搜索
专题3从矿物到基础材料第二单元铁、铜的获取及应用目标与素养：1.了解从自然界中提取铁、铜的方法和原理及常见金属的冶炼方法。(宏观辨识与微观探析)2.了解铁、铜的主要性质及应用。(宏观辨识与微观探析)3.理解Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化及应用。(宏观辨识与微观探析)4.掌握Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的检验方法。(科学探究与创新意识)自主预习探新知一、从自然界获取铁和铜1．铁、铜在自然界中的存在存在金属自然界中的存在形态常见矿石及主要成分铁①主要以态形式存在②铁单质只存在于陨铁中①磁铁矿：_______②赤铁矿：_______Fe2O3化合Fe3O4铜①主要以态形式存在②少量单质①黄铜矿：②孔雀石：_______________2.铁和铜的冶炼(1)铁的冶炼①原理：高温下用还原剂将。化合态的铁还原为游离态的铁化合CuFeS2CuCO3·Cu(OH)2②设备：，如图所示。③原料：和。石灰石炼铁高炉铁矿石、焦炭、空气④冶炼过程。微点拨高炉炼铁中各原料的作用：铁矿石——铁的来源；焦炭和空气——提供热量和还原剂CO；石灰石——形成炉渣除去SiO2。(2)铜的冶炼①工业主要采用高温冶炼(CuFeS2)的方法获得铜。②生物炼铜法利用某种能的细菌，这种细菌能利用空气中的_____氧化硫化铜矿石，把不溶性的硫化铜转化为的铜盐。可溶性黄铜矿耐受铜盐毒性氧气二、铁、铜及其化合物的应用1．铁及其化合物的性质和应用(1)铁的物理性质_______，有金属光泽，可被吸引，是的良导体。电和热银白色磁铁(2)铁的化学性质微点拨Fe和Cl2反应生成FeCl3、Fe和S反应生成FeS，反应产物与Fe和Cl2(或S)的用量无关。(3)Fe3＋的检验①试剂为。②操作现象：加入，溶液变成色。③反应离子方程式：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3血红硫氰化钾(KSCN)溶液KSCN溶液(4)Fe2＋、Fe3＋的相互转化实验操作实验现象有关离子方程式加入铁粉，溶液由____色变成色，加入KSCN溶液后溶液________2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋不变色棕黄浅绿溶液由_____色变成__色，加入KSCN溶液后溶液2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋加入KSCN，溶液_______，加入氯水后，溶液变为①2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－②Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3血红色棕黄蓝没有变化无变化2．铜及其化合物的性质和应用(1)铜的物理性质_____色固体，具有良好的性和延展性。(2)铜的化学性质导电、导热紫红微点拨Cu和Cl2反应生成CuCl2，Cu和S反应生成Cu2S，反应产物与Cu和Cl2(或S)的用量也无关。Cu在潮湿空气中形成“铜绿”的反应：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。(3)常见铜的化合物①CuO为色，与盐酸反应的离子方程式为_________________________。②Cu2(OH)2CO3为碱式盐，为色。③CuSO4为色粉末，遇水形成色晶体(写化学式)。(4)铜及其化合物的应用①单质铜可以制导线、水管、电器仪表等。②铜盐可以杀菌。游泳场馆常用作池水消毒剂。CuSO4黑CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O绿白蓝CuSO4·5H2O1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)高炉炼铁用于还原氧化铁的还原剂是焦炭()(2)炼铁时，加入石灰石的作用是促进氧化铁的还原()(3)我国最先应用的金属是铜()(4)用于电气工业的纯铜是由黄铜矿冶炼直接得到的()×××√2．下列离子方程式正确的是()A．将氨水滴入FeCl3溶液中：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓B．氧化铁与盐酸反应：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OC．向FeCl3溶液中加入铁粉：Fe＋Fe3＋===2Fe2＋D．向氯化亚铁溶液中通入Cl2：Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－B[A项，在书写离子方程式时，弱电解质NH3·H2O不能拆写成离子的形式；C项，离子方程式中除遵循元素守恒外，电荷也必须守恒，正确的离子方程式应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；D项，只符合元素守恒，不符合电荷守恒，正确的离子方程式应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。]3．铁是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿。金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石外，还需加入焦炭和石灰石。请填空：(1)写出磁铁矿主要成分的化学式：_____________________________________________________。(2)写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：_____________________________________________________。(3)写出CaCO3所参与有关反应的两个化学方程式：__________________________________________________________________________________________________________。[解析]赤铁矿主要成分为Fe2O3，磁铁矿主要成分为Fe3O4，铁元素在这两种矿石中均以化合态形式存在。高炉炼铁就是用还原剂将铁矿石中的Fe还原出来的过程。[答案](1)Fe3O4(2)C＋O2=====高温CO2，CO2＋C=====高温2CO(3)CaCO3=====高温CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2=====高温CaSiO3核心突破攻重难金属冶炼的一般方法金属的冶炼方法与金属活动性的关系1．电解法：适合冶炼金属活动性较强的金属(一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属)。例如：MgCl2(熔融)=====通电Mg＋Cl2↑，2NaCl(熔融)=====通电2Na＋Cl2↑，2Al2O3(熔融)=====通电4Al＋3O2↑。2．高温还原法：用还原剂(CO、C、H2、Al等)还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表中Zn到Cu之间的大多数金属。例如：2Al＋Cr2O3=====高温2Cr＋Al2O3。3．热分解法：适合冶炼金属活动性较差的金属。例如：2Ag2O=====△4Ag＋O2↑，2HgO=====△2Hg＋O2↑。4．湿法冶金：利用活泼金属把不活泼金属从它的盐溶液中置换出来。例如：CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4。下列关于金属冶炼的说法正确的是()A．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活动性决定B．Cu的湿法冶炼是将金属钠投入到CuSO4溶液中，从而置换出铜C．Fe通常采用热还原法冶炼，加入石灰石的目的是除去过量的碳D．由于Al的活动性强，故工业上采用电解熔融氯化铝的方法生产铝A[A项，关于金属冶炼的本质和方法的叙述是正确的；B项，湿法炼铜是用铁置换出铜；C项，炼铁中加入石灰石是为了除去二氧化硅杂质；D项，工业上用电解熔融氧化铝的方法生产铝。]1．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法(或H2或CO)；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜，(Ⅱ)湿法炼铜，现代有(Ⅲ)铝热法炼铬，(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是()A．(Ⅰ)用①B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④B[由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此必须采用不同的冶炼方法。(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)发生的反应分别是(Ⅰ)Cu2(OH)2CO3=====高温2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO=====△2Cu＋CO2↑，适用于①。(Ⅱ)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，适用于③。(Ⅲ)2Al＋Cr2O3=====高温Al2O3＋2Cr，适用于③。(Ⅳ)先从光卤石中提取MgCl2，再电解熔融MgCl2，MgCl2=====通电Mg＋Cl2↑，适用于④。]铁三角及Fe2＋、Fe3＋的检验1.Fe2＋、Fe3＋、Fe之间的相互转化关系(1)Fe只具有还原性。可被弱氧化剂(H＋、S、I2、Cu2＋、Fe3＋等)氧化成Fe2＋，被强氧化剂(Cl2、Br2、O2、HNO3等)氧化成Fe3＋。(2)Fe2＋既有氧化性又有还原性。可被强氧化剂[Cl2、O2、Br2、H2O2、HNO3、浓硫酸、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋；可被还原剂(Al、Zn、CO、C等)还原为Fe。(3)Fe3＋只具有氧化性，可被还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2＋，被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。2．Fe2＋、Fe3＋的检验方法(1)Fe3＋检验：取少量溶液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液变成血红色。(2)Fe2＋检验：取少量溶液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液不变色，再滴加氯水或双氧水，溶液变成血红色。(3)含Fe2＋和Fe3＋的溶液中检验Fe2＋，取少量溶液于试管中，滴加酸性KMnO4溶液，溶液紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋。提醒Fe(SCN)3不是沉淀，溶液中Fe3＋遇SCN－的现象是溶液变成血红色而不是血红色沉淀。将铁粉、铜粉、FeCl3溶液和CuCl2溶液混合于某容器中充分反应(假定容器不参与反应)。试判断下列情况下，溶液中存在的金属离子和金属单质。(1)若铁粉有剩余，则容器中不可能有__________________。(2)若氯化铜有剩余，则容器中可能有_____________________。(3)若氯化铁和氯化铜都有剩余，则容器中不可能有________，可能有________。[解析]本题属于物质共存问题。解答时应首先弄清物质间可能发生的反应，凡相互间能发生反应的物质就不可能大量共存。本题涉及的反应有①Fe＋2FeCl3===3FeCl2②Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2③Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2(1)若铁粉有剩余，则容器中不可能有Fe3＋、Cu2＋，因为它们能发生上述①②反应。(2)若CuCl2有剩余，则容器中不可能有Fe，可能有Fe2＋、Fe3＋或Fe2＋、Cu。(3)若FeCl3和CuCl2均有剩余，则容器中不可能有Fe、Cu，可能有Fe2＋。[答案](1)Fe3＋、Cu2＋(2)Fe2＋、Fe3＋或Fe2＋、Cu(3)Fe、CuFe2＋2．下列离子的检测方法合理的是()A．向某溶液中滴入KSCN溶液，溶液呈血红色，说明原溶液中不含有Fe2＋B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液，溶液变血红色，说明原溶液中含有Fe2＋C．向某溶液中加入NaOH溶液，得到红褐色沉淀，说明原溶液中含有Fe3＋D．向某溶液中加入NaOH溶液得到白色沉淀，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＋C[A项，加入KSCN溶液后溶液呈血红色，说明原溶液中含有Fe3＋，但不能说明是否含有Fe2＋；B项，通入Cl2后再加入KSCN溶液，溶液变血红色，说明所得的溶液中含有Fe3＋，而原溶液中是否含有Fe2＋无法判断；D项，当溶液中含有Fe2＋和其他能与碱反应生成白色沉淀的离子时，同样会出现上述现象，因为Fe(OH)2转变成Fe(OH)3时，红褐色很容易掩盖其他的白色沉淀。]当堂达标提素养1．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后主要取决于()A．金属的导电性强弱B．金属在地壳中的含量多少C．金属的化合价高低D．金属的活动性强弱D[由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。]2．下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是()A．2HgO=====△2Hg＋O2↑B．4Al＋3MnO2=====高温3Mn＋2Al2O3C．2MgO=====通电2Mg＋O2↑D．4CO＋Fe3O4=====高温3Fe＋4CO2C[工业冶炼金属镁用电解MgCl2(熔融)而不用MgO，因为MgO熔点太高。]3．证明某溶液中只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的实验方法