9.2 探究铁及其化合物的转化（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

第二单元　探究铁及其化合物的转化 课程标准 核心素养目标 1.了解选择物质制备反应路线的方法。 2．掌握Fe3＋、Fe2＋相互转化的条件。 3．知道Fe3＋、Fe2＋的检验方法。 4．知道在研究物质性质和制备时，需要合理选择并控制反应条件。 5．了解在制备Fe(OH)2的反应中如何控制反应条件。 1.(宏观辨识与微观探析)能根据铁及其化合物的性质提出不同物质之间的转化的思路，能探究出反应条件的改变对Fe2＋性质的影响。 2．(证据推理与模型认知)掌握Fe2＋与碱反应的条件，会书写相关化学方程式。 [对应学生用书P97] 一、反应的合理选择 1．FeCl3制备路径的合理选择 (1)铁元素的常见价态有＋2、＋3价，在相同价态铁元素化合物之间相互转化，通过非氧化还原反应即可实现；在不同价态铁元素化合物之间相互转化，则需通过氧化还原反应才能实现。以铁屑为原料制取氯化铁，有多条反应路径。 [微点拨]物质制备反应转化的思路 (2)以铁屑为原料制备FeCl3的路径 制备路径 相关原理及化学方程式 路径1 Fe→FeCl3 铁在氯气中点燃，经冷凝后得到固体三氯化铁：2Fe＋3Cl22FeCl3 路径2 Fe→FeCl2→FeCl3 先用盐酸溶解铁，得到FeCl2，再用Cl2将FeCl2氧化为FeCl3，分离提纯后得到产物：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、2FeCl2＋Cl2===2FeCl3 路径3 Fe→Fe2O3→FeCl3 在一定条件下用空气将铁氧化成氧化铁，再将氧化铁溶解在盐酸中得到氯化铁，分离提纯后得到产物：4Fe＋3O22Fe2O3、Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O (3)实际制备物质时，必须根据反应原料、反应条件、反应步骤、产物要求、反应装置、环境保护、生产成本等因素进行综合判断，选择合适、可控的反应路径。 2．Fe3＋检验的合理选择 (1)沉淀法：加入NaOH溶液，观察是否产生红褐色的氢氧化铁沉淀；反应的离子方程式为Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。 (2)显色法：滴加KSCN溶液，观察溶液是否呈血红色；反应的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。 [微点拨](1)Fe3＋的检验方法很多，但在没有特殊要求的条件下，就选择KSCN溶液或NH4SCN溶液，因为此法既灵敏(试剂用量小)又有明显现象。 (2)Fe3＋与SCN－反应生成的是Fe(SCN)3血红色溶液，而不是沉淀。 (3)沉淀法检验Fe3＋，需要加入的碱量较多，现象易受到干扰，反应的灵敏度和精确性都不高。 (4)观察溶液的颜色，存在Fe3＋的溶液呈棕黄色，但呈棕黄色的溶液不一定存在Fe3＋，还可能是其他物质。Fe3＋的浓度不同，溶液颜色差别较大。 二、Fe2＋、Fe3＋的相互转化的合理选择 1．Fe2＋、Fe3＋相互转化的实验探究 实验操作 实验现象 试管A中先滴加KSCN溶液，溶液变血红色，再加过量铁粉后，血红色褪去 试管B中先滴加KSCN溶液，溶液没有变化，再滴加少量新制氯水后，溶液变成血红色 离子方程式 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3 实验结论 2.Fe3＋与Cu反应的实验探究 实验 操作 用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液，在铜片上画一个“＋”，放置片刻后，用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中 实验现象 铜片上会出现“＋”形凹槽 原因 铜与FeCl3溶液发生反应：Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2，FeCl3溶液腐蚀了铜片 三、反应条件的控制 1．反应条件对化学反应的方向、速率和限度都会有不同程度的影响。在研究物质的性质和制备时，应依据化学反应的规律和反应物、生成物的特点，合理选择并控制好反应条件，才能达到预期的效果。 2．Fe(OH)2的制备 实验操作 实验现象 试管A中开始生成白色絮状沉淀，逐步变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀； 试管B中有白色絮状沉淀生成 化学 方程式 FeSO4＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋Na2SO4、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 实验结论 在不同的反应条件下，FeSO4溶液与NaOH溶液反应的实验现象不同，得到的产物也不同 试管B中成功制取Fe(OH)2的三个关键措施： ①煮沸NaOH溶液赶走溶解的氧。 ②采用铁粉和稀硫酸新制备的FeSO4溶液。 ③将吸有NaOH溶液的长胶头滴管插入液面以下，再将NaOH溶液慢慢挤出。 3．在化学研究和化学工业中，控制反应条件十分重要。需要严格控制反应的温度、压强，选择合适的催化剂，确定反应物的配比，才能使物质制备的过程得以顺利进行。 [微点拨]防止制备的Fe(OH)2被氧化的方法为隔绝氧气。 氧气会在下列途径中对制备Fe(OH)2实验造成影响：(1)配制溶液时的水中；(2)溶液配制后露置于空气中；(3)滴加过程中；(4)生成的Fe(OH)2接触空气。 4．铁的氢氧化物的性质比较 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 颜色、状态 白色固体 红褐色固体 溶解性 难溶于水 难溶于水 酸碱性 弱碱性 弱碱性 稳定性 在空气中易被氧化为Fe(OH)3 受热易分解2Fe(OH)3 Fe2O3＋3H2O 和非氧化性酸反应(离子方程式) Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 四、铁及其化合物的相互转化 1．基于物质类别和元素价态的视角，构建铁及其化合物相互转化的铁元素的“价—类”二维图如图所示： ①Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O； ②Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓； ③Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O； ④Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑； ⑤Cl2＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2Cl－； ⑥Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。 2．铁元素与人体健康 (1)铁元素在人体膳食结构中分为血红素铁和非血红素铁。血红素铁是与血红蛋白、肌红蛋白中的卟啉结合的二价铁，而非血红素铁则主要以三价铁形式存在于植物中。 (2)血红素铁容易被人体吸收利用，而非血红素铁则需要将三价铁还原为二价铁才能被吸收。维生素C具有还原性，能将三价铁转化为二价铁，因此进食含铁的植物食品时，要补充一定量的维生素C以促进铁的吸收。 微诊断(判断正误) (1)FeCl2不能通过化合反应制得(　　×　　) (2)不同价态的含铁物质间转化必须通过氧化还原反应实现(　　√　　) (3)Fe(OH)3不能利用化合反应生成(　　×　　) (4)由于Fe(OH)2易被氧化，所以在制备时要隔绝空气(　　√　　) (5)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2(　　×　　) [对应学生用书P99] 探究一__不同价态铁元素之间的转化 制备硫酸铜的三种方法如下： a.Cu＋H2SO4＋H2O2===CuSO4＋2H2O； b.Cu＋2H2SO4(浓)===CuSO4＋SO2↑＋2H2O； c.CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O。 [问题探究] (1)结合课本中制取氯化铁的思路，分析方法a、方法b哪个好？ 提示：方法a好，方法b硫酸的利用率低且有污染。 (2)物质之间的转化通常考虑哪些反应？ 提示：相同价态化合物之间进行转化，通过非氧化还原反应实现；不同价态化合物之间进行转化，需通过氧化还原反应实现。 (3)铁有＋2、＋3价态，列举铁生成不同价态物质的过程。 提示： 1．Fe2＋的性质 Fe2＋具有较强的还原性，容易被一些氧化剂氧化为Fe3＋。 (1)向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，再加入氯水，实验现象是开始无明显现象，加入氯水，溶液变血红色，Fe2＋与Cl2反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。 (2)Fe2＋在酸性条件下与H2O2反应：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。 (3)Fe2＋在酸性条件下与O2反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O。 (4)配制含Fe2＋的溶液时，为防止Fe2＋被氧化，应采取的措施是往溶液中加入少量铁粉。 2．Fe3＋的性质 Fe3＋具有较强的氧化性，能被一些还原剂还原为Fe2＋。 (1)向FeCl3溶液中加入KSCN溶液，再加入过量铁粉，实验现象是溶液由血红色变为浅绿色，Fe3＋与Fe反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。 (2)Fe3＋与Cu反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。该反应用于制作印刷电路板。 3．Fe2＋、Fe3＋的检验方法 (1)直接观察颜色 (2)利用显色反应 (3) 利用Fe2＋的还原性 (4) 利用Fe3＋的氧化性 4．铁单质、Fe2＋和Fe3＋之间的转化 (1)Fe有变价，所以反应后的产物与氧化剂的强弱及反应条件有关。 (2)Fe2＋Fe3＋。 (3)Fe3＋Fe2＋。 【例1】 下列说法正确的是(　　) A.Fe2＋既有氧化性又有还原性 B.因为Fe比Cu活泼，所以FeCl3不能与Cu反应 C.FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－ D.向溶液中加入氯水，再加入KSCN溶液，溶液变血红色，说明该溶液中含有Fe2＋ A　解析：Fe2＋为中间价态，既有氧化性又有还原性，A正确；Fe3＋氧化性大于Cu2＋，能将Cu氧化，B错误；离子方程式不符合电荷守恒，应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，C错误；向溶液中先加入氯水，再加入KSCN溶液，溶液变血红色，不能说明溶液中一定含有Fe2＋，也可能原溶液中含有Fe3＋，D错误。 1．现有下列试剂：①新制氯水、②铁、③铜、④稀硫酸。 (1)将Fe2＋转化为Fe3＋，可选用的试剂有________(填标号)，反应的离子方程式为________________________。 (2)将Fe3＋转化为Fe2＋，可选用的试剂有________(填标号)。反应的离子方程式分别为______________________、______________________。 (3)若要除去FeCl2溶液中混有的FeCl3，可选用的试剂有________(填标号，下同)；若要除去FeCl3溶液中混有的FeCl2，可选用的试剂有________。 答案：(1)①　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ (2)②③　2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋　2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (3)②　① 探究二__氢氧化亚铁的制备 实验A 实验B 实验操作 实验现象 有灰绿色和红褐色沉淀生成，最终沉淀全部变成红褐色 先有白色沉淀生成，在空气中迅速变成灰绿色，最后变成红褐色 [问题探究] (1)上述操作的不同是什么？ 提示：胶头滴管是否伸入溶液中、是否振荡试管。 (2)为何有不同价态物质之间的转化？ 提示：Fe2＋能被空气中的氧气氧化。 (3)要制取纯净的氢氧化亚铁，你认为关键是什么？ 提示：溶液配制中防止Fe2＋被空气中的氧气氧化；操作中防止氢氧化亚铁被氧化。 1．制备Fe(OH)2可以采取的措施 (1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。 (2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。 (3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。 (4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。 2．制备Fe(OH)2可以采用的装置 下列装置能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。 【例2】 实验室可以用如图所示装置制备氢氧化亚铁，下列说法错误的是(　　) A.实验前应把稀硫酸和氢氧化钠溶液均煮沸处理 B.实验开始阶段，应把弹簧夹C和D都打开 C.一段时间后，关闭弹簧夹C和D，在B中生成白色絮状沉淀 D.实验结束后关闭弹簧夹D，可以长时间保存氢氧化亚铁 C　解析：氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁，所以制备氢氧化亚铁时应将稀硫酸和氢氧化钠溶液预先煮沸，使溶解的空气逸出，A正确；氢氧化亚铁具有强还原性，易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁，故实验开始阶段，应把弹簧夹C和D都打开，A中反应产生氢气，排出空气，防止亚铁离子被氧气氧化，B正确；一段时间后，关闭弹簧夹C，但不能关闭弹簧夹D，可利用生成的氢气增大装置A中的压强，把硫酸亚铁溶液压入装置B的氢氧化钠溶液中，反应生成白色氢氧化亚铁沉淀，C错误；本实验利用反应生成氢气排净装置中的空气，使装置处于还原氛围，故实验结束后关闭弹簧夹D，可以长时间保存氢氧化亚铁，D正确。 2.如图为Fe(OH)2制备实验的改进装置，使用该装置将能在较长时间内观察到白色絮状沉淀。关于此实验，下列说法正确的是(　　) A.装入药品后应关闭弹簧夹，等反应完成后再打开弹簧夹 B.此装置是通过H2的排出使A中压强减小，从而将B中的烧碱吸入A中产生Fe(OH)2 C.H2的作用是排尽装置内的空气和将A中溶液压入B中 D.在药品用量上硫酸应过量，使铁粉能充分反应完 C　解析：装入药品后应打开弹簧夹，等装置内空气排净(B出口处排出纯净的氢气)后再关闭弹簧夹，A错误；此装置是通过H2的难以排出使A中压强增大，从而将A中生成的含硫酸亚铁的溶液压入B中与烧碱反应生成Fe(OH)2，B错误；H2的作用是排尽装置内的空气和将A中溶液压入B中，C正确；铁粉放在试管A内，铁粉过量不影响B中 Fe(OH)2的生成，但过量硫酸进入B中会与碱反应，不利于B中Fe(OH)2的生成，D错误。 [对应学生用书P101] 1．下列溶液中，滴加KSCN溶液不变血红色的是(　　) A.过量的Fe与稀硝酸充分反应后的溶液 B.Fe与过量的稀硝酸充分反应后的溶液 C.FeO溶解于稀硝酸后的溶液 D.敞口放置一段时间的FeSO4溶液 A　解析：过量Fe与稀硝酸反应后，由于铁过量，会产生Fe(NO3)2，A符合题意；铁与硝酸反应，若硝酸过量则生成Fe(NO3)3，B不符合题意；FeO溶于稀硝酸，由于HNO3有强氧化性，也会生成Fe(NO3)3，C不符合题意；敞口放置的FeSO4被氧气氧化为Fe3＋，D不符合题意。 2．亚硝酸盐会使Fe2＋转变成Fe3＋，生成高铁血红蛋白而丧失与O2结合的能力。服用维生素C可缓解亚硝酸盐的中毒，这说明维生素C具有(　　) A.酸性 B．碱性 C.氧化性 D．还原性 D　解析：维生素C可以使Fe3＋转变为Fe2＋，是还原过程，维生素C作还原剂。 3．根据下列实验： ①向Fe2(SO4)3和CuSO4的混合液中加入过量铁粉，充分反应，有红色固体析出，过滤。②取①中滤液，向其中滴加KSCN溶液，观察现象。 下列说法正确的是(　　) A.氧化性Cu2＋>Fe3＋ B.①中所得固体只含铜 C.①中滤液含有Cu2＋和Fe2＋ D.②中不会观察到溶液变红 D　解析：在反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋中，氧化剂为Fe3＋，氧化产物为Cu2＋，即可知氧化性Fe3＋> Cu2＋，A错误；①中所得固体含有过量的铁和置换出的铜，B错误；由于加入的铁是过量的，则溶液中不可能含有Cu2＋，C错误；因在①的滤液中只有Fe2＋，没有Fe3＋，则滴加KSCN溶液时并不会出现溶液变红的现象，D正确。 4．将适量的铁粉加入FeCl3溶液中，充分反应后，溶液中的Fe3＋和Fe2＋浓度相等，则已反应的Fe3＋和未反应的Fe3＋的物质的量之比为(　　) A.2∶3 B．3∶2 C．1∶2 D．1∶1 A　解析：设原溶液中Fe3＋为x mol，参加反应的Fe3＋为y mol， 2Fe3＋　＋　Fe　===　3Fe2＋ 2 mol　　　　　　　　3 mol y　　　　　　　　　　1.5y 溶液中的Fe3＋(未反应的Fe3＋)和Fe2＋浓度相等，则有x－y＝1.5y，已反应的Fe3＋为y，未反应的Fe3＋为x－y，故比值为y∶1.5y＝2∶3 [课时梯级训练(17)见P191] 学科网（北京）股份有限公司 $$