金属铁及其化合物1 教案老师.docx
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金属铁及其化合物1教案老师
铁及其化合物1(侧重基础知识)
适用学科
化学
适用年级
高一
适用区域
广州
课时时长(分钟)
120分钟
知识点
铁的性质
铁的冶炼
金属铁与水蒸气的反应
Fe、Fe2+、Fe3+的转化—“铁三角”
铁的氧化物
铁的氢氧化物
Fe2+、Fe3+的检验
教学目标
知识与技能:
1.铁及其化合物的性质
2.Fe3+与Fe2+的检验及相互转化。
教学重点
铁及其化合物的性质,Fe3+与Fe2+的相互转化。
教学难点
铁及其化合物,铁三角的应用
教学过程
一、复习预习
复习初中阶段所学过的铁的性质
①3Fe+2O2
Fe3O4
②Fe+S
FeS
③2Fe+3Cl2
2FeCl3
④3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
⑤Fe+2H+===Fe2++H2↑(酸为非氧化性酸)
⑥Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O(铁适量)
⑦3Fe+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O(铁过量)
⑧Fe+CuSO4===Cu+FeSO4
⑨2FeCl3+Fe===3FeCl2
二、知识讲解
考点1铁的性质
1.物理性质
纯铁具有银白色金属光泽;有良好的延展性、导电、导热性能;密度为7.86克/厘米3;熔点为1535℃,沸点为2750℃;
2.结构
铁的电子构型为(Ar)3d64s2,氧化态有0、+2、+3、+4、+5、+6。
3.化学性质
(1)与酸反应:
Fe+2HCl===FeCl2+H2↑
(2)与水蒸气反应
铁不与冷水和热水反应,但在高温条件下能与水蒸气反应
实验装置
实验操作
将脱脂棉用水浸湿后挤干,塞入试管底部,脱脂棉厚度1~2cm,铁粉1g,铁粉中心至棉花外沿距离为2cm。
加热一段时间后,将导气管伸入盛有洗涤剂液的培养皿中吹泡,当有大量气泡时,停止吹气泡。
用点燃的火柴靠近气泡。
实验现象
①玻璃管壁上出现小水珠,蒸发皿中出现大量肥皂泡.
②用点燃的火柴靠近气泡,有爆鸣声。
结论
(3)与氧反应:
(4)与金属盐溶液:
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
考点2铁的氧化物的比较
铁的氧化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
铁红
磁性氧化铁
色、态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
+2
+3
+2、+3
水溶性
难溶于水
稳定性
不稳定性
6FeO+O2=2Fe3O4
稳定
稳定
与酸的反应
FeO+2H+=Fe2++H2O
Fe2O3+6H+=2Fe3+
+3H2O
Fe3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O
与CO的反应
FexOy+yCO
xFe+yCO2
制取
高温熔融,过量的铁与氧气反应
2Fe+O2
2FeO
Fe(OH)3的分解
2Fe(OH)3
Fe2O3
+3H2O
铁在氧气中燃烧
3Fe+2O2
Fe3O4
考点3比较铁的氢氧化物
1.性质比较
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色状态
白色固体
红褐色固体
水溶性
不溶
不溶
稳定性
易氧化为Fe(OH)3,空气中加热得不到FeO
较稳定:
Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
与酸的反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++3H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
生成
制法
在隔绝O2的条件下Fe2+与碱反应
Fe3+与碱反应
反应
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
现象
白色絮状沉淀-灰绿色-红褐色
红褐色沉淀
2.转化
现象:
生成的白色沉淀迅速变灰绿色,最后变为红褐色。
方程式:
考点4Fe2+、Fe3+的检验
1.Fe2+的检验方法:
①含有Fe2+的溶液呈浅绿色;
②向待检液中滴加NaOH溶液或氨水,产生白色絮状沉淀,露置在空气中一段时间后,沉淀变为灰绿色,最后变为红褐色,说明含Fe2+。
③向待检液中先滴加KSCN溶液无变化,再滴加新制的氯水,溶液显红色说明含Fe2+。
有关的离子方程式为:
2Fe2++Cl2
2Fe3++2Cl-,Fe3++3SCN-
Fe(SCN)3
④向待检测溶液中滴加K3【Fe(CN)6】溶液,有蓝色沉淀生成,说明含Fe2+。
2.Fe3+的检验方法:
①含有Fe3+的溶液呈黄色;
②向待检液中滴加NaOH溶液或氨水,产生红褐色沉淀,说明含Fe3+;
③向待检液中滴加KSCN溶液,溶液呈血红色,说明含Fe3+;
④向待检液中滴加苯酚溶液,溶液呈紫色,说明含Fe3+。
考点5铁三角
(1)一般是指Zn.Al.CO.H2.等还原剂。
(2)是指H+.S.I2.Cu2+.Fe3+.等氧化剂。
(3)(5)是指Cl2.Br2.O2.HNO3.KMnO4等氧化剂。
(4)一般是指Fe.Cu.HI.H2S.等还原剂.
(5)是指Cl2.Br2.O2.HNO3.KMnO4等氧化剂。
(6)是指Zn.Al.CO.H2.等还原剂。
考点6有关铁、铜的单质、化合物推断突破口有
(1)特征颜色:
如Fe2+溶液浅绿色,Fe3+溶液棕黄色,Fe(SCN)3溶液血红色,Fe(OH)3胶体红褐色,Fe(OH)2在空气中的颜色变化,Fe(OH)3红褐色,FeCl3固体红棕色,Fe2O3红棕色,Fe3O4、FeO、FeS黑色等。
Cu2+溶液蓝色、Cu2O砖红色、CuO黑色,Cu(OH)2蓝色等。
(2)特征变价:
铁有+2、+3价。
(3)特征反应:
铝热反应。
(4)FeCl3变色种类
①向FeCl3溶液中加几滴KSCN溶液呈血红色;
②FeCl3溶液能使紫色石蕊试液呈红色;
③FeCl3与NaOH溶液反应,生成红褐色沉淀;
④向FeCl3溶液中通入H2S气体,生成淡黄色沉淀;
⑤向FeCl3溶液中加入几滴Na2S溶液,生成淡黄色沉淀,当加入的Na2S溶液过量时,又生成黑色沉淀;
⑥向FeCl3溶液中加入过量Fe粉,溶液变为浅绿色;
⑦向FeCl3溶液中加入过量Cu粉,溶液变为蓝绿色;
⑧将FeCl3溶液滴入到淀粉碘化钾溶液中,溶液变为蓝色;
⑨将FeCl3溶液滴入苯酚溶液,溶液变为紫色;
⑩将FeCl3溶液滴入AgNO3溶液中,生成白色沉淀;
⑪将FeCl3溶液与NaHCO3溶液混合,放出气体,生成红褐色沉淀;
⑫将饱和FeCl3溶液滴入沸水中,生成红褐色Fe(OH)3胶体。
三、例题精析
【例题1】
【题干】下列铁的化合物不能由化合反应直接得到的是( )
A.FeSB.FeCl2C.FeCl3D.Fe3O4
【答案】B
【解析】A.Fe与S点燃或加热下直接化合生成FeS,故A不选;
B.Fe与氯气点燃直接化合生成FeCl3,故B选;
C.Fe与氯气点燃直接化合生成FeCl3,故C不选;
D.Fe与氧气点燃直接化合生成Fe3O4,故D不选;
故选B
【例题2】
【题干】制印刷电路时常用氯化铁溶液作为腐蚀液,发生的反应是:
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+.现向盛有溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,反应结束时,下列结果不可能出现的是( )
A.烧杯中有铜无铁B.烧杯中有铁无铜
C.烧杯中铁、铜都有D.烧杯中铁、铜都无
【答案】B
【解析】向盛有FeCl3溶液的烧杯内加入铁粉和铜粉,铁能与氯化铁反应生成氯化亚铁,铜能与氯化铁反应生成氯化亚铁和铜,铁能与生成的氯化铜反应生成氯化亚铁和铜,
A、加入铁和铜的混合物,铁首先与氯化铁反应,可能铁全部反应而铜有剩余,故A正确;
B、加入铁和铜的混合物,还原性:
Fe>Cu,铁首先与氯化铁反应,铜后与氯化铁反应,不会出现有铁无铜的情形,故B错误;
C、若氯化铁的量少,加入的铁粉反应后还有剩余,而此时铜不会发生反应,则烧杯中铁、铜都有,故C正确;
D、若氯化铁的量多,加入的铁粉和铜粉全部参加反应,不会有剩余,故D正确.
故选B.
【例题3】
【题干】下列依据相关实验得出的结论正确的是()
A、向某溶液中加入稀盐酸,产生的气体通入澄清石灰水,石灰水变浑浊,该溶液一定是碳酸盐溶液
B、用铂丝蘸取少量某溶液进行焰色反应,火焰呈黄色,该溶液一定是钠盐溶液
C、将某气体通入溴水中,溴水颜色褪去,该气体一定是乙烯
D、向某溶液中滴KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显红色,该溶液中一定含Fe2+
【答案】D
【解析】本题属于常规实验与基本实验考查范畴。
A.不能排除碳酸氢盐与SO32-、HSO3-形成的盐的干扰
B.也可是钠的单质或其他化合物,这里焰色反应火焰呈黄色仅证明含有钠元素。
C.其他还原气体或碱等都可使溴水褪色。
D.Fe2+检验方法过程合理。
四、课堂运用
【基础】
1.根据如图操作及现象推断酸X为( )
A.浓盐酸B.浓硫酸C.浓硝酸D.稀硝酸
【答案】B
【解析】由图中铁未见溶解,则酸一定不是盐酸或稀硫酸、稀硝酸,则加入酸可能为浓硫酸或浓硝酸,而加水溶解,则浓酸变为稀酸,最后生成白色沉淀为硫酸钡,所以推断加入酸为浓硫酸,
故选B。
2.下列关于铁的叙述正确的是( )。
①铁能被磁铁吸引,但纯铁易被腐蚀 ②在人体内的血红蛋白中含有铁元素 ③铁位于元素周期表中第四周期第ⅧB族 ④铁能在氧气中剧烈燃烧,但不能在水蒸气中燃烧 ⑤铁与强氧化剂硝酸反应的产物仅是Fe(NO3)3 ⑥不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3
A、①③B、②④C、②⑤D、④⑥
【答案】B
【解析】当铁中含有杂质时,在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀,而纯铁的抗腐蚀能力较强;铁位于元素周期表的第Ⅷ族,而不是第ⅧB族;铁与强氧化剂反应,能被氧化为Fe3+,但若铁过量,则Fe3+被Fe还原为Fe2+,所以,Fe与HNO3反应的产物可能因铁过量而生成Fe(NO3)2;FeCl2、Fe(OH)3可分别通过化合反应Fe+2FeCl3===3FeCl2、4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3制得。
故选项B正确。
【巩固】
1.过量铁跟一定量硝酸反应最终生成硝酸亚铁,下列图象是表示铁和反应过程中生成的硝酸铁之间的物质的量(mol)的关系,其中正确的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】铁不足,发生Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,过量铁跟一定量硝酸反应最终生成硝酸亚铁,则Fe与硝酸的物质的量比大于1:
4时发生2Fe(NO3)3+Fe=3Fe(NO3)2,
即生成3molFe(NO3)2,消耗2molFe反应生成Fe(NO3)3,共消耗3molFe,只有图象B符合,故选B.
2.常温下在下列溶液中加入足量的铁,充分反应后,生成气体最多的是( )
A、20mL12mol/L的盐酸B、10mL18mol/L的硫酸
C、80mL2mol/L的硫酸D、40mL14mol/L的硝酸
【答案】C
【解析】18mol/L的H2S
O4为浓H2SO4,14mol/L的HNO3为浓HNO3,均有强氧化性,常温下Fe在浓H2SO4和浓HNO3中均发生钝化,没有气体产生。
B、D两项不是正确答案。
A、C两项需比较在铁的量充足的情况下,哪种酸中H+数目多则哪种酸产生的H2多。
A项中,12mol/L×0.02L×1=0.24mol;C项中,2mol/L×0
.08L×2=0
.32mol。
故C项产生H2最多。
【拔高】
1.下列有关铁元素的叙述中正确的是( )
A.Fe(OH)2易被氧化生成Fe(OH)3,说明稳定性:
Fe(OH)2<Fe(OH)3
B.铁是较活泼的金属,它与卤素(X2)反应的生成物均为FeX3
C.氢氧化铁与氢碘酸反应:
Fe(OH)3+3HI→FeI3+3H2O
D.铁元素位于周期表的第五周期第VIII族
【答案】A
【解析】A.Fe(OH)2具有还原性,易被氧化生成稳定的Fe(OH)3,符合化学反应的特点,故A正确;
B.碘的氧化性较弱,铁与碘反应生成FeI2,故B错误;
C.Fe3+具有较强的氧化性,可与I-发生氧化还原反应,生成亚铁离子和碘,故C错误;
D.铁的原子序数为26,位于周期表的第4周期,故D错误.
故选A.
2. 将28g铁粉放入100mL0.1mol/L的CuSO4溶液中,充分反应后析出的铜的质量为( )
A、32gB、6.4gC、0.64gD、3.2g
【答案】C
【解析】n(Fe)=0.5mol,
n(CuSO4)=0.100L×0.1mol/L=0.01mol,
由CuSO4+Fe===FeSO4+Cu
可知Fe过量,所以应按CuSO4的量计算:
n(Cu)=n(CuSO4)=0.01mol。
m(Cu)=0.01mol×64g·mol-1=0.64g。
课程小结
1.Fe、Cu在一定条件下可以与某些酸、非金属单质、某些盐溶液、某些还原剂等发生反应,在反应中充当还原剂。
铜在反应中一般转化为+2价的铜的化合物,铁在反应中可以转化为+2和+3价的铁离子。
2.反应后的产物的价态与氧化剂的强弱有关,铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜溶液等)反应转化为亚铁的化合物,铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气、浓硝酸、稀硝酸溶液等)反应转化为铁的化合物。
课后作业
【基础】
1.铁片投入下列溶液,铁片溶解,溶液质量增加,但无气体产生的是( )
A.AgNO3B.CuSO4C.稀硫酸D.Fe(NO3)3
【答案】D
【解析】A.Fe置换出Ag,溶液质量减小,故A不选;
B.Fe置换出Cu,溶液质量减小,故B不选;
C.反应生成硫酸亚铁和氢气,溶液质量增加,但生成气体,故C不选;
D.反应生成硝酸亚铁,无固体析出,溶液质量增加,且没有气体生成,故D选;
故选D。
2.金属及其化合物转化关系是化学学习的重要内容之一。
下列各组物质的转化关系中不全部是通过一步反应完成的是( )
A.Na→NaOH→Na2CO3→NaClB.Al→Al2O3→Al(OH)3→AlCl3
C.Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4D.Fe→FeCl2→Fe(OH)2→Fe(OH)3
【答案】B
【解析】A、全部可以一步完成,错误;B、Al2O3→Al(OH)3不可一步完成,正确;C、全部可以一步完成,错误;D、全部可以一步完成,错误,答案选B。
3.在四千五百多年以前,人类就会利用陨铁。
我国春秋时代晚期已炼出可供烧铸的液态生铁,隋唐年间开始用煤炼铁,明代已能用焦炭冶炼生铁。
将铁片分别放入下列溶液中充分反应,反应后溶液的质量比反应前减轻的是( )
A、CuSO4 B、H2SO4C、HClD、FeSO4
【答案】A
【解析】铁与FeSO4不能发生反应,D项应首先排除。
根据化学方程式分析:
Fe+2HCl==FeCl2+H2↑,Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑可以看出,每当有2gH2逸出,必有56g铁与酸反应而进入溶液,即溶液的质量增加了54g,B、C项不合题意。
根据化学方程式Fe+CuSO4===FeSO4+Cu可以看出,每析出64g铜必溶解56g铁,而相应溶液的质量则减小了(64g-56g)=8g。
【巩固】
1.生物炼铜实际上是微生物帮助我们从矿石中提取铜。
这些“吃岩石的细菌”能利用空气中的氧气将不溶性的CuS转化成可溶性铜的化合物,该化合物是( )
A、碳酸铜B、硝酸铜C、硫酸铜D、氢氧化铜
【答案】C
【解析】从元素守恒与氧化还原的角度来分析,CuS和氧气反应,硫元素被氧化,且转化为可溶性的铜盐,所以该化合物为硫酸铜。
2.搜狐网报道:
中国每年要进口5亿吨左右的铁矿石,占世界海上铁矿石贸易量的一半以上,随着全球铁矿石价格的上涨,中钢协与澳大利亚必和必拓公司谈判陷入困境。
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,溶液变血红色
D、FeO俗称铁红
【答案】C
【解析】A项:
赤铁矿的主要成分是Fe2O3;B项:
铁锈的主要成分为Fe2O3,而铁矿石成分则不固定,可能是Fe2O3,也可能是Fe3O4等;C项:
磁铁矿的主要成分是Fe3O4,与盐酸反应产生Fe3+;D项:
Fe2O3俗称铁红。
【拔高】
1.将1.12g铁粉加入25mL2mol/L的FeCl3溶液中,充分反应后,其结果是( )
A.铁恰好将Fe3+全部还原
B.往反应后溶液中滴入KSCN溶液,不显红色
C.溶液变为浅绿色
D.Fe2+和Fe3+物质的量之比为6:
1
【答案】D
【解析】将1.12g铁粉加入到25mL2mol•L-1的氯化铁溶液中,铁粉的物质的量n=0.02mol,氯化铁的物质的量n=C×V=2mol•L-1×0.025L=0.05mol,
铁粉与氯化铁的离子反应方程式为:
Fe+2Fe3+=3Fe2+,根据反应的物质的量之比等于计量数之比知,0.02mol铁粉完全反应需要0.04mol氯化铁,所以氯化铁剩余0.01mol,生成的Fe2+的物质的量为0.06mol,
A.由于氯化铁剩余了0.01mol,铁完全反应,故A错误;
B.由于氯化铁剩余,向溶液中滴入无色KSCN溶液,显血红色,故B错误;
C.氯化铁溶液为棕黄色,由于氯化铁剩余了0.01mol,溶液不能变为浅绿色,故C错误;
D.Fe2+的物质的量为0.06mol,氯化铁的物质的量为0.01mol,所以Fe2+和Fe3+的物质的量之比为6:
1,故D正确;
故选D.
2.某化学兴趣小组用只含有铝、铁、铜的工业废料制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)和胆矾晶体,以探索工业废料的再利用。
其实验方案如下:
(1)写出合金与烧碱溶液反应的离子方程式:
。
(2)由滤液A制AlCl3溶液的途径有①和②两种,你认为较合理的途径及理由是:
。
(3)滤液E若放置在空气中一段时间后,溶液中的阳离子除了
和
外,还可能存在
(用符号表示)。
(4)用滤渣F通过两种途径制取胆矾,与途径③相比,途径④明显具有的两个优点是:
、 。
(5)途径④发生反应的化学方程式为:
。
(6)实验室从CuSO4溶液制取胆矾,操作步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、 、自然干燥。
.
【答案】
(1)2Al+2OH+2H2O=2AlO2 +3H2↑(2分)
(2)②合理,途径②制得AlCl3溶液纯度高,①制取的AlCl3溶液中混有NaCl杂质(2分)
(3)Fe3+(2分)
(4)成本低;不产生有毒气体(合理给分)(各1分)
(5)2Cu+2H2SO4+O2===2CuSO4+2H2O(2分)
(6)过滤洗涤(2分)
【解析】
(1)由题可知,与烧碱反应的物质应在滤液中,滤液通过反应最终生成的产物是AlCl3,所以合金中与烧碱反应的物质应为铝。
(2)途径①中生成的NaCl很难出去,途径②通过沉淀再溶解的方式可得到纯度较高的AlCl3。
(3)由题滤液E中含有
和
,Fe2+在空气中暴露一段时间易被氧化为Fe3+
(4)首先途径③使用浓硫酸发生氧化还原反应Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑+2H2O;其次,浓硫酸的价格高于稀硫酸,会提高成本
(5)由题是Cu在稀硫酸的环境下与氧气发生氧化还原反应,其反应实质是碱性金属氧化物与酸的反应
(6)从溶液中提取溶质,操作步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、自然干燥。