第3章 第1节 第3课时铁及其化合物之间的转化关系 学案 上学期高中化学新鲁科版必修第一册

第3课时铁及其化合物之间的转化关系一、铁及其化合物的“价－类”二维图。①Fe＋2H＋=H2↑＋Fe2＋(氧化还原反应)②3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4(氧化还原反应)③3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2(氧化还原反应)④FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O(复分解反应)⑤Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2O(复分解反应)⑥Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(复分解反应)⑦4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(氧化还原反应)⑧Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O(复分解反应)⑨2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋(氧化还原反应)⑩2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－(氧化还原反应)⑪Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓(复分解反应)⑫Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O(复分解反应)(1)相同价态铁元素的物质之间的转化为复分解反应。(2)不同价态铁元素的物质之间的转化为氧化还原反应。二、补铁剂中铁元素价态的检验实验步骤实验现象实验结论取少量补铁口服液于试管中，滴入KSCN溶液A.不变红无Fe3＋B.变红有Fe3＋若出现现象A，向反应后的溶液中滴加氯水溶液变红有Fe2＋若出现现象B，另取补铁剂滴加酸性KMnO4溶液紫红色褪去有Fe2＋紫红色不褪去无Fe2＋1．判断下列说法是否正确(1)FeCl2与FeCl3溶液可以用NaOH溶液或KSCN溶液鉴别。()提示：√。Fe(OH)3是红褐色沉淀，Fe(OH)2是白色沉淀，溶液中易被氧化而迅速变成灰绿色，最终变成红褐色；Fe3＋和KSCN溶液混合会使溶液呈现红色，而Fe2＋与KSCN无现象。(2)检验溶液中Fe2＋可以先加氯水再加KSCN溶液观察溶液是否变红。()提示：×。无法排除Fe3＋干扰。(3)FeCl3溶液中加入Fe反应的离子方程式为Fe3＋＋Fe=2Fe2＋。()提示：×。电荷不守恒，正确的写法为2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。2．教材P88“如铁及其化合物的制备、亚铁盐溶液的保存等”实验室中如何保存硫酸亚铁？提示：为了防止亚铁离子被氧化、在配制硫酸亚铁时需要加入少量的铁粉。3．集成电路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。印刷电路板的原材料是覆铜板，制印刷电路板时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”。(1)用化学方程式解释FeCl3溶液为什么能腐蚀铜而用于制造印刷电路板。提示：2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2。(2)由FeCl2生成Fe或FeCl3，你能写出其化学方程式吗？提示：FeCl2＋Zn=ZnCl2＋Fe，2FeCl2＋Cl2=2FeCl3。学习任务铁及其化合物之间的转化关系1．某品牌硫酸亚铁片的使用说明书部分内容如下[成分]本品每片含主要成分硫酸亚铁0.3克[性状]本品为红色糖衣片。除去糖衣后显淡蓝绿色。[适应证]用于各种原因(如慢性失血、营养不良、妊娠、儿童发育期等)引起的缺铁性贫血。(1)据上述描述和图示，分析此硫酸亚铁片中有哪些含铁化合物？提示：根据铁的化合物的颜色。可推测红色糖衣中可能含氧化铁，主要成分为硫酸亚铁。(2)根据(1)中的推测，设计实验验证。提示：氧化铁的检验是取少量红色糖衣溶于稀硫酸，加入KSCN溶液，若溶液变红，则红色糖衣中含有氧化铁；硫酸亚铁的检验是取少量去掉糖衣的药片溶于水、加入KSCN溶液后无明显变化，加入氯水溶液变红，则药片主要成分为硫酸亚铁。2．用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，所得溶液：(1)若无铜剩余，则溶液中阳离子存在的情况如何？提示：一定存在Fe2＋、Cu2＋，可能存在Fe3＋。(2)若有铜剩余，则溶液中阳离子存在的情况如何？提示：一定存在Fe2＋，可能存在Cu2＋，一定不存在Fe3＋。1．“铁三角”转化关系：具体反应方程式：(1)Fe→Fe2＋：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Fe＋2H＋（指稀硫酸、盐酸）=Fe2＋＋H2↑,Fe＋I2=FeI2，Fe＋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(点燃或加热))2FeX3,2Fe＋6H2SO4（浓）\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↓（碱性环境）,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(煅烧))2Fe2O3＋8SO2))2．Fe、Fe2＋、Fe3＋之间转化关系的应用：(1)含铁物质的分离与提纯主要物质杂质除杂方法反应原理Fe2＋Fe3＋加过量铁粉后过滤Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋FeCl3FeCl2加氯水或H2O22Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－或2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2OFe2＋Cu2＋加过量铁粉后过滤Cu2＋＋Fe=Fe2＋＋Cu(2)亚铁盐的保存保存亚铁盐溶液应加入少量铁屑或铁粉，目的是防止Fe2＋被空气中的氧气氧化：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。(3)利用FeCl3溶液腐蚀铜箔制造印刷电路板：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。(4)铁及其化合物的制备例如，无水FeCl3可用铁屑和Cl2直接作用制得：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2FeCl3。【思考讨论】已知溶液中离子之间发生复分解反应、发生氧化还原反应，生成络合物的离子之间不能共存。①与Fe3＋发生氧化还原反应而不能大量共存的离子具有什么特点？提示：与Fe3＋发生氧化还原反应而不能大量共存的离子应该是具有还原性的离子，如I－，S2－，HS－、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))、HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))。②与Fe2＋发生氧化还原反应而不能大量共存的离子具有什么特点？提示：与Fe2＋发生氧化还原反应而不能大量共存的离子应该是具有氧化性的离子，如MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))(H＋)、ClO－等。【典例】如图为铁及其化合物的“价－类”二维图。(1)填写二维图缺失的类别①________和化学式②________。(2)某同学利用以下试剂研究FeCl3性质，进行了如下预测：①Cl2②Fe③NaOH④H2SO4⑤AgNO3从物质类别上看，FeCl3属于________，可能与________发生反应(填序号)；从化合价角度看，Fe3＋具有________性，可能与________发生反应(填序号)。(3)某工厂用FeCl3溶液腐蚀镀有铜的绝缘板生产印刷电路，其化学原理为如下反应：Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2。①用单线桥表示电子转移。____________________②反应中FeCl3作________剂，理由是______________________。③写出该反应的离子方程式___________________________。【解析】(1)Fe为金属单质，则①为单质；铁的氢氧化物有Fe(OH)2和Fe(OH)3两种，则②为Fe(OH)3；(2)从物质类别上看，FeCl3属于盐，可能与氢氧化钠和硝酸银反应；从化合价角度看，Fe3＋化合价处于最高价态，具有氧化性，可发生还原反应，可能与铁发生反应；(3)反应Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2为氧化还原反应，Cu失电子，化合价升高，发生氧化反应，作还原剂；Fe元素化合价由＋3价降低到＋2价，得电子，化合价降低，发生还原反应，FeCl3作氧化剂，①用单线桥表示电子转移为②反应中FeCl3中Fe元素化合价由＋3价降低到＋2价，得电子，化合价降低，发生还原反应，作氧化剂；③反应的离子方程式为Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋。答案：(1)单质Fe(OH)3(2)盐③⑤氧化②②氧化铁的化合价由正三价变为正二价③Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋某工程师为了从上题(3)使用过的腐蚀废液中回收铜，并获得氯化铁晶体，准备采用下列步骤：①试剂a是________(用化学式表示)；操作Ⅰ用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和________。②上述流程中操作Ⅲ包括蒸发浓缩、________、过滤、洗涤。【解析】①要回收腐蚀废液中的铜，得加入还原剂，且不能引入新的杂质，故试剂a是Fe；固液分离采用过滤操作，操作Ⅰ过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗；②上述流程中操作Ⅲ为从溶液中得到晶体，操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤。答案：①Fe漏斗②冷却结晶(双选)(2021·潍坊高一检测)在实验室进行的下列各组物质反应后的混合物中，再滴入KSCN溶液，显红色的是()A．向CuCl2溶液中加入铁粉B．向Fe3O4粉末中加入稀硫酸C．向Fe与过量稀盐酸反应后的溶液中加入少量氯水D．向Fe(OH)3与过量稀盐酸反应后的溶液中加入过量铁粉【解析】选B、C。铁粉与氯化铜溶液反应生成氯化亚铁和单质铜；Fe(OH)3与过量稀盐酸反应生成氯化铁和水，氯化铁与过量铁粉反应生成氯化亚铁，滴入KSCN溶液不会显红色，选项A、D错误；Fe3O4与稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫酸铁和水；Fe与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，氯化亚铁与氯水反应生成氯化铁，滴入KSCN溶液，溶液显红色，选项B、C正确。【拔高题组】1．化学探究活动中提供下列任务，有关反应中不涉及铁元素价态变化的是()A．用铁粉除去氯化亚铁溶液中的少许氯化铁杂质B．铁在氧气中燃烧，其产物溶于热的浓盐酸中C．氢氧化亚铁是白色固体，在空气中迅速变成灰绿色，最终变成红褐色D．氢氧化铁受热分解【解析】选D。A项，Fe＋2FeCl3=3FeCl2，铁的化合价由0价和＋3价变为＋2价；B项，3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4，铁的化合价由0价变为＋2价和＋3价；C项，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，铁的化合价由＋2价变为＋3价；D项，2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O，铁元素的化合价没有变，仍然为＋3价。2．实验课提供的下列各试剂中，不能用来鉴别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】选C。A项，向FeSO4溶液中加入NaOH溶液后生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变成红褐色，向Fe2(SO4)3溶液中加入NaOH溶液后生成红褐色沉淀，可鉴别；B项，FeSO4具有还原性，能使酸性KMnO4溶液褪色，Fe2(SO4)3不褪色，可鉴别；C项，二者均与BaCl2溶液反应生成白色沉淀，不可鉴别；D项，加入KSCN溶液立即呈红色的是Fe2(SO4)3溶液，无明显变化的是FeSO4溶液，可鉴别。3．磁性氧化铁可以近似地看作是氧化亚铁和氧化铁的混合物，铁在磁性氧化铁中有两种化合价，磁性氧化铁溶于浓盐酸，得到的溶液中既有Fe2＋，又有Fe3＋。化学兴趣小组为探究Fe2＋、Fe3＋的性质进行了一系列试验。请回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol·L－1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是____________________。(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明氯水可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_______。(3)丙组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为_______________。(4)丁组同学取10mL0.1mol·L－1KI溶液，加入6mL0.1mol·L－1FeCl3溶液，充分反应。取1mL反应后溶液加入1mLCCl4充分振荡、静置，观察到的现象是____________________________________。(5)四个小组的同学通过实验探究，得出结论：Fe2＋有________性；Fe3＋、Cl2、I2的氧化性由大到小的顺序是_________________________。【解析】(1)铁和氯化铁反应生成氯化亚铁，在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是防止Fe2＋被氧化。(2)氯气具有氧化性能氧化氯化亚铁为氯化铁，反应的离子方程式为Cl2＋2Fe2＋=2Fe3＋＋2Cl－。(3)过氧化氢在酸性条件下将亚铁离子氧化成棕黄色的铁离子，而本身被还原成水，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。(4)由于KI过量，碘离子被铁离子氧化为碘单质而铁离子全部被还原为亚铁离子，向反应后溶液加入1mLCCl4充分振荡、静置，发现溶液分层，上层呈浅绿色，下层CCl4层呈紫红色。(5)亚铁离子被空气中的氧气、氯水和过氧化氢氧化，所以亚铁具有还原性；由(4)可知氧化性：Fe3＋＞I2，由(2)可知氧化性：Cl2＞Fe3＋，综上所述氧化性：Cl2＞Fe3＋＞I2。答案：(1)防止Fe2＋被氧化(2)Cl2＋2Fe2＋=2Fe3＋＋2Cl－(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O(4)溶液分层，上层溶液呈浅绿色，下层CCl4层呈紫红色(5)还原Cl2＞Fe3＋＞I2(2021·广州高一检测)铁在人体中不是以金属单质的形式存在，而是以Fe2＋和Fe3＋的形式存在。二价铁离子(亚铁离子)易被吸收，给贫血者补充铁时，应补充含亚铁离子的亚铁盐，如硫酸亚铁(FeSO4)。服用维生素C，可以使食物中的铁离子(三价铁离子)变成亚铁离子，有利于铁的吸收。(1)人体中经常进行Fe2＋Fe3＋的转化，A中Fe2＋作________剂，B中Fe3＋作________剂。(2)从“服用维生素C，可以使食物中的铁离子(三价铁离子)变成亚铁离子”这句话分析出维生素C在这一反应中作________剂，具有________性。【解析】(1)A中Fe2＋失电子转化为Fe3＋，所以Fe2＋作还原剂；B中Fe3＋得电子转化为Fe2＋，所以Fe3＋作氧化剂。(2)Fe3＋被还原变成Fe2＋，所以维生素C作还原剂，体现还原性。答案：(1)还原氧化(2)还原还原1．(双选)下列离子方程式中，正确的是()A．铁与盐酸反应：2Fe＋6H＋=2Fe3＋＋3H2↑B．氯气与氯化亚铁溶液反应：2FeCl2＋Cl2=2FeCl3C．氯化铁溶液与铁反应：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋D．氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓【解析】选C、D。A项，应为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；B项，应为2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。2．(水平1)下列转化关系不能通过一步反应实现的是()A．Fe→FeCl2 B．Fe2O3→Fe(OH)3C．FeCl3→FeCl2 D．Fe(OH)3→FeCl3【解析】选B。A项，Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑或Fe＋2FeCl3=3FeCl2；B项，Fe2O3不溶于水，故Fe2O3→Fe(OH)3不能通过一步反应完成；C项，2FeCl3＋Fe=3FeCl2；D项，Fe(OH)3＋3HCl=FeCl3＋3H2O。3．(水平1)实验室有NaCl、KSCN、NaOH、AgNO3四种溶液，某同学只用一种试剂就把它们鉴别开来了，这种试剂是()A．FeCl3溶液 B．Na2CO3溶液C．氯水 D．盐酸【解析】选A。四种溶液中分别滴入FeCl3溶液时的现象依次是无明显现象、溶液变红色