版高中化学第3章第1节铁及其化合物教案新人教版必修第一册.docx
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版高中化学第3章第1节铁及其化合物教案新人教版必修第一册
第一节 铁及其化合物
学业要求
核心素养对接
1.能列举、描述、辨识铁及其重要化合物的重要物理性质、化学性质及实验现象。
2.能利用氢氧化亚铁的性质,设计其制备方案。
3.能说明Fe2+、Fe3+的检验及其之间的相互转化。
4.能说明铁及其化合物的应用。
1.能利用氢氧化亚铁的性质,设计其制备方案,以培养学生科学探究与创新意识的素养水平。
2.利用Fe2+、Fe3+的检验及其之间的相互转化,培养学生变化观念与平衡思想的素养水平。
[知识梳理]
知识点一 铁的单质
如右图,铁在生活中有很多的用途,为什么铁有这么多的用途,铁有什么样的性质,请完成下列问题,答案就会揭晓:
1.物理性质
纯净的铁是光亮的银白色金属,密度较大,熔点为1535℃。
纯铁的抗腐蚀能力很强,具有导热性、导电性、延展性,能被磁体吸引。
粉末状时为黑色
2.化学性质
(1)与HCl的反应
Fe+2HCl===FeCl2+H2↑
(2)与CuSO4的反应
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。
Fe与HCl、CuSO4的反应生成的是Fe2+。
(3)与水蒸气的反应
现象:
用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声。
结论:
铁可与水蒸气反应,生成的气体为H2。
化学方程式:
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
湿棉花的作用:
提供反应所需水蒸气。
生成的Fe既有+2价、又有+3价。
3.铁元素在自然界的存在
人类最早使用的铁,是来自太空的陨铁。
铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以单质的形态存在,但主要是以+2价和+3价化合物的形态存在于矿石中。
铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝,居第四位。
知识点二 铁的重要化合物
氧化铁为什么能够用来调油漆的颜色,铁的氧化物及其氢氧化物究竟有什么样的性质?
带着这个问题完成下列知识点:
1.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
纯净物
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
2.铁的氢氧化物 注意实验3-1
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
(离子方程式)
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
白色絮状沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色
3.铁盐和亚铁盐
硫酸亚铁用于给植物补充铁元素,防止黄叶病,亚铁盐究竟有什么样的性质,它如何转换成三价铁离子?
请完成下列知识点,答案就会揭晓:
(1)Fe2+和Fe3+的检验:
实验3-2
(2)Fe2+与Fe3+的转化:
①实验及现象:
实验3-3
溶液由棕黄色变为浅绿色―→溶液无明显变化―→溶液变成红色。
②反应的离子方程式:
2Fe3++Fe===3Fe2+,
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,
Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3。
③结论:
Fe3+
Fe2+。
(3)铁盐的净水作用:
向混有少量泥沙的浑水加入少量Fe2(SO4)3,浑水会变澄清。
微判断
(1)Fe3O4中铁的化合价有+2和+3价为混合物。
( )
(2)FeO在空气中加热生成Fe2O3。
( )
(3)磁铁矿的主要成分为Fe3O4。
( )
(4)FeO和Fe2O3均为碱性氧化物。
( )
(5)Fe2+可以被Cl2氧化为Fe3+,说明Fe2+具有氧化性。
( )
(6)向溶液中加KSCN溶液,溶液变红色,说明溶液中不含Fe2+。
( )
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×
微训练
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+的水溶液为棕黄色
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
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。
答案 D
2.回答下列问题:
(1)实验室在配制FeSO4溶液时,为防止FeSO4被氧化而变质,常在溶液中加入少量的________。
(2)亚硝酸盐会使Fe2+转变成Fe3+,生成高铁血红蛋白而丧失与O2结合的能力。
服用维生素C可缓解亚硝酸盐的中毒,这说明维生素C具有________(填序号)。
a.酸性 b.碱性
c.氧化性d.还原性
(3)在含有1molFeSO4的溶液中投入一小块金属钠,反应完全后,滤出沉淀并洗涤,然后在空气中灼烧沉淀得到的固体物质是________。
(4)Fe3O4与稀盐酸反应的化学方程式为___________________________
_____________________________________________________________。
答案
(1)铁粉
(2)d
(3)Fe2O3
(4)Fe3O4+8HCl===FeCl2+2FeCl3+4H2O
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↑
微思考
1.铁与Cl2反应、铁与盐酸的反应、铁与CuSO4的反应中,铁的化合价有何异同?
为什么?
提示 Fe与Cl2,Fe +3价
Fe+
Fe +2价
因为Cl2的氧化性强,HCl、CuSO4的氧化性弱。
2.[实验3-1]制备Fe(OH)2时应注意什么事项?
提示 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,可采取以下措施:
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。
学习任务1 Fe、Fe2+、Fe3+的相互转化——“铁三角”
【情景素材】
上图是工业印刷电路板的制作流程图,其中“蚀刻”这一步用的就是FeCl3溶液,请解释其反应机理,并回答下列问题。
(1)FeCl3溶液为什么能腐蚀铜而用于制造印刷电路板呢?
提示 2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
(2)怎样由Fe制取FeCl2或FeCl3?
提示 ①Fe+2HCl===FeCl2+H2↑、2Fe+3Cl2
2FeCl3
(3)由FeCl2生成Fe或FeCl3,你能写出其化学方程式吗?
提示 FeCl2+Zn===ZnCl2+Fe,2FeCl2+Cl2===2FeCl3
Fe2+、Fe3+、Fe的相互转化——“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。
特别提醒:
(1)金属阳离子被还原不一定得到金属单质。
如:
Fe3+―→Fe2+。
(2)离子共存问题:
①Fe3+与I-、S2-、HS-、SO
、HSO
等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
②Fe2+与MnO
(H+)、NO
(H+)、ClO-等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
(3)除杂问题(括号内为杂质):
①FeCl3溶液(FeCl2):
加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。
②FeCl2溶液(FeCl3):
加足量铁粉,充分反应后过滤。
③FeSO4溶液(CuSO4):
加足量铁粉,充分反应后过滤。
④Fe粉(铝)、Fe2O3(Al2O3):
加足量NaOH溶液,充分反应后过滤。
(4)Fe2+盐溶液的配制与保存:
加铁粉,防止Fe2+被氧化。
【例题】 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中阳离子的方法为____________________________________。
(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:
①D→C:
________________________________________。
②C→D:
_________________________________________。
(5)写出E―→F的化学方程式:
___________________________________。
解析 根据F是红褐色沉淀知F是Fe(OH)3,从而推知A为Fe,B为Fe3O4,C是FeCl2,D是FeCl3,E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3,G为Fe2O3,X为H2。
答案
(1)Fe FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3
(2)取D溶液少许于试管中,加入几滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含Fe3+
(3)防止Fe2+被O2氧化
(4)①2Fe3++Fe===3Fe2+
②2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
变式训练 要除去FeCl2溶液中少量的FeCl3,可行的方法是( )
A.滴入KSCN溶液B.通入氯气
C.加入适量铜粉并过滤D.加入适量铁粉并过滤
解析 KSCN溶液只能检验Fe3+的存在,A错误;通入氯气将FeCl2氧化为FeCl3,B错误;加入铜粉发生Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+,引入新杂质Cu2+,C错误;加入铁粉发生Fe+2Fe3+===3Fe2+,过滤除去剩余铁粉,得到纯净FeCl2溶液,D正确。
答案 D
学习任务2 (核心素养)Fe3+、Fe2+的检验
一、知识要点
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:
白色絮状沉淀
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)显色
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HNO3,原因是稀HNO3可以将Fe2+氧化为Fe3+。
二、核心素养
Fe2+、Fe3+的检验⇒提升学生的实验探究意识与证据推理素养
Fe2+、Fe3+的干扰⇒培养学生的严谨科学态度与科学精神
【素养解题】
[典例示范] 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,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,得到白色沉淀,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+
[离子检验解题思维模型]
明确基本检验方案
明晰是否有干扰
易错防范
Fe2+:
先加KSCN,再加氧化剂
Fe3+:
NaOH溶液
B项,由于先通入Cl2,引入Fe3+的干扰
D项,Fe2+的存在对Mg2+检验有干扰
无干扰检验方案
Fe3+—KSCN—溶液呈红色
Fe2+—K3[Fe(CN)6]—蓝色沉淀
答案 C
三、对点训练
1.下列离子方程式正确的是( )
A.将氨水滴入到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Cl2 Fe2++Cl2===Fe3++2Cl-
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-。
答案 B
2.把铁粉、铜粉置于FeCl3溶液中,充分反应后加入KSCN不显红色,下列情况不能成立的是( )
A.铁不剩余,Cu剩余B.铁、铜均剩余
C.铁剩余,含Cu2+D.铜剩余,含Fe2+
解析 因还原性:
Fe>Cu,FeCl3溶液中加入铁粉、铜粉时,依次发生反应:
Fe+2FeCl3===3FeCl2,Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2
有以下情况:
①Fe、Cu均剩余,溶液中只有Fe2+;
②只有Cu剩余,溶液中只有Fe2+或含Fe2+、Cu2+;
③Fe、Cu均不剩余,Fe3+恰好反应,溶液中有Fe2+、Cu2+;
④Fe、Cu均不剩余,Fe3+剩余,溶液中有Fe3+、Fe2+、Cu2+。
C项Fe剩余,则溶液中不可能含有Cu2+。
答案 C
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+
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+ 答案 B 4. (1)合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3。 ①某FeO、Fe2O3混合物中,铁原子、氧原子的物质的量之比为4∶5,其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为________。 ②当催化剂中+2价铁与+3价铁的物质的量之比为1∶2时,其催化活性最高,此时铁的氧化物的混合物中铁的质量分数为________(用小数表示,保留2位小数)。 (2)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用FeO、Fe2O3和稀盐酸、氯气制取FeCl3溶液的离子方程式为______________________、______________________、______________________,检验溶液中Fe3+存在的试剂是________。 ②写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的化学方程式_____________________ _______________________________________________________________, 当转移电子数为6.02×1024时,被氧化的铜的物质的质量为________。 解析 (1)①设FeO的物质的量为x,根据正、负电荷总数相等有: 2x+(4mol-x)×3=5mol×2,x=2mol,故Fe2O3的物质的量为1mol。 故FeO与Fe2O3的物质的量之比为2∶1。 ②设催化剂中含1molFeO则Fe2O3也是1mol,催化剂中氧原子的物质的量为: (1mol×1+1mol×3)=4mol。 催化剂中铁的质量分数为: ≈0.72。 或二者的混合物组成相当于Fe3O4,故铁元素的质量分数为: ≈0.72。 (2)①FeO、Fe2O3与盐酸反应,生成FeCl2、FeCl3,通入氯气氧化FeCl2制取FeCl3。 ②FeCl3溶液与Cu反应生成FeCl2和CuCl2,转移电子数为6.02×1024时,被氧化的铜的物质的量为5mol,质量为320g。 答案 (1)①2∶1 ②0.72 (2)①FeO+2H+===Fe2++H2O Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- KSCN溶液 ②2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2 320g [合格练] 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 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中依次发生: ⅰ)Fe2O3与盐酸反应生成FeCl3的反应,ⅱ)Fe与FeCl3生成FeCl2的反应,ⅲ)Fe与盐酸反应生成FeCl2,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。 答案 B 2.已知下述三个实验均能发生化学反应: ① ② ③ 将铁钉放入硫酸铜溶液中 向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水 将铜丝放入氯化铁溶液中 下列判断正确的是( ) A.实验①中铁钉只作还原剂 B.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性 C.实验③中发生的是置换反应 D.上述实验证明氧化性: Fe3+>Fe2+>Cu2+ 解析 实验①中铁钉作还原剂,氧化性Cu2+>Fe2+;实验②中Fe2+只表现还原性;实验③中反应为: 2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2,不是置换反应,分析可知: 氧化性: Fe3+>Cu2+,综上可知氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+,故A正确,B、C、D错误。 答案 A 3.要证明某溶液中不含Fe3+,而可能含有Fe2+,进行如下实验操作的最佳顺序为( ) ①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4(H+)溶液 ③加入少量KSCN溶液 A.①③B.③② C.③①D.①②③ 解析 先加入少量KSCN溶液,若无红色,证明无Fe3+,然后加氯水,若出现红色,说明有Fe2+存在。 答案 C 4.下列关于铁矿石的说法正确的是( ) A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4 B.铁矿石的主要成分与铁锈的主要成分相同 C.磁铁矿粉末溶于盐酸后,加入KSCN溶液,溶液变红色 D.FeO俗称铁红 解析 磁铁矿的主要成分是Fe3O4,能溶于盐酸生成Fe2+和Fe3+,所得溶液加入KSCN溶液变红色。 答案 C 5.将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中三价铁离子和二价铁离子浓度相等。 则已反应的三价铁离子和未反应的三价铁离子的物质的量之比是( ) A.2∶3B.3∶2 C.1∶2D.1∶1 解析 设溶液中未反应的Fe3+的物质的量为amol,则溶液中n(Fe2+)=amol。 2Fe3++Fe===3Fe2+ amolamol 所以反应的Fe3+与未反应的Fe3+物质的量之比为 amol∶amol=2∶3。 答案 A 6.在Fe2(SO4)3溶液中,加入ag铜,完全溶解后,再加bg铁,充分反应后得到cg残余固体,且a>c,则下列说法正确的是( ) A.残余固体是铜和铁 B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+ C.将残余固体加入到稀H2SO4中,有气泡产生 D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+ 解析 Fe2(SO4)3溶液中,加入ag铜,发生反应: 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+(Fe3+可能剩余),再加铁,发生反应: Cu2++Fe===Fe2++Cu(可能发生2Fe3++Fe===3Fe2+)。 显然铁没有将溶液中Cu2+全部还原。 残余固体是铜,如果为铁和铜,则c>a,A错误;残余固体为Cu,加入到稀H2SO4中无气泡产生,C错误;最后得到的溶液中一定没有Fe3+,D错误。 答案 B 7.将1.12g铁粉加入到25mL2mol·L-1的氯化铁溶液中,充分反应后,其结果是( ) A.铁粉剩余,溶液呈浅绿色,Cl-基本不变 B.向溶液中滴入无色KSCN溶液,仍无色 C.溶液中Fe2+与Fe3+物质的量之比为6∶1 D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶5 解析 n(Fe)=0.02mol,n(
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