1、第4课时铁、铜重要化合物的性质探究课时集训测控导航表知识点题号铁、铜及其化合物的制备3,6,8铁、铜及其化合物的性质探究1,2,7氢气还原氧化铜的实验装置拓展4,5一、选择题1.为了比较铁和铜金属活动性强弱,某研究小组的同学设计了如下一些方案,并将实验结果记录如下:方案现象或产物将铁片置于CuSO4溶液中铁片上有亮红色物质析出将铁丝和铜丝分别在氯气中燃烧产物分别为FeCl3和CuCl2将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4将铁片和铜片分别置于稀硫酸中铁片上有气泡,铜片上不产生气泡将铁片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中,并用导线连接铁片溶解,铜片上有气泡产生能根据
2、以上各种现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有(B)A.2种 B.3种 C.4种 D.5种解析:将铁片置于CuSO4溶液中,铁片上有亮红色物质析出,说明铁置换出了铜,可以证明金属铁的活泼性强于金属铜,正确;氯气和金属反应时,氯气将金属氧化到最高价态,不能证明金属的活泼性,错误;浓硫酸具有氧化性,可以将变价金属氧化到最高价,不能证明金属的活泼性,错误;将铁片和铜片分别置于稀硫酸中,铁片上产生气泡,铜片上不产生气泡,说明铁能置换出氢气,因此可以证明金属铁的活泼性强于金属铜,正确;在原电池中,负极金属的活泼性一般强于正极金属的活泼性,可以证明金属铁的活泼性强于金属铜,正确。2.为探究硫酸亚铁
3、的分解产物,将硫酸亚铁装入如图所示的装置a中,打开K1和K2,缓缓通入N2,加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。下列说法中正确的是(A)A.分解的气体产物中有SO3、SO2,应该先检验SO3B.装置b中的试剂为Ba(NO3)2溶液,反应后有白色沉淀生成C.装置c中的试剂为酸性KMnO4溶液,作用是除去混合气体中的SO2D.装置d中的试剂为石灰水,是尾气处理装置解析:硫酸亚铁高温下分解生成氧化铁、二氧化硫和三氧化硫;SO3易与水反应生成硫酸,若先检验SO2,会导致SO3被水吸收,因此分解的气体产物中应该先检验SO3,故A正确;b应为BaCl2溶液,用于检验SO3,若用 Ba(NO3)2 溶液
4、,SO2被氧化,可生成BaSO4,干扰实验结论,故B错误;装置c中的试剂为酸性KMnO4溶液或品红溶液,作用是检验混合气体中的SO2,如果溶液褪色,证明存在SO2,故C错误;装置d内应装氢氧化钠溶液,吸收多余的二氧化硫气体,故D错误。3.由黄铜矿(CuFeS2)制取铜的简单流程如图:下列说法正确的是(B)A.由CuFeS2生成Cu2S、SO2和铁的氧化物反应中硫元素被还原B.熔炼过程中的主要反应为Cu2S+O22Cu+SO2C.铜的电解精炼过程中纯铜作阳极D.上述冶炼过程产生大量SO2,通常用饱和NaHSO3溶液吸收解析:A项,由CuFeS2生成Cu2S、SO2和铁的氧化物反应中,硫元素的化合
5、价由-2价变成+4价,被氧化,错误;B项,根据流程图,熔炼过程中的主要反应为Cu2S+O22Cu+SO2,正确;C项,铜的电解精炼过程中纯铜作阴极,粗铜作阳极,错误;D项,SO2与饱和NaHSO3溶液不反应,错误。4.某学习小组拟探究CO2和锌粒反应是否生成CO,已知CO能与银氨溶液反应产生黑色固体。实验装置如图所示:下列说法正确的是(D)A.实验开始时,先点燃酒精灯,后打开活塞KB.b、c、f中试剂依次为饱和碳酸钠溶液、浓硫酸、银氨溶液C.装置e的作用是收集CO2D.用上述装置可以制备氢气并探究氢气的还原性解析:A项,实验开始时,需先打开活塞K,使反应产生的CO2排尽装置内空气,避免空气与锌
6、粉反应,后点燃酒精灯,错误;B项,应用饱和碳酸氢钠溶液吸收CO2中的氯化氢,因为碳酸钠溶液能吸收CO2,错误;C项,装置e作安全瓶,防止装置f中的液体倒吸到硬质玻璃管中,错误;D项,依题意,a装置适用于块状固体与液体反应,可以用锌粒与盐酸或稀硫酸反应制备氢气,将d装置中锌粉换成氧化铜来探究H2的还原性,正确。5.实验室用N2与Mg制备Mg3N2的装置如图所示(焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气),下列说法正确的是(D)A.、中依次盛装浓H2SO4溶液、NaOH溶液、焦性没食子酸溶液B.实验操作顺序为:通空气管式电炉通电加热管式电炉通电加热C.的作用是预热经净化后的氮气D.当的瓷舟中燃烧产生白光时
7、,可停止通电加热装置解析:如果、中依次盛装浓H2SO4溶液、NaOH溶液、焦性没食子酸溶液,那么通入和中的气体中含有大量的水蒸气,会干扰实验,选项A错误;实验操作顺序为:通空气管式电炉通电加热管式电炉通电加热,选项B错误;的作用是进一步除去空气中的氧气,选项C错误;当的瓷舟中燃烧产生白光时,可停止通电加热装置,利用反应放出的热量使反应继续,选项D正确。二、非选择题6.铁、铝、铜等金属及其化合物在日常生活中应用广泛,请回答下列问题。(1)生铁中含有一种铁碳化合物X(Fe3C)。X在足量的空气中高温煅烧,生成有磁性的固体Y,将Y溶于过量盐酸,离子方程式为 ;Y与过量浓硝酸反应后溶液中含有的盐的化学
8、式为。(2)某溶液中含有Mg2+、Fe2+、Al3+、Cu2+等离子,向其中加入过量的NaOH溶液后,过滤,将滤渣高温灼烧并将灼烧后的固体投入过量的稀盐酸中,所得溶液与原溶液相比,溶液中大量减少的阳离子是(填字母)。A.Mg2+ B.Fe2+ C.Al3+ D.Cu2+(3)氧化铁是重要的工业颜料,用废铁屑制备它的流程如下:Na2CO3溶液可以除油污,原因是(用离子方程式表示) ;操作中沉淀的洗涤方法是 ;请写出生成FeCO3沉淀的离子方程式: 。解析:(1)Fe3C在足量的空气中高温煅烧,生成有磁性的固体Y,Y为Fe3O4,溶于过量的盐酸反应生成氯化亚铁、氯化铁,化学反应方程式为Fe3O4+
9、8HCl2FeCl3+FeCl2+4H2O,故离子方程式为Fe3O4+8H+2Fe3+Fe2+4H2O,硝酸具有强氧化性,Fe3O4与过量的浓硝酸反应生成硝酸铁,化学式为Fe(NO3)3。(2)加入过量的NaOH,Al3+转化为四羟基合铝酸根,Mg2+、Fe2+、Cu2+转化为氢氧化物沉淀,且氢氧化亚铁易被氧化,灼烧固体得到氧化镁、氧化铜、氧化铁,投入过量的稀盐酸中,所得溶液中含有Mg2+、Fe3+、Cu2+,与原溶液相比,溶液中大量减少的阳离子是Al3+、Fe2+,故选BC。(3)碳酸钠溶液中碳酸根离子水解C+H2OHC+OH-,溶液呈碱性,油污主要为油脂,碱性条件下水解而除去;FeCO3沉
10、淀上会附着其他离子,需要进行洗涤,减少杂质,具体操作为:向漏斗中加入蒸馏水至没过固体,让水自然流出,重复23次;由工艺流程可知,操作所得的滤液中主要有硫酸亚铁,加入碳酸氢铵,实质是亚铁离子与碳酸氢根离子反应,生成FeCO3,同时生成二氧化碳、水,反应离子方程式为Fe2+2HCFeCO3+CO2+H2O。答案:(1)Fe3O4+8H+2Fe3+Fe2+4H2OFe(NO3)3(2)BC(3)C+H2OHC+OH-向漏斗中加入蒸馏水至没过固体,让水自然流出,重复23次Fe2+2HCFeCO3+CO2+H2O7.印刷铜制电路板的腐蚀液选取和回收再利用一直是研究的热点。(1)FeCl3溶液一直作为传统
11、的腐蚀液。腐蚀过程中的离子方程式为 。腐蚀结束后,通过以下两步可分离出铜,并实现FeCl3溶液再生。废液溶液XFeCl3溶液.步骤1所加试剂和操作分别为 。.可实现步骤2转化的物质或方法是 (填一种即可)。(2)研究发现,CuCl2溶液添加盐酸或氨水配制成酸性腐蚀液或碱性腐蚀液,其效果优于FeCl3溶液。腐蚀液的主要成分及腐蚀原理如下:腐蚀液类型主要成分腐蚀原理酸性腐蚀液Cu2+、H+、Cl-Cu+Cu2+2Cl-2CuCl,CuCl+2Cl-CuC碱性腐蚀液Cu(NH3)42+、N、NH3、Cl-Cu(NH3)42+Cu2Cu(NH3)2+酸性腐蚀液中铜离子含量对腐蚀速率的影响如图所示,为保
12、持较快和较平稳的腐蚀速率,腐蚀液中铜离子含量应选择g/100 mL的使用范围。酸性腐蚀废液经过处理后,倒入一定量的水中,可得CuCl沉淀,过滤、洗涤、干燥后即得产品CuCl。倒入一定量的水中,可得CuCl沉淀的原因是 。通入适量的氧气可使碱性腐蚀液再生。将该过程的离子方程式补充完整:Cu(NH3)2+NH3+N+1O2+(3)H2O2也常用来腐蚀金属铜,使用时加入盐酸或氨水将其配制成酸性或碱性腐蚀液。回收其废液的工艺如下:酸性条件下H2O2腐蚀金属铜的离子方程式为 。如图是研究碱性腐蚀液的温度对铜腐蚀量的实验结果,升高温度,腐蚀量变化的原因: 。碱转时的反应为Cu2(OH)3Cl+NaOHCu
13、O+Cu(OH)2+NaCl+H2O。检验转化完全的方法是:取少量洗涤后的碱转固体, 。解析:(1)FeCl3溶液一直作为传统的腐蚀液。腐蚀过程中的离子方程式为2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+。腐蚀结束后,通过以下两步可分离出铜,并实现FeCl3溶液再生。.步骤1是为了把溶液中的铜置换出来,因此所加试剂为过量的铁粉,分离操作为过滤。.步骤2是为了把亚铁离子氧化为铁离子,需要加入合适的氧化剂,通常可以加氯气或氯水或盐酸酸化的过氧化氢。(2)由图可知,当铜离子含量在1820 g/100 mL时,反应所需要的时间基本相同,即反应速率基本相同,所以为保持较快和较平稳的腐蚀速率,腐蚀液中铜离子含量应选择
14、在1820 g/100 mL的使用范围。由题中信息可知,酸性腐蚀废液经过处理后,倒入一定量的水中,QcK,可使化学平衡CuCl+2Cl-CuC向逆反应方向移动,生成CuCl沉淀,过滤、洗涤、干燥后即得产品CuCl。通入适量的氧气可使碱性腐蚀液再生。该过程的离子方程式为4Cu(NH3)2+4NH3+4N+O24Cu(NH3)42+2H2O。(3)酸性条件下H2O2腐蚀金属铜的离子方程式为 Cu+H2O2+2H+Cu2+2H2O。题图是研究碱性腐蚀液的温度对铜腐蚀量的实验结果,升高温度,腐蚀量变化的原因:2030 时,升高温度,腐蚀量有所增加,主要是因为温度升高使反应速率加快;30 以上,升高温度
15、,腐蚀量降低,主要是因为H2O2分解、NH3挥发。碱转时的反应为Cu2(OH)3Cl+NaOHCuO+Cu(OH)2+NaCl+H2O,由此反应可知,当碱转完成后,Cu2(OH)3Cl转化为CuO和 Cu(OH)2,因此,可以通过检验氯离子来检验转化是否完全,具体操作方法是:取少量洗涤后的碱转固体,加入足量HNO3使沉淀溶解,再加入AgNO3溶液,观察是否出现白色沉淀。答案:(1)2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+.加入过量铁粉,过滤.Cl2(2)1820加水后,QcK,CuCl+2Cl-CuC平衡逆向移动,析出CuCl沉淀4444Cu(NH3)42+2H2O(3)Cu+H2O2+2H+Cu2+
16、2H2O2030 时,升高温度,腐蚀量有所增加,主要是因为温度升高使反应速率加快;30 以上,升高温度,腐蚀量降低,主要是因为H2O2分解、NH3挥发加入足量HNO3使沉淀溶解,再加入AgNO3溶液,观察是否出现白色沉淀8.如图为某大型冶炼厂的冶炼加工的简化工艺流程。已知流程中“冶炼”的主要反应的化学方程式为Cu2S+O22Cu+SO2。(1)工业炼铁的主要设备是炼铁高炉,该设备中生成铁的主要反应的化学方程式为 。(2)“冶炼”产生烟气中的废气主要是,从提高资源利用率和减排考虑,可将该烟气回收制备 。(3)电解法炼铜时,阳极是(填“纯铜板”或“粗铜板”);粗铜中含有的金、银以单质的形式沉积在电
17、解槽(填“阳极”或“阴极”)的槽底,阴极的电极反应式是 。(4)在精炼铜的过程中,电解质溶液中c(Fe2+)、c(Zn2+)会逐渐增大而影响进一步电解。已知几种物质的溶度积常数(Ksp)如下表:物质Fe(OH)2Fe(OH)3Zn(OH)2Cu(OH)2Ksp8.010-16 mol3/L34.010-38 mol3/L33.010-17 mol3/L32.210-20 mol3/L3调节电解液的pH是除去杂质离子的常用方法。根据上表中溶度积数据判断,含有等物质的量浓度的Fe2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+的溶液,随着pH的升高,最先沉淀下来的离子是。一种方案是先加入过量的H2O2,再调节p
18、H到4左右。加入H2O2后发生反应的离子方程式为 。解析:(1)炼铁高炉设备中生成铁的主要反应的化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。(2)根据Cu2S+O22Cu+SO2,可以看出烟气中的主要废气是SO2,而SO2可以用于制备硫酸,符合提高资源利用率和减排的目标。(3)电解法炼铜时,阳极是粗铜板,铜会放电生成铜离子,比铜活泼性差的金属如金、银以单质的形式沉在电解槽底部,形成阳极泥,阴极的电极反应式为Cu2+2e-Cu。(4)Fe(OH)3的溶度积最小,假设各种金属离子浓度均为1 mol/L,KspFe(OH)3=410-38 mol4/L4=Fe3+OH-3,OH-3=410-38
19、 mol3/L3,OH-10-13mol/L,H+=10-1mol/L,pH=1;KspCu(OH)2=2.210-20 mol3/L3=Cu2+OH-2,OH-2=2.210-20 mol2/L2,OH-10-10mol/L,H+=10-4mol/L,pH=4。所以,各种金属离子开始沉淀的pH最小的是Fe3+,所以随pH升高最先沉淀下来的离子是Fe3+;H2O2是强氧化剂,能够把Fe2+氧化为Fe3+,方程式为2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O。答案:(1)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(2)SO2硫酸(3)粗铜板阳极Cu2+2e-Cu(4)Fe3+2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O
