2021届课标版高考化学一轮复习教师用书：专题六 铁、铜及其化合物　金属的冶炼

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考点1 铁及其重要化合物
1.[2019全国卷Ι,27,15分]硫酸铁铵[NH4 Fe(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:
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)。

A B C D
(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 。
以铁为主要原料制备硫酸铁铵的工艺流程为载体,考查铁、亚铁离子、铁离子的主要性质和制备过程中,涉及的皂化反应、硫化氢的吸收、温度对反应速率的影响、化学式的计算等基础必备知识,体现高考试题设计重视基础性、综合性和应用性的命题新动向。
解题模型:链接考法1命题角度2
2.[2018北京,28,16分]实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。
资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。
(1)制备K2FeO4(夹持装置略)
①A为氯气发生装置。A中反应方程式是 (锰被还原为Mn2+)。
②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。
③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有 。
(2)探究K2FeO4的性质
①取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案:
i.由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有 离子,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,还可能由 产生(用方程式表示)。
ii.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗涤的目的是 。
②根据K2FeO4的制备实验得出:氧化性Cl2 FeO42-(填“>”或“MnO4-,验证实验如下:将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色。该现象能否证明氧化性FeO42->MnO4-。若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案。
理由或方案: 。
把元素化合物的知识与实验探究整合在一起设计试题,引导中学教学重视提升考生化学学科核心素养,是高考命题的新动向。本题提供高铁酸钾的部分性质,考查考生现场学习并获取有用信息,结合所学知识解决实际问题的能力,也很好地考查了考生思辨的能力:在酸性环境中,高铁酸根离子的氧化性强于氯气,在碱性环境中,氯气的氧化性强于高铁酸根离子。
解题模型:链接考法1命题角度1
考点2 铜及其化合物
3.[2017江苏,18,12分]碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。
(1)碱式氯化铜有多种制备方法。
①方法1:45~50 ℃时,向CuCl悬浊液中持续通入空气得到Cu2(OH)2 Cl2·3H2O,该反应的化学方程式为 。
②方法2:先制得CuCl2,再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2,Fe3+对该反应有催化作用,其催化原理如图所示。M'的化学式为 。
(2)碱式氯化铜有多种组成,可表示为Cua(OH)bClc·xH2O。为测定某碱式氯化铜的组成,进行下列实验:①称取样品1.116 0 g,用少量稀HNO3溶解后配成100.00 mL 溶液A;②取25.00 mL 溶液A,加入足量AgNO3溶液,得AgCl 0.172 2 g;③另取25. 00 mL 溶液A,调节pH 4~5,用浓度为0.080 00 ml·L-1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定Cu2+(离子方程式为Cu2++H2Y2-CuY2-+2H+),滴定至终点,消耗标准溶液30.00 mL。通过计算确定该样品的化学式(写出计算过程)。
本题考查考生三方面能力:一是利用所学氧化还原知识,理解氯化亚铜悬浊液被氧气氧化生成碱式氯化铜的过程,并能快速准确写出该反应方程式的能力;二是阅读理解能力,先利用铁离子具有较强氧化性溶解不活泼金属铜,再利用氧气氧化亚铁离子生成铁离子,这两个反应循环就制得氯化铜,最后将氯化铜与石灰乳反应制得碱式氯化铜;三是化学计算能力。通过化学实验结合化学计算确定未知的化学式,是考生的基本能力之一。
解题模型:链接考法3命题角度1
4.[2017浙江下半年选考,28,4分]为了探究铁、铜及其化合物的性质,某同学设计并进行了下列实验。
已知:3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)
请回答:
(1)虚线框处宜选择的装置是 (填“甲”或“乙”);实验时应先将螺旋状铜丝加热,变黑后再趁热迅速伸入所制得的纯净氢气中,观察到的实验现象是 。
(2)实验后,取硬质玻管中适量的固体,用一定浓度的盐酸溶解,滴加KSCN溶液,没有出现红色,说明该固体中没有+3价的铁。判断结论是否正确并说明理由 。
试题创设崭新情境考查铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气、氢气还原灼热氧化铜、铁离子的检验等必备基础知识。
解题模型:链接考法1命题角度1;考法3命题角度1

考点3 金属材料与金属矿物的开发利用
5.[2018全国卷Ⅱ,26,14分]我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 ml·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为 。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有 ;氧化除杂工序中ZnO的作用是 ,若不通入氧气,其后果是 。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为 。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为 ;沉积锌后的电解液可返回 工序继续使用。
硫化锌的焙烧类似于黄铁矿(FeS2)焙烧,生成金属氧化物和二氧化硫;电解硫酸锌溶液制备单质锌类似于电解硫酸铜溶液,阴极生成金属单质,阳极生成氧气和硫酸。本题考查考生将所学知识迁移到新情境中解决实际问题的能力。
解题模型:链接素材5
考点1 铁及其重要化合物
考法1“铁三角”及其应用
命题角度1 以实验为载体考查含铁化合物的性质与制备(热点角度)
1[2017全国卷Ⅲ,26,14分]绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁,在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题:
(1)在试管中加入少量绿矾样品,加水溶解,滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气,溶液逐渐变红。由此可知: 、 。
(2)为测定绿矾中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重,记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,记为m2 g。按如图连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是 。
②将下列实验操作步骤正确排序 (填标号);重复上述操作步骤,直至A恒重,记为m3 g。
a.点燃酒精灯,加热 b.熄灭酒精灯 c.关闭K1和K2d.打开K1和K2,缓缓通入N2 e.称量A f.冷却到室温
③根据实验记录,计算绿矾化学式中结晶水数目x= (列式表示)。若实验时按a、d次序操作,则使x (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)为探究硫酸亚铁的分解产物,将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中,打开K1和K2,缓缓通入N2,加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。
①C、D中的溶液依次为 (填标号)。C、D中有气泡冒出,并可观察到的现象分别为 。
a.品红 b.NaOH c.BaCl2 d.Ba(NO3)2 e.浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式 。
(1)样品溶于水后,滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,说明样品中不含三价铁;再向试管中通入空气,溶液逐渐变红,则说明空气中的O2氧化了亚铁离子,即亚铁离子易被空气中的氧气氧化。(2)测定硫酸亚铁晶体中结晶水含量,关键是要排尽装置内的空气,避免O2氧化亚铁离子,导致结晶水含量测量不准确。①仪器B为干燥管;②测定结晶水的过程:先打开K1和K2,缓缓通入氮气排尽装置中的空气,再点燃酒精灯加热,一段时间后熄灭酒精灯,冷却至室温,关闭K1和K2,称量A。故正确的操作步骤为dabfce。③A的质量为m1g,样品和A的总质量为m2g,硫酸亚铁和A的总质量为m3g。则m(FeSO4)=(m3-m1)g,m(H2O)=(m2-m3)g,有18x152=m2-m3m3-m1,解得x=152(m2-m3)18(m3-m1)=76(m2-m3)9(m3-m1)。若先加热,后通入氮气,石英玻璃管内空气中的O2会氧化绿矾,使m3增大,所以76(m2-m3)9(m3-m1)会偏小。(3)硫酸亚铁分解实验中,生成了红色粉末(氧化铁),说明必有元素化合价降低,暗示有SO2生成。根据得失电子守恒和原子守恒可写出反应的化学方程式2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。SO3极易溶于水且能与水反应生成H2SO4,故应先检验SO3。SO3可用BaCl2溶液检验,但不能用硝酸钡溶液检验,因为硝酸钡溶液吸收SO3或SO2时都会生成硫酸钡沉淀;SO2可用品红溶液检验,故C中装氯化钡溶液,D中装品红溶液,最后用氢氧化钠溶液吸收尾气。
(1)样品中没有Fe(Ⅲ) Fe(Ⅱ)易被氧气氧化为Fe(Ⅲ)
(2)①干燥管 ②dabfce ③76(m2-m3)9(m3-m1) 偏小 (3)① c、a 生成白色沉淀、褪色 ②2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑
考法归纳·应用实践
重要的铁盐——绿矾(FeSO4·7H2O)
1.FeSO4·7H2O的加热分解产物和原理
绿矾(FeSO4·7H2O)FeSO4Fe2O3、SO2、SO3
反应原理:FeSO4·7H2OFeSO4+7H2O,2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。
2.绿矾(FeSO4·7H2O)的两种制备方法
(1)用废铁屑(含少量SiO2和Fe2O3)制备绿矾
(2)用烧渣(主要含FeO、Fe2O3,还有一定量的SiO2)制备绿矾
试剂X可以是SO2或Fe,其目的是将溶液中的Fe3+还原为Fe2+。
1.[2017浙江4月选考,24,2分]由硫铁矿烧渣(主要成分:Fe3O4、Fe2O3和FeO)得到绿矾(FeSO4·7H2O),再通过绿矾制备铁黄[FeO(OH)]的流程如下:
烧渣溶液绿矾铁黄
已知:FeS2和铁黄均难溶于水。
下列说法不正确的是( )
A.步骤①,最好用硫酸来溶解烧渣
B.步骤②,涉及的离子方程式为FeS2+14Fe3++8H2O15Fe2++2SO42-+16H+
C.步骤③,将溶液加热到有较多固体析出,再用余热将液体蒸干,可得纯净绿矾
D.步骤④,反应条件控制不当会使铁黄中混有Fe(OH)3
命题角度2 以工艺流程为载体考查含铁化合物的分离提纯与性质(热点角度)
2[2017全国卷Ⅱ,26,14分]水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:
回答下列问题:
(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是 ,还可使用 代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是 ,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为 。
(3)加氨水过程中加热的目的是 。沉淀B的主要成分为
、 (写化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为MnO4-+H++H2C2O4Mn2++CO2+H2O。实验中称取0.400 g水泥样品,滴定时消耗了0.050 0 ml·L-1的KMnO4溶液36.00 mL,则该水泥样品中钙的质量分数为 。
本题结合实验室测定水泥样品中钙含量的流程考查元素化合物、物质分离提纯等知识的应用。(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸,加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2+氧化为Fe3+,为了不引入新杂质,还可用H2O2代替硝酸。(2)根据图示流程可知,不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2(或H2SiO3),SiO2(或H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸,生成SiF4和H2O。(3)加入氨水调节溶液的pH=4~5的过程中加热,能防止胶体生成,易沉淀分离,结合流程图可知,沉淀B的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3。(4)根据反应中转移电子数相等可找出关系式2MnO4-~5H2C2O4,结合消耗KMnO4溶液的浓度和体积可求出n(H2C2O4)=0.0500ml·L-1×36.00×10-3L×52=4.5×10-3ml,则该水泥样品中钙的质量分数为4.5×10-3ml×40g·ml-10.400g×100%=45.0%。
(1)将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+ H2O2 (2)SiO2(或H2SiO3) SiO2+4HFSiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HFSiF4↑+3H2O) (3)防止胶体生成,易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3 (4)45.0%
核心素养对接
核心素养之“证据推理与模型认知”——工艺流程中铁元素的除杂模型
Fe3+在pH=2.8时即可完全水解为Fe(OH)3沉淀,所以从含多种金属离子的溶液中除去Fe3+的常用方法是调节溶液的pH至2.8,再过滤;若为Fe2+,则需先转化为Fe3+,再进一步除去(因为Fe3+比Fe2+更易水解成氢氧化物沉淀)。除去固体物质中的铁元素,一般流程如下:
固体酸溶加入氧化剂调节溶液pH过滤滤液
酸溶的目的是使铁元素转化为离子;加入氧化剂的目的是使可能存在的Fe2+转化为Fe3+,该步骤切忌引入杂质,所以常用的氧化剂为H2O2;调节溶液pH的目的是使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,使用的试剂不能引入杂质,且可以消耗H+使pH增大,如从Cu2+中除去Fe3+,应该加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3或Cu2(OH)2CO3。
考法2Fe2+、Fe3+的检验
命题角度1 结合实验现象检验溶液中Fe2+、Fe3+(热点角度)
3对FeCl3溶液与KI溶液的反应进行探究。关于实验的分析和结论不正确的是
A.FeCl3与KI发生了氧化还原反应,有I2生成
B.试管1中溶液显红色,证明FeCl3与KI的反应具有可逆性
C.试管3中红色比试管1中浅是平衡移动的结果
D.试管2中上层溶液变为浅棕黄色是平衡移动的结果
取2mL0.1ml/LKI溶液于试管中,滴加0.1ml/LFeCl3溶液3滴,振荡,充分反应,溶液呈深棕黄色,是因为Fe3+与I-发生了氧化还原反应,有I2生成,A正确。①中加入的KI溶液过量,向试管1中滴加2滴0.1ml/LKSCN溶液,溶液显红色说明溶液中有Fe3+,证明FeCl3与KI的反应具有可逆性,B正确。向试管2中加入1mLCCl4,充分振荡、静置,溶液分层,上层为浅棕黄色,下层为紫色说明有碘单质被萃取出来,平衡正向移动,导致溶液中Fe3+浓度减小,试管3中红色比试管1中浅,C正确。试管2中上层溶液变为浅棕黄色还可能是少量的碘溶解于水的结果,D错误。
D
考点扫描
1.[2018全国卷Ⅱ,28(2)改编]三草酸合铁酸钾样品完全分解后的残留物中含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是 。
2.[2017全国卷Ⅱ,13A改编]向2mL0.1ml·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液,现象为黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变,则可推出还原性:Fe>Fe2+( )
提示:1.取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红,证明含有Fe2O3 2.√
2.已知:2Fe3++2I-2Fe2++I2,用KI溶液和FeCl3溶液进行如下实验。下列说法不正确的是( )
A.实验i中现象说明有Fe2+生成
B.实验ii中现象说明反应后溶液中含有Fe3+
C.实验iii水溶液中c(Fe2+)大于实验i中c(Fe2+)
D.实验iii中再加入4滴0.1 ml·L-1 FeCl2溶液,振荡静置,CCl4层颜色无变化
命题角度2 Fe2+、Fe3+的性质探究
4[2016全国卷Ⅱ,28,15分]某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 ml·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是 。
(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为 。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是 。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 ml·L-1KI溶液,加入6 mL 0.1 ml·L-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验:
①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色;
②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;
③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。
实验②检验的离子是 (填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有 (填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为 。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为 ;
一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 ;生成沉淀的原因是
(用平衡移动原理解释)。
(1)Fe2+具有还原性,FeCl2溶液易因被氧化而变质,配制FeCl2溶液时加入少量铁屑,目的是防止Fe2+被氧化。(2)溶液变红,说明有Fe3+生成,则FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。(3)甲组实验中,FeCl2易被空气中的O2氧化,会生成FeCl3,因此实验不够严谨。加入煤油,煤油的密度比水小,可以起到隔绝空气的作用,从而排除氧气对实验的影响。(4)实验②中K3[Fe(CN)6]溶液的作用是检验Fe2+。根据实验①,CCl4层显紫色,说明有I2生成,根据实验②,生成蓝色沉淀,说明有Fe2+生成,根据实验③,溶液变红,说明有Fe3+剩余,I-过量的情况下,溶液中仍含有Fe3+,由此说明该反应为可逆反应。(5)溶液变为棕黄色,说明生成了Fe3+,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。溶液中有气泡出现,说明H2O2在Fe3+的催化作用下发生了分解反应,生成了O2。随后生成红褐色沉淀,则沉淀为Fe(OH)3,H2O2分解放出热量,Fe3+的水解平衡Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+向正反应方向不断进行,因此得到Fe(OH)3沉淀。
(1)防止Fe2+被氧化 (2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- (3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) (4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应
(5)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动
考点2 铜及其化合物
考法3铜及其化合物的性质
命题角度1 有关铜及其化合物的性质
5已知酸性条件下有如下反应:2Cu+Cu2++Cu。由于反应温度不同,用氢气还原氧化铜时,可能产生Cu或Cu2O,两者都是红色固体。一位同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体的成分进行了检验,实验操作和实验现象记录如表所示:
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是
A.Cu B.Cu2O
C.一定有Cu,可能有Cu2OD.一定有Cu2O,可能有Cu
根据题中信息,向红色固体中加入稀硫酸得到红色固体和蓝色溶液,其中红色固体为铜,蓝色溶液为硫酸铜溶液,可推出原红色固体里一定有Cu2O;溶液中的红色固体铜,可能是原来固体中含有的,也可能是由Cu2O和稀硫酸反应生成的。
D
命题角度2 结合物质转化流程考查铜及其化合物的性质和制备
6CuSO4是一种重要的化工原料,有关制备途径及性质如图所示。下列说法错误的是
A.途径①所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为3∶2
B.生成等量的硫酸铜,三个途径中参加反应的硫酸的物质的量:①=②FeO42-,而方案Ⅱ实验表明,Cl2和FeO42-的氧化性强弱关系相反,原因是溶液酸碱性不同,说明氧化性:在碱性条件下Cl2>K2FeO4,在酸性条件下Cl2MnO4-,验证实验如下:将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象能否证明氧化性FeO42->MnO4-。若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案。”
(1)能,因为K2FeO4在过量酸作用下完全转化为Fe3+和O2,溶液的浅紫色一定为MnO4-的颜色,说明氧化性FeO42->MnO4-(氧化剂的氧化性大于氧化产物)。
(2)不能,设计方案为向溶液b中滴加过量稀H2SO4,若溶液紫色快速褪去,说明氧化性FeO42->MnO4-,若溶液显浅紫色,不能说明氧化性FeO42->MnO4-