專用高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第三章金屬及其化合物第4課時鐵銅重要化合物的性質(zhì)探究課件

第4課時鐵、銅重要化合物的性質(zhì)探究[課型標(biāo)簽:實驗課提能課]考點一鐵、銅化合物的制備要點精講1.物質(zhì)制備的三大原則(1)選擇最佳反應(yīng)途徑。(2)選擇最佳原料。(3)選擇適宜操作方法。2.常見物質(zhì)制備舉例(1)防氧化:Fe(OH)2的制備方法①有機(jī)覆蓋層法將吸有NaOH溶液的膠頭滴管插到液面以下,并在液面上覆蓋一層苯或煤油(不能用CCl4),以防止空氣與Fe(OH)2接觸發(fā)生反應(yīng),如圖1所示。②還原性氣體保護(hù)法用H2將裝置內(nèi)的空氣排盡后,再將亞鐵鹽與NaOH溶液混合,這樣可長時間觀察到白色沉淀,如圖2所示。③電解法用鐵作陽極,電解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆蓋苯(或煤油),如圖3所示。(2)給定步驟:氯化亞銅的制備①實驗裝置②實驗步驟a.加熱至50℃,銅絲表面產(chǎn)生無色氣泡,液面上方有紅棕色氣體產(chǎn)生;b.通入并調(diào)節(jié)氧氣的量維持三頸瓶內(nèi)壓強(qiáng)不變。停止加熱,反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,越來越劇烈;c.反應(yīng)停止后冷卻至室溫,待氣囊變癟。瓶內(nèi)紅棕色氣體消失時關(guān)閉K;(3)工業(yè)廢料利用:綠礬(FeSO4·7H2O)的制備①用廢鐵屑(含少量SiO2和氧化鐵)制取綠礬從FeSO4溶液中獲得FeSO4·7H2O,需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、冰水洗滌、低溫干燥等操作。其中,冰水洗滌的目的是減少晶體的溶解損耗。低溫干燥的目的是防止晶體受熱失去結(jié)晶水。以上結(jié)晶過程最好是在氮氣的環(huán)境中進(jìn)行,其中N2的作用是防止綠礬在空氣中被O2氧化而變質(zhì)。典例精練[典例](2019·全國Ⅰ卷)硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源,變廢為寶,在實驗室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨,具體流程如下:解析:(1)油污在堿性條件下容易水解,所以去除廢鐵屑表面的油污,工業(yè)上常用熱的碳酸鈉溶液清洗,即堿煮水洗。回答下列問題:(1)步驟①的目的是去除廢鐵屑表面的油污,方法是

。

答案:(1)堿煮水洗(2)步驟②需要加熱的目的是

,溫度保持80～95℃,采用的合適加熱方式是

。鐵屑中含有少量硫化物,反應(yīng)產(chǎn)生的氣體需要凈化處理,合適的裝置為

(填標(biāo)號)。

解析:(2)用硫酸溶液處理鐵屑,加熱的目的是加快反應(yīng)速率;溫度保持80～95℃比較恒定且低于水的沸點,合適的加熱方式是水浴加熱(熱水浴);鐵屑中含有少量硫化物,硫化物與硫酸反應(yīng)生成硫化氫氣體,可以用氫氧化鈉溶液吸收,為了防止倒吸可以加裝倒置的漏斗,故選擇C裝置。答案:(2)加快反應(yīng)熱水浴C(3)步驟③中選用足量的H2O2,理由是

。分批加入H2O2,同時為了

,溶液要保持pH小于0.5。(4)步驟⑤的具體實驗操作有

,經(jīng)干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。

解析:(3)步驟③中將硫酸亞鐵溶液氧化為硫酸鐵,選用足量的H2O2,將Fe2+氧化為Fe3+,同時得到的還原產(chǎn)物為H2O,不會引入新的雜質(zhì)。因為H2O2本身易分解,所以在加入時需分批加入,同時為了防止Fe3+水解,溶液要保持pH小于0.5。(4)為了除去可溶性的硫酸銨、鐵離子等,需要經(jīng)過的步驟為:加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾(洗滌)。答案:(3)將Fe2+全部氧化為Fe3+,不引入雜質(zhì)防止Fe3+水解(4)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾(洗滌)(5)采用熱重分析法測定硫酸鐵銨晶體樣品所含結(jié)晶水?dāng)?shù),將樣品加熱到150℃時,失掉1.5個結(jié)晶水,失重5.6%。硫酸鐵銨晶體的化學(xué)式為

。答案:(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O[對點精練1]

如圖所示,此裝置(后續(xù)裝置略)可用來制取和觀察Fe(OH)2在空氣中被氧化的顏色變化。實驗時必須使用鐵屑和6mol·L-1的硫酸,其他試劑任選。填寫下列空白:

(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中應(yīng)預(yù)先加入的藥品是

。A中反應(yīng)的離子方程式是

。

(2)實驗開始時先將止水夾a

(填“打開”或“關(guān)閉”)。

(3)簡述生成Fe(OH)2的操作過程:

。

(4)實驗完畢,打開b處止水夾,放入一部分空氣,此時B瓶中發(fā)生的反應(yīng)為

。

(2)打開(3)待A裝置反應(yīng)一段時間后關(guān)閉止水夾a,將FeSO4溶液壓入B中進(jìn)行反應(yīng)[對點精練2]實驗室中以粗銅粉(含雜質(zhì)Fe)為原料,制備銅的氯化物的流程如下:

請按要求回答下列問題:(1)現(xiàn)用如圖所示的實驗儀器和藥品來制備純凈、干燥的Cl2并與粗銅粉反應(yīng)(鐵架臺和加熱裝置等省略)。

①按氣流方向連接各儀器接口,正確的順序是a→

→

→

→

→

→

→

。實驗中硬質(zhì)玻璃管加熱前要進(jìn)行一步重要操作,該操作是

。

答案:(1)①dehifgb(f、g可調(diào)換順序)通入一段時間的Cl2,使裝置中充滿黃綠色的氣體(排出裝置中的空氣)解析:(1)要利用圖中所給實驗儀器和藥品來制備純凈、干燥的Cl2并與粗銅粉反應(yīng),首先要找到Cl2的發(fā)生裝置(A),然后將制得的Cl2凈化(除去HCl,用裝置C)、干燥(用裝置E),并使其與粗銅粉反應(yīng)(用裝置D),最后進(jìn)行尾氣吸收(用裝置B)。①按氣流方向連接各儀器接口,正確的順序是a→d→e→h→i→f→g→b(f、g可調(diào)換順序)。實驗中硬質(zhì)玻璃管加熱前要通入一段時間的Cl2,使裝置中充滿黃綠色的氣體,以防止O2與銅粉反應(yīng)。解析:(1)②Cl2與Cu反應(yīng)生成棕黃色的CuCl2固體小顆粒,故盛放粗銅粉的硬質(zhì)玻璃管中的現(xiàn)象是產(chǎn)生大量棕黃色的煙。②反應(yīng)時,盛放粗銅粉的硬質(zhì)玻璃管中的現(xiàn)象是

。

答案:(1)②產(chǎn)生大量棕黃色的煙答案:(2)防止CuCl2和FeCl3水解cd解析:(2)題給流程中,所得固體Ⅰ是CuCl2和FeCl3的混合物,加稀鹽酸而不加水溶解,是為了防止CuCl2和FeCl3水解;向溶液Ⅰ中加入試劑X用于調(diào)節(jié)溶液的pH以除去Fe3+,故X最好是能與H+反應(yīng),但不與Cu2+反應(yīng)且不引入新雜質(zhì)的試劑,題給選項中符合要求的有CuO和Cu2(OH)2CO3。(2)上述流程中,所得固體Ⅰ需要加稀鹽酸溶解,其目的是

;

溶液Ⅰ可加試劑X用于調(diào)節(jié)pH以除去雜質(zhì),X最好選用下列試劑中的

(填字母)。a.Cu b.NH3·H2Oc.CuO d.Cu2(OH)2CO3e.H2S(3)向溶液Ⅱ中通入一定量的SO2,加熱一段時間后生成CuCl白色沉淀,寫出該反應(yīng)的離子方程式:

。

考點二含鐵、銅化合物的分離與提純要點精講1.除去CuCl2溶液中的FeCl2(1)示例說明已知不同金屬離子生成氫氧化物沉淀所需的pH如下表:金屬離子Fe3+Cu2+Fe2+Ni2+Mg2+開始沉淀的pH2.74.47.07.19.3沉淀完全的pH3.76.49.69.210.8除雜的流程圖(2)注意事項①若直接調(diào)節(jié)溶液的pH,待Fe2+沉淀完全,Cu2+也已沉淀完全,不能除去Fe2+,不可行。②先將Fe2+氧化成Fe3+,再調(diào)溶液的pH為3.7≤pH<4.4,此時Fe3+沉淀完全,Cu2+未沉淀,過濾除去Fe(OH)3

沉淀。③加入的氧化劑可以是雙氧水或氯氣等,注意不能引入新的雜質(zhì)。④調(diào)節(jié)溶液pH的物質(zhì),要消耗氫離子,但不能引入新雜質(zhì),可為CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。2.常見的其他物質(zhì)中鐵的除雜方法所加試劑說明除去Mg2+中混有的Fe3+Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2加MgO等調(diào)pH為3.7≤pH<9.3,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3

沉淀,過濾除去除去Cu2+中混有的Fe3+CuO、CuCO3、Cu(OH)2或Cu(OH)2CO3加CuO等調(diào)pH為3.7≤pH<4.4,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,過濾除去除去Mg2+中混有的Fe2+先加入氧化劑(如H2O2等)將Fe2+氧化成Fe3+,再加Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2加MgO等調(diào)pH為3.7≤pH<9.3,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,過濾除去除去Ni2+中混有的Fe2+先加入氧化劑(如H2O2等)將Fe2+氧化成Fe3+,再加NiO等物質(zhì)加NiO等調(diào)pH為3.7≤pH<7.1,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,過濾除去典例精練[典例1]

一種磁性材料的磨削廢料(含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約21%)主要成分是鐵鎳合金,還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物。由該廢料制備純度較高的氫氧化鎳,工藝流程如下:回答下列問題:(1)合金中的鎳難溶于稀硫酸,“酸溶”時除了加入稀硫酸,還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸,反應(yīng)有N2生成。寫出金屬鎳溶解的離子方程式:

。

(2)“除鐵”時H2O2的作用是

,為了證明添加的H2O2已足量,應(yīng)選擇的試劑是

(用化學(xué)式表示)溶液。黃鈉鐵礬[NaFe3(SO4)2(OH)6]具有沉淀顆粒大、沉淀速率快、容易過濾等特點,此步驟加入碳酸鈉的目的是

。

解析:(2)利用雙氧水的氧化性,將亞鐵離子氧化為鐵離子;H2O2已足量時,溶液中沒有亞鐵離子了,加入K3[Fe(CN)6]溶液,沒有藍(lán)色沉淀;碳酸鈉溶液水解顯堿性,加入碳酸鈉的目的是提高溶液的堿性,使黃鈉鐵礬形成析出。答案:(2)將亞鐵離子氧化為鐵離子K3[Fe(CN)6]提高溶液的堿性,使黃鈉鐵礬形成析出(3)“除銅”時,反應(yīng)的離子方程式為

,若用Na2S代替H2S除銅,優(yōu)點是

。

(4)已知除雜過程在陶瓷容器中進(jìn)行,NaF的實際用量為理論用量的1.1倍,用量不宜過大的原因是

。

解析:(4)NaF溶液水解產(chǎn)生少量氫氟酸,當(dāng)NaF溶液用量太大時,氫氟酸的量增多,氫氟酸能夠與陶瓷容器中二氧化硅反應(yīng),而使陶瓷容器被腐蝕。答案:(4)過量的F-生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器(5)已知常溫下,Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15,該流程中Ni(OH)2生成時,調(diào)節(jié)pH約為

Ni2+剛好沉淀完全(離子濃度小于1×10-5mol·L-1時,認(rèn)為該離子沉淀完全;lg2=0.30)。

答案:(5)9.15[對點精練1]下列除雜的操作不正確的是()A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3:加入足量氫氧化鎂充分反應(yīng)后過濾B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3:加入過量鐵粉充分反應(yīng)后過濾C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3:加入NaOH溶液充分反應(yīng)后過濾D.CuCl2溶液中混有少量FeCl2:先加入H2O2將Fe2+氧化成Fe3+,再加入CuO充分反應(yīng)后過濾C[典例2]某同學(xué)對Cu的常見化合物的性質(zhì)進(jìn)行實驗探究,探究的問題和過程如下:(1)為探究Cu(OH)2是否和Al(OH)3一樣具有兩性,除選擇Cu(OH)2外,必須選用的試劑為

(填字母)。

a.氨水 b.氫氧化鈉溶液c.稀硫酸 d.冰醋酸解析:(1)證明Al(OH)3呈兩性的試劑是強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液,故選擇氫氧化鈉溶液和稀硫酸。答案:(1)bc(2)為探究不同價態(tài)銅的穩(wěn)定性,進(jìn)行如下實驗:①將CuO粉末加熱至1000℃以上完全分解成紅色的Cu2O粉末,該實驗說明:在高溫條件下,+1價Cu比+2價Cu更

(填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”)。

解析:(2)①物質(zhì)都有由不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定狀態(tài)的傾向,所以高溫條件下,+1價的Cu比+2價的Cu更穩(wěn)定;答案:(2)①穩(wěn)定②向Cu2O中加適量稀硫酸,得到藍(lán)色溶液和一種紅色固體,該反應(yīng)的離子方程式為

,由此可知,在酸性溶液中,+1價Cu比+2價Cu更

(填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”)。

(3)為了探究氨氣能否和氫氣一樣還原CuO,他根據(jù)所提供的下列裝置進(jìn)行實驗(夾持裝置未畫),裝置A產(chǎn)生氨氣,按氣流方向連接各儀器接口,順序為a→

→

→

→

→

→

→h。

①實驗結(jié)束后,裝置B中固體由黑色變?yōu)榧t色,裝置E中收集到無色無味的氣體,在空氣中無顏色變化,點燃的鎂條可以在其中燃燒,則B裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

②裝置C中的球形裝置的作用是

。

[對點精練2]

某學(xué)生欲探究FeSO4溶液與濃HNO3的反應(yīng)。該同學(xué)向盛有FeSO4溶液的試管中滴入數(shù)滴濃硝酸,并振蕩試管,預(yù)期現(xiàn)象為試管中會立即產(chǎn)生紅棕色氣體,溶液顏色逐漸變黃。但實際操作時觀察到液面上方氣體變?yōu)榧t棕色,且試管中溶液顏色變?yōu)樯钭厣榱诉M(jìn)一步探究溶液變?yōu)樯钭厣脑?該同學(xué)進(jìn)行如下實驗。回答下列問題:(1)向FeSO4溶液和反應(yīng)后溶液中加入KSCN溶液,前者不變紅色,后者變紅,該現(xiàn)象的結(jié)論是

。

解析:(1)向FeSO4溶液和反應(yīng)后溶液中均加入KSCN溶液,前者不變紅色,后者變紅,而由于Fe3+遇KSCN溶液顯紅色,故可以說明原溶液中不含F(xiàn)e3+,反應(yīng)后溶液中含有Fe3+。答案:(1)原溶液中不含F(xiàn)e3+,反應(yīng)后溶液中含有Fe3+(2)該同學(xué)通過查閱資料,認(rèn)為溶液的深棕色可能是NO2或NO與溶液中Fe2+或Fe3+發(fā)生反應(yīng)而得到的。為此他利用如圖裝置(氣密性已檢驗,尾氣處理裝置略)進(jìn)行探究。Ⅰ.打開活塞a、關(guān)閉b,并使甲裝置中反應(yīng)開始后,觀察到丙中溶液逐漸變?yōu)樯钭厣?而丁中溶液無明顯變化。Ⅱ.打開活塞b、關(guān)閉a,一段時間后再停止甲中反應(yīng)。Ⅲ.為與Ⅰ中實驗進(jìn)行對照重新更換丙、丁后,使甲中反應(yīng)重復(fù)進(jìn)行步驟Ⅰ實驗,觀察到的現(xiàn)象與步驟Ⅰ中相同。①銅與足量濃硝酸反應(yīng)的離子方程式是

。

②裝置乙的試劑為

。

③步驟Ⅱ的目的是

。

④該實驗可得出的結(jié)論是

。

(3)該同學(xué)重新進(jìn)行FeSO4溶液與濃HNO3的反應(yīng)的實驗,觀察到了預(yù)期現(xiàn)象,其實驗操作是

,

反應(yīng)的離子方程式為

。

考點三遷移氫氣還原氧化銅的實驗裝置模型要點精講1.常見還原氧化銅實驗分析裝置特點①試管口略向下傾斜;②通H2的導(dǎo)管伸至試管底部于CuO上方因CO有毒,增加對尾氣處理裝置,防止CO污染空氣①試管口略向下傾斜;②反應(yīng)需高溫操作步驟反應(yīng)前需檢驗氣體純度。還原過程分四步:一通、二點、三撤、四停①檢查氣密性;②裝藥品、固定試管;③點燃;④移導(dǎo)管,熄滅酒精燈實驗現(xiàn)象①黑色CuO變成紅色;②試管口有水珠生成①黑色CuO變成紅色;②生成的氣體使澄清石灰水變渾濁①黑色固體逐漸減少;②有光亮紅色固體生成;③生成的氣體使澄清石灰水變渾濁2.在做氫氣還原氧化銅實驗時,異?，F(xiàn)象分析(1)通入純凈的氫氣,如果加熱前沒有先通氫氣使試管里的空氣排凈,加熱時會引起混合氣的爆炸。(2)試管中有亮紅色的金屬出現(xiàn)時,因受熱不均,可能導(dǎo)致試管底部破裂。(3)試管中的氧化銅粉末全部變紅后,停止加熱,如果不繼續(xù)通入氫氣至冷卻,會致使生成的Cu又重新被氧化逐漸變黑。3.氫氣還原氧化銅的創(chuàng)新實驗裝置(1)實驗裝置(2)裝置的作用裝置作用A制取H2B除去H2中混有的HCl