学年人教版必修1 第3章第2节 几种重要的金属化合物第3课时 学案.docx
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学年人教版必修1第3章第2节几种重要的金属化合物第3课时学案
第3课时 铁的重要化合物
[学习目标定位] 1.了解铁的重要化合物的主要性质及应用。
2.掌握Fe2+、Fe3+的检验方法及其相互转化。
3.了解Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备方法。
4.了解铜盐等化合物的性质及用途。
一、铁的氧化物
1.铁的存在
铁在地壳中含量仅次于氧、硅和铝,居第四位,主要以+2价和+3价化合物的形式存在。
2.铁的氧化物
(1)物理性质
氧化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
+2
+3
+2、+3
溶解性
不溶于水
(2)化学性质
①稳定性:
Fe2O3、Fe3O4较稳定;FeO不稳定,受热能氧化为Fe3O4。
②与酸反应:
FeO、Fe2O3都是碱性氧化物,都能与非氧化性强酸反应生成盐和水。
分别写出它们与盐酸反应的离子方程式:
FeO+2H+===Fe2++H2O、Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。
(3)用途
Fe2O3常用作红色油漆和涂料,赤铁矿(主要成分是Fe2O3)是炼铁原料。
(1)Fe的常见化合价只有+2价和+3价,Fe3O4可以看成由FeO和Fe2O3按物质的量之比1∶1组合而成的复杂氧化物,通常也可写成FeO·Fe2O3的形式。
FeO、Fe2O3属于碱性氧化物,Fe3O4不属于碱性氧化物。
(2)Fe3O4与盐酸反应可分别看作Fe2O3、FeO与盐酸反应,然后把两个反应式相加。
(3)FeO、Fe3O4遇氧化性酸(如HNO3)发生氧化还原反应,+2价的铁均被氧化成+3价。
1.金属单质A可发生以下反应。
试推断:
(1)写出下列物质的化学式(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________________________________________________________________________。
答案
(1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2
(2)Fe+Cu2+===Fe2++Cu Fe+2H+===Fe2++H2↑
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、稀盐酸反应的性质可推知A为Fe。
2.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
答案 C
解析 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。
二、铁的氢氧化物
1.铁的氢氧化物的制备
实验操作
实验现象
结论(用化学方程式表示)
试管中有红褐色沉淀产生
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
试管中先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓(白色)、4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2.氢氧化铁和氢氧化亚铁都为不溶性碱,由此可推测它们具有以下性质
(1)都能与酸反应生成相应的盐和水,它们分别与盐酸反应的离子方程式是①Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O,②Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O。
(2)不稳定,受热易分解,其化学方程式分别为
①Fe(OH)3:
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O,
②Fe(OH)2:
Fe(OH)2
FeO+H2O。
(1)氢氧化铁和氢氧化亚铁的物质类别是不溶性碱,其主要化学性质为都能与酸反应生成盐和水,不稳定,受热易分解。
(2)铁的氢氧化物的制取方法是相应盐和碱反应。
制取氢氧化亚铁时,常得到红褐色沉淀是因为Fe(OH)2极易被空气中的O2氧化成Fe(OH)3。
所以为了防止NaOH溶液加入时带入空气,可将吸有NaOH溶液的长胶头滴管伸入到FeSO4液面以下,再挤出NaOH溶液。
3.化合物A、B组成元素相同,且B为白色。
C是一种与B含有相同价态该金属元素的硫酸盐,向C中加入适量的NaOH溶液,可观察到生成的沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色沉淀A,加热A可得红棕色粉末D。
回答下列问题:
(1)写出各物质的化学式:
A________、B________、C________、D________。
(2)写出B转化为A的化学方程式:
___________________________________。
写出A受热分解的化学方程式:
______________________________________。
答案
(1)Fe(OH)3 Fe(OH)2 FeSO4 Fe2O3
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
解析 解答本题的关键是抓住C与NaOH溶液反应的特征现象,确定A是Fe(OH)3,C是FeSO4,B为Fe(OH)2,D为Fe2O3。
4.用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。
方法一:
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。
(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时,除加硫酸防止生成Fe(OH)2外,还需加入________________。
(2)除去蒸馏水中溶解的O2,常采用________的方法。
(3)生成白色Fe(OH)2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_______________________________。
方法二:
在如图所示的装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是________。
(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是________。
(3)为了制得白色的Fe(OH)2沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验步骤是___________________________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,其理由是_______________________。
答案 方法一:
(1)铁屑
(2)煮沸 (3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2转化成Fe(OH)3沉淀
方法二:
(1)稀H2SO4、铁屑
(2)NaOH溶液 (3)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。
当排出的H2纯净时,再夹紧止水夹 (4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ,且外界空气不容易进入
三、铁盐和亚铁盐
1.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)观察法:
浅绿色溶液中含有Fe2+;棕黄色溶液中含有Fe3+。
(2)加碱法:
若产生的白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色的为Fe2+;若直接产生红褐色沉淀的为Fe3+。
(3)加KSCN:
无明显现象,再加新制氯水溶液变红色的为Fe2+;若溶液变红色的为Fe3+。
2.Fe2+与Fe3+的转化
如下图所示
(1)在盛有氯化铁溶液的试管中加适量铁粉振荡后,溶液变成浅绿色,再加KSCN溶液,溶液不变色,再加入氯水后,溶液变成红色。
(2)上述实验中有关反应的离子方程式是2Fe3++Fe===3Fe2+、2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
(3)由上述实验可知:
Fe3+遇到较强的还原剂,会被还原成Fe2+;Fe2+在较强氧化剂的作用下,会被氧化成Fe3+。
1.Fe2+和Fe3+的检验
(1)直接观察颜色;
(2)利用氢氧化物沉淀的颜色;
(3)利用显色反应;
(4)利用Fe2+的还原性;
(5)利用Fe3+的氧化性。
2.Fe2+、Fe3+、Fe之间的相互转化关系
(1)Fe只具有还原性。
可被弱氧化剂(H+、S、Fe3+等)氧化成Fe2+,被强氧化剂(Cl2等)氧化成Fe3+。
(2)Fe2+既有氧化性又有还原性。
可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H+)等]氧化为Fe3+;可被还原剂(Al、Zn、CO、C等)还原为Fe。
(3)Fe3+只具有氧化性,可被还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2+,被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。
5.已知有以下物质的相互转化:
试回答:
(1)B的化学式为________;D的化学式为________。
(2)写出由E转变成F的化学方程式:
____________________________________。
(3)常用________(填试剂名称)检验G中的阳离子,其现象为_________________。
(4)向G溶液中加入A的有关反应的离子方程式为______________________。
答案
(1)FeCl2 KCl
(2)4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3 (3)KSCN溶液 棕黄色溶液变为红色溶液 (4)2Fe3++Fe===3Fe2+
四、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,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,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
⑥CuCl2:
棕黄色
6.下列说法正确的是( )
A.铜的化学性质活泼,不宜用铜制作盛食品的器皿
B.铜的导电能力不如铝
C.由于Cu2+有氧化性,所以用CuSO4来配制农药
D.因为Cu2+能使蛋白质变性,所以铜盐溶液有毒
答案 D
解析 金属铜的化学性质比较稳定,所以使用铜器皿比较安全;铜属于重金属,铜盐有毒,因Cu2+会与蛋白质作用,使蛋白质变性。
铁及其化合物常见转化关系
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)金属阳离子只有氧化性,不可能有还原性( )
(2)实验室配制FeSO4溶液时,常在溶液中加入少量铁粉( )
(3)氯化亚铁不可能由化合反应生成( )
(4)Fe3+、Cu2+、H+、Fe2+四种离子中氧化能力最强的是Fe3+( )
(5)Fe(OH)2在空气中充分加热时,可分解为FeO和H2O( )
(6)Fe2O3→Fe(OH)3不能经过一步反应实现( )
(7)向FeCl3溶液中滴加适量的KSCN溶液,产生红色沉淀( )
(8)向某溶液中滴加氯水,后滴加KSCN溶液,溶液变红色,则原溶液中有Fe2+( )
答案
(1)×
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)×
2.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
答案 C
3.证明某溶液中只含有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.只需滴加KSCN溶液
C.先滴加KSCN溶液,不显红色,再滴加氯水后显红色
D.滴加酸性高锰酸钾溶液后溶液褪色
答案 C
4.下列离子方程式正确的是( )
A.铁跟FeCl3溶液反应:
Fe+Fe3+===2Fe2+
B.Fe跟稀盐酸反应:
2Fe+6H+===2Fe3++3H2↑
C.FeCl2溶液跟Cl2反应:
Fe2++Cl2===Fe3++2Cl-
D.Fe(OH)3跟盐酸反应:
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
答案 D
解析 A中电荷不守恒,应为Fe+2Fe3+===3Fe2+;B中违反反应事实,应为Fe+2H+===
Fe2++H2↑;C中电荷不守恒,应为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
5.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:
________________________________________。
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-
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,G为Fe2O3,X为H2。
[基础过关]
题组一 铁及其化合物的性质
1.将铁屑溶于过量盐酸后,再加下列物质,会有三价铁生成的是( )
A.稀硫酸B.氯气C.氯化锌D.氯化铜
答案 B
解析 Fe溶于盐酸后发生反应:
Fe+2H+===Fe2++H2↑,而Fe2+遇强氧化剂才会生成三价铁。
通过下列思考来分析各选项。
稀硫酸不能把Fe2+氧化成Fe3+;氯气能将溶液中的Fe2+氧化成为Fe3+;氯化锌、氯化铜溶液中的Zn2+、Cu2+有一定的氧化能力,其中Cu2+可以将单质铁氧化成Fe2+,但却不能将Fe2+氧化成Fe3+,Zn2+不能氧化Fe2+。
2.下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是FeO
B.铁与水蒸气在高温下反应的产物为Fe2O3和H2
C.除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加铁粉,然后过滤
D.Fe3+与KSCN反应产生红色沉淀
答案 C
解析 赤铁矿的主要成分是Fe2O3;Fe与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4和H2;Fe3+与
SCN-反应生成的红色络合物可溶,不是沉淀。
3.把表面有氧化物的相同大小的铜片和铁片一起放入盐酸中,充分反应后,所得溶液中的金属离子为( )
A.Fe3+和Cu2+B.Fe2+和Cu2+
C.Fe2+和Fe3+D.Fe2+
答案 D
解析 本题涉及的物质的性质有:
CuO与盐酸的反应,Fe、Fe2O3与盐酸的反应,Fe3+与Fe、Cu的反应,Fe与Cu2+的反应等。
表面氧化物较少,溶于盐酸后,生成的Fe3+和Cu2+较少,分别被Fe还原为Fe2+和Cu,Cu与盐酸不反应,Fe与盐酸反应生成Fe2+。
4.有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3五种溶液,用一种试剂就可把它们鉴别开来,这种试剂是( )
A.盐酸B.烧碱溶液
C.氨水D.KSCN溶液
答案 B
解析 将过量NaOH溶液分别加入上述几种溶液,无明显现象的是NaCl,生成白色沉淀且迅速变为灰绿色最后变为红褐色的是FeCl2,生成红褐色沉淀的是FeCl3,生成白色沉淀不溶解的是MgCl2,生成白色沉淀又溶解的是AlCl3,而氨水虽然能区分出NaCl、FeCl2、FeCl3,但不能将MgCl2与AlCl3区分开。
5.铁屑溶于过量的稀H2SO4,过滤后向滤液中加入适量的硝酸,再加入过量的氨水,有红褐色的沉淀生成。
过滤、加热沉淀物至质量不再发生变化,得到红棕色的残渣。
上述沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3;Fe2O3
B.Fe(OH)2;FeO
C.Fe(OH)2;Fe(OH)3、Fe3O4
D.Fe2O3;Fe(OH)3
答案 A
题组二 Fe2+、Fe3+的检验与转化
6.将下列四种化合物溶于稀盐酸,滴加硫氰化钾溶液,没有颜色变化,再加氯水即呈现红色的是( )
A.FeOB.Fe2O3C.Fe3O4D.Fe2(SO4)3
答案 A
解析 Fe3O4与HCl反应,既有FeCl3生成,又有FeCl2生成。
7.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.③②C.③①D.①②③
答案 C
解析 先加入少量KSCN溶液,若无红色,证明无Fe3+,然后加足量的氯水,若出现红色,说明有Fe2+存在。
不用加入足量KMnO4(H+)溶液的原因是KMnO4(H+)溶液是紫红色的溶液,干扰Fe2+检验。
8.在氯化铁、氯化铜和盐酸的混合溶液中加入铁粉,待反应结束后,所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引,则反应后溶液中存在较多的阳离子是( )
A.Cu2+B.Fe3+C.Fe2+D.H+
答案 C
解析 因所剩固体能被磁铁吸引,说明Fe有剩余,2Fe3++Fe===3Fe2+,Cu2++Fe===Cu+Fe2+,2H++Fe===Fe2++H2↑,即Fe3+、Cu2+、H+等可与Fe反应,不可能存在较多。
9.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,不显红色
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
答案 C
解析 n(Fe)=0.02mol,n(FeCl3)=0.05mol,由Fe+2Fe3+===3Fe2+知,Fe3+过量0.01mol,铁粉全部溶解,反应生成Fe2+0.06mol;Fe3+过量,滴入无色KSCN溶液,溶液显红色;氧化生成的Fe2+和还原生成的Fe2+的物质的量之比为1∶2。
10.某500mL溶液中含0.1molFe2+、0.2molFe3+,加入0.2mol铁粉,待Fe3+完全被还原后,溶液中Fe2+的物质的量浓度为(假设反应前后溶液体积不变)( )
A.0.4mol·L-1B.0.6mol·L-1
C.0.8mol·L-1D.1.0mol·L-1
答案 C
解析 由反应:
2Fe3++Fe===3Fe2+可知铁粉过量,0.2molFe3+与过量铁粉反应生成0.3molFe2+,故反应后Fe2+共为0.4mol,c(Fe2+)=
=0.8mol·L-1。
[能力提升]
11.只用一种试剂或操作,除去下列物质中的杂质(括号内为杂质),写出试剂或操作的名称、方法及有关的离子方程式。
物质(括号内为杂质)
加入试剂和操作
离子方程式
(1)Fe2O3(Al2O3)
(2)Fe2O3[Fe(OH)3]
(3)FeSO4溶液(CuSO4)
(4)FeCl3溶液(FeCl2)
答案
(1)加过量氢氧化钠溶液,搅拌、过滤 Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
(2)加热 2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O (3)加足量铁粉,过滤 Cu2++Fe===Fe2++Cu (4)通入氯气 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
12.小明很喜欢化学实验课,今天要学习“探究铁及其化合物的氧化性或还原性”。
(1)实验前小明预测说:
Fe2+肯定既有还原性又有氧化性。
你认为他预测的依据是________________________________________________________________________。
(2)小明欲用实验证明他的预测。
实验室提供了下列试剂:
3%的H2O2溶液、锌粒、铜片、0.1mol·L-1FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水。
①若小明计划在0.1mol·L-1FeCl2溶液中滴入新制氯水,探究Fe2+的还原性,你预计可能发生的反应和现象是____________________________________(写离子方程式),溶液由浅绿色变为__________色。
②实验中,小明发现现象不太明显,老师分析可能是产物的含量太低,建议可以通过检验
Fe2+被氧化的产物Fe3+的存在以获取证据。
你认为可选____________滴入小明所得的混合液中,并通过溶液出现____________色的现象,证明小明的观点和实验方案都是正确的。
③对于证明Fe2+具有氧化性,小明认为金属单质都具有还原性,并分别将铜片、锌粒投入FeCl2溶液中,结果铜片没变化,锌粒逐渐变小。
由此说明三种金属的还原性由强至弱的顺序为________________(填化学符号)。
(3)小明分析H2O2中氧元素显-1价(中间价),并提出疑问:
H2O2与FeCl2反应时,Fe2+还作氧化剂吗?
①请你为小明梳理相关问题:
若Fe2+在反应中表现出氧化性应转化成__________(填化学符号,下同),若Fe2+在反应中表现出还原性应转化成__________。
②实际上Fe2+的还原性较强,实验室的FeCl2溶液常因氧化而变质。
除杂的方法是______________,相关反应的离子方程式:
________________________________。
答案
(1)因为Fe2+中铁元素化合价处于中间价态,既可以升高也可以降低
(2)①Cl2+2Fe2+===2Cl-+2Fe3+ 棕黄
②KSCN溶液 红 ③Zn>Fe>Cu (3)①Fe Fe3+ ②加入适量铁粉 2Fe3++Fe===3Fe2+
13.如图所示装置,可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。
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中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的是________,A中反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)实验开始时应先将活塞a________(填“打开”或“关闭”)。
其目的是_________。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:
_____________________________________________。
(4)实验完毕,打开b处活塞,放入一部分空气,此时B中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(5)图中________(填“能”或“不能”)较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀