2020高中化学 专题 从矿物到基础材料 第二单元 铁、铜的获取及应用学案(含解析)1

第二单元铁、铜的获取及应用
[学习目标］1。

了解铁和铜在自然界中的存在状态及形式。

2.了解铁、铜冶炼的常见方法及原理，明确从矿石到单质所经历的反应以及炼铁、炼铜中各种原料的作用。

3。

通过对铁、铜化合物的学习，记住铁、铜及其化合物的性质，能够利用所学知识，设计化学实验鉴别Fe2＋和Fe3＋。

一、从自然界获取铁和铜
1.铁的冶炼
冶炼设备:错误!高炉。

原料:错误!铁矿石、焦炭、空气、石灰石。

反应原理:错误!在高温下用还原剂将铁从铁矿石中还原出来。

主要反应：C＋O2错误!CO2
CO2＋C错误!2CO
Fe2O3＋3CO错误!2Fe＋3CO2
造渣反应：CaCO3错误!CaO＋CO2↑
CaO＋SiO2错误!CaSiO3
2.铜的存在及物理性质
（1）铜的存在
铜在自然界中主要以化合态存在,常见的矿石主要有黄铜矿（错误! CuFeS2）、孔雀石（错误!CuCO3·Cu(OH)2）。

（2）铜的物理性质
铜为错误!紫红色金属,密度错误!较大,熔点错误!较高,具有错误!良好的导电、导热性能。

3。

铜的化学性质
(1）与非金属反应：2Cu＋O2错误!2CuO
Cu＋Cl2错误!CuCl2(棕黄色烟)
(2)与某些盐溶液反应：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
4。

铜的冶炼
工业炼铜工艺流程:
黄铜矿(CuFeS2）错误!错误!粗铜错误!错误!精铜
生物炼铜（矿堆浸铜法）:
CuS错误!CuSO4错误!Cu
特点：成本低，污染少,反应条件简单。

二、铁、铜及其化合物的应用
1。

Fe2＋的检验
Fe2＋：浅绿色，易被氧化。

（1）用NaOH检验
Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓(错误!白色沉淀）
4Fe(OH）2＋O2＋2H2O===4Fe(OH）3(错误!红褐色沉淀)
现象：向含有Fe2＋的溶液中加入NaOH溶液，立即生成白色沉淀，白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。

(2）用KSCN和氯水检验
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
Fe3＋＋3SCN－===错误!Fe(SCN）3（血红色）
现象:向含有Fe2＋的溶液中加入KSCN，错误!无明显现象，加入氯水，溶液立即变为血红色。

2。

Fe3＋的检验
Fe3＋：黄色，具有较强氧化性.
(1）用NaOH检验
Fe3＋＋3OH－===Fe（OH)3↓
现象:向含有Fe3＋的溶液中加入NaOH溶液，立即出现红褐色沉淀。

（2)用KSCN检验
错误!Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN)3（血红色)
现象:向含有Fe3＋的溶液中加入KSCN溶液，溶液立即变为血红色。

3.Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化
Fe3＋的化合物遇到较强的还原剂时，会被还原成亚铁化合物.例如,氯化铁溶液遇到铁等还原剂，能被还原生成氯化亚铁：
2FeCl3＋Fe===错误!3FeCl2
2FeCl3＋Cu===错误!2FeCl2＋CuCl2
1。

自然界中为什么很难存在单质铁？
提示：由于单质铁的化学性质比较活泼，易与自然界中其他物质发生化学反应，所以很难存在单质铁，铁主要以化合物的形式存在。

2。

我国古代冶金有“曾青(CuSO4)得铁化为铜"之说,你认为发生的是什么反应？
提示：置换反应：CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu。

3。

久置的FeSO4溶液为什么略显黄色？如何避免此类现象发生？提示：Fe2＋被O2氧化成Fe3＋；可在FeSO4溶液中加入少量铁粉。

4.向FeCl3和CuCl2的混合溶液中，加少许铁粉,能置换出铜吗？
提示：不一定，Fe3＋的氧化性比Cu2＋的氧化性强，Fe3＋先与铁反应。

一、金属的冶炼方法
1.从金属矿石中提炼金属的步骤
第一步：富集矿石,除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。

第二步：冶炼。

利用氧化还原反应,在一定条件下，用还原剂把金属离子还原为金属单质。

第三步：精炼。

采用一定的方法，提炼纯金属。

2.金属冶炼的反应原理
金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得
到电子变成金属单质.
3。

冶炼金属的方法
由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此必须采用不同的冶炼方法.
（1）热分解法：适用于冶炼金属活动性较差的金属，如汞和银：2HgO错误!2Hg＋O2↑
2Ag2O错误!4Ag＋O2↑
(2）热还原法:用还原剂（C、CO、H2、Al等）还原金属氧化物,适合于金属活动性介于Zn～Cu之间的大多数金属的冶炼.如：
Fe2O3＋3CO错误!2Fe＋3CO2
2CuO＋C错误!2Cu＋CO2↑
2Al＋Cr2O3错误!2Cr＋Al2O3
WO3＋3H2错误!W＋3H2O
这类金属中若金属以硫化物或碳酸盐形式存在时，首先将其转化成氧化物后再还原，如:
2ZnS＋3O2错误!2ZnO＋2SO2↑
ZnO＋C错误!Zn＋CO↑
（3)电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属（一般是金属活动顺序表中排在铝前边的金属)。

如：
2Al2O3(熔融)错误!4Al＋3O2↑
MgCl2（熔融）错误!Mg＋Cl2↑
(4)金属的回收和资源保护
①废旧金属的最好处理方法是回收利用。

②回收利用废旧金属的意义是减少垃圾，防止污染环境且缓解资源短缺的矛盾.
[练习与实践]
1.（双选)高炉炼铁生产中，下列各说法正确的是( ）
A。

焦炭和一氧化碳都是还原剂
B。

采用富氧空气可以得到纯铁
C。

加石灰石的目的主要是为了得到CO2
D.用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿
答案AD
解析A中，焦炭发生的反应有:C＋O2错误!CO2,CO2＋C错误!2CO，其中C作还原剂.产生的CO将铁矿石中的铁还原成了铁单质，A正确；高炉炼铁得到的只是含碳量为2％～4。

5%的生铁,不会得到纯铁,B错误;加入石灰石的目的是它在高温下分解成生石灰，继而再与SiO2反应，生成熔点较低的CaSiO3，而成为炉渣，除掉了杂质SiO2，C错误。

2。

东晋葛洪所著《抱朴子》中记载有“以曾青涂铁，铁赤色如铜".这里的“曾青”是____________，“铁赤色如铜”是发生了
______________的结果，反应的化学方程式为
_______________________。

答案CuSO4溶液置换反应Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
解析题意为金属铁与某物质（蓝色）混合会发生反应生成红色
固体，由此进一步判断被铁置换出的金属为铜,蓝色溶液为CuSO4溶液，反应为Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。

二、Fe2＋、Fe3＋的相互转化及检验
Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化关系如下：
相互转化示例
1。

Fe Fe2＋
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
Fe＋S错误!FeS
Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋
FeO＋CO错误!Fe＋CO2
3FeO＋2Al错误!3Fe＋Al2O3
2。

Fe Fe3＋
2Fe＋3Br2===2FeBr3
2Fe＋6H2SO4(浓）错误!Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O
Fe2O3＋3CO错误!2Fe＋3CO2
3。

Fe2＋Fe3＋
2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋（用于腐蚀电路板）
特别提醒
Fe3＋和I－、S2－等因发生氧化还原反应而不能大量共存；Fe2＋与MnO\o\al（－，4)、ClO－或酸性条件下的NO\o\al（－，3）等也因发生氧化还原反应而不能大量共存。

Fe3＋中的Fe2＋可用H2O2氧化除去而不引入杂质。

［练习与实践］
3.要证明某溶液中不含Fe3＋，而可能含有Fe2＋,如下实验操作的最佳顺序为（）
①加入足量氯水
②加入足量KMnO4(H＋）溶液
③加入少量NH4SCN溶液
A．①③B．③②
C．③①D．①②③
答案C
解析证明有Fe2＋的最佳方法不是直接证明Fe2＋,而是将Fe2＋转化为Fe3＋,检验反应后产生的Fe3＋,并要证明Fe3＋在开始时不存在，是由Fe2＋转化而来的。

加入NH4SCN如果没有明显现象则证明无
Fe3＋，再加氯水，如有Fe2＋则可被氧化为Fe3＋,遇NH4SCN变
红.KMnO4也能氧化Fe2＋,但KMnO4本身为紫色，使Fe3＋和NH4SCN 的显色不易被观察到.
4。

把KSCN溶液滴入下列各组混合物中，显红色的是（) A。

铁和稀盐酸B．锌和硫酸亚铁溶液
C.氧化铁和稀硫酸D．氧化铁和水
答案C
解析滴入KSCN溶液显红色，说明溶液中存在Fe3＋。

A项：Fe ＋2HCl===FeCl2＋H2↑；B项：Zn＋FeSO4===Fe＋ZnSO4；C项：Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4）3＋3H2O；D项：两者不发生反应。

5.不能通过化合反应制取的物质是（）
A.FeCl2B．Fe3O4
C．Fe（SCN）3D．FeSO4
答案C
解析A项：2FeCl3＋Fe===3FeCl2；B项：3Fe＋2O2错误!Fe3O4；D 项：Fe＋Fe2（SO4)3===3FeSO4.
本课小结
1.常见的铁矿、铜矿有磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿(Fe2O3)、黄铜矿(CuFeS2）等。

2。

工业冶铁原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。

主要反应有：
①还原剂的生成：C＋O2=====，点燃
CO2，CO2＋C错误!2CO。

②还原铁矿石：3CO＋Fe2O3错误!2Fe＋3CO2。

③炉渣的生成：CaCO3错误!CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2错误!CaSiO3。

3.Fe3＋的溶液遇KSCN溶液变成血红色:
Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。

Fe2＋遇KSCN不显红色，加入氯水后显血红色。

4.Fe2＋和Fe3＋相互转化：
Fe2＋错误!Fe3＋
如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－,
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋,
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋.。