2021高考化学一轮复习第三章第4课时铁铜重要化合物的性质探究教案鲁科版

-1-第4课时铁、铜重要化合物的性质探究[课型标签:实验课提能课]考点一铁、铜化合物的制备1.物质制备的三大原则(1)选择最佳反应途径。(2)选择最佳原料。(3)选择适宜操作方法。2.常见物质制备举例(1)防氧化:Fe(OH)2的制备方法①有机覆盖层法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。②还原性气体保护法用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。③电解法用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯(或煤油),如图3所示。(2)给定步骤:氯化亚铜的制备①实验装置②实验步骤-2-a.加热至50℃,铜丝表面产生无色气泡,液面上方有红棕色气体产生;b.通入并调节氧气的量维持三颈瓶内压强不变。停止加热,反应继续进行,越来越剧烈;c.反应停止后冷却至室温,待气囊变瘪。瓶内红棕色气体消失时关闭K;d.将液体(含CuC23l等)转移至烧杯中用蒸馏水稀释,产生白色沉淀,过滤得氯化亚铜粗品和滤液;e.氯化亚铜粗品经洗涤、烘干,得到氯化亚铜。(已知:Cu2++6Cl-+Cu2CuC23l)(3)工业废料利用:绿矾(FeSO4·7H2O)的制备①用废铁屑(含少量SiO2和氧化铁)制取绿矾从FeSO4溶液中获得FeSO4·7H2O,需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、低温干燥等操作。其中,冰水洗涤的目的是减少晶体的溶解损耗。低温干燥的目的是防止晶体受热失去结晶水。以上结晶过程最好是在氮气的环境中进行,其中N2的作用是防止绿矾在空气中被O2氧化而变质。②用烧渣制备绿矾(烧渣中主要含FeO、Fe2O3,还有一定量的SiO2)试剂X可以是SO2,也可以是Fe,其目的是将溶液中Fe3+还原为Fe2+。若试剂X为SO2,其转化原理为SO2+Fe2(SO4)3+2H2O2FeSO4+2H2SO4,若试剂X为Fe,其转化原理为Fe+Fe2(SO4)33FeSO4,测得“还原”后溶液的pH明显增大,其原因是Fe消耗过量的H2SO4,溶液酸性减弱。[典例](2019·全国Ⅰ卷)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下:-3-回答下列问题:(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是。(2)步骤②需要加热的目的是,温度保持80～95℃,采用的合适加热方式是。铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为(填标号)。(3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是。分批加入H2O2,同时为了,溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤⑤的具体实验操作有,经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150℃时,失掉1.5个结晶水,失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为。解析:(1)油污在碱性条件下容易水解,所以去除废铁屑表面的油污,工业上常用热的碳酸钠溶液清洗,即碱煮水洗。(2)用硫酸溶液处理铁屑,加热的目的是加快反应速率;温度保持80～95℃比较恒定且低于水的沸点,合适的加热方式是水浴加热(热水浴);铁屑中含有少量硫化物,硫化物与硫酸反应生成硫化氢气体,可以用氢氧化钠溶液吸收,为了防止倒吸可以加装倒置的漏斗,故选择C装置。(3)步骤③中将硫酸亚铁溶液氧化为硫酸铁,选用足量的H2O2,将Fe2+氧化为Fe3+,同时得到的还原产物为H2O,不会引入新的杂质。因为H2O2本身易分解,所以在加入时需分批加入,同时为了防止Fe3+水解,溶液要保持pH小于0.5。-4-(4)为了除去可溶性的硫酸铵、铁离子等,需要经过的步骤为:加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。(5)硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2∙xH2O,其相对分子质量为266+18x,1.5个水分子的相对分子质量为1.5×18=27,则2726618x×100%=5.6%,解得x≈12,则硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2∙12H2O。答案:(1)碱煮水洗(2)加快反应热水浴C(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+,不引入杂质防止Fe3+水解(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O[对点精练1]如图所示,此装置(后续装置略)可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。填写下列空白:(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的药品是。A中反应的离子方程式是。(2)实验开始时先将止水夹a(填“打开”或“关闭”)。(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:。(4)实验完毕,打开b处止水夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生的反应为。解析:Fe+2H+Fe2++H2↑,产生的H2将Fe2+压入B中,Fe2++2OH-Fe(OH)2↓;因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。答案:(1)铁屑Fe+2H+Fe2++H2↑(2)打开(3)待A装置反应一段时间后关闭止水夹a,将FeSO4溶液压入B中进行反应(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3[对点精练2]实验室中以粗铜粉(含杂质Fe)为原料,制备铜的氯化物的流程如下:-5-请按要求回答下列问题:(1)现用如图所示的实验仪器和药品来制备纯净、干燥的Cl2并与粗铜粉反应(铁架台和加热装置等省略)。①按气流方向连接各仪器接口,正确的顺序是a→→→→→→→。实验中硬质玻璃管加热前要进行一步重要操作,该操作是。②反应时,盛放粗铜粉的硬质玻璃管中的现象是。(2)上述流程中,所得固体Ⅰ需要加稀盐酸溶解,其目的是;溶液Ⅰ可加试剂X用于调节pH以除去杂质,X最好选用下列试剂中的(填字母)。a.Cub.NH3·H2Oc.CuOd.Cu2(OH)2CO3e.H2S(3)向溶液Ⅱ中通入一定量的SO2,加热一段时间后生成CuCl白色沉淀,写出该反应的离子方程式:。解析:(1)要利用图中所给实验仪器和药品来制备纯净、干燥的Cl2并与粗铜粉反应,首先要找到Cl2的发生装置(A),然后将制得的Cl2净化(除去HCl,用装置C)、干燥(用装置E),并使其与粗铜粉反应(用装置D),最后进行尾气吸收(用装置B)。①按气流方向连接各仪器接口,正确的顺序是a→d→e→h→i→f→g→b(f、g可调换顺序)。实验中硬质玻璃管加热前要通入一段时间的Cl2,使装置中充满黄绿色的气体,以防止O2与铜粉反应。②Cl2与Cu反应生成棕黄色的CuCl2固体小颗粒,故盛放粗铜粉的硬质玻璃管中的现象是产生大量棕黄色的烟。(2)题给流程-6-中,所得固体Ⅰ是CuCl2和FeCl3的混合物,加稀盐酸而不加水溶解,是为了防止CuCl2和FeCl3水解;向溶液Ⅰ中加入试剂X用于调节溶液的pH以除去Fe3+,故X最好是能与H+反应,但不与Cu2+反应且不引入新杂质的试剂,题给选项中符合要求的有CuO和Cu2(OH)2CO3。(3)向溶液Ⅱ(CuCl2溶液)中通入一定量的SO2,加热一段时间后生成CuCl白色沉淀,该过程中发生SO2还原Cu2+的反应,SO2被氧化为24SO。答案:(1)①dehifgb(f、g可调换顺序)通入一段时间的Cl2,使装置中充满黄绿色的气体(排出装置中的空气)②产生大量棕黄色的烟(2)防止CuCl2和FeCl3水解cd(3)SO2+2H2O+2Cu2++2Cl-2CuCl↓+24SO+4H+考点二含铁、铜化合物的分离与提纯1.除去CuCl2溶液中的FeCl2(1)示例说明已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表:金属离子Fe3+Cu2+Fe2+Ni2+Mg2+开始沉淀的pH2.74.47.07.19.3沉淀完全的pH3.76.49.69.210.8除杂的流程图(2)注意事项①若直接调节溶液的pH,待Fe2+沉淀完全,Cu2+也已沉淀完全,不能除去Fe2+,不可行。②先将Fe2+氧化成Fe3+,再调溶液的pH为3.7≤pH4.4,此时Fe3+沉淀完全,Cu2+未沉淀,过滤除去Fe(OH)3沉淀。③加入的氧化剂可以是双氧水或氯气等,注意不能引入新的杂质。-7-④调节溶液pH的物质,要消耗氢离子,但不能引入新杂质,可为CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。2.常见的其他物质中铁的除杂方法所加试剂说明除去Mg2+中混有的Fe3+Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2加MgO等调pH为3.7≤pH9.3,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去除去Cu2+中混有的Fe3+CuO、CuCO3、Cu(OH)2或Cu(OH)2CO3加CuO等调pH为3.7≤pH4.4,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去除去Mg2+中混有的Fe2+先加入氧化剂(如H2O2等)将Fe2+氧化成Fe3+,再加Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2加MgO等调pH为3.7≤pH9.3,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去除去Ni2+中混有的Fe2+先加入氧化剂(如H2O2等)将Fe2+氧化成Fe3+,再加NiO等物质加NiO等调pH为3.7≤pH7.1,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去[典例1]一种磁性材料的磨削废料(含镍质量分数约21%)主要成分是铁镍合金,还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备纯度较高的氢氧化镍,工艺流程如下:回答下列问题:(1)合金中的镍难溶于稀硫酸,“酸溶”时除了加入稀硫酸,还要边搅拌边缓慢加入稀硝酸,反应有N2生成。写出金属镍溶解的离子方程式:。(2)“除铁”时H2O2的作用是,为了证明添加的H2O2已足量,应选择的试剂是(用化学式表示)溶液。黄钠铁矾[NaFe3(SO4)2(OH)6]具有沉淀颗粒大、沉淀速率快、容易过滤等特点,此步骤加入碳酸钠的目的是。(3)“除铜”时,反应的离子方程式为,若用Na2S代替H2S除铜,优点是。-8-(4)已知除杂过程在陶瓷容器中进行,NaF的实际用量为理论用量的1.1倍,用量不宜过大的原因是。(5)已知常温下,Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15mol3·L-3,该流程中Ni(OH)2生成时,调节pH约为Ni2+刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,认为该离子沉淀完全;lg2=0.30)。解析:(1)镍在非氧化性酸中不溶,氧化性酸(如硝酸)能够把金属镍溶解,反应的离子方程式为5Ni+12H++23NO5Ni2++N2↑+6H2O。(2)利用双氧水的氧化性,将亚铁离子氧化为铁离子;H2O2已足量时,溶液中没有亚铁离子了,加入K3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀;碳酸钠溶液水解显碱性,加入碳酸钠的目的是提高溶液的碱性,使黄钠铁矾形成析出。(3)“除铜”时,铜离子与硫化氢反应生成硫化铜沉淀,反应的离子方程式为H2S+Cu2+CuS↓+2H+;若用Na2S代替H2S除铜,优点是无易挥发的有毒气体硫化氢污染环境。(4)NaF溶液水解产生少量氢氟酸,当NaF溶液用量太大时,氢氟酸的量增多,氢氟酸能够与陶瓷容器中二氧化硅反应,而使陶瓷容器被腐蚀。(5)Ksp[Ni(OH)2]=[Ni2+]×[OH-]2=2.0×10-15mol3·L-3,当c(Ni2+)=1×10-5mol·L-1时,c2(OH-)=2.0×10-10mol2·L-2,c(H+)=214101102.010mol·L-1,pH=9.15。答案:(1)5Ni+12H++23NO5Ni2++N2↑+6H2O(2)将亚铁离子氧化为铁离子K3[Fe(CN)6]提高溶液的碱性,使黄钠铁矾形成析出(3)H2S+Cu2+CuS↓+2H+无易挥发的有毒气体硫化氢污染环境(4)过量的F-生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器(5)9.15[对点精练1]下列除杂的操作不正确的是(C)A.MgCl2溶