人教版高中化学必修第一册31 铁及其化合物学案有答案.docx
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人教版高中化学必修第一册31铁及其化合物学案有答案
铁及其化合物
【学习目标与素养】
1.宏观辨识与微观探析:
结合真实情景中的应用和通过实验探究,了解铁及其氧化物、氢氧化物的主要性质。
结合真实情景中的应用和通过实验探究,了解铁盐、亚铁盐的主要性质。
2.科学探究与创新意识:
能依据教材给出的问题,设计简单的实验方案制备Fe(OH)2。
3.变化观念:
掌握Fe2+、Fe3+的检验方法及相互转化。
4.科学态度与社会责任:
了解铁、铁的氧化物、氢氧化物在生产、生活中的应用。
了解铁盐、亚铁盐在生产、生活中的应用。
【学习重难点】
学习并掌握铁的单质、氧化物、氢氧化物、亚铁盐的性质。
熟练掌握铁三角的关系。
【学习过程】
【第一课时】
(一)基础知识填充
一、铁的单质
1.铁元素的存在
铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝,居第四位,主要以+2价和+3价化合物的形态存在。
2.物理性质
铁有延展性和导热性,铁能导电,但导电性不如铜和铝。
铁能被磁体吸引。
3.铁的化学性质
铁元素性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
(1)铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应
①铁与氯气反应的化学方程式:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
②加热条件下,铁与弱氧化性的S单质反应的化学方程式:
Fe+S
FeS。
③铁与盐酸(稀硫酸)反应的离子方程式:
Fe+2H+===Fe2++H2↑。
④铁与硫酸铜溶液反应的离子方程式:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
(2)实验探究铁粉与水蒸气的反应
实验装置
操作现象
用火柴点燃肥皂液,听到爆鸣声,证明生成了H2
实验结论
在高温下,铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2,化学方程式为3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
二、铁的重要化合物
1.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
-
铁红
磁性氧化铁
颜色和状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
+2价
+3价
+2价、+3价
水溶性
不溶
不溶
不溶
与盐酸反应(离子方程式)
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
与CO的反应
FexOy+yCO
xFe+yCO2
点拨:
FeO、Fe2O3属于碱性氧化物,Fe3O4不属于碱性氧化物。
2.铁的氢氧化物
(1)实验探究铁的氢氧化物的生成与转化
在两支试管中分别加入少量的FeCl3溶液和FeSO4溶液,然后各滴入NaOH溶液。
①在FeCl3溶液中滴入NaOH溶液,生成红褐色沉淀,原因是:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓(填反应的离子方程式)。
②在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液,生成白色沉淀,原因是Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓(填反应的离子方程式),沉淀迅速变成灰绿色最后会有红褐色沉淀生成,原因是:
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3(填反应的化学方程式)。
思考:
利用教科书中的方法制备Fe(OH)2时,为得到较为纯净的Fe(OH)2,可采取哪些措施?
提示:
①Fe2+溶液必须是新制的并放入铁粉,防止Fe2+被氧化成Fe3+;②除去溶液中溶解的O2,方法是加热煮沸NaOH溶液;③滴管末端插入试管内的液面以下;④必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。
(2)Fe(OH)2、Fe(OH)3的比较
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色和溶解性
白色固体,不溶于水
红褐色固体,不溶于水
稳定性
在空气中易转化为Fe(OH)3
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
制备
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
转化
化学方程式
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
现象
白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色
(二)自学检测
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)氧化铁能与酸反应,所以可用于制作红色染料()
(2)铁与过量的硫粉共热产物是Fe2S3()
(3)铁在加热条件下与液态水或水蒸气均能反应()
(4)还原铁粉与水蒸气反应的装置中湿棉花的作用是生成水蒸气()
答案:
(1)×
(2)×(3)×(4)√
2.下列物质是红棕色固体的是()
A.FeO
B.Fe2O3
C.Fe3O4
D.Fe(OH)2
答案:
B
3.在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液,生成白色沉淀,沉淀迅速变成灰绿色最后会有红褐色沉淀生成,原因是4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,该反应中氧化剂是________,还原剂是________。
答案:
O2;Fe(OH)2
(三)重难点突破
实验室制备Fe(OH)2装置的改进
1.制备关键:
防止Fe(OH)2与空气中的氧气接触。
2.防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸,驱除溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部,并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气,如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层,如苯、植物油等。
3.装置改进
典例:
如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。
实验时必须使用铁屑和6mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。
填写下列空白:
(1)B中盛一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是________,A中反应的离子方程式是___________________________________________________________。
(2)实验开始时先将止水夹E________(填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是________。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:
_________________________________________。
(4)拔去装置B中的橡皮塞,使空气进入,写出有关反应的化学方程式:
___________________________________________________。
解析:
实验开始时先打开止水夹E,让生成的H2把A、B装置中的空气排出,让Fe(OH)2在H2气氛中生成,以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。
H2充满B后关闭止水夹E,A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶,与NaOH反应。
答案:
(1)铁屑;Fe+2H+===Fe2++H2↑
(2)打开;H2
(3)关闭止水夹E,A中压强增大,把FeSO4溶液压入B瓶中进行反应
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
【第二课时】
(一)基础知识填充
一、Fe3+和Fe2+的检验
二、Fe3+与Fe2+的转化
1.实验及现象
2.反应的离子方程式
2Fe3++Fe===3Fe2+,2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3。
3.结论
思考:
(1)FeCl3溶液蚀刻印刷铜板的原理是怎样的(用离子方程式表示)?
提示:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
(2)分别写出由FeCl2生成Fe、FeCl3的化学方程式。
提示:
FeCl2+Zn===ZnCl2+Fe,2FeCl2+Cl2===2FeCl3。
(二)自学检测
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2()
(2)检验绿矾晶体(FeSO4·7H2O)是否已氧化变质,可将绿矾晶体溶于稀硫酸后滴加KSCN溶液,再观察溶液是否变红()
(3)向FeCl3溶液中滴加适量的KSCN溶液,会产生红色的沉淀()
(4)Fe2+可以被Cl2氧化为Fe3+,说明Fe2+具有氧化性()
答案:
(1)×
(2)√(3)×(4)×
2.随着人们生活节奏的加快,方便的小包装食品已被广泛接受。
为了延长食品的保质期,防止食品氧化变质,在包装袋中可以放入的化学物质是()
A.无水硫酸铜
B.硫酸亚铁
C.食
D.生石灰
答案:
B
解析:
无水硫酸铜能吸收水分,不能防止食物被氧化,硫酸亚铁具有还原性,可以作为防止富脂食品氧化变质的物质,食盐不能吸收水分,生石灰能防止食品受潮,但不能防止食品被氧化。
3.A、B、C、D四种物质(或离子)均含有同一种元素,其中A是常见单质,它们之间存在如图所示的转化关系:
若B、C均属于盐类,B溶液呈黄色,遇氨水能形成红褐色沉淀;D是一种不溶性碱;B、C中的阴离子均是Cl-,则A只有与________(填分子式)反应才能得到B;实验室制备的D物质不稳定,相应反应的化学方程式为_____________________________________________。
解析:
由B的性质知其是FeCl3,故A是铁,C是FeCl2,D是Fe(OH)2,铁只有与氯气反应才能得到FeCl3;Fe(OH)2在空气中易变质生成Fe(OH)3。
答案:
Cl2;4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
(三)重难点突破
重难点1:
Fe2+、Fe3+、Fe的相互转变——“铁三角”
1.Fe只具有还原性,可以被氧化剂氧化为Fe2+、Fe3+
如:
Fe+S
FeS,Fe+2Fe3+===3Fe2+,Fe+Cu2+===Cu+Fe2+;2Fe+3Cl2
2FeCl3,3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
2.Fe2+既具有氧化性又具有还原性
如:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,Zn+Fe2+===Zn2++Fe FeO+CO
Fe+CO2。
3.Fe3+具有较强氧化性,可被还原为Fe2+或Fe
如:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2,
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3。
典例训练:
1.硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁,为除去杂质,提纯硫酸亚铁,应该加入下列物质中的()
A.锌粉
B.镁粉
C.铁粉
D.铝粉
答案:
C
解析:
铁粉可将硫酸铁转化为硫酸亚铁,将硫酸铜转化为硫酸亚铁和单质铜,然后过滤即可提纯硫酸亚铁,锌、镁、铝都有可能将亚铁离子置换成铁,并且会引入新的杂质锌离子、镁离子或铝离子等。
2.电子工业中,常用FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。
某同学为了从腐蚀废液中回收铜,并重新获得FeCl3溶液,设计如下流程图
请回答下列问题:
(1)FeCl3溶液腐蚀铜箔反应的离子方程式为
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)固体A的成分是________,气体C的化学式为________。
(3)设计实验方案证明FeCl3溶液中的金属阳离子________________________________。
(4)反应消耗铁粉11.2g,则废液中Fe3+的物质的量浓度是________。
解析:
由工艺流程可知,废液中应该含有FeCl3、FeCl2、CuCl2,在废液中加入过量的铁粉,FeCl3溶液与Fe反应生成FeCl2,Fe与CuCl2反应生成Cu,即固体A是Fe和Cu的混合物,液体A是FeCl2。
固体A中加入盐酸,Fe与盐酸反应生成FeCl2,过滤得到的6.4g的固体即为金属Cu,溶液B是FeCl2,再通入气体C得到FeCl3,即气体C可以是Cl2。
反应消耗的铁粉分别为与FeCl3和CuCl2的反应,根据CuCl2+Fe===Cu+FeCl2得n(Fe)=n(Cu)=
=0.1mol,则与氯化铁反应消耗的铁的物质的量为n(Fe)=
=0.1mol,根据2Fe3++Fe===3Fe2+得:
n(Fe3+)=2n(Fe)=2×0.1mol=0.2mol,c(Fe3+)=
=0.4mol·L-1。
答案:
(1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
(2)Fe、Cu;Cl2
(3)取少量溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,出现红色
(4)0.4mol·L-1
重难点2:
Fe3+、Fe2+的检验与除杂
1.Fe3+、Fe2+的检验
Fe2+
Fe3+
(1)观察法
浅绿色
棕黄色
(2)加碱法(NaOH)
①现象:
白色沉淀
灰绿色
红褐色沉淀
②反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓(白色);
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3(红褐色)
①现象:
红褐色沉淀
②反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓(红褐色)
(3)加盐法(SCN-)
①现象:
加入KSCN溶液无明显现象,再滴入氯水变成红色溶液
②反应:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;
Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3(红色)
①现象:
加入KSCN溶液,溶液变为红色
②反应:
Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3(红色)
2.检验Fe2+的注意事项
(1)只含Fe2+的溶液:
检验Fe2+加入试剂的顺序
待测液
不变色
红色(含Fe2+、不含Fe3+)。
①加KSCN溶液前,防止加氧化性物质,使Fe2+被氧化。
如H2O2、NO
(H+)等。
②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液,原因:
酸性KMnO4溶液本身显紫红色,对Fe(SCN)3红色有干扰;酸性KMnO4溶液能氧化KSCN,溶液不变红色,不能证明不含Fe2+。
(2)同时含有Fe2+和Fe3+的溶液
Fe2+对检验Fe3+无干扰,可以滴加KSCN溶液检验Fe3+;Fe3+对检验Fe2+有干扰,不能采用加KSCN溶液检验Fe2+,通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液,溶液紫红色褪色说明含有Fe2+。
(3)检验铁的氧化物中是否有+2价铁时,正确的思路为
少量固体
溶液
紫色褪去。
①步骤a中不能选用盐酸,原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。
②步骤a中,不能选用稀硝酸,原因是稀硝酸可以将Fe2+氧化为Fe3+。
3.含Fe2+、Fe3+的除杂问题
主要成分
杂质
除杂方法
FeCl3(aq)
FeCl2(aq)
加入氯水或H2O2
FeCl2(aq)
FeCl3(aq)
加过量铁粉后过滤
FeCl2(aq)
CuCl2(aq)
加过量铁粉后过滤
典例训练:
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
NaOH溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
KOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
答案:
B
解析:
甲组,在Fe3+存在的条件下检验Fe2+,要排除Fe3+的干扰。
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。
溴水符合条件,实验现象是溴水颜色变浅,酸性KMnO4溶液也符合条件:
5Fe2++MnO
+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O,实验现象是溶液紫色变浅。
乙组,在Fe2+存在的条件下检验Fe3+,用KSCN溶液检验Fe3+即可,Fe2+不会造成干扰。
4.硫酸亚铁缓释片可以补铁、防治贫血,但存放不当很容易变质,药片中的Fe2+被氧化生成Fe3+。
若将药片配成溶液,需使用刚刚煮沸过又冷却的蒸馏水,原因是___________________________。
实验室检验Fe3+,除了可以用碱外,常用的试剂是(填化学式)________,若________________,则证明有Fe3+。
解析:
硫酸亚铁缓释片溶于水时,药片中的Fe2+易被水中溶解的O2氧化为Fe3+,因此将药片配成溶液时,应预先将蒸馏水煮沸,以除去水中溶解的O2;检验Fe3+,还可以用KSCN溶液,Fe3+与SCN-发生反应使溶液变红色。
答案:
防止水中溶解的氧气氧化Fe2+;KSCN;溶液变成红色
【反馈检测】
第一课时
1.常温下,将铁片放入下列溶液中,不发生反应的是()
A.稀硫酸
B.氯水
C.氢氧化钠溶液
D.硫酸铜溶液
答案:
C
解析:
铁与稀硫酸反应:
Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑;氯水呈酸性、强氧化性可以和铁反应;铁与硫酸铜发生置换反应:
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu;铁与氢氧化钠溶液不发生反应,C项符合题意。
2.下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是()
A.反应中有氢气产生
B.此反应需在加热条件下才能发生
C.生成的铁的化合物中铁全部呈+3价
D.该反应中水作氧化剂
答案:
C
解析:
Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4,Fe的化合价为+2、+3。
3.有关铁的氧化物的说法中,不正确的是()
A.赤铁矿主要成分是Fe2O3,Fe2O3是红棕色的,常用作红色油漆和涂料
B.Fe3O4是黑色晶体,其中
的铁显+2价,
的铁显+3价
C.FeO、Fe2O3、Fe3O4都不溶于水,但都能和盐酸反应生成相应的盐
D.FeO不稳定,在空气中加热迅速被氧化成Fe2O3
答案:
D
解析:
FeO不稳定,在空气中受热迅速被氧化成Fe3O4。
4.有关铁的化合物的说法中,错误的是()
A.Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化转变为红褐色
B.由图示操作可制取Fe(OH)2
C.Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得
D.Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应
答案:
A
解析:
Fe(OH)2是一种白色固体,A错误;煤油能减少FeSO4溶液与氧气接触,可以避免试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化,B正确;铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4,可通过化合反应:
4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3制取Fe(OH)3,C正确;Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应,D正确。
5.应用下列装置,在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物,加热,并通入水蒸气,就可以完成高温下“Fe与水蒸气反应的实验”。
请回答该实验中的问题。
(1)实验前必须对整套装置进行气密性的检查,操作方法是_________________________。
(2)圆底烧瓶中盛装的是水,该装置受热后的主要作用是___________________________;烧瓶底部放置了几片碎瓷片,碎瓷片的作用是_______________________________________。
(3)酒精灯和酒精喷灯点燃的顺序是___________________________________________。
(4)干燥管中盛装的物质可以是________,作用是_________________________________。
(5)如果要在A的玻璃导管口处点燃该气体,则必须对该气体进行________,这一操作的目的______________________________________________。
解析:
(1)中学阶段检查装置气密性常用方法有两种:
一种是利用热胀冷缩原理,另一种是利用气压原理。
气压原理一般只有涉及液体时才能用得到,这里显然是利用热胀冷缩原理。
利用热胀冷缩原理时要注意步骤一定要完整,既要证明“热胀”,也要证明“冷缩”。
(3)点燃加热仪器的顺序要考虑实验的安全性和对实验结果的影响,在本实验中为了防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应,应该先点燃酒精灯,产生水蒸气后,再点燃酒精喷灯。
(4)干燥管中盛装的物质可以是碱石灰,作用是除去反应产生的氢气中的水蒸气。
答案:
(1)将干燥管末端的导管A浸入水中,用酒精灯火焰微热烧瓶底部,如果能观察到浸入水中的玻璃导管口有气泡冒出,停止加热后,玻璃导管内有水柱上升,且较长时间不会落,则表明该套装置的气密性良好
(2)为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应实验提供持续不断的水蒸气;防止暴沸
(3)先点燃酒精灯,产生水蒸气后,再点燃酒精喷灯
(4)碱石灰;除去产物H2中的水蒸气
(5)验纯;防止H2不纯而发生爆炸
第二课时
1.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
答案:
D
解析:
Fe3+溶液中滴入含SCN-的溶液,生成红色可溶性物质,不是红色沉淀。
2.下列离子方程式正确的是()
A.将氨水滴入FeCl3溶液中:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
B.氧化铁与盐酸反应:
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
C.向FeCl3溶液中加入铁粉:
Fe+Fe3+===2Fe2+
D.向氯化亚铁溶液中通入:
Cl2Fe2++Cl2===Fe3++2Cl-
答案:
B
解析:
A项在书写离子方程式时,弱电解质NH3·H2O不能拆写成离子的形式;C项离子方程式中除遵循元素守恒外,电荷也必须守恒,正确的离子方程式应为Fe+2Fe3+===3Fe2+;D项只符合元素守恒,不符合电荷守恒,正确的离子方程式应为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
3.向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化。
当再滴入几滴新制氯水后,混合溶液变成红色,则下列结论错误的是()
A.该溶液中一定含有SCN-
B.氧化性:
Fe3+>Cl2
C.Fe2+与SCN-不能形成红色物质
D.Fe2+被氧化为Fe3+
答案:
B
解析:
溶液中的Fe2+与加入的新制氯水发生反应:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,故氧化性:
Fe3+ 4.除去FeCl2溶液中少量的FeCl3,最好的办法是() A.加入氢氧化钠溶液 B.通入氯气 C.加入铜粉 D.加入铁粉 答案: D 解析: 要实现“Fe3+→Fe2+”的转化,需要加入还原剂,且不引入新的杂质离子,最好的办法是加入足量铁粉充分反应后过滤,发生的化学反应: 2FeCl3+Fe===3FeCl2。 5.某工程师为了从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2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: (1)写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式。 ①________,②________,③________,④________,⑤________,⑥________。 (2)请写出相关反应的化学方程式。 _____________________________________________________; _____________________________________________________; __________________________________________
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- 人教版高中化学必修第一册31 铁及其化合物学案有答案 人教版 高中化学 必修 一册 31 及其 化合物 学案有 答案
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