學(xué)案探究鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化

7/7探究鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．能依據(jù)金屬及其化合物的性質(zhì)提出物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化思路。2．能從多個方面對可能的轉(zhuǎn)化路徑進行優(yōu)選。3．能運用變量控制方法設(shè)計轉(zhuǎn)化的實驗方案，根據(jù)實驗現(xiàn)象進行推理?！緦W(xué)習(xí)重難點】能運用變量控制方法設(shè)計轉(zhuǎn)化的實驗方案，根據(jù)實驗現(xiàn)象進行推理?！緦W(xué)習(xí)過程】一、知識梳理（一）反應(yīng)的合理選擇1．轉(zhuǎn)化路徑的設(shè)計思路首先必須明確目標(biāo)產(chǎn)物，然后依據(jù)產(chǎn)物特性選擇反應(yīng)原料和可能的反應(yīng)路徑，確定反應(yīng)的類型和反應(yīng)條件，依據(jù)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物分離的要求合理選擇反應(yīng)的裝置等。2．物質(zhì)制備反應(yīng)路線的選擇以鐵屑為原料制取氯化鐵路徑1．Fe→FeCl3，在點燃條件下氯氣將鐵轉(zhuǎn)化為＋3價的鐵化合物，從反應(yīng)爐中排出，經(jīng)冷凝后得到固體三氯化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up10(點燃))2FeCl3．路徑2．Fe→FeCl2→FeCl3，用鹽酸溶解鐵，生成的FeCl2在溶液中被Cl2氧化為FeCl3，分離提純后得到產(chǎn)物，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑、2FeCl2＋Cl2=2FeCl3．路線3．Fe→Fe2O3→FeCl3，在一定條件下用空氣將鐵氧化為氧化鐵，再將氧化鐵溶解在鹽酸中得到氯化鐵，分離提純后得到產(chǎn)物。3．Fe3＋的檢驗方法Fe3＋（1）觀察法棕黃色（2）加堿法（NaOH）①現(xiàn)象：紅褐色沉淀②離子反應(yīng)方程式：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓（紅褐色）（3）加鹽法（SCN－）①現(xiàn)象：加入KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色②離子反應(yīng)方程式：Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3（紅色）4．Fe2＋、Fe3＋的轉(zhuǎn)化（1）Fe2＋在溶液中容易被一些氧化劑（如氯水中的Cl2、空氣中的O2、H2O2等）氧化為Fe3＋。如Fe2＋與H2O2反應(yīng)的離子方程式為：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。（2）Fe3＋具有較強的氧化性可被Fe、Cu等還原為Fe2＋。如Fe3＋與Fe、Cu反應(yīng)的離子方程式分別為：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋、2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。微思考氯化鐵是一種很重要的鐵鹽，為黑棕色結(jié)晶，也有薄片狀，熔點306℃、沸點315℃，易溶于水并且有強烈的吸水性，能吸收空氣里的水分而潮解。氯化鐵的一個重要用途是五金蝕刻，蝕刻產(chǎn)品有：眼鏡架、鐘表、電子元件、標(biāo)牌銘牌等。你能寫出用氯化鐵在銅板上刻字時反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？（二）反應(yīng)條件影響的探究（1）實驗探究鐵的氫氧化物的生成與轉(zhuǎn)化取兩支試管分別編為A、B，向A試管中加入3mL0.1mol/LFe2(SO4)3溶液，向B試管中加入3mL0.05mol/LFeSO4溶液。然后向兩支試管中分別逐滴加入0.1mol/LNaOH溶液。①向A試管中滴入NaOH溶液，生成紅褐色沉淀，原因是：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。②向B試管中滴入NaOH溶液，生成白色沉淀，原因是：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓；沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色沉淀，原因是：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3．（2）Fe(OH)2、Fe(OH)3的比較Fe(OH)2Fe(OH)3顏色和溶解性白色固體，不溶于水紅褐色固體，不溶于水穩(wěn)定性在空氣中易轉(zhuǎn)化為Fe(OH)32Fe(OH)3eq\o(=,\s\up10(△))Fe2O3＋3H2O與鹽酸反應(yīng)Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O制備Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓轉(zhuǎn)化化學(xué)方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3現(xiàn)象：白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色二、初試身手（一）自主診斷1．判斷正誤（正確的打“√”，錯誤的打“×”）（1）用酸性KMnO4溶液檢驗FeCl3溶液中是否含有FeCl2． （×）（2）檢驗綠礬晶體（FeSO4·7H2O）是否已氧化變質(zhì)，可將綠礬晶體溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液，再觀察溶液是否變紅。 （√）（3）向FeCl3溶液中滴加適量的KSCN溶液，會產(chǎn)生紅色沉淀。（×）（4）Fe2＋可以被Cl2氧化為Fe3＋，說明Fe2＋具有氧化性。 （×）2．隨著人們生活節(jié)奏的加快，方便的小包裝食品已被廣泛接受。為了延長食品的保質(zhì)期，防止食品氧化變質(zhì)，在包裝袋中可以放入的化學(xué)物質(zhì)是（）A．無水硫酸銅 B．硫酸亞鐵C．食鹽 D．生石灰B[無水硫酸銅能吸收水分，不能防止食物被氧化；硫酸亞鐵具有還原性，能防止食品氧化變質(zhì)；食鹽不能吸收水分；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四種物質(zhì)（或離子）均含有同一種元素，其中A是常見單質(zhì)，它們之間存在如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系：若B、C均屬于鹽類，B溶液呈黃色，遇氨水能形成紅褐色沉淀；D是一種不溶性堿；B、C中的陰離子均是Cl－，則A只有與________（填分子式）反應(yīng)才能得到B；實驗室制備的D物質(zhì)不穩(wěn)定，相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________________。[解析]由B的性質(zhì)知其是FeCl3，故A是鐵，C是FeCl2，D是Fe(OH)2；鐵只有與氯氣反應(yīng)才能得到FeCl3；Fe(OH)2在空氣中易變質(zhì)生成Fe(OH)3．[答案]Cl24Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3（二）合作探究1．硫酸亞鐵溶液含有硫酸銅和硫酸鐵雜質(zhì)，為除去雜質(zhì)，提純硫酸亞鐵，應(yīng)該加入下列物質(zhì)中的（）A．鋅粉 B．鎂粉C．鐵粉 D．鋁粉C[鐵粉可將硫酸鐵轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵，將硫酸銅轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵和單質(zhì)銅，然后過濾即可提純硫酸亞鐵，鋅、鎂、鋁都有可能將亞鐵離子置換成鐵，并且會引入鋅離子、鎂離子或鋁離子等新的雜質(zhì)。]2．電子工業(yè)中，常用FeCl3溶液腐蝕絕緣板上的銅箔，制造印刷電路板。某同學(xué)為了從腐蝕廢液中回收銅，并重新獲得FeCl3溶液，設(shè)計如下流程圖。請回答下列問題：（1）FeCl3溶液腐蝕銅箔反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________________________________________________。（2）固體A的成分是______________，氣體C的化學(xué)式為______________。（3）設(shè)計實驗方案檢驗FeCl3溶液中的金屬陽離子________。（4）反應(yīng)消耗鐵粉11．2g，則廢液中Fe3＋的物質(zhì)的量濃度是________。[解析]由工藝流程可知，廢液中應(yīng)該含有FeCl3、FeCl2、CuCl2，在廢液中加入過量的鐵粉，F(xiàn)eCl3溶液與Fe反應(yīng)生成FeCl2，F(xiàn)e與CuCl2反應(yīng)生成Cu，即固體A是Fe和Cu的混合物，液體A是FeCl2．固體A中加入鹽酸，F(xiàn)e與鹽酸反應(yīng)生成FeCl2，過濾得到的6．4g固體即為金屬Cu，溶液B是FeCl2，再通入氣體C得到FeCl3，即氣體C可以是Cl2．反應(yīng)消耗的鐵粉分別為與FeCl3和CuCl2的反應(yīng)，根據(jù)CuCl2＋Fe=Cu＋FeCl2，得n(Fe)＝n(Cu)＝eq\f(6.4g,64g/mol)＝0.1mol，則與氯化鐵反應(yīng)消耗的鐵的物質(zhì)的量為：n(Fe)＝eq\f(11.2g－0.1mol×56g/mol,56g/mol)＝0.1mol，根據(jù)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋得：n(Fe3＋)＝2n(Fe)＝2×0.1mol＝0.2mol，c(Fe3＋)＝eq\f(0.2mol,0.5L)＝0.4mol/L。[答案]（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋（2）Fe、CuCl2（3）取少量溶液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，出現(xiàn)紅色（4）0.4mol/L3．下列關(guān)于氫氧化亞鐵及其制備方法的敘述中不正確的是（）A．氫氧化亞鐵易被氧氣氧化B．氫氧化亞鐵為灰綠色絮狀沉淀C．可利用如圖所示的裝置，制備氫氧化亞鐵D．實驗中所用氫氧化鈉溶液應(yīng)預(yù)先煮沸B[氫氧化亞鐵（純凈的）是白色絮狀沉淀，在空氣中易被氧氣氧化。實驗室可利用亞鐵鹽溶液與堿溶液反應(yīng)制備氫氧化亞鐵，例如用FeSO4溶液與NaOH溶液反應(yīng)來制備Fe(OH)2．為了防止Fe(OH)2被空氣中的氧氣氧化，所用氫氧化鈉溶液應(yīng)預(yù)先煮沸將氧氣排出；然后利用題給裝置制備Fe(OH)2，且滴加NaOH溶液的膠頭滴管應(yīng)插入FeSO4溶液中；當(dāng)制得的Fe(OH)2部分被氧化時呈灰綠色。故A、C、D項均正確。]4．如下圖所示裝置可用來制備Fe(OH)2，并觀察其在空氣中被氧化時顏色的變化。實驗時必須使用鐵屑和6mol·L－1的硫酸，其他試劑任選。填寫下列空白：（1）B中盛一定量的NaOH溶液，A中應(yīng)預(yù)先加入的試劑是________，A中反應(yīng)的離子方程式是___________________________。（2）實驗開始時先將止水夾E________(填“打開”或“關(guān)閉”)，C中收集到氣體的主要成分是________。（3）簡述生成Fe(OH)2的操作過程：____________________________________________。（4）拔去裝置B中的橡皮塞，使空氣進入，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________________________________________。[解析]實驗開始時先打開止水夾E，讓H2把A、B裝置中的空氣排出，讓Fe(OH)2在H2氣氛中生成，以便較長時間觀察Fe(OH)2的顏色。H2充滿B后關(guān)閉止水夾E，A中的FeSO4溶液沿豎直長導(dǎo)管進入B瓶，與NaOH反應(yīng)。[答案]（1）鐵屑Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑（2）打開H2（3）關(guān)閉止水夾E，使FeSO4溶液壓入B瓶中進行反應(yīng)（4）4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3【學(xué)習(xí)小結(jié)】通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你收獲了什么？【精煉反饋】1．下列關(guān)于Fe2＋和Fe3＋的敘述中錯誤的是（）A．Fe2＋的水溶液為淺綠色B．Fe3＋的水溶液為黃色C．Fe3＋具有氧化性，F(xiàn)e2＋具有還原性D．Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，立即出現(xiàn)紅色沉淀D[Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，生成紅色可溶性物質(zhì)，不是紅色沉淀。]2．除去FeCl2溶液中少量的FeCl3，最好的辦法是（）A．加入氫氧化鈉溶液 B．通入氯氣C．加入銅粉 D．加入鐵粉D[要實現(xiàn)“Fe3＋→Fe2＋”的轉(zhuǎn)化，需要加入還原劑，且不引入新的雜質(zhì)離子，最好的辦法是加入足量鐵粉充分反應(yīng)后過濾，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：2FeCl3＋Fe=3FeCl2．]3．用FeCl3溶液腐蝕印刷電路板上的銅，然后在所得溶液中加入鐵粉。對加入鐵粉充分反應(yīng)后的溶液分析合理的是（）A．若無固體剩余，則溶液中一定有Fe3＋B．若有固體存在，則溶液中一定有Fe2＋C．若溶液中有Cu2＋，則一定沒有固體析出D．若溶液中有Fe2＋，則一定有Cu析出B[FeCl3溶液腐蝕印刷電路板上銅的反應(yīng)為2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2，所得的溶液中存在FeCl2和CuCl2，還可能有過量的FeCl3溶液，加入鐵粉充分反應(yīng)后：A項中若無固體剩余，說明原溶液中含有Fe3＋，反應(yīng)后不一定還含有；B項中不管固體是鐵粉還是銅粉，溶液中一定含有Fe2＋；C項中若溶液中有Cu2＋，可以有部分銅固體析出；D項中若溶液中有Fe2＋，不一定有Cu析出。]4．選擇合適試劑完成甲、乙兩組實驗。甲組：檢驗含F(xiàn)e3＋的溶液中是否含有Fe2＋；乙組：檢驗含F(xiàn)e2＋的溶液中是否含有Fe3＋。下列試劑及加入試劑順序能達到實驗?zāi)康牡氖牵ǎ┰噭┻x項甲組乙組A新制氯水、KSCN溶液NaOH溶液B酸性KMnO4溶液KSCN溶液CKOH溶液溴水D溴水酸性KMnO4溶液B[甲組，在Fe3＋存在的條件下檢驗Fe2＋，要排除Fe3＋的干擾。所選試劑具備條件：一是能與Fe2＋發(fā)生有明顯現(xiàn)象的反應(yīng)；二是與Fe3＋不反應(yīng)。溴水符合條件，實驗現(xiàn)象是溴水顏色變淺；酸性KMnO4溶液也符合條件：5Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，實驗現(xiàn)象是溶液紫色變淺。乙組，在Fe2＋存在的條件下檢驗Fe3＋，用KSCN溶液檢驗Fe3＋即可，F(xiàn)e2＋不會造成干擾。]5．下圖是某兒童微量元素體檢報告單的部分數(shù)據(jù)：根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，回答下列問題：（1）該兒童________元素含量偏低。（2）報告單中“μmol·L－1”是________（填“質(zhì)量”“體積”或“濃度”）單位。（3）服用維生素C可使食物中的Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋。在這個過程中體現(xiàn)了維生素C的________（填“氧化性”或“還原性”）。（4）缺鐵性貧血患者應(yīng)補充Fe2＋。