（江苏专用）2020版高考化学 专题二 第3讲 铁、铜的获取及应用课件

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1．铁元素的存在形式[知识梳理]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固体被磁铁吸引占第位银白色良好四(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。①与非金属单质反应：Fe2O33Fe＋2O2=====点燃Fe3O42Fe＋3Cl2=====点燃2FeCl3剧烈燃烧，生成大量红棕色的烟Fe与S反应：。②与酸的反应：a．与非氧化性酸反应的离子方程式：。b．与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸，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。Fe＋S=====△FeSFe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑钝化③与某些盐溶液的反应：a．与CuSO4溶液反应的离子方程式：。b．与FeCl3溶液反应的离子方程式：。名师助学：①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。②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。③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。Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋CuFe＋2Fe3＋===3Fe2＋3.生铁的冶炼(1)原料：铁矿石、、空气、石灰石。(2)设备：炼铁高炉。(3)主要反应①还原剂的生成：C＋O2CO2，CO2＋C2CO；②铁的还原：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；③造渣反应：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2CaSiO3。焦炭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色粉末色粉末黑色晶体(有磁性)溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的化合价与H＋反应的离子方程式Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O黑红棕＋2＋3＋2、＋3FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O(2)铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色态与盐酸反应Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O受热分解制法可溶性亚铁盐与碱反应：____________________________可溶性铁盐与碱反应：____________________________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______色，最后变成______色，化学方程式为________________________________________________________白色固体红褐色固体Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O2Fe(OH)3=====△Fe2O3＋3H2OFe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓灰绿红褐4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3名师助学：①FeO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＋。②Fe2O3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＋。1.下列叙述正确的是()[题组诊断]铁及其化合物的性质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.Fe2O3――→HCl（aq）FeCl3(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。①Fe3＋②Fe2＋③Fe、Fe2＋④Fe2＋、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2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。答案(1)①(2)④(3)③3.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：Ⅰ：向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液；Ⅱ：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：Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38回答下列问题：(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________。(2)过程Ⅰ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Ⅱ中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________。(4)过程Ⅱ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Ⅱ是亚铁离子生成Fe(OH)2，鼓入空气转化成Fe(OH)3；(4)Ksp＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，c(OH－)＝Kw/c(H＋)，可求c(Fe3＋)。答案(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(2)回收铜Cu和Fe加盐酸反应后过滤(3)FeCl2＋Ca(OH)2===Fe(OH)2↓＋CaCl2、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(4)c(Fe3＋)＝4.0×10－38÷(10－9)3mol·L－1＝4.0×10－11mol/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：Fe＋4HNO3（稀）===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，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：3Fe＋8HNO3（稀）===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。(3)当14＜n（Fe）n（HNO3）＜38时：铁元素的存在形式为Fe2＋和Fe3＋，铁元素的价态为＋2、＋3价。2.铁与硫酸、硝酸的混酸反应顺序总结(4)用数轴法表示，铁与硝酸的用量比与反应产物的关系：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：Fe＋NO－3＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(若H＋量不足，该反应不再发生)。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FeSO4·6H2O晶体D.将铜粉加入FeCl3溶液中：验证Fe3＋的氧化性强于Cu2＋有关铁及其化合物的实验探究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：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，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)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。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1.亚铁盐[知识梳理](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___________为主，如：遇Br2、Cl2、H2O2、NO－3(H＋)等均表现为___________。Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(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___________抑制Fe2＋的水解，加少量___________防止Fe2＋被氧化。还原性还原性硫酸铁屑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。①Fe3＋与等具有较强还原性离子不能大量共存。②Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe3＋