金属铁、铜及其化合物
突破训练（二）
1．为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性，某同学设计了如下实验方案，其中符合实验要求且完全正确的是( )
选项
实验操作
实验现象
离子方程式
实验结论
A
在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水
浅绿色溶液变成棕黄色溶液
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
Fe2＋具有还原性
B
在氯化亚铁溶液中加入锌片
浅绿色溶液变成无色溶液
Fe2＋＋Zn=== Fe＋Zn2＋
Fe2＋具有还原性
C
在氯化铁溶液中加入铁粉
棕黄色溶液变成浅绿色溶液
Fe3＋＋Fe===2Fe2＋
铁单质具有还原性
D
在氯化铁溶液中加入铜粉
蓝色溶液变成棕黄色溶液
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Fe3＋具有氧化性
解析：选A 氯气能够将Fe2＋(浅绿色)氧化为Fe3＋(棕黄色)，A项正确；B项得到的结论应该是Fe2＋具有氧化性；C项的离子方程式错误；D项的实验现象应该是铜粉逐渐溶解，溶液由棕黄色变为蓝色。
2．如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂：铁屑、6 mol·L－1硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是( )
A．B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是铁屑
B．实验开始时应先将活塞E关闭
C．生成Fe(OH)2的操作为关闭E，使A中溶液压入B瓶中
D．取下装置B中的橡皮塞，使空气进入，有关反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
解析：选B 制取硫酸亚铁需要铁屑，所以在烧瓶中应该先加入铁屑，所以A中应预先加入的试剂是铁屑，故A正确；稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气，实验开始时应打开活塞E，用氢气排出装置中的空气，B错误；铁和硫酸反应有氢气生成，关闭活塞E，导致A装置中压强逐渐增大，将FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应生成氢氧化亚铁，C正确；氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成红褐色的氢氧化铁，反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，故D正确。
3．由硫铁矿烧渣(主要成分：Fe3O4、Fe2O3和FeO)得到绿矾(FeSO4·7H2O)，再通过绿矾制备铁黄[FeO(OH)]的流程如下：
绿矾铁黄
已知：FeS2和铁黄均难溶于水。
下列说法不正确的是( )
A．步骤①，最好用硫酸来溶解烧渣
B．步骤②，涉及的离子方程式为
FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋
C．步骤③，将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，可得纯净绿矾
D．步骤④，反应条件控制不当会使铁黄中混有Fe(OH)3
解析：选C 要制得绿矾，为了不引入其他杂质，步骤①最好选用硫酸来溶解烧渣，A项正确；加入FeS2后得到的溶液经步骤③可得到绿矾，故步骤②中FeS2和Fe3＋发生氧化还原反应，生成了FeSO4，离子方程式为FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋，B项正确；步骤③，由FeSO4溶液得到绿矾应蒸发浓缩、冷却结晶而不是蒸发结晶，C项错误；步骤④中若反应条件控制不当，则会使铁黄中混有Fe(OH)3，D项正确。
4．钌(Ru)是一种硬而脆呈浅灰色的多价稀有金属，性质很稳定，且耐腐蚀性很强。实验室用H2还原RuO2来制备金属钌的装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．加热试管前，应先收集气体并点燃，通过爆鸣声判断气体的纯度
B．洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液，用于除去HCl
C．结束反应时，先停止加热，再关闭活塞K
D．启普发生器也可以用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
解析：选D 可燃性气体在点燃或加热前必须验纯，故加热试管前，应先收集气体并点燃通过爆鸣声判断气体的纯度，以免发生爆炸，A项正确；洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液，用于除去氢气中的HCl，避免制得的Ru含有杂质，B项正确；结束反应时，先停止加热，再关闭活塞K，用氢气冷却Ru，以免生成的Ru在高温时又被空气中的氧气氧化，C项正确；二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气需要加热，而启普发生器不能加热，D项不正确。
5．硫酸铜可用于消毒、制杀虫剂、镀铜等。实验小组制取CuSO4·5H2O晶体并进行其热分解的探究。请回答下列问题：
探究Ⅰ：制取CuSO4·5H2O晶体
小组同学设计了如下两种方案：
甲：将铜片加入足量浓硫酸中并加热。
乙：将铜片加入稀硫酸，控制温度为40～50 ℃，滴加双氧水。
(1)方案甲发生反应的化学方程式为____________________________。反应结束后有大量白色固体析出，简述从中提取CuSO4·5H2O晶体的方法：倒出剩余液体，___________。
(2)方案乙发生反应：Cu＋H2SO4＋H2O2===CuSO4＋2H2O，该实验控制温度为40～
50 ℃的原因是________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
与方案甲相比，方案乙的主要优点有____________、__________________(写出2条)。
探究Ⅱ：用以下装置(加热装置省略)探究CuSO4·5H2O晶体热分解的产物。
已知：CuSO4·5H2O脱水后升高温度，会继续分解成CuO和气体产物，气体产物可能含有SO3、SO2、O2中的1～3种。
(3)称取5.00 g CuSO4·5H2O于A中加热，当观察到A中出现__________________，可初步判断晶体已完全脱水并发生分解。加热一段时间后，A中固体质量为3.00 g，则此时A中固体的成分为________________________。
(4)装置B中迅速生成白色沉淀，说明分解产物中有______________，C装置的作用是______________________。
(5)理论上E中应收集到V mL气体，事实上收集到的气体体积偏小，可能的原因是_____
_____________(不考虑泄漏等仪器与操作原因)。
解析：(1)方案甲发生反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)SO2↑＋CuSO4＋2H2O。反应结束后有大量白色固体析出，从中提取CuSO4·5H2O晶体的方法：倒出剩余液体，加入适量蒸馏水，蒸发浓缩，冷却结晶。
(2)H2O2受热易分解，故乙方案控制温度为40～50 ℃的原因是温度较低，反应速率慢；温度太高，H2O2分解，损耗大。与方案甲相比，方案乙的主要优点有原料利用率高、不产生污染、能耗低等。
(3)若5.00 g CuSO4·5H2O完全失水为CuSO4，则CuSO4的质量为3.2 g，完全分解为CuO，则CuO的质量为1.6 g。加热一段时间后，A中固体质量为3.00 g,3.2 g>3.00 g>1.6 g，则此时A中固体的成分为CuSO4和CuO。
(4)装置B中迅速生成白色沉淀，说明分解产物中有SO3，C装置可以盛放品红溶液，目的是检验是否有SO2生成。
(5)E中收集到的气体应是O2，事实上收集到的气体体积偏小，可能是在C装置中部分O2与SO2和H2O发生了氧化还原反应。
答案：(1)Cu＋2H2SO4(浓)SO2↑＋CuSO4＋2H2O 加入适量蒸馏水，蒸发浓缩，冷却结晶
(2)温度较低，反应速率慢；温度太高，H2O2分解，损耗大 原料利用率高 不产生污染(或其他合理答案)
(3)固体变为黑色 CuSO4和CuO
(4)SO3 检验是否有SO2生成
(5)在C装置中部分O2参与了氧化还原反应
6．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： __________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据题意，有磁性的固体Y为Fe3O4，与过量的盐酸反应生成FeCl2、FeCl3，溶液中有剩余的HCl，所以反应后的溶液中大量存在的阳离子是Fe2＋、Fe3＋、H＋，硝酸具有强氧化性，Fe3O4与过量的浓硝酸反应生成Fe(NO3)3。
(2)加入过量的NaOH溶液，Al3＋转化为AlO，Mg2＋、Fe2＋、Cu2＋转化为氢氧化物沉淀，且Fe(OH)2易被氧化，灼烧固体得到MgO、CuO、Fe2O3，投入到过量的稀盐酸中，所得溶液中含有Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋，与原溶液相比，溶液中大量减少的阳离子是Al3＋、
Fe2＋。
(3)①由工艺流程图可知，操作Ⅰ是将固体与液体分离，应采取过滤的方法；FeCO3沉淀会附着其他离子，需要进行洗涤，具体操作为在漏斗中加入适量蒸馏水至恰好没过沉淀，让蒸馏水自然流下，重复2～3次。②CO水解：CO＋H2OHCO＋OH－，Na2CO3溶液呈碱性，油污主要成分为油脂，在碱性条件下水解而易除去。③由工艺流程图可知，操作Ⅰ所得的滤液中主要有FeSO4，加入NH4HCO3，实质是Fe2＋和HCO反应生成FeCO3，同时生成CO2和H2O，反应的离子方程式为Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。
答案：(1)Fe2＋、Fe3＋、H＋ Fe(NO3)3 (2)BC
(3)①过滤 洗涤 在漏斗中加入适量蒸馏水至恰好没过沉淀，让蒸馏水自然流下，重复2～3次
②CO＋H2OHCO＋OH－
③Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O
7．某研究性学习小组探究FeSO4的化学性质和用途。回答下列问题：
(1)探究FeSO4溶液的酸碱性：取少量FeSO4固体，利用石蕊溶液测定FeSO4溶液的酸碱性，必须选用的仪器有胶头滴管、药匙和________(填字母)。
A．玻璃棒 B．试管
C．天平 D．量筒
(2)利用如图装置探究FeSO4的稳定性。
①Ⅱ中有白色沉淀生成，小组成员结合理论分析，认为下列分解产物不可能的是________(填字母)。
A．Fe2O3、SO3、H2O
B．Fe2O3、SO2、SO3、H2O
C．FeO、Fe2O3、SO2、SO3、H2O
②Ⅲ中溴水是用来检验是否有SO2气体生成，若有SO2生成，溴水将褪色。实验中，观察到溴水褪色，据此推测FeSO4分解最有可能被氧化的元素是___________。
③NaOH的作用是吸收SO2气体，请写出用过量NaOH溶液吸收SO2气体的化学方程式：________________________________________________________________________。
(3)探究FeSO4中Fe2＋的还原性：证明FeSO4有较强的还原性，完成下表。
实验步骤
实验预期现象及结论
步骤一：取少量的FeSO4固体于试管中，加入一定量水溶解
—
步骤二：滴加________溶液后，再滴入氯水
当溶液中出现__________现象，则说明FeSO4有较强的还原性
(4)硫酸亚铁用途探究：缺铁性贫血往往口服硫酸亚铁，当用硫酸亚铁制成药片时，外层包有一层特殊的糖衣，其作用是_________________________________________。
解析：(1)用药匙取少量FeSO4固体于试管中溶解，用胶头滴管滴入石蕊溶液测定FeSO4溶液的酸碱性，必须选用的仪器有胶头滴管、药匙、试管。
(2)①依据氧化还原反应的特征可知化合价有升必有降，Fe2O3、SO3、H2O中只有铁的化合价升高了，没有元素化合价降低，故A不可能；Fe2O3、SO2、SO3、H2O中铁元素的化合价升高，硫元素的化合价降低，故B可能；FeO、Fe2O3、SO2、SO3、H2O中铁元素的化合价升高，硫元素的化合价降低，故C可能。②FeSO4中Fe2＋具有还原性，所以最有可能被氧化的元素是Fe。③过量NaOH和SO2反应生成亚硫酸钠和水，反应的化学方程式为2NaOH＋SO2===Na2SO3＋H2O。
(3)FeSO4具有较强的还原性，很容易被氧化剂氧化为硫酸铁，故检验FeSO4的还原性，只需加入氧化剂以后检验Fe3＋的存在即可，操作是：取少量的FeSO4固体于试管中，加入一定量水溶解，向其中加入硫氰化钾溶液后，无明显现象，再加入氯水，溶液变血红色，则证明硫酸亚铁具有较强的还原性。
(4)缺铁性贫血往往口服硫酸亚铁，当用硫酸亚铁制成药片时，因硫酸亚铁容易被空气中的氧气氧化，外层常包有一层特殊的糖衣，其作用是防止硫酸亚铁被氧化。
答案：(1)B (2)①A ②Fe ③2NaOH＋SO2===Na2SO3＋H2O (3)硫氰化钾 血红色 (4)防止硫酸亚铁被氧化
8．历史上金、银、铜主要是作为货币金属或装饰品被应用。
(1)金、银、铜常被作为钱币流通，从化学角度来看，主要是利用它们的________(填选项字母)。
A．硬度适中
B．密度适中
C．在自然界都可得到纯净的单质
D．不活泼性
(2)一位收藏者有一枚表面是黑色，且有少量绿色锈状物的货币，这肯定是________币，黑色物质是________，形成这种物质的化学方程式为__________________，绿色物质是__________，形成这种物质的化学方程式为____________________，这枚金属币的真面目为________色。另外一枚是闪闪发光的黄色金属币，它肯定是________币，表面一直未被氧化的原因是____________________________。
(3)不法分子有时用铜锌合金制成假金币行骗。下列方法中能有效鉴别其真假的是________(填选项字母)。
A．观察颜色
B．查看图案
C．用手掂量轻重
D．滴一滴硝酸在币的表面，观察现象
解析 (1)金、银、铜都属于不活泼金属，易加工，因此，在历史上都曾经用作货币。(2)铜稳定性略微差一些，容易与氧气等物质反应而“生锈”。金的化学性质最不活泼，在空气中更稳定。(3)有些假金币外形逼真，看上去也是“金光闪闪”，密度和真金币差不太多，手不太容易掂出来。假金币中的Zn、Cu均可与硝酸反应产生大量气泡，而Au不与硝酸反应。
答案 (1)D
(2)铜 氧化铜 2Cu＋O2===2CuO
Cu2(OH)2CO3 2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3 红 金 金不活泼，不易被氧化
(3)D
9．某课外活动小组，收集了一种合金进行研究(已知Cu的焰色反应为绿色)。
①外观暗灰色，表面光滑；
②在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落；
③取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量稀硫酸溶液中，收集到标准状况下的H2 9.96 L；
④另取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量NaOH溶液，也收集到标准状况下的H2 9.96 L。
试据此判断，合金中一定含有的元素是________(写元素符号)；下列元素可能含有的是________(填选项字母)。
a．Ag b．Mg c．Mn d．Fe
如果该合金中只含两种元素，它们的质量比是______。
解析 将合金放在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色，说明合金中含有铜，由实验(3)、(4)可知合金中的金属与足量稀硫酸或足量NaOH溶液反应生成的H2量相等，即合金中含有Al。合金中也可能含有不与酸碱反应的Ag，但不能含有比铜活泼的能与酸反应不与碱反应的金属。
若合金中只含两种元素Cu和Al，则其质量比为
m(Al)∶m(Cu)＝∶
≈8∶2＝4∶1。
答案 Cu、Al a m(Al)∶m(Cu)＝4∶1
10.铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：
(1)Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后，溶液很快变蓝色，试写出该反应的离子方程式__________________________。
(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体，试写出该反应的离子方程式____________________。
(3)火法炼铜的原理：Cu2S＋O22Cu＋SO2，在该反应中每生成1 mol Cu，转移________ mol e－。
(4)据报道，有一种叫Thibacillus Ferroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中，可将黄铜矿CuFeS2氧化成硫酸盐：4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2===4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O。
利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(CuSO4·5H2O)：
①检验溶液B中Fe3＋是否被除尽的实验方法______________。
②
在实验室中，设计两个原理不同的方案，从溶液B中提炼金属铜(要求：一种方案只用一个反应来完成)。写出两种方案中涉及的化学方程式：
方案一：______________________________；
方案二：______________________________。
解析 (1)加入H2O2，相当于加入了较强氧化剂，从而使反应发生；(2)Cu2＋、CO水解互相促进，生成CO2，配平即可；(3)由反应可知生成1 mol Cu，有0.5 mol －2价的S生成＋4价的S，反应转移3 mol电子；(4)从CuSO4溶液中得到铜可以用置换反应，也可用电解法进行。
答案 (1)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
(2)2Cu2＋＋2CO＋H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋CO2↑
(3)3
(4)①加入KSCN溶液，若变红证明含有铁离子，若加入后溶液不变红证明不含铁离子 ②CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu 2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
11.某红色固体粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种，某校化学自主探究实验小组拟对其组成进行探究。查阅资料：Cu2O在酸性溶液中会发生反应：
Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O
实验探究一 学生甲利用如图所示装置进行实验，称量反应前后装置C中样品的质量，以确定样品的组成。回答下列问题：
(1)仪器组装完成后，夹好止水夹，__________________________
__________________________________________________________，
则说明装置A的气密性良好。
(2)从下列实验步骤中，选择正确的操作顺序：________________
________(填序号)。
①打开止水夹 ②熄灭C处的酒精喷灯 ③C处冷却至室温后，关闭止水夹 ④点燃C处的酒精喷灯 ⑤收集氢气并验纯
实验探究二
(3)学生乙取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，并作出如下假设和判断，结论正确的是________(填选项字母)。
A．若固体全部溶解，说明样品中一定含有Fe2O3，一定不含有Cu2O
B．若固体部分溶解，说明样品中一定含有Cu2O，一定不含有Fe2O3
C．若固体全部溶解，再滴加KSCN溶液，溶液不变红色，说明样品一定含有Fe2O3和Cu2O
另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色气体证明样品中一定含有________，写出产生上述气体的化学方程式：___________________________________________________________
__________________________________________________________。
实验探究三
(4)学生丙取一定量样品于烧杯中，加入足量的稀硫酸，反应后经过滤得到固体3.2 g，测得滤液中Fe2＋有1.0 mol，则样品中n(Cu2O)＝________ mol。
解析 (2)氢气中混有空气加热易发生爆炸，所以开始先通氢气，打开止水夹，使生成的氢气通过后续装置，目的是排出装置中的空气，检验玻璃管出来的氢气纯度，气体纯净后再点燃C处的酒精喷灯，反应完成后熄灭C处的酒精喷灯，待C处冷却至室温后，关闭止水夹，防止生成的金属被空气中的氧气氧化，正确的操作顺序为①⑤④②③。(3)若固体全部溶解，说明样品中一定含有Fe2O3，由于Fe3＋能氧化金属铜，所以可能含有Cu2O，A错误；若固体部分溶解，说明样品中一定含有Cu2O，由于Fe3＋能氧化金属铜，可能含有少量Fe2O3，B错误；若固体全部溶解，再滴加KSCN溶液，溶液不变红色，即不存在Fe3＋，由于Fe3＋能氧化金属铜，说明样品一定含有Fe2O3和Cu2O，C正确。另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色气体，说明硝酸被还原，因此证明样品中一定含有Cu2O。(4)Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O,2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，固体为Cu，Fe3＋全部反应生成Fe2＋，生成1.0 mol Fe2＋消耗0.5 mol Cu，剩余Cu的物质的量为＝0.05 mol，原样品中Cu2O的物质的量为n(Cu2O)＝n
(Cu)＝0.05 mol＋0.5 mol＝0.55 mol。
答案 (1)向装置A中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，过一段时间若液柱高度保持不变
(2)①⑤④②③ (3)C Cu2O Cu2O＋6HNO3(浓)===2Cu(NO3)2＋2NO2↑＋3H2O (4)0.55
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