浙江专用高考化学一轮复习专题3金属及其化合物第三单元铁铜的获取及应用金属矿物的开发和利用学案

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]

考点一　用物质分类思想认识铁及其重要化合物[学生用书P42]

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

(2)铁的氢氧化物

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

考点二　“铁三角”及其转化[学生用书P44]

“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

考点三　铜及其化合物[学生用书P45]

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

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．(2020·高考全国卷Ⅲ)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3]，青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3]。下列说法错误的是(　　)

A．保存《千里江山图》需控制温度和湿度

B．孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化

C．孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱

D．Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3

解析：选C。Cu(OH)2和CuCO3在高温时均易分解，在潮湿的空气中会有微量溶解，因此保存《千里江山图》需控制温度和湿度，A项正确；孔雀石和蓝铜矿颜料中的Cu元素均为＋2价，处于Cu元素的最高价态，因此孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化，B项正确；Cu(OH)2和CuCO3均能与强酸发生反应，C项错误；Cu(OH)2中Cu的质量分数为65.3%，CuCO3中Cu的质量分数为51.6%，因此Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3中铜的质量分数，D项正确。

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

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]

考点四　从自然界获取铁和铜　金属矿物的开发和利用[学生用书P46]

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

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↑。

题组铁、铜的冶炼及应用　金属矿物的开发和利用

1．下列说法正确的是(　　)

A．工业上电解氯化镁溶液可以制备金属镁

B．生物炼铜就是利用植物对铜离子的吸收达到富集铜的目的

C．工业上用廉价的焦炭还原铁矿石得到铁

D．工业上利用氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，再将氯化氢溶于水制得盐酸

解析：选D。A项，镁离子的氧化性小于氢离子，因此电解氯化镁溶液不能得到金属镁，而工业上采用电解熔融的氯化镁来制取金属镁，故A错误；B项，生物炼铜实际上是微生物帮助我们从矿石中提取铜，这些“吃岩石的细菌”能利用空气中的氧气将不溶性的CuS转化成可溶性铜的化合物，故B错误；C项，工业上用廉价的焦炭为原料炼铁，其原理是用过量焦炭与氧气反应生成的一氧化碳还原铁矿石，故C错误；D项，氢气在氯气中燃烧，然后将生成的氯化氢气体溶于水，得到氯化氢的水溶液即盐酸，这也是工业制盐酸的生产方式，故D正确。

2．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)

3．铜在自然界存在于多种矿石中，如：

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