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第8讲：铁、铜及其化合物
【内容与解析】
本节课要复习的内容是了解金属铁及其化合物的主要性质及应用。铁位于元素周期表中的第四周期，第Ⅷ族。Fe的原子序数是26，其原子结构示意图为。铁为变价金属，通常显＋2和＋3价
【教学目标与解析】
1．教学目标
(1)铁的原子结构特点 (2)铁的物理性质
（2）．铁的化学性质
2．目标解析
(1)铁的原子结构特点 就是指铁位于元素周期表中的第四周期，第Ⅷ族。Fe的原子序数是26，其原子结构示意图为。铁为变价金属，通常显＋2和＋3价。
(2)铁的物理性质就是指：纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔、沸点较高，纯铁的抗腐蚀性强，有较好的导电、导热、延展性。铁能被磁铁吸引。
（2）．铁的化学性质就是指：(1)铁与非金属的反应(2)铁与水蒸气的反应(3)铁与酸反应(4)铁与盐溶液的反应
【问题诊断分析】
本节的复习学习是高中知识的重要组成部分，本节中难在铁的两性上，再就是铁热反应与铁的计算问题。其重点是化学方程式与离子方程式的书写。
【复习过程】
自主复习
一、铁的结构和性质
1．铁的原子结构和物理性质
(1)铁的原子结构特点
铁位于元素周期表中的第四周期，第Ⅷ族。Fe的原子序数是26，其原子结构示意图为。铁为变价金属，通常显＋2和＋3价。
(2)铁的物理性质
纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔、沸点较高，纯铁的抗腐蚀性强，有较好的导电、导热、延展性。铁能被磁铁吸引。
2．铁的化学性质
(1)铁与非金属的反应
①铁和氯气的反应
化学方程式：2Fe＋3Cl22FeCl3。
②铁和氧气的反应
实验步骤：把细铁丝在火柴杆上盘成螺旋状，点燃火柴，然后迅速伸入盛有O2的集气瓶中，观察现象。
实验现象：铁丝在O2中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体物质。
化学方程式：3Fe＋2O2Fe3O4。
③铁和其他非金属的反应
2Fe＋3Br2===2FeBr3
Fe＋SFeS(黑色固体)　Fe＋I2FeI2
(2)铁与水蒸气的反应
实验步骤：在玻璃管中放入还原铁粉或石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气。用试管收集产生的经干燥的气体，并靠近火焰点火。观察现象。
实验现象：红热的铁与水蒸气起反应，放出气体。用试管收集气体，将气体靠近火焰点火，能燃烧或发出爆鸣声。
实验结论：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
(3)铁与酸反应
①铁与非氧化性酸(如稀H2SO4、HCl等)反应生成Fe2＋，放出H2。
离子方程式：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
②铁与氧化性酸(如稀HNO3)反应时，不放出H2。
a．HNO3(稀)过量时生成Fe3＋
Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O。
b．铁粉过量时生成Fe2＋
3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
(4)铁与盐溶液的反应
①铁能与比它活动性弱的金属的盐溶液反应，置换出这种金属。
Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4。
②铁能与FeCl3溶液反应生成FeCl2。
离子方程式：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
二、铁的重要化合物
1．铁的氧化物
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
名称 氧化亚铁 氧化铁(俗名铁红) 四氧化三铁(俗名磁性氧化铁)
铁的价态 ＋2 ＋3 ＋2、＋3
颜色和状态 黑色固体 红棕色固体 黑色晶体
类别 碱性氧化物 碱性氧化物 碱性氧化物
与还原剂的反应(如H2、CO、Al) H2＋FeOFe＋H2O 3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe
与酸(H＋)的反应 FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O
2.铁的氢氧化物
氢氧化物 氢氧化亚铁 氢氧化铁
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
物理性质 白色固体，不溶于水 红棕色固体，不溶于水
化学性质 Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
制法 可溶性碱与亚铁盐溶液反应Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
3.Fe2＋和Fe3＋的相互转化及Fe3＋的检验
比较 Fe2＋ Fe3＋
颜色 浅绿色 棕黄色
主要化学性质 还原性：Fe2＋Fe3＋与碱反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓水解性：水溶液显酸性 氧化性：Fe3Fe2＋与碱反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓水解性：水溶液显酸性
检验方法 (1)加KSCN溶液不变色，再加氯水溶液变红色(2)加碱反应产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色 遇含SCN－的溶液显红色，与碱反应生成红褐色沉淀
保存方法 加Fe防止氧化，密封 无特殊要求
溶液配制 加酸防变浑浊，加Fe防止氧化 加酸防止变浑浊
转化关系
三、铜及其化合物
1．铜的物理性质
紫红色固体，符合金属的通性，具有导电性、导热性和延展性。
2．铜的化学性质
铜在金属活动性顺序表中排在H后，活动性较弱，不能从酸中置换H。但能与非金属发生反应，一定条件下也能与强氧化性酸反应。
铜的化学性质简表
铜的性质 化学方程式及有关反应现象
与O2反应 2Cu＋O22CuO；表面变黑
与S反应 2Cu＋SCu2S；剧烈燃烧，铜丝红热，生成黑色物质
与Cl2反应 Cu＋Cl2CuCl2；剧烈燃烧，产生棕色烟
生成铜锈 2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3；生成绿色固体
与浓H2SO4反应 Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O；Cu溶解，溶液变黑，有刺激性气味气体生成，反应液加水稀释呈蓝色
与HNO3反应 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；Cu溶解，生成蓝绿色溶液
与Fe3＋溶液反应 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋；棕黄色溶液转化为绿色
3.铜的化合物
(1)氧化物
　　　物质性质　　 Cu2O CuO
Cu的化合价 ＋1 ＋2
对应的水化物 CuOH Cu(OH)2
物理性质 红色粉末、不溶于水 黑色粉末、不溶于水
主要化学性质 Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2OCu2O＋H22Cu＋H2O CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCuO＋H2Cu＋H2O
(2)氢氧化铜和硫酸铜
①Cu(OH)2：蓝色固体，难溶于水，是一种弱碱，与强酸反应的离子方程式：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。
②CuSO4：其无水盐为白色粉末，遇少量水时转化成蓝色晶体，化学式为CuSO4·5H2O，俗名胆矾。
CuSO4和CuSO4·5H2O均易溶于水，在水溶液中，Cu2＋呈现蓝色。
网络构建
1.铁及其重要化合物的转化关系
2．铜及其化合物的转化关系
热点典例突破
热点考向
1.以铁及其化合物为载体考查基本概念、理论。
2．与实验推断相结合考查Fe(OH)2的制备、Fe2＋与Fe3＋的检验等知识。
3．以铁元素的转化关系考查化学方程式的计算。
热点探究
热点1铁及其化合物的相互转化
铁是常见的还原剂，在参与化学反应时，一般可失去2e－或3e－而变成Fe2＋或Fe3＋。铁元素的原子在化学反应中，当遇弱氧化剂(如S、H＋、Cu2＋、I2等)时，铁只能失去最外层的两个电子，而生成＋2价铁的化合物，当遇到强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)时，铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成＋3价铁的化合物，Fe、Fe2＋、Fe3＋形成三角关系：
(1)Fe―→Fe3＋和Fe2＋―→Fe3＋需要较强的氧化剂。如O2、Cl2、HNO3(浓、稀)、H2SO4(浓)、KMnO4(H＋)溶液等。
2Fe＋3Cl22FeCl3；
Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；
4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3；
2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。
(2)Fe―→Fe2＋需要较弱的氧化剂，如S、Cu2＋(CuSO4)、H＋(稀H2SO4、盐酸)等。
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu；Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
Fe＋SFeS；Fe＋I2FeI2
(3)Fe2＋―→Fe，在金属活动性顺序表中排在Fe前的金属，如Zn、Al等，可以将Fe2＋还原成Fe。
Zn＋FeSO4===ZnSO4＋Fe
注意：K、Ca、Na等活泼金属，由于它们在水溶液中先跟水反应，所以不能作为还原剂来完成Fe2＋―→Fe的转化。
(4)Fe3＋―→Fe2＋需要较强的还原剂。如Fe、Zn、H2S(S2－)、KI(I－)、Na2SO3(SO)等，Cu虽不是强还原剂，但因Fe3＋具有较强的氧化性，可被Cu还原成Fe2＋。
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2；
H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl；
2KI＋2FeCl3===2FeCl2＋I2＋2KCl。
(5)Fe3＋―→Fe常发生在金属的热还原反应中。如高温下用CO还原铁矿石中的铁。
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
铝热反应也是这种转化的实例。如：Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe。
【例1】　下列物质反应后一定有＋3价铁生成的是(　　)
①过量的Fe与Cl2加热时发生反应；②Fe与过量稀H2SO4反应后，再向其中加KNO3；③Fe与过量的S加热时发生反应；④Fe(NO3)2溶液中加少量盐酸；⑤Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中。
A．只有①②⑤　　　　　　　B．只有②④
C．只有①②④ D．只有②③④
[解析]　明确哪些氧化剂能将Fe2＋氧化为Fe3＋，以及哪些还原剂能将Fe3＋还原为Fe2＋是正确解题的关键。Fe2＋、Fe3＋常见的相互转化关系归纳如下：
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H2SO4反应只能生成Fe2＋，但要注意，由于稀H2SO4过量，加入KNO3后，H＋、NO能将Fe2＋氧化成Fe3＋。③S的氧化性不强，与Fe发生反应只能生成FeS。④H＋和NO会将Fe2＋氧化为Fe3＋。⑤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。
[答案]　C
变式1　根据下列框图回答问题(答题时，方程式中的M、E用所对应的元素符号表示)：
(1)写出M溶于稀H2SO4和H2O2混合液的化学方程式：______________________________________。
(2)某同学取X的溶液，酸化后加入KI—淀粉溶液，变为蓝色。写出与上述变化过程相关的离子方程式：__________________________，____________________________。
(3)写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式：__________________________________________。
(4)将M、E、ECl3溶液、ECl2溶液、MCl2溶液混合于某容器中充分反应(容器不参与反应)，试判断下列情况下容器中存在的金属离子和金属单质。
①若E有剩余，则容器中不可能有________。
②若MCl2有剩余，则容器中还可能有________，一定有________。
解析：M为红色金属，与酸反应生成蓝色溶液，推知M为Cu。
由Y中加KSCN得红色溶液，确定Y中含有Fe3＋，从而确定E为Fe。M为Cu，X为FeSO4，Y为Fe2(SO4)3，Z为Fe(OH)3，K2EO4为K2FeO4。
(2)FeSO4溶液酸化后加入KI－淀粉溶液变蓝色，说明有I2生成。其变化过程中相关离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O,2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。
(4)该题属物质共存问题，解答该题应首先弄清物质间可能发生的反应，凡相互间能发生反应的物质，就不可能(大量)共存。该题涉及的反应有：
2FeCl3＋Fe===3FeCl2①
Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu②
2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2③
①若铁粉有剩余，则容器中就不可能有Fe3＋、Cu2＋，因为它们能发生上述①②反应；
②若CuCl2有剩余，则容器中不可能有Fe，可能有Fe3＋或Cu，一定有Fe2＋。
答案：(1)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O
(2)4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
(3)10KOH＋3Cl2＋2Fe(OH)3===2K2FeO4＋6KCl＋8H2O
(4)①Fe3＋、Cu2＋　②Fe3＋或Cu　Fe2＋
热点2铁的氢氧化物的制备
Fe(OH)2沉淀的制备
1．碱液沉淀法
(1)操作：将吸有NaOH溶液的胶头滴管插入新制备的亚铁盐溶液(或FeSO4溶液)的液面下，缓慢挤出NaOH溶液。
(2)原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。
(3)改进方法：为了防止Fe(OH)2被O2氧化，在制备Fe(OH)2时可采取如下改进措施：
①微热FeSO4溶液、煮沸NaOH溶液(除去溶解的O2)、滴加植物油或苯(隔绝空气)等。
②在FeSO4溶液中通入N2或CO2赶出装置中的O2。
③在FeSO4溶液中不断通入H2形成还原性氛围。
2．电解法
以铁棒作阳极，石墨作阴极，用NaOH溶液或NaCl溶液作电解质溶液进行电解。如下图
原理：阳极：Fe－2e－===Fe2＋
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
为了加速电解，可增大电源电压、缩短两极间距离或增大离子浓度。
【例2】　下面是制备Fe(OH)2白色沉淀的几种方案，请回答下列各问题：
(1)用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
①用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入________；
②除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
③生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是____________________________________________________ (2)在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
①在试管Ⅰ里加入的试剂是________。
②在试管Ⅱ里加入的试剂是________。
③为了制得Fe(OH)2白色沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀，如图所示，已知两电极的材料分别为石墨和铁。
①a电极的材料应为________，电极反应式为__________________________________________。
②电解液c可以是________(填编号)。
A．纯水 B．NaCl溶液
C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液
③d为苯，其作用是____________，在加入苯之前对电解液c应作何简单处理？______________________________。
④为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是________(填编号)。
A．改用稀H2SO4作电解液
B．适当增大电源的电压
C．适当减小两极间的距离
D．适当降低电解液的温度
⑤若c用Na2SO4溶液，当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为________________________________________________________________________。
[解析]　(1)Fe2＋易水解，要加入稀H2SO4防止其水解；Fe2＋易被空气中的O2氧化，要加铁粉，将被氧化的Fe3＋还原成Fe2＋，气体的溶解度随着温度升高而降低，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。
(2)两支试管，试管Ⅱ是开口式，无法用产生的气体将试液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应放在试管Ⅰ中，而在试管Ⅱ中盛不含O2的NaOH溶液。当Fe与稀H2SO4放入试管Ⅰ后，产生的H2可以从试管Ⅰ内短管处排出，从而排尽试管Ⅰ内空气。再经过止水夹通入试管Ⅱ中，排尽试管Ⅱ内空气。然后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，造成管内压强增大，将试管Ⅰ内FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2环境，从而避免了被空气中O2的氧化，使得Fe(OH)2能保存更长时间。
(3)电解时阳极反应Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，或电解质溶液能直接提供OH－，Fe2＋与OH－发生反应Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，当电解液选用NaOH溶液时，在阳极处立即产生白色沉淀，选其他溶液时，只有迁移后两者相遇时才能产生沉淀(大约在电解池中部)；当反接电源后，阳极反应4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，产生的O2立即把Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3。
[答案]　(1)①稀H2SO4、铁屑　②煮沸　③避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
(2)①稀H2SO4和铁屑　②NaOH溶液　③检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2已经纯净时再夹紧止水夹　④试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界O2不易进入
(3)①Fe　Fe－2e－===Fe2＋　②BC　③隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化　加热煮沸，排出溶解的O2　④BC　⑤白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色
变式2　有人设计了如图制备氢氧化亚铁的改进实验：
(1)按图所示组装仪器；向一支小的具支试管中加入2 mL左右稀盐酸，再加入2 mL左右的煤油；玻璃管下端粘住钠粒(用滤纸吸干表面煤油，切去氧化层)。
(2)将铁丝浸入盐酸，反应放出氢气，待试管内空气排尽后，向上提拉铁丝，使铁丝脱离液面。并关闭弹簧夹；用另一根细铁丝沿玻璃管内将钠粒捣入液体中。
请回答下列问题：
(1)写出该实验中发生反应的化学方程式：_______________________________________________。
(2)如何检验试管内空气已排尽(回答具体操作) _____________________________________。
(3)捣入钠粒后，预测具支试管中的现象：___________________________________。
(4)已知钠粒的质量约0.05 g，现实验室有以下两种不同浓度的盐酸，你选择(填A或B)__________。
A．1.1 mol/L　　　　　B．10 mol/L
答案：(1)Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，2Na＋2H2O＋FeCl2===Fe(OH)2↓＋2NaCl＋H2↑(也可写成3个：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，2NaOH＋FeCl2===Fe(OH)2↓＋2NaCl)
(2)在具支试管的出口处用向下排空气法收集满一试管气体，用拇指堵住管口，移向酒精灯火焰，松开拇指，若听到“噗”的一声，则说明空气已排尽
(3)钠不停地上下移动，并有气泡产生，很快有白色沉淀出现(答其他现象如：熔化成闪亮的小球，在煤油与界面间上下移动，钠粒最后消失等的不扣分)
(4)A　(估算，B选项中盐酸的量太大，溶液呈酸性，不能生成氢氧化亚铁，也不符合节约药品的原则)
热点3Fe2＋、Fe3＋的检验
鉴别方法 Fe2＋ Fe3＋
直接观色 浅绿色 棕黄色
利用显色反应 与KSCN溶液 不显红色 显红色
与苯酚 不显紫色 显紫色
利用Fe3＋的氧化性 与铜片 无现象 Cu溶解，溶液变为蓝绿色
与KI淀粉溶液 无现象 溶液变蓝
利用Fe2＋的还原性 与溴水 溴水褪色 无现象
与KMnO4(H＋) 紫色褪去 无现象
利用沉淀反应 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓沉淀颜色：白色→灰绿色→红褐色 Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓红褐色沉淀
【例3】　张老师做了一个如图所示实验，发现烧杯中酸性KMnO4溶液褪色，若将烧杯中的溶液换成含有少量KSCN的FeCl2溶液，溶液显红色，判断下列说法正确的是(　　)
A．该条件下生成的水分子化学性质比较活泼
B．该条件下H2被冷却为液态氢，液氢的水溶液具有还原性
C．该条件下H2燃烧生成了只具有氧化性的物质
D．该条件下H2燃烧的产物中可能含有一定量的H2O2
[解析]　生成的物质既可使KMnO4(H＋)褪色，又可将Fe2＋氧化为Fe3＋，则既有氧化性又有还原性。
[答案]　D
变式3　要证明某溶液中不含Fe3＋，而可能含有Fe2＋，进行如下实验操作时最佳顺序为(　　)
①加入足量氯水；②加入足量酸性KMnO4溶液；③加入少量KSCN溶液。
A．①③ B．③②
C．③① D．①②③
解析：KMnO4能氧化Fe2＋，但KMnO4本身为紫色，使溶液显色不易观察。
答案：C
热点4铜及其化合物
1.铜是第29号元素，位于周期表中第四周期、第ⅠB族，最外层有1个e－，常见化合价为＋1和＋2价。
2．铜的物理性质：红色，有金属光泽，密度8.92 g/cm3，导电、导热性、延展性良好，焰色反应呈绿色。
3．铜的化学性质：铜是一种较不活泼的金属。
(1)与非金属单质反应
①铜在常温下不和干燥空气反应，加热时发生氧化，在潮湿空气中可锈蚀。
2Cu＋O22CuO(黑色)　用此反应可除去混在氢气、一氧化碳中的少量O2。
2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色)。
②Cu＋Cl2CuCl2(棕黄色)
2Cu＋SCu2S(黑色)。
(2)与酸的反应
①与稀盐酸、稀H2SO4溶液不反应。
②与强氧化性酸反应
Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
Cu＋4HNO3(浓)Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(3)与盐溶液反应
Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag
Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋(印刷电路板反应原理)
(4)作催化剂：铜能催化醇氧化为醛或酮的反应，如
2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O
实际反应过程为
2Cu＋O22CuO CH3CH2OH＋CuOCH3CHO＋H2O＋Cu
4．铜的化合物
(1)氧化物
①CuO是不溶于水的碱性氧化物，具有较强氧化性，在加热时能被CO、H2、C等还原，可与酸反应。
CuO＋H2Cu＋H2O 2CuO＋C2Cu＋CO2↑
CuO＋COCu＋CO2 CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
②Cu2O呈砖红色，可用于制红色玻璃，Cu2O本身较稳定，但在酸液中易发生歧化反应生成Cu和Cu2＋。
(2)Cu(OH)2：蓝色固体，不稳定，常温或稍加热即分解生成黑色CuO。Cu(OH)2的悬浊液用来检验醛基的存在和多羟基化合物的存在，如含醛基化合物遇Cu(OH)2悬浊液时(加热)可生成红色沉淀(Cu2O)，多羟基化合物遇Cu(OH)2悬浊液时，则变为绛蓝色溶液。
Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
Cu(OH)2CuO＋H2O
CH3CHO＋2Cu(OH)2CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O
(3)CuSO4：白色粉末，有吸水性，吸水后由白色粉末变为蓝色晶体。利用这一性质常用于检验反应生成物中是否有水，也可用作干燥剂。
CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O
CuSO4·5H2O：蓝色晶体，俗称胆矾、蓝矾。胆矾受热可失去结晶水变成白色粉末，过热时，CuSO4会进一步分解出CuO。
CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O
(4)Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜)：铜锈的主要成分，为绿色(俗称铜绿)。
(5)可溶性铜盐能与H2S或S2－反应生成黑色的CuS沉淀，它难溶于强酸，常用于Cu2＋的检验。
【例4】　铜在自然界存在于多种矿石中，如：
矿石名称 黄铜矿 斑铜矿 辉铜矿 孔雀石
主要成分 CuFeS2 Cu5FeS4 Cu2S CuCO3·Cu(OH)2
请回答下列问题：
(1)上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是__________。
(2)工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑，反应的氧化剂是__________。
(3)SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是_________________________________________；
处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称______________________________。
(4)黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。请简述粗铜电解得到精铜的原理：______________________________________________________________________。
(5)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是__________。(填字母)
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断
A 铜绿的主要成分是碱式碳酸铜 可用稀盐酸除铜器表面的铜绿 Ⅰ对；Ⅱ对；有
B 铜表面易形成致密的氧化膜 铜容器可以盛放浓硫酸 Ⅰ对；Ⅱ对；有
C 铁比铜活泼 铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈 Ⅰ对；Ⅱ对；有
D 蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化 硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 Ⅰ错；Ⅱ对；无
[解析]　(1)根据矿石的主要成分分析可知：每1 mol Cu中含有的其他元素的质量Cu2S中最小，因此Cu2S中铜的质量分数最高。
(2)根据反应方程式：，可知Cu2O和Cu2S都作氧化剂。
(3)SO2排放到大气中会造成酸雨，处理该尾气可得到有价值的化学品：H2SO4或Na2SO4。
(4)粗铜的精炼中，应将粗铜与电源的正极相连作阳极，而将纯铜与电源的负极相连作阴极，用铜盐CuSO4、CuCl2等盐溶液作电解质溶液。
(5)铜绿的成分为Cu2(OH)2CO3，能与盐酸发生反应而除去，而Cu和盐酸不反应，A正确；铜在常温下和浓H2SO4不反应，因此B中前后无因果关系，B错误；在潮湿的空气中铁和铜形成原电池，铁作负极，铜作正极，铁易生锈，因此C也不正确；CuSO4·5H2O晶体转化为CuSO4白色粉末是化学变化，CuSO4为重金属盐，可以使蛋白质变性，因此可以作为消毒剂，因此D正确。
[答案]　(1)Cu2S
(2)Cu2S和Cu2O
(3)形成酸雨，会对植物和建筑物等造成严重危害　硫酸、硫酸钠
(4)以硫酸铜—硫酸溶液为电解液。电解时，粗铜(阳极)中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，不如铜活泼的金属沉入电解槽形成“阳极泥”；溶液中的Cu2＋得到电子沉积在纯铜(阴极)上
(5)AD
变式4　某红色固体的成分可能是氧化亚铜、铜或三氧化二铁中的一种或几种。某学校化学研究小组欲探究该红色固体的成分。请你参与该活动，并完成相关实验设计。
查资料知道，氧化亚铜是一种碱性氧化物，溶于稀硫酸生成铜和硫酸铜，在空气中加热生成氧化铜。
(1)甲同学认为，取少量固体，加入足量稀硫酸，充分搅拌后，取该溶液少量，置于一洁净的试管中，滴加硫氰化钾溶液，如溶液不变红色，证明原固体中一定不含三氧化二铁。你认为这种说法合理吗？__________。简述你的理由(不需写出反应的化学方程式)：______________________________________________。
(2)乙同学认为，取少量固体溶于稀硫酸，若固体全部溶解，就说明一定没有铜和氧化亚铜。这种说法不合理。在此实验过程中，可能发生如下反应(用离子方程式表示)：__________________________________________。
(3)丙同学经分析确知该固体的成分是氧化亚铜和铜。他想通过实验测定两种物质的质量分数。请你帮他设计一个实验方案，写出实验涉及到反应的化学方程式；以a、b、c……代表实验测出的相应数据，写出氧化亚铜的质量分数的表达式。
化学方程式：____________________。
氧化亚铜的质量分数的表达式：__________。
答案：(1)不合理　因为Fe3＋能与Cu反应转化为Fe2＋，Fe2＋与SCN－不反应，2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O,2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(3)a、b分别为反应前后固体的总质量
方案一：Cu2O＋H2SO4===Cu＋CuSO4＋H2O
ω%＝[9(a－b)/5a]×100%
方案二：Cu2O＋H22Cu＋H2O
ω%＝[9(a－b)/a]×100%
方案三：2Cu2O＋O24CuO
2Cu＋O22CuO
ω%＝[(45a－36b)/5a]×100%
方法规律技巧
铁与硝酸反应的计算
①Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；
②3Fe(过量)＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
1．当≤，按反应①进行；
　当≥，按反应②进行；
　当>>，则①②两反应都发生。
2．上述反应可以认为先发生反应①，若Fe有剩余则发生2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2③；合并①③即可得反应②，所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的。
【考例】　向含a g HNO3的稀溶液中，加入b g铁粉充分反应全部溶解。已知有 g HNO3被还原，则a：b不可能是(　　)
A．2：1　B．3：1
C．4：1 D．9：2
[解析]　因为有 g HNO3被还原，即可知HNO3全部参加反应，又因Fe全部溶解，无剩余，所以
≤≤，即：≤≤≤≤。
[答案]　A
变式　(2010·江苏省苏州市模拟)一定量的铁与稀硝酸反应生成Fe(NO3)3、Fe(NO3)2、NO和H2O，下列四种情况不能得出溶液中Fe3＋与Fe2＋的物质的量之比的是(不考虑水解)(　　)
A．已知参加反应的硝酸与被还原的硝酸的物质的量之比为4：1
B．已知参加反应的硝酸与铁的物质的量之比为3：1
C．已知参加反应的铁与生成的NO的物质的量之比为4：3
D．已知溶液中的Fe3＋与NO的物质的量之比
解析：选项B和C根据氧化还原中得失电子守恒求得，选项D根据电荷守恒可得。
答案：A
目标检测：
1.下列关于铁的叙述正确的是(　　)
①铁能被磁铁吸引，但纯铁易腐蚀；②在人体的血红蛋白中含有铁元素；③铁位于元素周期表中第四周期第ⅦB族；④铁能在氧气中剧烈燃烧，但不能在水蒸气中燃烧；⑤铁与强氧化剂硝酸反应的产物仅是Fe(NO3)3；⑥不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3。
A．①③　　　　　　　　B．②④
C．②⑤ D．④⑥
2．下列物质可由相应的单质直接化合而成的是(　　)
①FeS　②CuS　③FeCl2　④Al2S3　⑤Fe3O4⑥Fe2O3
A．①③⑤ B．②③④C．①④⑤ D．①②③④⑤
3．下列物质中能与Fe3＋反应，且反应中Fe3＋作氧化剂的是(　　)
①SCN－　②Fe　③Fe2＋　④Cu　⑤I－　⑥OH－
A．①②④⑤ B．①②④C．②④⑤ D．全部
4．a g铁粉与含有H2SO4的CuSO4溶液完全反应后，得到a g铜，则参与反应的CuSO4与H2SO4的物质的量之比为(　　)
A．1：7 B．7：1C．7：8 D．8：7
5．某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。有人设计了图中的工艺流程，利用常用酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。
填空下面空白。
(1)图中标号处需加入的相应物质分别是①________、②________、③________、④________、⑤________。
(2)写出①处发生反应的离子方程式_______________________________________________________；
写出③处发生反应的化学方程式_________________________________________________________。
(3)铁红的化学式为__________；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：铁红__________；氧化铜__________。
6．金属铜能被FeCl3的浓溶液腐蚀，其化学反应方程式是：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
现将有铜的印刷线路板浸入120 mL FeCl3的溶液中，有9.6 g铜被腐蚀掉。取出印刷线路板，向溶液中加入8.4 g铁粉，经充分反应，溶液中还存在4.8 g不溶物，则：
(1)溶液中主要存在哪些离子？
(2)离子浓度各是多少(设溶液体积不变)
还原剂
CuCl2
Cu
CuO
CU(OH)2
Cu2O
CuSO4
CuSO4·5H2O
△
Cu或Ag

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