1、第七 讲 铁、铜及其化合物铁及其化合物1.(2014 重庆理综,4,6 分)茶叶中铁元素的检验可经以下四个步 骤完成,各步骤中选用的实验用品不能都用到的是( )A.将茶叶灼烧灰化,选用、和B.用浓硝酸溶解茶叶灰并加蒸馏水稀释,选用、 和C.过滤得到滤液,选用、和D.检验滤液中的 Fe3+,选用、 和2.(2014 福建理综,24,15 分)铁及其化合物与生产、生活关系密切。(1)右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意 图。该电 化腐蚀 称为 。 图中 A、B、C、D 四个区域,生成铁锈最多的是 (填字母) 。 (2)用废铁皮制取铁红(Fe 2O3)的部分流程示意图如下:废铁皮 含
2、 Fe(NO3)2的溶液步骤 若温度 过高,将导致硝酸分解。硝酸分解的化学方程式 为 。 步骤 中发 生反应:4Fe(NO 3)2+O2+(2n+4)H2O 2Fe2O3nH2O+8HNO3,反应产生的 HNO3又将废铁皮中的铁转化为 Fe(NO3)2,该反应的化学方程式为 。 上述生 产流程中 ,能体现“ 绿色化学”思想的是 (任写一项)。 (3)已知 t 时,反应 FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)的平衡常数 K=0.25。t 时,反应达到平衡 时 n(CO)n(CO2)= 。 若在 1 L 密闭容器中加入 0.02 mol FeO(s),并通入 x mol CO,t 时反
3、应达到平衡。此时FeO(s)转 化率为 50%,则 x= 。 3.(2013 天津理综,9,18 分)FeCl 3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水 FeCl3,再用副 产品 FeCl3溶液吸收有毒的 H2S。.经查阅资料得知:无水 FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。他们设计了制备无水 FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及 夹持装置略去) 及操作步骤如下 :检验 装置的气密性 ;通入干燥的 Cl2,赶尽装置中的空气;用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;体系冷却后,停止通入 Cl2,并用干燥的 N2赶尽 Cl2,将收集器密封。请回答下列问题:(1)装置 A
4、中反 应的化学方程式 为 。 (2)第步加热后,生成的烟状 FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管 A 右端。要使沉积的 FeCl3进入收集器 ,第步操作是 。 (3)操作步骤中,为防止 FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号) 。 (4)装置 B 中冷水浴的作用为 ;装置 C 的名称为 ;装置 D 中 FeCl2全部反应后,因失去吸收 Cl2的作用而失效 ,写出检验 FeCl2是否失效的试剂: 。 (5)在虚线框中画出尾气吸收装置 E 并注明试剂。.该组同学用装置 D 中的副 产品 FeCl3溶液吸收 H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。(6)FeCl3
5、与 H2S 反应的离子方程式为 。 (7)电解池中 H+在阴极放电产生 H2,阳极的电极反应式为 。 (8)综合分析实验的两个反应,可知该实验有两个显著优 点:H2S 的原子利用率为 100%; 。 4.(2012 课标,26,14 分)铁是应用最广泛的金属,铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。(1)要确定铁的某氯化物 FeClx的化学式,可用离子交换和滴定的方法。实验中称取 0.54 g 的FeClx样 品,溶解后先 进行阳离子交 换预处理,再通过含有饱 和 OH-的阴离子交换柱,使 Cl-和OH-发生交换。交换完成后,流出溶液的 OH-用 0.40 molL-1的盐酸滴定
6、,滴至终点时消耗盐酸25.0 mL。计算该样品中氯的物 质的量,并求出 FeClx中 x 值: (列出计算过程); (2)现有一含有 FeCl2和 FeCl3的混合物样品,采用上述方法 测得 n(Fe)n(Cl)=12.1,则该样品中 FeCl3的物质 的量分数为 。在实验室中,FeCl 2可用铁粉和 反应制备,FeCl 3可用铁粉和 反应制备; (3)FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质,该反应的离子方程式为 ; (4)高铁酸钾(K 2FeO4)是一种强 氧化剂,可作为水处理剂和高容量 电池材料。FeCl 3与 KClO 在强碱性条件下反应可制取 K2FeO4,其反应的离子方程式为 。与
7、MnO2-Zn 电池类似,K 2FeO4-Zn 也可以组成碱性电池,K 2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式 ,该电池总反应的离子方程式为 。 5.(2012 四川理综,26,13 分)下列框图中的字母分别代表一种常 见的物质或其溶液,相互之间的转化关系如下图所示(部分 产物及反应条件已略去) 。已知 A、B 为气态单质,F 是地壳中含量最多的金属元素的单质;E、H、I 为氧化物,E 为黑色固体,I 为红棕色气体;M 为红褐色沉淀。请回答下列问题:(1)B 中所含元素位于周期表中第 周期, 族。 (2)A 在 B 中燃 烧的现象是 。 (3)D+E B 的反应中,被氧化与被 还原的物质
8、的物质的量之比是 。 (4)G+J M 的离子方程式是 。 (5)Y 受热分解的化学方程式是 。 铜及其化合物1.(2014 课标,9,6 分)下列反应中,反应后固体物质增重的是 ( )A.氢气通过灼热的 CuO 粉末 B.二氧化碳通过 Na2O2粉末C.铝与 Fe2O3发生铝热反应 D.将锌粒投入 Cu(NO3)2溶液2.(2013 重庆理综,8,14 分)合金是建造航空母舰的主体材料。(1)航母升降机可由铝合金制造。铝元素在周期表中的位置为 。工业炼铝的原料由铝土矿提取而得,提取过程中通入的气体为 。 Al-Mg 合金焊接前用 NaOH 溶液处理 Al2O3膜,其化学方程式为 。 焊接过程
9、中使用的保护气为 (填化学式)。 (2)航母舰体材料为合金钢。舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为 。 航母用 钢可由低硅生 铁冶炼而成,则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为 。 (3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。80.0 g Cu-Al 合金用酸完全溶解后 ,加入过量氨水,过滤得白色沉淀 39.0 g,则合金中 Cu 的质量分数为 。 为分析某 铜 合金的成分,用酸将其完全溶解后,用 NaOH 溶液调节 pH,当 pH=3.4 时开始出现沉淀。分别在 pH 为 7.0、8.0 时过滤沉淀。 结合下图信息推断该合金中除铜外一定含有 。 3.(2013 山东理综,28,12 分)金属冶炼与处理
10、常涉及氧化还 原反应。(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是 。 a.Fe2O3 b.NaCl c.Cu2S d.Al2O3(2)辉铜矿(Cu 2S)可发生反应:2Cu 2S+2H2SO4+5O2 4CuSO4+2H2O,该反应的还原剂是 。当 1 mol O2发生反应时,还原剂所失电子的物质的量为 mol。向 CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成,该气体是 。 (3)右图为电解精炼银的示意图, (填“a”或“ b”)极为含有杂质的粗银,若 b 极有少量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为 。 (4)为处理银器表面的黑斑(Ag 2S),将银器浸于铝质容器里的食 盐水中并与铝接触,A
11、g 2S 转化为 Ag,食盐水的作用是 。 4.(2012 课标,36,15 分) 化学 选修 2 化学与技术由黄铜矿(主要成分是 CuFeS2)炼制精铜的工艺流程示意图如下:铜矿石 铜精矿砂 冰铜 粗铜 电解铜(1)在反射炉中,把铜精矿砂和石英砂混合加热到 1 000 左右 ,黄铜矿与空气反应生成 Cu 和Fe 的低价硫化物,且部分 Fe 的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是 、 ,反射炉内生成炉渣的主要成分是 ; (2)冰铜(Cu 2S 和 FeS 互相熔合而成)含 Cu 量为 20%50%。转炉中,将冰铜加熔剂( 石英砂)在1 200 左右吹入空气 进行吹 炼
12、。冰铜中的 Cu2S 被氧化为 Cu2O,生成的 Cu2O 与 Cu2S 反应,生成含 Cu 量约为 98.5%的粗铜,该过程发生反应的化学方程式分别是 、 ; (3)粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中,粗铜板应是图中电极 (填图中的字母);在电极 d 上发生的电极反应式为 ;若粗铜中还含有 Au、Ag、Fe,它们在电解槽中的存在形式和位置为 。 题组一 铁及其化合物1.B A 项,灼烧茶叶需用仪器有坩 埚、泥三角、酒精灯等,A 项正确;B 项,溶解茶叶灰的过程中会用到烧杯、玻璃棒等仪器,容量瓶是配制一定体 积、一定物质的量浓度溶液时的主要仪器,B项错误;C 项,过滤 需用仪器有漏斗
13、、烧杯、玻璃棒等,C 项正确;D 项,检验 Fe3+可用 KSCN 溶液,仪器为胶头滴管和试管,D 项正确。2. 答案 (1)吸氧腐蚀 B(2)4HNO3 4NO2+O2+2H2O4Fe+10HNO3 4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O氮氧化物排放少( 或其他合理答案)(3)41 0.05解析 (2)硝酸在受 热或光照条件下均易分解 ,化学方程式为:4HNO 3 4NO2+O2+2H2O。由题意可知 HNO3又将铁氧化为 Fe(NO3)2,由框图中分离的产物可知HNO3被还原为 NH4NO3,故化学方程式为:4Fe+10HNO 3 4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O。可从两方面
14、考虑:一是 HNO3被 还原为 NH4NO3,没有生成氮氧化物,减少了对环境的污染;二是产物的利用,如 NH4NO3可作氮肥,提高了原子利用率。(3) 该反应的平衡常数表达式为 K=,在同样条件下,c(CO 2)c(CO)=n(CO2)n(CO),所以平衡状 态时 n(CO)n(CO2)(2)()= = = =41。可列出“ 三段式”:()(2)110.25FeO(s) + CO(g) Fe(s)+CO2(g)起始量:0.02 mol x mol 0 0变化量:0.02 mol50% 0.01 mol 0.01 mol 0.01 mol平衡量:0.01 mol (x-0.01) mol 0.0
15、1 mol 0.01 molK= = =0.25,得 x=0.05。(2)() 0.010.013. 答案 (1)2Fe+3Cl2 2FeCl3(2)在沉积的 FeCl3固体下方加热(3)(4)冷却,使 FeCl3沉积,便于收集产品 干燥管K3Fe(CN)6溶液(5)(6)2Fe3+H2S 2Fe2+S+2H+(7)Fe2+-e- Fe3+(8)FeCl3得到循环利用解析 (4)检验 D 中 FeCl2是否失效可以用 K3Fe(CN)6溶液,取 D 中溶液加 K3Fe(CN)6溶液,有蓝色沉淀生成说明没有失效。 (7)电解滤液时,阳极发生的反应为 2Cl-2e- Cl2、2Fe2+Cl2 2F
16、e3+2Cl-,故可以理解为 Fe2+-e- Fe3+,电解总反应可以写成:2Fe 2+2H+2Fe3+H2。4. 答案 (1)n(Cl)=0.025 0 L0.40 molL-1=0.010 mol0.54 g-0.010 mol35.5 gmol-1=0.19 gn(Fe)=0.19 g/56 gmol-1=0.003 4 moln(Fe)n(Cl)=0.003 40.01013,x=3(2)0.10 盐酸 氯气(3)2Fe3+2I- 2Fe2+I2(或 2Fe3+3I- 2Fe2+ )3(4)2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2Fe +5H2O+3Cl-24Fe +3e-+4H2O
17、 Fe(OH)3+5OH-242Fe +8H2O+3Zn 2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-24注:Fe(OH) 3、Zn(OH)2写成氧化物等其他形式且正确也可 给分解析 (1)依题 意:n(Cl -)=n(OH-)=0.40 molL-125.010-3 L=1.010-2 mol,n(Fe)n(Cl)=1x=(1.010-2 mol)13,x=3。(2)设 FeCl3的物质的量分数为 x,由题意0.54 1.010235.5 156 1得 3x+2(1-x)=2.1,x=0.10。据 Fe+2HCl FeCl2+H2、Fe+2FeCl3 3FeCl2、2Fe+3Cl2 2FeC
18、l3可知 ,FeCl2可用铁粉与 FeCl3或盐酸反应制备,FeCl 3可用铁粉与 Cl2反应制备。(3)生成的棕色物质为 I2,故可写出该 反应的离子方程式:2Fe 3+2I- 2Fe2+I2。(4)解答此问要紧扣题给信息,注意离子方程式中的电荷守恒及氧化还原反应中的得失电子守恒。5. 答案 (1)三 A( 各 1 分,共 2 分)(2)产生苍白色火焰(2 分)(3)21(3 分)(4)3Al +Fe3+6H2O 3Al(OH)3+Fe(OH)3(3 分)2(5)4Fe(NO3)3 2Fe2O3+12NO2+3O2(3 分)解析 根据题中信息可推出 X 为 NaCl(或 KCl),Y 为 F
19、e(NO3)3,A 为 H2,B 为 Cl2,C 为NaOH(或 KOH),D 为 HCl,E 为 MnO2,F 为 Al,G 为 NaAlO2(或 KAlO2),H 为 Fe2O3,I 为 NO2,J为 FeCl3,M 为 Fe(OH)3,N 为 HNO3。(3)反应时不是全部 HCl 均参与氧化还原反应,根据得失电子守恒可得出被氧化与被还原的物质的物质的量之比为 21。题组二 铜及其化合物1.B A 项,CuO 被 H2还原为 Cu,固体质量减轻;B 项,2Na 2O2+2CO2 2Na2CO3+O2,Na2O2变为 Na2CO3,固体 质量增加;C 项,铝热反应前后固体总质量保持不变;D
20、 项,1 mol Zn 置换出 1 mol Cu,固体质量减轻,不符合题意。2. 答案 (1)第三周期第 A 族 CO2Al2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2O Ar(其他合理答案均可得分)(2)吸氧腐蚀 CaCO3或 CaO(3)83.1% Al、Ni解析 (1)工 业炼铝需将铝 土矿与强碱溶液反应转化成偏铝酸盐,然后在偏铝酸盐溶液中通入过量的 CO2,发生反应 Al +CO2+2H2O Al(OH)3+HC ,故提取过程中需通入2 3CO2气体。保护气需性质稳定,高温条件下不与 Al-Mg 合金反应,N 2在高温条件下可与 Mg反应,可用氩气作保护气。(2)海水接近中性,金属在其中以
21、吸氧腐蚀为主。 铁矿石中硅元素多以 SiO2形式存在,加入 CaCO3或 CaO,SiO2可与之反应生成 CaSiO3从而降低生铁中硅的含量。(3) 白色沉淀为 Al(OH)3,39.0 g Al(OH)3中铝元素为 0.5 mol,合金中铝的质量为 0.5 mol27 gmol-1=13.5 g,则铜的质量为 66.5 g,质量分数为 83.1%。pH=3.4 时开始出现沉淀,利用图给信息可知溶液中无 Fe3+,一定有 Al3+,则合金中一定有 Al;由题意可知 pH 在 7.08.0之间一定有沉淀生成,由图给信息可知溶液中一定有 Ni2+,则合金中一定有 Ni。3. 答案 (1)b、d(2
22、)Cu2S 4 H2(3)a 2H+N +e- NO2+H2O3(4)做电解质溶液(或导电)解析 (1)活泼 金属的冶炼常采用电解法,故选 b、d。(2)反 应过程中 Cu2S 中铜元素和硫元素化合价均升高,Cu 2S 为还原剂,1 mol Cu2S 共失去 10 mol 电 子,1 mol O2发生反应消耗 mol 25Cu2S,转 移 4 mol 电子;CuSO 4水解使溶液显酸性,加入镁条可生成 H2。(3)电解精炼银,粗银做阳极,阴极发生还原反应,N 在酸性条件下得电子生成 NO2。(4)本题中处理银器表面 Ag2S3的方法是利用原电池原理让 Ag2S 得电子转化成 Ag,食盐水做 电
23、解质溶液形成闭合回路。4. 答案 (1)2CuFeS2+O2 Cu2S+2FeS+SO22FeS+3O2 2FeO+2SO2 FeSiO3(2)2Cu2S+3O2 2Cu2O+2SO22Cu2O+Cu2S 6Cu+SO2(3)c Cu2+2e- CuAu、Ag 以单质的形式沉积在 c(阳极)下方,Fe 以 Fe2+的形式进入电解液中解析 (1)由黄 铜矿和空气在 1 000 左右下反应生成 Cu 和 Fe 的低价硫化物可写出化学方程式:2CuFeS 2+O2 Cu2S+2FeS+SO2,再由部分“ Fe 的低价硫化物转变为低价氧化物”这一信息写出化学方程式:2FeS+3O 2 2FeO+2SO2。将 炼铁时生成炉渣的反 应(CaO+SiO 2 CaSiO3)迁移到本题,不难得出生成炉渣的主要成分为 FeSiO3。(3)电解精炼铜时,粗铜为阳极,即题图中的 c 极;d 极为阴极,电极反应式为 Cu2+2e- Cu;粗铜中活泼性比铜弱的 Au、Ag在阳极溶解时从阳极上脱落下来形成“阳极泥” ,比铜活泼的 杂质 Fe 以 Fe2+的形式进入电解液中。
