高中化学第3章第1节铁的多样性学案鲁科版必修一docWord下载.docx
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结论
先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色沉淀
有关方程式有:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O===
4Fe(OH)3
生成红褐色沉淀
离子方程式有:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
(2)Fe3+的氧化性实验探究
加入KSCN溶液,溶液呈红色,加入足量铁粉后,溶液褪色
Fe3+具有氧化性,Fe具有还原性,离子方程式:
2Fe3++Fe===3Fe2+
加入KSCN溶液,溶液呈红色,加入足量铜片后,溶液红色消失,变为蓝色
Fe3+具有氧化性,离子方程式:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
(3)Fe2+的氧化性和还原性实验探究
加入KSCN溶液,无明显现象,再滴加氯水溶液呈红色
Fe2+具有还原性,离子方程式:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,
Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
加入FeSO4溶液,酸性KMnO4溶液紫红色褪去,溶液略呈黄色
Fe2+具有还原性,被酸性KMnO4氧化为Fe3+
溶液由浅绿色变为无色
Fe2+具有氧化性,离子方程式:
Fe2++Zn===Zn2++Fe
三、铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
1.铁单质
(1)物理性质
色、态
密度
熔点
导热性、延展性
导电性
特性
银白色固体
7.86_g·
cm-3
1538℃
良好
比铜、铝差
能被磁铁吸引
(2)化学性质
①与酸反应生成氢气:
与盐酸、硫酸反应的离子方程式为Fe+2H+===Fe2++H2↑。
②与某些盐溶液发生置换反应:
与硫酸铜溶液反应的离子方程式为Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
③与非金属反应
a.与氧气反应:
3Fe+2O2
Fe3O4。
b.与氯气反应:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
④铁与水的反应:
ⅰ.铁与冷水不反应,但在空气中的氧气和水蒸气的作用下,易腐蚀。
ⅱ.铁与水蒸气的反应:
方法
方法一
方法二
实验装置
用小试管收集一试管气体,点燃,听到轻微爆鸣声
用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声
实验结论
铁与水蒸气反应的化学方程式为
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
2.铁的氧化物
名称(化学式)
氧化亚铁(FeO)
四氧化三铁(Fe3O4)
氧化铁(Fe2O3)
俗名
—
磁性氧化铁
铁红
色态
黑色粉末
黑色晶体
红棕色粉末
铁的价态
+2
+2、+3
+3
与盐酸反应
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
与铝粉反应
3FeO+2Al
3Fe+Al2O3
2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3
微点拨:
(1)FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,Fe3O4为复杂的氧化物。
(2)FeO、Fe2O3、Fe3O4、MnO2、WO3、V2O5等难熔金属氧化物与铝粉的反应也叫铝热反应,常用KClO3和镁条引发该反应。
3.铁的氢氧化物
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应(写化学方程式)
Fe(OH)2+2HCl===FeCl2+2H2O
Fe(OH)3+3HCl===FeCl3+3H2O
受热分解(写化学方程式)
-
2Fe(OH)3
+3H2O
制备
可溶性亚铁盐与碱溶液反应Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
转化
在空气中,Fe(OH)2能够迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
四、铁及其化合物的转化关系
1.绘制铁及其化合物的“价——类”二维图。
[答案]
2.补铁剂中铁元素价态的检验
实验步骤
(1)取少量补铁口服液于试管中,滴入KSCN溶液
a.不变红
无Fe3+
b.变红
有Fe3+
(2)若出现现象a,向反应后的溶液中滴加氯水
溶液变红
有Fe2+
(3)若出现现象b,另取补铁剂滴加酸性KMnO4溶液
紫红色褪去
紫红色不褪去
无Fe2+
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)铁元素在地壳中含量位于第三位。
( )
(2)在工业中炼制铁单质,所以自然界中无游离态铁。
( )
(3)Fe3+转化为Fe2+时,需加入氧化剂才能实现。
(4)钢和铁都是铁的合金,钢不易生锈,生铁易生锈,铁锈的主要成分是Fe3O4。
(5)Fe3+遇到KSCN溶液会生成红色沉淀。
[答案]
(1)×
(2)×
(3)×
(4)×
(5)×
2.下列关于Fe2+和Fe3+的叙述中,错误的是( )
A.Fe2+的水溶液为浅绿色
B.Fe3+的水溶液为黄色
C.Fe3+具有氧化性,Fe2+具有还原性
D.Fe3+溶液中滴入含SCN-的溶液,立即出现红色沉淀
D [D项中产生的是红色溶液。
]
3.金属单质A可发生以下反应。
试判断:
(1)A、B、C、D、E分别是(写化学式,B写主要成分)
A________、B__________、C__________、D____________、E________。
(2)写出反应③和⑤的离子方程式:
③_____________________________________________________________;
⑤_____________________________________________________________。
[解析] 推断题的解题思路:
根据物质的物理性质(特别是色、态)和化学性质(相互转化关系、反应条件等),找出具有特征条件的物质,再由相互转化关系逐步推断。
如本题中结合B、C的颜色及与CuCl2溶液、稀盐酸反应的性质可推知A为Fe。
[答案]
(1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2
(2)Fe+Cu2+===Fe2++Cu Fe+2H+===Fe2++H2↑
Fe、Fe2+、Fe3+间的相互转化
实验室中常见的可溶性的亚铁盐有FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等,其溶液是浅绿色,亚铁盐中Fe2+易被氧化,故其晶体应密闭保存。
常见的可溶性的铁盐有FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等,其溶液一般呈黄色。
铁盐固体易潮解,也应密闭保存。
1.FeCl2溶液中混有少量FeCl3时,如何除去杂质?
提示:
向溶液中加入足量的铁粉,使FeCl3和Fe充分反应生成FeCl2,然后过滤除去多余的Fe。
2.若用过量的锌和FeCl3溶液反应,产物是FeCl2吗?
产物不是FeCl2。
因为锌比铁活泼,所以过量的锌会和FeCl2反应生成Fe,锌的表面会变黑。
3.FeCl3溶液中混有FeCl2时,如何除去杂质?
向溶液中加入足量的氯水,使FeCl2转化为FeCl3。
4.FeCl2溶液中混有CuCl2时,如何除去杂质?
加入铁粉,使Cu2+转化为Cu,过滤除去。
5.为什么保存硫酸亚铁溶液时常加入少量铁粉?
Fe2+具有较强的还原性,易被氧化变质,向盛放亚铁盐溶液的试剂瓶中加入少量铁粉的目的是防止Fe2+被氧化为Fe3+。
1.Fe、Fe2+、Fe3+间的相互转化关系——铁三角
2.常见的转化反应如下
(1)Fe→Fe2+:
加弱氧化剂,如I2、H+、Cu2+、Fe3+等。
Fe+2H+===Fe2++H2↑,Fe+Cu2+===Fe2++Cu,Fe+2Fe3+===3Fe2+。
(2)Fe→Fe3+:
加强氧化剂,如O2、Cl2、Br2等。
(3)Fe2+→Fe3+:
加强氧化剂,如Cl2、O2、Br2、H2O2等。
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
(4)Fe3+→Fe2+:
加还原剂,如Fe、Cu、I-等。
Fe+2Fe3+===3Fe2+,Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。
(5)Fe2+→Fe:
加强还原剂,如Zn、Al、C、CO等。
Zn+Fe2+===Zn2++Fe,CO+FeO
Fe+CO2。
(6)Fe3+→Fe:
加强还原剂,如Zn、Al、CO、H2等。
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2,3H2+Fe2O3
2Fe+3H2O(g)。
1.下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )
A.可以采用加热的方法除去Fe2O3中的Fe(OH)3
B.铁只有与水蒸气反应才能得到Fe3O4
C.不能通过化合反应生成FeCl2和Fe(OH)3
D.氯化铁溶液有较强氧化性,故可用作净水剂
A [铁在纯氧中燃烧能产生Fe3O4;
2FeCl3+Fe===3FeCl2,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3均是化合反应;
FeCl3溶液能净水,不是因为Fe3+的氧化性,是因为FeCl3在水中形成Fe(OH)3胶体。
2.已知A是一种常见金属,F是一种红褐色沉淀。
试根据图中转化关系,回答下列问题。
(1)写出A、C、F、G的化学式:
A.________,C.________,F.________,G.________。
(2)检验D中阳离子的方法__________________________________________
________________________________________________________________。
(3)保存C溶液时要加固体A的原因是_______________________________
(4)写出下列转化的离子方程式。
①A→C:
_____________________________________________________;
②C→D:
____________________________________________________。
[解析]
(1)A是一种常见金属,F是一种红褐色沉淀,由转化关系可知,F为Fe(OH)3,A为Fe,Fe与氧气反应生成的B为Fe3O4,四氧化三铁与盐酸反应得到氯化亚铁与氯化铁,故Fe与盐酸反应得到的X为氢气、C为FeCl2,可推知E为Fe(OH)2、D为FeCl3,G为Fe2O3。
(2)D为FeCl3,含有的阳离子为Fe3+,检验Fe3+的方法为取少量D溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,证明含有Fe3+。
(3)FeCl2易被空气中的氧气氧化,保存FeCl2溶液时加固体Fe,防止Fe2+被氧化。
(4)①A→C反应的离子方程式为Fe+2H+===Fe2++H2↑;
②C→D反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
[答案]
(1)Fe FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3
(2)取少量D溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,证明有Fe3+
(3)防止Fe2+被氧气氧化
(4)①Fe+2H+===Fe2++H2↑
②2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
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,则溶液中不可能有________。
(2)充分反应后,如果溶液中还有大量Fe3+,则还含有________,一定没有________剩余。
(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剩余。
如果容器内有较多Cu2+和相当量的Cu,Fe能置换出铜,Fe3+能氧化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
Fe2+、Fe3+的检验方法
1.怎样用化学方法检验FeSO4试剂是否变质?
FeSO4变质就是Fe2+被空气中的氧气氧化,可用KSCN溶液检验是否含有Fe3+。
2.先向溶液中滴加少量氯水,再加KSCN溶液,溶液变为红色,能否证明原溶液中含有Fe2+?
不能证明原溶液中含有Fe2+,因为若原溶液中含有Fe3+,溶液也变红色,干扰Fe2+的检验。
3.如何检验溶液中既含Fe2+又含Fe3+?
取一份待检液,滴入几滴KSCN溶液,溶液呈红色,说明含Fe3+;
另取一份待检液,滴入几滴酸性KMnO4溶液,紫红色褪去,说明含Fe2+。
Fe3+、Fe2+的检验
1.观察溶液颜色法
2.KSCN溶液和氯水法
3.NaOH溶液法
4.酸性KMnO4溶液法
1.下列离子的检验方法合理的是( )
A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,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,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+
C [A项,Fe2+遇到KSCN溶液不变色,Fe2+是否存在不确定;
B项,Fe3+干扰Fe2+的检验,若原溶液中含有Fe3+不含Fe2+也会产生同样的现象;
D项,Mg(OH)2为白色沉淀被红褐色沉淀掩盖,不确定。
2.证明某溶液含有Fe2+而不含有Fe3+的实验方法是( )
A.先滴加氯水,再滴加KSCN溶液后显红色
B.先滴加KSCN溶液,不显红色,再滴加氯水后显红色
C.先加入铁粉,再滴加NaOH溶液
D.只需滴加KSCN溶液
B [Fe2+具有较强还原性,Fe3+遇KSCN溶液变红色,证明某溶液只含有Fe2+而不含有Fe3+的实验方法是先滴加KSCN溶液,不显红色,确认溶液不含有Fe3+,再滴加氯水后显红色,证明Fe2+被氧化为Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
3.为了验证Fe3+的性质,某化学兴趣小组设计了如图所示的一组实验,其中实验方案设计错误的是( )
A.④ B.③
C.③④D.①②③④⑤
C [③不反应,实验方案及现象均错误;
④检验的是Cl-,与Fe3+的性质无关。
氢氧化亚铁不稳定,通常被氧化为氢氧化铁,氢氧化铁为棕色或红褐色粉末或深棕色絮状沉淀或胶体,用来制颜料、药物,用作净水剂(胶体时),也可用来作砷的解毒药等。
如右图是某同学用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2白色沉淀的方案。
1.分析硫酸亚铁、氢氧化亚铁易被氧化的原因。
硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁为+2价,可以升高到+3价,具有还原性,易被氧化。
2.用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入固体,该固体是什么?
Fe2+易被空气中的O2氧化,要加铁粉,将被氧化的Fe3+还原成Fe2+。
3.除去蒸馏水中溶解的O2常采用什么方法?
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。
4.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溶液的液面以下,再挤出NaOH溶液。
这样操作的理由是什么?
Fe(OH)2沉淀很容易被氧气氧化,长滴管插入溶液液面以下,可防止Fe(OH)2与氧气接触而被氧化。
通过情境素材中,对Fe(OH)2的制备方法及现象分析,探究较长时间观察白色沉淀的方法等,养成了“发现问题,探究解决问题”的能力,培养了学生良好的科学探究和创新意识。
1.所含铁元素既有氧化性又有还原性的物质是( )
A.Fe B.FeCl3 C.FeSO4 D.Fe2O3
C [含有+2价铁元素的物质既有氧化性又有还原性。
2.将足量铁粉加入由盐酸、MgCl2溶液、FeCl3溶液、CuCl2溶液组成的混合液中,充分反应后,铁粉有剩余,则溶液中含有大量的阳离子是( )
A.Cu2+和Fe2+B.Fe2+和Mg2+
C.Fe3+和Fe2+D.H+和Cu2+
B [加入足量铁粉所发生的反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,Fe+Cu2+===Cu+Fe2+,2H++Fe===Fe2++H2↑,铁粉有剩余,则溶液中无H+、Fe3+、Cu2+。
3.选择合适试剂完成甲、乙两组实验。
甲组:
检验含Fe3+的溶液中是否含有Fe2+;
乙组:
检验含Fe2+的溶液中是否含有Fe3+。
下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是( )
试剂
选项
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
氢氧化钠溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
KOH溶液
溴水
D
B [甲组,在Fe3+存在的条件下,检验Fe2+,要排除Fe3+干扰。
所选试剂具备下列条件:
一是能与Fe2+发生有明显现象的反应;
二是与Fe3+不反应。
酸性KMnO4溶液符合条件:
5Fe2++MnO
+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O,现象为紫色变浅(或褪色)。
乙组为在Fe2+存在的条件下,检验Fe3+,用KSCN溶液检验Fe3+,Fe2+无干扰。
4.(素养题)“百炼成钢”是指反复将炽热的生铁在空气中锤打,转化为坚硬的钢,其实质是对生铁的不断除杂过程。
下列叙述不正确的是( )
选项
被提纯物质
杂质
除杂试剂或方法
FeCl3溶液
FeCl2
通入适量Cl2
FeCl2溶液
FeCl3
加入过量铁粉并过滤
铜粉
铁粉
加入过量稀硫酸并过滤
Fe(OH)3溶液
在空气中灼烧
D [Fe(OH)3在灼烧时分解生成Fe2O3。
5.根据以下反应,写出各物质的化学式及①②③的方程式(化学方程式或离子方程式)。
(1)A是________,B是________,C是________,D是________。
(2)①化学反应方程式:
____________________________________________;
②离子方程式:
___________________________________________________;
③离子方程式:
___________________________________________________
[解析] 根据颜色来推断相关物质,红棕色粉末A为Fe2O3,B为Fe,蓝色溶液中含Cu2+,故红色固体C为Cu。
[答案]
(1)Fe2O3 Fe Cu FeCl2
(2)①Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
②Fe+Cu2+===Fe2++Cu
③Fe+2H+===Fe2++H2↑
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