-新教材高中化学第3章物质的性质与转化第1节铁的多样性第3课时铁及其化合物之间的转化关系课件鲁科版必修第一册

第3课时铁及其化合物之间的转化关系第3章内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标素养目标1.从物质类别、元素价态的角度,依据复分解反应规律和氧化还原反应原理,预测含有铁元素的物质的性质及物质之间的转化,设计实验进行初步验证,并能分析解释有关实验现象,培养科学探究与创新意识的化学核心素养。2.利用含有铁元素的物质的性质和转化关系,设计制备、分离、检验等简单任务的方案;能从物质类别和元素价态变化的角度说明物质的转化路径,培养证据推理与模型认知的意识。3.分别根据含有铁元素的物质性质,分析生产、生活中的实际问题,如补铁剂中铁元素价态的检验、线路板废液的回收利用等,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。课前篇素养初探自主梳理1.绘制铁及其化合物的“价—类”二维图,并表示各物质之间的转化关系,示例如下

2.补铁剂中铁元素价态的检验

实验步骤实验现象实验结论①取少量补铁口服液置于试管中,滴入KSCN溶液a.不变红无Fe3+b.变红有Fe3+②若出现现象a,向反应后的溶液中滴加氯水溶液变红有Fe2+③若出现现象b,另取补铁剂滴加酸性KMnO4溶液紫红色变浅或褪去有Fe2+紫红色无变化无Fe2+3.铁元素与人体健康

铁元素的生理功能人体中含量最高的生命必需微量元素,其中以血红蛋白的功能最为显著。血红蛋白分子中含有Fe2+,具有载氧功能缺铁的危害如果人体缺铁,就会出现贫血科学合理食用富铁食品及补铁人体中铁元素主要来源于食物,动物血液、肝脏、骨髓以及菠菜、红枣等食物含铁丰富,可以多食用维生素C具有还原性,可以将Fe3+转化成人体可以吸收的Fe2+,所以适量服用维生素C有利于铁元素的吸收【微思考1】如何检验某铁的氧化物中含有Fe2+?提示

取少量固体置于试管中,向其中加入稀盐酸配制成溶液,加入几滴酸性高锰酸钾溶液,高锰酸钾溶液褪色,证明氧化物中含有Fe2+。【微思考2】碱性氧化物是否都能与水反应生成相应的碱?提示

碱性氧化物不一定都能溶于水与水反应,如FeO、Fe2O3都难溶于水,与水不反应,因此不能与水反应生成相应的碱。自我检测判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。1.NaOH溶液滴入FeSO4溶液中产生白色沉淀,随后变为红褐色,与氧化还原反应无关。(

)2.Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2。(

)3.探究维生素C的还原性,可向盛有2mL氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液,观察溶液颜色的变化。(

)4.向CuSO4溶液中加入铁粉,有红色固体析出,则Fe2+的氧化性强于Cu2+的氧化性。(

)√×√×5.铁与过量的硫粉共热的产物是Fe2S3。(

)6.某含铁盐化学式为Na2FeO4,具有较强的杀菌消毒功能,其中铁元素的化合价是+6价。(

)7.Fe与HNO3反应一定生成Fe(NO3)3。(

)8.向2mL0.1mol·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变,说明还原性:Fe>Fe2+。(

)√××√重难探究•能力素养全提升探究1补铁剂中铁元素价态的检验问题探究(1)补铁剂所含铁盐中铁元素的价态有几种可能?提示

三种,Fe2+或Fe3+或Fe2+和Fe3+。(2)如何验证某补铁剂溶液中含Fe2+而不含Fe3+?提示

验证某补铁剂中含Fe2+而不含Fe3+,可以根据检验亚铁离子的方法完成:取少量溶液置于试管中,先加几滴硫氰酸钾溶液,溶液不变为红色,证明补铁剂中不含Fe3+。再加过量氧化剂(补铁剂中存在较多的抗氧化物质如维生素C等),溶液变红色,证明补铁剂中含有Fe2+。归纳拓展检验Fe2+的注意事项(1)只含Fe2+的溶液。①加KSCN溶液前,禁止加氧化性物质使Fe2+被氧化。如H2O2、N(H+)等。②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液,原因是酸性KMnO4溶液本身显紫红色,对Fe(SCN)3的红色有干扰;酸性KMnO4溶液能氧化KSCN,溶液不变红色,不能证明不含Fe2+。(2)同时含有Fe2+和Fe3+的溶液。Fe2+对检验Fe3+无干扰,可以滴加KSCN溶液检验Fe3+;Fe3+对检验Fe2+有干扰,不能采用加KSCN溶液的方法检验Fe2+,通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液,溶液紫红色褪去说明含有Fe2+。(3)检验铁的氧化物中是否有+2价铁时,正确的思路为①步骤a中不能选用盐酸,原因是酸性KMnO4溶液可以氧化HCl。②步骤a中不能选用稀硝酸,原因是稀硝酸可以将Fe2+氧化为Fe3+。应用体验【例1】实验室以绿矾(FeSO4·7H2O)为原料制备补血剂甘氨酸亚铁[(H2NCH2COO)2Fe],有关物质的性质如下:物质甘氨酸(H2NCH2COOH)柠檬酸甘氨酸亚铁性质易溶于水,微溶于乙醇,两性化合物易溶于水和乙醇,有酸性和还原性易溶于水,难溶于乙醇实验过程:Ⅰ.配制含0.10molFeSO4的绿矾溶液。Ⅱ.制备FeCO3:向配制好的绿矾溶液中缓慢加入200mL1.1mol·L-1NH4HCO3溶液,边加边搅拌,反应结束后过滤并洗涤沉淀。Ⅲ.制备(H2NCH2COO)2Fe:实验装置如下图(夹持和加热仪器已省略),将实验Ⅱ得到的沉淀和含0.20mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中,然后利用A中反应产生的气体将C中空气排净,接着滴入柠檬酸溶液并加热。反应结束后过滤,滤液经蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品。回答下列问题:(1)步骤Ⅰ中:实验室配制绿矾溶液时,为防止FeSO4被氧化变质,应加入的试剂为

(写化学式)。

(2)步骤Ⅱ中:生成沉淀的离子方程式为

。

(3)步骤Ⅲ中:①检查装置A的气密性的方法是

。

②装置A中所盛放的药品是

(填字母)。

a.Na2CO3和稀硫酸b.CaCO3和稀硫酸c.CaCO3和稀盐酸③确认C中空气排尽的实验现象是

。

④加入柠檬酸溶液一方面可促进FeCO3溶解,另一个作用是

。

⑤洗涤步骤Ⅲ中得到的沉淀,所选用的最佳洗涤试剂是

(填字母)。

a.热水b.乙醇c.柠檬酸溶液⑥若产品的质量为17.34g,则产率为

。

答案

(1)Fe

(2)Fe2++2HC==FeCO3↓+CO2↑+H2O

(3)①夹紧连接装置A的弹簧夹,从长颈漏斗注入一定量的水,使漏斗内的水面高于具支试管中的水面,停止加水一段时间后,若长颈漏斗与具支试管中的液面差保持不变,说明装置不漏气②c③D中澄清石灰水变浑浊④防止二价铁被氧化⑤b⑥85%解析

(1)Fe2+具有较强的还原性,在制备碳酸亚铁的过程中,为了防止Fe2+被氧化,需加入少量铁粉。(2)绿矾的水溶液与NH4HCO3溶液反应的离子方程式为Fe2++2HC==FeCO3↓+CO2↑+H2O。(3)①检查装置A气密性的方法:夹紧连接装置A的弹簧夹,从长颈漏斗注入一定量的水,使漏斗内的水面高于具支试管中的水面,停止加水一段时间后,若长颈漏斗与具支试管中液面的高度差保持不变,说明装置不漏气。②装置A为固液不加热型制气装置,且具有随开随用、随关随停的特点,所以应选择块状不溶于水的CaCO3,酸只能选择盐酸,所以c项正确。③当C中充满CO2后,CO2开始进入D中,使D中的澄清石灰水变浑浊,这时说明C中空气已经排尽。④由题中信息可知,柠檬酸具有还原性,可防止Fe2+被氧化。⑤因甘氨酸亚铁易溶于水,难溶于乙醇,因此应选择乙醇作为洗涤剂,所以b正确。⑥含0.10

mol

FeSO4的绿矾溶液中Fe2+的物质的量为0.10

mol,因NH4HCO3溶液过量,所以生成(H2NCH2COO)2Fe的物质的量为0.10

mol,质量为20.4

g,变式训练1在探究某补铁剂中铁元素价态的实验中,老师取一片该补铁剂用盐酸溶解,经脱色过滤后,得到250mL近乎无色的溶液,继续加入1滴液溴(已知Br2和Cl2的性质相似),振荡,溶液变为黄色。(1)甲同学认为这不是发生化学反应所致,因溴水本身就呈棕黄色,使溶液变黄色的物质是Br2。乙同学认为这是发生化学反应所致,使溶液变黄色的物质是

(填粒子的化学式),发生反应的离子方程式为

。

(2)现提供以下试剂:A.酸性高锰酸钾溶液B.氢氧化钠溶液C.四氯化碳D.硫氰酸钾溶液。请你用两种方法支持乙同学的观点,写出选用的试剂编号及实验中应观察到的现象:项目选用试剂实验现象第一种方法

第二种方法

(3)补铁剂中铁元素含量的测定通常使用到H2O2溶液,请写出将H2O2溶液滴入该补铁剂用酸溶解并经脱色后的溶液中发生反应的离子方程式:

。

答案

(1)Fe3+

2Fe2++Br2==2Fe3++2Br-(2)项目选用试剂实验现象第一种方法D溶液由黄色变红色第二种方法C溶液分层,下层无色(3)2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O解析

(1)乙同学认为这是发生化学反应所致,溴单质具有强氧化性,能够将亚铁离子氧化成铁离子,反应的离子方程式为2Fe2++Br2==2Fe3++2Br-。(2)溴易溶于四氯化碳中而不易溶于水中,且四氯化碳与水不互溶,根据四氯化碳层颜色判断,若有机层为橙红色,乙同学观点不成立,若有机层为无色,则说明使溶液呈黄色的不是溴,乙同学观点成立;Fe3+遇KSCN溶液变为红色,向溶液中滴加硫氰酸钾溶液后,溶液呈红色,则说明使溶液呈黄色的是铁离子。(3)H2O2具有氧化性,可将Fe2+氧化为Fe3+。探究2含铁元素物质之间的转化问题探究(1)含有同种价态铁元素的物质之间通过什么类型的反应相互转化?含有不同价态铁元素的物质可以通过什么反应相互转化?提示

含有同种价态铁元素的物质之间可以通过复分解反应相互转化,含有不同价态铁元素的物质可以通过氧化还原反应转化。(2)利用铁及其化合物之间的转化关系可以解决哪些问题?提示

①离子共存问题。Fe2+在酸性条件下不能与强氧化性离子大量共存;Fe3+不能与还原性离子大量共存,如I-、S2-、S等,也不能与OH-、SCN-等大量共存。②分离与提纯。a.FeCl2(杂质FeCl3),加入铁钉或铁粉后过滤。b.FeCl3(杂质FeCl2),通入Cl2或滴加氯水或加入“绿色”氧化剂H2O2(2Fe2++H2O2+2H+===2H2O+2Fe3+)。③溶液的配制与保存。归纳拓展1.不同价态铁元素之间的转化关系

2.铁及其化合物间的转化(1)铁及其化合物的制备。①冶炼铁:Fe2O3+2AlAl2O3+2FeFe2O3+3CO2Fe+3CO2②亚铁盐、铁盐的制备:Fe2O3+6HCl==2FeCl3+3H2O2FeCl2+Cl2==2FeCl3Fe+2HCl==FeCl2+H2↑2Fe+3Cl22FeCl3(2)亚铁盐溶液的保存:加入少量铁粉防止亚铁盐被氧化。如2FeCl3+Fe==3FeCl2。(3)亚铁盐、铁盐的检验。①FeCl3+3NaOH==Fe(OH)3↓+3NaCl(生成红褐色沉淀)②FeCl2+2NaOH==Fe(OH)2↓+2NaCl、4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3(先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色)应用体验【例2】(2020北京清华附中高一期中)室温下,单质A、B、C分别为固体、黄绿色气体、无色气体。在合适反应条件下,它们可以按下面框图进行反应;已知D溶液为黄色,E溶液为无色。请回答:(1)B是

,F是

(填化学式)。

(2)反应③的离子方程式为

。

(3)反应④的离子方程式为

。

答案

(1)Cl2

FeCl2

(2)Fe+2H+==Fe2++H2↑(3)2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-解析

单质B为黄绿色气体,可知B为Cl2,C为无色气体,B与C反应生成E,E溶液是无色的,则C为H2,E为HCl,A与盐酸反应生成氢气,A应为金属单质,A与盐酸反应后生成的F为A的氯化物,F又能与氯气反应生成D,D溶液为黄色,且A与氯气可以直接生成D,可推知A为Fe,根据转化关系可知,F为FeCl2,D为FeCl3。(1)由以上分析可知,B为Cl2,F为FeCl2。(2)反应③为Fe和盐酸的反应,反应的离子方程式为Fe+2H+==Fe2++H2↑。(3)反应④为FeCl2和Cl2的反应,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-。变式训练2元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具,它指的是以元素的化合价为纵坐标,以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。下图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是(

)A.铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①B.FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②生成红棕色粉末C.转化⑦发生反应的类型是化合反应D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水溶解可实现转化③

答案

C解析

铁在高温条件下与水蒸气的反应不能实现题中转化①,A项错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,部分被氧化,氧化生成Fe3O4,B项错误;转化⑦发生反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3,属于化合反应,C项正确;加热Fe(OH)3发生转化⑥分解生成氧化铁,氢氧化铁不溶于水,加水溶解不可实现转化③,D项错误。学以致用•随堂检测全达标1.现榨的苹果汁在空气中会由淡绿色变为棕黄色,其原因可能是(

)A.苹果汁中的Fe2+变成Fe3+B.苹果汁中含有Cu2+C.苹果汁含有OH-D.苹果汁含有Fe3+答案

A解析

苹果中含有Fe2+,把苹果榨成苹果汁之后,果汁中的Fe2+被空气中的氧气氧化成Fe3+。2.下列叙述不正确的是(

)选项被提纯物质杂质除杂试剂或方法AFeCl3溶液FeCl2通入适量Cl2BFeCl2溶液FeCl3加入过量铁粉并过滤C银粉铁粉加入过量盐酸并过滤DFe(OH)3Fe(OH)2在空气中灼烧答案

D解析

A项发生反应:2FeCl2+Cl2==2FeCl3,正确;B项发生反应:Fe+2FeCl3==3FeCl2,正确;C项银与盐酸不反应,而Fe与盐酸反应,正确;D项混合物在空气中灼烧时,Fe(OH)3会分解生成Fe2O