1、专题十三 铁、铜及其化合物,高考化学 (课标专用),A组 统一命题课标卷题组 考点一 铁及其化合物 1.(2018课标,7,6分)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶 金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:下列叙述错误的是 ( ) A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用 B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+ D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠,五年高考,答案 D 本题考查工艺流程分析,铝、铁、锂的化合物的性质等。合理处理废旧电池可回 收有关金属,达到资源再利用的目的,同时有利于环境
2、保护,A项正确;由流程图可知,“正极 片”中含有的金属元素有Al、Fe、Li,B项正确;LiFePO4中铁元素的化合价为+2价,在H2SO4、 HNO3作用下转化为Fe3+,经碱液处理形成Fe(OH)3沉淀,C项正确;Li2CO3难溶于水,而Li2SO4可溶 于水,故不能用Na2SO4代替Na2CO3,D错误。,审题方法 以元素化合物的性质为依据,分析流程中各物质的转化。,2.(2014课标,8,6分,0.786)化学与社会、生活密切相关。对下列现象或事实的解释正确的是 ( ),答案 C 生活中常用热的纯碱溶液洗去油污,其原因不是Na2CO3与油污直接发生反应,而是 纯碱水解使溶液呈碱性,油污
3、在碱性条件下水解生成可溶于水的高级脂肪酸盐和甘油,A错误; 漂白粉在空气中久置变质,是因为发生了反应:Ca(ClO)2+CO2+H2O CaCO3+2HClO,2 HClO 2HCl+O2,B错误;K2CO3与NH4Cl混合使用,因发生相互促进的水解反应生成NH3而 降低肥效,C正确;FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作的反应原理是2FeCl3+Cu 2FeCl2+ CuCl2。,解题关键 认真审题,掌握相关物质的性质是解题的关键。,易错警示 A项对纯碱的性质不熟悉易错选;B项不了解漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2易错 选。,3.(2018课标,26,14分)我国是世界上最早制得和使用金属
4、锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含 有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:相关金属离子c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:,回答下列问题: (1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为 。 (2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有 ;氧化除杂工序中ZnO的作用是 ,若不通入氧气,其后果是 。 (3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为 。 (4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为 ;沉积锌后的 电解液可返回 工序继续使用。,答案 (1)ZnS+ O2 ZnO+SO2 (2)PbSO4 调节溶液的
5、pH 无法除去杂质Fe2+ (3)Cd2+Zn Cd+Zn2+ (4)Zn2+2e- Zn 溶浸,解析 本题考查元素化合物知识在化工生产中的应用。(1)高温焙烧,金属硫化物转化为金属 氧化物和二氧化硫气体。(2)PbSO4难溶于水;氧化除杂工序中通入O2,可将铁元素完全转化为 Fe3+,加入ZnO调节溶液pH为2.86.2,保证Fe3+被完全除去。(3)还原除杂工序中锌粉可置换出 金属Cd。(4)电解硫酸锌溶液时,阴极反应式为Zn2+2e- Zn,阳极反应式为2H2O-4e- O2 +4H+,沉积锌后的电解液中主要含硫酸,可返回溶浸工序继续使用。,4.(2017课标,27,14分)Li4Ti5
6、O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成 分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下:回答下列问题: (1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的 实验条件为 。,(2)“酸浸”后,钛主要以TiOC 形式存在,写出相应反应的离子方程式 。 (3)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示:,分析40 时TiO2xH2O转化率最高的原因 。 (4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为 。 (5)若“滤液”中c(Mg2+)=0.02 molL-
7、1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉 淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.010-5 molL-1,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成? (列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别 为1.310-22、1.010-24。 (6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。,答案 (1)100 、2 h,90 、5 h (2)FeTiO3+4H+4Cl- Fe2+TiOC +2H2O (3)低于40 ,TiO2xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40 ,双氧水分解与氨气逸出导 致TiO2xH2O转化反应速率下降 (4)4 (5)Fe
8、3+恰好沉淀完全时,c(P )= molL-1=1.310-17molL-1,c3(Mg2+)c2(P )值为0.013 (1.310-17)2=1.710-40KspMg3(PO4)2,因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀 (6)2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 2LiFePO4+3CO2+H2O,解析 本题以工艺流程为依托,考查图表分析能力和有关Ksp的计算等。(1)由图可知,当铁的浸 出率为70%时,所采用的实验条件为100 、2 h或90 、5 h。(2)“酸浸”后,钛元素主要以 形式存在,反应的离子方程式为FeTiO3+4H+ 4Cl- Fe2+ + TiOCl2- 4+ 2H
9、2O。(3)TiO2 xH2O转化反应速率受温度、反应物浓度等因素的影响。低于40 ,TiO2xH2O转化反应速率 随温度升高而增加;超过40 ,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化反应速率下降。(4) Li2Ti5O15中Ti为+4价,Li为+1价,设过氧键的数目为x,则12+45=2(15-2x)+2x,解得x=4。(6)高 温下FePO4与Li2CO3和H2C2O4反应制备LiFePO4,根据得失电子守恒和原子守恒可得化学方程 式:2FePO4 +Li2CO3+H2C2O4 2LiFePO4+H2O+3CO2。,方法技巧 无机物制备工艺流程题的破解方法,1.首尾分析法 对一些线型
10、流程工艺(从原料到产品为“一条龙”的生产工序)题,首先对比分析流程图中第 一种物质(原材料)与最后一种物质(产品),从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生 产过程中原料转化为产品的基本原理和分离、提纯产品的化工工艺,然后结合题设的问题、 逐一推敲解答。,2.截段分析法 对于用同样的原材料生产两种或两种以上产品(包括副产品)的工艺流程题,用截段分析法更 容易找到解题的切入点。用截段分析法解工艺流程题关键在于看清主、副产品是如何分开 的,以此确定如何截段,截几段更合适,一般截段以产品为准点。,5.(2016课标,28,15分)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题: (
11、1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 molL-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入 少量铁屑,其目的是 。 (2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+ 氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为 。 (3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于 液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是 。 (4)丙组同学取10 mL 0.1 molL-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 molL-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此 溶液
12、于3支试管中进行如下实验: 第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色; 第二支试管中加入1滴K3Fe(CN)6溶液,生成蓝色沉淀; 第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。 实验检验的离子是 (填离子符号);实验和说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含 有 (填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为 。,(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的 离子方程式为 ;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热, 随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 ;生成沉淀 的原因是 (用平衡移动原理解释)。,答案 (1)防止Fe2
13、+被氧化 (2)2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl- (3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) (4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应 (5)2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分解反应放热,促进Fe3+ 的水解平衡正向移动,解析 (1)Fe2+易被空气中的O2氧化为Fe3+,加入少量铁屑,可防止Fe2+被氧化。(2)Cl2可将Fe2+氧 化,反应的离子方程式为2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-。(3)Fe2+易被空气中的O2氧化,加入煤油,覆盖 在溶液上面,阻止空气进入溶液干扰实验。(4)实验加入K3Fe(CN)6溶液,生成蓝色沉淀,说 明含
14、有Fe2+;实验和说明在I-过量的情况下,溶液中仍含有Fe3+,证明该反应为可逆反应。(5) H2O2溶液中加入酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,说明Fe2+被H2O2氧化成Fe3+,同时生成的Fe3+ 对H2O2的分解有催化作用,H2O2的分解反应放热,又对Fe3+的水解起促进作用。,易混易错 第(5)问若不能挖掘内涵,会对产生气泡的原因及生成沉淀的原因分析不清。,6.(2015课标,27,14分,0.423)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2 B2O5H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工
15、艺 流程如图所示:回答下列问题: (1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式 。为提高 浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有 (写出 两条)。 (2)利用 的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是 。(写化学式) (3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 。然后再调节溶液的pH约,为5,目的是 。 (4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。 (5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为 。 (6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用 化学方程式表示制备过程 。,答案
16、(1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4(2分) 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒 径(2分) (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4(1分,2分,共3分) (3)将Fe2+氧化成Fe3+ 使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去(每空1分,共2分) (4)(七水)硫酸镁(1分)(2分)(6)2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO(2分),解析 (1)硫酸可与硼酸盐反应制取酸性较弱的硼酸,所以Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方 程式为:Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2MgSO4+2H3BO3。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度 外
17、,还可采取提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径等措施。 (2)Fe3O4有磁性,可利用其磁性将其从“浸渣”中分离;“浸渣”中还剩余的物质是SiO2和Ca- SO4。 (3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,其作用是把Fe2+氧化为Fe3+,然后调节溶液的pH约为5,使Al3+ 和Fe3+以Al(OH)3、Fe(OH)3形式沉降而除去。 (4)“粗硼酸”中所含杂质主要是没有除去的易溶性镁盐,故为(七水)硫酸镁。 (5)硼氢化钠的电子式为 。(6)利用Mg的还原性制取硼的化学方程式为2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO。,审题技巧 在审题的过程中,要注意结合化工流程的目的来分
18、析每一步在处理什么问题。,知识拓展 化工生产就是将化学实验工业化,所以在解答化工流程题的过程中,应该结合化工 生产的目的,来分析每一步操作的目的,而这些操作大多数是为了原料的分离、提纯,所以涉及 的实验操作往往是过滤、萃取、蒸馏等,而且所加入的处理试剂与平时分离除杂所选用的试 剂在选用原理上都是相似的。,考点二 铜及其化合物 金属的冶炼 1.(2015课标,10,6分,0.554)下列实验中,对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的 是 ( ),答案 D A项,稀硝酸加入过量铁粉中,产物是Fe2+,滴加KSCN溶液,不会出现血红色;B项,将 铜粉加入1.0 molL-1 Fe2(SO4)3
19、溶液中,溶液变蓝,发生了反应:2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+,说明氧化 性Fe3+Cu2+,没有黑色固体出现;C项,用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯 上加热,铝箔表面的铝和空气中的氧气反应生成Al2O3,Al2O3熔点高,包裹着熔化的铝,熔化后的 液态铝不会滴落下来;D项,将0.1 molL-1 MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生,说明 NaOH已反应完全,再滴加0.1 molL-1 CuSO4溶液,白色沉淀变为浅蓝色沉淀,说明Cu(OH)2的溶 度积比Mg(OH)2的小。,解题关键 读题时获取的信息是否完整、是否抓住了关键语句是解题的关键。,易错警示 A项易忽
20、略铁与稀硝酸反应时所得产物与反应物的量是有关系的;B项容易认为 Cu可以与Fe3+反应而忽略Cu不能置换出Fe单质;C项对铝箔在酒精灯上加热的现象不熟悉而错 选。,2.(2017课标,27,15分)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成 分为FeOCr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:回答下列问题: (1)步骤的主要反应为: FeOCr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2 上述反应配平后FeOCr2O3与NaNO3的系数比为 。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是 。 (2)滤渣1中含量最多的金属元素是 ,滤渣2的主要成
21、分是 及含硅杂质。 (3)步骤调滤液2的pH使之变 (填“大”或“小”),原因是 (用离子方程式表示)。 (4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到,K2 Cr2O7固体。冷却到 (填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。a.80 b.60 c.40 d.10 步骤的反应类型是 。 (5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为 。,答案 (1)27 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 (2)Fe Al(OH)3 (3)小 2Cr +2H+ Cr2 +H2O (4)d 复分解反应 (5)
22、 100%,解析 (1)FeOCr2O3是还原剂,氧化产物为Na2CrO4和Fe2O3,每摩尔FeOCr2O3参与反应转移7 mol电子,而NaNO3是氧化剂,还原产物为NaNO2,每摩尔NaNO3参与反应转移2 mol电子,根据得 失电子守恒可知,FeOCr2O3和NaNO3的系数比为27;陶瓷在高温下会与Na2CO3反应,故熔融 时不能使用陶瓷容器。(2)步骤中反应产生了不溶于水的Fe2O3,故滤渣1的主要成分是Fe2O3, 则含量最多的金属元素是铁元素;调节pH=7后,Al3+水解产生Al(OH)3沉淀,故滤渣2中除了含硅 杂质外还有Al(OH)3。(3)分析知滤液2中的主要成分是Na2
23、Cr ,滤液3中的主要成分应为Na2Cr2O7,则第步调节pH的作用是使Na2Cr 转化为Na2Cr2O7,离子方程式为2Cr +2H+ Cr2 +H2O,由此可知应调节pH使之变小。(4)由溶解度曲线图可知,应选择K2Cr2O7溶解度最小且小 于溶液中其他溶质溶解度的温度范围,故选d,此时得到的K2Cr2O7固体最多;步骤中发生反应 的化学方程式为2KCl+Na2Cr2O7 K2Cr2O7+2NaCl,该反应为复分解反应。(5)样品中Cr2O3 的质量为(m140%) kg,则生成K2Cr2O7的理论质量为(m140% ) kg,则产率为m2 kg(m1 kg 40% )100%= 100%
24、。,思路梳理 关于无机化工流程图题目的解题思路,1.粗读题干,挖掘图示。读题过程中分析核心元素,找出杂质元素。,2.携带问题,精读信息,信息包括三方面:一是题干,二是流程图,三是设置问题。重点抓住物质 流向(“进入”和“流出”)、分离操作类型及目的。,考点一 铁及其化合物 1.(2018江苏单科,6,2分)下列有关物质性质的叙述一定不正确的是 ( ) A.向FeCl2溶液中滴加NH4SCN 溶液,溶液显红色 B.KAl(SO4)212H2O 溶于水可形成Al(OH)3胶体 C.NH4Cl 与Ca(OH)2 混合加热可生成NH3 D.Cu与FeCl3 溶液反应可生成CuCl2,B组 自主命题省(
25、区、市)卷题组,答案 A 本题考查元素化合物的性质。向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液不显红色,A项 错误;KAl(SO4)212H2O溶于水,电离出的Al3+发生水解可形成Al(OH)3胶体,B项正确;实验室常用 NH4Cl固体与Ca(OH)2固体混合加热制NH3,C项正确;Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2和FeCl2, D项正确。,易错易混 SCN-与Fe3+可结合形成Fe(SCN)3使溶液显红色,而SCN-与Fe2+不能。,2.(2017江苏单科,7,2分)在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是 ( ) A.Fe FeCl2 Fe(OH)2 B.S SO3
26、H2SO4 C.CaCO3 CaO CaSiO3 D.NH3 NO HNO3,答案 C 本题考查元素及其化合物的知识。A项,铁在Cl2中燃烧只能生成FeCl3,不能生成 FeCl2;B项,硫与O2反应不能直接生成SO3;C项,CaCO3在高温条件下分解生成CaO和CO2,CaO与 SiO2在高温条件下化合生成CaSiO3;D项,NH3与O2在催化剂加热条件下发生反应生成NO,NO易 与O2反应生成NO2,NO2能与水反应生成HNO3,但NO不能与水反应。,易混易错 Fe在Cl2中燃烧时,无论Fe是否过量,只能生成FeCl3,不能生成FeCl2;Fe与FeCl3溶液反 应生成FeCl2;S在O2
27、中燃烧时,无论O2是否过量,只能生成SO2,不能直接生成SO3。,3.(2016浙江理综,7,6分)下列说法不正确的是 ( ) A.储热材料是一类重要的能量存储物质,单位质量的储热材料在发生熔融或结晶时会吸收或 释放较大的热量 B.Ge(32号元素)的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池 C.Ba2+浓度较高时危害健康,但BaSO4可服入体内,作为造影剂用于X-射线检查肠胃道疾病 D.纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是 纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附,答案 D D项,纳米铁粉可与Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等发生置换
28、反应,不是物理吸附。,4.(2016上海单科,17,3分)某铁的氧化物(FexO)1.52 g溶于足量盐酸中,向所得溶液中通入标准状 况下112 mL Cl2,恰好将Fe2+完全氧化。x值为 ( ) A.0.80 B.0.85 C.0.90 D.0.93,答案 A 根据得失电子守恒可知,FexO被氧化为Fe3+转移的电子数和Cl2转移的电子数相等。 标准状况下112 mL Cl2转移电子数为0.01 mol,则有 (3- )x=0.01,得x=0.80,故A正 确。,5.(2018江苏单科,16,12分)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸 盐)为原
29、料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:(1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为 。 (2)添加1% CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如图所示。,已知:多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 硫去除率=(1- )100% 不添加CaO的矿粉在低于500 焙烧时,去除的硫元素主要来源于 。 700 焙烧时,添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是 。 (3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由 (填化学式)转化为 (填化学式)。 (4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe
30、2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和 SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)n(Fe2O3)= 。,答案 (12分) (1)SO2+OH- HS (2)FeS2 硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中 (3)NaAlO2 Al(OH)3 (4)116,解析 本题考查化学工艺流程的分析、硫及其化合物,氧化还原反应的计算。 (1)用NaOH溶液吸收过量SO2生成NaHSO3,离子方程式为OH-+SO2 HS 。 (2)FeS2在低于500 焙烧时能与空气中的O2反应生成Fe2O3和SO2,发生的反应为4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2,故不添加CaO的矿粉在焙烧时去除的
31、硫元素主要来源于FeS2;700 焙烧 时,添加CaO后,硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中,使矿粉硫去除率降低。 (3)矿粉焙烧后加NaOH溶液碱浸时,Al2O3能与NaOH溶液反应生成NaAlO2,发生的反应为Al2O3 +2NaOH 2NaAlO2+H2O,过滤后,NaAlO2在滤液中,向滤液中通入过量CO2时,发生反应NaA lO2+CO2+2H2O Al(OH)3+NaHCO3,所以铝元素存在的形式由NaAlO2转化为Al(OH)3。 (4)分析反应前后元素化合价的变化,利用得失电子守恒知: n(FeS2)+52n(FeS2)= 2n(Fe2O3), 解得 = ,即理论上完全反应消耗
32、的n(FeS2)n(Fe2O3)=116。,关联知识 生石灰脱硫原理:CaO+SO2 CaSO3,2CaSO3+O2 2CaSO4。,6.(2017北京理综,28,16分)某小组在验证反应“Fe+2Ag+ Fe2+2Ag”的实验中检测到Fe3+, 发现和探究过程如下。 向硝酸酸化的0.05 molL-1硝酸银溶液(pH2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固 体,溶液呈黄色。 (1)检验产物 取出少量黑色固体,洗涤后, (填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。 取上层清液,滴加K3Fe(CN)6溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有 。 (2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,
33、乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理 是 (用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验: 取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液 颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:,(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN) 对Fe3+产生的原因作出如下假设: 假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+; 假设b:空气中存在O2,由于 (用离子方程式表示),可产生Fe3+; 假设c:酸性溶液中的N 具有氧化性,可产生Fe3+; 假设d:根据 现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。 下述实验可证实假设a、b、c不是产生F
34、e3+的主要原因。实验可证实假设d成立。 实验:向硝酸酸化的 溶液(pH2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不 同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min时溶液呈浅红色,30 min后溶液几乎无色。 实验:装置如下图。其中甲溶液是 ,操作及现象是 。,(3)根据实验现象,结合方程式推测实验中Fe3+浓度变化的原因: 。,答案 (16分) (1)加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀 Fe2+ (2)2Fe3+Fe 3Fe2+ 4Fe2+O2+4H+ 4Fe3+2H2O 加入KSCN溶液后产生白色沉淀 0.05 molL-1 NaNO3 FeSO4溶液 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧
35、烧杯中溶液,同 时滴加KSCN溶液,后者红色更深 (3)溶液中存在反应:2Ag+Fe Fe2+2Ag,Ag+Fe2+ Fe3+Ag,Fe+2Fe3+ 3Fe2+。 反应开始时,c(Ag+)大,以反应、为主,c(Fe3+)增大。约30 min后,c(Ag+)小,以反应为主,c (Fe3+)减小,解析 本题侧重考查学生对实验现象的分析判断能力以及实验设计能力。 (1)烧杯底部的黑色固体中含有银和过量的铁,要证明Ag的存在,可加硝酸并加热将固体溶 解,然后用盐酸来检验Ag+的存在。 (2)要证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因,需将原实验中的溶液换成c(H+)、c(N )分 别相同,但不含A
36、g+的溶液,可选用硝酸酸化的0.05 molL-1 NaNO3溶液(pH2),通过向上层清液 中滴加KSCN溶液后的现象差异进行验证。实验中甲溶液是FeSO4溶液,电极反应为:负极Fe2+ -e- Fe3+,正极Ag+e- Ag。一段时间后检验Fe3+的存在及浓度,即可得出Ag+能将Fe2+氧 化成Fe3+的结论。 (3)解题时要注意实验过程中过量的铁始终是存在的。,破定止惯 思维定式在解题时危害很大,学习时我们能够接触到Fe3+Ag Fe2+Ag+,所以就 产生了Ag+不能氧化Fe2+的思维定式,从而影响该题的解答。,7.(2015天津理综,10,14分)FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,
37、而聚合氯化铁是一种新型的絮凝 剂,处理污水比FeCl3高效,且腐蚀性小。请回答下列问题: (1)FeCl3净水的原理是 。FeCl3溶液腐蚀 钢铁设备,除H+作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示) 。 (2)为节约成本,工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。 若酸性FeCl2废液中c(Fe2+)=2.010-2 molL-1,c(Fe3+)=1.010-3 molL-1,c(Cl-)=5.310-2 molL-1,则 该溶液的pH约为 。 完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式:Cl + Fe2+ Cl-+ Fe3+ (3)FeCl3在溶液中分三步水解: Fe3+H
38、2O Fe(OH)2+H+ K1 Fe(OH)2+H2O Fe(OH +H+ K2 Fe(OH +H2O Fe(OH)3+H+ K3,以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是 。 通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氯化铁,离子方程式为: xFe3+yH2O Fex(OH +yH+ 欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号) 。 a.降温 b.加水稀释 c.加入NH4Cl d.加入NaHCO3 室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是 。 (4)天津某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如下图所示。由图中数据得出每升污水 中投放聚合氯化铁以Fe(mgL-1)表示的
39、最佳范围约为 mgL-1。,答案 (1)Fe3+水解产生的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质 2Fe3+Fe 3Fe2+ (2)2 1 6 6H+ 1 6 3H2O (3)K1K2K3 bd 调节溶液的pH (4)1820,解析 (1)FeCl3净水的原理是Fe3+水解产生Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体具有较强的吸附性,能吸 附水中的悬浮杂质使其沉降,从而起到净水作用。FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H+作用外,另一 主要原因是Fe3+具有较强的氧化性,将Fe氧化为Fe2+,其离子方程式为:2Fe3+Fe 3Fe2+。 (2)酸性FeCl2废液中除存在Fe2+、Fe3+、Cl-外
40、,还存在H+和OH-,由电荷守恒得:c(H+)+2c(Fe2+)+3 c(Fe3+)=c(Cl-)+c(OH-),由于c(OH-)很小,可忽略不计,故有c(H+)+22.010-2 molL-1+31.010-3 molL-15.310-2 molL-1,则c(H+)1.010-2 molL-1,pH2。由可知溶液显酸性,空缺的反 应物为H+,则空缺的生成物为H2O,由得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒可配平该离子方程 式。 (3)离子分步水解时,水解程度逐级减小,而水解平衡常数能够表示水解程度的大小,K值越大, 水解程度越大,故有K1K2K3。对于xFe3+yH2O Fex(OH +yH+,由
41、于水解反应吸热,降 温可使平衡逆向移动;加水稀释,水解程度增大,平衡正向移动;加入NH4Cl,N 水解使c(H+)增 大,平衡逆向移动;加入NaHCO3,HC 结合H+使c(H+)减小,平衡正向移动,故选b、d。欲使FeCl3 溶液转化为高浓度聚合氯化铁,应使Fe3+的水解平衡正向移动,在FeCl3浓度一定的条件下,适当 减小c(H+),即调节溶液的pH可达到这种效果。 (4)由题图可以看出,投放聚合氯化铁18 mgL-1时,浑浊度的去除率最高;投放聚合氯化铁20 mg,L-1时,还原性物质的去除率最高,因此投放聚合氯化铁的最佳范围为1820 mgL-1。,考点二 铜及其化合物 金属的冶炼 1
42、.(2014上海单科,17,3分)用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得的溶液中加入铁粉。对加 入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是 ( ) A.若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+ B.若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+ C.若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出 D.若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出,答案 B A项,当铁粉刚好与Fe3+完全反应,则不存在Fe3+,故A错误;B项,无论固体有没有,一定 有Fe2+,故B正确;C项,可能部分Cu2+变成Cu,还有Cu2+剩余,故C错误;D项,若溶液中Fe3+过量,则没 有Cu析出,故D错误。,2.(2016四川理综,9,13分)CuCl
43、广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解 CuCl22H2O制备CuCl,并进行相关探究。 【资料查阅】 【实验探究】 该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。请回答下列问题: (1)仪器X的名称是 。 (2)实验操作的先后顺序是a e(填操作的编号)。,a.检查装置的气密性后加入药品 b.熄灭酒精灯,冷却 c.在“气体入口”处通入干燥HCl d.点燃酒精灯,加热 e.停止通入HCl,然后通入N2 (3)在实验过程中,观察到B中物质由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是 。 (4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是 。 【探究反思】 (5)反应结束后,取出CuCl产品进行实
44、验,发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信 息分析: 若杂质是CuCl2,则产生的原因是 。 若杂质是CuO,则产生的原因是 。,答案 (13分)(1)干燥管 (2)cdb (3)先变红,后褪色 (4)Cl2+2OH- ClO-+Cl-+H2O (5) 加热时间不足或温度偏低 通入HCl的量不足,解析 (1)X为干燥管。(2)根据资料可知,由CuCl22H2O热分解制备CuCl要防止Cu+被空气中氧 气氧化,故应先通入干燥的HCl以排尽装置中的空气,然后再加热使CuCl22H2O分解,最后必须 在无氧环境中冷却,结合上述思路,操作的顺序为acdbe。(3)实验过程中,HCl会进入
45、C 中,另外当温度高于300 时,试管中发生反应:2CuCl2 2CuCl+Cl2,故进入C的气体 既有HCl又有Cl2,所以C中湿润蓝色石蕊试纸先变红,后褪色。(4)根据(3)可知进入D中的气体 有HCl和Cl2,则装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式为Cl2+2OH- Cl-+ClO-+H2O。(5) 根据资料可知,含CuCl2杂质的原因是CuCl2没有完全分解,而造成此现象的原因是加热温度 偏低或加热时间不足。杂质CuO产生的原因是水的存在引起CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2,再 受热分解产生CuO,故原因是通入HCl的量不足。,3.(2015天津理综,9,18分)废旧印刷电路
46、板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十 倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学 小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:回答下列问题: (1)反应是将Cu转化为Cu(NH3 ,反应中H2O2的作用是 。写出操作的名 称: 。 (2)反应是铜氨溶液中的Cu(NH3 与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式: 。,操作用到的主要仪器名称为 ,其目的是(填序 号) 。 a.富集铜元素 b.使铜元素与水溶液中的物质分离 c.增加Cu2+在水中的溶解度 (3)反应是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和 。若操作使用下图装置,图中存在的错
47、误是 。,(4)操作以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是 。操作由 硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是 。 (5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是 。循环使用的NH4Cl在反应中的主要作用是 。,答案 (1)作氧化剂 过滤 (2)Cu(NH3 +2RH 2N +2NH3+CuR2 分液漏斗 ab (3)RH 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、液体过多 (4)O2、H2SO4 加热浓缩、冷却结晶、过滤 (5)H2SO4 防止由于溶液中c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀,解析 (1)经过反应,Cu失电子变成了Cu2+,H2O2作氧化剂。(2)由图中信息可知,经过反应, Cu(NH3 与RH反应生成NH3和NH4Cl以及CuR2;CuR2被有机溶剂萃取到了有机层中,实现了铜 元素的富集以及与水溶液中的物质分离。(3)反应中CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和RH。 萃取时,分液漏斗中液体过多,不利于振荡操作,造成萃取不充分;分液时,分液漏斗尖端未紧靠 烧杯内壁。(4)用惰性电极电解CuSO4溶液,阳极的电极反应式为:4OH-4e- 2H2O+O2。 (5)用惰性电极电解CuSO4溶液会生成Cu、O2和H2SO4,H2SO4可循环利用。NH4Cl溶液显酸性, 可调节溶液的pH,防止生成Cu(OH)2沉淀。,
