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专题巩固练习4 铁、铜及其化合物
一、构建元素及其化合物知识网络，书写重要化学方程式(能写离子方程式的书写离子方程式)
1．铁及其化合物。
(1)Fe高温下和水蒸气的反应：
________________________________________________________________________。
(2)FeCl3溶液和Cu的反应：
________________________________________________________________________。
(3)Fe和过量稀HNO3的反应：
________________________________________________________________________。
(4)Fe2O3和Al的反应：
________________________________________________________________________。
(5)Fe2O3和CO的反应：
________________________________________________________________________。
(6)Fe2O3和足量氢碘酸反应：
________________________________________________________________________。
(7)FeO和足量稀HNO3的反应：
________________________________________________________________________。
(8)Fe(OH)3和足量HI反应：
________________________________________________________________________。
(9)Fe(OH)2长时间露置于空气中：
________________________________________________________________________。
(10)FeBr2溶液和过量Cl2的反应：
________________________________________________________________________。
2．铜及其化合物。
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(1)Cu在硫蒸气中燃烧：
________________________________________________________________________。
(2)铜在空气中生成铜绿：
________________________________________________________________________。
(3)Cu和浓HNO3的反应：
________________________________________________________________________。
(4)Cu和稀HNO3的反应：
________________________________________________________________________。
(5)Cu和浓H2SO4的反应：
________________________________________________________________________。
(6)用惰性电极电解CuCl2溶液：
________________________________________________________________________。
(7)用惰性电极电解Cu(NO3)2溶液：
________________________________________________________________________。
(8)Cu(OH)2受热分解：
________________________________________________________________________。
(9)CuO溶于足量稀硝酸中：
________________________________________________________________________。
(10)新制Cu(OH)2与乙醛溶液反应：
________________________________________________________________________。
二、单项选择题
1．(2016届江西上饶余干二中质检)氢化亚铜(CuH)是一种不稳定物质，能在氯气中燃烧；也能与酸反应，用CuSO4溶液和“某物质”在40 ℃～50 ℃时反应可产生它。下列有关叙述中错误的是( )。
A．“某物质”具有还原性
B．CuH与盐酸反应，可能产生H2
C．CuH与足量的稀硝酸反应：CuH＋3H＋＋NO===Cu2＋＋NO↑＋2H2O
D．CuH在氯气中燃烧：CuH＋Cl2===CuCl＋HCl
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2．向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150 mL 4 mol·L－1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，放出2.24 L NO(标准状况)，往所得溶液中加入KSCN溶液，无血红色出现。若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物，所得到的铁的物质的量为( )。
A．0.21 mol B．0.25 mol C．0.3 mol D．0.35 mol
3．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )。
① ② ③ ④ ⑤
A．②④ B．②③
C．③④ D．①②③⑤
4．(2016届四川凉山诊断)Na2FeO4是一种高效的水处理剂，下列用于解释事实的离子方程式中不正确的是 ( )。
A．Na2FeO4在酸性溶液中不稳定，与水反应生成Fe3＋和O2，离子方程式为4FeO＋10H2O===4Fe3＋＋20OH－＋3O2↑
B．工业上可用FeCl3、NaOH、NaClO三种物质反应制得NaFeO4，离子方程式为：
2Fe3＋＋10OH－＋3ClO－===2FeO＋3Cl－＋5H2O
C．NaFeO4消毒杀菌时得到的Fe3＋可以净水，Fe3＋能产生净水物质的原因是：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋
D．工业上可用铁作阳极，电解浓NaOH溶液的方法制Na2FeO4，阳极的电极反应为：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
5．(2016届山东枣庄十八中期末)一定量的CuS和Cu2S的混合物投入足量的HNO3中，收集到的气体的物质的量为a mol，向反应后的溶液中(存在Cu2＋和SO)加入足量NaOH，产生蓝色沉淀，过滤，洗涤，灼烧，得到CuO 12.0 g，若上述气体为NO和NO2的混合物，且体积比为1∶1(在相同条件下)，则a可能为( )。
A．0.80 B．0.70
C．0.60 D．0.405
6．(2016届浙江嘉兴一模)工业上用含有少量氧化铁杂质的废铜粉为原料，制取硫酸铜的主要过程如下图所示：
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下列有关说法不正确的是( )。
A．“过量酸”不适合用硝酸或浓硫酸，固体B可以用CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3
B．通入的气体A可以是O2或Cl2
C．通入气体A之前的混合溶液中存在的阳离子是：Fe2＋、Cu2＋、H＋
D．将从溶液中得到的硫酸铜晶体在空气中加热，可制得无水硫酸铜
7．通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是( )。
选项
操作、现象
解释
A
向淀粉KI溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝
Fe3＋能与淀粉发生显色反应
B
把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe3O4
C
向稀硝酸中加入少量铁粉，有气泡产生
说明Fe置换出硝酸中的氢，生成了氢气
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色
说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
三、非选择题
1．(2016届云南统测)回答下列问题：
Ⅰ.向FeSO4溶液中滴加少量NaOH溶液时，析出的白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。
(1)Fe2＋离子在水溶液中呈现的颜色是__________；Fe(OH)2转化为红褐色沉淀的化学方程式为________________________________。
(2)有人认为白色沉淀迅速变为灰绿色的原因是Fe(OH)2凝胶吸附了溶液中过量的Fe2＋离子。为探究该观点的正确性，设计如下两个实验：
①向盛有NaOH溶液的试管中加入少量FeSO4溶液，若该观点正确，应观察到的现象是____________。
②已知胶体粒子的吸附能力随温度的升高而下降。向盛装FeSO4溶液的试管中滴加少量NaOH溶液，析出白色沉淀，沉淀迅速变为灰绿色，将此试管小心加热，若观察到__________________，则说明上述解释成立。
Ⅱ.二茂铁的化学式为(C5H5)2Fe，它是一种橙黄色针状晶体，熔点173 ℃～174 ℃，100 ℃以上显著升华，沸点249 ℃，不溶于水，可溶于甲醇、乙醇、乙醚和苯等有机溶剂，可作高性能的火箭燃料添加剂。实验室制备二茂铁的反应原理为：8KOH＋2C5H6＋FeCl2·4H2O(C5H5)2Fe＋2KCl＋6KOH·H2O。实验装置如图所示(加热及磁力搅拌装置未画出)。
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(3)通入氮气的目的是______________________；KOH固体所起的作用是使环戊二烯(C5H6)脱去质子，另一个作用是______________。
(4)下列有关反应开始和结束的实验操作合理的是____________(填编号)。
a．先加热，再通冷凝水
b．先通冷凝水，再加热
c．先停止加热，再停止通冷凝水
d．先停止通冷凝水，再停止加热
(5)反应后可用乙醚萃取、蒸馏分离得到二茂铁粗产品，若欲进一步提纯，最简单的方法是________；若本次实验取用环戊二烯(密度为0.877 g·cm－3) 6.6 mL，其他物质足量，所得产品质量为5.0 g，则产率为________(保留3位有效数字)。
2．(2016届辽宁大连二十中期末)为探究铜与6 mol·L－1硝酸反应的气态产物中是否含NO2，进行如下实验。
已知：FeSO4＋NOSO4(棕色)，该反应较缓慢，待生成一定量2＋时突显明显棕色。
(1) 实验前需检验装置的气密性，简述操作_________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________。
(2)仪器a的名称__________。
(3)实验开始时先将Y形试管向盛有块状固体b的支管倾斜，缓慢滴入稀硝酸，该实验操作的目的是_______________________________________________________________。
(4)证明有NO2的实验现象____________________________________________。
(5)装置C的作用是______________，反应离子方程式：____________________________
______________________________________。
(6)测定化学试剂绿矾(FeSO4·7H2O)纯度的方法：称取绿矾3.000 g置于锥形瓶中，加入100 mL蒸馏水，加入10 mL H2SO4和5 mL H3PO4，用0.1000 mol·L－1 KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液20.00 mL。KMnO4
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溶液盛放在棕色______(填“酸”或“碱”)式滴定管中，列式计算绿矾的纯度__________________________。
3．(2016届江西宜春樟树五模)某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)焙烧过程中发生的主要反应为：____CuS＋____NaCl＋____O2____CuCl2＋____Na2SO4。配平上述化学方程式。
(2)试剂A应选用______________(填编号)。
①NaClO ②Cl2 ③H2O2溶液 ④浓硫酸
理由是__________________________________________________________。
(3)滤液B中大量含有的离子有________________。
(4)为了获得CuCl2·2H2O晶体，对滤液B进行的操作是：蒸发浓缩，趁热过滤，滤液经冷却结晶，过滤得到产品。分析有关物质的溶解度曲线(如图)，“趁热过滤”得到的固体是____________，“冷却结晶”过程中，析出CuCl2·2H2O晶体的合适温度为____________。
4．(2016届河北唐山迁安二中期末)某研究性学习小组在研究用Fe2＋制备Fe(OH)2的过程中，设计了如下实验装置：
(1)以上各装置中能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
(2)某同学对图③装置进行改进并实验：
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当A容器中的反应开始后，分别进行下列操作，请回答有关问题：
①若先关闭弹簧夹D，打开弹簧夹C，A容器中反应进行一会儿后，再关闭弹簧夹C，打开弹簧夹D，B容器中会观察到什么现象：_____________________________________
___________________________________________________________________________________________________________。
②若先关闭弹簧夹C，打开弹簧夹D，B容器中会观察到什么现象：__________________
___________________________，写出B容器中有关反应的化学方程式___________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________。
专题巩固练习4 铁、铜及其化合物
一、1.(1)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(2)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(3)Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
(4)Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
(5)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
(6)Fe2O3＋6H＋＋2I－===I2＋2Fe2＋＋3H2O
(7)3FeO＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O
(8)2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O
(9)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(10)2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2===2Fe3＋＋2Br2＋6Cl－
2．(1)2Cu＋SCu2S
(2)2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
(3)Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
(4)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(5)Cu＋2H2SO4(浓)Cu2＋＋SO＋SO2↑＋2H2O
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(6)Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
(7)2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
(8)Cu(OH)2CuO＋H2O
(9)CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
(10)CH3CHO＋2Cu(OH)2CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O
二、1.D 解析：在该反应中，铜的化合价降低，则“某物质”中元素的化合价必升高，体现了还原性，故A正确；CuH中－1价的H可以与盐酸中＋1价氢发生归中反应：CuH＋HCl===CuCl＋H2↑，故B正确；CuH具有还原性，与硝酸发生氧化还原反应：CuH＋3H＋＋NO===Cu2＋＋NO↑＋2H2O，故C正确；因氯气具有强氧化性，能够将＋1价的铜氧化成＋2价：2CuH＋3Cl2===2CuCl2＋2HCl，故D错误。
2．B 解析：
n(HNO3)＝0.6 mol，n(NO)＝0.1 mol，反应后铁元素的存在形式为Fe(NO3)2，根据元素守恒，可知反应后溶液中的n(NO)＝0.5 mol，则n(Fe2＋)＝0.25 mol，即n(Fe)＝0.25 mol。
3．D 解析：因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；③的原理为铁作阳极产生Fe2＋，与电解水产生的OH－结合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。
4．A 解析：酸性溶液中不能生成氢氧根离子，离子方程式应为4FeO＋20H＋===
4Fe3＋＋10H2O＋3O2↑，故A错误；FeCl3、NaOH、NaClO三种物质反应制得Na2FeO4，发生氧化还原反应，由电子、原子守恒可知，反应为2FeCl3＋10NaOH＋3NaClO===2Na2FeO4＋9NaCl＋5H2O，故B正确；Na2FeO4还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解得到胶体，水解离子反应为Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋，故C正确；铁作阳极，Fe失去电子，则阳极的电极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，故D正确。
5．D 解析：若混合物全是CuS，其物质的量n(CuS)＝n(CuO)＝＝0.15 mol，CuS中S的化合价由－2价上升到＋6价，故转移电子物质的量＝0.15 mol×(6＋2)＝1.2 mol，NO和NO2的体积相等，设NO为x mol、NO2为x mol，根据得失电子守恒，得3x＋x＝1.2，解得x＝0.3，则NO和NO2的总物质的量为0.3 mol×2＝0.6 mol；若混合物全是Cu2S，其物质的量n(Cu2S)＝n(CuO)＝
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×0.15 mol＝0.075 mol，Cu2S中S的化合价由－2价上升到＋6价，且Cu元素的化合价由＋1价上升到＋2价，故转移电子物质的量0.075 mol×(8＋1×2)＝0.75 mol，设NO为x mol、NO2为x mol，3x＋x＝0.75，根据电子得失守恒，计算得x＝0.1875，故NO和NO2的总物质的量为0.1875 mol×2＝0.375 mol。实际气体的物质的量介于0.375 mol～0.6 mol之间，故选D。
6．B 解析：因制取硫酸铜，过量的酸应为稀硫酸，不适合用硝酸，原因是会引入硝酸铜杂质；不适合用浓硫酸，原因是会产生二氧化硫气体而污染空气；加入固体B的作用是调节溶液的pH，使Fe3＋变为沉淀而除去，为了不引入新的杂质，可选用CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，A正确；向混合溶液通入气体A的作用是将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，气体A为氧气，不能使用氯气，防止引入氯化铜杂质，B错误；废铜粉与稀硫酸反应，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O,2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，由于稀硫酸过量，因此通入气体A之前混合溶液中存在的阳离子为Fe2＋、Cu2＋、H＋，C正确；将从溶液中得到的硫酸铜晶体在空气中加热，晶体将失去结晶水，得到无水硫酸铜，D正确。
7．D 解析：A项中Fe3＋将I－氧化为I2，淀粉遇碘变蓝，解释错误；铁在潮湿的空气中易生成Fe2O3，B项错误；C项中铁与稀硝酸反应产生的气体为NO，解释错误。
三、1.Ⅰ.(1)浅绿色 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(2)①析出白色沉淀 ②灰绿色沉淀逐渐变为白色
Ⅱ.(3)排出装置中的空气，防止实验过程中Fe2＋被氧化 干燥剂(吸收反应物中及反应生成的水)
(4)bc (5)升华 61.3%
解析：Ⅰ.(1)Fe2＋离子在水溶液中呈现的颜色是浅绿色；Fe(OH)2转化为红褐色沉淀的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(2)①向盛有NaOH溶液的试管中加入少量FeSO4溶液，溶液中没有过量的Fe2＋，若该观点正确，应观察到的现象是析出白色沉淀；②由于胶体粒子的吸附能力随温度升高而下降，若灰绿色沉淀是白色Fe(OH)2凝胶吸附了溶液中过量的Fe2＋离子所致，沉淀迅速变为灰绿色，将此试管小心加热，若观察到灰绿色沉淀逐渐变为白色，则说明上述解释成立。
Ⅱ.(3)Fe2＋易被空气中的氧气氧化，故通入氮气的目的是排出装置中的空气，防止实验过程中Fe2＋被氧化；根据题给反应方程式知KOH固体所起的作用是使环戊二烯(C5H6)脱去质子，另一个作用是干燥剂(吸收反应物中及反应生成的水)。(4)根据题给信息知二茂铁100 ℃以上显著升华，为防止其升华损失反应开始时要先通冷凝水，再加热，反应结束时要先停止加热，再停止通冷凝水，选bc。(5)二茂铁100 ℃以上显著升华，二茂铁粗产品的进一步提纯，最简单的方法是升华；根据反应方程式得关系式：2C5H6～(C5H5)2Fe，用环戊二烯(密度为0.877 g·cm－3)6.6 mL与足量其他物质反应理论上生成二茂铁的质量为8.16 g，所得产品质量为5.0 g，则产率为×100%＝61.3%。
2．(1)关闭分液漏斗活塞，用酒精灯加热Y试管，观察到BC导管口有气泡产生，停止加热，BC长导管吸入一段水柱，则装置气密性良好
(2)分液漏斗
(3)利用生成的CO2将整个装置内的空气赶尽，避免NO和O2反应生成NO2
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对气体产物的观察产生干扰
(4)铜与硝酸反应不久即观察到B中溶液呈血红色
(5)吸收尾气NO 5NO＋3MnO＋4H＋===5NO＋3Mn2＋＋2H2O
(6)酸 ×100%＝92.67%
解析：(1)根据压强差进行装置气密性的检验，具体方法为：关闭分液漏斗活塞，用酒精灯加热Y试管，观察到BC导管口有气泡产生，停止加热，BC长导管吸入一段水柱，则装置气密性良好。(2)根据装置图可知仪器a的名称为分液漏斗。(3)实验开始时先将Y形试管向盛有碳酸钙的支管倾斜，缓慢滴入稀硝酸，碳酸钙与稀硝酸反应生成CO2，将整个装置内的空气赶尽，避免NO和O2反应生成NO2对气体产物的观察产生干扰。(4)本实验生成的气体中，若有NO2，NO2溶于水生成硝酸，把Fe2＋氧化成Fe3＋，B瓶溶液出现血红色；若无NO2则无血红色，所以证明有NO2的实验现象是铜与硝酸反应不久即观察到B中溶液呈血红色。(5)高锰酸钾溶液能将一氧化氮氧化成NO，而防止其污染空气，反应的离子方程式为5NO＋3MnO＋4H＋===5NO＋3Mn2＋＋2H2O。(6)高锰酸钾溶液有强氧化性，应用酸式滴定管，滴定中消耗的高锰酸钾的物质的量为0.1000 mol·L－1×0.02 L＝0.002 mol，根据电子得失守恒可知关系式5FeSO4·7H2O～KMnO4，所以绿矾的纯度为×100%＝92.67%。
3．(1)1 2 2 1 1
(2)①③ NaClO能将Fe2＋氧化为Fe3＋，且溶液显碱性，能增大溶液pH使Fe3＋沉淀
(3)Cu2＋、Na＋、Cl－、SO
(4)Na2SO4 35 ℃～40 ℃
解析：(1)CuS→Na2SO4 ，S化合价升高8，O2→Na2SO4，O化合价降低2，O2化合价降低2×2＝4，根据化合价升降相等和元素守恒配平化学方程式为CuS＋2NaCl＋2O2 CuCl2＋Na2SO4。(2)NaClO、Cl2、H2O2溶液、浓硫酸均能将Fe2＋氧化为Fe3＋，但氯水和硫酸溶液均呈酸性，NaClO溶液呈碱性，H2O2溶液与Fe2＋反应消耗H＋，故可以起到调节pH的作用。(3)经过盐酸酸浸，NaClO调节pH，过滤掉氢氧化铁后，溶液中还有Cu2＋、Na＋、Cl－、SO。(4)由图乙可知硫酸钠的溶解度较小而且温度较高时随温度的变化不大，为了防止氯化铜晶体的析出，必须趁热过滤，加热浓缩时会有大量的硫酸钠析出；冷却结晶时尽量保证硫酸钠不析出，而40 ℃时硫酸钠溶解度最大，为了能析出更多的CuCl2·2H2O晶体，适宜温度为35 ℃～40 ℃。
4．(1)②③
(2)开始时容器B中的导管口有气泡冒出，弹簧夹C关闭后容器A中溶液进入容器B，有白色沉淀生成 有白色沉淀生成，沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色 2NaOH＋FeSO4===Fe(OH)2↓＋Na2SO4、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
解析：(1)根据题中信息可知要较长时间保存Fe(OH)2
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沉淀，必须在制取过程中尽可能减少和空气接触，②中盛有氢氧化钠溶液的滴管伸入与空气隔绝的硫酸亚铁溶液中，可以避免试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化，则能减少与氧气接触；③Fe和稀硫酸生成氢气能排出装置中的氧气，所以也能减少与氧气接触，只有①生成的氢氧化亚铁能够与空气中氧气发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，导致不能长时间观察到氢氧化亚铁。(2)①若先打开C，H2进入B，驱出B中O2，再关闭C，A中Fe2＋进入B，只能生成Fe(OH)2；②若开始关闭C，A中反应生成H2，压强增大，A中溶液由导管进入B，B中Fe2＋与OH－反应生成Fe(OH)2白色沉淀，Fe(OH)2与B中O2反应生成红褐色沉淀Fe(OH)3，反应的化学方程式为：2NaOH＋FeSO4===Fe(OH)2↓＋Na2SO4、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
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