(通用版)2022高考化學一輪復(fù)習 第三章 金屬及其化合物 3.4 難點專攻 鐵、銅重要化合物的性質(zhì)探究學案(含解析)
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1、(通用版)2022高考化學一輪復(fù)習 第三章 金屬及其化合物 3.4 難點專攻 鐵、銅重要化合物的性質(zhì)探究學案(含解析) 考法一 氫氧化亞鐵的制備原理和方法 1.制備原理 (1)制備原理:Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。 (2)成功關(guān)鍵:溶液中不含O2等氧化性物質(zhì);制備過程中,保證生成的Fe(OH)2在密閉的、隔絕空氣的體系中。 2.常用方法 (1)有機層隔離法 ①反應(yīng)在試管底部進行(這是唯一一種把膠頭滴管插入反應(yīng)溶液的實驗)。 ②加隔氧劑,如加入汽油、苯等比水輕的有機溶劑[如圖,由于苯的液封作用,可防止生成的Fe(OH)2被氧化,因而可較長時間觀察到白色的Fe(O
2、H)2沉淀]。 (2)還原性氣體保護法 該方法是先在裝置Ⅰ中產(chǎn)生FeSO4溶液,并利用產(chǎn)生的H2排盡整個裝置中的空氣,待檢驗H2的純度后,再關(guān)閉止水夾K,利用產(chǎn)生的H2把FeSO4溶液壓入裝置Ⅱ中與NaOH溶液進行反應(yīng)。 (3)電解法 該方法中鐵作電解池的陽極,電極反應(yīng)為Fe-2e-===Fe2+,陰極反應(yīng)為2H++2e-===H2↑,生成的氫氣可以趕走溶液中的氧氣,溶液中c(OH-)增大,與Fe2+結(jié)合生成Fe(OH)2沉淀,汽油起“液封”作用。 電解時,在兩極間最先觀察到白色沉淀。 [典例1] (1)下列各圖示中,能較長時間觀察到Fe(OH)2白色沉淀的是______
3、__。 (2)用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:用不含F(xiàn)e3+的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應(yīng)制備。 ①用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時還需加入________。 ②除去蒸餾水中溶解的O2常采用________的方法。 ③生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再擠出NaOH溶液。這樣操作的理由是_________________________________ ______________________________________________________________
4、__________。 [解析] (1)因為Fe(OH)2在空氣中容易被氧化為紅褐色的Fe(OH)3,因此要較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除裝置中的氧氣或空氣。①、②原理相同,都是先用氫氣將裝置中的空氣排盡,并使生成的Fe(OH)2處在氫氣的保護中;③的原理為鐵作陽極產(chǎn)生Fe2+,與電解水產(chǎn)生的OH-結(jié)合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保護,能防止空氣進入;⑤中液面加苯阻止了空氣進入;④由于帶入空氣中的氧氣,能迅速將Fe(OH)2氧化,因而不能較長時間看到白色沉淀。 (2)①Fe2+易水解,要加入稀硫酸防止其水解;Fe2+易被空氣中的O2氧化,要加Fe粉防止Fe2+被氧化。②氣
5、體的溶解度隨溫度升高而降低,所以煮沸后的水中溶解的O2較少。 [答案] (1)①②③⑤ (2)①稀硫酸、鐵屑?、谥蠓小、郾苊馍傻腇e(OH)2沉淀接觸O2 考法二 綠礬(FeSO4·7H2O)的制備原理和方法 (1)將配制溶液的蒸餾水煮沸,驅(qū)除溶液中的氧氣。 (2)將盛有NaOH溶液的膠頭滴管尖端插入試管中亞鐵鹽溶液底部,并慢慢擠出NaOH溶液。 (3)在亞鐵鹽溶液上面充入保護氣,如H2、N2、稀有氣體等。 (4)在亞鐵鹽溶液上面加保護層,如苯、植物油等。 (5)用Fe作陽極,石墨作陰極,電解NaOH溶液,利用新產(chǎn)生的Fe2+與OH-反應(yīng)制取。 考法(二) 綠礬(FeSO
6、4·7H2O)的制備 1.用廢鐵屑(含少量SiO2和氧化鐵)制取綠礬 從FeSO4溶液中獲得FeSO4·7H2O,需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、冰水洗滌、低溫干燥等操作。 其中,冰水洗滌的目的是減少晶體的溶解損耗; 低溫干燥的目的是防止晶體受熱失去結(jié)晶水。 以上結(jié)晶過程最好是在氮氣的環(huán)境中進行,其中N2的作用是防止綠礬在空氣中被O2氧化而變質(zhì)。 2.用燒渣制備綠礬 (燒渣中主要含F(xiàn)eO、Fe2O3,還有一定量的SiO2) 試劑X可以是SO2,也可以是Fe,其目的是將溶液中Fe3+還原為Fe2+。 若試劑X為SO2,其轉(zhuǎn)化原理為: SO2+Fe2(SO4)3+2H
7、2O===2FeSO4+2H2SO4 若試劑X為Fe,其轉(zhuǎn)化原理為: Fe+Fe2(SO4)3===3FeSO4 測得“還原”后溶液的pH明顯增大,其原因是Fe消耗過量的H2SO4,溶液酸性減弱。 [典例2] 綠礬被廣泛用于醫(yī)藥和工業(yè)領(lǐng)域,工業(yè)上兩種制備綠礬(FeSO4·7H2O)的流程如圖所示,根據(jù)題意回答下列問題: 方法一:利用黃銅礦粉(主要成分為CuFeS2)制取綠礬 (1)試劑a和試劑b分別是________________,操作1的名稱是________。 (2)有一種細菌在有氧氣存在的稀硫酸中,可以將CuFeS2氧化成硫酸鹽,寫出該反應(yīng)的化學方程式:_______
8、_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 方法二:利用工業(yè)廢鐵屑制取綠礬 (3)加入適量Na2CO3溶液的作用是____________。 (4)操作Ⅰ需要用到的玻璃儀器名稱有____________________________________。 (5)通過檢驗CO來判斷操作Ⅰ是否洗滌干凈,檢驗的方法是______________________ ____
9、____________________________________________________________________。 [解析] (1)由流程圖可知濾渣2為Fe(OH)3,而目標產(chǎn)物為綠礬(FeSO4·7H2O),所以試劑a為稀H2SO4,起溶解作用,b為鐵粉,起還原作用;由流程圖可知操作1為過濾,其作用為除去過量的鐵粉。(2)由題意可知,在細菌的作用下,氧氣氧化黃銅礦的反應(yīng)方程式為4CuFeS2+17O2+2H2SO4===4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O。(3)CO水解時使溶液呈堿性,可以除去油污。(4)因為操作Ⅰ為過濾與洗滌,所用的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒
10、、漏斗。 [答案] (1)稀H2SO4、鐵粉 過濾 (2)4CuFeS2+17O2+2H2SO4===4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O (3)除去油污 (4)燒杯、玻璃棒、漏斗 (5)取少量最后一次的洗滌液于試管中,滴加BaCl2溶液,若無白色沉淀生成,則已經(jīng)洗滌干凈;若有白色沉淀生成,則未洗滌干凈 [綜合訓練] 1.硫酸亞鐵是一種重要的化工原料,可以用來制備一系列物質(zhì)(如圖所示)。下列說法錯誤的是( ) A.堿式硫酸鐵水解能產(chǎn)生Fe(OH)3膠體,可用作凈水劑 B.為防止NH4HCO3分解,制備FeCO3需在較低溫度下進行 C.可用KSCN溶液檢驗(NH4)2
11、Fe(SO4)2是否被氧化 D.常溫下,(NH4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比FeSO4的大 解析:選D 堿式硫酸鐵電離產(chǎn)生Fe3+,F(xiàn)e3+能發(fā)生水解反應(yīng)生成Fe(OH)3膠體,F(xiàn)e(OH)3膠體具有吸附性,可用作凈水劑,故A項正確;NH4HCO3不穩(wěn)定,受熱易分解,為防止NH4HCO3分解,制備FeCO3需在較低溫度下進行,故B項正確;KSCN溶液遇Fe2+溶液無現(xiàn)象,(NH4)2Fe(SO4)2中Fe2+被氧化則生成Fe3+,KSCN溶液遇Fe3+溶液變紅,故C項正確;(NH4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比FeSO4的小,F(xiàn)eSO4才能與(NH4)2SO4反應(yīng)生成(NH4
12、)2Fe(SO4)2,故D項錯誤。 2.綠礬(FeSO4·7H2O)是治療缺鐵性貧血藥品的重要成分。下面是以市售鐵屑(含少量錫、氧化鐵等雜質(zhì))為原料生產(chǎn)純凈綠礬的一種方法: 查詢資料,得有關(guān)物質(zhì)的數(shù)據(jù)如下表: 25 ℃時 飽和H2S溶液 SnS沉淀完全 FeS開始沉淀 FeS沉淀完全 pH 3.9 1.6 3.0 5.5 (1)檢驗制得的綠礬晶體中是否含有Fe3+,最好選用的試劑為________。 A.KSCN溶液 B.NaOH溶液 C.KMnO4溶液 (2)操作Ⅱ中,通入硫化氫至飽和的目的是(寫兩點)________________、_____
13、___________。 (3)操作Ⅳ的順序依次為________、冷卻結(jié)晶、過濾。 (4)測定綠礬產(chǎn)品中Fe2+含量的方法是: a.稱取3.72 g綠礬產(chǎn)品,溶解,在250 mL容量瓶中定容; b.量取25.00 mL待測溶液于錐形瓶中; c.用硫酸酸化的0.010 00 mol·L-1KMnO4溶液滴定至終點,消耗KMnO4溶液體積的平均值為20.00 mL。 ①滴定時盛放KMnO4溶液的儀器為________(填儀器名稱)。 ②計算上述樣品中FeSO4·7H2O的質(zhì)量分數(shù)為________。 ③上述測定中,若滴定管規(guī)格為50 mL,則步驟a中稱取樣品的質(zhì)量不能超過____
14、__g。(保留4位小數(shù)) 解析:(1)檢驗所得綠礬晶體中是否含有Fe3+的實驗操作是利用三價鐵離子檢驗方法:Fe3+和SCN-會反應(yīng)生成紅色的Fe(SCN)3,從而證明了Fe3+的存在。(2)通入硫化氫至飽和的目的是:硫化氫具有強還原性,可以將Fe3+還原為Fe2+。H2S在溶液中飽和,可以增大溶液中的S2-濃度,盡量保證將Sn2+轉(zhuǎn)化為SnS沉淀,以便于過濾除去Sn雜質(zhì)。(3)溶液中得到晶體,需要對溶液進行加熱蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾,洗滌,干燥等,所以操作Ⅳ的順序依次為:蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。(4)①高錳酸鉀溶液具有強氧化性,所以會氧化堿式滴定管尖嘴處的橡膠管,所以滴定時盛放KMnO
15、4溶液的儀器為酸式滴定管。②用硫酸酸化的0.010 00 mol·L-1KMnO4溶液滴定至終點,消耗KMnO4溶液體積的平均值為20.00 mL,則根據(jù)方程式:5Fe2++MnO4+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O得到:n(Fe2+)=0.010 00 mol·L-1×0.020 0 L×5=0.001 mol。所以250 mL溶液中有n(Fe2+)=0.01 mol。則FeSO4·7H2O物質(zhì)的量也是0.01 mol,質(zhì)量為0.01 mol×278 g·mol-1=2.78 g,質(zhì)量分數(shù)為:2.78 g÷3.72 g==74.73%=75%。③若滴定管規(guī)格為50 mL,則最多能量
16、出50 mL的高錳酸鉀溶液,根據(jù)方程式:5Fe2++MnO+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O得到最多反應(yīng)的n(Fe2+)=0.010 00 mol·L-1×0.050 0 L×5=0.002 5 mol,所以250 mL溶液中有n(Fe2+)=0.025 mol,則FeSO4·7H2O物質(zhì)的量最多是0.025 mol,質(zhì)量為0.025 mol×278 g·mol-1=6.95 g,因為樣品中FeSO4·7H2O的質(zhì)量分數(shù)為,所以樣品質(zhì)量為6.95 g÷=9.3 g,題目要求保留4位小數(shù),所以為9.300 0 g。 答案:(1)A (2)除去溶液中的Sn2+ 將Fe3+還原成Fe2+
17、 (3)蒸發(fā)濃縮 (4)①酸式滴定管?、?5%?、?.300 0 考點二 含鐵化合物的分離提純與性質(zhì)探究 考法一 化工生產(chǎn)中Fe3+、Fe2+的除雜方法 1.除去CuCl2溶液中的FeCl2 (1)示例說明 已知不同金屬離子生成氫氧化物沉淀所需的pH如下表: 金屬離子 Fe3+ Cu2+ Fe2+ Ni2+ Mg2+ 開始沉淀的pH 2.7 4.4 7.0 7.1 9.3 沉淀完全的pH 3.7 6.4 9.6 9.2 10.8 除雜的流程圖: (2)注意事項 ①若直接調(diào)節(jié)溶液的pH,待Fe2+沉淀完全,Cu2+也已沉淀完全,不能除去
18、Fe2+,不可行。 ②先將Fe2+氧化成Fe3+,再調(diào)溶液的pH為3.7≤pH<4.4,此時Fe3+沉淀完全,Cu2+未沉淀,過濾除去Fe(OH)3沉淀。 ③加入的氧化劑可以是雙氧水或氯氣等,注意不能引入新的雜質(zhì)。 ④調(diào)節(jié)溶液pH的物質(zhì),要消耗氫離子,但不能引入新雜質(zhì),可為CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。 2.常見的其他物質(zhì)中鐵的除雜方法 所加試劑 說明 除去Mg2+中混有的Fe3+ Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2 加MgO等調(diào)pH為3.7≤pH<9.3,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,過濾除去 除去Cu2+中混有的Fe3+
19、CuO、CuCO3、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3 加CuO等調(diào)pH為3.7≤pH<4.4,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,過濾除去 除去Mg2+中混有的Fe2+ 先加入氧化劑(如H2O2等)將Fe2+氧化成Fe3+,再加Mg、MgO、MgCO3或Mg(OH)2 加MgO等調(diào)pH為3.7≤pH<9.3,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,過濾除去 除去Ni2+中混有的Fe2+ 先加入氧化劑(如H2O2等)將Fe2+氧化成Fe3+,再加NiO等物質(zhì) 加NiO等調(diào)pH為3.7≤pH<7.1,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,過濾除去 [典例1] 煉鋅廠的銅鎘廢渣中
20、含有銅、鋅、鎘、鐵、砷等元素,其含量依次減少。對這些元素進行提取分離能減少環(huán)境污染,同時制得ZnSO4·7H2O實現(xiàn)資源的再利用。其流程圖如下。已知FeAsO4難溶于水;ZnSO4·7H2O易溶于水,難溶于酒精。 金屬離子 Fe3+ Zn2+ Mn2+ Cu2+ Cd2+ 開始沉淀pH 2.7 6.5 7.7 5.2 6.9 沉淀完全pH 3.2 8.0 9.8 6.4 9.4 請回答下列問題: (1)提高浸出率可以采用的方法是(寫出其中一點即可)_________________________。 (2)濾液Ⅰ中有少量的AsO,若不除去,則A
21、sO與Cd反應(yīng)會產(chǎn)生一種有毒氫化物氣體,該氣體的分子式為______。向濾液Ⅰ中逐滴滴入酸性KMnO4溶液可與AsO反應(yīng)生成FeAsO4,完成該反應(yīng)的離子方程式: ___Fe2++___AsO+___MnO+____===____Mn2++____FeAsO4↓+____,判斷該滴定終點的現(xiàn)象是_________________________________________________。 (3)流程中②調(diào)節(jié)pH時可以選用的試劑為__________,濾渣Ⅱ的主要成分為__________。 (4)常溫下Zn(OH)2的溶度積Ksp=________。 (5)制得的ZnSO4·7H
22、2O需洗滌,洗滌晶體時應(yīng)選用試劑為____________________。 [解析] (4)當Zn2+沉淀完全時溶液中c(Zn2+)≤10-5 mol·L-1,則Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·c2(OH-)=10-5×(10-6)2=10-17。 [答案] (1)適當增大硫酸濃度、升高溶液溫度、攪拌、將銅鎘渣磨碎成小顆粒等(合理答案均可) (2)AsH3 5Fe2++5AsO+3MnO+14H+===3Mn2++5FeAsO4↓+7H2O 滴最后一滴KMnO4,溶液變?yōu)榉奂t色且半分鐘內(nèi)不恢復(fù)為原色,則反應(yīng)滴定到終點 (3)ZnO、ZnCO3、Zn(OH)2等合理答案均可
23、 FeAsO4、Fe(OH)3 (4)10-17 (5)乙醇(或飽和硫酸鋅溶液) 考法二 探究Fe2+、Fe3+的性質(zhì) [典例2] (2016·全國卷Ⅱ)某班同學用如下實驗探究Fe2+、Fe3+的性質(zhì)。 回答下列問題: (1)分別取一定量氯化鐵、氯化亞鐵固體,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量鐵屑,其目的是________________________________________________。 (2)甲組同學取2 mL FeCl2溶液,加入幾滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液變紅,說明Cl2可將Fe2+氧化。FeCl2溶液與氯水反應(yīng)的離
24、子方程式為______________________。 (3)乙組同學認為甲組的實驗不夠嚴謹,該組同學在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入幾滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液變紅,煤油的作用是________________________。 (4)丙組同學取10 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合。分別取2 mL此溶液于3支試管中進行如下實驗: ①第一支試管中加入1 mL CCl4充分振蕩、靜置,CCl4層顯紫色; ②第二支試管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成藍色沉淀; ③第三支
25、試管中加入1滴KSCN溶液,溶液變紅。 實驗②檢驗的離子是________(填離子符號);實驗①和③說明:在I-過量的情況下,溶液中仍含有________(填離子符號),由此可以證明該氧化還原反應(yīng)為________。 (5)丁組同學向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液,溶液變成棕黃色,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________;一段時間后,溶液中有氣泡出現(xiàn),并放熱,隨后有紅褐色沉淀生成。產(chǎn)生氣泡的原因是________________;生成沉淀的原因是_______________________________________
26、_________________________________ (用平衡移動原理解釋)。 [解析] (1)Fe2+具有很強的還原性,易被空氣中的O2氧化為Fe3+,在FeCl2溶液中加入少量鐵屑,可防止Fe2+被氧化。 (2)Fe2+被氧化為Fe3+,Cl2被還原為Cl-,反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。 (3)O2難溶于煤油,加入煤油能隔絕空氣,排除O2對實驗的影響。 (4)KI溶液與FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式為2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。K3[Fe(CN)6]是檢驗Fe2+的試劑。實驗③溶液變紅,說明溶液中仍存在Fe3+,由此
27、可說明該氧化還原反應(yīng)為可逆反應(yīng)。 (5)酸化的FeCl2溶液與H2O2反應(yīng),F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+,H2O2被還原為H2O,反應(yīng)的離子方程式為H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。Fe3+對H2O2的分解起催化作用,當反應(yīng)一段時間后,會發(fā)生反應(yīng):2H2O22H2O+O2↑,故溶液中產(chǎn)生氣泡。由于H2O2分解反應(yīng)放熱,促使Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡右移,最終出現(xiàn)Fe(OH)3紅褐色沉淀。 [答案] (1)防止Fe2+被氧化 (2)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- (3)隔絕空氣(排除氧氣對實驗的影響) (4)Fe2+ Fe3+ 可逆
28、反應(yīng) (5)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe3+催化H2O2分解產(chǎn)生O2 H2O2分解反應(yīng)放熱,促進Fe3+的水解平衡正向移動 [綜合訓練] 1.(2017·北京高考)某小組在驗證反應(yīng)“Fe+2Ag+===Fe2++2Ag”的實驗中檢測到Fe3+,發(fā)現(xiàn)和探究過程如下。 向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉,攪拌后靜置,燒杯底部有黑色固體,溶液呈黃色。 (1)檢驗產(chǎn)物 ①取出少量黑色固體,洗滌后,________________________________________(填操作和現(xiàn)象),證明黑色固體中含有Ag。
29、 ②取上層清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,產(chǎn)生藍色沉淀,說明溶液中含有__________。 (2)針對“溶液呈黃色”,甲認為溶液中有Fe3+,乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3+,乙依據(jù)的原理是__________________________________(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續(xù)實驗: ①取上層清液,滴加KSCN溶液,溶液變紅,證實了甲的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生,且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關(guān),對比實驗記錄如下: 序號 取樣時間/min 現(xiàn)象 ⅰ 3 產(chǎn)生大量白色沉淀;溶液呈紅色 ⅱ 30 產(chǎn)生白色沉淀,較3 min時量少;溶液紅色較
30、3 min時加深 ⅲ 120 產(chǎn)生白色沉淀,較30 min時量少;溶液紅色較30 min時變淺 (資料:Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN) ②對Fe3+產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè): 假設(shè)a:可能是鐵粉表面有氧化層,能產(chǎn)生Fe3+; 假設(shè)b:空氣中存在O2,由于________________________________(用離子方程式表示),可產(chǎn)生Fe3+; 假設(shè)c:酸性溶液中的NO具有氧化性,可產(chǎn)生Fe3+; 假設(shè)d:根據(jù)____________________________________________現(xiàn)象,判斷溶液中存在Ag+,可產(chǎn)生Fe3+。 ③下述實驗
31、Ⅰ可證實假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設(shè)d成立。 實驗Ⅰ:向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉,攪拌后靜置,不同時間取上層清液滴加KSCN溶液。3 min時溶液呈淺紅色,30 min后溶液幾乎無色。 實驗Ⅱ:裝置如下圖。其中甲溶液是________,操作及現(xiàn)象是____________________。 (3)根據(jù)實驗現(xiàn)象,結(jié)合方程式推測實驗ⅰ~ⅲ中Fe3+濃度變化的原因:________________________________________________________________________。 解析:(1)①黑
32、色固體溶于熱的硝酸溶液后,向其中加入稀鹽酸,產(chǎn)生白色沉淀,可證明黑色固體中含有Ag。②可利用K3[Fe(CN)6]檢驗Fe2+的存在。(2)Fe3+具有較強的氧化性,過量的鐵粉會與Fe3+反應(yīng):Fe+2Fe3+===3Fe2+。②空氣中的O2會與Fe2+發(fā)生氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生Fe3+;加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀,說明溶液中存在Ag+,Ag+可與Fe2+反應(yīng)產(chǎn)生Fe3+。③實驗Ⅰ可證明假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因,只要將原實驗反應(yīng)體系中的Ag+替換,其他微粒的種類及濃度保持不變,做對比實驗即可,所以可選用0.05 mol·L-1 NaNO3溶液(pH≈2);實驗Ⅱ利用原電池裝置證
33、明反應(yīng)Ag++Fe2+===Ag+Fe3+能發(fā)生,所以甲溶液是FeSO4溶液。操作和現(xiàn)象:分別取電池工作前與工作一段時間后左側(cè)燒杯中的溶液,同時滴加KSCN溶液,后者紅色會更深。 答案:(1)①加硝酸加熱溶解固體,再滴加稀鹽酸,產(chǎn)生白色沉淀?、贔e2+ (2)2Fe3++Fe===3Fe2+ ②4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O 加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀 ③0.05 mol·L-1NaNO3 FeSO4溶液 分別取電池工作前與工作一段時間后左側(cè)燒杯中溶液,同時滴加KSCN溶液,后者紅色更深 (3)溶液中存在反應(yīng):①2Ag++Fe===Fe2++2Ag, ②A
34、g++Fe2+===Fe3++Ag,③Fe+2Fe3+===3Fe2+。反應(yīng)開始時,c(Ag+)大,以反應(yīng)①、②為主,c(Fe3+)增大。約30 min后,c(Ag+)小,以反應(yīng)③為主,c(Fe3+)減小 2.工業(yè)上利用廢鐵屑(含少量氧化鋁、氧化鐵等)生產(chǎn)堿式硫酸鐵[Fe(OH)SO4]的工藝流程如下: 已知:部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下表: 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 開始沉淀 2.3 7.5 3.4 完全沉淀 3.2 9.7 4.4 回答下列問題: (1)反應(yīng)Ⅰ中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的化學方程式為______
35、____________________ ________________________________________________________________________, ________________________________________________________________________。 (2)加入少量NaHCO3的目的是調(diào)節(jié)pH,使溶液中的____(填“Fe3+”、“Fe2+”或“Al3+”)沉淀。該工藝流程中“攪拌”的作用是________________。 (3)反應(yīng)Ⅱ的離子方程式為________________________。
36、在實際生產(chǎn)中,反應(yīng)Ⅱ常同時通入O2以減少NaNO2的用量,O2與NaNO2在反應(yīng)中均作____________。若參與反應(yīng)的O2有11.2 L(標準狀況),則相當于節(jié)約NaNO2的物質(zhì)的量為____________。 (4)堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的[Fe(OH)]2+,可部分水解生成[Fe2(OH)4]2+聚合離子。該水解反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________。 (5)在醫(yī)藥上常用硫酸亞鐵與硫酸、硝酸的混合液反應(yīng)制備堿式硫酸鐵。根據(jù)我國質(zhì)量標準,產(chǎn)品中不得含有Fe2+及NO。為檢驗所得產(chǎn)品中是否含有Fe2+,應(yīng)
37、使用的試劑為__________(填字母)。 A.氯水 B.KSCN溶液 C.NaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液 解析:(1)根據(jù)題意及流程圖分析知,反應(yīng)Ⅰ中發(fā)生的反應(yīng)為Al2O3+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2O、Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O,F(xiàn)e+Fe2(SO4)3===3FeSO4,F(xiàn)e+H2SO4(稀)===FeSO4+H2↑,其中屬于氧化還原反應(yīng)的為Fe+Fe2(SO4)3===3FeSO4、Fe+H2SO4(稀)===FeSO4+H2↑;(2)根據(jù)題意及流程圖分析知,反應(yīng)Ⅰ后溶液的成分為FeSO4和Al2(SO4)3
38、的混合溶液,經(jīng)攪拌、過濾后得FeSO4溶液,所以加入少量NaHCO3的目的是調(diào)節(jié)pH,使溶液中的Al3+沉淀,該工藝流程中“攪拌”的作用是加快反應(yīng)速率;(3)由題給信息知,反應(yīng)Ⅱ中NaNO2中氮元素的化合價由反應(yīng)前的+3價降為反應(yīng)后NO中的+2,則FeSO4中鐵元素的化合價必然升高,由Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,反應(yīng)的離子方程式為Fe2++NO+2H+===Fe3++NO↑+H2O,反應(yīng)Ⅱ的目的是利用氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+,O2與NaNO2在反應(yīng)中作氧化劑;n(O2)=0.5 mol,則得到電子0.5 mol×4=2 mol,1 mol NaNO2被還原生成NO,化合價由+3價降低到+2價
39、,得到1 mol電子,根據(jù)得失電子數(shù)目相等知,節(jié)約 NaNO2的物質(zhì)的量為2 mol;(4)[Fe(OH)]2+可部分水解生成[Fe2(OH)4]2+聚合離子,根據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒可寫出反應(yīng)的離子方程式為2[Fe(OH)]2++2H2O[Fe2(OH)4]2++2H+;(5)氯水可以氧化Fe2+生成Fe3+,溶液顏色變化不明顯,不能檢驗Fe2+,A錯誤;KSCN溶液和Fe2+混合無現(xiàn)象發(fā)生,不能檢驗Fe2+,B錯誤;加入NaOH溶液和Fe3+反應(yīng)生成紅褐色沉淀,不能檢驗是否存在Fe2+,C錯誤;在含有Fe3+的溶液中檢驗Fe2+,應(yīng)選用酸性KMnO4溶液,酸性KMnO4溶液氧化Fe2+時
40、溶液褪色,現(xiàn)象明顯,D正確。 答案:(1)Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ Fe+Fe2(SO4)3===3FeSO4 (2)Al3+ 加快反應(yīng)速率(或使反應(yīng)物充分接觸) (3)Fe2++NO+2H+===Fe3++NO↑+H2O 氧化劑 2 mol (4)2[Fe(OH)]2++2H2O[Fe2(OH)4]2++2H+ (5)D 考點三 遷移“氫氣還原氧化銅”的實驗裝置模型 1.實驗裝置 2.裝置的作用 裝置 作用 A 制取H2 B 除去H2中混有的HCl(若采用稀硫酸制取氫氣,無需使用該裝置) C 除去H2中混有的水蒸氣(也可將B、C裝置用
41、盛有堿石灰的U形干燥管代替) E 檢驗氫氣還原氧化銅生成的水 F 防止外界空氣中的水蒸氣進入裝置E中,干擾產(chǎn)物水的檢驗 3.實驗操作 [提醒] 先熄滅酒精燈再停止通入氫氣的目的是使被還原生成的Cu在氫氣的氛圍中冷卻,以防止空氣進入,使Cu在較高溫度下被氧化。 [典例] (2017·全國卷Ⅰ)實驗室用H2還原WO3制備金屬W的裝置如圖所示(Zn粒中往往含有硫等雜質(zhì),焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣)。下列說法正確的是( ) A.①、②、③中依次盛裝KMnO4溶液、濃H2SO4、焦性沒食子酸溶液 B.管式爐加熱前,用試管在④處收集氣體并點燃,通過聲音判斷氣體純度
42、C.結(jié)束反應(yīng)時,先關(guān)閉活塞K,再停止加熱 D.裝置Q(啟普發(fā)生器)也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)制備氯氣 [解析] 制得的氫氣中含有H2S、O2、HCl、H2O等雜質(zhì),由于酸性高錳酸鉀溶液氧化氯化氫生成氯氣,所以,應(yīng)先用焦性沒食子酸溶液吸收氧氣,同時除去氯化氫(易溶于水),再用酸性高錳酸鉀溶液吸收硫化氫,最后用濃硫酸干燥,A項錯誤;氫氣中混有空氣加熱易發(fā)生爆炸,故加熱管式爐前需對氫氣進行驗純,其操作為在④處收集氣體并點燃,發(fā)出“噗”聲,則證明制取的氫氣較純,B項正確;類似氫氣還原氧化銅,實驗完畢后,先停止加熱,再繼續(xù)通入氫氣一段時間,C項錯誤;啟普發(fā)生器不能加熱,適合塊狀固體與液體在常溫下反應(yīng),而實驗室用二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)制氯氣需要加熱,且二氧化錳是粉末狀固體,故不能用裝置Q制備氯氣,D項錯誤。 [答案] B [備考方略] H2(或CO)還原金屬氧化物的實驗流程
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