高中化學第三章金屬及其他化合物第二節(jié)第4課時鐵的重要化合物學案新人教版必修1

第4課時鐵的重要化合物一、鐵的主要化合物1．鐵的氧化物(1)鐵的存在：鐵在地殼中的含量居于第四位，主要以＋2、＋3價的化合物的形式存在。(2)鐵的氧化物①物理性質名稱氧化亞鐵氧化鐵四氧化三鐵化學式FeOFe2O3Fe3O4俗名/鐵紅磁性氧化鐵鐵元素的化合價＋2＋3＋2、＋3顏色、狀態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體溶解性都不溶于水②化學性質a．穩(wěn)定性：Fe2O3、Fe3O4較穩(wěn)定；FeO不穩(wěn)定，受熱被氧化為Fe2O3。b．與酸反應：FeO、Fe2O3是堿性氧化物，與鹽酸反應的離子方程式分別為FeO:FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O；Fe2O3：Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O。③用途a．與顏色有關的是ⅰ、ⅱ。b.與氧化性有關的是ⅲ。ⅰ.作油漆，ⅱ.涂料，ⅲ.赤鐵礦是煉鐵原料。2．鐵的氫氧化物化學式Fe(OH)2Fe(OH)3顏色、狀態(tài)白色固體紅褐色固體水溶性難溶于水與鹽酸反應(離子方程式)Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O穩(wěn)定性(化學方程式)在空氣中不穩(wěn)定，易被氧化不穩(wěn)定，受熱易分解，2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O制備裝置實驗現(xiàn)象白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色產生紅褐色沉淀制備(寫離子方程式)Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓轉化方程式4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)33．鐵鹽和亞鐵鹽(1)Fe3＋、Fe2＋的檢驗(2)Fe3＋、Fe2＋的相互轉化①實驗操作②實驗現(xiàn)象：溶液由棕黃色→淺綠色→溶液無明顯變化→溶液變成紅色。③反應的離子方程式依次為a．Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，b．2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－，c．Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3。④結論：(3)鐵鹽的凈水作用：向混有少量泥沙的渾濁水中加入少量Fe2(SO4)3，渾濁水會變澄清。(1)(情境思考)丹霞地貌即以陸相為主的紅層發(fā)育的具有陡崖坡的地貌，也可表述為“以陡崖坡為特征的紅層地貌”。丹霞地貌為什么顯紅色呢？提示：因為含有Fe2O3。Fe2O3為紅棕色固體。(2)(知識前后串聯(lián))試從化合價的角度分析Fe、FeSO4、Fe2(SO4)3三種物質中，哪種物質可作氧化劑？哪種物質可作還原劑？哪種物質既可作氧化劑又可作還原劑？三種物質可進行轉化嗎？提示：Fe2(SO4)3中Fe的化合價為＋3，可作氧化劑；Fe的化合價為0，只作還原劑；FeSO4中Fe的化合價為＋2，既作氧化劑又作還原劑。Fe＋Fe2(SO4)3=3FeSO4。(3)判斷下列說法是否正確。①(2018·全國卷Ⅱ)向盛有2mL黃色氯化鐵溶液的試管中滴加濃的維生素C溶液，觀察顏色變化；該實驗過程可用來探究維生素C的還原性(√)提示：氯化鐵具有氧化性，能氧化維生素C，顏色由棕黃色變?yōu)闇\綠色。②(2018·北京卷)將NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，觀察到產生白色沉淀，隨后變?yōu)榧t褐色；該實驗中的顏色變化與氧化還原反應無關(×)提示：白色沉淀變?yōu)榧t褐色是氫氧化亞鐵被氧化的過程。③(2019·天津卷)將廢鐵屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工業(yè)廢氣中的Cl2(√)提示：FeCl2溶液與Cl2可發(fā)生反應生成FeCl3，鐵還原生成的Fe3＋為Fe2＋。(4)(教材二次開發(fā))教材中描述“白色的氫氧化亞鐵[Fe(OH)2]被空氣里的氧氣氧化成了紅褐色的氫氧化鐵[Fe(OH)3]”，為防止制備的Fe(OH)2變質，可采取哪些措施？提示：①Fe2＋必須是新制的，并放入Fe粉，以防Fe2＋被氧化成Fe3＋。②除去溶液中溶解的O2，其方法是加熱煮沸NaOH溶液。③長膠頭滴管末端插入試管內的液面以下。④在FeSO4溶液液面上加植物油或苯進行液封。二、銅鹽1．物理性質硫酸銅、氯化銅、硝酸銅等銅鹽溶于水；銅綠的主要成分是Cu2(OH)2CO3，其難溶于水。2．化學性質(1)銅的化學性質不活潑，使用銅器皿比較安全。(2)銅鹽屬于重金屬鹽，都有毒，原因是銅離子能與蛋白質作用，使蛋白質變性而失去生理活性。(情境思考)1878年，美洲大陸的葡萄園突然爆發(fā)了霉葉病，很快就蔓延到查爾斯的葡萄園?？粗咸烟俚闹θ~一天天凋零枯萎，查爾斯心急如焚，到處求醫(yī)問藥。后來，在一位化學家的指點下，查爾斯用藍礬、生石灰和水調制了“波爾多液”噴灑到葡萄藤上。葡萄園很快就恢復了生機，又是一片郁郁蔥蔥的景象?！安柖嘁骸笔窃鯓舆M行殺菌的？提示：Cu2＋使蛋白質凝固變性。妨礙了代謝作用的正常進行。知識點一鐵及其化合物的轉化——“鐵三角”1．“鐵三角”的轉化關系“鐵三角”比較全面地反映了鐵及其化合物的性質，以及Fe、Fe2＋、Fe3＋之間相互轉化的規(guī)律，如圖所示。(1)FeFe2＋或Fe3＋①與弱氧化劑反應生成Fe2＋與S、Fe3＋、Cu2＋、H＋等弱氧化劑反應生成＋2價鐵，如：a．Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；b．Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu；c．Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。②與強氧化劑反應生成Fe3＋與Cl2、HNO3等強氧化劑反應生成＋3價鐵，如：2Fe＋3Cl22FeCl3。(2)Fe2＋Fe或Fe3＋①與強氧化劑反應生成Fe3＋與Cl2、HNO3等強氧化劑反應生成Fe3＋，如：2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－。②與還原劑反應生成Fe與C、Al、Zn、CO、S2－等還原劑反應生成Fe，如：Zn＋Fe2＋=Zn2＋＋Fe。(3)Fe3＋Fe或Fe2＋①與C、Al、CO等還原劑反應生成Fe，如CO與Fe2O3反應的化學方程式：3CO＋Fe2O33CO2＋2Fe。②與Fe、Cu、I－、S2－等還原劑反應生成Fe2＋，如：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。2．含鐵物質的除雜主要物質雜質除雜方法Fe2＋Fe3＋加過量鐵粉后過濾FeCl3FeCl2加氯水或通入Cl2Fe2＋Cu2＋加過量鐵粉后過濾FeAl加NaOH溶液后過濾Fe2O3Al2O3加NaOH溶液后過濾(1)(思維升華)為什么在配制FeCl2溶液時，通常加入鐵粉？(宏觀辨識與微觀探析)提示：防止溶液中的Fe2＋被氧化成Fe3＋，即將溶液中可能存在的Fe3＋再還原成Fe2＋。(2)(情境應用)印刷電路板的過程：在復合物材料板上單面附有一薄層銅板，印刷電路時將電路部分以抗腐蝕的涂料印在銅板一面上，放入三氯化鐵溶液中，沒有印刷上涂料的銅被腐蝕掉，最后只剩下電路部分。上述過程發(fā)生的反應中FeCl3表現(xiàn)什么性質？如何證明最后的腐蝕液是否還含有FeCl3？(科學探究與創(chuàng)新意識)提示：腐蝕電路板時發(fā)生反應2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋，F(xiàn)eCl3表現(xiàn)氧化性。用潔凈的試管取少量的樣品溶液，向其中滴入KSCN溶液1～2滴，若溶液立即顯紅色證明含有Fe3＋?！镜淅?2020·大連高一檢測)幾種物質間的相互轉化關系如圖所示：(1)A轉化為B及氣體的反應中應加入的試劑是_______________(填化學式)。(2)寫出B的化學式：________，F(xiàn)的化學式：_______________________。(3)寫出G→H的化學方程式：___________________________________。(4)寫出檢驗D溶液中金屬陽離子的方法：_________________________(用離子方程式表示)；向D溶液中加入A，發(fā)生反應的離子方程式是______________________________________________?！窘忸}指南】解答本題注意以下三個突破口：(1)濾液的焰色反應為紫色。(2)J為白色沉淀。(3)白色沉淀G在空氣中轉化為紅褐色沉淀H?！窘馕觥扛鶕?jù)框圖信息，可以推出A為Fe，B為FeCl2，C為Cl2，D為FeCl3，E為KOH，F(xiàn)為KCl，G為Fe(OH)2，H為Fe(OH)3，J為AgCl。答案：(1)HCl(2)FeCl2KCl(3)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(4)Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)32Fe3＋＋Fe=3Fe2＋【母題追問】(1)如何除去FeCl3溶液中的Fe2＋？提示：向溶液中通入適量Cl2，反應的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。(2)整個轉化過程涉及幾個氧化還原反應？分別是哪幾個？提示：有4個。分別是A→B；B→D；D→B；G→H。解答無機物轉化關系圖的思維流程1．(2020·銀川高一檢測)下列物質反應后一定有＋3價鐵生成的是()①過量的Fe與Cl2反應②Fe與過量稀硫酸反應③FeCl2溶液中通入少量Cl2④Fe和Fe2O3的混合物溶于鹽酸中A．只有① B．只有①③C．只有①②③ D．全部【解析】選B。①中的Cl2氧化性強，它能將鐵氧化為＋3價，由于不是在溶液中反應，因此過量的鐵不會將氯化鐵還原。②中Fe與稀硫酸反應只能生成Fe2＋。③在溶液中Fe2＋被Cl2氧化生成Fe3＋。④中首先發(fā)生Fe與鹽酸生成FeCl2、Fe2O3與鹽酸生成FeCl3的反應，但題中未給出反應物間相對量的關系，若鐵是足量的，則能將生成的FeCl3全部還原為FeCl2。2．“秦磚漢瓦”是我國傳統(tǒng)建筑文化的一個縮影。漢代瓦當是以動物裝飾最為優(yōu)秀；秦宮遺址出土的巨型瓦當是以動物變形圖案，與銅器、玉器風格十分相近。秦磚漢瓦都是由黏土燒制的磚瓦，有的是黑色的，有的卻是紅色的，你猜測其中的原因可能是()A．土壤中含有鐵粉、二氧化錳等B．黑磚瓦是煅燒過程中附著了炭黑，紅磚則是添加了紅色耐高溫染料C．土壤中含有的銅元素經過不同工藝煅燒，分別生成了黑色CuO和紅色CuD．土壤中含有的鐵元素經過不同工藝煅燒，分別生成了黑色Fe3O4或FeO和紅色Fe2O3【解析】選D。黏土中含有Fe元素，在燒制磚瓦時，與O2反應，生成氧化物，F(xiàn)e元素的氧化物有3種，F(xiàn)eO與Fe3O4為黑色，F(xiàn)e2O3為紅棕色，D項正確。知識點二Fe2＋、Fe3＋的檢驗方法1．Fe2＋的檢驗方法1樣品溶液無現(xiàn)象溶液變紅色,證明含有Fe2+方法2樣品溶液產生白色絮狀沉淀,迅速變成灰綠色,最終變?yōu)榧t褐色,證明含有Fe2+方法3樣品溶液生成藍色沉淀,證明含有Fe2+2.Fe3＋的檢驗方法1樣品溶液溶液變紅色，證明含有Fe3＋方法2樣品溶液產生紅褐色沉淀，證明含有Fe3＋1．(思維升華)“硫酸鐵等含有Fe3＋的鹽溶液遇到KSCN溶液時變成紅色”，該紅色物質是沉淀嗎？提示：不是沉淀，是Fe3＋和SCN－生成Fe(SCN)3。2．(情境應用)化學老師在課堂上演示了一個“血手印”魔術。預先在手上噴上KSCN溶液，然后印在白紙上晾干。用FeCl3溶液噴灑白紙，白紙立刻出現(xiàn)紅色血手印。這個現(xiàn)象與FeCl3的性質有什么關系？有什么用途？提示：該魔術利用Fe3＋與SCN－結合生成紅色Fe(SCN)3，該現(xiàn)象可用于Fe3＋的檢驗。3．(情境應用)人體易吸收二價鐵鹽，難吸收三價鐵鹽。通過學習了解到Fe2＋和Fe3＋可以互相轉化，現(xiàn)提供的物質有FeCl2溶液、FeCl3溶液、Fe粉、KSCN溶液、3%H2O2，請你完成實驗報告證明Fe2＋和Fe3＋的互相轉化。(已知：H2O2可氧化Fe2＋)(科學探究與創(chuàng)新意識)實驗步驟實驗現(xiàn)象結論(1)Fe2＋可被氧化成Fe3＋(2)Fe3＋可被還原成Fe2＋【解析】(1)能使硫氰化鉀顯示紅色的是鐵離子，將KSCN溶液滴入盛有FeCl2溶液的試管中，無明顯現(xiàn)象，再加入雙氧水，亞鐵離子被氧化劑雙氧水氧化為鐵離子，會變紅色，此時可以證明亞鐵離子被氧化為鐵離子；(2)在盛有足量Fe粉的試管中滴入FeCl3溶液，此時金屬鐵和三價鐵之間可以反應生成亞鐵離子，溶液由棕黃色變?yōu)闇\綠色，再加入KSCN溶液，充分振蕩無現(xiàn)象，此時Fe3＋被Fe粉還原成Fe2＋。答案：實驗步驟實驗現(xiàn)象(1)①將KSCN溶液滴入盛有FeCl2溶液的試管中，充分振蕩②再滴入3%H2O2，充分振蕩①無明顯現(xiàn)象②溶液變紅(2)①在盛有足量Fe粉的試管中滴入FeCl3溶液，充分振蕩②再滴入KSCN溶液，充分振蕩①溶液由棕黃色變?yōu)闇\綠色②無明顯現(xiàn)象【典例】(2021·天津河西區(qū)高一檢測)下列有關Fe2＋及Fe3＋的檢驗方法合理的是()A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈紅色，說明不含F(xiàn)e2＋B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，說明原溶液中含有Fe2＋C．向某溶液中加入NaOH溶液，得到紅褐色沉淀，說明溶液中含有Fe3＋D．向某溶液中加入NaOH溶液，得到白色沉淀，又觀察到顏色逐漸變?yōu)榧t褐色，說明該溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋【思維建?！拷獯鹩嘘P離子檢驗類試題的思維流程如下：【解析】選C。Fe3＋與KSCN溶液作用的離子方程式為Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3(紅色)，而Fe2＋與KSCN溶液不反應，如果該溶液既含F(xiàn)e3＋，又含F(xiàn)e2＋，滴加KSCN溶液，溶液呈紅色，證明含有Fe3＋而不能證明不含F(xiàn)e2＋，故A錯誤。若原溶液中含F(xiàn)e2＋，通入Cl2，氯氣將Fe2＋氧化成Fe3＋，滴加KSCN溶液后顯紅色；若原溶液中不含F(xiàn)e2＋，含有Fe3＋，通入Cl2，加入KSCN溶液同樣可以變?yōu)榧t色，故B錯誤。加入NaOH溶液，得紅褐色沉淀，說明溶液中含有Fe3＋，故C正確。氫氧化鎂為白色沉淀，能被紅褐色沉淀掩蓋，無法確定，故D錯誤?！灸割}追問】某化學小組檢驗鐵的氧化物中是否有＋2價鐵時，設計思路為少量固體溶液紫色褪去。其中一位同學認為可以將步驟a中的稀硫酸換為稀鹽酸，是否可以？(關鍵能力—探究與創(chuàng)新)提示：不可以。步驟a中不能選用鹽酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化鹽酸。含F(xiàn)e2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的檢驗1．(2020·大興區(qū)高一檢測)下列反應結束后，向其中滴加KSCN溶液，溶液變成血紅色的是()A．鐵銹與過量稀鹽酸B．FeCl3溶液與過量銅片C．FeCl3溶液與過量鐵粉D．FeCl2溶液與過量鋅粉【解析】選A。鐵銹與過量稀鹽酸反應生成FeCl3，溶液中存在鐵離子，向其中滴加KSCN溶液，溶液變成血紅色，故A正確；FeCl3溶液與過量銅片反應生成FeCl2，溶液中不存在鐵離子，向其中滴加KSCN溶液，溶液不變血紅色，故B錯誤；FeCl3溶液與過量鐵粉反應生成FeCl2，溶液中不存在鐵離子，向其中滴加KSCN溶液，溶液不變血紅色，故C錯誤；FeCl2溶液與過量鋅粉生成ZnCl2和Fe，溶液中不存在鐵離子，向其中滴加KSCN溶液，溶液不變血紅色，故D錯誤。2．“朱門酒肉臭，路有凍死骨”折射出階層的差異，“朱門”是豪門的象征，朱門油漆往往與Fe2O3有關。請完成下列與鐵有關的問題：(1)實驗室保存FeCl2溶液時，常向其中加入少量鐵粉原因是________________(用離子方程式表示)；某同學為檢驗某未知溶液是否為FeCl2溶液，采取如下實驗方案加以驗證：稍取未知試液于試管中溶液溶液呈紅色(證明含有FeCl2)，你認為此方案________(填“合理”或“不合理”)，若不合理，如何改進____________________________________________________________。(2)A、B、C、D、E分別是鐵或鐵的化合物。其中D是一種紅褐色沉淀。其相互反應關系如圖所示：根據(jù)如圖所示變化，按要求回答下列問題：①寫出A、E的化學式：A________，E________；②寫出其中幾步反應的化學方程式：C→B：_________________________________________________；B→D：_________________________________________________；E→A：__________________________________________________。③C中加入NaOH溶液，看到的現(xiàn)象是_____________________________?！窘馕觥?2)解答該題的關鍵是D，因為D為紅褐色沉淀，可知D是Fe(OH)3，則E是Fe2O3，A是Fe，B是FeCl3，C是FeCl2。答案：(1)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋不合理先加KSCN溶液，無現(xiàn)象，再加入氯水，溶液變成紅色，則證明原溶液有Fe2＋(2)①FeFe2O3②2FeCl2＋Cl2=2FeCl3(合理即可)FeCl3＋3NaOH=Fe(OH)3↓＋3NaCl(合理即可)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(或Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3)③出現(xiàn)白色沉淀，迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色三言兩語話重點1．“3色2性1現(xiàn)象”：Fe2＋、Fe3＋、Fe(SCN)3溶液分別為淺綠色、棕黃色、紅色；Fe2＋還原性較強，F(xiàn)e3＋有較強氧化性。Fe(OH)2轉化為Fe(OH)3現(xiàn)象為白色沉淀迅速轉化為灰綠色最終變?yōu)榧t褐色。2．四個重要化學方程式2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)33．兩個重要網(wǎng)絡關系(1)從物質類別的視角認識物質間的轉化關系(2)從元素價態(tài)的視角認識物質間的轉化關系1．《唐本草》記載“本來綠色，新出窟未見風者，正如琉璃。陶及今人謂之石膽，燒之赤色，故名絳礬矣”。文中“絳礬”為()A.FeSO4·7H2O B．CuSO4·5H2OC．Na2SO4·10H2O D．KAl(SO4)2·12H2O【解析】選A。依據(jù)題中描述，晶體本來為綠色，加熱后得到紅色固體，所以該晶體為FeSO4·7H2O。2．第五套人民幣在票面文字、號碼等處所采用的磁性油墨中含有一種金屬氧化物，它在磁碼識別器上有磁性信號反應，以此可辨別真?zhèn)?。該金屬氧化物?)A．FeOB．CuOC．Fe3O4D．Al2O3【解析】選C。根據(jù)信息知道該氧化物具有磁性，選項中，具有磁性的物質是四氧化三鐵，是磁鐵礦的主要成分。3．(2020·濟南高一檢測)證明某溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的實驗方法是()A．先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后顯紅色B．先滴加KSCN溶液，不顯紅色，再滴加氯水后顯紅色C．滴加NaOH溶液，先產生白色沉淀，后變?yōu)榛揖G色，最后呈紅褐色D．只需滴加KSCN溶液【解析】選B。Fe2＋和Fe3＋檢驗設計是?？嫉臒狳c。設計的步驟：先加KSCN溶液，無現(xiàn)象，可證明溶液中不含F(xiàn)e3＋，然后再滴加氯水，若溶液呈紅色，說明溶液中含有Fe2＋。4．(教材二次開發(fā)·教材習題改編)制印刷電路板時常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”，發(fā)生的反應為2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2。向盛有FeCl3溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，反應結束后，下列判斷一定錯誤的是()A．燒杯中有銅、無鐵B．燒杯中有鐵、無銅C．燒杯中鐵、銅都有D．燒杯中鐵、銅都無【解析】選B。溶液中有Cu2