铁、铜及其重要化合物

        1、铁的性质：纯净的铁是光亮的银白色金属，密度为7.86g/㎝³,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。还原铁粉为黑色粉末。铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。化学性质①跟非金属反应，②跟水反应，③跟酸作用：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H₂，且氧化性酸过量时生成Fe³⁺)④与部分盐溶液反应：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu    Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺

             2、铜的性质：铜是硬度较小的紫红色金属，具有良好的延展性、导电性和导热性；铜的化学性质①与非金属单质反应②与酸反应③与盐溶液反应④铜在干燥空气中性质稳定，但在潮湿空气中会被腐蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。

          2Cu＋ O₂ ＋H₂O ＋ CO₂ ＝ Cu₂(OH)₂CO₃

        3、铁的冶炼：利用氧化——还原反应，在高温下，用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石里还原出来。生产过程

        4、铜的制备和冶炼：

       5、金属的冶炼方法：电解法冶炼金属、热还原法冶炼金属、热分解法冶炼金属。

        6、铁的氧化物：

         7、铁的氢氧化物：

        8、氧化铜和氢氧化铜：

         A、氧化铜有金属氧化物的性质，例如：CuO＋2HCl＝ CuCl₂ ＋H₂O

        B、氧化铜具有氧化性，可与某些还原剂反应。

        9、铁离子和亚铁离子的检验方法：

       （1）Fe²⁺的检验：方法一：滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。

        （2）Fe³⁺的检验：方法一：滴加KSCN溶液或NH₄SCN溶液，溶液立即变为血红色。方法二：滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。

        10、铁三角的转化关系：从Fe、Fe²⁺和Fe³⁺的结构可知:Fe只有还原性，Fe³⁺通常只有氧化性，Fe²⁺既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化，如下图（常称为铁三角）：

        铁铜是重要的无机金属，而Fe具有较特殊的性质，因此在高考中往往对于Fe、Cu的考查较频繁，特别是Fe3+的氧化性，Fe2+的还原性与氧化还原反应结合来考察，也常以选择题的形式考查Fe3+、Cu的反应的相关计算。

        1、Fe²⁺有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe³⁺：在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe²⁺氧化：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O在碱性溶液中，Fe²⁺的还原性更强，它能把NO^-₃和NO^-₂还原成NH₃，能把Cu²⁺还原成金属铜。

         2、Fe³⁺在酸性溶液中容易被H₂S、SnCl₂等还原成Fe²⁺：Fe³⁺还能被金属铁还原：

在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺。

【典型例题】

例1.把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子是（       ）

A.只有Fe²⁺                          B.只有Fe³⁺

C.有Fe²⁺和Cu²⁺                  D.有Fe³⁺和Cu²⁺

思路与解析：浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe³⁺和Cu²⁺，过量的铁又与Fe²⁺和Cu²⁺反应生成Fe²⁺和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金属阳离子为Fe²⁺，故选A。

例2.将6g纯铁粉加入200mLFe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中充分反应后得到200mL0.5mol/L的FeSO₄溶液和5.2g固体，求：

（1）反应后生成铜多少克？

（2）加入铁粉前Fe₂(SO₄)₃物质的量浓度。

[思路]：在Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中投入铁粉后，Fe³⁺和Cu²⁺均可与铁发生反应，但由于氧化性Fe³⁺>Cu²⁺，所以Fe应首先还原Fe³⁺，即首先发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，但不可以只发生此反应，原因有二：第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余，则不可能有5.2g不溶物；第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO₄为（6g÷56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通过以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe³⁺还原后，不发生了还原Cu²⁺的反应，此时的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固体中肯定有Cu，是否含Fe呢？这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。

[解析]：发生反应的化学方程式为：

①Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄        ②Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

两个反应共生成FeSO₄为：0.2L×0.5mol/L=0.1mol

观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO₄，②式消耗的铁更多。假设0.1molFeSO₄全部为②式产生，则此时消耗的铁将达最大量为a。      

 Fe    ～     FeSO₄

                  1mol          1mol

                   a           0.1mol

a=0.1mol，即铁为5.6g，则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe，设原溶液的Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的物质的量分别为x和y。

Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄             Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

X    x       3x                                 y    y   y    y

由题意得  3x+y=0.1mol

        6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g

解得：x=0.02mol             y=0.04mol

则生成铜：0.04mol×64g/mol=2.56g

原Fe₂(SO₄)₃和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L

例3.mg 铁粉与一定量的HNO₃在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况nL氧气混合,恰好能被水完全吸收,m和n的关系是什么?

[思路]此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因HNO₃的浓度和用量不同,生成Fe(NO₃)₃还是Fe(NO₃)₂不能确定,HNO₃的还原产物是NO还是NO₂也不能确定。所以消耗的氧气也无从下手求出.但是从始态和终态来看,HNO₃的还原产物与氧气混合后,最终还是生成HNO₃,这样消耗的氧气相当于把mg铁粉氧化成+2价或+3价化合物,用极端思考法很容易求出。

   [解析]:假设HNO₃为稀的,铁与HNO₃反应后的价态是+2,

   则有:  3 Fe +8 HNO₃= 3 Fe(NO₃)₂ + 2 NO↑+ 4 H₂O    (1)

         4NO +3O₂ +2H₂O=4HNO₃                     (2)

(1)×2 +(2)得：2Fe + O₂ +4HNO₃= 2Fe(NO₃)₂ +2H₂O

    可改写为 ： 2Fe + O₂ +4HNO₃ =  2FeO + 4HNO₃

             即：  2Fe + O₂ =2FeO

    同理可得 ：  4Fe +3O₂=2Fe₂O₃  问题便得以解决

即 ：当铁被氧化为+2价时，由电子得失守衡得：

   m/56×2=n/22.4×4    n=O.2m

当铁被氧化为=+3价时，由电子得失守衡得：

   m/56×3=n/22.4×4    n=O.3m  

则m与n的关系是：O.2m≤n≤O.3m

[小结]此题在解题过程中，巧妙得使用了始态和终态，使复杂的问题简单化。氧化还原反应中，电子得失守衡的使用，避免了繁琐的计算，在应试中赢得了时间，思维训练方面堪称是一道好题。

例4.由FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21：8，，则这种混合物中FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的物质的量之比是（      ）。

A.1：2：1      B. 2：1：1      C. 1：1：1     D. 1：1：3

[思路]：可用平均组成法来求解：

[解析]在混合物中Fe原子和氧原子物质的量之比为(21/56)：（8/16）=3：4，则混合物的平均组成为Fe₃O₄，在三种组合中Fe₃O₄则不必多考虑，应注意FeO和Fe₂O₃混合后也应符合Fe₃O₄，所以在混合物中它们的物质的量之比必需是1：1.故答案应选C、D。

例5.某铁的“氧化物”样品，用5mol/L的盐酸140mL恰好完全溶解，所得溶液还能吸收标准状况下0.56L氯气，使其中Fe²⁺全部转化为Fe³⁺。该样品可能的化学式是（       ）

A. Fe₂O₃        B. Fe₃O₄         C. Fe₄O₅          D. Fe₅O₇

[思路]：利用正、负电荷相等列方程可快速解题。

[解析]设铁的氧化物中含O^2-为xmol，则其化学式为Fe_xO_y，由O^2-个数守恒有：

2yH⁺+  Fe_xO_y  = yH₂O+ xFe^+（2y/x）

2ymol   ymol

0.7mol   amol

2y：y=0.7：a      a=0.35（mol）

设Fe_xO_y中含Fe²⁺bmol,则：

2Fe²⁺+  Cl₂   = Fe^3＋+ 2Cl^-    

2mol  22.4L

bmol  0.56L

2：b=22.4：0.56     b=0.05（mol）

设样品Fe_xO_y中含Fe³⁺为cmol,则由电荷守恒可得：

（2×0.05mol）×3cmol=2×0.35mol

解之得c=0.2mol

故样品Fe_xO_y中：x：y=（0.05+0.02）：0.35=5：7

即样品“氧化铁”化学式为：Fe₅O₇。