内容正文:
第2课时 铁的氢氧化物和铁盐、亚铁盐
第三章 铁 金属材料
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化学 必修第一册
第三章 铁 金属材料
随堂自测 夯基础
03
重难突破 释疑惑
02
教材梳理 探新知
01
课后素养 提升练
04
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课时作业
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第三章 铁 金属材料
学业水平目标
学科核心素养
1.能够通过对教材演示实验的探究,了解铁的氢氧化物和铁盐、亚铁盐的性质,并能设计实验完成性质验证
2.从铁元素价态的变化,分析铁的氢氧化物和铁盐、亚铁盐的氧化性和还原性
3.能举例说明生产、生活中常见的铁的化合物,认识其用途
4.初步学会从资源利用的视角研究铁的氢氧化物和铁盐、亚铁盐的利用价值
5.能通过铁及其化合物的反应特点,自绘“铁三角”,能熟练书写主要的离子方程式和化学方程式
1.通过实验探究活动,促进学生建立实验目的、实验证据、实验结果之间的联系,提升“证据推理与模型认知”及“科学探究与创新意识”化学核心素养水平
2.利用Fe2+、Fe3+的检验及其之间的相互转化,培养学生“变化观念与平衡思想”素养水平
[基础梳理]
铁的氢氧化物
Fe(OH)2和Fe(OH)3性质的比较
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
物质类别
二元弱碱
三元弱碱
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
溶解性
不溶于水
不溶于水
与非氧化性强酸反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+
===Fe3++3H2O
稳定性
铁盐和亚铁盐中Fe3+、Fe2+
的检验及转化
1.Fe2+和Fe3+的检验
2.Fe2+与Fe3+的转化
[预习质检]
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)Fe2+可以被Cl2氧化为Fe3+,说明Fe2+具有氧化性。( × )
(2)向溶液中加KSCN溶液,溶液变红色,说明溶液中不含Fe2+。( × )
(3)取少量溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在Fe3+。( √ )
(4)FeCl3溶液能与Cu反应,可用于蚀刻印刷电路。( √ )
(5)向FeCl3溶液中滴加适量的KSCN溶液,会产生红色沉淀。( × )
(6)Fe(OH)3、FeCl3、FeCl2、CuCl2均可由化合反应得到。( √ )
(7)在配制FeSO4溶液时,为防止FeSO4被氧化而变质,常在溶液中加入少量铁粉。( √ )
(8)Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化转变为红褐色。( × )
Fe2+、Fe3+检验及Fe2+、
Fe3+、Fe的转化
1.Fe2+的检验
(1)eq \x(样品溶液)
eq \o(――――――→,\s\up17(滴加KSCN溶液))无色eq \o(――――→,\s\up17(滴加氯水),\s\do15(或双氧水))溶液变红色,证明含有Fe2+
(2)eq \x(样品溶液)
eq \o(――――――→,\s\up17(加入氢氧化钠溶液),\s\do5( ))产生白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明有Fe2+
2.Fe3+的检验
(1)eq \x(样品溶液)
eq \o(――――――→,\s\up17(滴加KSCN溶液),\s\do5( ))溶液变红色,证明含有Fe3+
(2)eq \x(样品溶液)
eq \o(――――――→,\s\up17(加入氢氧化钠溶液),\s\do5( ))产生红褐色沉淀,证明有Fe3+
3.Fe2+、Fe3+、Fe之间的相互转化关系
(1)Fe只具有还原性,可被弱氧化剂(H+、S、Fe3+等)氧化成Fe2+,被强氧化剂(Cl2等)氧化成Fe3+。如Fe+2H+===Fe2++H2↑、Fe+Seq \o(=====,\s\up17(△))FeS、2Fe3++Fe===3Fe2+、3Cl2+2Feeq \o(=====,\s\up17(△),\s\do5( ))2FeCl3等。
(2)Fe2+既有氧化性又有还原性,可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H+)等]氧化为Fe3+,可被还原剂(Zn、CO等)还原为Fe。如Zn+Fe2+===Fe+Zn2+。
(3)Fe3+具有氧化性,可被还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2+,被强还原剂(CO等)还原为Fe。如2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+、3CO+Fe2O3eq \o(=====,\s\up17(高温),\s\do5( ))2Fe+3CO2
◆[典例示范]
[例1] 为了“探究铁及其化合物的氧化性或还原性”,某同学甲设计了如下的实验方案。
(1)实验前甲同学预测:Fe2+肯定既有还原性又有氧化性。你认为甲同学预测的依据是_________________________________________。
(2)甲同学欲用实验证明他的预测。实验室提供了下列试剂:3%的H2O2溶液、锌粒、铜片、0.1 mol·L-1FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水。
①若甲同学计划在0.1 mol·L-1FeCl2溶液中滴入新制氯水,探究Fe2+的还原性,你预计可能发生的反应及现象是_______________________________________________________。
②实验中,甲同学发现现象不太明显,老师分析可能是产物的含量太低,建议可以通过检验Fe2+被氧化的产物Fe3+的存在以获取证据。你认为如何证明甲同学的观点和实验方案都是正确的: ____________________________________________________________。
③对于证明Fe2+具有氧化性,甲同学认为金属单质都具有还原性,并分别将铜片、锌粒投入FeCl2溶液中,结果铜片没变化,锌粒逐渐变小。三种金属的还原性由强到弱的顺序是 ________________ 。
[解析] Fe2+中铁元素化合价处于中间价态,可以升高也可以降低,既可被氧化又可被还原;新制氯水可将Fe2+氧化成棕黄色的Fe3+;检验Fe3+用KSCN溶液;在氧化还原反应中还原剂的还原性强于还原产物。
[答案] (1)Fe2+中铁元素化合价处于中间价态,可以升高也可以降低
(2)①Cl2+2Fe2+===2Cl-+2Fe3+;溶液变为棕黄色 ②向溶液中滴入KSCN溶液,溶液呈红色 ③Zn>Fe>Cu
◆[学以致用]
1.闪锌矿(主要成分为ZnS,FeS)颗粒在硫酸中“氧压浸出”经历①②③三步,过程如图。下列说法正确的是( )
A.①②③均为氧化还原反应
B.若消耗11.2 L O2(标准状况),则一定产生32 g S
C.②的反应为O2+4Fe2++2H2O===4Fe3++4OH-
D.氧化性强弱顺序为O2>Fe3+>S
解析:D [反应①ZnS、FeS与H+反应生成Zn2+、H2S和Fe2+,这是一个复分解反应,没有元素化合价变化,不是氧化还原反应;反应②O2把Fe2+氧化成Fe3+,O元素从0价变为-2价,Fe元素从+2价变为+3价,是氧化还原反应。反应③Fe3+把H2S氧化成S,Fe元素从+3价变为+2价,S元素从-2价变为0价,是氧化还原反应。A.由分析知,反应①不是氧化还原反应,②③是氧化还原反应,A错误;B.O2参与反应时,1 mol O2得到4 mol电子,11.2 L O2(标准状况)为0.5 mol,得到2 mol电子,0.5 mol O2氧化Fe2+,生成2 mol Fe3+,2 mol Fe3+与H2S反
应,理论上可生成1 mol S(-2→0),但该反应体系中Fe3+可能未全部用于氧化生成S,有剩余;在“氧压浸出”的实际条件下,也可能会发生硫被进一步氧化为硫酸盐等副反应,所以不能确定一定产生32 g S,B错误;C.反应在硫酸(酸性环境)中进行,产物中不会生成OH-,正确的离子方程式应为O2+4Fe2++4H+===4Fe3++2H2O,C错误;D.根据氧化还原反应中“氧化剂的氧化性>氧化产物”的规律:反应②中,O2是氧化剂,Fe3+是氧化产物,氧化性:O2>Fe3+;反应③中,Fe3+是氧化剂,S是氧化产物,氧化性:Fe3+>S;综上,氧化性顺序为:O2>Fe3+>S,D正确。]
氢氧化亚铁的制备
1.制备Fe(OH)2的注意事项
(1)Fe2+必须是新制的,并放入铁粉,以防Fe2+被氧化成Fe3+;
(2)除去溶液中溶解的O2,其方法是加热煮沸NaOH溶液;
(3)滴管末端插入试管内的液面以下;
(4)必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。
2.Fe(OH)2的制备方法
(1)有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4,密度大于水),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。
(2)还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐溶液与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。
◆[典例示范]
[例2] 如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。
填写下列空白:
(1)B中盛一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是 ________ ,A中反应的离子方程式是___________________________________________________________
_________________________________________________________。
(2)实验开始时先将止水夹E ________ (填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是 ________ 。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程: _________________________
_______________________________________________________。
(4)拔去装置B中的橡皮塞,使空气进入,写出有关反应的化学方程式: ___________________________________________________。
[思维建模] 解答本类试题的思维流程如下:
[解析] 实验开始时先打开E,让H2把A、B装置中的空气排出,让Fe(OH)2在H2气氛中生成,以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭E,A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶与NaOH反应。空气进入装置B后,Fe2+被氧化为Fe3+。
[答案] (1)铁屑 Fe+2H+===Fe2++H2↑
(2)打开 H2
(3)关闭止水夹E,使FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
◆[学以致用]
2.实验室用 FeCl2 溶液与烧碱制备 Fe(OH)2,为了使生成的产物不容易被氧化, 下列说法中不正确的是( )
A.配制 FeCl2 溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
B.可在 FeCl2 溶液的上面加一层植物油,以隔绝空气
C.向 FeCl2 溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管内
D.产生 Fe(OH)2 沉淀后,不能振荡试管
解析:C [A.蒸馏水煮沸可以去除蒸馏水中溶解的氧气,A项正确;B.加一层植物油,避免溶液与空气的接触,B项正确;C.胶头滴管的尖嘴不伸入试管内,滴入试管中的烧碱溶液会先与空气接触,使氧气进入反应体系,C项错误;D.不振荡试管可以避免更多的空气进入到反应体系中,D项正确。答案选C。]
在严格无氧的条件下,碱与亚铁盐溶液反应生成白色胶状的Fe(OH)2,在有氧气的情况下迅速变为灰绿色,逐渐形成红褐色的氢氧化铁,故在制备过程中需严格无氧。现提供制备方法如下:
方法一:用FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
(1)配制FeSO4溶液时需加入铁粉的原因是 ________ ;除去蒸馏水中溶解的O2常采用 ________ 的方法。
(2)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是 ________ 。
方法二:
在如图装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是________________________________;
(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是______________________________;
(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验步骤是___________________________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,其理由是__________________________________________________________。
解析:方法一:(1)硫酸亚铁易被氧化而变质生成硫酸铁,因FeSO4溶液与铁反应为:
Fe+Fe2(SO4)3===3FeSO4,所以用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入铁粉,防止铁离子被氧化;煮沸蒸馏水可除去其中溶解的O2。
(2)Fe(OH)2很容易被空气中的氧气氧化;实验时生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液,避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而生成氢氧化铁。
方法二:
(1)通过分析知,试管Ⅰ中加入的试剂是稀硫酸和铁屑;
(2)硫酸亚铁进入试管Ⅱ中与一种试剂反应生成氢氧化亚铁,所以试管Ⅱ中放入的是氢氧化钠溶液;
(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后先检验试管Ⅱ中排除氢气纯度,当氢气纯净时,关闭止水夹,铁和稀硫酸反应生成的氢气使Ⅰ中压强增大,导致Ⅰ中硫酸亚铁溶液通过导管进入Ⅱ,从而发生复分解反应生成氢氧化亚铁白色沉淀,所以塞紧塞子后的操作步骤是:检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度,当排出的H2纯净时,再夹紧止水夹。
(4)打开止水夹,Fe与H2SO4反应生成H2充满整个装置,反应一段时间后检验A口排出气体的纯度,氢气纯时,说明空气排尽,关闭止水夹,左侧试管内气压升高,反应生成的Fe2+沿导管进入右侧试管与NaOH反应生成白色沉淀Fe(OH)2,若过早关闭止水夹,使左侧试管中的硫酸压入右侧试管中,将NaOH中和,则得不到Fe(OH)2溶液,这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,原因是试管Ⅰ中反应生成的氢气,充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ,且外界空气不容易进入,所以不容易被氧化
答案:方法一:
(1)防止铁离子被氧化 煮沸
(2)防止在溶液滴落过程中接触到空气,产生的沉淀被氧化
方法二:
(1)稀硫酸和铁屑
(2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度,当排出的H2纯净时,再夹紧止水夹
(4)试管Ⅰ中反应生成的氢气,充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ,且外界空气不容易进入,所以不容易被氧化
1.将Fe(OH)2露置在空气中加热灼烧所得的产物为( )
A.FeO
B.Fe2O3
C.Fe3O4
D.Fe(OH)3
解析:B [因Fe(OH)2极易被空气中氧气氧化,当露置于空气中时,Fe(OH)2首先转化为Fe(OH)3,然后Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3。]
2.下列说法不正确的是( )
A.铁的氧化物均为黑色固体,均难溶于水
B.Fe(OH)2在空气中易变质,生成红褐色Fe(OH)3
C.铁在氧气中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色的Fe3O4
D.氢氧化亚铁为白色絮状沉淀
解析:A [FeO是一种黑色粉末,Fe2O3是一种红棕色粉末,Fe3O4是一种有磁性的黑色晶体。]
3.将下列四种铁的化合物溶于稀盐酸,滴加KSCN溶液没有颜色变化,再加入氯水即可显红色的是( )
A.FeO
B.Fe2O3
C.FeCl3
D.Fe(OH)3
解析:A [A项,FeO溶于盐酸生成氯化亚铁和水,滴加KSCN溶液没有颜色变化,再加入氯水时,氯水把亚铁离子氧化为铁离子,铁离子与KSCN溶液反应即可显红色,正确;B项,Fe2O3溶于盐酸生成氯化铁和水,滴加KSCN溶液显红色,错误;C项,FeCl3溶于水,滴加KSCN溶液显红色,错误,D项,Fe(OH)3溶于盐酸生成氯化铁和水,滴加KSCN溶液显红色,D项错误。]
4.有关铁的化合物的说法中,错误的是( )
A.Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化转变为红褐色
B.由图示操作可制取Fe(OH)2
C.Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得
D.Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应
解析:A [Fe(OH)2是一种白色固体,故A项错误。]
5.金属单质A可发生以下反应。试推断:
(1)写出下列物质的化学式(B写主要成分):
A ______ 、B ______ 、C ______ 、D ______ 、
E ______ 。
(2)写出反应③和⑤的离子方程式:
③______________________________________________________;
⑤______________________________________________________。
答案:(1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2
(2)Fe+Cu2+===Fe2++Cu Fe+2H+===Fe2++H2↑
[课堂小结]
$