第3课时铁的重要化合物经典导学案.docx
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第3课时铁的重要化合物经典导学案
第3课时 铁的重要化合物
学习目标
核心素养建构
1.认识铁的重要化合物的主要性质及应用。
2.掌握Fe2+、Fe3+的检验方法及相互转化。
3.掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备方法。
『知识梳理』
一、铁的氧化物和氢氧化物
1.铁元素的存在
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
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
[微自测]
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)Fe3O4中化合价有+2和+3价,为混合物。
( )
(2)FeO在空气中加热生成Fe2O3。
( )
(3)磁铁矿的主要成分为Fe3O4。
( )
(4)FeO和Fe2O3均为碱性氧化物。
( )
(5)Fe3O4与盐酸反应的离子方程式为Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O。
( )
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)√ (5)√
3.铁的氢氧化物
化学式
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
(离子方程式)
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
[微自测]
2.关于制备纯净的Fe(OH)2说法正确的是________。
A.Fe2+溶液必须是新制的并放入铁粉
B.制备纯净的Fe(OH)2时用加热煮沸过的NaOH溶液
C.装NaOH溶液的滴管末端插入试管内的液面以下
D.在液面上加植物油或苯进行液封
解析 A.Fe2+溶液必须是新制的并放入铁粉,防止Fe2+被氧化成Fe3+,正确;B.除去溶液中溶解的O2,方法是加热煮沸NaOH溶液,正确;C.滴管末端插入试管内的液面以下,正确;D.必要时可在液面上加植物油或苯进行液封,正确。
答案 ABCD
二、铁盐和亚铁盐 铜盐
1.铁盐和亚铁盐
(1)Fe2+和Fe3+的检验:
(2)Fe2+与Fe3+的转化:
①实验及现象:
溶液由棕黄色变为浅绿色―→溶液无明显变化―→溶液变成红色。
②反应的离子方程式:
2Fe3++Fe===3Fe2+,2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3。
③结论:
Fe3+
Fe2+。
(3)铁盐的净水作用:
向混有少量泥沙的浑水中加入少量Fe2(SO4)3,浑水会变澄清。
[微自测]
3.下列选项中对实验Ⅰ~Ⅳ的实验现象的描述正确的是( )
A.实验Ⅰ:
产生红褐色沉淀
B.实验Ⅱ:
溶液变红
C.实验Ⅲ:
放出大量气体
D.实验Ⅳ:
先出现白色沉淀,后沉淀溶解
解析 实验Ⅰ中,向沸水中滴加少量的氯化铁饱和溶液,会产生红褐色的氢氧化铁胶体,A项错误;实验Ⅱ中,硫氰化钾溶液滴加到氯化亚铁溶液中,溶液不变色,B项错误;实验Ⅲ中,镁不与氢氧化钠溶液反应,不会放出大量气体,C项错误;实验Ⅳ中,氢氧化钠溶液滴入到氯化铝溶液中,先生成白色沉淀氢氧化铝,氢氧化钠过量后,氢氧化铝又溶解转化为偏铝酸钠,D项正确。
答案 D
2.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,其难溶于水。
(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,都有毒,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。
[微自测]
4.把等物质的量的Cu、Fe粉投入一定量的FeCl3溶液中充分反应,然后取出部分溶液(忽略水电离出的离子)。
(1)若滴加一滴KSCN溶液,溶液显红色,则溶液中可能存在的离子有________。
(2)若滴加一滴KSCN溶液,溶液不显红色,则溶液中一定存在的离子有________,可能存在的金属粉末有________。
(3)若加入的金属全部溶解,则溶液中n(Cu2+)∶n(Fe2+)=________。
(4)若(3)反应后的溶液中有三种金属离子,欲从中回收Cu和FeCl3,需要用到的试剂有(按反应顺序填写)________。
解析 还原性:
Fe>Cu,故Fe3+优先与Fe反应:
2Fe3++Fe===3Fe2+,然后与Cu反应:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
(1)若滴加KSCN溶液显红色,说明Fe3+过量,则Cu、Fe粉均已溶解,故溶液中的离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+、Cl-。
(2)若滴加KSCN溶液,溶液不显红色,则Fe3+已完全反应,溶液中一定存在的离子是Fe2+、Cl-,金属粉末可能是Fe、Cu的混合物,也可能只有Cu。
(3)通过反应方程式分析,等物质的量的Cu、Fe粉完全溶解,所产生的n(Cu2+)∶n(Fe2+)=1∶5。
(4)为从溶液中提取Cu,应向溶液中加入过量铁粉:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu;然后用盐酸溶解过量的铁粉:
Fe+2HCl===FeCl2+H2↑;过滤后,得到Cu,再向滤液中加入新制氯水即可得到FeCl3:
2FeCl2+Cl2===2FeCl3。
答案
(1)Cu2+、Fe2+、Fe3+、Cl-
(2)Fe2+、Cl- Fe、Cu(或Cu)
(3)1∶5 (4)Fe、稀盐酸、新制氯水
探究一 Fe(OH)2的制备
从物质类别推理Fe(OH)2的制备方法
[探究素材]
制备Fe(OH)2时选择的反应物应满足能提供Fe2+和OH-的试剂。
Fe(OH)2在空气中易被氧化,制备Fe(OH)2时由生成的白色Fe(OH)2沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色Fe(OH)3。
[探究题目]
1.下图中不能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
解析 因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排出装置中的氧气或空气。
A、B原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排净,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;D中FeSO4溶液上方加一层苯可阻止空气进入;C由于空气中的氧气与Fe(OH)2直接接触,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
答案 C
探究二 Fe、Fe2+、Fe3+的相互转化——“铁三角”
从“价-性”关系建构Fe、Fe2+、Fe3+的相互转化
[探究素材]
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。
特别提醒:
金属阳离子被还原不一定得到金属单质。
如:
Fe3+―→Fe2+。
[探究题目]
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:
_____________________________________________。
(5)写出E―→F的化学方程式:
________________________________。
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,F为Fe(OH)3,G为Fe2O3,X为H2。
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-
(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
从“价-性”关系建构离子共存的判断
[探究素材]
(1)Fe3+与I-、S2-、HS-、SO
、HSO
等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
(2)Fe2+与MnO
(H+)、NO
(H+)、ClO-等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
[探究题目]
3.下列离子在指定溶液中能大量共存的是( )
A.1.0mol·L-1的KNO3溶液:
H+、Fe2+、Cl-、SO
B.1.0mol·L-1的FeCl2溶液:
NO
、Na+、K+、ClO-
C.使酚酞变红的溶液中:
Na+、Cl-、SO
、Fe3+
D.酸性溶液中:
NO
、SO
、Fe3+、Mg2+
解析 A项,KNO3在酸性条件下能氧化Fe2+;B项,ClO-能氧化Fe2+;C项,Fe3+在碱性条件下生成沉淀,不能存在。
答案 D
[探究素材]
1.FeCl3溶液(FeCl2):
加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。
2.FeCl2溶液(FeCl3):
加足量铁粉,充分反应后过滤。
3.FeSO4溶液(CuSO4):
加足量铁粉,充分反应后过滤。
4.Fe粉(铝)、Fe2O3(Al2O3):
加足量NaOH溶液,充分反应后过滤。
[探究题目]
4.要除去FeCl2溶液中少量的FeCl3杂质,可行的方法是( )
A.滴入KSCN溶液B.通入氯气
C.加入适量铜粉并过滤D.加入适量铁粉并过滤
解析 KSCN溶液只能检验Fe3+的存在,不能用来除去杂质,A错误;通入氯气将FeCl2氧化为FeCl3,B错误;加入铜粉发生Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+,引入新杂质Cu2+,C错误;加入铁粉发生Fe+2Fe3+===3Fe2+,过滤除去剩余铁粉,得到纯净FeCl2溶液,D正确。
答案 D
探究三 Fe3+、Fe2+的检验
基于“价-性”关系形成检验的认知模型
[探究素材]
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+H2O===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)
[探究题目]
5.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,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+
解析 A项,加入KSCN后呈红色,说明含Fe3+,但不能说明是否含有Fe2+;B项,通入Cl2后再加入KSCN溶液变红色,说明所得的溶液中含Fe3+,而原溶液中是否含有Fe3+、Fe2+无法判断;C项,加NaOH得红褐色沉淀,说明含有Fe3+;D项,当溶液中含有Fe2+和其他能与碱反应生成白色沉淀的离子时,同样会出现上述现象,因为Fe(OH)2转变成Fe(OH)3时,颜色很容易掩盖其他的白色沉淀。
答案 C
[探究素材]
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,溶液紫红色褪去说明含有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HNO3,原因是稀HNO3可以将Fe2+氧化为Fe3+。
[探究题目]
6.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
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。
答案 B
1.下列离子方程式正确的是( )
A.将氨水滴入到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Cl2 Fe2++Cl2===Fe3++2Cl-
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-。
答案 B
2.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是( )
①过量的Fe与Cl2反应 ②Fe与过量稀硫酸反应
③FeCl2溶液中通入少量Cl2 ④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A.只有①B.①③
C.①②③D.全部
解析 ①中的Cl2氧化性强,它能将铁氧化为+3价,由于不是在溶液中反应,因此过量的铁不会将氯化铁还原;②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2+。
③在溶液中Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+。
④中依次①Fe2O3与盐酸反应生成FeCl3的反应,②Fe与FeCl3生成FeCl2的反应,③发生Fe与盐酸反应生成FeCl2,但题中未给出反应物间相对量的关系,若铁是足量的,则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。
答案 B
3.在含有1molFeSO4的溶液中投入一小块金属钠,反应完全后,滤出沉淀并洗涤,然后在空气中灼烧沉淀得到的固体物质是( )
A.FeB.FeO
C.Fe(OH)3D.Fe2O3
解析 FeSO4的溶液中投入一小块金属钠,Na与H2O反应生成NaOH,OH-和Fe2+反应生成Fe(OH)2,在空气中Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3,灼烧Fe(OH)3最后得到的固体为Fe2O3。
答案 D
4.在含有Fe3+、Fe2+、Al3+、Na+的稀溶液中,加入足量的Na2O2固体,充分反应后,再加入过量的稀盐酸,完全反应后,离子数目几乎没有变化的是( )
A.Fe3+B.Al3+
C.Na+D.Fe2+
解析 加入固体Na2O2,要考虑它可能发生的两个反应:
一是与H2O作用生成NaOH,二是能将Fe2+氧化为Fe3+,所以反应后,Fe2+和Fe3+的数目均要发生变化;而Al3+在与过量的NaOH反应后再与过量的稀盐酸反应,离子数目不会变化,B项正确。
答案 B
5.某学生设计了一个制取氢氧化亚铁的实验方案,实验装置如图所示。
(1)在试管B中加入NaOH溶液,加热煮沸1~2min立即加入2mL液体石蜡,该操作的目的是___________________________________。
(2)在具支试管A中加入稀硫酸和略微过量的铁粉,试分析铁粉过量的原因:
_______________________________________________。
(3)连接好导管,同时打开活塞,当铁粉与稀硫酸反应平稳时,关闭活塞,这时试管A中的现象是_______________________________________________,
产生该现象的原因是________________________________________________。
试管B中的现象为______________________________________________。
(4)若试管B中生成的氢氧化亚铁遇到空气,发生反应的化学方程式为_____________________________________________________。
解析 氢氧化亚铁不稳定,容易被氧化为氢氧化铁,因此在制备过程中应避免其与氧化性物质接触。
答案
(1)除去溶解在NaOH溶液中的O2,并防止O2再进入溶液
(2)保证溶液中不存在Fe3+ (3)溶液经导管进入试管B 生成的H2使试管A、B内产生了压强差 产生白色沉淀 (4)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
课时作业
基础巩固
1.下列物质能用化合反应直接制得的是( )
①FeCl2 ②Fe(OH)3 ③Fe3O4 ④Fe(OH)2
A.②B.②③
C.①②③D.①②③④
解析 2FeCl3+Fe===3FeCl2、4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3、3Fe+2O2===Fe3O4,以上反应均为化合反应。
Fe(OH)2不能用化合反应直接制得。
答案 C
2.已知下述三个实验均能发生化学反应:
①
②
③
将铁钉放入硫酸铜溶液中
向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水
将铜丝放入氯化铁溶液中
下列判断正确的是( )
A.实验①中铁钉只作还原剂
B.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性
C.实验③中发生的是置换反应
D.上述实验证明氧化性:
Fe3+>Fe2+>Cu2+
解析 实验①中铁钉作还原剂,氧化性Cu2+>Fe2+;实验②中Fe2+只表现还原性,实验③中反应为:
2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2不是置换反应,分析可知:
氧化性:
Fe3+>Cu2+,综上可知氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+,故A正确,B、C、D错误。
答案 A
3.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.③②
C.③①D.①②③
解析 先加入少量KSCN溶液,若无红色,证明无Fe3+,然后加氯水,若出现红色,说明有Fe2+存在。
答案 C
4.把过量铁屑加入FeCl3、CuCl2的混合溶液中,反应结束后,称得剩余固体的质量与所加铁屑的质量相等。
则原溶液中FeCl3与CuCl2的物质的量之比是( )
A.7∶2B.3∶2
C.2∶3D.2∶7
解析 根据反应①2Fe3++Fe===3Fe2+可知,铁溶解,固体质量减少,根据反应②Cu2++Fe===Cu+Fe2+可知,铁溶解,铜析出,固体质量增加,而反应结束后,称得剩余固体质量与所加铁屑的质量相等,则反应①中固体减少的质量与反应②中固体增加的质量相等,即56g·mol-1×
=(64g·mol-1-56g·mol-1)×n(Cu2+),得n(Fe3+)∶n(Cu2+)=2∶7,故n(FeCl3)∶n(CuCl2)=2∶7。
答案 D
5.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
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。
答案 B
6.向一定量的Cu、Fe2O3的混合物中加入100mL1mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,所得溶液中不含Fe3+,若用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物,固体减少的质量为( )
A.3.2gB.2.4g
C.1.6gD.0.8g
解析 Cu、Fe2O3的混合物若用过量的CO在高温下还原,固体减少的质量就是混合物中O的质量,混合物中加入100mL1mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,则Fe2O3中的O生成了H2O,生成的H2O中的H来自盐酸,物质的量为n(H)=0.1L×1mol·L-1=0.1mol,则n(H2O)=n(O)=0.05mol,氧元素的质量为0.05mol×16g·mol-1=0.8g,选D。
答案