《铁及其化合物》第二课时精品学案.docx
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《铁及其化合物》第二课时精品学案
第2课时 铁的重要化合物
课程标准
核心素养
1.通过实验探究了解铁盐和亚铁盐的性质,了解氢氧化铁和氢氧化亚铁的制取及其性质,了解这些物质在生产和生活中的应用。
2.了解铁的氧化物的性质及其应用。
1.变化观念:
认识铁的重要化合物的化学性质。
2.科学探究:
通过氢氧化铁和氢氧化亚铁的制取实验,探究其性质;通过实验探究铁盐和亚铁盐的检验,从而探究铁的重要化合物的相互转化。
3.证据推理:
具有证据意识,能基于证据对铁的重要化合物的性质、物质组成、结构及其变化提出可能的假设,通过分析推理加以证实或证伪。
知识点1 铁的氧化物和氢氧化物
新课讲授
一、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
都不溶于水
2.化学性质
(1)稳定性:
FeO不稳定,在空气里受热,迅速被氧化成Fe3O4。
(2)与酸反应:
FeO和Fe2O3属于碱性氧化物,与盐酸反应的离子方程式分别为FeO+2H+===Fe2++H2O,Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。
(3)四氧化三铁(Fe3O4)的化学式可写成FeO·Fe2O3,其溶于盐酸的离子方程式为Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O。
3.用途
Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料,赤铁矿的主要成分是Fe2O3,是炼铁原料,也可作外墙涂料。
(1)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。
二、铁的氢氧化物
1.物理性质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色、态
白色固体
红褐色固体
溶解性
难溶于水
2.制备实验
Fe(OH)2
Fe(OH)3
操作
现象
产生白色絮状沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色沉淀
生成红褐色沉淀
离子方程式
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓;
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
实验结论
Fe(OH)3与Fe(OH)2分别可用相应的可溶性盐与可溶性碱反应制得
3.化学性质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
稳定性
不稳定,易被O2氧化,受热易分解,但产物复杂
不稳定,受热易分解,化学方程式为2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
与盐酸反
应的离子
方程式
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
重难点
制备Fe(OH)2的注意事项
(1)Fe2+必须是新配制的,并加入Fe粉,以防Fe2+被氧化成Fe3+;
(2)除去溶液中溶解的O2,其方法是加热煮沸NaOH溶液;
(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气,滴管末端要插入试管内的液面以下,再挤出NaOH溶液;
(4)必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。
随堂练习
1.下列说法不正确的是( )
A.铁的氧化物均为黑色固体,均难溶于水
B.Fe(OH)2在空气中易变质,生成红褐色的Fe(OH)3
C.铁在氧气中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色的Fe3O4
D.氢氧化亚铁为白色絮状沉淀
解析:
选A。
FeO是一种黑色粉末,Fe2O3是一种红棕色粉末,Fe3O4是一种具有磁性的黑色晶体。
2.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
A.①② B.①③
C.②③D.①②③
解析:
选B。
因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3,故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的空气或氧气。
装置①是先用铁与稀硫酸反应生成的H2将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中,③中液面上加苯阻止了生成的Fe(OH)2与空气接触;②由于能接触空气中的O2,故不能较长时间观察到白色沉淀。
3.在如图所示的装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀硫酸等试剂制备Fe(OH)2沉淀。
(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是________。
(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是________。
(3)为了制得白色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,后续的实验步骤是_____________________________________________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析:
该制备方法的原理是利用稀硫酸和铁屑产生氢气,先赶尽装置中的空气。
确定空气赶尽后,再夹紧止水夹,通过H2产生的压强将试管Ⅰ中产生的FeSO4溶液压入试管Ⅱ的NaOH溶液中,从而使产生的白色Fe(OH)2沉淀在H2的还原性气氛中得以较长时间保持。
答案:
(1)稀硫酸、铁屑
(2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出氢气的纯度,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Ⅱ,且外界空气不容易进入
知识点2 铁盐和亚铁盐
新知预习
1.常见的铁盐有Fe2(SO4)3、FeCl3等,常见的亚铁盐有FeSO4、FeCl2等。
2.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溶液法:
无明显现象,再加新制氯水变红色的为Fe2+;若溶液直接变红色的为Fe3+。
3.Fe2+与Fe3+的转化
(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;取上层清液再加入氯水后,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)结论:
Fe2+和Fe3+在一定条件下可以相互转化。
Fe3+
Fe2+
重难点
1.铁及其化合物的转化——“铁三角”
铁元素有三种常见价态:
0价、+2价和+3价,这三种价态的铁在一定条件下可相互转化,我们称之为“铁三角”。
(1)Fe只有还原性,可以被氧化成Fe2+或Fe3+
①Fe
Fe2+
Fe+2H+===Fe2++H2↑(非氧化性酸);
Fe+Cu2+===Fe2++Cu;
Fe+2Fe3+===3Fe2+。
②Fe―→Fe3O4
3Fe+2O2
Fe3O4;
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
③Fe
Fe3+
2Fe+3X2
2FeX3(X代表F、Cl、Br)。
(2)Fe2+既具有还原性又具有氧化性,可以被氧化为Fe3+,也可以被还原为Fe
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
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+(利用覆铜板制作印刷电路板);
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2;
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3。
金属阳离子被还原不一定得到金属单质。
例如:
Fe3+―→Fe2+。
2.Fe3+、Fe2+的检验
检验方法
Fe2+
Fe3+
观察法
浅绿色
棕黄色
加碱法
(NaOH
溶液)
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)
加盐法
(KSCN
溶液)
①现象:
加入KSCN溶液无明显现象,再滴入氯水,溶液变成红色
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)
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,防止加入氧化性物质[如H2O2、NO
(H+)等],使Fe2+被氧化。
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的红色有干扰;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,溶液紫红色褪去说明含有Fe2+。
1.向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,当再滴加几滴新制的氯水后,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+被氯水氧化成Fe3+
解析:
选B。
Cl2将Fe2+氧化成Fe3+,说明氧化性:
Cl2>Fe3+,选项B不正确。
2.已知A为常见的金属单质,根据如图所示的关系,下列叙述中正确的是( )
A.A为Fe,B为FeO
B.C→D溶液的颜色变化:
浅绿色→棕黄色
C.④的离子方程式:
Fe+Fe3+===2Fe2+
D.⑤的离子方程式:
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
解析:
选B。
由“红褐色固体”可知F是Fe(OH)3,从而得出A为Fe,“黑色晶体B”为Fe3O4,继而推出C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2。
⑤的离子方程式可为Fe+2Fe3+===3Fe2+,④的离子方程式可为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
3.某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质,查阅了有关资料,得知SCN-、Fe2+能被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色,并结合已学的知识设计了如下实验;
①将药片除去糖衣研细后溶解、过滤。
②取滤液分别加入两支试管中,在一支试管中加入酸性KMnO4溶液,在另一支试管中加入KSCN溶液。
请完成下列问题:
(1)若滴入酸性KMnO4溶液后褪色,滴入KSCN溶液后不变红,结论是____________。
(2)若滴入酸性KMnO4溶液后不褪色,滴入KSCN溶液变红,结论是____________。
(3)若滴入酸性KMnO4溶液后褪色,滴入KSCN溶液变红,结论是____________。
(4)________(填“能”或“不能”)将酸性KMnO4溶液和KSCN溶液滴入同一支试管中进行验证,原因是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
加入酸性KMnO4溶液褪色说明含有Fe2+,而加入KSCN溶液变红则说明含有Fe3+,所以前三问的答案很容易得出。
第(4)问中的原因可归纳为两条,一是酸性KMnO4溶液呈紫红色,影响Fe3+的检验;二是KSCN具有还原性,可以被酸性KMnO4溶液氧化,影响Fe2+的检验。
答案:
(1)补铁药没有变质
(2)补铁药完全变质
(3)补铁药部分变质
(4)不能 酸性KMnO4溶液呈紫红色,影响Fe3+的检验;KSCN具有还原性,影响Fe2+的检验
课堂小结
合格考训练
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)Fe3O4可由单质直接化合得到。
( )
(2)FeCl2、FeCl3、Fe(OH)3都可通过化合反应生成。
( )
(3)Fe3+、Cu2+、H+、Fe2+四种离子中氧化能力最强的是Fe3+。
( )
(4)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铁粉。
( )
(5)某溶液中滴加氯水,然后滴加KSCN溶液,溶液显红色,该溶液中一定含有Fe2+。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)√ (4)√ (5)×
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,故Fe3O4是混合物
解析:
选C。
赤铁矿、铁锈的主要成分均是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。
3.在空气中氢氧化亚铁白色沉淀可转化为红褐色沉淀。
关于该反应的下列叙述中不正确的是( )
A.生成物为氢氧化铁
B.该反应是化合反应
C.该反应是氧化还原反应
D.氢氧化亚铁做氧化剂
解析:
选D。
氢氧化亚铁易与氧气、水反应生成氢氧化铁,该反应既是化合反应,又是氧化还原反应,氢氧化亚铁是还原剂,氧气是氧化剂。
4.下列反应中Fe3+表现氧化性的是( )
①FeCl3溶液能使淀粉-KI试纸变蓝
②FeCl3溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀
③FeCl3溶液中加入AgNO3溶液产生白色沉淀
④FeCl3溶液中通入H2S气体产生沉淀
A.①②B.②④
C.①④D.②③
解析:
选C。
①2Fe3++2I-===2Fe2++I2,Fe3+化合价降低,表现氧化性,故正确;②Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓,Fe3+化合价不变,没有表现氧化性,故错误;③Ag++Cl-===AgCl↓,Fe3+化合价不变,没有表现氧化性,故错误;④2Fe3++H2S===2Fe2++2H++S↓,Fe3+化合价降低,表现氧化性,故正确。
5.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)检验溶液中Fe3+存在的试剂是__________,证明Fe3+存在的现象是______________。
(2)写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
(3)某工程师为了从使用过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:
A.请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____________________________________。
B.请写出相关反应的化学方程式:
____________________;___________________________________________;
______________________;________________________________________。
解析:
(3)从腐蚀铜的废液中回收铜,并重新获得FeCl3溶液,流程如下。
答案:
(1)KSCN溶液 溶液变成红色
(2)2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
(3)A.①Fe ②FeCl2 ③Fe和Cu ④HCl ⑤FeCl2
⑥Cl2
B.2FeCl3+Fe===3FeCl2 CuCl2+Fe===FeCl2+Cu Fe+2HCl===FeCl2+H2↑ 2FeCl2+Cl2===2FeCl3
等级性测试
1.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
解析:
选D。
A中电荷不守恒,应为Fe+2Fe3+===3Fe2+;B中违背反应事实,应为Fe+2H+===Fe2++H2;C中电荷不守恒,应为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
2.下列化合物中,不能由单质直接化合得到的是( )
A.FeCl2 B.FeS
C.Fe3O4D.FeCl3
解析:
选A。
Fe和Cl2反应生成FeCl3。
3.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
解析:
选A。
FeSO4可被HNO3氧化,加入氨水后发生反应Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
,红褐色沉淀为Fe(OH)3,加热Fe(OH)3,使其分解得到红棕色固体为Fe2O3。
4.某同学对未知物A盐的水溶液进行了鉴定,实验过程及现象如图所示:
已知硝酸能将Fe2+氧化为Fe3+,现对A、B、C、D做出的如下推断中,不正确的是( )
A.盐A一定是FeCl3
B.白色沉淀B是AgCl
C.滤液C中一定含Fe3+
D.无法确定A中是否含有Fe2+
解析:
选A。
生成白色沉淀证明A中含Cl-,B为AgCl,A与酸化的AgNO3溶液反应生成C,C遇KSCN生成D红色溶液,C中一定含Fe3+。
A中也可能含Fe2+,因为A中加入了酸化的硝酸银溶液,相当于加入了硝酸,硝酸可以把Fe2+氧化成Fe3+。
5.制印刷电路时常用氯化铁溶液做腐蚀液,有关反应为2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2。
向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,反应结束后,烧杯中不可能出现的是( )
A.有铜粉无铁粉
B.有铁粉无铜粉
C.铁粉、铜粉都有
D.铁粉、铜粉都无
解析:
选B。
向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,由于铁粉的还原性较强,故铁粉首先与氯化铁溶液反应,2FeCl3+Fe===3FeCl2,当铁粉完全反应后,若氯化铁还有剩余,铜粉才与氯化铁溶液反应,2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2。
若铁粉较少,铜粉较多,会出现A中情况;由前面的分析可知,B中情况不会出现;若铁粉较多,会出现C中情况;若铁粉和铜粉都较少,会出现D中情况。
6.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,说明溶液中不含Fe2+
B.用盐酸酸化的KMnO4溶液检验Fe2(SO4)3溶液中是否含有FeSO4
C.向某溶液中加入NaOH溶液,产生红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+
D.向某溶液中加入NaOH溶液产生白色沉淀,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+
解析:
选C。
A项中只能说明含有Fe3+,不能说明不含Fe2+,检验方法不合理;B项中不能用盐酸酸化KMnO4溶液,检验方法不合理;D项中氧化后生成的红褐色沉淀Fe(OH)3可能掩盖了白色沉淀Mg(OH)2,检验方法不合理。
7.下列有关除杂的操作中不正确的是( )
A.FeSO4溶液中含少量CuSO4杂质:
加入过量的Fe粉,过滤
B.碳酸钠粉末中含有少量碳酸氢钠粉末:
加热
C.除去FeCl3溶液中少量的FeCl2:
加入新制氯水
D.CO2中混有HCl气体:
通入饱和的碳酸钠溶液
解析:
选D。
加入过量的铁粉,发生反应Fe+CuSO4===FeSO4+Cu,能够除去杂质,A正确;NaHCO3受热易分解:
2NaHCO3
Na2CO3+CO2+H2O,B正确;新制氯水与FeCl2反应:
2FeCl2+Cl2===2FeCl3,从而把FeCl2转化为FeCl3而除去,C正确;CO2中混有HCl气体,通入饱和的碳酸钠溶液,除去HCl的同时,也能吸收CO2:
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3,D错误。
8.有Fe和Fe2O3的混合物g,溶于100mL的稀硫酸中,恰好完全反应,放出L(标准状况下)H2,向反应后的溶液中滴入KSCN溶液,未见红色。
混合物中单质Fe的质量为( )
A.gB.g
C.gD.g
解析:
选C。
Fe和Fe2O3的混合物中加入稀硫酸,恰好完全反应,放出氢气,反应后的溶液中滴加KSCN溶液不显红色,且无固体剩余,则最终溶液中的溶质为FeSO4,反应生成H2的物质的量为
=mol,则:
Fe + H2SO4===FeSO4+H2↑
0.1mol mol mol
设原混合物中Fe2O3的物质的量为xmol,则:
Fe + Fe2O3+3H2SO4===3FeSO4+3H2O
xmol xmol 3xmol
由题意可知,(x+mol×56g·mol-1+xmol×160g·mol-1=g,解得x=,混合物中m(Fe2O3)=mol×160g·mol-1=16g,m(Fe)=g-16g=g。
9.某学生小组为认识铁及其化合物的性质、分散系的性质做了如下一组综合实验,根据实验流程回答相关问题。
(1)请写出Fe2O3与①反应的离子方程式:
____________________________________________________________________________________________________________。
(2)物质②为____________。
(3)请写出FeCl3与铁粉反应的化学方程式:
_________________________________________________________________________________________________________。
(4)向FeCl2溶液中滴加NaOH溶液最终生成Fe(OH)3浊液,该过程的现象为________________________________________________________________________,此过程中发生的氧化还原反应为(用化学方程式表达)__________________________________________________________________________________________________。
(5)将FeCl3饱和溶液滴入沸水中,并继续煮沸至红褐色,制得分散系③为________,它与FeCl3溶液、Fe(OH)3浊液的本质区别是________