铁、铜元素单质及其重要化合物

1．(2015·福建高考·9)纯净物X、Y、Z转化关系如下图所示,下列判断正确

的是(

)

A．X可能是金属铜 B．Y不可能是氢气 C．Z可能是氯化钠 D．Z可能是三氧化硫

2．(2015·山东高考·10)某化合物由两种单质直接反应生成,将其加入Ba(HCO3)2

溶液中同时有气体和沉淀产生。下列化合物中符合上述条件的是 ···················· ( ) A．AlCl3

B．Na2O

C．FeCl2

＋

D．SiO2

＋

3．(2015·天津高考·2)下列关于物质或离子检验的叙述正确的是 ························ ( )

A．在溶液中加KSCN,溶液显红色,证明原溶液中有Fe3,无Fe2 B．气体通过无水硫酸铜,粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气 C．灼烧白色粉末,火焰呈黄色,证明原粉末中有Na,无K D．将气体通入澄清石灰水,溶液变浑浊,证明原气体是CO2

4．(2015·江苏高考)在给定条件下,下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是 ( )

A．粗硅

SiCl4

Si

Mg

＋

＋

B．Mg(OH)2C．Fe2O3

MgCl2(aq)FeCl3(aq)

无水FeCl3 [Ag(NH3)2]OH(aq)

Ag

D．AgNO3(aq)

5．(2015·北京高考·28)为探讨化学平衡移动原理与氧化

还原反应规律的联系,某同学通过改变浓度研究“2Fe3

＋

＋2I

－

2Fe2＋I2”反应中Fe3和Fe2的相互转化。

＋

＋

＋

实验如下:

(1)待实验Ⅰ溶液颜色不再改变时,再进行实验Ⅱ,目的是使实验Ⅰ的反应达到 。

(2)ⅲ是ⅱ的对比实验,目的是排除ⅱ中 造成的影响。

(3)ⅰ和ⅱ的颜色变化表明平衡逆向移动,Fe2

＋

向Fe3

＋

转化。用化学平衡移动原理解释原

因: 。

6．(2015·全国卷Ⅰ·27)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有

少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:

回答下列问题:

(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式 。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有 ______________________________________________________(写出两条)。 (2)利用 的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是 (写化学式)。

(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 。然后再调节溶液的pH约为5,目的是 。 (4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。

(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为 。

- 1 -

(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程 。

7．(2015·四川高考·11)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁

主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。

活化硫铁矿还原Fe3的主要反应为FeS2＋7Fe2(SO4)3＋8H2O

＋

15FeSO4＋8H2SO4,不考虑其他反应,请回答下列问

题:

(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是 。 (2)检验第Ⅱ步中Fe3是否完全还原,应选择 (填字母编号)。 ····················· ( )

＋

A．KMnO4溶液 B．K3[Fe(CN)6]溶液 C．KSCN溶液

＋

(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是 。 (4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。 已知25℃,101 kPa时:4Fe(s)＋3O2(g)

C(s)＋O2(g)2Fe(s)＋2C(s)＋3O2(g)

2Fe2O3(s) ΔH=－1 648 kJ·mol1

－

－

－

CO2(g) ΔH=－393 kJ·mol1

2FeCO3(s) ΔH=－1 480 kJ·mol1

FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是 。

(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li＋FeS2

Fe＋2Li2S,正极反应式是 。

8．(2015·天津高考·9)废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎

的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:

回答下列问题:

(1)反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3(2)反应Ⅱ是铜氨溶液中的Cu(NH3

,反应中H2O2的作用是 。写出操作①的名称: 。 与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式: 。

＋

操作②用到的主要仪器名称为 ,其目的是(填序号) 。 a.富集铜元素b.使铜元素与水溶液中的物质分离c.增加Cu2在水中的溶解度

(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和 。若操作③使用右图装置,图中存在的错误是 。

(4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是 。操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是 。

- 2 -

(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是 。循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是 。

(3)CuR2中R元素为－1价,所以反应Ⅲ是有机物溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和RH,操作③使用的分液操作中分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁,且分液漏斗内液体过多。

(4)以石墨作电极电解CuSO4溶液,阴极析出铜,阳极为阴离子氢氧根放电,阳极产物有O2和H2SO4;由溶液得到晶体的步骤为加热浓缩、冷却结晶、过滤。

(5)操作④中得到的硫酸可以用在反应Ⅲ中,所以第三处循环的试剂为H2SO4;氯化铵溶液为酸性,可降低溶液中氢氧根离子的浓度,防止由于溶液中的c(OH)过高,生成Cu(OH)2沉淀。 答案:(1)作氧化剂 过滤 (2)Cu(NH3

＋2RH

2N

＋2NH3＋CuR2 分液漏斗 a、b

(3)RH 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁;液体过多 (4)O2、H2SO4 加热浓缩、冷却结晶、过滤

(5)H2SO4 防止由于溶液中的c(OH)过高,生成Cu(OH)2沉淀

9．(2015·天津高考·10)FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂,处理污水比FeCl3高效,

且腐蚀性小。请回答下列问题:

(1)FeCl3净水的原理是 。

FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示) 。 (2)为节约成本,工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。

①若酸性FeCl2废液中c(Fe2)=2.0×102mol·L1,c(Fe3)=1.0×103mol·L1,c(Cl)=5.3×102mol·L1,则该溶液的

＋

－

－

＋

－

－

－

－

－

＋

－－

pH约为 。

②完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式:

□ClFe3＋H2O

＋

＋

＋ □Fe2＋ □

＋ □ Cl＋ □Fe3＋□ 。

－

＋

(3)FeCl3在溶液中分三步水解:

Fe(OH)2＋H K1

＋

＋

Fe(OH)2＋H2OFe(OH＋H2O

Fe(OH＋H K2 Fe(OH)3＋H K3

＋

＋

＋

以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是 。 通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氯化铁,离子方程式为:xFe3＋yH2O向移动可采用的方法是(填序号) 。

a.降温 b.加水稀释 c.加入NH4Cl

d.加入NaHCO3

室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是 。

(4)天津某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如下图所示。由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L1)表示]的最佳范围约为 mg·L1。

－

－

Fex(OH＋yH,欲使平衡正

＋

【解析】(1)Fe水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质,可起到净水的作用;钢铁设备中的Fe会与铁离

- 3 -

3＋

子反应生成亚铁离子,离子方程式是2Fe3＋Fe

＋3Fe2。

＋

－

＋

＋

－

－

(2)①根据电荷守恒,则溶液中氢离子的浓度是c(Cl)－2c(Fe2)－3c(Fe3)=1.0×102mol·L1,所以pH=2;

②根据题意,氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁,则反应物中有氢离子参加,则生成物中有水生成,Cl的化合价从＋5价降低到－1价,得到6个电子,而Fe的化合价从＋2价升高到＋3价,失去1个电子,根据得失电子守恒,则氯酸根离子的化学计量数为1,Fe2的化学计量数为6,则铁离子的化学计量数也是6,氯离子的化学计量数是1,根据电荷守恒,则氢离子的化

＋

学计量数是6,水的化学计量数是3,即Cl

＋6Fe2＋6H

＋

＋

Cl＋6Fe3＋3H2O。

－

＋

(3)铁离子的水解分为三步,且水解程度逐渐减弱,所以水解平衡常数逐渐减小,则K1>K2>K3;该水解为吸热反应,所以降温,平衡逆向移动;加水稀释,则水解平衡正向移动;加入氯化铵,氯化铵溶液为酸性,氢离子浓度增大,平衡逆向移动;加入碳酸氢钠,则消耗氢离子,所以氢离子浓度降低,平衡正向移动,所以答案选b、d;从反应的离子方程式中可知,氢离子的浓度影响高浓度聚合氯化铁的生成,所以关键步骤是调节溶液的pH。 (4)由题中图象可知,聚合氯化铁的浓度在18~20 mg·L

＋

＋

－1

时,去除率达到最大值,污水的浑浊度减小。

＋

答案:(1)Fe3水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质 2Fe3＋Fe3Fe2

＋

(2)①2 ②1 6 6 H 1 6 3 H2O(3)K1>K2>K3 b、d 调节溶液的pH (4)18 ～20

10．(2015·海南高考·17)工业上,向500～600℃的铁屑中通入氯气生产无水氯化铁;向炽热铁屑中通入氯化氢生产

无水氯化亚铁。现用如图所示的装置模拟上述过程进行实验。

回答下列问题:

(1)制取无水氯化铁的实验中,A中反应的化学方程式为 ,装置B中加入的试剂是 。 (2)制取无水氯化亚铁的实验中,装置A用来制取 。尾气的成分是 。若仍用D装置进行尾气处理,存在的问题是 、 。

(3)若操作不当,制得的FeCl2会含有少量FeCl3,检验FeCl3常用的试剂是 。欲制得纯净的FeCl2,在实验操作中应先 ,再 。

【解题指南】解答本题时应注意以下两点: (1)铁及其化合物的转化以及制备;

(2)物质制备实验中实验方案的设计与评价。

【解析】(1)制取无水氯化铁的实验中,A装置为氯气制备装置,发生的反应为二氧化锰和浓盐酸加热,生成氯化锰、氯气和水,反应方程式为MnO2＋4HCl(浓)选择试剂为浓硫酸;

(2)根据信息知制取无水氯化亚铁的实验中,装置A用来制取氯化氢,尾气成分为氯化氢和氢气;若用D装置来处理尾气,氯化氢极易溶于水,则容易发生倒吸现象,同时可燃性气体(氢气)不被吸收;

(3)检验氯化铁常用试剂为KSCN溶液,欲制取纯净的氯化亚铁,应该防止氯气的干扰,在实验操作中应该先点燃A处酒精灯,利用产生的氯化氢排尽装置中的空气,再点燃C处酒精灯。 答案:(1)MnO2＋4HCl(浓)

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 浓硫酸

(2)HCl HCl和H2 发生倒吸 可燃性气体H2不能被吸收 (3)KSCN溶液 点燃A处的酒精灯 点燃C处的酒精灯

- 4 -

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O;装置B为氯气的除杂装置(除去氯气中水蒸气),因此

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