考点12铁、铜元素单质及其重要化合物.doc

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1、 考点12 铁、铜元素单质及其重要化合物(2015福建高考9)纯净物X、Y、Z转化关系如下图所示,下列判断正确的是( )AX可能是金属铜BY不可能是氢气CZ可能是氯化钠DZ可能是三氧化硫【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)物质之间的转化;(2)物质转化时的反应条件和产物的判断确认。【解析】选A。A.若X是Cu,Y是Cl2,Cu在Cl2中燃烧产生Z是CuCl2,电解CuCl2溶液产生Cu和Cl2,符合题图转化关系,故选项说法正确;B.若X是Cl2,Y是氢气,氢气在氯气中燃烧产生Z是HCl,电解HCl的水溶液,产生氢气和氯气,符合题图转化关系,故选项说法错误;C.若Z是氯化钠,则X、Y分别

2、是Na和Cl2中的一种,电解氯化钠水溶液会产生氢气、氯气、氢氧化钠,不符合题图转化关系,故选项说法错误;D.若Z是三氧化硫,而X、Y可能是O2和SO2中的一种,SO3溶于水产生硫酸,电解硫酸溶液,实质是电解水,产生氢气和氧气,不符合题图转化关系,故选项说法错误。(2015山东高考10)某化合物由两种单质直接反应生成,将其加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生。下列化合物中符合上述条件的是( )AAlCl3BNa2OCFeCl2DSiO2【解析】选A。AlCl3可由Al与Cl2反应制得,AlCl3与Ba(HCO3)2反应生成CO2和Al(OH)3沉淀,A正确;Na2O与Ba(HCO3)

3、2反应没有气体生成,B错误;FeCl2不能由两种单质直接反应生成,C错误;SiO2不与Ba(HCO3)2(2015天津高考2)下列关于物质或离子检验的叙述正确的是( )A在溶液中加KSCN,溶液显红色,证明原溶液中有Fe3,无Fe2B气体通过无水硫酸铜,粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气C灼烧白色粉末,火焰呈黄色,证明原粉末中有Na,无KD将气体通入澄清石灰水,溶液变浑浊,证明原气体是CO2【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)CuSO45H2O为蓝色。(2)Na的黄色对K的颜色反应具有干扰作用。【解析】选B。Fe3遇KSCN会使溶液呈现红色,Fe2遇KSCN不反应无现象,如果该溶液既含F

4、e3,又含Fe2,滴加KSCN溶液,溶液呈红色,则证明存在Fe3,但并不能证明无Fe2,A项错误;气体通过无水硫酸铜,粉末变蓝,则发生反应:CuSO45H2OCuSO45H2O,CuSO45H2O为蓝色,故可证明原气体中含有水蒸气,B项正确;灼烧白色粉末,火焰呈黄色,证明原粉末中有Na,Na焰色反应为黄色,但并不能证明无K,因为Na的黄色对K的焰色反应具有干扰作用,故需透过蓝色的钴玻璃观察K焰色反应,C项错误;能使澄清石灰水变浑浊的气体有CO2、SO2等,故将气体通入澄清石灰水,溶液变浑浊,则原气体不一定是CO2,D项错误。(2015重庆高考1)中华民族有着光辉灿烂的发明史,下列发明创造不涉及

5、化学反应的是( )A用胆矾炼铜B用铁矿石炼铁C烧结粘土制陶瓷D打磨磁石制指南针【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)明确化学变化的实质;(2)陶瓷的烧制过程中生成了硅酸盐。【解析】选D。A项,胆矾的化学式为CuSO45H2O,由CuSO45H2OCu,有新物质生成,属于化学反应;B项,由Fe2O3Fe,有新物质生成,属于化学反应;C项,制陶瓷的原料是粘土,发生化学变化生成硅酸盐产品;D项,打磨磁石制指南针,只是改变物质的外形,没有新物质生成,不涉及化学反应。(2015江苏高考)在给定条件下,下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是( )A粗硅SiCl4SiBMg(OH)2MgCl2(a

6、q)MgCFe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3DAgNO3(aq)Ag(NH3)2OH(aq)Ag【解析】选A。Si2Cl2SiCl4,SiCl42H2Si4HCl,A项正确;工业上制备Mg是电解熔融状态下的氯化镁,B项错误;直接加热蒸发FeCl3溶液最终得不到无水氯化铁,需要在干燥的氯化氢气流中蒸发,C项错误;蔗糖是非还原性糖,与银氨溶液不反应,D项错误。(2015北京高考28)为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系,某同学通过改变浓度研究“2Fe32I2Fe2I2”反应中Fe3和Fe2的相互转化。实验如下:(1)待实验溶液颜色不再改变时,再进行实验,目的是使实验的反应达到 。

7、(2)是的对比实验,目的是排除中 造成的影响。(3)和的颜色变化表明平衡逆向移动,Fe2向Fe3转化。用化学平衡移动原理解释原因: 。(4)根据氧化还原反应的规律,该同学推测中Fe2向Fe3转化的原因:外加Ag使c(I)降低,导致I的还原性弱于Fe2,用如图装置(a、b均为石墨电极)进行实验验证。K闭合时,指针向右偏转,b作极。当指针归零(反应达到平衡)后,向U型管左管中滴加0.01 molL1AgNO3溶液,产生的现象证实了其推测,该现象是 。(5)按照(4)的原理,该同学用上图装置进行实验,证实了中Fe2向Fe3转化的原因。转化原因是 。与(4)实验对比,不同的操作是 。(6)实验中,还原

8、性:IFe2;而实验中,还原性:Fe2I,将(3)和(4)、(5)作对比,得出的结论是 。【解题指南】解答本题时应按照以下流程:【解析】(1)待实验溶液颜色不再改变时,再进行实验,目的是使实验的反应达到化学平衡状态。(2)实验加入了水,是实验的对比实验,因此目的是排除因加入FeSO4溶液而将溶液稀释引起溶液颜色的变化。(3)中加入AgNO3,Ag与I生成AgI黄色沉淀,I浓度降低,2Fe32I2Fe2I2平衡逆向移动,溶液褪色;中加入FeSO4,Fe2浓度增大,平衡逆向移动,溶液颜色变浅。(4)K闭合时,指针向右偏转,表明b极为正极,Fe3得电子;当指针归零(反应达到平衡)后,向U型管左管滴加

9、0.01 molL1AgNO3溶液,产生黄色沉淀,I浓度减小,2Fe32I2Fe2I2平衡左移,指针向左偏转。(5)Fe2向Fe3转化的原因是Fe2浓度增大,还原性增强。与(4)实验对比,不同的操作是当指针归零后,向U型管右管中滴加1 molL1FeSO4溶液。(6)将(3)和(4)、(5)作对比,得出的结论是在其他条件不变时,物质的氧化性和还原性与浓度有关,浓度的改变可影响物质的氧化性和还原性,导致平衡移动。答案:(1)化学平衡状态(2)溶液稀释对颜色变化(3)中加入Ag发生反应:AgIAgI,c(I)降低;中加入FeSO4,c(Fe2)增大,平衡均逆向移动(4)正左管产生黄色沉淀,指针向左

10、偏转(5)Fe2浓度增大,还原性增强,使Fe2还原性强于I向U型管右管中滴加1 molL1FeSO4溶液 (6)该反应为可逆氧化还原反应,在平衡时,通过改变物质的浓度,可以改变物质的氧化性和还原性,并影响平衡移动方向(2015全国卷27)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:回答下列问题:(1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式 。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有 _(写出两条)。(2)利用的磁性,可将其从

11、“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 。然后再调节溶液的pH约为5,目的是 。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为 。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程 。【解析】(1)Mg2B2O5H2O与硫酸反应,根据提示除生成硼酸外,只能生成硫酸镁。为增大反应速率,可采取粉碎矿石、加速搅拌或升高温度的方法。(2)具有磁性的物质是Fe3O4,不溶于酸的物质是二氧化硅和生成的硫酸钙。

12、(3)加入硫酸后溶液中含有亚铁离子和铁离子,亚铁离子不易除去,所以用H2O2把亚铁离子氧化为铁离子,调节pH约为5,使铁离子和铝离子转化为氢氧化物沉淀除去。(4)通过前面除杂,没有除去的离子只有镁离子,所以杂质只能是硫酸镁。(5)NaBH4中四个氢原子以硼原子为中心形成四个共价键,五个原子形成一个阴离子和钠离子结合。(6)硼酸和镁反应生成硼单质,镁只能是氧化镁,另外还有水生成,配平方程式即可。答案:(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42MgSO42H3BO3升高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)将Fe2氧化为Fe3使Al3和Fe3形成氢氧化物沉淀而除去(4)

13、(七水)硫酸镁(5) (6)2H3BO3B2O33H2O,B2O33Mg2B3MgO(2015四川高考11)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。活化硫铁矿还原Fe3的主要反应为FeS27Fe2(SO4)38H2O15FeSO48H2SO4,不考虑其他反应,请回答下列问题:(1)第步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是 。(2)检验第步中Fe3是否完全还原,应选择 (填字母编号)。( )AKMnO4溶液BK3Fe(CN)6溶液CKSCN溶液(3)第步加FeCO3调溶液pH到5.

14、8左右,然后在第步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是 。(4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。已知25,101 kPa时:4Fe(s)3O2(g)2Fe2O3(s) H=1 648 kJmol1C(s)O2(g)CO2(g)H=393 kJmol12Fe(s)2C(s)3O2(g)2FeCO3(s) H=1 480 kJmol1FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是 。(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池

15、,电池放电时的总反应为4LiFeS2Fe2Li2S,正极反应式是 。(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。将akg质量分数为b%的硫酸加入ckg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程,第步应加入FeCO3 kg。【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)三价铁离子的检验需要用硫氰酸根离子;(2)碳酸亚铁与硫酸按物质的量11反应。【解析】(1)H2SO4与Fe2O3反应的方程式为Fe2O33H2SO4Fe2(SO4)33H2O,其离子方程式为Fe2O36H2Fe33H2O。(2)检验Fe3是否反应完全,可

16、利用Fe3与KSCN的显色反应,生成红色溶液,故选C。(3)部分Fe2被空气中的氧气氧化为Fe3,Fe3水解产生H,使pH降低。(4)若将题中所给三个反应依次编为、号反应,则FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的反应可以由反应逆向进行后24得到,同时所对应的反应热要乘以相应的倍数,故其热化学方程式为4FeCO3(s)O2(g)2Fe2O3(s)4CO2(g)H=260 kJmol1。(5)正极发生的反应是还原反应,即得电子,故参加反应的物质应是FeS2,又知最后生成铁单质和S2,故正极反应式为FeS24eFe2S2。(6)方法1:由于最终得到FeSO4,根据元素守恒,n(Fe)=n(S),

17、Fe来自Fe2O3、FeS2、FeCO3;S来自FeS2、H2SO4则有(22)96%=96%22,则得m(FeCO3)(0.011 8ab0.646c)kg。方法2:首先浸出的Fe2O3的物质的量为=,由化学式Fe2(SO4)3可知同Fe2O3反应的硫酸的物质的量应为其的3倍,即3,化简即。而一共加入的硫酸的物质的量为,故剩余的硫酸的物质的量为。由题目可知在第步时又生成了硫酸,这一部分硫酸可通过Fe2(SO4)3的物质的量即计算而得,计算后可知第步中生成的硫酸的物质的量为(8/7)=。又因为Fe2与硫酸按物质的量11反应,故滤液中剩余的硫酸的物质的量即为应加入的FeCO3的物质的量,即为()

18、,乘以FeCO3的摩尔质量116 gmol1可得FeCO3的质量为()116 kg(0.011 8ab0.646c)kg。答案:(1)Fe2O36H2Fe33H2O(2)C(3)Fe2被氧化为Fe3,Fe3水解产生H(4)4FeCO3(s)O2(g)2Fe2O3(s)4CO2(g) H=260 kJmol1(5)FeS24eFe2S2或FeS24Li4eFe2Li2S (6)0.011 8ab0.646c(2015天津高考9)废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,

19、流程简图如下:回答下列问题:(1)反应是将Cu转化为Cu(NH3,反应中H2O2的作用是 。写出操作的名称:。(2)反应是铜氨溶液中的Cu(NH3与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式: 。操作用到的主要仪器名称为,其目的是(填序号) 。a.富集铜元素b.使铜元素与水溶液中的物质分离c.增加Cu2在水中的溶解度(3)反应是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。若操作使用右图装置,图中存在的错误是 。(4)操作以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是。操作由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是 。(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是。循环使

20、用的NH4Cl在反应中的主要作用是 。【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)注意观察流程图中各个步骤的条件及产物名称。(2)电解池产物的分析要注意在阴、阳极离子的放电顺序。【解析】(1)反应是将Cu转化为Cu(NH3,Cu被氧化,则反应中H2O2的作用是作氧化剂,操作是把滤渣和液体分离,所以该操作为过滤。(2)根据流程图可知,Cu(NH3与有机物RH反应生成CuR2和氨气、氯化铵,所以该反应的离子方程式为Cu(NH32RH2N2NH3CuR2,操作是把NH3和NH4Cl溶液与有机层分离,所以为分液操作,需要的主要仪器为分液漏斗;铜元素富集在有机层,所以该操作的目的是富集铜元素,使铜元素与

21、水溶液中的物质分离,答案选a、b。(3)CuR2中R元素为1价,所以反应是有机物溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和RH,操作使用的分液操作中分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁,且分液漏斗内液体过多。(4)以石墨作电极电解CuSO4溶液,阴极析出铜,阳极为阴离子氢氧根放电,阳极产物有O2和H2SO4;由溶液得到晶体的步骤为加热浓缩、冷却结晶、过滤。(5)操作中得到的硫酸可以用在反应中,所以第三处循环的试剂为H2SO4;氯化铵溶液为酸性,可降低溶液中氢氧根离子的浓度,防止由于溶液中的c(OH)过高,生成Cu(OH)2沉淀。答案:(1)作氧化剂过滤(2)Cu(NH32RH2N2NH3CuR2分液漏

22、斗a、b(3)RH分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁;液体过多(4)O2、H2SO4加热浓缩、冷却结晶、过滤 (5)H2SO4防止由于溶液中的c(OH)过高,生成Cu(OH)2沉淀(2015天津高考10)FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂,处理污水比FeCl3高效,且腐蚀性小。请回答下列问题:(1)FeCl3净水的原理是 。FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示) 。(2)为节约成本,工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。若酸性FeCl2废液中c(Fe2)=2.0102molL1,c(Fe3)=1.0103molL1

23、,c(Cl)=5.3102molL1,则该溶液的pH约为。完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式:ClFe2 ClFe3。(3)FeCl3在溶液中分三步水解:Fe3H2OFe(OH)2HK1Fe(OH)2H2OFe(OHHK2Fe(OHH2OFe(OH)3HK3以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是 。通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氯化铁,离子方程式为:xFe3yH2OFex(OHyH,欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号) 。a.降温b.加水稀释c.加入NH4Cl d.加入NaHCO3室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是 。(4)天津某污水处

24、理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如下图所示。由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁以Fe(mgL1)表示的最佳范围约为 mgL1。【解析】(1)Fe3水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质,可起到净水的作用;钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子,离子方程式是2Fe3Fe3Fe2。(2)根据电荷守恒,则溶液中氢离子的浓度是c(Cl)2c(Fe2)3c(Fe3)=1.0102molL1,所以pH=2;根据题意,氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁,则反应物中有氢离子参加,则生成物中有水生成,Cl的化合价从5价降低到1价,得到6个电子,而Fe的化合价从2价升高到3价,失去1个电子,根据得失电子

25、守恒,则氯酸根离子的化学计量数为1,Fe2的化学计量数为6,则铁离子的化学计量数也是6,氯离子的化学计量数是1,根据电荷守恒,则氢离子的化学计量数是6,水的化学计量数是3,即Cl6Fe26HCl6Fe33H2O。(3)铁离子的水解分为三步,且水解程度逐渐减弱,所以水解平衡常数逐渐减小,则K1K2K3;该水解为吸热反应,所以降温,平衡逆向移动;加水稀释,则水解平衡正向移动;加入氯化铵,氯化铵溶液为酸性,氢离子浓度增大,平衡逆向移动;加入碳酸氢钠,则消耗氢离子,所以氢离子浓度降低,平衡正向移动,所以答案选b、d;从反应的离子方程式中可知,氢离子的浓度影响高浓度聚合氯化铁的生成,所以关键步骤是调节溶

26、液的pH。(4)由题中图象可知,聚合氯化铁的浓度在1820 mgL1时,去除率达到最大值,污水的浑浊度减小。答案:(1)Fe3水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质2Fe3Fe3Fe2(2)2166H163H2O(3)K1K2K3b、d调节溶液的pH (4)18 20(2015海南高考17)工业上,向500600的铁屑中通入氯气生产无水氯化铁;向炽热铁屑中通入氯化氢生产无水氯化亚铁。现用如图所示的装置模拟上述过程进行实验。回答下列问题:(1)制取无水氯化铁的实验中,A中反应的化学方程式为 ,装置B中加入的试剂是 。(2)制取无水氯化亚铁的实验中,装置A用来制取。尾气的成分是。若仍

27、用D装置进行尾气处理,存在的问题是、。(3)若操作不当,制得的FeCl2会含有少量FeCl3,检验FeCl3常用的试剂是。欲制得纯净的FeCl2,在实验操作中应先,再。【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)铁及其化合物的转化以及制备;(2)物质制备实验中实验方案的设计与评价。【解析】(1)制取无水氯化铁的实验中,A装置为氯气制备装置,发生的反应为二氧化锰和浓盐酸加热,生成氯化锰、氯气和水,反应方程式为MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O;装置B为氯气的除杂装置(除去氯气中水蒸气),因此选择试剂为浓硫酸;(2)根据信息知制取无水氯化亚铁的实验中,装置A用来制取氯化氢,尾气成分为氯化氢和氢气;若用D装置来处理尾气,氯化氢极易溶于水,则容易发生倒吸现象,同时可燃性气体(氢气)不被吸收;(3)检验氯化铁常用试剂为KSCN溶液,欲制取纯净的氯化亚铁,应该防止氯气的干扰,在实验操作中应该先点燃A处酒精灯,利用产生的氯化氢排尽装置中的空气,再点燃C处酒精灯。答案:(1)MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O浓硫酸(2)HClHCl和H2发生倒吸可燃性气体H2不能被吸收(3)KSCN溶液点燃A处的酒精灯点燃C处的酒精灯