯水后溶液呈血红色Fe2＋具有______性，可以被氯水氧化为Fe3＋，Fe3＋遇到KSCN溶液显血红色此实验一般用来检验Fe2＋。方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液，在铜片上画一个“＋”，放置片刻，用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中铜片表面有“＋”痕迹，小烧杯中的溶液为蓝色Fe3＋具有氧化性，铜片_______Fe3＋还原为Fe2＋，本身被氧化为Cu2＋此实验应用于______________。方程式为Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋还原能够将制作印刷电路板2．铁及铜的化合物的应用(1)铁的化合物①Fe2O3做颜料②氯化铁、硫酸亚铁可作净水剂③做磁性材料④维持生命的微量元素(2)铜的化合物：铜盐可杀菌，CuSO4溶液杀灭寄生虫，治疗皮肤病等。[自我诊断]2．下列关于Fe2＋和Fe3＋的叙述错误的是()A．Fe2＋的水溶液为浅绿色B．Fe3＋的水溶液为棕黄色C．Fe3＋具有氧化性，Fe2＋既具有氧化性又具有还原性D．Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，立即出现血红色沉淀解析：得到的不是沉淀是溶液。答案：D要点一Fe2＋和Fe3＋的转化[典例1]Ⅰ.把氯化亚铁水溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，而不引进金属离子或其他原溶液中不含有的阴离子，所用的两种方法的离子方程式分别为(1)_____________________________________________________________________；(2)_____________________________________________________________________。Ⅱ.在装有固体A的试管中加入无色溶液B，此时A未溶解，但加入一定量的水，A逐渐溶解，并有气体生成，溶液变为浅绿色，将空气通入该试管的溶液中，溶液颜色很快变成棕黄，请填写下列空白：(1)B的化学式是_________________________________________________________。(2)A加水后才溶解，其理由是_____________________________________________。[解析]Ⅰ.把氯化亚铁水溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，而不引进金属离子或其他原溶液中不含有的阴离子，必须找特定的氧化剂，如Cl2、H2O2、O3、O2等。Ⅱ.根据溶液变为浅绿色，推测为Fe2＋，原固体A为Fe，加入无色溶液B，此时A未溶解。但加入一定量的水，A即逐渐溶解，并有气体生成，推测无色溶液B为浓硫酸，使Fe钝化，稀硫酸使Fe溶解，将空气通入该试管的溶液中，溶液颜色很快加深，是由于Fe2＋被氧化成Fe3＋。[答案]Ⅰ.(1)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2OⅡ.(1)H2SO4(2)浓硫酸使Fe钝化，稀硫酸使Fe溶解Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的相互转化关系，可用铁三角关系图表示：(1)Fe→Fe2＋：需要弱的氧化剂，如Fe3＋、Cu2＋、H＋、S、I2等。Fe＋S=====△FeS；Fe＋I2=====△FeI2；Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu；Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。(2)Fe→Fe3＋：需要强氧化剂，如Cl2、Br2、浓H2SO4、酸性KMnO4溶液等。2Fe＋3Cl2=====点燃2FeCl3；Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O。(3)Fe2＋→Fe：可以发生在溶液中和金属的热还原中，需要加入还原剂，如Mg、Al、Zn、CO、H2等。Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋；FeO＋H2=====△Fe＋H2O；FeO＋CO=====△Fe＋CO2；3FeO＋2Al=====△3Fe＋Al2O3。(4)Fe3＋→Fe：常发生在金属的热还原反应中，需要加入还原剂，如高温下用CO还原铁矿石中的铁、铝热反应等。Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2；Fe2O3＋2Al=====高温Al2O3＋2Fe。(5)Fe2＋→Fe3＋：常见的氧化剂有：Cl2、O2、Br2、HNO3、浓H2SO4、KMnO4(H＋)、H2O2等。2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O(6)Fe3＋→Fe2＋：需要较强的还原剂。如Fe、Zn、H2S(S2－)、KI(I－)、Na2SO3(SO2－3)等，Cu虽不是强的还原剂，但因Fe3＋具有较强的氧化性，可被Cu还原成Fe2＋：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。1．在盛有氯化铜、氯化亚铁和氯化铁混合溶液的容器中加入铁粉和铜粉，讨论以下几种情况中哪些阳离子或金属单质存在：(1)反应后有铁剩余，则容器中还有________。(2)反应后铜有剩余且有相当数量的Fe2＋，则容器中还可能存在________。(3)反应后溶液中有相当数量的Cu2＋，则还可能有__________________________。(4)若反应后容器中除有相当数量的铜离子外，若还有相当数量的铜，则一定不存在的有________；若有相当数量的Fe3＋存在，则一定不存在________。解析：①2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，②Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，③2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。Fe2＋不参加反应。氧化性：Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，还原性：Fe＞Cu，如果反应中有一种物质过量，则另一种物质完全反应。(1)铁过量，则Fe3＋、Cu2＋反应完了，铜以单质形式存在。(2)铜有剩余，则Fe3＋反应完了，有相当数量的Fe2＋存在，则可能有Cu2＋存在。(3)溶液中有相当数量的Cu2＋，不存在铁。一定存在Fe2＋，可能存在铜或Fe3＋。(4)有Cu2＋、Cu存在，不存在：Fe、Fe3＋；若Fe3＋存在，则铁和铜一定不存在。答案：(1)铜粉、Fe2＋(2)Cu2＋(3)Cu或Fe3＋(4)Fe、Fe3＋Fe、Cu要点二Fe2＋和Fe3＋的检验[典例2]下列离子的检验方法合理的是()A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色，说明不含Fe2＋B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变血红色，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]A.――→KSCN呈血红色，说明含Fe3＋，无法判断是否含Fe2＋；B.――→Cl2KSCN呈血红色，说明含Fe3＋，但Cl2有氧化性，无法判断原来是Fe2＋还是Fe3＋；C.――→NaOH红褐色沉淀，说明含有Fe3＋；D.――→NaOH白色沉淀→红褐色沉淀，说明含有Fe2＋，但由于红褐色的掩盖，无法说明是否有Mg2＋。[答案]C(1)观察法：Fe3＋盐溶液呈棕黄色，Fe2＋盐溶液呈浅绿色。(2)KSCN法：滴入KSCN或其他可溶性硫氰化物溶液，呈血红色的是Fe3＋溶液，不变血红的是Fe2＋溶液。(3)碱液法：分别加入碱液(氨水亦可)，生成红褐色沉淀的是Fe3＋溶液；先生成白色沉淀，又迅速转变为灰绿色，最后变成红褐色的是Fe2＋溶液。(4)KI淀粉法：能使碘化钾－淀粉试纸变蓝的溶液是Fe3＋，无此现象的是Fe2＋。(5)铜片法：分别加入铜片，溶液逐渐变为蓝绿色的是Fe3＋溶液，不变色者为Fe2＋溶液。2．要证明某溶液不含Fe3＋而可能含有Fe2＋，进行如下实验操作时的最佳顺序是()①加入足量氯水②加入足量的KMnO4溶液③加入少量KSCN溶液A．①③B．③②C．③①D．①②③解析：KSCN溶液与Fe3＋反应，溶液变血红色，与Fe2＋不能形成血红色溶液，所以应先加入KSCN溶液，若溶液不变血红色，证明不含Fe3＋，然后再加入氧化剂，把Fe2＋氧化成Fe3＋，若溶液变血红色，证明含有Fe2＋，氧化剂可用氯水，也可用KMnO4溶液，但KMnO4溶液本身为紫色，会干扰是否产生了Fe3＋的判断。答案：C氢氧化亚铁的制备与实验条件的控制[典例]要制备氢氧化亚铁，并使氢氧化亚铁长时间保持白色沉淀的状态。一是要减少溶液中氧气的含量，防止溶液与空气的接触；二是要防止溶液中出现三价铁离子。既要除去三价铁离子，又不引入新的杂质，一般选用铁粉来还原三价铁离子。实验中一般采用新制的硫酸亚铁与NaOH溶液反应来制取Fe(OH)2沉淀。下面是制备Fe(OH)2白色沉淀的几种方案。请回答下列各问题：(1)用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含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溶液时除需加入少量硫酸还需要加入________。②除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。③生成Fe(OH)2白色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___________________。(2)在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。①在试管Ⅰ里加入的试剂是__________________