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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