2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專(zhuān)題3從礦物到基礎(chǔ)材料第二單元鐵銅的獲取及應(yīng)用學(xué)案含解析蘇教版必修1

PAGE7-其次單元鐵、銅的獲得及應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解鐵和銅在自然界中的存在狀態(tài)及形式。2.了解鐵、銅冶煉的常見(jiàn)方法及原理，明確從礦石到單質(zhì)所經(jīng)驗(yàn)的反應(yīng)以及煉鐵、煉銅中各種原料的作用。3.通過(guò)對(duì)鐵、銅化合物的學(xué)習(xí)，記住鐵、銅及其化合物的性質(zhì)，能夠利用所學(xué)學(xué)問(wèn)，設(shè)計(jì)化學(xué)試驗(yàn)鑒別Fe2＋和Fe3＋。一、從自然界獲得鐵和銅1.鐵的冶煉冶煉設(shè)備：eq\o(□,\s\up1(01))高爐。原料：eq\o(□,\s\up1(02))鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石。反應(yīng)原理：eq\o(□,\s\up1(03))在高溫下用還原劑將鐵從鐵礦石中還原出來(lái)。主要反應(yīng)：C＋O2eq\o(=,\s\up17(點(diǎn)燃))CO2CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))2COFe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe＋3CO2造渣反應(yīng)：CaCO3eq\o(=,\s\up17(高溫))CaO＋CO2↑CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))CaSiO32.銅的存在及物理性質(zhì)(1)銅的存在銅在自然界中主要以化合態(tài)存在，常見(jiàn)的礦石主要有黃銅礦(eq\o(□,\s\up1(04))CuFeS2)、孔雀石(eq\o(□,\s\up1(05))CuCO3·Cu(OH)2)。(2)銅的物理性質(zhì)銅為eq\o(□,\s\up1(06))紫紅色金屬，密度eq\o(□,\s\up1(07))較大，熔點(diǎn)eq\o(□,\s\up1(08))較高，具有eq\o(□,\s\up1(09))良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。3.銅的化學(xué)性質(zhì)(1)與非金屬反應(yīng)：2Cu＋O2eq\o(=,\s\up17(△))2CuOCu＋Cl2eq\o(=,\s\up17(點(diǎn)燃))CuCl2(棕黃色煙)(2)與某些鹽溶液反應(yīng)：Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl24.銅的冶煉工業(yè)煉銅工藝流程：黃銅礦(CuFeS2)eq\o(→,\s\up17(高溫))eq\o(□,\s\up1(10))粗銅eq\o(→,\s\up17(精煉))eq\o(□,\s\up1(11))精銅生物煉銅(礦堆浸銅法)：CuSeq\o(→,\s\up17(細(xì)菌))CuSO4eq\o(→,\s\up17(Fe))Cu特點(diǎn)：成本低，污染少，反應(yīng)條件簡(jiǎn)潔。二、鐵、銅及其化合物的應(yīng)用1.Fe2＋的檢驗(yàn)Fe2＋：淺綠色，易被氧化。(1)用NaOH檢驗(yàn)Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(eq\o(□,\s\up1(01))白色沉淀)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(eq\o(□,\s\up1(02))紅褐色沉淀)現(xiàn)象：向含有Fe2＋的溶液中加入NaOH溶液，馬上生成白色沉淀，白色沉淀快速變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色。(2)用KSCN和氯水檢驗(yàn)2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－Fe3＋＋3SCN－=eq\o(□,\s\up1(03))Fe(SCN)3(血紅色)現(xiàn)象：向含有Fe2＋的溶液中加入KSCN，eq\o(□,\s\up1(04))無(wú)明顯現(xiàn)象，加入氯水，溶液馬上變?yōu)檠t色。2.Fe3＋的檢驗(yàn)Fe3＋：黃色，具有較強(qiáng)氧化性。(1)用NaOH檢驗(yàn)Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓現(xiàn)象：向含有Fe3＋的溶液中加入NaOH溶液，馬上出現(xiàn)紅褐色沉淀。(2)用KSCN檢驗(yàn)eq\o(□,\s\up1(05))Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3(血紅色)現(xiàn)象：向含有Fe3＋的溶液中加入KSCN溶液，溶液馬上變?yōu)檠t色。3.Fe、Fe2＋、Fe3＋的轉(zhuǎn)化Fe3＋的化合物遇到較強(qiáng)的還原劑時(shí)，會(huì)被還原成亞鐵化合物。例如，氯化鐵溶液遇到鐵等還原劑，能被還原生成氯化亞鐵：2FeCl3＋Fe=eq\o(□,\s\up1(06))3FeCl22FeCl3＋Cu=eq\o(□,\s\up1(07))2FeCl2＋CuCl21.自然界中為什么很難存在單質(zhì)鐵？提示：由于單質(zhì)鐵的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，易與自然界中其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以很難存在單質(zhì)鐵，鐵主要以化合物的形式存在。2.我國(guó)古代冶金有“曾青(CuSO4)得鐵化為銅”之說(shuō)，你認(rèn)為發(fā)生的是什么反應(yīng)？提示：置換反應(yīng)：CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu。3.久置的FeSO4溶液為什么略顯黃色？如何避開(kāi)此類(lèi)現(xiàn)象發(fā)生？提示：Fe2＋被O2氧化成Fe3＋；可在FeSO4溶液中加入少量鐵粉。4.向FeCl3和CuCl2的混合溶液中，加少許鐵粉，能置換出銅嗎？提示：不肯定，F(xiàn)e3＋的氧化性比Cu2＋的氧化性強(qiáng)，F(xiàn)e3＋先與鐵反應(yīng)。一、金屬的冶煉方法1.從金屬礦石中提煉金屬的步驟第一步：富集礦石，除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量。其次步：冶煉。利用氧化還原反應(yīng)，在肯定條件下，用還原劑把金屬離子還原為金屬單質(zhì)。第三步：精煉。采納肯定的方法，提煉純金屬。2.金屬冶煉的反應(yīng)原理金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬單質(zhì)。3.冶煉金屬的方法由于金屬的活動(dòng)性不同，金屬離子得到電子還原成金屬原子的實(shí)力也就不同，因此必需采納不同的冶煉方法。(1)熱分解法：適用于冶煉金屬活動(dòng)性較差的金屬，如汞和銀：2HgOeq\o(=,\s\up17(△))2Hg＋O2↑2Ag2Oeq\o(=,\s\up17(△))4Ag＋O2↑(2)熱還原法：用還原劑(C、CO、H2、Al等)還原金屬氧化物，適合于金屬活動(dòng)性介于Zn～Cu之間的大多數(shù)金屬的冶煉。如：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe＋3CO22CuO＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))2Cu＋CO2↑2Al＋Cr2O3eq\o(=,\s\up17(高溫))2Cr＋Al2O3WO3＋3H2eq\o(=,\s\up17(高溫))W＋3H2O這類(lèi)金屬中若金屬以硫化物或碳酸鹽形式存在時(shí)，首先將其轉(zhuǎn)化成氧化物后再還原，如：2ZnS＋3O2eq\o(=,\s\up17(高溫))2ZnO＋2SO2↑ZnO＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Zn＋CO↑(3)電解法：適合冶煉金屬活動(dòng)性很強(qiáng)的金屬(一般是金屬活動(dòng)依次表中排在鋁前邊的金屬)。如：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up17(電解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up17(電解))Mg＋Cl2↑(4)金屬的回收和資源愛(ài)護(hù)①?gòu)U舊金屬的最好處理方法是回收利用。②回收利用廢舊金屬的意義是削減垃圾，防止污染環(huán)境且緩解資源短缺的沖突。[練習(xí)與實(shí)踐]1.(雙選)高爐煉鐵生產(chǎn)中，下列各說(shuō)法正確的是()A.焦炭和一氧化碳都是還原劑B.采納富氧空氣可以得到純鐵C.加石灰石的目的主要是為了得到CO2D.用于冶煉生鐵的礦石主要有磁鐵礦、赤鐵礦答案AD解析A中，焦炭發(fā)生的反應(yīng)有：C＋O2eq\o(=,\s\up17(點(diǎn)燃))CO2，CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))2CO，其中C作還原劑。產(chǎn)生的CO將鐵礦石中的鐵還原成了鐵單質(zhì)，A正確；高爐煉鐵得到的只是含碳量為2%～4.5%的生鐵，不會(huì)得到純鐵，B錯(cuò)誤；加入石灰石的目的是它在高溫下分解成生石灰，繼而再與SiO2反應(yīng)，生成熔點(diǎn)較低的CaSiO3，而成為爐渣，除掉了雜質(zhì)SiO2，C錯(cuò)誤。2.東晉葛洪所著《抱樸子》中記載有“以曾青涂鐵，鐵赤色如銅”。這里的“曾青”是____________，“鐵赤色如銅”是發(fā)生了______________的結(jié)果，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________。答案CuSO4溶液置換反應(yīng)Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu解析題意為金屬鐵與某物質(zhì)(藍(lán)色)混合會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成紅色固體，由此進(jìn)一步推斷被鐵置換出的金屬為銅，藍(lán)色溶液為CuSO4溶液，反應(yīng)為Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。二、Fe2＋、Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化及檢驗(yàn)Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：相互轉(zhuǎn)化示例1.FeFe2＋Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑Fe＋Seq\o(=,\s\up17(△))FeSFe＋Cu2＋=Cu＋Fe2＋Fe2＋＋Zn=Fe＋Zn2＋FeO＋COeq\o(=,\s\up17(高溫))Fe＋CO23FeO＋2Aleq\o(=,\s\up17(△))3Fe＋Al2O32.FeFe3＋2Fe＋3Br2=2FeBr32Fe＋6H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up17(△))Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2OFe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe＋3CO23.Fe2＋Fe3＋2Fe2＋＋Br2=2Fe3＋＋2Br－2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋(用于腐蝕電路板)特殊提示Fe3＋和I－、S2－等因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存；Fe2＋與MnO\o\al(－,4)、ClO－或酸性條件下的NO\o\al(－,3)等也因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。Fe3＋中的Fe2＋可用H2O2氧化除去而不引入雜質(zhì)。[練習(xí)與實(shí)踐]3.要證明某溶液中不含F(xiàn)e3＋，而可能含有Fe2＋，如下試驗(yàn)操作的最佳依次為()①加入足量氯水②加入足量KMnO4(H＋)溶液③加入少量NH4SCN溶液A．①③ B．③②C．③① D．①②③答案C解析證明有Fe2＋的最佳方法不是干脆證明Fe2＋，而是將Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，檢驗(yàn)反應(yīng)后產(chǎn)生的Fe3＋，并要證明Fe3＋在起先時(shí)不存在，是由Fe2＋轉(zhuǎn)化而來(lái)的。加入NH4SCN假如沒(méi)有明顯現(xiàn)象則證明無(wú)Fe3＋，再加氯水，如有Fe2＋則可被氧化為Fe3＋，遇NH4SCN變紅。KMnO4也能氧化Fe2＋，但KMnO4本身為紫色，使Fe3＋和NH4SCN的顯色不易被視察到。4.把KSCN溶液滴入下列各組混合物中，顯紅色的是()A.鐵和稀鹽酸 B．鋅和硫酸亞鐵溶液C.氧化鐵和稀硫酸 D．氧化鐵和水答案C解析滴入KSCN溶液顯紅色，說(shuō)明溶液中存在Fe3＋。A項(xiàng)：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑；B項(xiàng)：Zn＋FeSO4=Fe＋ZnSO4；C項(xiàng)：Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O；D項(xiàng)：兩者不發(fā)生反應(yīng)。5.不能通過(guò)化合反應(yīng)制取的物質(zhì)是()A.FeCl2 B．Fe3O4C．Fe(SCN)3 D．FeSO4答案C解析A項(xiàng)：2FeCl3＋Fe=3FeCl2；B項(xiàng)：3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up17(點(diǎn)燃))Fe3O4；D項(xiàng)：Fe＋Fe2(SO4)3=3FeSO4。本課小結(jié)1.常見(jiàn)的鐵礦、銅礦有磁鐵礦(Fe3O4)、赤鐵礦(Fe2O3)、黃銅礦(CuFeS2)等。2.工業(yè)冶鐵原料：鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石等。主要反應(yīng)有：①還原劑的生成：C＋O2eq\o(=,\s\up17(點(diǎn)燃))CO2，CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))2CO。②還原鐵礦石：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe＋3CO2。③爐渣的生成：CaCO3eq\o(=,\s\up17(高溫))Ca