课件43张PPT。第二单元 铁、铜的获取及应用学习目标
1.了解自然界中铁、铜的存在形式及常见的冶炼方法，掌握高炉炼铁、湿法炼铜的化学原理。
2.掌握Fe2＋、Fe3＋的性质及相互转化，学会用化学方法鉴别Fe2＋、Fe3＋，系统掌握Fe及其化合物的化学性质。第1课时 从自然界获取铁和铜及铁、铜的性质 课堂互动讲练探究整合应用课前自主学案知能优化训练课前自主学案一、铁的获取
1．铁的存在
(1)含量：铁元素在地壳中含量居第____位。
(2)存在形态：①自然界中主要以_________的形式存在。
②铁单质只存在于______中。
(3)常见铁矿石主要成分的化学式：
①磁铁矿：_______
②赤铁矿：_______。四化合态陨铁Fe3O4Fe2O32．铁的冶炼
(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。
(2)反应器：炼铁高炉。
(3)反应原理：用还原剂将Fe从其化合物中还原出来。
(4)工艺流程：3．铁合金
(1)生铁：含碳量2%～4.5%。
(2)钢：含碳量0.03%～2%。
二、铜的获取
1．铜的存在
(1)存在形态：主要以_______形式存在，少量的单质。
(2)常见铜矿石的主要成分的化学式
①黄铜矿：_________②孔雀石：_______________化合态CuFeS2CuCO3·Cu(OH)22．铜的冶炼
方法有高温冶炼黄铜矿、湿法炼铜、生物炼铜。粗铜(铜含量99.5%～99.7%，含有Ag、Au、Zn、Fe杂质)采取电解精炼法得纯铜(铜含量可达99.95%～99.98%)。
三、铁的性质
1．铁的物理性质银白磁铁良好2.铁的化学性质四、铜的性质
1．铜的物理性质
(1)颜色：________。
(2)导热性、导电性、延展性：______。紫红色良好2．铜的化学性质1．工业炼铁时，焦炭的作用是什么？
【提示】 (1)为反应提供能量。
(2)提供反应所需的还原剂(CO)。
2．我国古代冶金有“曾青得铁化为铜”之说，你认为发生的是什么反应？
【提示】 CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu，发生的是置换反应。1．下列关于铁的叙述中，错误的是( )
A．纯净的铁是光亮的银白色金属
B．铁能被磁铁吸引
C．铁是地壳中含量最多的金属元素
D．纯铁的抗腐蚀能力相当强，铁在干燥的空气里不易被氧化
解析：选C。地壳中含量最多的金属元素是铝。解析：选C。Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，CuSO4会腐蚀铁制容器。课堂互动讲练1．铁的冶炼
(1)设备：炼铁高炉。
(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。
(3)反应原理：在高温条件下，用还原剂把铁从铁矿石中还原出来。 Fe是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿。金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石外，还需加入焦炭和石灰石。请填空：
(1)写出赤铁矿主要成分的化学式：_____________________________。(2)写出赤铁矿还原成铁的化学方程式：____________________________________。
(3)写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：_____________________________。
(4)写出CaCO3所参与反应的两个化学方程式：_____________________________。【解析】 本题主要考查炼铁的原料和炼铁高炉中发生的化学反应，解答时要注意区分赤铁矿与磁铁矿所含主要成分的不同。变式训练1 在高炉中，把Fe2O3还原成铁的还原剂是( )
①焦炭 ②铁矿石 ③CO ④空气 ⑤石灰石
A．③ B．①
C．①③⑤ D．①③
解析：选A。炼铁时，虽然向高炉中加的是焦炭，但焦炭并没有直接去还原Fe2O3，而是首先与O2反应生成CO2，CO2再与焦炭反应生成CO，再利用CO将铁从Fe2O3中还原出来。铁和铜在一定条件下可以与某些非金属、酸和盐溶液等发生反应，铁、铜在反应中充当还原剂。铜在反应中一般转化为＋2价铜的化合物；铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜溶液等)反应转化为＋2价铁的化合物，而与氧化性较强的氧化剂(如氯气、双氧水等)反应则转化为＋3价铁的化合物。 某地污水中含有Zn2＋、Hg2＋、Fe3＋和Cu2＋4种阳离子。甲、乙、丙三位同学设计的从该污水中回收金属铜的方案如下图所示：[提示：Zn(OH)2溶于NaOH溶液](1)三种实验方案中能制得纯净铜的方案是______。
(2)在能制得纯净铜的方案中，会导致环境污染的操作步骤是________________，污染原因是____________________________，
改进方法是____________________________。【解析】 甲方案污水中加NaOH溶液所得沉淀中存在Cu2＋、Fe3＋、Hg2＋的氢氧化物，加热分解后得到Fe2O3、CuO、HgO，用H2还原后制得的Cu不纯净，且产生汞蒸气污染环境。
乙方案加入过量铁粉所得滤渣中会残留铁，直接加热，会有CuO和Fe2O3生成，用H2还原所制得的铜不纯。
只有丙方案以上两个方面均考虑到了，制得的铜是纯净的，但丙方案中会产生汞蒸气，有毒，污染环境，应增加冷凝装置加以回收、利用。【答案】 (1)丙
(2)③ Hg蒸发变成蒸气，Hg蒸气有毒 加上冷凝装置，将气态Hg变成液态Hg而回收、利用变式训练2 铁是一种化学性质比较活泼的金属，也是用途最为广泛的金属之一。铁在一定条件下能跟多种物质发生化学反应。完成下列问题：
(1) 以铁为研究对象，仿照下图中的案例在框图处填写物质的化学式(所填写的反应物不属于同一类别的物质，生成物必须填写铁的化合物)。(2)实验室要除去细碎铜屑中的少量铁屑，请用化学方法和物理方法将其除去(只用简单的原理描述即可)。
解析：铁是一种活泼金属，能与氧气、酸、一些盐反应。探究整合应用铁、铜及其氧化物的性质
人类使用铁、铜已经有好几千年的历史了。目前已发现的金属有90多种，但其中应用最广泛、用量最多的，仍然是铁、铜。铁、铜都是变价金属,它们的单质及化合物在性质上有相似之处，也有很大差异。 铁是日常生活中最常见的金属，某班同学在学习铁的知识时，有下列问题：
问题1：铁为何称为黑色金属？
问题2：CuO在高温下可分解为Cu2O和O2，Fe2O3在高温下可分解为FeO和O2吗？
(1)对于问题1，同学们上网查寻，有两种解释：
A．因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属。
B．因为铁的粉末为黑色,铁的氧化物也均为黑色,所以叫黑色金属。①你认为正确的说法是________________。
②若有一黑色粉末，你如何鉴别是铁粉，还是Fe3O4粉末：___________________________。
③若有一黑色粉末为Fe和Fe3O4的混合物，你如何证明其中有Fe3O4(只要求简述实验方法)：____________________________。
(2)对于问题2，同学们准备实验探究，他们设想了两种方法：
A．将Fe2O3高温灼烧，看灼烧前后颜色是否变化。
B．将Fe2O3高温灼烧，看灼烧前后质量是否变化。①实验中应将Fe2O3放在__________(填仪器名称)中灼烧。
②方法A中，如果高温灼烧后颜色由______________变为______________，说明Fe2O3确实发生了变化。能说明生成的一定为FeO吗？________，理由是___________________。
③方法B中，如果发生了预期的反应，固体高温灼烧前后质量比应为________________，但是，若实验结果为固体灼烧前后质量比为30∶29，则高温灼烧后生成物是________。
④比较两种方法，你认为较好的方法是_____。【解析】 (1)①铁的氧化物中Fe2O3为红棕色，B的说法是错误的。
②可以利用Fe、Fe3O4与稀盐酸或稀硫酸反应现象的不同来鉴别两种物质。
③检验Fe和Fe3O4的混合物中Fe3O4的存在，实质是检验混合物中O的存在，可以用干燥的氢气或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，然后检验产物中是否有水或二氧化碳产生。(2)灼烧Fe2O3需要在坩埚中进行。
方法A中，如果高温灼烧后颜色由红棕色变为黑色，说明Fe2O3确实发生了变化。但不能说明生成的一定为FeO，因为若生成Fe3O4，颜色也由红棕色变为黑色。
方法B中，如果发生了预期的反应，固体高温灼烧后由Fe2O3变为FeO，质量比应为10∶9。高温灼烧前后质量比为30∶29，则高温灼烧后生成物是Fe3O4。
比较上述两种方法可知，方法B的准确性较高。【答案】 (1)①A ②取黑色粉末少许于试管中,加适量稀盐酸或稀硫酸，有气泡产生的原黑色粉末为铁粉，若无气泡产生则原黑色粉末为Fe3O4(其他合理答案亦可)
③用干燥的氢气与黑色粉末加热反应，用无水硫酸铜检测有水产生或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，用澄清石灰水检测有二氧化碳产生(其他合理答案亦可)
(2)①坩埚 ②红棕色 黑色 不能 也可能为Fe3O4
③10∶9 Fe3O4 ④B课件38张PPT。第2课时 铁、铜化合物的性质和应用 课堂互动讲练探究整合应用课前自主学案知能优化训练2第 课时 铁、铜化合物的性质和应用课前自主学案一、Fe2＋的检验
1．用NaOH检验
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色沉淀)
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(红褐色沉淀)
现象：向含有Fe2＋的溶液中加入NaOH溶液，立即生成___________，白色沉淀迅速变为________，最终变为红褐色。白色沉淀灰绿色2．用KSCN和氯水检验
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(血红色)
现象：向含有Fe2＋的溶液中加入KSCN溶液，无明显现象，加入_____，溶液立即变为_______。氯水血红色二、Fe3＋的检验
1．用NaOH检验：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色沉淀)
现象：向含有Fe3＋的溶液中加入NaOH溶液，立即出现____________。
2．用KSCN检验：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(血红色)
现象：向含有Fe3＋的溶液中加入KSCN溶液，溶液立即变为血红色。红褐色沉淀三、Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化
1．三价铁的化合物遇到较强的还原剂时，会被还原成亚铁化合物。例如，氯化铁溶液遇到铁等还原剂，能被还原生成氯化亚铁：
______________________；
当FeCl3遇到足量的锌时,Fe3＋会被还原成Fe单质：
2FeCl3＋3Zn===3ZnCl2＋2Fe。2FeCl3＋Fe===3FeCl22．亚铁化合物在较强的氧化剂作用下，会被氧化生成三价铁化合物。例如，在氯化亚铁溶液中通入氯气，溶液会由浅绿色变成黄色，氯化亚铁立即被氧化生成氯化铁：
2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。
由以上可以说明，Fe2＋和Fe3＋在一定条件下是可以相互转化的，与铁单质在一起，它们就构成了一个“铁三角”，如图所示：四、Cu2＋的检验
1．Cu2＋的检验
(1)试剂：________。
(2)现象：产生___________。
(3)离子方程式：___________________________。
2．应用
(1)单质铜可以作导线、水管、电器仪表等。
(2)铜盐可以杀菌。
(3)Cu2O可以作玻璃、搪瓷的红色颜料。NaOH蓝色沉淀Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓1．在FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，会有什么现象，为什么？
【提示】 溶液由浅绿色变成棕黄色，因为Fe2＋具有较强的还原性，被KMnO4氧化成Fe3＋，而呈棕黄色。2．配制FeSO4溶液时，为什么要往溶液中加入少量铁粉？
【提示】 加入少量铁粉的目的是将溶液中可能存在的Fe3＋还原为Fe2＋，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。1．人体血红蛋白中含有Fe2＋,如果误食亚硝酸盐，会使人中毒，因为亚硝酸盐会使Fe2＋转变成Fe3＋，生成高铁血红蛋白而丧失与O2结合的能力。服用维生素C可缓解亚硝酸盐的中毒，这说明维生素C具有( )
A．酸性 B．碱性
C．氧化性 D．还原性
解析：选D。维生素C具有把Fe3＋转变为Fe2＋的能力。因此它是一种还原剂。2．下列物质跟铁反应后的生成物，一定能跟KSCN溶液作用生成血红色溶液的是( )
A．稀H2SO4 B．CuSO4溶液
C．氯气 D．FeCl3溶液
解析：选C。能生成血红色溶液，说明有Fe3＋，应为强氧化剂。3．要除去FeCl2溶液中的少量FeCl3，采取的方法是( )
A．加入足量镁粉 B．通入Cl2
C．加入足量铁粉 D．加入足量铜粉
解析：选C。足量镁粉不但与Fe3＋反应，而且置换出Fe2＋中的铁；通入Cl2将Fe2＋氧化为Fe3＋；加入铜粉会引入Cu2＋杂质。课堂互动讲练Fe2＋、Fe3＋、Fe的相互转变——铁三角特别提醒：(1)不同价态的铁及铁的化合物在相互转化时，注意所用氧化剂和还原剂的强弱不同。
(2)亚铁盐保存时，为了防止被氧化为铁盐，通常在溶液中加少量还原铁粉或铁钉。 将铁粉、铜粉、FeCl3溶液和CuCl2溶液混合于某容器中充分反应(假定容器不参与反应)。试判断下列情况下，溶液中存在的金属离子和金属单质。
(1)若铁粉有剩余，则容器中不可能有的离子是：____________；铜单质__________(填“一定”或“可能”)存在。
(2)若氯化铁和氯化铜都有剩余，则容器中不可能有的单质是__________，Fe2＋______________(填“一定”或“可能”)存在。【解析】 解答时应首先弄清物质间可能发生的反应。凡是相互间能发生反应的物质就不可能大量共存。本题涉及的反应有：
①Fe＋2FeCl3===3FeCl2 ②Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2 ③Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2
(1)若铁粉有剩余,则容器中不可能有Fe3＋、Cu2＋，因为它们能发生上述①②反应。
(2)若FeCl3和CuCl2都有剩余,则容器中一定没有Fe、Cu，一定有Fe2＋。
【答案】 (1)Fe3＋、Cu2＋ 一定
(2)Fe、Cu 一定变式训练1 已知硝酸能将Fe2＋氧化为Fe3＋。下列物质反应后一定有＋3价铁生成的是( )
①过量的Fe与Cl2反应
②Fe与过量稀硫酸反应
③FeCl2溶液中通入少量Cl2
④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A．只有① B．只有①③
C．只有①②③ D．全部解析：选B。本题涉及0价铁变为＋3价铁、＋2价铁变为＋3价铁及＋3价铁变为＋2价铁,应从氧化剂的强弱、反应条件及反应物间的相对量进行分析。
①中的Cl2氧化性强，它能将铁氧化为＋3价，由于不是在溶液中反应，因此过量的铁不会将氯化铁还原。②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2＋。③在溶液中Fe2＋被Cl2氧化生成Fe3＋。④中首先发生Fe与盐酸生成FeCl2、Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应，但题中未给出反应物间相对量的关系，若铁是足量的，则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。特别提醒：含Fe3＋的溶液与含SCN－的溶液混合后的现象不是出现红色沉淀，而是形成血红色溶液。 (2011年龙岩高一测试)要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含Fe2＋，进行如下实验操作时，最佳顺序是( )
①加足量氯水 ②加足量KMnO4溶液 ③加少量KSCN溶液
A．①② B．③②
C．③① D．①②③【思路点拨】 解答本题要注意以下两点：
(1)首先检验溶液中是否有Fe3＋，可用 KSCN溶液。
(2)加入氧化剂，验证溶液中含有Fe2＋，但要注意加入的氧化剂不能对观察现象产生干扰。【解析】 本题检验方法的关键是Fe3＋遇SCN－反应显血红色，而Fe2＋遇SCN－不显血红色，加入KSCN溶液不显血红色证明无Fe3＋，再加氯水，如有Fe2＋则可被氧化为Fe3＋,遇SCN－反应显血红色。KMnO4溶液也能氧化Fe2＋，但因其本身呈紫色，使Fe3＋与SCN－反应显血红色不易观察。
【答案】 C变式训练2 检验实验室配制的FeCl2溶液是否氧化变质，应选用的最适宜的试剂是( )
A．稀硝酸 B．KSCN溶液
C．溴水 D．酸性KMnO4溶液
解析：选B。FeCl2溶液氧化变质时，Fe2＋被氧化为Fe3＋，要检验FeCl2溶液中是否含有Fe3＋，可向其中加入少量KSCN溶液，若溶液变为血红色，表明含Fe3＋，若溶液不变血红色，表明不含Fe3＋，故正确答案为B。探究整合应用Fe2＋和Fe3＋的检验
单纯的Fe2＋和Fe3＋的检验都较为简单，若Fe2＋和Fe3＋共存时，可利用Fe2＋的还原性使KMnO4溶液褪色，检验出Fe2＋，利用Fe3＋遇SCN－变红，检验出Fe3＋,不同的题目环境可采用不同的检验方法，如分别含Fe2＋和Fe3＋的浓溶液，只需根据颜色不同区分即可。 某种催化剂为铁的氧化物。化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现血红色。一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为＋3的结论。
(1)请指出该结论是否合理并说明理由
______________________________。(2)请完成对铁元素价态的探究：
限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹；3 mol·L－1H2SO4、3%H2O2、6 mol·L－1HNO3、0.01 mol·L－1 KMnO4、NaOH稀溶液、0.1 mol·L－1KI、20% KSCN、蒸馏水。
①提出合理假设
假设1：______________________________；
假设2：______________________________；
假设3：______________________________。②设计实验方案证明你的假设
③实验过程
根据②的实验方案，进行实验。请写出实验操作步骤、预期现象与结论。【解析】 (1)如果催化剂中铁元素的化合价为＋2价，当加入HNO3后,稀HNO3将Fe2＋氧化为Fe3＋，出现同样的现象，因此结论不正确。
(2)①催化剂中铁元素存在的价态情况有：铁元素的价态全为＋3价，铁元素的价态全为＋2价，铁元素的价态既有＋2价又有＋3价，因此有三种假设。②要证明只有＋2价的铁元素，可以取样品，将其溶解在已赶走溶解的O2的稀H2SO4中，然后加入KSCN，若无血红色则证明催化剂中只有Fe2＋，若出现血红色，则催化剂中只有＋3价Fe或既有＋2价又有＋3价的铁元素。另取溶液，加入少量KMnO4溶液，若溶液呈紫红色，则只有＋3价铁元素，若溶液紫红色褪去，则有＋2价铁，并结合前面的实验得出结论。【答案】 (1)不合理。实验设计不合理，因为硝酸会氧化催化剂中可能存在的二价铁，所以从实验结果只能判断样品溶解后的溶液中存在三价铁而不能确定样品中铁元素的价态
(2)①催化剂中铁元素全部为＋3价 催化剂中铁元素全部为＋2价 催化剂中铁元素同时存在＋2价与＋3价③
