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铁、铜及其重要化合物

时间:2013-11-11 10:04:13 点击:

  核心提示:知识点总结 1、铁的性质:纯净的铁是光亮的银白色金属,密度为7.86g/㎝3,熔沸点高,有较好的导电、传热性,能被磁铁吸引,也能被磁化。还原铁粉为黑色粉末。铁是较活泼的金属元素,在金属活动性顺序表中排...

知识点总结

        1、铁的性质:纯净的铁是光亮的银白色金属,密度为7.86g/㎝3,熔沸点高,有较好的导电、传热性,能被磁铁吸引,也能被磁化。还原铁粉为黑色粉末。铁是较活泼的金属元素,在金属活动性顺序表中排在氢的前面。化学性质①跟非金属反应,②跟水反应,③跟酸作用:Fe+2H+=Fe2++H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化;与氧化性酸反应不产生H2,且氧化性酸过量时生成Fe3+)④与部分盐溶液反应:Fe+Cu2+=Fe2++Cu    Fe+2Fe3+=3Fe2+

             2、铜的性质:铜是硬度较小的紫红色金属,具有良好的延展性、导电性和导热性;铜的化学性质①与非金属单质反应②与酸反应③与盐溶液反应④铜在干燥空气中性质稳定,但在潮湿空气中会被腐蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。

          2Cu+ O2 +H2O + CO2 = Cu2(OH)2CO3

        3、铁的冶炼:利用氧化——还原反应,在高温下,用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石里还原出来。生产过程

        4、铜的制备和冶炼:

       5、金属的冶炼方法:电解法冶炼金属、热还原法冶炼金属、热分解法冶炼金属。

        6、铁的氧化物:

铁的氧

化物

FeO

Fe2O3

Fe3O4

俗称

 

铁红

磁性氧化铁

色、态

黑色粉末

黑色晶体

红棕色粉末

铁的价态

+2

+3

+2、+3

水溶性

难溶于水

稳定性

不稳定性

6FeO+O2=2Fe3O4

稳定

稳定

与酸的反应

FeO+2H+=Fe2++H2O

Fe2O3+6H+=2Fe3+

+3H2O

Fe3O4+8H+=2Fe3++ Fe2++4H2O

与CO的反应

FexOy+yCO=xFe+yCO2

制取

高温熔融,过量的铁与氧气反应

2Fe+O2=2FeO

Fe(OH)3的分解

2Fe(OH)3=Fe2O3

+3H2O

铁在氧气中燃烧

3Fe+2O2=Fe3O4

         

         7、铁的氢氧化物:

 

Fe(OH)2

Fe(OH)3

物理性质

白色,难溶于水的固体

红褐色,难溶于水的固体

化学性质

(1)与非氧化性强酸反应

Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O

(2)与氧化性酸反应

3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O

(3)空气中放置被氧化

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

(1)与酸反应

Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O

(2)受热分解

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

制备

①煮沸蒸馏水,赶走溶解的氧气②煮沸NaOH溶液,赶走溶解的氧气③配制FeSO4溶液,加少量的还原铁粉④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下

Fe2++2OH-=Fe(OH)2

将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中

Fe3++3OH-=Fe(OH)3

        8、氧化铜和氢氧化铜:

         A、氧化铜有金属氧化物的性质,例如:CuO+2HCl= CuCl2 +H2O

        B、氧化铜具有氧化性,可与某些还原剂反应。

        9、铁离子和亚铁离子的检验方法:

       (1)Fe2+的检验:方法一:滴加KSCN溶液,无明显现象,再滴加新制氯水,溶液立即变红色。方法二:滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀,该沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。

        (2)Fe3+的检验:方法一:滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液,溶液立即变为血红色。方法二:滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。

        10、铁三角的转化关系:从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:Fe只有还原性,Fe3+通常只有氧化性,Fe2+既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应,才能实现不同价态的铁相互转化,如下图(常称为铁三角):

常见考法

        铁铜是重要的无机金属,而Fe具有较特殊的性质,因此在高考中往往对于Fe、Cu的考查较频繁,特别是Fe3+的氧化性,Fe2+的还原性与氧化还原反应结合来考察,也常以选择题的形式考查Fe3+、Cu的反应的相关计算。

误区提醒

        1、Fe2+有还原性,高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe3+:在酸性溶液中,空气中的氧也能把Fe2+氧化:4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O在碱性溶液中,Fe2+的还原性更强,它能把NO-3和NO-2还原成NH3,能把Cu2+还原成金属铜。

         2、Fe3+在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe2+:Fe3+还能被金属铁还原:

在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe2+被氧化为Fe3+

【典型例题】

例1.把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中,充分反应后,溶液中大量存在的金属阳离子是(       )

A.只有Fe2+                          B.只有Fe3+

C.有Fe2+和Cu2+                  D.有Fe3+和Cu2+

思路与解析:浓硝酸具有强氧化性,热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe3+和Cu2+,过量的铁又与Fe2+和Cu2+反应生成Fe2+和Cu,所以充分后,溶液中大量存在的金属阳离子为Fe2+,故选A。

例2.将6g纯铁粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中充分反应后得到200mL0.5mol/L的FeSO4溶液和5.2g固体,求:

(1)反应后生成铜多少克?

(2)加入铁粉前Fe2(SO4)3物质的量浓度。

[思路]:在Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中投入铁粉后,Fe3+和Cu2+均可与铁发生反应,但由于氧化性Fe3+>Cu2+,所以Fe应首先还原Fe3+,即首先发生反应:Fe+2Fe3+=3Fe2+,但不可以只发生此反应,原因有二:第一是若只发生此反应则说明铁粉较少,已完全反应无剩余,则不可能有5.2g不溶物;第二,若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO4为(6g÷56g/mol)×3=0.32mol>0.1mol。通过以上分析,可以看出,Fe在把全部的Fe3+还原后,不发生了还原Cu2+的反应,此时的Fe是否有剩余呢?也就是余5.2g固体中肯定有Cu,是否含Fe呢?这就是此题的关键所在,需通过计算推导确定。

[解析]:发生反应的化学方程式为:

①Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4        ②Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

两个反应共生成FeSO4为:0.2L×0.5mol/L=0.1mol

观察两个反应不难发现,若生成同样的FeSO4,②式消耗的铁更多。假设0.1molFeSO4全部为②式产生,则此时消耗的铁将达最大量为a。      

 Fe    ~     FeSO4

                  1mol          1mol

                   a           0.1mol

a=0.1mol,即铁为5.6g,则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe,设原溶液的Fe2(SO4)3和CuSO4的物质的量分别为x和y。

Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4             Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

X    x       3x                                 y    y   y    y

由题意得  3x+y=0.1mol

        6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g

解得:x=0.02mol             y=0.04mol

则生成铜:0.04mol×64g/mol=2.56g

原Fe2(SO4)3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L

例3.mg 铁粉与一定量的HNO3在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况nL氧气混合,恰好能被水完全吸收,m和n的关系是什么?

[思路]此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因HNO3的浓度和用量不同,生成Fe(NO3)3还是Fe(NO3)2不能确定,HNO3的还原产物是NO还是NO2也不能确定。所以消耗的氧气也无从下手求出.但是从始态和终态来看,HNO3的还原产物与氧气混合后,最终还是生成HNO3,这样消耗的氧气相当于把mg铁粉氧化成+2价或+3价化合物,用极端思考法很容易求出。

   [解析]:假设HNO3为稀的,铁与HNO3反应后的价态是+2,

   则有:  3 Fe +8 HNO3= 3 Fe(NO3)2 + 2 NO↑+ 4 H2O    (1)

         4NO +3O2 +2H2O=4HNO                    (2)

(1)×2 +(2)得:2Fe + O2 +4HNO3= 2Fe(NO3)2 +2H2O

    可改写为 : 2Fe + O2 +4HNO3 =  2FeO + 4HNO3

             即:  2Fe + O2 =2FeO

    同理可得 :  4Fe +3O2=2Fe2O 问题便得以解决

即 :当铁被氧化为+2价时,由电子得失守衡得:

   m/56×2=n/22.4×4    n=O.2m

当铁被氧化为=+3价时,由电子得失守衡得:

   m/56×3=n/22.4×4    n=O.3m  

则m与n的关系是:O.2m≤n≤O.3m

[小结]此题在解题过程中,巧妙得使用了始态和终态,使复杂的问题简单化。氧化还原反应中,电子得失守衡的使用,避免了繁琐的计算,在应试中赢得了时间,思维训练方面堪称是一道好题。

例4.由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物,测得其中铁元素与氧元素的质量比为21:8,,则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是(      )。

A.1:2:1      B. 2:1:1      C. 1:1:1     D. 1:1:3

[思路]:可用平均组成法来求解:

[解析]在混合物中Fe原子和氧原子物质的量之比为(21/56):(8/16)=3:4,则混合物的平均组成为Fe3O4,在三种组合中Fe3O4则不必多考虑,应注意FeO和Fe2O3混合后也应符合Fe3O4,所以在混合物中它们的物质的量之比必需是1:1.故答案应选C、D。

例5.某铁的“氧化物”样品,用5mol/L的盐酸140mL恰好完全溶解,所得溶液还能吸收标准状况下0.56L氯气,使其中Fe2+全部转化为Fe3+。该样品可能的化学式是(       )

A. Fe2O3        B. Fe3O4         C. Fe4O5          D. Fe5O7

[思路]:利用正、负电荷相等列方程可快速解题。

[解析]设铁的氧化物中含O2-为xmol,则其化学式为FexOy,由O2-个数守恒有:

2yH++  FexO = yH2O+ xFe+(2y/x)

2ymol   ymol

0.7mol   amol

2y:y=0.7:a      a=0.35(mol)

设FexOy中含Fe2+bmol,则:

2Fe2++  Cl2   = Fe3+ 2Cl-    

2mol  22.4L

bmol  0.56L

2:b=22.4:0.56     b=0.05(mol)

设样品FexOy中含Fe3+为cmol,则由电荷守恒可得:

(2×0.05mol)×3cmol=2×0.35mol

解之得c=0.2mol

故样品FexOy中:x:y=(0.05+0.02):0.35=5:7

即样品“氧化铁”化学式为:Fe5O7

作者:不详 来源:网络

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