第12讲 铁铜及其化合物（讲义）（原卷版）-2023年高考化学一轮复习必做提升讲义（夯基础·再突破）

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第12讲 铁铜及其化合物
一 铁的位置和物理性质

1.铁及其化合物间的主线
Fe―→―→―→
2.铁及其化合物间的转化关系

3.铁元素的变价
(1)单质铁
①生成＋2价：铁与S、H＋、Cu2＋、I2等反应生成＋2价。
如：Fe＋SFeS、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
②生成＋3价：铁与Cl2、Br2等反应生成＋3价。如2Fe＋3Cl22FeCl3。
③生成＋2、＋3价：铁与H2O、O2反应生成Fe3O4。3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
④铁与HNO3反应：
当Fe过量生成＋2价，3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO＋4H2O；
当Fe不足时生成＋3价，Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO＋2H2O。
(2)铁的化合物：FeO、Fe3O4、Fe2O3、Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe2＋、Fe3＋等。
＋2价铁具有还原性，与强氧化性物如HNO3、Cl2等发生氧化还原反应：
如：3FeO＋10HNO3===3Fe(NO3)3＋NO＋5H2O。
＋3价铁具有氧化性，与强还原性物质，
如：HI、Fe、Cu、I－、S2－等发生氧化还原反应，
如：Fe2O3＋6HI===2FeI2＋I2＋3H2O,2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
特别强调：
①Fe与一般酸反应生成Fe2＋，与酸的量无关，但Fe与稀HNO3反应时最终铁的价态与铁的量有关。
②铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。
4.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
—
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价，＋3价
与H＋反应的离子方程式
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
共性
高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，生成单质铁

特别强调：
①FeO、Fe3O4、Fe2O3与硝酸反应时均生成Fe3＋。
②Fe3O4的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe2O3，即有的铁显＋2价，的铁显＋3价。
课堂检测01
1．下列说法正确的是________(填序号)。
①Fe在稀硝酸中发生钝化。
②FeS、FeCl2、FeCl3均可以通过单质化合得到。
③铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分为Fe2O3·xH2O。
④常温下，用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸。
⑤Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3，在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。
⑥Fe3O4中的Fe有＋2、＋3价，故Fe3O4为混合物。
⑦FeO、Fe3O4溶于强酸，溶液中一定含有Fe2＋。
2．“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。同是由黏土烧制的砖瓦，有的是黑色的，有的却是红色的，你猜测其中的原因可能是(　　)
A．土壤中含有铁粉、二氧化锰等
B．黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑，红砖瓦则是添加了红色耐高温染料
C．土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色CuO和红色Cu
D．土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3
3．下列叙述正确的是(　　)
A．Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，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
C．先后将等物质的量的Fe2O3和Fe分别溶于同一稀盐酸时无气体放出
D．Fe2O3→FeCl3(aq)无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化
4.在硫酸铁溶液中，加 入a g铜完全溶解后再加入b g铁，充分反应后得到c g残余固体，下列说法中正确的有(　 )
①若a>c，则残余固体是铁和铜的混合物　
②若a>c，则最终溶液中一定有Fe2＋和Cu2＋　
③若a>c，则最终溶液中一定没有Fe3＋　
④若a ⑤若a A．0项 B．1项
C．2项 D．3项
5.向含有1 mol HNO3和1 mol H2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量，溶液中金属阳离子a、b与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。下列有关判断不正确的是(　 　)

A．a表示Fe3＋的关系曲线
B．n1＝0.75
C．P点时，n(Fe2＋)＝0.562 5 mol
D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解14.4 g

要点强调：铁与稀硫酸、稀硝酸的混酸反应顺序总结：
足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：
Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO＋2H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2(若H＋量不足，该反应不再发生)。
5.铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
溶解性
难溶于水
难溶于水
与盐酸
反应
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
受热
分解
—
2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
制法
可溶性亚铁盐与强碱溶液反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与强碱溶液反应：
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
特别强调：
1.空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
2.制备Fe(OH)2时要避开O2的环境。
3.制备Fe(OH)2常用的三种方法
方法一：有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图1所示。
方法二：还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀，如图2所示。

图1　　　　　 图2　　　　　 图3
方法三：电解法
用铁做阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯，如图3所示。

课堂检测02
1.如图所示，此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化，实验时必须使用铁屑和6 mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是___________ 。
(2)实验开始时应先将活塞a________(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：____________。
(4)实验完毕，打开b处活塞，通入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为_______________。
(5)下列图2各图示中________能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。

　　　图1

　　　　　　　　　　　　　　图2
特别强调：防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。
6.亚铁、铁盐的性质、检验、转化、保存
1）Fe2＋、Fe3＋的检验方法
（1）用KSCN溶液和氯水

（2）用NaOH溶液
　
（3）含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
溶液变红色，说明含有Fe3＋。
KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2＋。
（4）Fe2＋的特征检验方法
产生蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋，3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
特别强调：
①检验Fe2＋时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN－)。
②Fe3＋、Fe2＋、Cl－同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2＋(Cl－能还原酸性KMnO4，有干扰)。
2）“铁三角”的关系

3）含铁物质的分离与提纯
主要物质
杂质
除杂方法
Fe2＋
Fe3＋
加过量铁粉后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2
Fe2＋
Cu2＋
加过量铁粉后过滤
Fe
Al
加过量NaOH溶液后过滤
Fe2O3
Al2O3、SiO2
加过量NaOH溶液后过滤
4)盐溶液的保存

5)物质的制备

6)铁盐的性质及应用
(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。
①Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO等具有较强还原性的离子不能大量共存。
②Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。
(2)易水解：Fe(OH)3是很弱的碱，且溶度积很小，因而Fe3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。
利用Fe3＋易水解的性质，实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学方程式：FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。
课堂检测03
1． 《新修本草》中关于“青矾”的描述：“本来绿色，新出窟未见风者，正如琉璃，烧之赤色”。《物理小识》中说：“青矾厂气熏人，衣服当之易烂，栽木不茂”，下列相关叙述不正确的是
(　　)
A．赤色固体可能是Fe2O3
B．青矾宜密闭保存，防止氧化变质
C．青矾燃烧过程中发生了电子转移
D．“青矾厂气”可能是CO和CO2
2．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＋
3．下列有关Fe3＋、Fe2＋的性质及应用的说法正确的是____________(填序号)。
①Fe2(SO4)3易溶于水，所以可用作净水剂
②向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉，可制得硫酸亚铁溶液
③室温下，向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液，再滴加几滴淀粉溶液，溶液变蓝色，则说明Fe3＋的氧化性比I2的强
④Fe2＋与H2O2在酸性溶液中的反应：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
⑤硫酸亚铁片和维生素C同时服用，能增强治疗缺铁性贫血的效果
4.将0.2 mol·L－1的KI溶液和0.05 mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等体积混合充分反应后，取混合液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2的是(　　)
A．向混合液中滴入KSCN溶液，溶液变红色
B．向混合液中滴入AgNO3溶液，有黄色沉淀生成
C．向混合液中滴入K3[Fe(CN)6]溶液，有蓝色沉淀生成
D．向混合液中滴入淀粉溶液，溶液变蓝色
7.铜的主要性质

1）铜的重要化合物的性质及应用

2）氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。

3）铜盐
①Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈色，是铜锈的主要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。
②CuSO4
CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。不能作为干燥剂。
③铜盐的毒性
铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
特别强调：
反应CuSO4＋H2S===CuS↓＋H2SO4可说明CuS难溶于非氧化性强酸，但不能说明酸性H2S>H2SO4。
课堂检测04
1.《淮南万毕术》中记载“曾青得铁，则化为铜，外化而内不化”，下列说法中正确的是(　　)
A．“化为铜”表明发生了氧化还原反应
B．“外化”时化学能转化为电能
C．“内不化”是因为内部的铁活泼性较差
D．反应中溶液由蓝色转化为黄色
2.某实验小组利用Fe2O3、Cu2O的混合物制取较纯净的胆矾(CuSO4·5H2O)，实验方案如图所示：

（1）稀硫酸溶解混合物时发生反应的离子方程式为
Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O、_________________________________。
(2)加H2O2的目的是________________，其反应的离子方程式为______________________
__________________________________________________。
(3)溶液乙中加入适量CuO时发生反应的离子方程式为____________________。
(4)操作Ⅰ主要包括________、________、过滤、洗涤、晾干等步骤。

提升训练
1.铁的氧化物有很多，在中学化学中经常提到的有FeO、Fe2O3和Fe3O4，而且在一定条件下它们之间是可以相互转化的，例如：在1 400 ℃以上的温度下加热Fe2O3时，Fe2O3会部分失去氧，生成Fe3O4。下列有关说法正确的是(　　)
A．FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体
B．Fe3O4常写成FeO·Fe2O3，其中既有＋2价的Fe，又有＋3价的Fe，所以Fe3O4是一种混合物
C．热稳定性：Fe2O3>Fe3O4
D．FeO、Fe2O3和Fe3O4均可与盐酸反应，且反应类型均为复分解反应
2.下列说法错误的是(　 　)
①向NaClO溶液中滴入少量FeSO4溶液，反应的离子方程式为
2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===Cl－＋2Fe3＋＋H2O
②向FeSO4溶液中先滴入KSCN溶液，再滴加H2O2溶液，溶液变成血红色，说明Fe2＋既有氧化性又有还原性
③将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液，有气体生成，溶液呈血红色，则稀硝酸将Fe氧化为Fe3＋
④向某溶液中滴加氯水后再加入KSCN溶液，溶液呈红色，溶液中一定含有Fe2＋
⑤在溶液中加KSCN溶液显红色，证明原溶液中有Fe3＋，无Fe2＋
A．①②③④ B．①②③④⑤
C．②③④ D．②③④⑤
3.准确称取某种铁的氧化物2.88 g，用足量的CO进行还原，将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4.00 g，则这种铁的氧化物为(　　)
A．Fe3O4 B．Fe2O3
C．FeO D．以上都不是
4.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
5.在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g铜，完全溶解后，再加b g铁，充分反应后得到c g残余固
体，且a>c，则下列说法正确的是(　　)
A．残余固体是铜和铁
B．最后得到的溶液中一定含有Cu2＋
C．将残余固体加入稀硫酸中，有气泡产生
D．最后得到的溶液中可能含有Fe3＋
6.下列除杂的操作不正确的是(　　)
A．MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量镁充分反应后过滤
B．FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤
C．CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入NaOH溶液充分反应后过滤
D．CuCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入CuO充分反应后过滤
7.将一定量的SO2通入FeCl3溶液中，取混合溶液分别进行下列实验，能证明SO2与FeCl3溶液发生了氧化还原反应的是(　　)
选项
实验操作
现象
A
加入NaOH溶液
生成红褐色沉淀
B
加入Ba(NO3)2溶液
生成白色沉淀
C
加入酸性KMnO4溶液
紫色褪去
D
加入K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液
生成蓝色沉淀

8.FeCl3易潮解、易升华，实验室制备FeCl3的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。下列说法正确的是(　　)

A．导管g的作用是增强装置的气密性
B．试剂X和试剂Y分别为浓硫酸、饱和食盐水
C．直接用E接收产物比用导管连接D、E的优点是可防止堵塞
D．出于简化装置的目的，F装置可拆除
9.下列关于Fe3＋、Fe2＋性质实验的说法错误的是(　　)

A．用如图装置可以制备Fe(OH)2
B．配制FeCl3溶液时，先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中，再加水稀释到所需要的浓度
C．向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，此现象不能确定溶液中含有Fe2＋
D．向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2＋被氧化
10.FeCl3易潮解、易升华，实验室制备FeCl3的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。下列说法正确的是(　　)

A．导管g的作用是平衡气压，便于液体滴下
B．试剂X和试剂Y分别为浓硫酸、饱和食盐水
C．直接用E接收产物比用导管连接D、E的优点是可防止堵塞
D．出于简化装置的目的，F装置可拆除
11.欲探究浓硫酸与Fe共热反应后铁元素的价态，设计下列实验，请填空：
将反应后试管中的溶液稀释。取少量溶液，滴入3～5滴________溶液，若溶液呈红色，则证明含有Fe3＋，否则不含Fe3＋；取少量溶液，滴入3～5滴________溶液，若溶液褪色，则证明含有Fe2＋，否则不含Fe2＋。若实验证明反应后的溶液中只含有Fe3＋，则反应的化学方程式是________________________________。
12.绿矾被广泛用于医药和工业领域，工业上两种制备绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如图所示，根据题意回答下列问题：
方法一：利用黄铜矿粉(主要成分为CuFeS2)制取绿矾

(1)试剂a和试剂b分别是________________，操作1的名称是________。
(2)有一种细菌在有氧气存在的稀硫酸中，可以将CuFeS2氧化成硫酸盐，写出该反应的化学方程式：________________________。
方法二：利用工业废铁屑制取绿矾

(3)加入适量Na2CO3溶液的作用是____________。
(4)操作Ⅰ需要用到的玻璃仪器名称有__________________________________________。
(5)通过检验CO来判断操作Ⅰ是否洗涤干净，检验的方法是_____________________。
13.某小组在验证反应“Fe＋2Ag＋===Fe2＋＋2Ag”的实验中检测到Fe3＋，发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L－1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取出少量黑色固体，洗涤后，____________________________________(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有__________。
(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3＋，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，乙依据的原理是______________________________________________(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验：
①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀；溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀，较3 min时量少；溶液红色较3 min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀，较30 min时量少；溶液红色较30 min时变浅

(资料：Ag＋与SCN－生成白色沉淀AgSCN)
②对Fe3＋产生的原因作出如下假设：
假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3＋；
假设b：空气中存在O2，由于________________________________(用离子方程式表示)，可产生Fe3＋；
假设c：酸性溶液中的NO具有氧化性，可产生Fe3＋；
假设d：根据____________________________________________现象，判断溶液中存在Ag＋，可产生Fe3＋。
③下述实验可证实假设a、b、c不是产生Fe3＋的主要原因。
实验：向硝酸酸化的__________溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。
14.铁、铝、铜等金属及其化合物在日常生活中应用广泛。请根据下列实验回答问题。
(1)生铁中含有一种铁碳化合物X(Fe3C)。X在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y，将Y溶于过量盐酸后溶液中大量存在的阳离子是____________，Y与过量浓硝酸反应后的溶液中含有的盐的化学式为_____________________________________
(2)某溶液中含有Mg2＋、Fe2＋、Al3＋、Cu2＋等离子，向其中加入过量的NaOH溶液后，过滤，将滤渣高温灼烧并将灼烧后的固体投入到过量的稀盐酸中，所得溶液与原溶液相比，溶液中大量减少的阳离子是________(填字母)。
A．Mg2＋　　 B．Fe2＋　　　C．Al3＋　　　D．Cu2＋
(3)氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程图如下：

①操作Ⅰ的名称是________；操作Ⅱ的名称是_________；操作Ⅱ的方法为___________________。
②Na2CO3溶液可以除油污，原因是(用离子方程式表示)_______________________。
③请写出生成FeCO3沉淀的离子方程式：_________________________________________。