【步步高】(江苏专用)高考化学大一轮总复习 第三章 常见的金属及其化合物 铁、铜及其重要化合物学

学案15铁、铜及其重要化合物
[考纲要求] 1.了解铁、铜及其化合物的主要性质及应用。

2.以Fe2＋、Fe3＋为例理解变价金属元素的氧化还原反应。

知识点一铁的化学性质
用化学方程式或离子方程式表示下列变化
问题思考
1．铁在有关的反应中，其产物价态为什么不同？有什么规律？
知识点二铁的重要化合物
1．铁的氧化物
铁元素的主要化合价为＋2价和＋3价，通常可以形成三种氧化物[氧化铁(Fe2O3)、氧化亚铁(FeO)、四氧化三铁(Fe3O4)]。

三种氧化物性质的比较如下表：
2.铁的氢氧化物和盐类
(1)用化学方程式或离子方程式表示下列变化
①________________________________________________________________________
②________________________________________________________________________
③________________________________________________________________________
④________________________________________________________________________
⑤________________________________________________________________________
⑥________________________________________________________________________
⑦________________________________________________________________________
(2)以上反应属于氧化还原反应的是______，说明＋2价Fe与＋3价Fe之间在氧化剂、还原剂的作用下可以________，Fe3＋具有________性，Fe2＋具有________性。

Fe(OH)2不稳定，容易被空气中的_________________________________________________________。

(3)反应②、④说明Fe(OH)2、Fe(OH)3具有____性，能与____反应生成盐和水。

(4)反应③、⑤说明了Fe(OH)3、Fe(OH)2的_________________________________。

(5)FeCl2、FeCl3的水溶液显____性，说明了Fe2＋、Fe3＋具有________性。

(6)检验溶液中是否会有Fe3＋的方法是：向溶液中加入________溶液，现象是________________________________________________________________________。

(7)Fe(OH)2、Fe(OH)3的颜色分别是________、_______________________________，
Fe2＋、Fe3＋在水溶液中的颜色分别是__________、_____________________________。

问题思考
2．怎样保存铁盐和亚铁盐？
3．教材中有关Fe(OH)2的制备方法，实际上只能瞬间观察到的白色Fe(OH)2沉淀(几乎分辨不出来)。

为什么不能容易观察到白色的Fe(OH)2沉淀呢？可采取哪些措施使Fe(OH)2沉淀能够维
持较长时间不被氧化呢？
知识点三铜及其化合物
1．单质铜
(1)物理性质：________色固体，具有良好的延展性、导____性和导____性。

(2)化学性质
①与非金属反应：在加热条件下，与______反应生成____色的______，与Cl2反应生成________。

②与盐溶液的反应：与AgNO3、Hg(NO3)2发生置换反应；与FeCl3反应生成________和________。

③与稀硝酸、浓硝酸、浓硫酸反应生成Cu2＋和NO、NO2、SO2等。

3.氢氧化铜
(1)物理性质：____色____溶于水的固体。

(2)化学性质：Cu(OH)2属于________性，能与____反应生成盐和水。

一、Fe3＋的检验
1．如何证明一瓶FeSO4溶液是否变质？
2．用NaOH溶液和苯酚溶液是否能证明FeSO4溶液是否复原？
3．有两瓶显黄色的溶液，它们是溴水和FeCl3溶液。

(1)如何鉴别它们？(至少说出两种方案)
(2)用铁片(或铁粉)能否鉴别？
典例导悟1要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋进行如下实验操作时，最佳顺序为
()
①加入足量氯水②加入足量KMnO4溶液③加入少量NH4SCN溶液
A．①③B．③②C．③①D．①②③
听课记录：
二、Fe(OH)2的制备原理和方法
制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
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。

典例导悟2用下面三种方法均可制得Fe(OH)2白色沉淀。

方法一用不含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_______________________________
________________________________________________________________________。

方法二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_____________________________________________。

(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是_______________________________________________。

(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ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，理由是_____________________
________________________________________________________________________。

方法三利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀，如右图所示，已知两电极的材料分别为石墨和铁。

(1)a电极的材料应为__________，电极反应式为______________________________。

(2)电解液c可以是__________(填编号)。

A．纯水B．NaCl溶液
C．NaOH溶液D．CuCl2溶液
(3)d为苯，其作用是________________，在加入苯之前对电解液c应作何简单处理？________________________________________________________________________。

(4)为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是
________(填编号)。

A．改用稀H2SO4作电解液
B．适当增大电源的电压
C．适当减小两极间的距离
D．适当降低电解液的温度
(5)若c用Na2SO4溶液，当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为__________________________________________
________________________________________________________________________。

题组一Fe及其化合物
1．判断正误
(1)向含有少量FeCl3的MgCl2溶液中加入足量Mg(OH)2粉末，搅拌一段时间后过滤，目的是除去MgCl2溶液中少量的FeCl3()
(2010·江苏－10B)
(2)相同条件下，溶液中Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的氧化性依次减弱()
(2010·江苏－8D)
(3)铁溶于稀硝酸，溶液变黄：3Fe＋8H＋＋2NO－3===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O() (2010·北京理综－10C)
(4)用FeCl3溶液腐蚀铜线路板：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋()
(2010·天津理综－5A)
(5)向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸：Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O()
(2010·四川理综－9B)
2．(2010·安徽理综，12)
上图是三种稀酸对Fe－Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是() A．稀硝酸对Fe－Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱
B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe＋6HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O
C．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对Fe－Cr合金的腐蚀性最强
D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe－Cr合金的腐蚀性减弱
3．(2010·全国理综Ⅰ，8)能正确表示下列反应的离子方程式的是()
A．将铁粉加入稀硫酸中：2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
B．将磁性氧化铁溶于盐酸：Fe3O4＋8H＋===3Fe3＋＋4H2O
C．将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合：Fe2＋＋4H＋＋NO－3===Fe3＋＋2H2O＋NO↑
D．将铜屑加入Fe3＋溶液中：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
题组二Fe2＋、Fe3＋的检验及相互转化
4．(2010·福建理综，25改编)工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。

为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是________________________________。

(2)另称取铁钉6.0 g放入15.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

甲同学认为X中除含Fe3＋外还可能含有Fe2＋。

若要确认其中的Fe2＋，应选用________(选填序号)。

a．KSCN溶液和氯水b．铁粉和KSCN溶液
c．浓氨水d．酸性KMnO4溶液
题组三铜及其化合物
5．(2010·北京理综，11)自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)。

下列分析正确的是() A．CuS的溶解度大于PbS的溶解度
B．原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性
C．CuSO4与ZnS反应的离子方程式是Cu2＋＋S2－===CuS↓
D．整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应
6．(2010·课标全国卷，26)物质A～G有下图所示转化关系(部分反应物、生成物没有列出)。

其中A为某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到B和C。

单质C可与E的浓溶液发生反应，G为红色沉淀。

请回答下列问题：
(1)写出下列物质的化学式：B________、E__________、G________；
(2)利用电解可提纯C 物质，在该电解反应中阳极物质是________，阴极物质是________，电解质溶液是_______________________________________________________________； (3)反应②的化学方程式是________________________________________________。

题组一 铁及其化合物
1．在火星上工作的美国“勇气号”、“机遇号”探测车的一个重要任务就是收集有关Fe2O3及硫酸盐的信息，以证明火星上存在或曾经存在过水，以下叙述正确的是( ) A ．铝热剂就是单指Fe2O3和铝粉的混合物
B ．检验从火星上带回来的红色物质是否是Fe2O3的操作步骤为：样品―→粉碎―→加水溶解―→过滤―→向滤液中滴加KSCN 溶液
C ．分别还原a mol Fe2O3所需H2、Al 、CO 的物质的量之比为3∶2∶3
D ．明矾属硫酸盐，含结晶水，是混合物 2．(2011·广州模拟)将1.12 g 铁粉加入25 mL 2 mol·L －1的氯化铁溶液中，充分反应后，其结果是( )
A ．铁粉有剩余，溶液呈浅绿色，Cl －基本保持不变
B ．往溶液中滴入无色KSCN 溶液，显红色
C ．Fe2＋和Fe3＋物质的量之比为5∶1
D ．氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶5 题组二 Fe2＋、Fe3＋的检验及相互转化
3．某同学设计下列方案对A 盐的水解液进行鉴定：
由此得出的结论中，不正确的是( ) A ．D 溶液中存在Fe(SCN)3 B ．滤液中有Fe3＋ C ．B 为AgBr
D ．A 一定为无氧酸盐FeBr2
4．FeCl3可通过多种途径转化成FeCl2。

(1)在FeCl3溶液中加入适量氢碘酸，发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。

(2)工业上常将无水FeCl3在氮气作保护气下加热至300～350℃，通入干燥H2而制得FeCl2。

该反应的化学方程式为_________________________________________________。

(3)工业上另一种制备FeCl2的方法是：将无水的FeCl3与适量氯苯(C6H5Cl)，在130℃持续加热约3小时，可发生如下反应：
2FeCl3＋C6H5Cl ――→130℃
2FeCl2＋C6H4Cl2＋HCl
根据有机反应规律，该反应中氯苯发生的是________(填有机反应类型)。

(4)根据上述三个反应，下列有关说法正确的是________(填序号)。

①反应(1)中，氢碘酸既表现了酸性，又表现了还原性 ②反应(3)中，HCl 为氧化产物
③上述三个反应中，FeCl2均为还原产物
(5)请另写一个FeCl3转化成FeCl2的化学方程式：
________________________________________________________________________。

题组三铜及其化合物
5．(2010·金华期末)下列实验中，金属或固体可以完全溶解的是()
A．在H2O2溶液中加入少量MnO2粉末
B．镀锌铁皮加入足量的NaOH溶液中
C．1 mol铜片与含2 mol H2SO4的浓硫酸共热
D．常温下，1 mol铜片投入含4 mol HNO3的浓硝酸中
6．足量铜与一定量浓硝酸反应得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。

若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol·L－1 NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是() A．60 mL B．45 mL C．30 mL D．15 mL
7.(2008·北京理综，28)由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末，取样品进行下列实验(部分产物略去)：
(1)取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。

取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含有的物质是(填写化学式)__________。

(2)Z为一种或两种气体：
①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应I中能同时生成两种气体的化学方程式是___________________________________________________________；
②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则Z中两种气体的化学式是__________。

(3)向Y中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是(填写离子符号)________________________________________________________________________。

(4)取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。

当消耗2 mol I－时，共转移3 mol电子，该反应的离子方程式是_____________
________________________________________________________________________。

(5)另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应。

若溶液中一定不会产生Y中的红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组合是(各组合中的物质用化学式表示) ________________。

题组四实验探究
8．(2008·广东，21)某种催化剂为铁的氧化物。

化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现红色。

一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为＋3的结论。

(1)请指出该结论是否合理并说明理由_____________________________________
________________________________________________________________________。

(2)请完成对铁元素价态的探究：
限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹；3 mol·L－1 H2SO4、3% H2O2、6 mol·L－1 HNO3、0.01 mol·L－1 KMnO4、NaOH稀溶液、0.1 mol·L－1 KI、20% KSCN、蒸馏水。

①提出合理假设
假设1：_______________________________________________________________；
假设2：_________________________________________________________________； 假设3：________________________________________________________________。

②设计实验方案证明你的假设 ③实验过程
学案15 铁、铜及其重要化合物 【课前准备区】 知识点一
(1)①3Fe ＋2O2=====点燃
Fe3O4 ②2Fe ＋3Cl2=====△
2FeCl3 ③Fe ＋S=====△
FeS
(2)④3Fe ＋4H2O(g)=====△
Fe3O4＋4H2↑ (3)⑤Fe ＋2H ＋===Fe2＋＋H2↑ ⑥Fe ＋4H ＋＋NO －3===Fe3＋＋NO↑＋2H2O 知识点二
②Fe(OH)2＋2H ＋===Fe2＋＋2H2O ③Fe2＋＋2OH －===Fe(OH )2↓ ④Fe(OH)3＋3H ＋===Fe3＋＋3H2O ⑤Fe3＋＋3OH －===Fe(OH)3↓ ⑥2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl －
⑦2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
(2)①、⑥、⑦相互转化氧化还原O2氧化生成Fe(OH)3
(3)碱酸(4)制备方法(5)酸水解
(6)KSCN溶液显红色
(7)白色红褐色浅绿色棕黄色
知识点三
1．(1)紫红热电
(2)①O2黑CuO CuCl2②CuCl2FeCl2
3.(1)蓝不(2)弱碱酸
问题思考
1．由于铁是变价金属元素，它与氧化性不同的氧化剂反应时，其产物中铁元素的化合价不同：
(1)Fe被弱氧化剂如S、I2、H＋、Fe3＋、Cu2＋等氧化为Fe2＋；
(2)Fe被强氧化剂如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4(△)等氧化为Fe3＋。

2．亚铁盐溶液中加少量铁屑以防止Fe2＋被氧化，滴入少量相应的酸溶液以防止Fe2＋水解。

铁盐溶液中加入少量相应的酸溶液以防止Fe3＋水解。

3．Fe(OH)2极易被氧化，转化为Fe(OH)3。

要想长时间观察到白色沉淀的生成，关键是降低反应体系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。

就教材中的实验来说，常采用的方法有：
(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(除去溶解在蒸馏水中的氧气)；
(3)将碱直接加到亚铁盐溶液的底部(使Fe(OH)2与空气隔离)；
(4)在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小，而又不溶于水的有机溶剂)。

【课堂活动区】
一、1.用洁净的试管取少量(1～2mL)的样品溶液，向其中滴入KSCN溶液(或NH4SCN溶液)1～2滴，若溶液立即显红色证明该溶液已被氧化。

2．NaOH不能证明，因为OH－与Fe2＋反应生成的Fe(OH)2能够迅速被氧化为Fe(OH)3，不易观察现象。

苯酚溶液能证明，因为Fe3＋与苯酚发生显色反应。

3．(1)①用KSCN溶液或苯酚溶液
②用NaOH或其它碱溶液
③用AgNO3溶液
④用铜片
⑤用苯或CCl4
(2)不能，因为二者均与Fe反应生成Fe2＋
典例导悟
1．C[在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变红色，无Fe3＋存在，再加入氯水，将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液变为红色。

KMnO4溶液呈紫红色，溶液颜色变化不明显，所以这儿不用KMnO4溶液。

]
2．方法一(1)稀H2SO4、铁屑(2)煮沸(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
方法二(1)稀H2SO4和铁屑(2)NaOH溶液(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出
的H2已经纯净时再夹紧止水夹 (4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，故外界O2不易进入
方法三 (1)Fe Fe －2e －===Fe2＋ (2)BC
(3)隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化
加热煮沸，排出溶解的O2 (4)BC (5)白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色
解析 方法一 Fe2＋易水解，要加入稀H2SO4防止其水解；Fe2＋易被空气中的O2氧化，要加铁粉，将被氧化生成的Fe3＋还原成Fe2＋。

气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。

方法二 两支试管，试管Ⅱ是开口式，无法用产生的气体将试液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中，而在试管Ⅱ中盛不含O2的NaOH 溶液。

当Fe 与稀H2SO4放入试管Ⅰ后，产生的H2可以从试管Ⅰ内短管处排出，从而排尽试管Ⅰ内空气。

再经过止水夹通入试管Ⅱ中，排尽试管Ⅱ内空气。

然后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，造成管内压强增大，将试管Ⅰ内FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2环境，从而避免了被空气中的O2氧化，使得Fe(OH)2能保存更长时间。

方法三 电解时阳极Fe －2e －===Fe2＋，阴极上2H2O ＋2e －===H2↑＋2OH －，或电解质溶液能直接提供OH －。

当Fe2＋与OH －接触时Fe2＋＋2OH －===Fe(OH)2↓，当电解液选用NaOH 溶液时，在阳极处立即产生白色沉淀，当选其他溶液时，只有迁移后两者相遇时才能产生沉淀(大约在电池中部)；当反接电源后，阳极4OH －－4e －===2H2O ＋O2↑，产生的O2立即把Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3。

【课后练习区】
高考集训
1．(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×
2．D [根据图可知，Cr 的含量不同，三种酸对Fe －Cr 合金的腐蚀性不同，当w(Cr)较小时，稀硝酸对其腐蚀性最强，A 不正确；铁与稀硝酸反应生成的是NO 而不是NO2，B 错；三种酸的质量分数相同，盐酸中的氢离子浓度最大，C 错；根据图中稀HNO3的曲线变化，可知D 正确。

]
3．D
4．(1)铁钉被钝化 (2)d
5．D
6．(1)SO2 浓H2SO4 Cu2O
(2)粗铜 精铜 CuSO4溶液
(3)Cu ＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O
解析 (1)由G 为红色沉淀及F 转化为G 的条件可知，G 为Cu2O ，则C 为Cu ，E 为浓硫酸或者硝酸，结合题中所给的信息可知，矿物A 应为Cu2S ，则B 为SO2，D 为SO3，E 为浓硫酸而不是硝酸，F 为CuSO4。

(2)用电解法提纯金属铜的方法是将粗铜作为电解池的阳极，精铜作为电
解池的阴极，一般用CuSO4溶液作电解质溶液。

(3)反应②的化学方程式：Cu ＋2H2SO4(浓)=====
△CuSO4＋SO2↑＋2H2O 。

考点集训
1．C
2．B [n(Fe)＝1.12 g/(56 g·mol －1)＝0.02 mol ，n(Fe3＋)＝0.025 L×2 mol·L －1＝0.05 mol ，由反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋可知Fe3＋过量，加入KSCN 显红色。

溶液中n(Fe2＋)＝3n(Fe)＝0.06 mol ，溶液中n(Fe3＋)＝0.05 mol －2n(Fe)＝0.01 mol ，即Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为6∶1；
氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2。

]
3．D [根据B 、D 现象可确定A 是由Fe3＋和Br －或由Fe2＋和Br －组成的盐。

]
4．(1)2Fe3＋＋2I －===2Fe2＋＋I2
(2)2FeCl3＋H2=====300～350℃2FeCl2＋2HCl
(3)取代反应 (4)③ (5)2FeCl3＋Fe===3FeCl2(其他答案合理均可)
5．D [MnO2作催化剂，反应前后保持不变，故不溶；铁与NaOH 溶液不反应，故不能完全溶解；1 mol 铜片与含2 mol H2SO4的浓硫酸共热理论上恰好完全反应，但随着反应的进行硫酸变稀，反应不再进行。

]
6．A
7．(1)Al
(2)①C ＋2H2SO4(浓)=====△CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
②NO 、CO2 (3)Cu2＋、Fe3＋、H ＋
(4)2Fe2＋＋3H2O2＋4I －===2Fe(OH)3↓＋2I2
(5)CuO 、C 或CuO 、C 、Fe2O3
8．(1)不合理。

实验设计不合理，因为硝酸会氧化催化剂中可能存在的二价铁，所以从实验结果只能判断样品溶解后的溶液中存在三价铁而不能确定样品中铁元素的价态
(2)①催化剂中铁元素全部为＋3价
催化剂中铁元素全部为＋2价
催化剂中铁元素同时存在＋2价与＋3价。