学案探究铁及其化合物的转化

7/7探究铁及其化合物的转化【学习目标】1．能依据金属及其化合物的性质提出物质间的转化思路。2．能从多个方面对可能的转化路径进行优选。3．能运用变量控制方法设计转化的实验方案，根据实验现象进行推理。【学习重难点】能运用变量控制方法设计转化的实验方案，根据实验现象进行推理。【学习过程】一、知识梳理（一）反应的合理选择1．转化路径的设计思路首先必须明确目标产物，然后依据产物特性选择反应原料和可能的反应路径，确定反应的类型和反应条件，依据所发生的化学反应和产物分离的要求合理选择反应的装置等。2．物质制备反应路线的选择以铁屑为原料制取氯化铁路径1．Fe→FeCl3，在点燃条件下氯气将铁转化为＋3价的铁化合物，从反应炉中排出，经冷凝后得到固体三氯化铁，反应的化学方程式为：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up10(点燃))2FeCl3．路径2．Fe→FeCl2→FeCl3，用盐酸溶解铁，生成的FeCl2在溶液中被Cl2氧化为FeCl3，分离提纯后得到产物，反应的化学方程式为：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑、2FeCl2＋Cl2=2FeCl3．路线3．Fe→Fe2O3→FeCl3，在一定条件下用空气将铁氧化为氧化铁，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。3．Fe3＋的检验方法Fe3＋（1）观察法棕黄色（2）加碱法（NaOH）①现象：红褐色沉淀②离子反应方程式：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓（红褐色）（3）加盐法（SCN－）①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色②离子反应方程式：Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3（红色）4．Fe2＋、Fe3＋的转化（1）Fe2＋在溶液中容易被一些氧化剂（如氯水中的Cl2、空气中的O2、H2O2等）氧化为Fe3＋。如Fe2＋与H2O2反应的离子方程式为：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。（2）Fe3＋具有较强的氧化性可被Fe、Cu等还原为Fe2＋。如Fe3＋与Fe、Cu反应的离子方程式分别为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋、2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。微思考氯化铁是一种很重要的铁盐，为黑棕色结晶，也有薄片状，熔点306℃、沸点315℃，易溶于水并且有强烈的吸水性，能吸收空气里的水分而潮解。氯化铁的一个重要用途是五金蚀刻，蚀刻产品有：眼镜架、钟表、电子元件、标牌铭牌等。你能写出用氯化铁在铜板上刻字时反应的化学方程式吗？（二）反应条件影响的探究（1）实验探究铁的氢氧化物的生成与转化取两支试管分别编为A、B，向A试管中加入3mL0.1mol/LFe2(SO4)3溶液，向B试管中加入3mL0.05mol/LFeSO4溶液。然后向两支试管中分别逐滴加入0.1mol/LNaOH溶液。①向A试管中滴入NaOH溶液，生成红褐色沉淀，原因是：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。②向B试管中滴入NaOH溶液，生成白色沉淀，原因是：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓；沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀，原因是：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3．（2）Fe(OH)2、Fe(OH)3的比较Fe(OH)2Fe(OH)3颜色和溶解性白色固体，不溶于水红褐色固体，不溶于水稳定性在空气中易转化为Fe(OH)32Fe(OH)3eq\o(=,\s\up10(△))Fe2O3＋3H2O与盐酸反应Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O制备Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓转化化学方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3现象：白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色二、初试身手（一）自主诊断1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）（1）用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2． （×）（2）检验绿矾晶体（FeSO4·7H2O）是否已氧化变质，可将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液，再观察溶液是否变红。 （√）（3）向FeCl3溶液中滴加适量的KSCN溶液，会产生红色沉淀。（×）（4）Fe2＋可以被Cl2氧化为Fe3＋，说明Fe2＋具有氧化性。 （×）2．随着人们生活节奏的加快，方便的小包装食品已被广泛接受。为了延长食品的保质期，防止食品氧化变质，在包装袋中可以放入的化学物质是（）A．无水硫酸铜 B．硫酸亚铁C．食盐 D．生石灰B[无水硫酸铜能吸收水分，不能防止食物被氧化；硫酸亚铁具有还原性，能防止食品氧化变质；食盐不能吸收水分；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四种物质（或离子）均含有同一种元素，其中A是常见单质，它们之间存在如图所示的转化关系：若B、C均属于盐类，B溶液呈黄色，遇氨水能形成红褐色沉淀；D是一种不溶性碱；B、C中的阴离子均是Cl－，则A只有与________（填分子式）反应才能得到B；实验室制备的D物质不稳定，相应反应的化学方程式为_____________________________________________。[解析]由B的性质知其是FeCl3，故A是铁，C是FeCl2，D是Fe(OH)2；铁只有与氯气反应才能得到FeCl3；Fe(OH)2在空气中易变质生成Fe(OH)3．[答案]Cl24Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3（二）合作探究1．硫酸亚铁溶液含有硫酸铜和硫酸铁杂质，为除去杂质，提纯硫酸亚铁，应该加入下列物质中的（）A．锌粉 B．镁粉C．铁粉 D．铝粉C[铁粉可将硫酸铁转化为硫酸亚铁，将硫酸铜转化为硫酸亚铁和单质铜，然后过滤即可提纯硫酸亚铁，锌、镁、铝都有可能将亚铁离子置换成铁，并且会引入锌离子、镁离子或铝离子等新的杂质。]2．电子工业中，常用FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板。某同学为了从腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，设计如下流程图。请回答下列问题：（1）FeCl3溶液腐蚀铜箔反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________。（2）固体A的成分是______________，气体C的化学式为______________。（3）设计实验方案检验FeCl3溶液中的金属阳离子________。（4）反应消耗铁粉11．2g，则废液中Fe3＋的物质的量浓度是________。[解析]由工艺流程可知，废液中应该含有FeCl3、FeCl2、CuCl2，在废液中加入过量的铁粉，FeCl3溶液与Fe反应生成FeCl2，Fe与CuCl2反应生成Cu，即固体A是Fe和Cu的混合物，液体A是FeCl2．固体A中加入盐酸，Fe与盐酸反应生成FeCl2，过滤得到的6．4g固体即为金属Cu，溶液B是FeCl2，再通入气体C得到FeCl3，即气体C可以是Cl2．反应消耗的铁粉分别为与FeCl3和CuCl2的反应，根据CuCl2＋Fe=Cu＋FeCl2，得n(Fe)＝n(Cu)＝eq\f(6.4g,64g/mol)＝0.1mol，则与氯化铁反应消耗的铁的物质的量为：n(Fe)＝eq\f(11.2g－0.1mol×56g/mol,56g/mol)＝0.1mol，根据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）取少量溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，出现红色（4）0.4mol/L3．下列关于氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中不正确的是（）A．氢氧化亚铁易被氧气氧化B．氢氧化亚铁为灰绿色絮状沉淀C．可利用如图所示的装置，制备氢氧化亚铁D．实验中所用氢氧化钠溶液应预先煮沸B[氢氧化亚铁（纯净的）是白色絮状沉淀，在空气中易被氧气氧化。实验室可利用亚铁盐溶液与碱溶液反应制备氢氧化亚铁，例如用FeSO4溶液与NaOH溶液反应来制备Fe(OH)2．为了防止Fe(OH)2被空气中的氧气氧化，所用氢氧化钠溶液应预先煮沸将氧气排出；然后利用题给装置制备Fe(OH)2，且滴加NaOH溶液的胶头滴管应插入FeSO4溶液中；当制得的Fe(OH)2部分被氧化时呈灰绿色。故A、C、D项均正确。]4．如下图所示装置可用来制备Fe(OH)2，并观察其在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6mol·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：_________________________________________________________________。[解析]实验开始时先打开止水夹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后关闭止水夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。[答案]（1）铁屑Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑（2）打开H2（3）关闭止水夹E，使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应（4）4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3【学习小结】通过本节课的学习，你收获了什么？【精炼反馈】1．下列关于Fe2＋和Fe3＋的叙述中错误的是（）A．Fe2＋的水溶液为浅绿色B．Fe3＋的水溶液为黄色C．Fe3＋具有氧化性，Fe2＋具有还原性D．Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，立即出现红色沉淀D[Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，生成红色可溶性物质，不是红色沉淀。]2．除去FeCl2溶液中少量的FeCl3，最好的办法是（）A．加入氢氧化钠溶液 B．通入氯气C．加入铜粉 D．加入铁粉D[要实现“Fe3＋→Fe2＋”的转化，需要加入还原剂，且不引入新的杂质离子，最好的办法是加入足量铁粉充分反应后过滤，发生的化学反应为：2FeCl3＋Fe=3FeCl2．]3．用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，然后在所得溶液中加入铁粉。对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是（）A．若无固体剩余，则溶液中一定有Fe3＋B．若有固体存在，则溶液中一定有Fe2＋C．若溶液中有Cu2＋，则一定没有固体析出D．若溶液中有Fe2＋，则一定有Cu析出B[FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上铜的反应为2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2，所得的溶液中存在FeCl2和CuCl2，还可能有过量的FeCl3溶液，加入铁粉充分反应后：A项中若无固体剩余，说明原溶液中含有Fe3＋，反应后不一定还含有；B项中不管固体是铁粉还是铜粉，溶液中一定含有Fe2＋；C项中若溶液中有Cu2＋，可以有部分铜固体析出；D项中若溶液中有Fe2＋，不一定有Cu析出。]4．选择合适试剂完成甲、乙两组实验。甲组：检验含Fe3＋的溶液中是否含有Fe2＋；乙组：检验含Fe2＋的溶液中是否含有Fe3＋。下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是（）试剂选项甲组乙组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[甲组，在Fe3＋存在的条件下检验Fe2＋，要排除Fe3＋的干扰。所选试剂具备条件：一是能与Fe2＋发生有明显现象的反应；二是与Fe3＋不反应。溴水符合条件，实验现象是溴水颜色变浅；酸性KMnO4溶液也符合条件：5Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，实验现象是溶液紫色变浅。乙组，在Fe2＋存在的条件下检验Fe3＋，用KSCN溶液检验Fe3＋即可，Fe2＋不会造成干扰。]5．下图是某儿童微量元素体检报告单的部分数据：根据上表的数据，回答下列问题：（1）该儿童________元素含量偏低。（2）报告单中“μmol·L－1”是________（填“质量”“体积”或“浓度”）单位。（3）服用维生素C可使食物中的Fe3＋转化为Fe2＋。在这个过程中体现了维生素C的________（填“氧化性”或“还原性”）。（4）缺铁性贫血患者应补充Fe2＋。