第3章 第1節(jié) 第3課時鐵及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系 學(xué)案 上學(xué)期高中化學(xué)新魯科版必修第一冊

第3課時鐵及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系一、鐵及其化合物的“價－類”二維圖。①Fe＋2H＋=H2↑＋Fe2＋(氧化還原反應(yīng))②3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))Fe3O4(氧化還原反應(yīng))③3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2(氧化還原反應(yīng))④FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O(復(fù)分解反應(yīng))⑤Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2O(復(fù)分解反應(yīng))⑥Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(復(fù)分解反應(yīng))⑦4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(氧化還原反應(yīng))⑧Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O(復(fù)分解反應(yīng))⑨2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋(氧化還原反應(yīng))⑩2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－(氧化還原反應(yīng))?Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓(復(fù)分解反應(yīng))?Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O(復(fù)分解反應(yīng))(1)相同價態(tài)鐵元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化為復(fù)分解反應(yīng)。(2)不同價態(tài)鐵元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化為氧化還原反應(yīng)。二、補(bǔ)鐵劑中鐵元素價態(tài)的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論取少量補(bǔ)鐵口服液于試管中，滴入KSCN溶液A.不變紅無Fe3＋B.變紅有Fe3＋若出現(xiàn)現(xiàn)象A，向反應(yīng)后的溶液中滴加氯水溶液變紅有Fe2＋若出現(xiàn)現(xiàn)象B，另取補(bǔ)鐵劑滴加酸性KMnO4溶液紫紅色褪去有Fe2＋紫紅色不褪去無Fe2＋1．判斷下列說法是否正確(1)FeCl2與FeCl3溶液可以用NaOH溶液或KSCN溶液鑒別。()提示：√。Fe(OH)3是紅褐色沉淀，F(xiàn)e(OH)2是白色沉淀，溶液中易被氧化而迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色；Fe3＋和KSCN溶液混合會使溶液呈現(xiàn)紅色，而Fe2＋與KSCN無現(xiàn)象。(2)檢驗(yàn)溶液中Fe2＋可以先加氯水再加KSCN溶液觀察溶液是否變紅。()提示：×。無法排除Fe3＋干擾。(3)FeCl3溶液中加入Fe反應(yīng)的離子方程式為Fe3＋＋Fe=2Fe2＋。()提示：×。電荷不守恒，正確的寫法為2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。2．教材P88“如鐵及其化合物的制備、亞鐵鹽溶液的保存等”實(shí)驗(yàn)室中如何保存硫酸亞鐵？提示：為了防止亞鐵離子被氧化、在配制硫酸亞鐵時需要加入少量的鐵粉。3．集成電路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。印刷電路板的原材料是覆銅板，制印刷電路板時常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”。(1)用化學(xué)方程式解釋FeCl3溶液為什么能腐蝕銅而用于制造印刷電路板。提示：2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2。(2)由FeCl2生成Fe或FeCl3，你能寫出其化學(xué)方程式嗎？提示：FeCl2＋Zn=ZnCl2＋Fe，2FeCl2＋Cl2=2FeCl3。學(xué)習(xí)任務(wù)鐵及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系1．某品牌硫酸亞鐵片的使用說明書部分內(nèi)容如下[成分]本品每片含主要成分硫酸亞鐵0.3克[性狀]本品為紅色糖衣片。除去糖衣后顯淡藍(lán)綠色。[適應(yīng)證]用于各種原因(如慢性失血、營養(yǎng)不良、妊娠、兒童發(fā)育期等)引起的缺鐵性貧血。(1)據(jù)上述描述和圖示，分析此硫酸亞鐵片中有哪些含鐵化合物？提示：根據(jù)鐵的化合物的顏色。可推測紅色糖衣中可能含氧化鐵，主要成分為硫酸亞鐵。(2)根據(jù)(1)中的推測，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。提示：氧化鐵的檢驗(yàn)是取少量紅色糖衣溶于稀硫酸，加入KSCN溶液，若溶液變紅，則紅色糖衣中含有氧化鐵；硫酸亞鐵的檢驗(yàn)是取少量去掉糖衣的藥片溶于水、加入KSCN溶液后無明顯變化，加入氯水溶液變紅，則藥片主要成分為硫酸亞鐵。2．用FeCl3溶液腐蝕印刷電路板上的銅，所得溶液：(1)若無銅剩余，則溶液中陽離子存在的情況如何？提示：一定存在Fe2＋、Cu2＋，可能存在Fe3＋。(2)若有銅剩余，則溶液中陽離子存在的情況如何？提示：一定存在Fe2＋，可能存在Cu2＋，一定不存在Fe3＋。1．“鐵三角”轉(zhuǎn)化關(guān)系：具體反應(yīng)方程式：(1)Fe→Fe2＋：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Fe＋2H＋（指稀硫酸、鹽酸）=Fe2＋＋H2↑,Fe＋I(xiàn)2=FeI2，F(xiàn)e＋S\o(=,\s\up7(△))FeS,Fe＋Cu2＋=Cu＋Fe2＋,2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋))(2)Fe→Fe3＋：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2Fe＋3X2（Cl2，Br2）\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃或加熱))2FeX3,2Fe＋6H2SO4（濃）\o(=,\s\up7(△))Fe2（SO4）3＋6H2O＋3SO2↑,Fe＋4HNO3（稀）=Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O))(3)Fe2＋→Fe3＋：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2Fe2＋＋X2（Cl2，Br2）=2Fe3＋＋2X－,12Fe2＋＋3O2＋6H2O=8Fe3＋＋4Fe（OH）3↓（堿性環(huán)境）,4Fe（OH）2＋O2＋2H2O=4Fe（OH）3,3Fe2＋＋NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋4H＋=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O,4FeS2＋11O2\o(=,\s\up7(煅燒))2Fe2O3＋8SO2))2．Fe、Fe2＋、Fe3＋之間轉(zhuǎn)化關(guān)系的應(yīng)用：(1)含鐵物質(zhì)的分離與提純主要物質(zhì)雜質(zhì)除雜方法反應(yīng)原理Fe2＋Fe3＋加過量鐵粉后過濾Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋FeCl3FeCl2加氯水或H2O22Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－或2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2OFe2＋Cu2＋加過量鐵粉后過濾Cu2＋＋Fe=Fe2＋＋Cu(2)亞鐵鹽的保存保存亞鐵鹽溶液應(yīng)加入少量鐵屑或鐵粉，目的是防止Fe2＋被空氣中的氧氣氧化：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。(3)利用FeCl3溶液腐蝕銅箔制造印刷電路板：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。(4)鐵及其化合物的制備例如，無水FeCl3可用鐵屑和Cl2直接作用制得：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2FeCl3?！舅伎加懻摗恳阎芤褐须x子之間發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)、發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成絡(luò)合物的離子之間不能共存。①與Fe3＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存的離子具有什么特點(diǎn)？提示：與Fe3＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存的離子應(yīng)該是具有還原性的離子，如I－，S2－，HS－、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))、HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))。②與Fe2＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存的離子具有什么特點(diǎn)？提示：與Fe2＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存的離子應(yīng)該是具有氧化性的離子，如MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))(H＋)、ClO－等?！镜淅咳鐖D為鐵及其化合物的“價－類”二維圖。(1)填寫二維圖缺失的類別①________和化學(xué)式②________。(2)某同學(xué)利用以下試劑研究FeCl3性質(zhì)，進(jìn)行了如下預(yù)測：①Cl2②Fe③NaOH④H2SO4⑤AgNO3從物質(zhì)類別上看，F(xiàn)eCl3屬于________，可能與________發(fā)生反應(yīng)(填序號)；從化合價角度看，F(xiàn)e3＋具有________性，可能與________發(fā)生反應(yīng)(填序號)。(3)某工廠用FeCl3溶液腐蝕鍍有銅的絕緣板生產(chǎn)印刷電路，其化學(xué)原理為如下反應(yīng)：Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2。①用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移。____________________②反應(yīng)中FeCl3作________劑，理由是______________________。③寫出該反應(yīng)的離子方程式___________________________?！窘馕觥?1)Fe為金屬單質(zhì)，則①為單質(zhì)；鐵的氫氧化物有Fe(OH)2和Fe(OH)3兩種，則②為Fe(OH)3；(2)從物質(zhì)類別上看，F(xiàn)eCl3屬于鹽，可能與氫氧化鈉和硝酸銀反應(yīng)；從化合價角度看，F(xiàn)e3＋化合價處于最高價態(tài)，具有氧化性，可發(fā)生還原反應(yīng)，可能與鐵發(fā)生反應(yīng)；(3)反應(yīng)Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2為氧化還原反應(yīng)，Cu失電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，作還原劑；Fe元素化合價由＋3價降低到＋2價，得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eCl3作氧化劑，①用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移為②反應(yīng)中FeCl3中Fe元素化合價由＋3價降低到＋2價，得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，作氧化劑；③反應(yīng)的離子方程式為Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋。答案：(1)單質(zhì)Fe(OH)3(2)鹽③⑤氧化②②氧化鐵的化合價由正三價變?yōu)檎r③Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋某工程師為了從上題(3)使用過的腐蝕廢液中回收銅，并獲得氯化鐵晶體，準(zhǔn)備采用下列步驟：①試劑a是________(用化學(xué)式表示)；操作Ⅰ用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和________。②上述流程中操作Ⅲ包括蒸發(fā)濃縮、________、過濾、洗滌?！窘馕觥竣僖厥崭g廢液中的銅，得加入還原劑，且不能引入新的雜質(zhì)，故試劑a是Fe；固液分離采用過濾操作，操作Ⅰ過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗；②上述流程中操作Ⅲ為從溶液中得到晶體，操作包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌。答案：①Fe漏斗②冷卻結(jié)晶(雙選)(2021·濰坊高一檢測)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的下列各組物質(zhì)反應(yīng)后的混合物中，再滴入KSCN溶液，顯紅色的是()A．向CuCl2溶液中加入鐵粉B．向Fe3O4粉末中加入稀硫酸C．向Fe與過量稀鹽酸反應(yīng)后的溶液中加入少量氯水D．向Fe(OH)3與過量稀鹽酸反應(yīng)后的溶液中加入過量鐵粉【解析】選B、C。鐵粉與氯化銅溶液反應(yīng)生成氯化亞鐵和單質(zhì)銅；Fe(OH)3與過量稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水，氯化鐵與過量鐵粉反應(yīng)生成氯化亞鐵，滴入KSCN溶液不會顯紅色，選項(xiàng)A、D錯誤；Fe3O4與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵、硫酸鐵和水；Fe與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，氯化亞鐵與氯水反應(yīng)生成氯化鐵，滴入KSCN溶液，溶液顯紅色，選項(xiàng)B、C正確?！景胃哳}組】1．化學(xué)探究活動中提供下列任務(wù)，有關(guān)反應(yīng)中不涉及鐵元素價態(tài)變化的是()A．用鐵粉除去氯化亞鐵溶液中的少許氯化鐵雜質(zhì)B．鐵在氧氣中燃燒，其產(chǎn)物溶于熱的濃鹽酸中C．氫氧化亞鐵是白色固體，在空氣中迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色D．氫氧化鐵受熱分解【解析】選D。A項(xiàng)，F(xiàn)e＋2FeCl3=3FeCl2，鐵的化合價由0價和＋3價變?yōu)椋?價；B項(xiàng)，3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))Fe3O4，鐵的化合價由0價變?yōu)椋?價和＋3價；C項(xiàng)，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，鐵的化合價由＋2價變?yōu)椋?價；D項(xiàng)，2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O，鐵元素的化合價沒有變，仍然為＋3價。2．實(shí)驗(yàn)課提供的下列各試劑中，不能用來鑒別FeSO4溶液和Fe2(SO4)3溶液的是()A．NaOH溶液 B．酸性KMnO4溶液C．BaCl2溶液 D．KSCN溶液【解析】選C。A項(xiàng)，向FeSO4溶液中加入NaOH溶液后生成白色沉淀，迅速變?yōu)榛揖G色，最后變成紅褐色，向Fe2(SO4)3溶液中加入NaOH溶液后生成紅褐色沉淀，可鑒別；B項(xiàng)，F(xiàn)eSO4具有還原性，能使酸性KMnO4溶液褪色，F(xiàn)e2(SO4)3不褪色，可鑒別；C項(xiàng)，二者均與BaCl2溶液反應(yīng)生成白色沉淀，不可鑒別；D項(xiàng)，加入KSCN溶液立即呈紅色的是Fe2(SO4)3溶液，無明顯變化的是FeSO4溶液，可鑒別。3．磁性氧化鐵可以近似地看作是氧化亞鐵和氧化鐵的混合物，鐵在磁性氧化鐵中有兩種化合價，磁性氧化鐵溶于濃鹽酸，得到的溶液中既有Fe2＋，又有Fe3＋?；瘜W(xué)興趣小組為探究Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。請回答下列問題：(1)分別取一定量氯化鐵、氯化亞鐵固體，均配制成0.1mol·L－1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量鐵屑，其目的是____________________。(2)甲組同學(xué)取2mLFeCl2溶液，加入幾滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液變紅，說明氯水可將Fe2＋氧化。FeCl2溶液與氯水反應(yīng)的離子方程式為_______。(3)丙組同學(xué)向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________。(4)丁組同學(xué)取10mL0.1mol·L－1KI溶液，加入6mL0.1mol·L－1FeCl3溶液，充分反應(yīng)。取1mL反應(yīng)后溶液加入1mLCCl4充分振蕩、靜置，觀察到的現(xiàn)象是____________________________________。(5)四個小組的同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)探究，得出結(jié)論：Fe2＋有________性；Fe3＋、Cl2、I2的氧化性由大到小的順序是_________________________。【解析】(1)鐵和氯化鐵反應(yīng)生成氯化亞鐵，在FeCl2溶液中需加入少量鐵屑，其目的是防止Fe2＋被氧化。(2)氯氣具有氧化性能氧化氯化亞鐵為氯化鐵，反應(yīng)的離子方程式為Cl2＋2Fe2＋=2Fe3＋＋2Cl－。(3)過氧化氫在酸性條件下將亞鐵離子氧化成棕黃色的鐵離子，而本身被還原成水，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。(4)由于KI過量，碘離子被鐵離子氧化為碘單質(zhì)而鐵離子全部被還原為亞鐵離子，向反應(yīng)后溶液加入1mLCCl4充分振蕩、靜置，發(fā)現(xiàn)溶液分層，上層呈淺綠色，下層CCl4層呈紫紅色。(5)亞鐵離子被空氣中的氧氣、氯水和過氧化氫氧化，所以亞鐵具有還原性；由(4)可知氧化性：Fe3＋＞I2，由(2)可知氧化性：Cl2＞Fe3＋，綜上所述氧化性：Cl2＞Fe3＋＞I2。答案：(1)防止Fe2＋被氧化(2)Cl2＋2Fe2＋=2Fe3＋＋2Cl－(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O(4)溶液分層，上層溶液呈淺綠色，下層CCl4層呈紫紅色(5)還原Cl2＞Fe3＋＞I2(2021·廣州高一檢測)鐵在人體中不是以金屬單質(zhì)的形式存在，而是以Fe2＋和Fe3＋的形式存在。二價鐵離子(亞鐵離子)易被吸收，給貧血者補(bǔ)充鐵時，應(yīng)補(bǔ)充含亞鐵離子的亞鐵鹽，如硫酸亞鐵(FeSO4)。服用維生素C，可以使食物中的鐵離子(三價鐵離子)變成亞鐵離子，有利于鐵的吸收。(1)人體中經(jīng)常進(jìn)行Fe2＋Fe3＋的轉(zhuǎn)化，A中Fe2＋作________劑，B中Fe3＋作________劑。(2)從“服用維生素C，可以使食物中的鐵離子(三價鐵離子)變成亞鐵離子”這句話分析出維生素C在這一反應(yīng)中作________劑，具有________性。【解析】(1)A中Fe2＋失電子轉(zhuǎn)化為Fe3＋，所以Fe2＋作還原劑；B中Fe3＋得電子轉(zhuǎn)化為Fe2＋，所以Fe3＋作氧化劑。(2)Fe3＋被還原變成Fe2＋，所以維生素C作還原劑，體現(xiàn)還原性。答案：(1)還原氧化(2)還原還原1．(雙選)下列離子方程式中，正確的是()A．鐵與鹽酸反應(yīng)：2Fe＋6H＋=2Fe3＋＋3H2↑B．氯氣與氯化亞鐵溶液反應(yīng)：2FeCl2＋Cl2=2FeCl3C．氯化鐵溶液與鐵反應(yīng)：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋D．氯化鐵溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓【解析】選C、D。A項(xiàng)，應(yīng)為Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；B項(xiàng)，應(yīng)為2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。2．(水平1)下列轉(zhuǎn)化關(guān)系不能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是()A．Fe→FeCl2 B．Fe2O3→Fe(OH)3C．FeCl3→FeCl2 D．Fe(OH)3→FeCl3【解析】選B。A項(xiàng)，F(xiàn)e＋2HCl=FeCl2＋H2↑或Fe＋2FeCl3=3FeCl2；B項(xiàng)，F(xiàn)e2O3不溶于水，故Fe2O3→Fe(OH)3不能通過一步反應(yīng)完成；C項(xiàng)，2FeCl3＋Fe=3FeCl2；D項(xiàng)，F(xiàn)e(OH)3＋3HCl=FeCl3＋3H2O。3．(水平1)實(shí)驗(yàn)室有NaCl、KSCN、NaOH、AgNO3四種溶液，某同學(xué)只用一種試劑就把它們鑒別開來了，這種試劑是()A．FeCl3溶液 B．Na2CO3溶液C．氯水 D．鹽酸【解析】選A。四種溶液中分別滴入FeCl3溶液時的現(xiàn)象依次是無明顯現(xiàn)象、溶液變紅色