2021版浙江高考选考化学一轮复习教师用书：专题33　第三单元　铁、铜的获取及应用　金属矿物的开发和利用

第三单元　铁、铜的获取及应用　金属矿物的开发和利用
[考点分布]


知识内容
考试要求
2016年
2017年
2018年
2019年
2020年
4月
10月
4月
11月
4月
11月
4月
1月
(1)自然界铁、铜的存在形式，铁、铜的物理性质
a








(2)工业炼铁的反应原理
b








(3)铁、铜的化学性质(跟某些非金属、酸、盐的反应)
b
T27
T27、T31
T6、T27
T28
T9、T10、T29

T28
T13、T25
(4)Fe2＋、Fe3＋的性质及转化
c
T32(3)

T6、T24
T12
T29
T29
T24
T13、T27
(5)检验Fe2＋、Fe3＋的常用方法
c



T28




(6)不锈钢的主要组成元素及其用途
a








(7)化学理论的建立和发展与人类认识世界的关系
a








(8)化学科学的研究内容和发展前景
a








(9)化学在合成新物质、提高人类生活质量方面的重要作用
a








(10)金属活动性与金属冶炼方法的关系
a
T8






T9、T12

　用物质分类思想认识铁及其重要化合物

1．铁的存在

2．铁的性质
(1)物理性质
纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。
(2)化学性质
铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成＋2、＋3两种价态的化合物。
常见反应如下：
Fe＋
Fe
3．铁的氧化物和氢氧化物
(1)铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
—
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的
化合价
＋2
＋3
＋2，＋3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H＋反
应的离子
方程式
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O　
Fe2O3＋6H＋
===2Fe3＋＋3H2O　
Fe3O4＋8H＋
===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
(2)铁的氢氧化物

化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
与盐酸
反应
Fe(OH)2＋2H＋===
Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===
Fe3＋＋3H2O
受热
分解
—
2Fe(OH)3
Fe2O3＋3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱溶液反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
二者的
关系
在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
4.亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐
含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋既有氧化性，又有还原性，Fe2＋与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe、2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(2)铁盐
①氧化性：含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋具有氧化性，Fe3＋与Fe、Cu反应的离子方程式分别为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
②特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。
③易水解：FeCl3滴入沸水中的离子方程式为Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋。

题组一铁及其化合物的反应产物判断
1．(2020·平湖中学高一期末)下列物质不能通过化合反应直接制取的是(　　)
A．Cu(OH)2　　　　　　　　 B．Fe(OH)3
C．FeCl2 D．FeCl3
答案：A
2．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣，上述沉淀和残渣分别是(　　)
A．Fe(OH)3　Fe2O3 B．Fe(OH)2　Fe2O3
C．Fe(OH)2　Fe(OH)3 D．Fe(OH)2　Fe3O4
解析：选B。铁与稀硫酸反应生成FeSO4，再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2，在空气中加热Fe(OH)2，铁元素被氧化为＋3价，最后所得红棕色残渣为Fe2O3。
3．(2020·杭州高一期末)下列叙述正确的是(　　)
A．Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应
B．足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3
C．Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出
D．Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化
解析：选C。稀HNO3具有强氧化性，与Fe反应产生的气体为NO，A项错；铁与Cl2反应无论量的多少产物都是FeCl3，B项错；C项中Fe2O3溶解产生Fe3＋恰好将铁单质氧化，因而不能置换出H2，正确；FeCl3溶液加热时易水解，D项错。
4．在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。

①Fe3＋　②Fe2＋　③Fe、Fe2＋　④Fe2＋、Fe3＋
(1)AB段铁元素以________形式存在。
(2)BC段铁元素以________形式存在。
(3)CD段铁元素以________形式存在。
解析：向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后Fe3＋全部转化为Fe2＋，CD段中还有过量的铁粉。
答案：(1)①　(2)④　(3)③

(1)铁元素有＋2、＋3等多种价态，反应环境不同，可能反应产物不同，铁与非氧化性酸生成Fe2＋。少量的Fe与氧化性酸反应生成Fe3＋，过量的Fe与氧化性酸反应生成Fe2＋。
(2)许多题目将Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设置为隐含反应，如Fe与Fe2O3的混合物溶于盐酸时，需要注意生成的Fe3＋还能氧化单质铁。
题组二Fe2＋、Fe3＋的检验
5．(2020·丽水选考模拟)下列离子的检验方法合理的是(　　)
A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色，说明不含Fe2＋
B．用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2
C．向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋
D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋
解析：选C。A项中只能说明含有Fe3＋，不能说明不含Fe2＋，不合理；B项中Cl－也能使KMnO4溶液褪色，不合理；D项中氧化后生成的红褐色沉淀Fe(OH)3也可能掩盖了白色沉淀Mg(OH)2，不合理。

检验Fe2＋、Fe3＋的常用方法
1．根据溶液颜色
含有Fe2＋的溶液显浅绿色；含有Fe3＋的溶液显棕黄色。
2．用KSCN溶液和氯水
(1)流程
溶液
(2)有关反应
Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3(血红色)；
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
3．用NaOH溶液
(1)流程
溶液
(2)有关反应
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色沉淀)；
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色沉淀)，
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
题组三有关铁及其化合物的实验探究
6．(2019·浙江4月选考，T28)某同学设计如图装置(气密性已检查)制备 Fe(OH)2白色沉淀。

请回答：
(1)仪器1的名称为________。装置5的作用是________
________________________。
(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置做一处改进，使溶液能进入4中：______________________。
(3)装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因：___________________________________________。
答案：(1)滴液漏斗(或分液漏斗)　液封，防止空气进入装置4
(2)在装置2、3之间添加控制开关
(3)装置4内的空气没有排尽

成功制备Fe(OH)2的关键
由于Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3，在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成为物质制备实验探究的热点。
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。

7．FeCl3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：

①检验装置的气密性；
②通入干燥的Cl2，赶尽装置中的空气；
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成；
④……
⑤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)第③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④步操作是___________________________________。
(2)操作步骤中，为防止FeCl3潮解所采取的措施有________(填步骤序号)。
(3)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：________________。
解析：根据FeCl3的性质及物质制备的相关知识解答。
(1)根据FeCl3加热易升华的性质，可以对反应管中沉积FeCl3的部位加热，使其升华。(2)为了防止FeCl3潮解，②赶尽装置中的空气，防止水蒸气存在；⑤冷却时要在Cl2中冷却，冷却后，用干燥的N2赶尽Cl2。(3)装置B中冷水浴的作用是将FeCl3蒸气冷却为FeCl3固体。装置C为干燥管。检验FeCl2是否失效就是检验D中是否存在Fe2＋，可以用K3[Fe(CN)6]溶液检验，现象：若存在Fe2＋，溶液中有蓝色沉淀生成。
答案：(1)在沉积的FeCl3固体下方加热
(2)②⑤
(3)冷却，使FeCl3沉积，便于收集产品　干燥管
K3[Fe(CN)6]溶液
8．(2020·舟山高三选考模拟)Fe3O4是重要的化学试剂，铁粉在氧气中燃烧是制取Fe3O4最为常见和快捷的方法。图1是制取四氧化三铁的系列装置，A装置用于制取二氧化碳气体，并要求气流稳定，流速可控，反应随关随停。


请回答下列问题：
(1)根据题目要求，在图2中最好选择________(填序号)作为A装置。
(2)在B装置中发生的主要反应的化学方程式是___________________________
________________________________________________________________________。
(3)当产生的气体与事先预热的铁粉接触时，在硬质玻璃管中将观察到的明显现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)图2中三个装置只有③可以达到随关随停的目的。(2)B装置中Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2。(3)在硬质玻璃管中铁粉与O2剧烈反应，并有火星产生。
答案：(1)③　(2)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　(3)铁粉燃烧，火星四射
　“铁三角”及其转化

“铁三角”的转化关系


题组一Fe2＋与Fe3＋的转化及应用
1．下列试剂中，不能使Fe2＋转化为Fe3＋的是(　　)
①氯气　②NaCl溶液　③KMnO4溶液　④稀硝酸
⑤盐酸　⑥NaNO3溶液
A．①②③　　　　　　　　　　 B．①③④
C．②④⑤ D．②⑤⑥
解析：选D。要实现Fe2＋转化为Fe3＋，必须加强氧化性物质，②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性，⑥NO在酸性条件下才表现强氧化性。
2．(2020·宁波高三选考模拟)在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液处理和资源回收的过程简述如下：
Ⅰ.向废液中投入过量铁屑，充分反应分离出固体和滤液；
Ⅱ.向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液pH，同时鼓入足量的空气。
(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为_________________________________。
(2)过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是______________________________________，
分离得到的固体主要成分是________________，从固体中分离出铜需采用的方法是________________________________________________________________________。
(3)过程Ⅱ中发生反应的化学方程式为_____________________________________
________________________________________________________________________。
解析：FeCl3溶液蚀刻铜箔的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，得到的废液中含有FeCl3、CuCl2、FeCl2。

答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋　(2)反应掉FeCl3、CuCl2　Fe、Cu　加入足量稀盐酸后过滤　(3)4FeCl2＋4Ca(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3＋4CaCl2
题组二铁及其化合物转化中的离子反应
3．下列各离子组能大量共存的是(　　)
A．Fe3＋、NH、H＋、SO
B．Fe3＋、Br－、Na＋、I－
C．Fe2＋、AlO、Na＋、NO
D．Fe3＋、HCO、NH、NO
解析：选A。B项中Fe3＋与I－易发生氧化还原反应不能大量共存；C项中Fe2＋与AlO发生相互促进的水解反应不能大量共存；D项中Fe3＋与HCO发生相互促进的水解反应不能大量共存。
4．(2020·嘉兴一中期末)下列离子在指定溶液中能大量共存的是(　　)
A．1.0 mol·L－1的KNO3溶液：H＋、Fe2＋、Cl－、SO
B．1.0 mol·L－1的FeCl2溶液：SO、Na＋、K＋、ClO－
C．使酚酞变红的溶液中：Na＋、Cl－、SO、Fe3＋
D．酸性溶液中：NO、SO、Fe3＋、Mg2＋
解析：选D。A项中KNO3在酸性条件下能氧化Fe2＋；B项中ClO－能氧化Fe2＋；C项中Fe3＋在碱性条件下易生成Fe(OH)3沉淀，只能存在于酸性溶液中。
5．下列离子方程式书写正确的是(　　)
A．FeO固体放入稀硝酸中：
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
B．过量的铁粉与稀硝酸反应：
Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
C．向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸：
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
D．向Fe(OH)3中加入氢碘酸：
2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O
解析：选D。稀硝酸为氧化性酸，FeO、Fe(OH)2中＋2价的Fe被氧化为Fe3＋，A、C错误；铁粉过量时，生成的Fe3＋与Fe继续反应生成Fe2＋，B错误；I－具有较强的还原性，因而氢碘酸可把Fe(OH)3还原为Fe2＋，D正确。

Fe2＋、Fe3＋性质的常见考查形式
1．＋2价为铁元素的中间价态，Fe2＋既有氧化性，又有还原性，但以还原性为主，常见的考查形式：
(1)酸性条件下，MnO、ClO－、NO等氧化性离子与Fe2＋不能大量共存。
(2)Fe(OH)2的制备。
(3)亚铁盐在空气中易变质及其溶液的保存(加入铁粉)。
2．(1)Fe3＋具有较强的氧化性，常见的考查形式：
①I－、S2－、SO等还原性离子与Fe3＋不能大量共存；
②Fe3＋与Fe、Cu、H2S等发生反应。
(2)Fe3＋易水解，常涉及以下几种考查形式：
①Fe3＋与HCO、AlO等易水解离子的共存问题；②FeCl3、Fe2(SO4)3溶液蒸干产物的判定；
③MgCl2溶液中Fe2＋、Fe3＋的除杂[用H2O2或Cl2氧化Fe2＋，MgO或Mg(OH)2调pH，使Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀]。
题组三守恒思想在铁及其化合物计算中的应用
6．等质量的下列物质与足量稀硝酸反应，放出NO物质的量最多的是(　　)
A．FeO B．Fe2O3
C．FeSO4 D．Fe3O4
解析：选A。根据得失电子守恒，还原剂提供的电子越多，氧化剂硝酸生成的NO的物质的量就越多。
1 g题述四种物质能提供的电子的物质的量为
A.×1 mol；B.0 mol；C.×1 mol；D.×1 mol(Fe3O4也可以写为Fe2O3·FeO)，提供电子的物质的量最多的为FeO。
7．(2020·宁波高一质检)有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 mol·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，则该样品可能的化学式为(　　)
A．Fe2O3 B．Fe3O4
C．Fe4O5 D．Fe5O7
解析：选D。根据2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2＋)＝0.025 mol×2＝0.05 mol，根据电荷守恒得2n(Fe2＋)＋3n(Fe3＋)＝n(Cl－)＝0.14 L×5.0 mol·L－1＝0.7 mol，则n(Fe3＋)＝0.2 mol，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。
8．向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150 mL 4 mol·L－1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，放出2.24 L NO(标准状况)，往所得溶液中加入KSCN溶液，无血红色出现。若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物，所得到的铁的物质的量为(　　)
A．0.21 mol B．0.25 mol
C．0.3 mol D．0.35 mol
解析：选B。
n(HNO3)＝0.6 mol，n(NO)＝0.1 mol，反应后铁元素的存在形式为Fe(NO3)2，根据元素守恒，可知反应后溶液中的n(NO)＝0.5 mol，n(Fe2＋)＝0.25 mol，即n(Fe)＝0.25 mol。
9．(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 mol·L－1的盐酸滴定，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的值。(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)＝1∶2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为______。在实验室中，FeCl2可用铁粉和________反应制备，FeCl3可用铁粉和______反应制备。
解析：(1)首先明确阳离子交换柱和阴离子交换柱的作用，根据离子等量交换，溶液中OH－的物质的量等于FeClx中Cl－的物质的量。通过中和滴定知n(OH－)＝n(H＋)＝0.40 mol·L－1×25.0×10－3 L＝0.010 mol，故n(Cl－)＝0.010 mol。
FeClx中Fe元素的质量为0.54 g－35.5 g·mol－1×0.010 mol＝0.185 g，FeClx中Fe元素与Cl元素的物质的量之比为∶0.010 mol≈1∶3，故x＝3。
(2)根据题意可设该混合物的组成为FeCl2.1，利用十字交叉法可得样品中FeCl3的物质的量分数为10%。注意制备FeCl2选用弱氧化剂，制备FeCl3选用强氧化剂。
答案：(1)n(Cl)＝0.025 0 L×0.40 mol·L－1＝0.010 mol，
m(Fe)＝0.54 g－0.010 mol×35.5 g·mol－1＝0.185 g，
n(Fe)＝0.185 g/56 g·mol－1≈0.003 3 mol，
n(Fe)∶n(Cl)＝0.003 3∶0.010≈1∶3，故x＝3。
(2)10%　盐酸　氯气
　铜及其化合物

1．单质铜
(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。
(2)化学性质

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色固体)。
②化学方程式：2Cu＋SCu2S。
③与氧化性酸反应
a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O；
b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
④与盐溶液反应(写离子方程式)
a．与硝酸银溶液：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；
b．与FeCl3溶液：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
2．氧化铜和氧化亚铜
名称
氧化铜
氧化亚铜
颜色
黑色
砖红色
与酸反
应(H＋)
CuO＋2H＋===
Cu2＋＋H2O
Cu2O＋2H＋===
Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2
反应
CuO＋H2
Cu＋H2O
Cu2O＋H2
2Cu＋H2O
转化关系
4CuO2Cu2O＋O2↑
3.氢氧化铜
(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。
(2)化学性质及应用

4．CuSO4·5H2O
CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。

题组一铜及其化合物的性质
1．(2020·温州高一期末)下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是(　　)
A．CuSO4变成CuSO4·5H2O是物理变化
B．一定条件下，新制的Cu(OH)2悬浊液能与乙醛反应但不能与乙酸反应
C．CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu(OH)2
D．Cu2O遇硝酸可能会被氧化成Cu2＋
解析：选D。CuSO4变成CuSO4·5H2O属于化学变化，A错；Cu(OH)2是碱，能与酸反应，B错；CuO不能与水反应，C错；Cu2O中铜处于低价态，能被强氧化剂硝酸氧化，D对。
2．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是(　　)
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主要成分是碱式碳酸铜
可用稀盐酸除铜器表面的铜绿
Ⅰ对；
Ⅱ对；无
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜制容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对；
Ⅱ对；有
C
向硫酸铜溶液中通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体
把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑
Ⅰ对；
Ⅱ对；有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ对；
Ⅱ对；无
解析：选D。稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Cu2(OH)2CO3，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。
3．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是(　　)
A．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色
B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成
C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
D．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿
解析：选D。A项浓硫酸溶于水时放热，应该是把反应后的溶液倒入水中，故该项错误；B项需要先加热铜才能与氯气发生反应，故该项错误；C项氯化铜溶液中存在水解平衡，加热蒸干过程中生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解最终得到CuO，故该项错误；D项铜和盐酸不反应，只有铜绿[Cu2(OH)2CO3]与盐酸反应，故该项正确。

铜及其化合物的颜色
物质
颜色
物质
颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2(OH)2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
题组二铜及其化合物转化关系的应用
4．(2020·湖州高三选考模拟)在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是(　　)
A．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋
B．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，可能含Cu2＋和Fe3＋
C．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3＋和Fe2＋，一定不含Cu2＋
D．若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋和Fe3＋
解析：选D。氧化性：Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，加入铁屑后有固体剩余，Fe3＋一定不存在；若剩余固体全部都是Cu，溶液中还可能有Cu2＋，也可能恰好被完全置换；若剩余固体是Cu和Fe，则溶液中不可能有Cu2＋。
5．为探究某固体化合物X(仅含四种元素)的组成和性质，某同学设计并完成如下实验。

请回答：
(1)蓝色溶液中的金属阳离子是________。
(2)黑色化合物→砖红色化合物的化学方程式是___________________________
________________________________________________________________________。
(3)X的化学式是________。
答案：(1)Cu2＋(或铜离子)
(2)4CuO2Cu2O＋O2↑
(3)Cu3(OH)2(CO3)2[或Cu(OH)2·2CuCO3、Cu3C2H2O8等]
　从自然界获取铁和铜　金属矿物的开发和利用

一、从自然界获取铁和铜
1．铁、铜在自然界中的存在
铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在。常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)等；常见的铜矿有黄铜矿(主要成分为CuFeS2)、孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu(OH)2]等。此外铁在自然界中还以游离态的形式存在于陨铁中。自然界中也存在少量的单质铜。
2．铁的冶炼
(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。
(2)设备：炼铁高炉。
(3)反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。
(4)工艺流程：从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生CO2并放出大量的热量；CO2再与灼热的焦炭反应，生成CO；CO在高温下将氧化铁还原为铁。有关反应化学方程式：C＋O2CO2；C＋CO22CO；3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
　铁矿石中含有SiO2需除去：石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，有关反应化学方程式：CaCO3CaO＋CO2↑；CaO＋SiO2CaSiO3(炉渣)。炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离出去。
3．铜的制备与精炼
工业上主要采用高温冶炼黄铜矿(主要成分是CuFeS2)的方法获得铜。用这种方法冶炼得到的铜，含铜量为 99.5%～99.7%，还含有Ag、Au、Fe、Zn等杂质。要达到电气工业生产用铜的要求，这种由黄铜矿高温冶炼得到的铜还必须经过电解精炼，电解精炼得到的铜，含铜量高达 99.95%～99.98%。
二、金属矿物的开发和利用
1．合金
(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
(2)性能
①多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低。
②合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度大。
③常见的合金——铝合金
成分金属
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、S等
密度小、强度高
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造
2.金属的冶炼方法

(1)热分解法(适用于Hg、Ag等不活泼金属)
反应方程式：2HgO2Hg＋O2↑、2Ag2O4Ag＋O2↑。
(2)热还原法(适用于Zn～Cu等中等活泼金属)
①焦炭还原法：如C还原CuO，化学方程式为C＋2CuO2Cu＋CO2↑。
②一氧化碳还原法：如CO还原Fe2O3，化学方程式为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
③氢气还原法：如H2还原Fe3O4，化学方程式为4H2＋Fe3O43Fe＋4H2O。
④活泼金属还原法(铝热反应)：如Al还原Cr2O3，化学方程式为2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr。
(3)电解法：如电解熔融Al2O3，化学方程式为2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。

题组一铁的冶炼及应用
1．铁的氧化物有多种用途。请解答下面有关问题：
(1)赤铁矿的主要成分是Fe2O3，是工业炼铁的主要原料之一。写出由Fe2O3制得单质铁的化学方程式：__________________________________________________________
________________________________________________________________________。某赤铁矿除了含Fe2O3之外，还含有
少量的SiO2和Al2O3。将试样溶于NaOH溶液，充分反应后过滤，即可得到较纯净的Fe2O3。该过程中发生反应的离子方程式是________________________________________。
(2)Fe2O3可以与铝粉组成铝热剂用于焊接钢轨或定向爆破。某同学猜测，该反应所得熔融物中含有Fe2O3。他设计如下实验来验证自己的猜想：取少量试样，加入足量稀盐酸，然后滴加KSCN溶液，若出现血红色，证明含有Fe2O3。否则，不含有Fe2O3。你认为该方案合理吗？为什么？________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)工业冶炼铁是用CO作还原剂。SiO2、Al2O3能与NaOH溶液发生反应。(2)由于2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋的干扰，该种方案不合理。
答案：(1)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(合理即可)
SiO2＋2OH－===SiO＋H2O、Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
(2)不合理。因为Fe3＋能跟铝热反应生成的Fe反应生成Fe2＋，Fe2＋遇SCN－不会出现血红色(答案合理即可)
题组二铜的冶炼及应用
2．铜在自然界存在于多种矿石中，如：
矿石
名称
黄铜矿
斑铜矿
辉铜矿
孔雀石
主要
成分
CuFeS2
Cu5FeS4
Cu2S
CuCO3·Cu(OH)2
请回答下列问题：
(1)工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑，反应的氧化剂是______________________。
(2)SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是________________；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中一种酸和一种盐的名称：________________________________________________________________________。
(3)黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。请简述粗铜电解得到精铜的原理：___________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)Cu2O、Cu2S中的Cu由＋1价被还原为0价，均作氧化剂；Cu2S中的S由－2价被氧化为＋4价，作还原剂。
(2)处理SO2尾气一般为循环制备硫酸，或用氨水吸收，最后可得到(NH4)2SO4等化学品。
答案：(1)Cu2O和Cu2S
(2)形成酸雨　硫酸、硫酸铵
(3)电解池中，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解质为硫酸铜溶液。阳极上发生氧化反应，Cu、Fe失去电子，使Cu、Fe单质变为Cu2＋、Fe2＋进入溶液中：Cu－2e－===Cu2＋、Fe－2e－===Fe2＋；阴极上发生还原反应，Cu2＋得到电子在阴极上析出Cu单质：Cu2＋＋2e－===Cu，Ag、Au形成阳极泥，从而达到精制Cu的目的
课后达标检测
一、选择题
1．下列关于铁及其化合物的说法中，不正确的是(　　)
A．金属铁可以被磁铁吸引
B．铁元素有可变化合价
C．铁丝在氯气中燃烧生成FeCl2
D．常温下铁片遇浓硫酸会发生钝化
答案：C
2．(2020·金华十校第一次联考)下列说法中不正确的是(　　)
A．氟化银可用于人工降雨
B．从海水中获取食盐不需要化学变化
C．FeCl3溶液可用于制作印刷电路板
D．绿矾可用来生产铁系列净水剂
解析：选A。碘化银可用于人工降雨，故A错误；海水蒸发可获得食盐，故B正确；FeCl3溶液与铜反应生成氯化亚铁和氯化铜，可用于制作印刷电路板，故C正确；绿矾是硫酸亚铁，可用来生产铁系列净水剂，故D正确。
3．(2020·浙江“超级全能生”选考科目联考)已知酸性条件下有如下反应：2Cu＋===Cu2＋＋Cu。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物作了验证，实验操作和实验现象记录如下：
加入
试剂
稀硫酸
浓硫酸、
加热
稀硝酸
浓硝酸
实验
现象
红色固体
和蓝色
溶液
无色气体
无色气体
和蓝色
溶液
红棕色
气体和
蓝色
溶液
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是(　　)
A．Cu
B．Cu2O
C．一定有Cu，可能有Cu2O
D．一定有Cu2O，可能有Cu
解析：选D。本题考查铜及其化合物的主要性质。若产物只有Cu，与稀H2SO4作用不会得到蓝色溶液；若只有Cu2O符合各实验现象，若Cu2O中含有Cu也符合各现象。
4．(2020·浙江9＋1联盟联考)下列叙述正确的是(　　)
A．铜的化学性质活泼，不宜用铜制作盛食品的器皿
B．盛放NaOH溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞
C．只用KSCN溶液就可检验FeCl3溶液中的少量Fe2＋
D．普通玻璃的组成可用Na2O·CaO·6SiO2表示，是纯净物
解析：选B。A项中Cu的化学性质不活泼；C项中只用KSCN溶液不能检验Fe2＋；D项中普通玻璃是混合物。
5．(2020·金华一中高一期末)下列说法不正确的是(　　)
A．通过加热分解HgO可制得单质Hg
B．炼铁时，还原剂CO将铁从铁矿石中还原出来
C．活泼金属Na、Al的冶炼都是通过电解其氯化物水溶液制得的
D．沙里淘金是利用金和沙子的密度不同，从而将金粒分离出来
解析：选C。C项，活泼金属Na、Al的冶炼分别通过电解熔融的氯化钠和氧化铝制得的。
6．(2019·浙江4月选考，T24)聚合硫酸铁[Fe(OH)SO4]n能用作净水剂(絮凝剂)，可由绿矾(FeSO4·7H2O)和KClO3在水溶液中反应得到。下列说法不正确的是(　　)
A．KClO3作氧化剂，每生成1 mol [Fe(OH)SO4]n消耗6/n mol KClO3
B．生成聚合硫酸铁后，水溶液的pH增大
C．聚合硫酸铁可在水中形成氢氧化铁胶体而净水
D．在相同条件下，Fe3＋比[Fe(OH)]2＋的水解能力更强
答案：A
7．(2020·金华东阳二中选考模拟)如图所示的实验，发现烧杯中酸性KMnO4溶液褪色。若将烧杯中的溶液换成含有少量KSCN的FeSO4溶液，溶液呈血
红色。判断下列说法中不正确的是(　　)

A．该条件下H2燃烧生成了既具有氧化性又具有还原性的物质
B．该条件下H2燃烧的产物中可能含有一定量的H2O2
C．酸性FeSO4溶液中加入双氧水的离子反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
D．将烧杯中溶液换成KI­淀粉溶液也能验证生成物具有还原性
解析：选D。酸性KMnO4溶液褪色说明H2燃烧生成了还原性的物质；将烧杯中的溶液换成含有少量KSCN的FeSO4溶液，溶液呈血红色，说明生成了具有氧化性的物质，故A、B项正确；将烧杯中的溶液换成KI­淀粉溶液，只能体现I－的还原性，故不能证明生成物具有还原性，只能证明生成物具有氧化性，故D项错误。
8．为确定Fe2O3和Cu混合物的组成(假设混合均匀)，某兴趣小组称取五份不同质量的样品，分别投入30.0 mL某浓度的稀硫酸中。充分反应后，每组样品剩余固体的质量与原样品质量的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．各组样品均发生反应：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
B．1.76 g样品充分反应后，溶液中一定存在Fe2＋和Cu2＋，一定不存在Fe3＋
C．该混合物中n(Fe2O3)∶n(Cu)＝1∶3
D．稀硫酸的浓度为3.00 mol·L－1
答案：D
9．在Fe(NO3)3和Cu(NO3)2的混合液中逐渐加入铁粉，溶液中Fe2＋的物质的量浓度和加入铁粉的物质的量之间关系如图所示，则该溶液中Fe(NO3)3与Cu(NO3)2的物质的量浓度之比为(　　)

A．3∶1　　　　　　　　　 B．1∶2
C．2∶1 D．1∶1
解析：选C。注意纵坐标是 c(Fe2＋)。由化学方程式：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，结合图像可知，c(Fe2＋)的大小在0～3变化快，3是拐点，此前发生2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，在3～4范围内变化时发生Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。设溶液的体积为V L，由化学方程式2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋可得，n(Fe3＋)＝n(Fe2＋)＝×V L×3 mol·L－1＝2V mol，由化学方程式Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu可得，n(Cu2＋)＝n(Fe2＋)＝V L×(4－3) mol·L－1＝V mol，故c(Fe3＋)∶c(Cu2＋)＝n(Fe3＋)∶n(Cu2＋)＝2∶1。
10．(2020·绍兴一中高一期中)将三种黑色粉末组成的混合物加入到足量的某热浓酸中，充分反应后得到蓝绿色溶液和两种气体，将从蓝绿色溶液中分离得到的盐与0.15 mol还原铁粉恰好反应完全，可得浅绿色溶液和6.4 g红色沉淀；将上述生成的两种气体通入足量饱和NaHCO3溶液中，仍然收集到两种气体，据此推断黑色粉末可能为(　　)
A．物质的量 FeS∶CuO∶Fe＝1∶1∶1
B．物质的量 C∶CuO∶Fe＝3∶2∶2
C．质量 MnO2∶CuO∶C＝5.5∶8∶12
D．质量 Fe∶C∶CuO＝7∶5∶3
解析：选B。6.4 g红色沉淀为Cu，其物质的量为＝0.1 mol，根据反应Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu可知，生成0.1 mol铜需要消耗0.1 mol还原铁粉，而实际上消耗了0.15 mol铁粉，则反应后的溶液中除了含有Cu2＋，还含有能够与铁反应的离子，结合选项可知应该为Fe3＋；根据反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋可知，0.05 mol铁粉会消耗0.1 mol Fe3＋，所以混合物中Cu2＋与Fe3＋的物质的量之比为1∶1；将上述生成的两种气体通入足量饱和NaHCO3溶液中，仍然收集到两种气体，该浓酸应该为浓硝酸，生成的气体为二氧化碳和二氧化氮气体，根据分析可知，满足条件的只有B。
11．为将含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的废液中的Cu2＋还原回收，某同学在含有a g铁粉的容器中加入废液，探究了加入废液体积与完全反应后体系中固体质量的关系，部分实验数据如下表所示。已知：废液中c(Cu2＋)＝0.7 mol·L－1；废液体积大于0.5 L，充分反应后才能检测出Cu2＋。
废液体积/L
≤0.5
1
2
3
≥4
固体质量/g
a
a
a
a
0
下列说法不正确的是(　　)
A．当铁粉与0.25 L废液反应完全后，固体成分为Fe与Cu
B．当铁粉与1 L废液反应完全后，再加入废液时发生的离子反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
C．废液中c(Fe3＋)＝0.2 mol·L－1
D．要将1 L废液中的Cu2＋全部还原，则至少需要铁粉44.8 g
答案：B
二、非选择题
12．(2017·浙江11月选考，T28)为了探究铁、铜及其化合物的性质，某同学设计并进行了下列实验。

已知：3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)。
请回答：
(1)虚线框处宜选择的装置是________(填“甲”或“乙”)；实验时应先将螺旋状铜丝加热，变黑后再趁热迅速伸入所制得的纯净氢气中，观察到的实验现象是__________________________。
(2)实验后，取硬质玻璃管中适量的固体，用一定浓度的盐酸溶解，滴加KSCN溶液，没有出现血红色，说明该固体中没有＋3价的铁。判断结论是否正确并说明理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)乙　铜丝由黑变红
(2)不正确，因为铁过量时：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
13．(2018·浙江4月选考，T29)称取4.00 g氧化铜和氧化铁固体混合物，加入50.0 mL 2.00 mol·L－1的硫酸充分溶解，往所得溶液中加入5.60 g铁粉，充分反应后，得固体的质量为3.04 g。请计算：
(1)加入铁粉充分反应后，溶液中溶质的物质的量：________。
(2)固体混合物中氧化铜的质量：________。
解析：向4.00 g氧化铜和氧化铁固体混合物中加入50.0 mL 2.00 mol·L－1硫酸充分反应，往所得溶液中再加入铁粉，充分反应后剩余固体有两种可能：第1种为单质铜，第2种为铁和铜的混合物，所得溶液中不含Fe3＋。根据溶液中硫酸根离子守恒，所得溶质的物质的量为50.0×10－3×2.00 mol＝0.100 mol，而加入溶液体系中的铁元素(氧化铁、铁粉)总物质的量大于0.100 mol，故可以判断加入的铁粉有剩余，剩余固体为铁和铜的混合物，所得溶液中的溶质为硫酸亚铁。(1)根据溶液中的硫酸根离子守恒，所得溶液中溶质的物质的量为n(FeSO4)＝n(H2SO4)＝0.100 mol。(2)设固体混合物中Fe2O3为x mol，CuO为y mol，根据质量守恒得：160x＋80y＝4.00，根据整个体系中金属元素守恒得：56×2x＋64y＋5.6＝0.100×56＋3.04，解得x＝0.010 0，y＝0.030 0，故固体混合物中CuO的质量为2.40 g。
答案：(1)0.100 mol　(2)2.40 g
14．(2018·浙江11月选考，T29)某红色固体粉末可能是Fe2O3、Cu2O或二者混合物，为探究其组成，称取m g该固体粉末样品，用足量的稀H2SO4充分反应后，称得固体质量为a g。
已知：Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。
(1)若a＝________(用含m的最简式表示)，则红色固体粉末为纯净物。
(2)若a＝m，则红色固体粉末中Fe2O3的物质的量为________mol(用含m的最简式表示)。
解析：固体粉末样品加入足量的稀H2SO4充分反应后，有固体剩余，所以该固体粉末中一定有Cu2O，不一定有Fe2O3。
(1)若红色固体粉末为纯净物，则该固体粉末中只有Cu2O。m g Cu2O的物质的量为 mol，根据离子方程式：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O，产生Cu的物质的量是 mol，则其质量为g。
(2)固体粉末样品加入足量的稀H2SO4充分反应后，称得固体质量为a g。设原样品中Fe2O3为x mol，Cu2O为y mol，则
Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O
y mol　　　 　　y mol
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
x mol 2x mol
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
2x mol　 x mol
反应后剩余的a g固体是Cu，则
160x＋144y＝m①
64(y－x)＝m②
联立①②解得x＝，y＝。
答案：(1)　(2)
15．(2017·浙江4月选考，T27)为探究黑色固体X(仅含两种元素)的组成和性质，设计并完成如下实验：

请回答：
(1)X的化学式是________。
(2)固体甲与稀硫酸反应的离子方程式是_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)加热条件下氨被固体X氧化成一种气体单质，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
解析：由X隔绝空气高温加热产生的气体能使带火星的木条复燃可知X中一定含有氧元素，再由固体甲(28.8 g)＋稀硫酸溶液(蓝色)＋固体乙(12.8 g，紫红色)可知X中一定含有铜元素，甲中也含有铜和氧两种元素，最后通过给出的质量关系可推出X为CuO，甲为Cu2O。
答案：(1)CuO　(2)Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
(3)3CuO＋2NH33Cu＋N2＋3H2O