高中化学人教版必修1学案第三章 第二节 第三课时 铁的重要化合物.docx
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高中化学人教版必修1学案第三章第二节第三课时铁的重要化合物
第三课时
铁的重要化合物
[课标要求]
1.了解铁的氧化物的性质及应用。
2.了解Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备原理及化学性质;了解铜的化合物的性质及用途。
3.掌握Fe2+、Fe3+间的相互转化以及Fe3+、Fe2+的检验方法。
1.“五颜六色”的铁
(1)溶液:
Fe3+(棕黄色);Fe2+(浅绿色);Fe(SCN)3(红色)。
(2)固体:
Fe2O3(红棕色);FeO和Fe3O4(黑色);Fe(OH)2(白色);Fe(OH)3(红褐色)。
2.Fe3+、Fe2+的检验方法
(1)Fe3+:
方法一,滴加KSCN溶液,溶液变红色;方法二,滴加NaOH溶液,产生红褐色沉淀。
(2)Fe2+:
方法一,先滴加KSCN溶液无现象,再滴加氯水,溶液变红色;方法二,滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,然后迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。
1.铁的存在
地壳中元素的含量居于前四位的是氧、硅、铝、铁;铁元素在化合物中的主要化合价为+2、+3。
2.铁的氧化物
(1)物理性质
名称
氧化亚铁
氧化铁
四氧化三铁
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
—
铁红
磁性氧化铁
铁的化合价
+2
+3
+2,+3
颜色、状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
溶解性
都不溶于水
(2)化学性质
①FeO不稳定,在空气中受热易被氧化成Fe3O4。
②FeO和Fe2O3属于碱性氧化物,与盐酸反应的离子方程式分别为FeO+2H+===Fe2++H2O,Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。
③四氧化三铁(Fe3O4)的化学式可写成FeO·Fe2O3,Fe3O4溶于盐酸的离子方程式为Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O。
[特别提醒]
工业炼铁的反应原理:
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2。
1.下列说法正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.Fe2O3为碱性氧化物,可与水反应生成Fe(OH)3
C.铁锈的主要成分是Fe2O3
D.Fe3O4中铁元素有+2价和+3价,Fe3O4是混合物
解析:
选C 赤铁矿、铁锈的主要成分是Fe2O3,A错误,C正确;Fe2O3为碱性氧化物,但不与水反应,B错误;Fe3O4为化合物,不是混合物,D错误。
2.用足量的CO还原32.0g某种氧化物,将生成的气体通入足量的澄清石灰水中,得到60g沉淀,则该氧化物是( )
A.FeO B.Fe2O3
C.CuOD.Fe3O4
解析:
选B 由生成CaCO360g可得反应掉CO为0.6mol,即32g金属氧化物中含氧原子为0.6mol,铁原子:
=0.4mol,N(Fe)∶N(O)=0.4∶0.6=2∶3,即氧化物为Fe2O3。
铁的氢氧化物性质的比较
名称
氢氧化亚铁
氢氧化铁
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
水溶性
都不溶于水
与盐酸反应(离子方程式)
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
稳定性
在空气中不稳定,易被氧化
不稳定,受热易分解:
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
制备
(离子方程式)
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
转化方程式
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
[特别提醒] Fe(OH)2转化成Fe(OH)3的特殊现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最终变成红褐色。
1.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
A.①② B.①③
C.②③D.①②③
解析:
选B 因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3,故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的空气或氧气。
装置①是先用H2将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中,③中液面上加苯阻止了空气进入;②由于能接触到空气中的O2,故不能较长时间观察到白色沉淀。
2.按如图所示装置,用两种不同操作分别进行实验,观察B管中的现象。
(注:
操作过程中不考虑稀H2SO4与NaOH溶液的作用)
(1)操作Ⅰ:
先夹紧止水夹a,使A管开始反应,实验中B管观察到的现象是__________
________________________。
B管发生反应的化学方程式是_____________。
(2)操作Ⅱ:
打开止水夹a,使A管开始反应一段时间后再夹紧止水夹a,实验中在B管观察到的现象是______________。
B管中发生反应的离子方程式是__________________________________________。
解析:
(1)当夹紧止水夹a时,A管便成了一个封闭体系,产生的H2使A管内压强增大,将生成的FeSO4溶液压入B管中,从而与NaOH溶液发生反应生成Fe(OH)2,而NaOH溶液中溶解的O2可将Fe(OH)2迅速氧化,最后转变成Fe(OH)3,所以观察到白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。
(2)当进行操作Ⅱ时,产生的H2首先通过导气管通入到B管中的NaOH溶液中,将其中溶解的O2赶走,再夹紧止水夹a时,FeSO4溶液压入B管中,此时反应所产生的Fe(OH)2在一段时间内不变色。
答案:
(1)先出现白色絮状沉淀,然后沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色
FeSO4+2NaOH===Fe(OH)2↓+Na2SO4、
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(2)打开止水夹a时,溶液中的导气管口有气泡冒出;夹紧止水夹a后,出现白色沉淀,短时间内沉淀不变色 Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
[方法技巧]
制备Fe(OH)2的注意事项
(1)Fe2+必须是新制的,并放入Fe粉,以防Fe2+被氧化成Fe3+。
(2)除去溶液中溶解的O2,其方法是加热煮沸NaOH溶液。
(3)长胶头滴管末端插入试管内的液面以下。
(4)在FeSO4溶液液面上加植物油或苯进行液封。
1.铁元素有三种价态:
0价、+2价和+3价,这三种价态的铁在一定条件下可相互转化,我们称之为“铁三角”。
写出部分标号反应的离子方程式:
①Fe+2H+===Fe2++H2↑;
②2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;
③2Fe3++3Zn===2Fe+3Zn2+。
[特别提醒] 铁的不同价态之间的转化,要通过氧化还原反应来实现,氧化剂或还原剂的强弱不同,则转化产物可能不同。
2.Fe3+的检验
3.Fe2+的检验
4.铜盐
(1)物理性质
硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等铜盐可溶于水;铜绿的主要成分是Cu2(OH)2CO3,其难溶于水。
(2)化学性质
①铜的化学性质不活泼,使用铜器皿比较安全。
②铜盐属于重金属盐,都有毒,原因是铜离子能与蛋白质作用,使蛋白质变性而失去生理活性。
(3)铜及其化合物的颜色
①Cu:
紫红色 ②CuO:
黑色 ③Cu(OH)2:
蓝色
④CuSO4:
白色 ⑤CuSO4·5H2O:
蓝色
取少量FeCl3溶液于试管中,进行下列操作,观察实验现象。
[问题思考]
1.为什么在配制FeCl2溶液时,通常加入铁粉?
提示:
防止溶液中的Fe2+被氧化成Fe3+,即将溶液中可能存在的Fe3+再还原成Fe2+。
2.如何除去FeCl3溶液中的Fe2+?
提示:
向溶液中通入适量Cl2,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
3.FeCl3溶液为什么能用于从废旧印刷电路板(主要含铜)中回收铜?
提示:
FeCl3能与印刷电路板中的铜反应:
Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2,再用Fe置换出铜:
Fe+Cu2+===Cu+Fe2+。
铁及其化合物的相互转化
(1)Fe只有还原性,可以被氧化成Fe2+或Fe3+。
①Fe
Fe2+
②Fe―→Fe3O4
③Fe
Fe3+
2Fe+3X2
2FeX3(X代表F、Cl、Br)
(2)Fe2+既具有还原性又具有氧化性,可以被氧化为Fe3+,也可以被还原为Fe。
转化
Fe2+―→Fe3+
Fe2+―→Fe
试剂
强氧化剂:
Cl2、Br2、HNO3、HClO等
还原剂:
C、Al、Zn、CO等
实例
2Fe2++Cl2===
2Fe3++2Cl-
Fe2++Zn===Fe+Zn2+,FeO+CO
Fe+CO2
(3)Fe3+具有较强氧化性,可被还原为Fe或Fe2+。
转化
Fe3+―→Fe
Fe3+―→Fe2+
试剂
强还原剂:
C、Zn、CO等
还原剂:
Fe、Cu等
实例
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
2Fe3++Cu===
2Fe2++Cu2+
1.欲证明某溶液中含有Fe2+不含Fe3+,进行如下实验操作时最佳顺序为( )
①加入少量氯水 ②加入少量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液
A.①③ B.③②
C.③①D.①②③
解析:
选C Fe3+与KSCN溶液反应变红色,Fe2+与KSCN溶液不反应,但加入氧化剂后Fe2+被氧化成Fe3+,遇KSCN变红色。
所以,应先加入KSCN溶液,如果溶液不变色,再加入氯水,溶液变成红色,则可证明溶液中含有Fe2+不含Fe3+。
2.向盐酸中加入铁粉,待铁粉全部溶解后,再加入酸性KMnO4溶液,KMnO4溶液紫红色褪去的原因是( )
A.Fe有还原性
B.FeCl2中Fe2+具有还原性
C.KMnO4具有还原性
D.盐酸有还原性
解析:
选B 溶液褪色是因为Fe2+具有还原性,KMnO4具有氧化性,KMnO4被Fe2+还原生成无色的Mn2+。
3.将单质Fe、Cu与FeCl3、FeCl2、CuCl2溶液一起放进某容器内,根据下述不同情况,填写金属或金属离子。
(1)充分反应后,如果Fe有剩余,则容器内不可能有______。
(2)充分反应后,如果容器内还有大量Fe3+,则还含有________,一定没有________。
(3)充分反应后,如果容器内有较多Cu2+和相当量的Cu,则容器内不可能有________。
解析:
根据Fe+2Fe3+===3Fe2+,Fe+Cu2+===Cu+Fe2+,Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,若Fe有剩余,则容器中只能有Fe2+,不可能有Fe3+、Cu2+;如果容器内还有大量Fe3+,则还含有Cu2+和Fe2+,一定没有Fe和Cu;如果容器内有较多Cu2+和相当量的Cu,则容器内不可能有Fe3+和Fe。
答案:
(1)Fe3+、Cu2+
(2)Cu2+、Fe2+ Fe、Cu
(3)Fe3+、Fe
[三级训练·节节过关]
1.下列关于铁的叙述正确的是( )
①铁能被磁铁吸引,但纯铁易锈蚀 ②人体的血红蛋白中含有铁元素 ③不能通过化合反应生成FeCl2和Fe(OH)3 ④铁能在氧气中剧烈燃烧,但不能在水蒸气中燃烧
A.①③ B.②④
C.②③D.①④
解析:
选B ①中纯铁不易被锈蚀,③中可以通过化合反应生成FeCl2和Fe(OH)3,2FeCl3+Fe===3FeCl2,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
2.将Fe(OH)2露置在空气中加热灼烧所得的产物为( )
A.FeOB.Fe2O3
C.Fe3O4D.Fe(OH)3
解析:
选B 因Fe(OH)2极易被空气中氧气氧化,当露置于空气中时,Fe(OH)2首先转化为Fe(OH)3,然后Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3。
3.向某晶体的水溶液中加入含有Fe2+的溶液后,无明显变化,当滴入几滴新制的氯水后,溶液显红色,由此得出的下列结论,错误的是( )
A.该晶体中一定含有SCN-
B.Fe3+的氧化性比Cl2的氧化性强
C.Fe2+被Cl2氧化为Fe3+
D.Fe2+与SCN-不能形成红色物质
解析:
选B Fe2+与氯水中的Cl2发生如下反应:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,氧化性:
Cl2>Fe3+。
因SCN-与Fe3+反应生成红色物质,故原溶液中一定含有SCN-。
4.用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得溶液中加入铁粉。
对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是( )
A.若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+
B.若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+
C.若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出
D.若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出
解析:
选B 用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,发生反应:
2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2,向所得溶液中加入铁粉,发生反应:
2FeCl3+Fe===3FeCl2,Fe+CuCl2===FeCl2+Cu。
A项,若无固体剩余,则溶液中可能有Fe3+,也可能不含Fe3+,错误;B项,若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+,正确;C项,若溶液中有Cu2+,则可能没有固体析出,也可能有Cu析出,错误;D项,若溶液中有Fe2+,产生的固体中可能有Cu析出,也可能没有固体析出,错误。
5.铁及其化合物之间的相互转化可用下式表示:
Fe2+
Fe3+
FeO
回答下列有关问题:
(1)Fe与过量盐酸反应可以制取FeCl2。
若用反应所得的酸性溶液,实现上述①、④的转化,要求产物纯净,可选用________(选填字母)。
a.Cl2 B.Fe c.Cu d.KMnO4
(2)某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质,查阅了有关资料,得知Fe2+能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使高锰酸钾溶液褪色,并结合已学的知识设计了如下实验:
将药片除去糖衣研细后,溶解过滤,取滤液分别加入两支试管中,在试管Ⅰ中滴入酸性高锰酸钾溶液,在试管Ⅱ中滴入KSCN溶液。
①请你填出该同学实验中出现以下现象时应得出的结论:
实验
现象
结论
试管Ⅰ
试管Ⅱ
a
褪色
不变红
b
不褪色
变红
c
褪色
变红
②能不能将KMnO4和KSCN滴入到同一试管中进行验证,为什么?
试进行解释:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)Fe2+Cl2,Fe3+,选KMnO4则引入杂质,Fe3+Fe,Fe2+,选Cu则引入杂质Cu2+。
(2)①加KMnO4溶液只要褪色就说明含有Fe2+,而加入KSCN溶液变红则说明含有Fe3+,所以答案很容易得出,而第②问中的原因可归结为两条,一是KMnO4溶液呈紫红色,影响观察Fe(SCN)3的红色,二是KSCN具有较强的还原性,可以被KMnO4氧化,影响Fe2+的检验。
答案:
(1)a、b
(2)①a.没有变质B.完全变质 c.部分变质
②不能,原因是KMnO4溶液呈紫红色,影响Fe3+的检验;KSCN具有还原性,影响
Fe2+的检验
1.能使铁溶解,但不能生成沉淀的溶液是( )
A.AgNO3溶液 B.FeCl3溶液
C.CuSO4溶液D.FeSO4溶液
解析:
选B A、C项虽能溶解铁,但同时析出的Ag和Cu会附着在铁上,D项不能使铁溶解,符合题意的是B项。
2.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①B.①③
C.①②③D.全部
解析:
选B 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。
3.下列离子方程式中,正确的是( )
A.铁与盐酸反应:
2Fe+6H+===2Fe3++3H2↑
B.氯气与氯化亚铁溶液反应:
2FeCl2+Cl2===2FeCl3
C.氯化铁溶液与铁反应:
Fe3++Fe===2Fe2+
D.氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
解析:
选D 由于盐酸中H+的氧化性弱,故铁与盐酸反应时只能被氧化为Fe2+,A项错误;B项是化学方程式,不是离子方程式,FeCl2中Cl-实际不参加反应,应删去;C项中电荷不守恒,错误。
4.将下列四种铁的化合物溶于稀盐酸,滴加KSCN溶液没有颜色变化,再加入氯水即可显红色的是( )
A.FeOB.Fe2O3
C.FeCl3D.Fe(OH)3
解析:
选A A项,FeO溶于盐酸生成氯化亚铁和水,滴加KSCN溶液没有颜色变化,再加入氯水时,氯水把亚铁离子氧化为铁离子,铁离子与KSCN溶液反应即可显红色,正确;B项,Fe2O3溶于盐酸生成氯化铁和水,滴加KSCN溶液显红色,错误;C项,FeCl3溶于水,滴加KSCN溶液显红色,错误;D项,Fe(OH)3溶于盐酸生成氯化铁和水,滴加KSCN溶液显红色,D错误。
5.证明某溶液中只含有Fe2+而不含有Fe3+的实验方法是( )
①先滴加氯水,再滴加KSCN溶液后显红色
②先滴加KSCN溶液,不显红色,再滴加氯水后显红色
③滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后变灰绿,最后呈红褐色
④只需滴加KSCN溶液
A.①②B.②③
C.③④D.①④
解析:
选B 如果直接加KSCN溶液,不变红色,只能证明不含有Fe3+,不能证明含有Fe2+;先加氯水,再加KSCN溶液后显红色,只能证明加氯水后溶液中含有Fe3+,至于加氯水前是否有Fe3+是无法确定的,所以①④都不正确;先滴加KSCN溶液,不显红色,证明不含有Fe3+,再滴加氯水后显红色,证明加氯水前含有Fe2+,所以②正确;滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后变灰绿,最后呈红褐色,这是Fe2+的特征反应现象,也能证明加NaOH之前不含有Fe3+,所以③也正确。
6.下列各组物质中,X是主体物质,Y是少量杂质,Z是为除去杂质所要加入的试剂,其中所加试剂正确的一组是( )
选项
A
B
C
D
X
FeCl2溶液
FeCl3溶液
Fe
Na2SO4溶液
Y
FeCl3
CuCl2
Al
Na2CO3
Z
Cl2
Fe
NaOH溶液
BaCl2溶液
解析:
选C A项中Cl2能把FeCl2氧化,B项中Fe能把FeCl3还原,D项除去了CO
和SO
又引入了Cl-,均不合要求。
7.下列离子的检验方法合理的是( )
A.向某溶液中滴入KSCN溶液显红色,说明不含Fe2+
B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+
C.向某溶液中加入NaOH溶液,得到红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+
D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明溶液中含有Fe2+,不含有Mg2+
解析:
选C 滴入KSCN溶液显红色,说明溶液中含有Fe3+,但不能说明溶液中不含有Fe2+,A错误;B项操作不能说明原溶液中含有Fe2+,因为如果原溶液中含有Fe3+,也会出现相同的现象;加入NaOH溶液,得到红褐色沉淀Fe(OH)3,说明溶液中含有Fe3+,C正确;D项操作说明原溶液中肯定含有Fe2+,但可能含有Mg2+,因为生成的白色沉淀Mg(OH)2会被红褐色掩盖,不正确。
8.将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中Fe3+和Fe2+的物质的量相等。
则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是( )
A.2∶3B.3∶2
C.1∶2D.1∶1
解析:
选A 设参加反应的Fe3+的物质的量为x,
Fe+2Fe3+===3Fe2+
x1.5x
完全反应后,溶液中的Fe3+和Fe2+物质的量相等,即溶液中剩余Fe3+为1.5x,所以已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比为x∶1.5x=2∶3。
9.除去下列物质中所含的杂质(括号内为杂质),将选用的试剂和分离方法填在题后的横线上,并写出有关反应的化学方程式(是离子反应的写离子反应方程式)。
(1)Fe2O3[Fe(OH)3]________________________________________________________;
(2)Fe2O3(Al2O3)___________________________________________________________;
(3)FeCl3(FeCl2)___________________________________________________________;
(4)FeCl2(FeCl3)___________________________________________________________;
(5)FeCl2(CuCl2)___________________________________________________________;
(6)Fe(Al)_________________________________________________________________。
解析:
(1)根据Fe(OH)3的不稳定性,采用加热的方法,杂质可转化为提纯物;
(2)Al2O3能溶于NaOH溶液中,反应后过滤分离;(3)通入Cl2(或加入氯水)使杂质转化为被提纯物;(4)加入铁粉,将杂质转化为被提纯物;(5)加入铁粉,置换出铜,过滤加以分离;(6)Al可以溶于NaOH溶液,反应后过滤。
答案:
(1)加热 2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
(2)加入过量的NaOH溶液,过滤
Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
(3)通入足量的Cl2(或加入氯水) 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(4)加入足量铁粉,过滤 2Fe3++Fe===3Fe2+
(5)加入足量铁粉,过滤 Fe+Cu2+===Fe2++Cu
(6)加入过量的NaOH溶液,过滤
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑
10.电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。
(1)检验溶液中Fe3+存在的试剂是__________,证明Fe3+存在的现象是______________。
(2)写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
(3)某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜,并重新获得FeCl3溶液,准备采用下列步骤:
A.请写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式。
①____________,②____
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