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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①、②和⑨B.用浓硝酸溶解茶叶灰并加蒸馏水稀释,选用④、⑥和⑦C.过滤得到滤液,选用④、⑤和⑦D.检验滤液中的Fe3+,选用③、⑧和⑩2.(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。①该电化腐蚀称为。②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(Fe2O3)的部分流程示意图如下:废铁皮含Fe(NO3)2的溶液①步骤Ⅰ若温度过高,将导致硝酸分解。硝酸分解的化学方程式为。②步骤Ⅱ中发生反应:4Fe(NO3)2+O2+(2n+4)H2O2Fe2O3·nH2O+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。③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。①t℃时,反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)=。②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO(s),并通入xmolCO,t℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%,则x=。3.(2013天津理综,9,18分)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。Ⅰ.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)装置A中反应的化学方程式为。(2)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。(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。Ⅱ.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Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点:①H2S的原子利用率为100%;②。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0.54g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0.40mol·L-1的盐酸滴定,滴至终点时消耗盐酸25.0mL。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)=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;(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(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3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MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4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+EB的反应中,被氧化与被还原的物质的物质的量之比是。(4)G+JM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Ⅱ,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。①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。②Al-Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜,其化学方程式为。焊接过程中使用的保护气为(填化学式)。(2)航母舰体材料为合金钢。①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为。②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。①80.0gCu-Al合金用酸完全溶解后,加入过量氨水,过滤得白色沉淀39.0g,则合金中Cu的质量分数为。②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.Fe2O3b.NaClc.Cu2Sd.Al2O3(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应:2Cu2S+2H2SO4+5O24CuSO4+2H2O,该反应的还原剂是。当1molO2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(Ag2S),将银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触,Ag2S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1000℃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(Cu2S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1200℃左右吹入空气进行吹炼。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.BA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、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)①吸氧腐蚀②B(2)①4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O②4Fe+10HNO34Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O③氮氧化物排放少(或其他合理答案)(3)①4∶1②0.05解析(2)①硝酸在受热或光照条件下均易分解,化学方程式为:4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。②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+10HNO34Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O。③可从两方面考虑: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)①该反应的平衡常数表达式为K=,在同样条件下,c(CO2)∶c(CO)=n(CO2)∶n(CO),所以平衡状态时n(CO)∶n(CO2)====4∶1。②可列出“三段式”:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)起始量:0.02molxmol00变化量:0.02mol×50%0.01mol0.01mol0.01mol平衡量:0.01mol(x-0.01)mol0.01mol0.01molK==-=0.25,得x=0.05。3.答案(1)2Fe+3Cl22FeCl3(2)在沉积的FeCl3固体下方加热(3)②⑤(4)冷却,使FeCl3沉积,便于收集产品干燥管K3[Fe(CN)6]溶液(5)(6)2Fe3++H2S2Fe2++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K3[Fe(CN)6]溶液,取D中溶液加K3[Fe(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++Cl22Fe3++2Cl-,故可以理解为Fe2+-e-Fe3+,电解总反应可以写成:2Fe2++2H+2Fe3++H2↑。4.答案(1)n(Cl)=0.0250L×0.40mol·L-1=0.010mol0.54g-0.010mol×35.5g·mol-1=0.19gn(Fe)=0.19g/56g·mol-1=0.0034moln(Fe)∶n(Cl)=0.0034∶0.010≈1∶3,x=3(2)0.10盐酸氯气(3)2Fe3++2I-2Fe2++I2(或2Fe3++3I-2Fe2++-)(4)2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-2Fe-+5H2O+3Cl-Fe-+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-2Fe-+8H2O+3Zn2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-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-)=0.40mol·L-1×25.0×10-3L=1.0×10-2mol,n(Fe)∶n(Cl)=1∶x=--·-·-∶(1.0×10-2mol)≈1∶3,x=3。(2)设FeCl3的物质的量分数为x,由题意得3x+2(1-x)=2.1,x=0.10。据Fe+2HClFeCl2+H2↑、Fe+2FeCl33FeCl2、2Fe+3Cl22FeCl3可知,FeCl2可用铁粉与FeCl3或盐酸反应制备,FeCl3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:2Fe3++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ⅦA(各1分,共2分)(2)产生苍白色火焰(2分)(3)2∶1(3分)(4)3Al-+Fe3++6H2O3Al(OH)3↓+Fe(OH)3↓(3分)(5)4Fe(NO3)32Fe2O3+12NO2↑+3O2↑(3分)解析根据题中信息可推出X为NaCl(或KCl),Y为Fe(NO3)3,A为H2,B为Cl2,C为NaOH(或KOH),D为HCl,E为MnO