1、第2课时铁、铜及其化合物的应用一、铁及其化合物的性质和应用1铁的化学性质铁是一种较为活泼的金属，能与多种非金属单质以及酸、某些盐溶液反应。(1)与非金属单质的反应与Cl2、O2反应的化学反应方程式分别为2Fe3Cl22FeCl3，3Fe2O2Fe3O4。(2)与非氧化性酸的反应常温下，铁与盐酸、稀硫酸反应的离子方程式为Fe2H=Fe2H2。(3)与某些盐的反应铁与CuSO4、AgNO3溶液反应的化学方程式为FeCuSO4=CuFeSO4，Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2。2Fe3的检验 (1)试剂：KSCN溶液。(2)操作及现象：向含Fe3的溶液中加入KSCN溶液后，混合溶液变为血红色
2、。(3)离子方程式为Fe33SCN=Fe(SCN)3。3Fe2与Fe3的相互转化4.应用铁元素是维持生命活动不可缺少的微量元素，铁的化合物应用十分广泛。如氧化铁红颜料跟某些油料混合，可以制成防锈油漆，氯化铁、硫酸亚铁是优良的净水剂，磁性材料大多数是含铁的化合物，我国开发的透明氧化铁系列颜料属于纳米的材料，具有无毒、无味、高吸附性、高透明度、高着色力等优点。二、铜及其化合物的性质与应用1化学性质(1)与非金属单质的反应与Cl2、O2反应的化学方程式分别为CuCl2CuCl2，2CuO22CuO。(2)与盐溶液的反应与AgNO3、FeCl3溶液反应，化学方程式分别为Cu2AgNO3=2AgCu(N
3、O3)2，Cu2FeCl3=2FeCl2CuCl2。2应用铜可用于制作导线、水管、电器仪表等。铜盐能杀死某些细菌，常用硫酸铜做池水消毒剂。稀的硫酸铜溶液还可用于杀灭鱼体上的寄生虫，治疗鱼类皮肤病和鳃病等。2.铁的氧化物比较3.铁的氢氧化物比较4.氢氧化铁制备的实验探究(1)操作将吸有NaOH溶液的胶头滴管插入新制备的亚铁盐(以FeSO4为例)溶液的液面以下，缓慢挤出NaOH溶液。(2)原理Fe22OH=Fe(OH)2(3)注意事项Fe2必须是新制的并放入Fe粉，以防Fe2被氧化成Fe3；除去溶液中溶解的O2，其方法是加热煮沸NaOH溶液；滴管末端插入试管内的液面以下；必要时可在液面上加植物油或
4、苯进行液封。(4)改进方法为了防止Fe(OH)2被O2氧化，在制备Fe(OH)2时，一般从两个角度考虑，一是反应试剂，二是反应环境。反应试剂。取用最新配制的FeSO4溶液；NaOH溶液加热煮沸并冷却后使用，以驱除溶液中溶解的O2。反应环境。方法1：装置如下图所示。在试管中加入适量的5%FeSO4溶液，并覆盖一层苯，再用长滴管注入不含O2的1 molL1 NaOH溶液。由于苯的液封作用，防止了生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀。方法2：装置如下图所示。实验时，先打开弹簧夹K，再将分液漏斗的旋塞打开，使稀硫酸与铁粉作用，用产生的H2排出装置中的空气；然后关闭K
5、，使生成的H2将试管中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可较长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀。若拔去广口瓶上的橡皮塞，则白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。Fe(OH)2若进行灼烧会变成什么？提示：若是在无O2的条件下，Fe(OH)2分解生成FeO；若有O2的条件下，Fe(OH)2分解进程中，会被O2氧化，最终生成Fe2O3。【例1】用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用不含Fe3的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应来制备。(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
6、Fe(OH)2沉淀的操作方法是：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_。方法二：在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀硫酸等试剂制备。(1)在试管里加入的试剂是_。(2)在试管里加入的试剂是_。(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管和中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是_。(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_。【思路分析】制备氢氧化亚铁的实验，要求亚铁溶液是新制备的，其中不含铁离子，实验时吸取碱液的胶头滴管一定要伸入到亚铁盐溶液中，然后再将碱液滴入，以尽可能地隔绝空气，避免亚铁离子以及生成
7、的Fe(OH)2被氧化。【解析】方法一：(1)由于Fe2具有水解性，Fe22H2OFe(OH)22H而使溶液变浑浊，故在配制FeSO4溶液时，常将其溶于稀硫酸中，同时由于Fe2具有较强的还原性易被氧化为Fe3，故在配好的溶液中常加一枚铁钉(或铁屑)以防止其氧化。(2)由于气体的溶解度随温度升高而迅速减小，故可用加热煮沸的方法除去蒸馏水中溶解的O2。(3)空气中含有大量的O2，为防止生成的Fe(OH)2沉淀与空气接触，需将吸取的NaOH溶液的试管放入液面以下后再挤出。方法二：(1)由所给试剂及装置特点知，试管为封闭系统，应为产生H2并赶尽溶液中的空气及液面上方空气的装置，故试管中加入的试剂为铁屑
8、和稀硫酸。(2)试管中加入的试剂为NaOH溶液。(3)为确保实验在无氧状态下进行，必须把系统中的O2排除干净，故接下来的操作应为检验试管出口处排出的氢气纯度，当产生氢气较纯时再夹紧止水夹。(4)由于试管中产生的H2充满了、两支试管，外界空气不易进入，即Fe(OH)2是在H2的还原性气氛中产生的，故Fe(OH)2的白色沉淀可保持较长的时间。【答案】方法一：(1)稀硫酸、铁屑(2)加热煮沸(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2方法二：(1)稀硫酸、铁屑(2)NaOH溶液(3)检验试管出口处排出的氢气的纯度。当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹(4)试管中反应生成的H2充满了试管和试管，且外界空气不
9、容易进入，避免Fe(OH)2被迅速氧化根据如下图所示装置和下述操作方法，回答有关问题。按上图所示装置，用两种不同的操作方法分别进行实验，观察B管中的现象。(1)操作：先夹紧止水夹a，再使A管开始反应，实验中B管中观察到的现象是先出现白色絮状沉淀，沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，有关反应的化学方程式是FeSO42NaOH=Fe(OH)2Na2SO4、4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。(2)操作：打开止水夹a，使A管反应一段时间后再夹紧止水夹a，实验中B管中观察到的现象是打开止水夹时，B管内溶液中的导管口有气泡冒出，夹紧夹子后出现白色絮状沉淀，一段时间内沉淀不变色，有关反应的离子
10、方程式是Fe2H=Fe2H2、Fe22OH=Fe(OH)2。(3)请说明造成这两种不同现象的原因(如两种现象相同，此小题不用回答)操作没有排出B试管中的氧气，而操作产生的氢气使B试管中的氧气排出。解析：此题是根据Fe(OH)2的实验室制法设计的。由于Fe(OH)2极易被氧化为Fe(OH)3，溶液中溶解的氧气就能把它氧化。当夹紧a时，A试管便成了一个封闭体系，产生的氢气使A试管内压强增大，将生成的FeSO4溶液压入B中，与NaOH溶液发生反应，有Fe(OH)2生成，而NaOH溶液中溶解的氧气可将Fe(OH)2迅速氧化，最后转变成Fe(OH)3，所以看到白色沉淀的时间很短。当用操作时，产生的H2首
11、先通过导气管通入到B中的NaOH溶液中，将其中溶解的O2排除掉，再夹紧a时，FeSO4溶液压入B中，此时反应所产生的Fe(OH)2在一段时间内不变色。2Fe2的检验方法1向未知溶液中加入氯水，再加入KSCN溶液，溶液变红色，能否证明溶液中含有Fe2？提示：不能。若原溶液中含有Fe3，即使不含Fe2，加入KSCN溶液，溶液也变红色；利用KSCN溶液检验Fe2，必须首先证明原溶液中不含Fe3。2如何证明含有Fe3的溶液中是否含有Fe2？提示：由于溶液中含有Fe3，利用NaOH溶液或KSCN溶液都无法证明溶液中是否含有Fe2；可以利用Fe2的还原性，向溶液中加入酸性KMnO4溶液，溶液紫色褪去证明溶
12、液中含有Fe2。【例2】证明某溶液含有Fe2而不含有Fe3的实验方法是()先加氯水，后加KSCN溶液后显血红色；先加KSCN溶液，不显红色，再加氯水后显血红色；滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后呈红褐色；只滴加KSCN溶液不显血红色。ABC D【思路分析】Fe3、Fe2的检验误区(1)溶液中加入KSCN溶液，溶液变血红色，只能说明溶液中含有Fe3，无法证明是否含有Fe2。(2)当溶液中含有Fe3时，只能利用Fe2的还原性证明Fe2的存在，如加入酸性KMnO4溶液，紫色褪去。(3)某溶液中加入碱溶液后，最终得到红褐色沉淀，并不能断定该溶液中一定含有Fe3，也可能含有Fe2。【
13、解析】不能排除Fe3的干扰；先加KSCN溶液不显红色，排除了Fe3的干扰，再加氯水后显红色，证明原溶液一定含有Fe2；滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后呈红褐色，证明一定含有Fe2不含Fe3；只滴加KSCN溶液不显红色，证明一定不含有Fe3，但无法证明是否含有Fe2，故选B项。【答案】B为了验证Fe3的性质，某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验，实验现象分别为变为浅绿色、变血红色、变为无色、出现白色沉淀、出现红褐色沉淀，其中实验方案设计或现象错误的是(C)A BC D解析：铁离子与铁反应生成亚铁离子，溶液变为浅绿色，故正确；铁离子与硫氰化钾溶液反应显示血红色，据此能够检验
14、铁离子，故正确；硫酸铜与氯化铁不发生反应，混合后溶液不会变成无色，故错误；氯化铁与硝酸银反应生成白色氯化银沉淀，该性质不是铁离子的性质，故错误；铁离子与氢氧化钠溶液反应生成红褐色氢氧化铁沉淀，据此可以验证存在铁离子，故正确。故选C。1FeCl3溶液中逐渐加入锌粉的反应情况如何？提示：FeCl3溶液逐渐加入锌粉，开始FeCl3溶液过量，首先发生2Fe3Zn=2Fe2Zn2，当锌粉过量后发生Fe2Zn=FeZn2。2金属阳离子被还原一定得到金属单质吗？提示：不一定。Fe3被还原可以生成Fe，也可以被还原生成Fe2。【例3】已知有以下物质相互转化：试回答：(1)写出各物质的化学式：A_，B_，C_，
15、D_。(2)向G溶液中滴加KSCN溶液的实验现象是_。(3)向G溶液加入A的有关离子反应方程式_。(4)写出E到F的化学方程式：_。【思路分析】对于无机框图推断题的一般解题思路是：【解析】观察分析图中物质间的转化关系，由信息“红褐色沉淀F”，可确定F是Fe(OH)3，则易推出G为FeCl3，E为Fe(OH)2。又由“白色沉淀H不溶于稀HNO3，且是由D与AgNO3反应生成”，则H为AgCl，再由焰色反应，共同确定D溶液是KCl溶液。因为“BCFe(OH)2KCl”，可以确定B为FeCl2，C为KOH，FeCl3与A反应生成FeCl2，则A为Fe。【答案】(1)FeFeCl2KOHKCl(2)溶
16、液呈血红色(3)2Fe3Fe=3Fe2(4)4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3将Fe、Cu与FeCl3、FeCl2、CuCl2溶液一起放入某容器中，则下列情况错误的是(B)A充分反应后，若Fe有剩余，则容器中不可能有Fe3、Cu2B充分反应后，若容器中还有大量Fe3，则一定还有Fe2、Cu2，可能有Fe、CuC充分反应后，若容器中有较多的Cu2和一定量的Cu，则不可能还有Fe和Fe3D充分反应后，若容器内有一定量的Cu，则可能还含有Cu2，一定含有Fe2，一定不含有Fe3解析：反应后铁有剩余，Fe2FeCl3=3FeCl2，FeCuCl2=CuFeCl2，溶液中Fe3、Cu2都不能
17、存在，故A正确；若FeCl3有剩余，Fe2FeCl3=3FeCl2，Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2，Fe、Cu都不能存在，故B错误；充分反应后，若容器中有较多的Cu2和一定量的Cu，因Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2，FeCuCl2=CuFeCl2，故不可能有Fe和Fe3，C正确；充分反应后，若容器内有一定量的Cu，因Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2，FeCuCl2=CuFeCl2，则可能还含有Cu2，一定含有Fe2，一定不含有Fe3，故D正确。1已知硝酸能将Fe2氧化为Fe3。下列物质反应后一定有3价铁生成的是(C)过量的Fe与Cl2反应Fe与过量稀硫酸反应后，再向
18、其中加KNO3Fe(NO3)2溶液中加少量盐酸Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中A只有B只有C只有 D全部解析：本题涉及0价铁变为3价铁、2价铁变为3价铁及3价铁变为2价铁，应从氧化剂的强弱、反应条件及反应物间的相对量进行分析。中的Cl2氧化性强，它能将铁氧化为3价，由于不是在溶液中反应，因此过量的铁不会将氯化铁还原。中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2，但要注意，由于稀硫酸过量，加入KNO3后，H、NO能将Fe2氧化成Fe3。从表面上看不会发生氧化还原反应，实际上发生了Fe2被H和NO氧化的反应。中首先发生Fe与盐酸生成FeCl2、Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应，但题中未给出反应物间相对量
19、的关系，若铁是足量的，则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。2要证明某溶液中不含有Fe3而可能含有Fe2，进行如下实验操作时最佳顺序为(C)加入足量氯水加入足量KMnO4溶液加入少量KSCN溶液A BC D解析：操作顺序为先加入KSCN溶液，无明显现象证明无Fe3，加入氯水溶液变血红色证明有Fe3生成，不能用KMnO4溶液氧化Fe2，因为KMnO4溶液为紫红色，干扰实验现象，故正确答案为C。3下列说法正确的是(B)AFe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3BFe3有氧化性，因此FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜CFe与S混合加热生成FeS2D稀硫酸中加入铁粉：2Fe6H=2
20、Fe3H2解析：Fe在Cl2中燃烧只能生成FeCl3，A项错误；利用Fe3的氧化性氧化铜，B项正确；Fe与S混合加热生成FeS，C项错误；铁粉和稀硫酸反应生成Fe2，正确的离子方程式为Fe2H=Fe2H2，D项错误。4向CuSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中加入一定质量的铁粉，充分反应后过滤，向滤渣中加入稀盐酸，无明显现象，下列叙述中正确的是(A)A滤液中一定无Fe3 B滤液中一定有Fe3C滤液中一定无Cu2 D滤液中一定有Cu2解析：向CuSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中加入一定质量的铁粉，反应依次为Fe2(SO4)3Fe=3FeSO4，CuSO4Fe=FeSO4Cu，向滤渣中加入
21、稀盐酸，无明显现象，说明滤渣中没有铁只有铜，有铜生成说明Fe2(SO4)3反应完全，溶液中一定不含Fe3；CuSO4可能完全反应，也可能没有完全反应，所以溶液中可能有Cu2，故A正确。5在由Fe、FeO和Fe2O3组成的混合物中加入100 mL 2 mol/L 的盐酸，恰好使混合物完全溶解，并放出448 mL气体(标准状况)，此时滴入KSCN溶液，无明显变化，则下列判断正确的(C)A混合物中三种物质反应时消耗盐酸的物质的量之比为113B反应后所得溶液中的阳离子与阴离子的物质的量之比为13C混合物中，FeO的物质的量无法确定，但Fe比Fe2O3的物质的量多D混合物中，Fe2O3的物质的量无法确定
22、，但Fe比FeO的物质的量多解析：因恰好完全反应且反应后所得溶液中无Fe3，故反应后所得溶液为FeCl2溶液，溶液中阳离子与阴离子的物质的量之比为12，B项错误；由铁单质与酸反应生成氢气及反应2Fe3Fe=3Fe2可知，Fe比Fe2O3的物质的量多，C项正确；由于FeO的物质的量无法确定，A、D项错误。6在常温下，Fe与水并不发生反应，但在高温下，Fe与水蒸气可发生反应。应用下列装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”。请回答该实验中的问题。(1)写出该反应的化学方程式：3Fe4H2O(g)Fe3O44H2；该氧化还原反应的还原剂
23、是Fe，氧化剂是H2O。(2)圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后的主要作用是提供水蒸气；烧瓶内放了几片碎瓷片，碎瓷片的作用是防止暴沸。(3)干燥管中盛装的物质是碱石灰(或其他合理答案)，作用是干燥H2。(4)试管中收集到的气体是H2，如果要在A处点燃该气体，则必须对该气体进行验纯，方法是收集一试管气体，靠近酒精灯火焰，移开拇指，如果发出尖锐的爆鸣声，则证明氢气不纯，如果发出“噗”的声音，则证明氢气较纯。解析：(1)铁粉与水蒸气在高温下反应的化学方程式为3Fe4H2O(g)Fe3O44H2；反应的过程中铁元素化合价升高，Fe为还原剂；水中氢元素化合价降低，H2O为氧化剂。(2)圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应提供持续不断的水蒸气；烧瓶内放碎瓷片的作用是防止暴沸。(3)干燥管中盛装的物质可以是碱石灰，作用是除去H2中的水蒸气。(4)试管中收集到的气体是H2；如果要点燃该气体，则必须对该气体进行验纯，方法是：收集一试管气体，靠近酒精灯火焰，移开拇指，如果发出尖锐的爆鸣声，则证明产生的氢气不纯，如果发出“噗”的声音，则证明氢气较纯。