高中化学第3章第1节铁的多样性学案鲁科版必修一doc.docx

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高中化学第3章第1节铁的多样性学案鲁科版必修一doc

第1节　铁的多样性

发展目标

体系构建

1.基于元素的价态和物质的所属类别，完整有序地写出含铁元素的物质的化学式。

2.掌握铁单质、铁的氧化物、铁的氢氧化物、亚铁盐、铁盐的物理性质、化学性质、典型实验现象；能书写主要化学方程式和离子方程式；知道Fe2＋、Fe3＋的检验。

3.能从物质的类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测含铁元素的物质性质及物质之间的转化关系，设计实验初步验证，并能分析解释有关现象；并能利用含铁元素的物质性质和转化关系，设计制备、分离、检验等简单任务的方案。

4.分析含铁元素的物质性质，分析生产、生活中的实际问题，如补铁剂中铁元素的价态的检验、线路板废液的回收利用。

一、铁元素在自然界中的存在

1．铁元素的含量：

铁元素在地壳中的含量处于第四位，仅次于氧、硅和铝元素。

2．铁元素的存在形态

（1）游离态：

存在于陨铁中。

（2）化合态

①主要化合价：

＋2、＋3。

②存在形式：

主要以矿石的形式存在。

如黄铁矿（FeS2）、赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）等。

二、亚铁盐和铁盐

以FeSO4、FeCl3为例探究亚铁盐和铁盐的性质

1．预测与假设

（1）从物质类别角度：

亚铁盐和铁盐都能与碱溶液反应生成相应的铁的氢氧化物。

（2）从化合价角度：

Fe3＋具有较强氧化性；Fe2＋既有氧化性又有还原性。

2．实验方案

（1）证明Fe2＋、Fe3＋与OH－能反应，需向亚铁盐、铁盐溶液中滴加碱性试剂，如NaOH溶液。

（2）证明Fe3＋具有氧化性，需加入还原剂，如铁、铜、KI溶液。

（3）证明Fe2＋具有氧化性，需加入还原剂，如锌，证明其具有还原性，需加入氧化剂，如氯水、酸性KMnO4等。

3．实验步骤、现象和结论

（1）Fe2＋、Fe3＋与碱的反应

实验内容

实验现象

结论

先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀

有关方程式有：

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===

4Fe（OH）3

生成红褐色沉淀

离子方程式有：

Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓

（2）Fe3＋的氧化性实验探究

实验内容

实验现象

结论

加入KSCN溶液，溶液呈红色，加入足量铁粉后，溶液褪色

Fe3＋具有氧化性，Fe具有还原性，离子方程式：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋

加入KSCN溶液，溶液呈红色，加入足量铜片后，溶液红色消失，变为蓝色

Fe3＋具有氧化性，离子方程式：

2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（3）Fe2＋的氧化性和还原性实验探究

实验内容

实验现象

结论

加入KSCN溶液，无明显现象，再滴加氯水溶液呈红色

Fe2＋具有还原性，离子方程式：

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，

Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3

加入FeSO4溶液，酸性KMnO4溶液紫红色褪去，溶液略呈黄色

Fe2＋具有还原性，被酸性KMnO4氧化为Fe3＋

溶液由浅绿色变为无色

Fe2＋具有氧化性，离子方程式：

Fe2＋＋Zn===Zn2＋＋Fe

三、铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物

1．铁单质

（1）物理性质

色、态

密度

熔点

导热性、延展性

导电性

特性

银白色固体

7.86_g·cm－3

1538℃

良好

比铜、铝差

能被磁铁吸引

（2）化学性质

①与酸反应生成氢气：

与盐酸、硫酸反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

②与某些盐溶液发生置换反应：

与硫酸铜溶液反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。

③与非金属反应

a．与氧气反应：

3Fe＋2O2

Fe3O4。

b．与氯气反应：

2Fe＋3Cl2

2FeCl3。

④铁与水的反应：

ⅰ.铁与冷水不反应，但在空气中的氧气和水蒸气的作用下，易腐蚀。

ⅱ.铁与水蒸气的反应：

方法

方法一

方法二

实验装置

实验现象

用小试管收集一试管气体，点燃，听到轻微爆鸣声

用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声

实验结论

铁与水蒸气反应的化学方程式为

3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

2.铁的氧化物

名称（化学式）

氧化亚铁（FeO）

四氧化三铁（Fe3O4）

氧化铁（Fe2O3）

俗名

—

磁性氧化铁

铁红

色态

黑色粉末

黑色晶体

红棕色粉末

铁的价态

＋2

＋2、＋3

＋3

与盐酸反应

FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O

Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O

Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O

与铝粉反应

3FeO＋2Al

3Fe＋Al2O3

—

2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3

微点拨：

（1）FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，Fe3O4为复杂的氧化物。

（2）FeO、Fe2O3、Fe3O4、MnO2、WO3、V2O5等难熔金属氧化物与铝粉的反应也叫铝热反应，常用KClO3和镁条引发该反应。

3．铁的氢氧化物

Fe（OH）2

Fe（OH）3

颜色、状态

白色固体

红褐色固体

与盐酸反应（写化学方程式）

Fe（OH）2＋2HCl===FeCl2＋2H2O

Fe（OH）3＋3HCl===FeCl3＋3H2O

受热分解（写化学方程式）

－

2Fe（OH）3

＋3H2O

制备

可溶性亚铁盐与碱溶液反应Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓

可溶性铁盐与碱溶液反应Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓

转化

在空气中，Fe（OH）2能够迅速地被氧气氧化成Fe（OH）3，现象是白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

四、铁及其化合物的转化关系

1．绘制铁及其化合物的“价——类”二维图。

[答案]　

2．补铁剂中铁元素价态的检验

实验步骤

实验现象

实验结论

（1）取少量补铁口服液于试管中，滴入KSCN溶液

a.不变红

无Fe3＋

b.变红

有Fe3＋

（2）若出现现象a，向反应后的溶液中滴加氯水

溶液变红

有Fe2＋

（3）若出现现象b，另取补铁剂滴加酸性KMnO4溶液

紫红色褪去

有Fe2＋

紫红色不褪去

无Fe2＋

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）铁元素在地壳中含量位于第三位。

（　　）

（2）在工业中炼制铁单质，所以自然界中无游离态铁。

（　　）

（3）Fe3＋转化为Fe2＋时，需加入氧化剂才能实现。

（　　）

（4）钢和铁都是铁的合金，钢不易生锈，生铁易生锈，铁锈的主要成分是Fe3O4。

（　　）

（5）Fe3＋遇到KSCN溶液会生成红色沉淀。

（　　）

[答案]　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×

2．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

D　[D项中产生的是红色溶液。

]

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↑

Fe、Fe2＋、Fe3＋间的相互转化

实验室中常见的可溶性的亚铁盐有FeCl2、FeSO4、Fe（NO3）2等，其溶液是浅绿色，亚铁盐中Fe2＋易被氧化，故其晶体应密闭保存。

常见的可溶性的铁盐有FeCl3、Fe2（SO4）3、Fe（NO3）3等，其溶液一般呈黄色。

铁盐固体易潮解，也应密闭保存。

1．FeCl2溶液中混有少量FeCl3时，如何除去杂质？

提示：

向溶液中加入足量的铁粉，使FeCl3和Fe充分反应生成FeCl2，然后过滤除去多余的Fe。

2．若用过量的锌和FeCl3溶液反应，产物是FeCl2吗？

提示：

产物不是FeCl2。

因为锌比铁活泼，所以过量的锌会和FeCl2反应生成Fe，锌的表面会变黑。

3．FeCl3溶液中混有FeCl2时，如何除去杂质？

提示：

向溶液中加入足量的氯水，使FeCl2转化为FeCl3。

4．FeCl2溶液中混有CuCl2时，如何除去杂质？

提示：

加入铁粉，使Cu2＋转化为Cu，过滤除去。

5．为什么保存硫酸亚铁溶液时常加入少量铁粉？

提示：

Fe2＋具有较强的还原性，易被氧化变质，向盛放亚铁盐溶液的试剂瓶中加入少量铁粉的目的是防止Fe2＋被氧化为Fe3＋。

1．Fe、Fe2＋、Fe3＋间的相互转化关系——铁三角

2．常见的转化反应如下

（1）Fe→Fe2＋：

加弱氧化剂，如I2、H＋、Cu2＋、Fe3＋等。

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

（2）Fe→Fe3＋：

加强氧化剂，如O2、Cl2、Br2等。

2Fe＋3Cl2

2FeCl3。

（3）Fe2＋→Fe3＋：

加强氧化剂，如Cl2、O2、Br2、H2O2等。

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3。

（4）Fe3＋→Fe2＋：

加还原剂，如Fe、Cu、I－等。

Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。

（5）Fe2＋→Fe：

加强还原剂，如Zn、Al、C、CO等。

Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe，CO＋FeO

Fe＋CO2。

（6）Fe3＋→Fe：

加强还原剂，如Zn、Al、CO、H2等。

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2,3H2＋Fe2O3

2Fe＋3H2O（g）。

1．下列有关铁及其化合物的说法中正确的是（　　）

A．可以采用加热的方法除去Fe2O3中的Fe（OH）3

B．铁只有与水蒸气反应才能得到Fe3O4

C．不能通过化合反应生成FeCl2和Fe（OH）3

D．氯化铁溶液有较强氧化性，故可用作净水剂

A　[铁在纯氧中燃烧能产生Fe3O4；2FeCl3＋Fe===3FeCl2,4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3均是化合反应；FeCl3溶液能净水，不是因为Fe3＋的氧化性，是因为FeCl3在水中形成Fe（OH）3胶体。

]

2．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__________________________________________

________________________________________________________________。

（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。

①A→C：

_____________________________________________________；

②C→D：

____________________________________________________。

[解析]　

（1）A是一种常见金属，F是一种红褐色沉淀，由转化关系可知，F为Fe（OH）3，A为Fe，Fe与氧气反应生成的B为Fe3O4，四氧化三铁与盐酸反应得到氯化亚铁与氯化铁，故Fe与盐酸反应得到的X为氢气、C为FeCl2，可推知E为Fe（OH）2、D为FeCl3，G为Fe2O3。

（2）D为FeCl3，含有的阳离子为Fe3＋，检验Fe3＋的方法为取少量D溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液变红色，证明含有Fe3＋。

（3）FeCl2易被空气中的氧气氧化，保存FeCl2溶液时加固体Fe，防止Fe2＋被氧化。

（4）①A→C反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；②C→D反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。

[答案]　

（1）Fe　FeCl2　Fe（OH）3　Fe2O3

（2）取少量D溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液变红色，证明有Fe3＋

（3）防止Fe2＋被氧气氧化

（4）①Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

②2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

3．将单质Fe、Cu与FeCl3、FeCl2、CuCl2溶液一起放进某容器内，根据下述不同情况，填写金属或金属离子。

（1）充分反应后，如果Fe有剩余，则溶液中不可能有________。

（2）充分反应后，如果溶液中还有大量Fe3＋，则还含有________，一定没有________剩余。

（3）充分反应后，如果容器内有较多Cu2＋和相当量的Cu，则容器内不可能有________。

[解析]　根据Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，若Fe有剩余，则容器中只有Fe2＋，不可能有Fe3＋、Cu2＋。

如果容器内还有大量Fe3＋，则还含有Cu2＋和Fe2＋，一定没有Fe和Cu剩余。

如果容器内有较多Cu2＋和相当量的Cu，Fe能置换出铜，Fe3＋能氧化Cu，则容器内不可能有Fe3＋和Fe。

[答案]　

（1）Fe3＋、Cu2＋　

（2）Cu2＋、Fe2＋　Fe、Cu　

（3）Fe3＋、Fe

Fe2＋、Fe3＋的检验方法

1．怎样用化学方法检验FeSO4试剂是否变质？

提示：

FeSO4变质就是Fe2＋被空气中的氧气氧化，可用KSCN溶液检验是否含有Fe3＋。

2．先向溶液中滴加少量氯水，再加KSCN溶液，溶液变为红色，能否证明原溶液中含有Fe2＋？

提示：

不能证明原溶液中含有Fe2＋，因为若原溶液中含有Fe3＋，溶液也变红色，干扰Fe2＋的检验。

3．如何检验溶液中既含Fe2＋又含Fe3＋？

提示：

取一份待检液，滴入几滴KSCN溶液，溶液呈红色，说明含Fe3＋；另取一份待检液，滴入几滴酸性KMnO4溶液，紫红色褪去，说明含Fe2＋。

Fe3＋、Fe2＋的检验

1．观察溶液颜色法

2．KSCN溶液和氯水法

3．NaOH溶液法

4．酸性KMnO4溶液法

1．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溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2＋

C．向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，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＋

C　[A项，Fe2＋遇到KSCN溶液不变色，Fe2＋是否存在不确定；B项，Fe3＋干扰Fe2＋的检验，若原溶液中含有Fe3＋不含Fe2＋也会产生同样的现象；D项，Mg（OH）2为白色沉淀被红褐色沉淀掩盖，不确定。

]

2．证明某溶液含有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．先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色

C．先加入铁粉，再滴加NaOH溶液

D．只需滴加KSCN溶液

B　[Fe2＋具有较强还原性，Fe3＋遇KSCN溶液变红色，证明某溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的实验方法是先滴加KSCN溶液，不显红色，确认溶液不含有Fe3＋，再滴加氯水后显红色，证明Fe2＋被氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。

]

3．为了验证Fe3＋的性质，某化学兴趣小组设计了如图所示的一组实验，其中实验方案设计错误的是（　　）

A．④　　　　　　B．③

C．③④D．①②③④⑤

C　[③不反应，实验方案及现象均错误；④检验的是Cl－，与Fe3＋的性质无关。

]

氢氧化亚铁不稳定，通常被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁为棕色或红褐色粉末或深棕色絮状沉淀或胶体，用来制颜料、药物，用作净水剂（胶体时），也可用来作砷的解毒药等。

如右图是某同学用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe（OH）2白色沉淀的方案。

1．分析硫酸亚铁、氢氧化亚铁易被氧化的原因。

提示：

硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁为＋2价，可以升高到＋3价，具有还原性，易被氧化。

2．用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入固体，该固体是什么？

提示：

Fe2＋易被空气中的O2氧化，要加铁粉，将被氧化的Fe3＋还原成Fe2＋。

3．除去蒸馏水中溶解的O2常采用什么方法？

提示：

气体的溶解度随着温度升高而降低，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。

4．生成Fe（OH）2白色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。

这样操作的理由是什么？

提示：

Fe（OH）2沉淀很容易被氧气氧化，长滴管插入溶液液面以下，可防止Fe（OH）2与氧气接触而被氧化。

通过情境素材中，对Fe（OH）2的制备方法及现象分析，探究较长时间观察白色沉淀的方法等，养成了“发现问题，探究解决问题”的能力，培养了学生良好的科学探究和创新意识。

1．所含铁元素既有氧化性又有还原性的物质是（　　）

A．Fe　　　B．FeCl3　　　　C．FeSO4　　　D．Fe2O3

C　[含有＋2价铁元素的物质既有氧化性又有还原性。

]

2．将足量铁粉加入由盐酸、MgCl2溶液、FeCl3溶液、CuCl2溶液组成的混合液中，充分反应后，铁粉有剩余，则溶液中含有大量的阳离子是（　　）

A．Cu2＋和Fe2＋B．Fe2＋和Mg2＋

C．Fe3＋和Fe2＋D．H＋和Cu2＋

B　[加入足量铁粉所发生的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，铁粉有剩余，则溶液中无H＋、Fe3＋、Cu2＋。

]

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

氢氧化钠溶液

B

酸性KMnO4溶液

KSCN溶液

C

KOH溶液

溴水

D

溴水

酸性KMnO4溶液

B　[甲组，在Fe3＋存在的条件下，检验Fe2＋，要排除Fe3＋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。

酸性KMnO4溶液符合条件：

5Fe2＋＋MnO

＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，现象为紫色变浅（或褪色）。

乙组为在Fe2＋存在的条件下，检验Fe3＋，用KSCN溶液检验Fe3＋，Fe2＋无干扰。

]

4．（素养题）“百炼成钢”是指反复将炽热的生铁在空气中锤打，转化为坚硬的钢，其实质是对生铁的不断除杂过程。

下列叙述不正确的是（　　）

选项

被提纯物质

杂质

除杂试剂或方法

A

FeCl3溶液

FeCl2

通入适量Cl2

B

FeCl2溶液

FeCl3

加入过量铁粉并过滤

C

铜粉

铁粉

加入过量稀硫酸并过滤

D

Fe（OH）3溶液

Fe（OH）2

在空气中灼烧

D　[Fe（OH）3在灼烧时分解生成Fe2O3。

]

5．根据以下反应，写出各物质的化学式及①②③的方程式（化学方程式或离子方程式）。

（1）A是________，B是________，C是________，D是________。

（2）①化学反应方程式：

____________________________________________；

②离子方程式：

___________________________________________________；

③离子方程式：

___________________________________________________

________________________________________________________________。

[解析]　根据颜色来推断相关物质，红棕色粉末A为Fe2O3，B为Fe，蓝色溶液中含Cu2＋，故红色固体C为Cu。

[答案]　

（1）Fe2O3　Fe　Cu　FeCl2

（2）①Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

②Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu

③Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑