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南宁宇光飞利钛合金批发基地1、铁和铜
(1)铁和铜的物理性质
铁,元素符号为Fe,核电荷数为26,银白固体,莫氏硬度为4~5,密度是7.874g.cm-3,熔点是1535°C,沸点为2750°C,导电导热性很好,延展性较好;
铜,元素符号为Cu,核电荷数为29,紫红固体,莫氏硬度为2.3~3,密度是8.g.cm-3,熔点是1083.4°C,沸点为2567°C,导电导热性很好,延展性很好。
(2)铁和铜的原子结构
原子结构示意图:
(3)铁和铜的化学性质
铁位于元素周期表的第VIII族,其常见化合价有+2和+ 3价,其中+ 3价比较稳定。铁遇到较弱氧化剂失去2个电子,遇到较强氧化剂时失去3个电子。另外,铁还有+6价,如K2FeO4 (高铁酸钾)。
铜的常见化合价有+1和+2价,其中+2价比较稳定。铜遇到较弱氧化剂时失去1个电子,遇到较强氧化剂时失去2个电子。
[注意]铁和铜都有还原性,并且铁的还原性较强,铜的还原性很弱。
①铁、铜跟非金属单质反应
在加热条件下,铁和铜均可与多种非金属单质反应。与较弱氧化性物质(I2、 S等)反应生成较低化合价,与较强氧化性物质(Cl2、 O2等)反应生成较高化合价;例如:
△ Fe+S=FeS
点燃2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
②铁、铜跟酸反应
铁既能被非氧化性酸中的氢离子氧化,又能被氧化性酸中的中心元素氧化,而铜只能被氧化性酸中的中心元素氧化。
例如:
Fe+2H+=Fe2++H2↑
Fe+ 4H+ + NO;(稀、过量)= Fe3+ + NO↑十2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+4H2O
Cu + 2H2SO4(浓)= SO2↑+CuSO4+2H2O
[注意]
在常温下,铁、铝遇到浓硫酸或浓硝酸时会发生钝化。纯净的铁在空气中比较耐腐蚀,但常用的钢铁器件比较容易被腐蚀。
③铁、铜跟盐溶液反应
Fe+ 2Ag+ = Fe2+ + 2Ag
Fe+ 2Fe3+ = 3Fe2+
Cu+2Ag+=Cu2++2Ag
Cu十2Fe3+ = Cu+ + 2Fe2+
④铁跟水反应
在高温下,铁能置换出水蒸气中的氢,但铜不能跟水反应
高温 3Fe + 4H2O(g)= Fe3O4 + 4H2
(4)工业_上制备铁和铜的化学反应原理
高温 Fe2O3 + 3CO=== 2Fe + 3CO2
CuO+CO=Cu+CO2
2、铁和铜的氧化物及氢氧化物
(1)铁的三种氧化物的比较
FeO,氧化亚铁,黑粉末,+2价,
不稳定易被氧化为Fe3O4
与非氧化性酸反应: FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O与氧化性酸反应:
3FeO+10H+十NO-=3Fe3++NO↑
+5H2O
与还原性酸反应: (HI)
FeO+2H+=Fe2++H2O
高温 与CO反应: FexOy + yCO-= xFe + yCO2
高温 与Al反应: 2AI + 3FeO = Al2O3 + 3Fe
制取高温熔融,过量的铁与氧气反应:
高温 2Fe + O2 2FeO
Fe2O3,三氧化二铁,俗称铁红,红棕粉末,+3价,比较稳定,
与非氧化性酸反应:
Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O
与氧化性酸反应: Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O与还原性酸反应: (HI)
Fe2O3 +6H+ + 2I- = 2Fe2+ +I2 + 3H20
与CO反应: FexOy +yCO= xFe+yCO2
高温 与Al反应: 2Al + Fe2O3=== Al2O3 + 2Fe
制取Fe(OH)3的分解:
Fe(OH)3= Fe2O3 + 3H2O
用途用作红油漆和涂料,炼铁的主要原料
Fe:O4,四氧化三铁,俗名磁性氧化铁,黑晶体,+2、+3价,稳定,,
与非氧化性酸反应:
Fe3O4 + 8H+ = 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O
与氧化性酸反应:
Fe3O4+28H++NO;=9Fe3++NO↑
+ 14H2O
与还原性酸反应: (HI)
Fe3O4 + 8H+ +2I- = 3Fe2+ + I2 + 4H2O
与CO反应:高温: FexOy + yCO
xFe + yCO2与Al反应:高温: 8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
制取: (点燃)3Fe+ 2O2 === Fe:O4
用途:做磁铁
[注意] Fe3O4 可看做FeO . Fe2O3。
(2)铁的氢氧化物
[注意]制取和观察Fe(OH)2时,要将吸有NaOH溶液的胶头滴管伸入液面以下,或在在液面上覆盖一层苯或植物油(不能用CCl4),以防空气把氢氧化亚铁氧化。
(3)氧化铜和氢氧化铜的性质比较
[注意]溶液中的Cu2+通常为蓝(浓CuCl2 溶液是绿的,稀CuCl2为蓝的), 可以作为Cu2+的判断依据。
3、Fe2+与Fe3+性质的比较
[拓展延伸]
FeCl3变
(1)向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,溶液橙红。
(2)FeCl3溶液能使紫石蕊试液呈红。
(3)FeCl3溶液与NaOH溶液反应,生成红褐沉淀。
(4)向FeCl3溶液中通入H2S气体,生成淡黄沉淀。
(5)向FeCl3溶液中加入几滴Na2S溶液,生成淡黄沉淀,当加入Na2 S溶液过量时,又生成了很沉淀。
(6)向FeCl3中加入Fe粉,溶液变成浅绿。
(7)向FeCl3溶液中加入过量Cu粉,溶液变成蓝绿。
(8)将FeCl3溶液滴加到淀粉碘化钾溶液中,溶液变成蓝。
(9)向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液,溶液变成紫。(10)将FeCl3溶液滴入AgNO3溶液中,生成白沉淀。
(11 )将FeCl3溶液滴入沸水中加热- -段时间,生成红褐Fe(OH)3胶体。
4、铁和铜的冶炼
(1)铁的冶炼
①原料:铁矿石,焦炭,空气,石灰石等;
②反应原理:在高温下用还原剂将铁元素从其氧化物中还原出来;
③工艺流程:
CO来源:(高温)C+O2=CO2,C+CO2== 2CO
铁矿石还原: Fe2O3 + 3CO=- 2Fe + 3CO2
[注意]由于矿石中杂质如SiO2,需除去,
高温. CaCO3== CaO + CO2↑,
高温 CaO + SiO2=CaSiO3 (炉渣) ,故CaCO3又叫造渣剂。
炉渣密度比水小,故浮在铁水上面,分离可得铁水。这样炼得的铁水含2%~4.5%的碳,为生铁,生铁还要进一步冶炼去碳得到含碳量小于2%的铁,称为钢。生成铁和钢均为铁的合金。
(2)铜的制备和精炼
①湿法炼铜: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
②高温炼铜:工业.上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)
800℃ 2CuFeS2 + 4O2 =Cu2S + 3SO2 (炉渣)+ 2FeO
1200℃ 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2
1200℃ 2Cu2O + Cu2S =6Cu+SO2↑
③电解精炼铜:用粗铜作阳极,失电子变为Cu2+,用纯铜棒作阴极即可得精铜
粗Cu-CuSO4溶液-精Cu
5、硫酸铜与碱式碳酸铜
(1)硫酸铜(CuSO4)
①物理性质:白粉末状固体,不溶于乙醇和乙醚,易溶于水,水溶液呈蓝;
②化学性质:将硫酸铜溶液浓缩结晶,可得到五水硫酸铜蓝晶体,俗称胆矾或蓝矾;
胆矾在常温下很稳定,不潮解,但是在干燥的环境中会逐渐风化失去结晶水。
无水硫酸铜很容易吸水变成胆矾(CuSO4 . 5H2O),所以常用无水硫酸铜检验气体或者液态有机物中是否含有微量水分。
将胆矾加热至650°C,可以分解为黑氧化铜、二氧化硫、氧气、水蒸气。
③用途:
电镀或者精炼铜中其水溶液常作为电解液。
无机农药波尔多液就是硫酸铜和消石灰的混合液,是一种良好的杀菌剂,可以防治多种作物的病害。
(2)碱式碳酸铜[Cu2 (OH)2CO3]
①物理性质:是一种草绿的纤维状的团状物或深绿的粉状物,有毒,是孔雀石的主要成分,俗称铜绿;
②化学性质: Cu2 (OH)2 CO3可溶于酸,热水中或加热到220° C时分解为氧化铜、水和二氧化碳,溶于酸生成相应的铜盐,也可溶于氰化物、铵盐而形成铜的配合物。
③用途:碱式碳酸铜可以用来制造信号弹、焰火、油漆颜料、杀虫剂和解毒剂,也可用于电镀等方面。
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