2026届高三化学一轮复习 讲义 第7讲 铁铜及其化合物专题

该高中化学高考复习讲义围绕铁、铜及其化合物核心考点，按单质性质、化合物转化、铁三角关系及鉴别应用的逻辑架构知识网络，通过知识点拨（表格对比性质）、方法指导（如Fe²⁺/Fe³⁺鉴别策略）、真题精讲（高考题与模考题）等环节，帮助学生系统构建知识体系，突破转化规律与实验探究难点。 资料以科学思维与科学探究为导向，创新采用对比归纳（铁铜性质、铁的氧化物对比）和实验驱动（如Fe(OH)₂制备、Fe²⁺氧化条件探究）教学法，设计分层练习（基础例题到综合计算），培养学生证据推理与实验设计能力，助力教师精准把控复习节奏，高效提升学生应考能力。

( 金属及其化合物(3) ——“ 铁 ” 和 “ 铜 ” ) ( 第7讲 ) ( 知识网络 ) 一、铁及其化合物的转化 二、铜及其化合物的转化 ( 知识点拨 ) 7．1 铁和铜单质的性质 性质 铁 铜 物理性质 银白色金属光泽，有良好的导电导热能力，粉末为黑色。能被磁铁吸引。 紫红色金属光泽，粉末为紫红色。质软，具有良好的导电导热能力（仅次于银）和延展性。不能被磁铁吸引。 常见化合价 +2、+3 +1、+2 化学性质 与非金属反应 与氧气的反应 只在氧气中点燃才能发生反应，现象：剧烈反应，火星四射，有黑色固体生成 在干燥空气中比较稳定，但在潮湿的空气中易被腐蚀 生成碱式碳酸铜即铜绿，也是孔雀石的主要成分 与其他非金属的反应 ； ； （生成棕黄色的烟） （黑色固体） 与水的反应 高温与水蒸气发生反应： 不发生反应 与酸的反应 非氧化性酸 与非氧化性酸只生成亚铁离子 与非氧化性酸不直接发生反应，但在通入O2时可发生反应： 强氧化性酸 与冷的浓硫酸、浓硝酸发生钝化。加热条件下继续发生反应。（Fe少量） 与强氧化性酸反应： 与盐溶液反应 辨析 1 铁与弱氧化剂（如H+、Cu2+等）反应，失去两个电子形成Fe2+；当与强氧化剂（如Cl2、硝酸等）反应时，失去三个电子形成Fe3+。 2 铜与部分弱氧化剂反应（如I2、S等）时，只失去一个电子形成Cu+；而与氧化性较强的物质（如硝酸、Fe3+等）发生反应时，失去两个电子形成Cu2+。 3 少量铁加入HNO3中形成Fe3+，足量铁加入硝酸中形成Fe2+。 工业冶炼 矿石形式 磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、黄铁矿（FeS2）等 黄铜矿（CuFeS2）、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]等 冶炼原理 ； ； 1 湿法炼铜： 2 高温炼铜：高温冶炼黄铜矿 ； 8．2 铁的化合物的性质 一、铁的氧化物的性质比较 化学式 FeO 俗名 —— 铁红 磁性氧化铁 色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 价态 +2 +3 +2、+3 与非氧化性酸反应 碱性氧化物 碱性氧化物 复杂氧化物 与氧化性酸 反应 （稀） 同上 共性 高温时，都能被C、CO、、Al等还原剂还原，还原过程中铁的化合价逐渐降低，最终都生成铁 二、铁的氢氧化物的性质比较 制备 要将吸有溶液的胶头滴管插到液面以下，或在液面上覆盖一层苯或煤油（不能用），以防止空气与接触发生反应。或用其他方法（如用）将试管内空气排净后再将亚铁盐与溶液混合。 Fe3+水解可形成胶体 将少量饱和的FeCl3溶液滴加到沸腾的蒸馏水中，继续加热至液体呈红褐色，就得到了浓度较大的胶体。 性质 白色絮状沉淀 红褐色沉淀 在空气中迅速被氧化： 加热易分解： 转化 常温下，白色沉淀迅速变成灰绿色，后成为红褐色。此知识点经常作为铁元素存在的检验方法和推断题的重要突破口。 【胶体】 （1） 直径为1nm~100nm的分散质分散在分散剂中形成的分散系。可分为：气溶胶、液溶胶、固溶胶。 （2） 胶体的物理性质：丁达尔效应；布朗运动；电泳现象；（凝聚）介稳性；胶体微粒不能透过半透膜，能透过滤纸。 （3） 使胶体聚沉的措施：加热；加电解质；加带异性电荷的胶粒。 三、“铁三角”（、、之间）的相互转化 铁的盐类有亚铁盐（溶液常显浅绿色）和铁盐（溶液常显黄色）。有一定的氧化性，在某些还原剂作用下，可以还原成；有一定的还原性，在某些氧化剂作用下，可以被氧化成。 “铁三角”比较全面地反映了铁及其化合物的性质，以及、、之间的相互转化规律，如下图所示。 转化方向 发生反应 举例 铁与氧化性比较弱的非金属（如S、）、非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）、不活泼金属的盐溶液（如溶液）或铁盐反应 比较活泼的金属（如Al、Zn）能从亚铁盐溶液中置换出铁来。同时较强还原剂（CO等）可以将Fe2+还原为Fe。 铁与强氧化剂（如、、浓硫酸）在一定条件下反应 铁盐溶液与活泼的金属（K、Na、Ca除外）反应时，铁可被还原。同时较强还原剂（Al、CO、H等）可以将Fe3+还原为Fe。 亚铁盐与强氧化剂反应 铁盐溶液与还原剂的反应 四、、的鉴别（用于区分Fe2+和Fe3+的溶液，而不能用于证明某溶液中一定含有Fe3+或者Fe2+） 方法 实验现象 直接观察颜色 溶液呈浅绿色，的溶液呈黄色 利用显色反应 Fe3+：向溶液中滴入KSCN溶液，若溶液呈红色，则证明有Fe3+存在。 Fe2+：向溶液中滴入KSCN溶液，不变色；再向其中滴加H2O2溶液（或者通入少量Cl2），若溶液呈血红色，则证明有Fe2+存在。（不适用于检验Fe3+溶液中是否混有杂质Fe2+） Fe3+：向溶液中滴入苯酚溶液，若溶液呈紫色，则证明有Fe3+存在。 利用沉淀的颜色 Fe2+：向溶液中滴入NaOH溶液，若观察到有白色沉淀，迅速变成灰绿色，最终变成红褐色，则证明有Fe2+存在。 Fe3+：向溶液中滴入NaOH溶液，若直接观察到有红褐色沉淀，则证明有Fe3+存在。 利用的氧化性 Fe3+：向溶液中加入铜片，一段时间后，观察铜片被腐蚀，则证明溶液中含有Fe3+。 Fe3+：将溶液滴在淀粉碘化钾试纸上，若观察到试纸变蓝，则证明溶液中有Fe3+存在。 利用的还原性 Fe2+：向溶液中滴入溴水，若观察到溴水褪色，则证明溶液中是Fe2+。 Fe2+：向溶液中滴入几滴KMnO4溶液，若观察到紫色褪去，则证明溶液中的是Fe2+。 ( 例题精讲 ) 【例1】为了除去硫酸铜溶液中含有的Fe2+杂质，通常的方法是，先加入合适的氧化剂使Fe2+氧化为Fe3+，再除去Fe3+，下列物质中最好选用（ ） A．H2O2溶液 B．KMnO4溶液 C．Cl2水 D．HNO3溶液 【答案】A 【例2】能正确表示下列反应的离子方程式是（　　） A．将铜屑加入Fe3+溶液中：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ B．将磁性氧化铁溶于盐酸：Fe3O4+8H+=3Fe3++4H2O C．将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合：Fe2++4H++NO3-=Fe3++2H2O+NO↑ D．将铁粉加入稀硫酸中：2Fe+6H+=2Fe3++3H2↑ 【答案】A 【例3】用高铁酸钠（Na2FeO4）对未来河湖的淡水消毒是城市饮用水处理新技术，下列对Na2FeO4用于饮用水消毒处理的分析正确的是（多选）（　　） A．Na2FeO4在溶液中显强酸性，能消毒杀菌 B．在Na2FeO4中Fe为+6价，具有强氧化性，能消毒杀菌 C．Na2FeO4的还原产物Fe3+易水解为Fe(OH)3胶体，可使水中悬浮物凝聚沉降 D．Na2FeO4的还原产物Fe2+易水解为Fe(OH)2胶体，可使水中悬浮物凝聚沉降 【答案】BC 【例4】（北京模考）X、Y、Z、W有如右图所示的转化关系，则X、Y可能是（ ） ① C、CO ② AlCl3 、Al(OH)3 ③ Fe、Fe(NO3)2 ④ Na2CO3 、NaHCO3 A．①②③④ B．①② C．③④ D．①②③ 【答案】A 【例5】为证明铁的金属活动性比铜强，某同学设计了如下一些方案： 方　案 现象或产物 ①将铁片置于CuSO4溶液中 铁片上有亮红色物质析出 ②将铁丝和铜丝分别在氯气燃烧 产物分别为FeCl3和CuCl2 ③将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中 产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4 ④将铜片置于FeCl3溶液中 铜片逐渐溶解 ⑤将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接 铁片溶解，铜片上有气泡产生 能根据现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有（ ） A．2种　　　　B．3种　　　　C．4种　　　　D．5种 【答案】A 【例6】下图是氧气氧化某浓度Fe2+生成Fe3+过程的实验结果，下列有关说法正确的是( ) A.pH=1.5时氧化率一定比pH=2.5时大 B.其他条件相同时，80 ℃的氧化率比50 ℃大 C.Fe2+的氧化率仅与溶液的pH和温度有关 D.该氧化过程的离子方程式为：Fe2++O2+4H+===Fe3++2H2O 【答案】B 【例7】（江苏）研究反应物的化学计量数与产物之间的关系时，使用类似数轴的方法可以收到直观形象的效果。下列表达不正确的是（ ） A．密闭容器中CuO和C高温反应的气体产物： B．Fe在Cl2中的燃烧产物： C．AlCl3溶液中滴加NaOH后铝的存在形式： D．氨水与SO2反应后溶液中的铵盐： 【答案】B 【例8】（海淀二模）甲、乙、丙、丁、戊是中学常见的无机物，其中甲、乙均为单质，它们的转化关系如下图所示（某些条件和部分产物已略去）。下列说法不正确的是（ ） A. 若甲既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应，则丙可能属于两性氧化物 B. 若甲为短周期中原子半径最大的主族元素的单质，且戊为碱，则丙只能为Na2O2 C. 若丙、丁混合产生白烟，且丙为18电子分子，丁为10电子分子，则乙的水溶液可能具有漂白作用 D. 若甲、丙、戊含有同一种元素，则三种物质中，该元素的化合价由低到高的顺序可能为：甲 < 丙 < 戊 【答案】B 【例9】在FeCl3与CuCl2的混合溶液中加入过量的铁粉，反应完毕后，剩余固体的质量恰好与所加铁粉的质量相等，则原混合液中FeCl3与CuCl2的物质的量之比为（ ） A．5∶2　 B．4∶5　 C．2∶7　 D．7∶4 【答案】C 【例10】孔雀石的主要成分为xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O，为测定其中CuCO3的质量分数，称取a g样品进行实验。下列实验方案可行的是 A. 充分加热样品，用碱石灰吸收逸出气体，增重b g B. 加热至样品质量不再发生变化，称得其质量为b g C. 向样品中加入足量的稀盐酸，用排水法收集逸出气体，得b mL气体 D. 向样品中加入足量的稀盐酸，充分反应，将生成的气体全部通入到足量Ba(OH)2溶液中，过滤、洗涤、烘干，得b g固体 【答案】D 【例11】锌粉、铝粉、铁粉、镁粉的混合物3.8g与一定质量溶质质量分数为25%的稀硫酸恰好完全反应，将反应后的混合物蒸发水分得固体（不含结晶水）11g，则反应中生成氢气的质量为（ ） A．0.15g B．0.20g C．0.30g D．0.45g 【答案】A 【例12】铜合金是人类使用最早的金属材料，铜在化合物中的常见化合价有+l、+2。已知Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中，加入1 L 0.6 mol/L HNO3溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2240 mL NO气体（标准状况）。请回答下列问题： （1）写出Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 （2）若将上述混合物用足量的H2加热还原，所得到固体的质量为　　　　　　　　　 。 （3）若混合物中含0.1 mol Cu，将该混合物与稀硫酸充分反应，至少消耗H2SO4的物质的量 为　　　　　　　　　　　　　 。 （4）若混合物中Cu的物质的量为n mol，则n的取值范围为　　　　　　　　　　　　 。 【答案】（1）3Cu2O +14H+ + 2NO3- = 6 Cu2+ + 2 NO↑+ 7H2O （2）16 g （3）0.1 mol （4）0.05＜n＜0.15 【例13】（北京模考）铁单质及其化合物在生活、生产中应用广泛。请回答： （1）钢铁在空气中发生吸氧腐蚀时，正极的电极反应是　　　　　 。 （2）由于氧化性Fe3+>Cu2+，氯化铁溶液常用作印刷电路铜板腐蚀剂，反应的离子方程式 是　　　 　　　 。 （3）硫酸铁可作絮凝剂，常用于净水，其原理是　　　　　 　 （用离子方程式表示）。 在使用时发现硫酸铁不能使酸性废水中的悬浮物沉降除去，其原因是　　 　　　 。 （4）磁铁矿是工业上冶炼铁的原料之一，其原理是Fe3O4 + 4CO3Fe + 4CO2，若有1.5mol Fe3O4参加反应，转移电子的物质的量是　　 　　　。 （5）下表中，对陈述I、II的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是　　　　 （填字母）。 陈述I 陈述II 判断 A 铁是地壳中含量最高的金属元素 铁是人类最早使用的金属材料 I对；II对；有 B 常温下铁与稀硫酸反应生成氢气 高温下氢气能还原氧化铁得到铁 I对；II对；无 C 铁属于过渡元素 铁和铁的某些化合物可用作催化剂 I错；II对；无 D 在空气中铁表面形成致密氧化膜 铁不能与氧气反应 I对；II对；有 【答案】（1）O2 + 2 H2O + 4e- = 4 OH-   （2）2 Fe3++Cu = 2 Fe2+ + Cu2+   （3）Fe3+ + 3H2OFe(OH)3+3H+；在酸性条件下抑制了铁离子的水解，无法生成氢氧化铁胶体，不能使悬浮物沉降除去  （4）12 mol （5）B 【例14】（江苏）根据下列框图回答问题（答题时，方程式中的M、E用所对应的元素符号表示）： （1）写出M溶于稀H2SO4和H2O2混合液的化学方程式： 。 （2）某同学取X的溶液，酸化后加入KI、淀粉溶液，变为蓝色。写出与上述变化过程相关的 离子方程式： 、 。 （3）写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式： 【答案】（1）Cu + H2O2 + H2SO4 == CuSO4 + 2H2O （2）4Fe2+ + O2 + 4H+ == 4Fe3+ + 2H2O 2Fe3+ + 2I— == 2Fe2+ + I2 （3）10KOH + 3Cl2 + 2Fe(OH)3 == 2K2FeO4 + 6KCl + 8H2O 【例15】一定量的铁粉在氯气中充分燃烧后，将所得固体完全溶于稀盐酸，制得溶液A。 （1）铁在氯气中燃烧的化学方程式是 。 （2）推测A中可能含有的金属阳离子：①Fe3+；②只有Fe2+；③ 。 甲同学为探究溶液的组成，实验如下： 实验步骤 实验现象 实验结论及反应离子方程式 取少量溶液A于试管中， 加入KSCN溶液。 假设②不成立，假设①或③成立； 反应的离子方程式是 。 （3）乙同学继续探究溶液A的组成。 查阅资料：16HCl(浓)+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 实验过程：另取少量溶液A于试管中，逐滴加入酸性KMnO4溶液，振荡，KMnO4紫色褪去。 实验结论： （填写字母序号）。 a.可能有Fe2+ b.可能无Fe2+ c.一定有Fe2+ 根据你选择的实验结论，简述理由： 。 ( 点燃 )【答案】（1）2Fe+3Cl2 2FeCl3 （2）③ 含有Fe3+ 和Fe2+ 实验现象 实验结论及反应离子方程式 溶液呈红色 Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3 （3）a；因为还原性Fe2+>Cl-，逐滴加入的酸性KMnO4溶液，先将Fe2+氧化， 而使KMnO4紫色褪去，故可能含有Fe2+。 b；溶液中可能无Fe2+，加入的酸性KMnO4溶液，将Cl-氧化，而使KMnO4紫色褪去。 【例16】（山东）黄铜矿（CuFeS2）是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可以制备硫及铁的化合物。 （1）冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2 若CuFeS2中Fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是 （填元素符号）。 （2）上述冶炼过程中产生大量SO2。下列处理方案合理的是 （填代号）。 a．高空排放 b．用于制备硫酸 c．用纯碱溶液吸收制Na2SO3 d．用浓硫酸吸收 （3）过二硫酸钾（K2S2O8）具有强氧化性，可将I－氧化为I2：S2O82－＋2I－=2SO42－＋I2 通过改变反应途径，Fe3＋、Fe2＋均可催化上述反应。试用离子方程式表示Fe3＋对上述反 应的催化过程。 、 。 （4）利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣（含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3）可制备Fe2O3。方法为 ①用稀盐酸浸取炉渣，过滤。 ②滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。 据以上信息回答下列问题： a．除去Al3＋的离子方程式是 。 b．选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。 提供的试剂：稀盐酸 稀硫酸 KSCN溶液 KMnO4溶液 NaOH溶液 碘水 所选试剂为 。证明炉渣中含有FeO的实验现象 为 。 【答案】（1）Cu、O （2）b、c （3）2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2；S2O82－＋2Fe2＋=2SO42－＋2Fe3＋ （4）a：= b：稀硫酸、KMnO4溶液稀硫酸浸取炉渣所得溶液能使KMnO4溶液褪色 【例17】碱式碳酸铜可表示为：，测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。 （1）现采用氢气还原法，请回答如下问题： ①写出与氢气反应的化学方程式 ； ②试验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序是（填入仪器接口字母编号）： （a）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（l） ③称取23.9g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7g残留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。 该样品的结晶水质量为 g，化学式为 ；[已知：Mr(Cu)=63.5] （2）某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由。 。 【答案】（1）① ②a→kj→gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l ③1.8 （2）可行 根据反应，依据碱式碳酸铜、CuO、和质量（或其中任意三个量）， 即可计算出其组成。 ( 实战演练 ) 【演练1】 （北京八城区模考）X、Y、Z、W有如右图所示的转化关系，且△H=△H1+△H2，则X、Y可能是： ①C、CO ②S、SO2 ③AlCl3、Al(OH)3 ④Na2CO3、NaHCO3 ⑤Fe、FeCl2 A．①②③④⑤ B．②④⑤ C．①③④ D．①②③ 【答案】C 【演练2】 浅绿色的Fe(NO3)2溶液中存在着如下的平衡：Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+若在此溶液中加入盐酸，则溶液的颜色变化为（ ） A.绿色变深 B.浅绿色变得更浅 C.变黄 D.无明显变化 【答案】 C 【演练3】 某混合物X由Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2中的一种或几种物质组成。进行如下实验。 试回答： （1）经I得到蓝色溶液，该过程中一定发生的化学反应是（用离子方程式表示） 　　　 　　　、　 　　 　　　。 （2）X中一定含有的物质是　 　　 　　　。 反应II的化学方程式是　　　 　 　　。 （3）为进一步确定上述混合物X的成分，另取9.08 g X进行如下实验。 ①加入足量的NaOH溶液，过滤，将滤渣在氮气气流中干燥得固体mg。 ②向滤渣中加入过量盐酸，过滤，将滤渣在氮气气流中干燥得固体n g。 由于缺少某步操作，使得测定的质量m、n均偏高。 ③按正确步骤重新进行实验后得到m=6.08 g，n=1.6 g。 则所缺少的步骤是 。 原混合物中各成分的质量之比是　　 　　。（不必化简） 【答案】（1）Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O  ；   Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+ （2）Cu、Fe2O3、SiO2  ；        SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O （3）洗涤；m(Fe2O3):m(Cu):m(SiO2)=3.2:2.88:3.0 【演练4】 某种催化剂为铁的氧化物。化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现红色。一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为+3的结论。 （1）请指出该结论是否合理并说明理由 。 （2）请完成对铁元素价态的探究： 限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹：3 mol·L-1H2SO4、3％H2O2、6 mol·L-1HNO3、0.01 mol·L-1KmnO4、NaOH稀溶液、0.1 mol·L-1KI、20％KSCN、蒸馏水。 ①提出合理假设 假设1：　　　　　　　； 假设2：　　　　　　　； 假设3：　　　　　　　。 ②设计实验方案证明你的假设（不要在答题卡上作答） ③实验过程 根据②的实验方案，进行实验。请在答题卡上按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。 实验操作 预期现象与结论 步骤1： 步骤2： 步骤3： … 【答案】（1）该结论不正确。稀HNO3有强氧化性，若该铁的价态为+2价，则会被氧化为+3价同样可使KSCN溶液变为血红色。 （2）①提出合理假设 假设1：催化剂中铁元素的价态为+3价。 假设2：催化剂中铁元素的价态为+2价。 假设3：催化剂中铁元素的价态既有+3价也有+2价。 ③实验过程 实验操作 预期现象与结论 步骤1：将适量稀H2SO4加入少许样品于试管中，加热溶解； 溶液呈黄绿色，说明溶液中含Fe2+或Fe3+。 步骤2：取少量溶液，滴加酸性KMnO4溶液。 若KMnO4溶液的紫红色褪去为无色溶液，则说明催化剂中铁元素的价态含+2价；若不褪色，则说明催化剂中铁元素的价态不含+2价。 步骤3：另取少量溶液，滴加KSCN溶液。 若溶液变为血红色，则说明催化剂中铁元素的价态含+3价；若溶液无明显变化，则说明催化剂中铁元素的价态不含+3价。 【演练5】 某校化学研究性学习小组在学习了金属的知识后，探究Cu的常见化合物性质。过程如下： 【提出问题】 ① 周期表中，Cu、Al位置接近。Cu不如Al活泼，Al(OH)3具有两性，Cu(OH)2也具有两性吗？ ② 通常情况下，＋2价Fe的稳定性小于＋3价Fe，＋1价Cu的稳定性也小于＋2价Cu吗？ ③ CuO有氧化性，能被H2、CO等还原，也能被NH3还原吗？ 【实验方案】 （1）解决问题①需用到的药品有CuSO4溶液、 （填试剂），同时进行相关实验。 （2）解决问题②的实验步骤和现象如下：取98 g Cu(OH)2固体，加热至80 ℃～100 ℃时，得到黑色固体粉末，继续加热到1000 ℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末A。冷却后称量，A的质量为72 g，A的化学式为 。向A中加入适量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在。 （3）为解决问题③，设计的实验装置为（夹持及尾气处理装置未画出）： 实验中观察到CuO变为红色物质。查资料可知，同时生成一种无污染的气体。 该气体的化学式为 。 【实验结论】 （1）Cu(OH)2具有两性。证明Cu(OH)2具有两性的实验现象是 。 （2）根据实验方案（2），得出的＋1价Cu和＋2价Cu稳定性大小的结论是高温时 ； 在酸性溶液中 （3）CuO能够被NH3还原。 【问题讨论】 有同学认为NH3与CuO反应后生成的红色物质是Cu，也有同学认为NH3与CuO反应后生成的红色物质是Cu和A的混合物。请你设计一个简单的实验检验NH3与CuO反应后生成的红色物质中是否含有A？ 【答案】【实验方案】（1） H2SO4（HCl）溶液、浓NaOH溶液 （2） Cu2O （3）N2 【实验结论】（1）Cu(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于浓NaOH溶液 （2）＋1价Cu比＋2价Cu稳定；＋2价Cu比＋1价Cu稳定 【问题讨论】取NH3与CuO反应后生成的红色物质少许，加入稀H2SO4，若溶液出现蓝色，说明红色物质中含有A，反之则无 1 ( 2 ) ( 79 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ ( 金属及其化合物(3) ——“ 铁 ” 和 “ 铜 ” ) ( 第7讲 ) ( 知识网络 ) 一、铁及其化合物的转化 二、铜及其化合物的转化 ( 知识点拨 ) 7．1 铁和铜单质的性质 性质 铁 铜 物理性质 银白色金属光泽，有良好的导电导热能力，粉末为黑色。能被磁铁吸引。 紫红色金属光泽，粉末为紫红色。质软，具有良好的导电导热能力（仅次于银）和延展性。不能被磁铁吸引。 常见化合价 化学性质 与非金属反应 与氧气的反应 只在氧气中点燃才能发生反应，现象：剧烈反应，火星四射，有黑色固体生成 在干燥空气中比较稳定，但在潮湿的空气中易被腐蚀 生成碱式碳酸铜即铜绿，也是孔雀石的主要成分 与其他非金属的反应 与水的反应 高温与水蒸气发生反应： 不发生反应 与酸的反应 非氧化性酸 与非氧化性酸只生成亚铁离子 与非氧化性酸不直接发生反应，但在通入O2时可发生反应： 强氧化性酸 与冷的浓硫酸、浓硝酸发生钝化。加热条件下继续发生反应。（Fe少量） 与强氧化性酸反应： 与盐溶液反应 辨析 1 铁与弱氧化剂（如H+、Cu2+等）反应，失去两个电子形成Fe2+；当与强氧化剂（如Cl2、硝酸等）反应时，失去三个电子形成Fe3+。 2 铜与部分弱氧化剂反应（如I2、S等）时，只失去一个电子形成Cu+；而与氧化性较强的物质（如硝酸、Fe3+等）发生反应时，失去两个电子形成Cu2+。 3 少量铁加入HNO3中形成Fe3+，足量铁加入硝酸中形成Fe2+。 工业冶炼 矿石形式 磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、黄铁矿（FeS2）等 黄铜矿（CuFeS2）、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]等 冶炼原理 ； ； 1 湿法炼铜： 2 高温炼铜：高温冶炼黄铜矿 ； 8．2 铁的化合物的性质 一、铁的氧化物的性质比较 化学式 FeO 俗名 —— 铁红 磁性氧化铁 色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 价态 与非氧化性酸反应 碱性氧化物 碱性氧化物 复杂氧化物 与氧化性酸 反应 同上 共性 高温时，都能被C、CO、、Al等还原剂还原，还原过程中铁的化合价逐渐降低，最终都生成铁 二、铁的氢氧化物的性质比较 制备 要将吸有溶液的胶头滴管插到液面以下，或在液面上覆盖一层苯或煤油（不能用），以防止空气与接触发生反应。或用其他方法（如用）将试管内空气排净后再将亚铁盐与溶液混合。 Fe3+水解可形成胶体 将少量饱和的FeCl3溶液滴加到沸腾的蒸馏水中，继续加热至液体呈红褐色，就得到了浓度较大的胶体。 性质 白色絮状沉淀 红褐色沉淀 在空气中迅速被氧化： 加热易分解： 转化 常温下，白色沉淀迅速变成灰绿色，后成为红褐色。此知识点经常作为铁元素存在的检验方法和推断题的重要突破口。 【胶体】 （1） 直径为1nm~100nm的分散质分散在分散剂中形成的分散系。可分为：气溶胶、液溶胶、固溶胶。 （2） 胶体的物理性质：丁达尔效应；布朗运动；电泳现象；（凝聚）介稳性；胶体微粒不能透过半透膜，能透过滤纸。 （3） 使胶体聚沉的措施：加热；加电解质；加带异性电荷的胶粒。 三、“铁三角”（、、之间）的相互转化 铁的盐类有亚铁盐（溶液常显浅绿色）和铁盐（溶液常显黄色）。有一定的氧化性，在某些还原剂作用下，可以还原成；有一定的还原性，在某些氧化剂作用下，可以被氧化成。 “铁三角”比较全面地反映了铁及其化合物的性质，以及、、之间的相互转化规律，如下图所示。 转化方向 发生反应 举例方程式 铁与氧化性比较弱的非金属（如S、）、非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）、不活泼金属的盐溶液（如溶液）或铁盐反应 比较活泼的金属（如Al、Zn）能从亚铁盐溶液中置换出铁来。同时较强还原剂（CO等）可以将Fe2+还原为Fe。 铁与强氧化剂（如、、浓硫酸）在一定条件下反应 铁盐溶液与活泼的金属（K、Na、Ca除外）反应时，铁可被还原。同时较强还原剂（Al、CO、H等）可以将Fe3+还原为Fe。 亚铁盐与强氧化剂反应 铁盐溶液与还原剂的反应 四、、的鉴别（用于区分Fe2+和Fe3+的溶液，而不能用于证明某溶液中一定含有Fe3+或者Fe2+） 方法 实验现象 直接观察颜色 溶液呈浅绿色，的溶液呈黄色 利用显色反应 Fe3+：向溶液中滴入KSCN溶液，若溶液呈红色，则证明有Fe3+存在。 Fe2+：向溶液中滴入KSCN溶液，不变色；再向其中滴加H2O2溶液（或者通入少量Cl2），若溶液呈血红色，则证明有Fe2+存在。（不适用于检验Fe3+溶液中是否混有杂质Fe2+） Fe3+：向溶液中滴入苯酚溶液，若溶液呈紫色，则证明有Fe3+存在。 利用沉淀的颜色 Fe2+：向溶液中滴入NaOH溶液，若观察到有白色沉淀，迅速变成灰绿色，最终变成红褐色，则证明有Fe2+存在。 Fe3+：向溶液中滴入NaOH溶液，若直接观察到有红褐色沉淀，则证明有Fe3+存在。 利用的氧化性 Fe3+：向溶液中加入铜片，一段时间后，观察铜片被腐蚀，则证明溶液中含有Fe3+。 Fe3+：将溶液滴在淀粉碘化钾试纸上，若观察到试纸变蓝，则证明溶液中有Fe3+存在。 利用的还原性 Fe2+：向溶液中滴入溴水，若观察到溴水褪色，则证明溶液中是Fe2+。 Fe2+：向溶液中滴入几滴KMnO4溶液，若观察到紫色褪去，则证明溶液中的是Fe2+。 ( 例题精讲 ) 【例1】为了除去硫酸铜溶液中含有的Fe2+杂质，通常的方法是，先加入合适的氧化剂使Fe2+氧化为Fe3+，再除去Fe3+，下列物质中最好选用（ ） A．H2O2溶液 B．KMnO4溶液 C．Cl2水 D．HNO3溶液 【例2】能正确表示下列反应的离子方程式是（　　） A．将铜屑加入Fe3+溶液中：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ B．将磁性氧化铁溶于盐酸：Fe3O4+8H+=3Fe3++4H2O C．将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合：Fe2++4H++NO3-=Fe3++2H2O+NO↑ D．将铁粉加入稀硫酸中：2Fe+6H+=2Fe3++3H2↑ 【例3】用高铁酸钠（Na2FeO4）对未来河湖的淡水消毒是城市饮用水处理新技术，下列对Na2FeO4用于饮用水消毒处理的分析正确的是（多选）（　　） A．Na2FeO4在溶液中显强酸性，能消毒杀菌 B．在Na2FeO4中Fe为+6价，具有强氧化性，能消毒杀菌 C．Na2FeO4的还原产物Fe3+易水解为Fe(OH)3胶体，可使水中悬浮物凝聚沉降 D．Na2FeO4的还原产物Fe2+易水解为Fe(OH)2胶体，可使水中悬浮物凝聚沉降 【例4】（模考）X、Y、Z、W有如右图所示的转化关系，则X、Y可能是（ ） ① C、CO ② AlCl3 、Al(OH)3 ③ Fe、Fe(NO3)2 ④ Na2CO3 、NaHCO3 A．①②③④ B．①② C．③④ D．①②③ 【例5】为证明铁的金属活动性比铜强，某同学设计了如下一些方案： 方　案 现象或产物 ①将铁片置于CuSO4溶液中 铁片上有亮红色物质析出 ②将铁丝和铜丝分别在氯气燃烧 产物分别为FeCl3和CuCl2 ③将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中 产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4 ④将铜片置于FeCl3溶液中 铜片逐渐溶解 ⑤将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接 铁片溶解，铜片上有气泡产生 能根据现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有（ ） A．2种　　　　B．3种　　　　C．4种　　　　D．5种 【例6】下图是氧气氧化某浓度Fe2+生成Fe3+过程的实验结果，下列有关说法正确的是( ) A.pH=1.5时氧化率一定比pH=2.5时大 B.其他条件相同时，80 ℃的氧化率比50 ℃大 C.Fe2+的氧化率仅与溶液的pH和温度有关 D.该氧化过程的离子方程式为：Fe2++O2+4H+===Fe3++2H2O 【例7】（江苏）研究反应物的化学计量数与产物之间的关系时，使用类似数轴的方法可以收到直观形象的效果。下列表达不正确的是（ ） A．密闭容器中CuO和C高温反应的气体产物： B．Fe在Cl2中的燃烧产物： C．AlCl3溶液中滴加NaOH后铝的存在形式： D．氨水与SO2反应后溶液中的铵盐： 【例8】（海淀二模）甲、乙、丙、丁、戊是中学常见的无机物，其中甲、乙均为单质，它们的转化关系如下图所示（某些条件和部分产物已略去）。下列说法不正确的是（ ） A. 若甲既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应，则丙可能属于两性氧化物 B. 若甲为短周期中原子半径最大的主族元素的单质，且戊为碱，则丙只能为Na2O2 C. 若丙、丁混合产生白烟，且丙为18电子分子，丁为10电子分子，则乙的水溶液可能具有漂白作用 D. 若甲、丙、戊含有同一种元素，则三种物质中，该元素的化合价由低到高的顺序可能为：甲 < 丙 < 戊 【例9】在FeCl3与CuCl2的混合溶液中加入过量的铁粉，反应完毕后，剩余固体的质量恰好与所加铁粉的质量相等，则原混合液中FeCl3与CuCl2的物质的量之比为（ ） A．5∶2　 B．4∶5　 C．2∶7　 D．7∶4 【例10】孔雀石的主要成分为xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O，为测定其中CuCO3的质量分数，称取a g样品进行实验。下列实验方案可行的是 A. 充分加热样品，用碱石灰吸收逸出气体，增重b g B. 加热至样品质量不再发生变化，称得其质量为b g C. 向样品中加入足量的稀盐酸，用排水法收集逸出气体，得b mL气体 D. 向样品中加入足量的稀盐酸，充分反应，将生成的气体全部通入到足量Ba(OH)2溶液中，过滤、洗涤、烘干，得b g固体 【例11】锌粉、铝粉、铁粉、镁粉的混合物3.8g与一定质量溶质质量分数为25%的稀硫酸恰好完全反应，将反应后的混合物蒸发水分得固体（不含结晶水）11g，则反应中生成氢气的质量为（ ） A．0.15g B．0.20g C．0.30g D．0.45g 【例12】铜合金是人类使用最早的金属材料，铜在化合物中的常见化合价有+l、+2。已知Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中，加入1 L 0.6 mol/L HNO3溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2240 mL NO气体（标准状况）。请回答下列问题： （1）写出Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 （2）若将上述混合物用足量的H2加热还原，所得到固体的质量为　　　　　　　　　 。 （3）若混合物中含0.1 mol Cu，将该混合物与稀硫酸充分反应，至少消耗H2SO4的物质的量 为　　　　　　　　　　　　　 。 （4）若混合物中Cu的物质的量为n mol，则n的取值范围为　　　　　　　　　　　　 。 【例13】（模考）铁单质及其化合物在生活、生产中应用广泛。请回答： （1）钢铁在空气中发生吸氧腐蚀时，正极的电极反应是　　　　　 。 （2）由于氧化性Fe3+>Cu2+，氯化铁溶液常用作印刷电路铜板腐蚀剂，反应的离子方程式 是　　　 　　　 。 （3）硫酸铁可作絮凝剂，常用于净水，其原理是　　　　　 　 （用离子方程式表示）。 在使用时发现硫酸铁不能使酸性废水中的悬浮物沉降除去，其原因是　　 　　　 。 （4）磁铁矿是工业上冶炼铁的原料之一，其原理是Fe3O4 + 4CO3Fe + 4CO2，若有1.5mol Fe3O4参加反应，转移电子的物质的量是　　 　　　。 （5）下表中，对陈述I、II的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是　　　　 （填字母）。 陈述I 陈述II 判断 A 铁是地壳中含量最高的金属元素 铁是人类最早使用的金属材料 I对；II对；有 B 常温下铁与稀硫酸反应生成氢气 高温下氢气能还原氧化铁得到铁 I对；II对；无 C 铁属于过渡元素 铁和铁的某些化合物可用作催化剂 I错；II对；无 D 在空气中铁表面形成致密氧化膜 铁不能与氧气反应 I对；II对；有 【例14】（江苏）根据下列框图回答问题（答题时，方程式中的M、E用所对应的元素符号表示）： （1）写出M溶于稀H2SO4和H2O2混合液的化学方程式： 。 （2）某同学取X的溶液，酸化后加入KI、淀粉溶液，变为蓝色。写出与上述变化过程相关的 离子方程式： 、 。 （3）写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式： 【例15】一定量的铁粉在氯气中充分燃烧后，将所得固体完全溶于稀盐酸，制得溶液A。 （1）铁在氯气中燃烧的化学方程式是 。 （2）推测A中可能含有的金属阳离子：①Fe3+；②只有Fe2+；③ 。 甲同学为探究溶液的组成，实验如下： 实验步骤 实验现象 实验结论及反应离子方程式 取少量溶液A于试管中， 加入KSCN溶液。 假设②不成立，假设①或③成立； 反应的离子方程式是 。 （3）乙同学继续探究溶液A的组成。 查阅资料：16HCl(浓)+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 实验过程：另取少量溶液A于试管中，逐滴加入酸性KMnO4溶液，振荡，KMnO4紫色褪去。 实验结论： （填写字母序号）。 a.可能有Fe2+ b.可能无Fe2+ c.一定有Fe2+ 根据你选择的实验结论，简述理由： 。 【例16】（山东）黄铜矿（CuFeS2）是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可以制备硫及铁的化合物。 （1）冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2 若CuFeS2中Fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是 （填元素符号）。 （2）上述冶炼过程中产生大量SO2。下列处理方案合理的是 （填代号）。 a．高空排放 b．用于制备硫酸 c．用纯碱溶液吸收制Na2SO3 d．用浓硫酸吸收 （3）过二硫酸钾（K2S2O8）具有强氧化性，可将I－氧化为I2：S2O82－＋2I－=2SO42－＋I2 通过改变反应途径，Fe3＋、Fe2＋均可催化上述反应。试用离子方程式表示Fe3＋对上述反 应的催化过程。 、 。 （4）利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣（含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3）可制备Fe2O3。方法为 ①用稀盐酸浸取炉渣，过滤。 ②滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。 据以上信息回答下列问题： a．除去Al3＋的离子方程式是 。 b．选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。 提供的试剂：稀盐酸 稀硫酸 KSCN溶液 KMnO4溶液 NaOH溶液 碘水 所选试剂为 。证明炉渣中含有FeO的实验现象 为 。 【例17】碱式碳酸铜可表示为：，测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。 （1）现采用氢气还原法，请回答如下问题： ①写出与氢气反应的化学方程式 ； ②试验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序是（填入仪器接口字母编号）： （a）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（l） ③称取23.9g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7g残留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。 该样品的结晶水质量为 g，化学式为 ；[已知：Mr(Cu)=63.5] （2）某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由。 。 ( 实战演练 ) 【演练1】 （北京八城区模考）X、Y、Z、W有如右图所示的转化关系，且△H=△H1+△H2，则X、Y可能是： ①C、CO ②S、SO2 ③AlCl3、Al(OH)3 ④Na2CO3、NaHCO3 ⑤Fe、FeCl2 A．①②③④⑤ B．②④⑤ C．①③④ D．①②③ 【演练2】 浅绿色的Fe(NO3)2溶液中存在着如下的平衡：Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+若在此溶液中加入盐酸，则溶液的颜色变化为（ ） A.绿色变深 B.浅绿色变得更浅 C.变黄 D.无明显变化 【演练3】 某混合物X由Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2中的一种或几种物质组成。进行如下实验。 试回答： （1）经I得到蓝色溶液，该过程中一定发生的化学反应是（用离子方程式表示） 　　　 　　　、　 　　 　　　。 （2）X中一定含有的物质是　 　　 　　　。 反应II的化学方程式是　　　 　 　　。 （3）为进一步确定上述混合物X的成分，另取9.08 g X进行如下实验。 ①加入足量的NaOH溶液，过滤，将滤渣在氮气气流中干燥得固体mg。 ②向滤渣中加入过量盐酸，过滤，将滤渣在氮气气流中干燥得固体n g。 由于缺少某步操作，使得测定的质量m、n均偏高。 ③按正确步骤重新进行实验后得到m=6.08 g，n=1.6 g。 则所缺少的步骤是 。 原混合物中各成分的质量之比是　　 　　。（不必化简） 【演练4】 某种催化剂为铁的氧化物。化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现红色。一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为+3的结论。 （1）请指出该结论是否合理并说明理由 。 （2）请完成对铁元素价态的探究： 限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹：3 mol·L-1H2SO4、3％H2O2、6 mol·L-1HNO3、0.01 mol·L-1KmnO4、NaOH稀溶液、0.1 mol·L-1KI、20％KSCN、蒸馏水。 ①提出合理假设 假设1：　　　　　　　； 假设2：　　　　　　　； 假设3：　　　　　　　。 ②设计实验方案证明你的假设（不要在答题卡上作答） ③实验过程 根据②的实验方案，进行实验。请在答题卡上按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。 实验操作 预期现象与结论 步骤1： 步骤2： 步骤3： … 【演练5】 某校化学研究性学习小组在学习了金属的知识后，探究Cu的常见化合物性质。过程如下： 【提出问题】 ① 周期表中，Cu、Al位置接近。Cu不如Al活泼，Al(OH)3具有两性，Cu(OH)2也具有两性吗？ ② 通常情况下，＋2价Fe的稳定性小于＋3价Fe，＋1价Cu的稳定性也小于＋2价Cu吗？ ③ CuO有氧化性，能被H2、CO等还原，也能被NH3还原吗？ 【实验方案】 （1）解决问题①需用到的药品有CuSO4溶液、 （填试剂），同时进行相关实验。 （2）解决问题②的实验步骤和现象如下：取98 g Cu(OH)2固体，加热至80 ℃～100 ℃时，得到黑色固体粉末，继续加热到1000 ℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末A。冷却后称量，A的质量为72 g，A的化学式为 。向A中加入适量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在。 （3）为解决问题③，设计的实验装置为（夹持及尾气处理装置未画出）： 实验中观察到CuO变为红色物质。查资料可知，同时生成一种无污染的气体。 该气体的化学式为 。 【实验结论】 （1）Cu(OH)2具有两性。证明Cu(OH)2具有两性的实验现象是 。 （2）根据实验方案（2），得出的＋1价Cu和＋2价Cu稳定性大小的结论是高温时 ； 在酸性溶液中 （3）CuO能够被NH3还原。 【问题讨论】 有同学认为NH3与CuO反应后生成的红色物质是Cu，也有同学认为NH3与CuO反应后生成的红色物质是Cu和A的混合物。请你设计一个简单的实验检验NH3与CuO反应后生成的红色物质中是否含有A？ 1 ( 2 ) ( 79 ) 学科网（北京）股份有限公司 $