人教版高中化学必修一 铁及其化合物的性质 实验活动

实验活动2:铁及其化合物的性质

【实验目的】1.认识铁及其化合物的重要化学性质。2.学会铁离子的检验方法。3.认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。【实验器材及试剂】器材:试管、胶头滴管试剂:CuSO4溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、KMnO4酸性溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝【实验过程和结论】1.铁及其化合物的性质(1)铁单质的还原性①操作:在一支试管中加入2mLCuSO4溶液,再将一段铁丝放入CuSO4溶液中,过一会儿,取出铁丝。②现象:_______________________③解释(含离子方程式):____________________________________________________________________

铁丝表面有红色物质生成铁的还原性强于铜,把铜从溶液中置换出来,离子方程式为Fe+Cu2+====Fe2++Cu(2)铁盐的氧化性实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)取3mLFeCl3溶液加入试管中,加入几小块铜片,振荡,过一会儿,观察现象________________________________________________________________________________铜片不断溶解,溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色Fe3+具有氧化性。2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)在一支盛有3mL水的试管中滴加几滴FeCl3溶液,再滴加3滴KI溶液,观察现象,然后再向溶液中滴加2滴淀粉溶液,观察现象___________________________________________________________________________________________________溶液变为棕黄色,加入淀粉溶液后,溶液变为蓝色Fe3+具有氧化性。I-具有还原性。2Fe3++2I-====2Fe2++I2(3)亚铁盐的氧化性和还原性实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)取3mLFeCl2溶液加入试管中,加入几小块锌片,振荡,过一会儿,观察现象______________________________________________________________________溶液由浅绿色逐渐变为无色Fe2+具有氧化性。离子方程式为Fe2++Zn====Fe+Zn2+实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)在一支试管中加入酸性KMnO4溶液,然后向试管中加入少量FeSO4溶液,观察溶液颜色变化。当溶液紫色褪去时,再滴加2滴KSCN溶液,观察现象______________________________________________________________________________________________________________________________________________________酸性KMnO4溶液慢慢褪色,当溶液紫色褪去时,再滴加KSCN溶液,溶液变为红色Fe2+具有还原性,与酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应,使酸性KMnO4溶液褪色,并生成Fe3+2.铁离子的检验实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)在一支盛有2mL蒸馏水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液,然后滴加几滴KSCN溶液,观察现象_______________________________________________________溶液变为红色含Fe3+的溶液遇到KSCN溶液时,溶液变为红色实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液,然后加入适量铁粉,轻轻振荡片刻,再加入几滴KSCN溶液,观察现象______________________________________________加入足量铁粉后,溶液红色褪去2Fe3++Fe====3Fe2+【拓展实验】试设计一个实验,验证在空气中久置的氯化亚铁粉末是否被氧化?是部分氧化还是全部氧化?提示:实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)取少量在空气中久置的氯化亚铁粉末溶于水中配成溶液,分别加入两支试管中实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)向一支试管中加入少量KSCN溶液,观察现象如果溶液变为红色,说明氯化亚铁已被氧化;如果无明显现象,说明氯化亚铁未被氧化氯化亚铁被氧化后生成氯化铁,Fe3+遇到KSCN溶液变红色实验操作实验现象实验解释(含离子方程式)如果氯化亚铁已经被氧化,向另一支试管中加入少量酸性KMnO4溶液,观察现象如果酸性KMnO4溶液褪色,说明氯化亚铁部分氧化,如不褪色,说明氯化亚铁全部氧化Fe2+具有还原性,将酸性KMnO4溶液还原为无色溶液【问题讨论】1.以铁屑为原料,如何制备硫酸亚铁晶体?提示:(1)把从工厂取来的铁屑放入烧杯中,加入适量稀氢氧化钠溶液浸两天,除去铁屑表面的油污。(2)把铁屑取出用水洗涤,向铁屑中加入足量稀硫酸,加热,搅拌,用温度计测量温度,过滤除去不溶性杂质,滴入几滴KSCN溶液,若不变红,说明反应液中不含Fe3+。(3)加热蒸发,出现大量晶体时趁热过滤,即得硫酸亚铁晶体。

2.实验室保存硫酸亚铁溶液时,往往加入一定量的铁粉或铁钉,目的是什么?提示:加入少量铁粉或铁钉的目的是防止硫酸亚铁溶液被空气中的氧气氧化,发生反应2Fe3++Fe====3Fe2+,加入铁粉或铁钉将被氧化生成的Fe3+重新还原为Fe2+。第2课时铁盐和亚铁盐

一、Fe2+和Fe3+的检验【巧判断】(1)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2 (

)提示:×。Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色。(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硫酸后滴加KSCN溶液,再观察溶液是否变红 (

)提示:√。如果绿矾变质,会生成Fe3+,滴加KSCN溶液会变红色。【情境·思考】化学老师在课堂上演示了一个“血手印”魔术。预先在手上喷上KSCN溶液,然后印在白纸上晾干。用FeCl3溶液喷洒白纸,白纸立刻出现红色血手印。这个现象与FeCl3的性质有什么关系?有什么用途?提示:该魔术利用了Fe3+与SCN-结合生成红色Fe(SCN)3,该现象可用于Fe3+的检验。二、Fe2+与Fe3+的转化1.实验及现象2.反应的离子方程式______________________________________,______________________。3.结论2Fe3++Fe====3Fe2+,Fe3++3SCN-====Fe(SCN)32Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-【情境·思考】工业印刷电路板的制作流程如图所示,其中“蚀刻”所用的就是溶液FeCl3。(1)FeCl3溶液蚀刻印刷铜板的原理是怎样的?提示:2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+。(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。(3)反应后的“蚀刻液”中含有哪些金属离子?如果要回收得到Cu和FeCl3,需要怎样设计回收方案?提示:反应后的“蚀刻液”中含有Fe3+、Fe2+、Cu2+等金属离子。为从溶液中提取Cu,应向溶液中加入过量铁粉:Fe+Cu2+====Fe2++Cu、Fe+2Fe3+=3Fe2+;然后用盐酸溶解过量的铁粉:Fe+2HCl====FeCl2+H2↑;过滤后,得到Cu,再向滤液中加入新制氯水即可得到FeCl3:2FeCl2+Cl2====2FeCl3。知识点一Fe2+、Fe3+、Fe的相互转化——“铁三角”【重点释疑】1.Fe只具有还原性,可以被氧化剂氧化为Fe2+、Fe3+如:Fe+SFeS,Fe+2Fe3+====3Fe2+,Fe+Cu2+====Cu+Fe2+;2Fe+3Cl22FeCl3,3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。点燃====高温====△====2.Fe2+既具有氧化性又具有还原性如:2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-,Zn+Fe2+====Zn2++Fe,FeO+COFe+CO2。

△====3.Fe3+具有较强氧化性,可被还原为Fe2+或Fe如:2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+,Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2,Fe2O3+2Al

2Fe+Al2O3。高温====高温====【思考·讨论】(1)利用离子间的转化分析,怎样除去FeCl3溶液中含有的FeCl2杂质?提示:向混合溶液中加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。(2)根据Fe2+的性质分析,实验室中应该怎样保存亚铁盐溶液?提示:向亚铁盐溶液中加入铁粉,防止Fe2+被氧化。【案例示范】【典例】(2019·济南高一检测)已知A是一种常见金属,F是一种红褐色沉淀。试根据图中转化关系,回答下列问题。(1)写出A、C、F、G的化学式:A.________,C.________,F.________,G.________。

(2)检验D中阳离子的方法______________。

(3)保存C溶液时要加固体A的原因是____________。(4)写出下列转化的离子方程式或化学方程式。①A→C:____________________________;

②C→D:____________________________。

【思维建模】解答有关无机物转化关系图的思维流程如下:本题的突破口为:(1)F是一种红褐色沉淀——F为氢氧化铁;(2)B与盐酸反应生成两种盐,且通Cl2可以转化——含有变价金属,B为Fe3O4。【解析】(1)A是一种常见金属,F是一种红褐色沉淀,由转化关系可知,F为Fe(OH)3,A为Fe,Fe与氧气反应生成的B为Fe3O4,四氧化三铁与盐酸反应得到氯化亚铁与氯化铁,故Fe与盐酸反应得到的X为氢气、C为FeCl2,可推知E为Fe(OH)2、D为FeCl3,G为Fe2O3;(2)D为FeCl3,含有的阳离子为Fe3+,检验Fe3+的方法为取少量D溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,证明有Fe3+;(3)FeCl2易被空气中的氧气氧化,保存FeCl2溶液时加固体Fe,防止Fe2+被氧化;(4)①A→C反应的离子方程式为Fe+2H+====Fe2++H2↑,②C→D反应的离子方程式为2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-。答案:(1)Fe

FeCl2

Fe(OH)3

Fe2O3(2)取少量D溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,证明有Fe3+

(3)防止Fe2+被氧气氧化(4)①Fe+2H+====Fe2++H2↑②2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-【母题追问】(1)在整个转化关系图中有几个氧化还原反应?提示:有7个,分别是A→B,A→C,G→A,C→D,D→C,E→F,E→G。(2)在E转化为F过程中,会观察到怎样的现象?提示:白色沉淀变为灰绿色,最后变成红褐色。【迁移·应用】硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁,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【解析】选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,但会引入新的杂质锌离子、镁离子、铝离子等。知识点二Fe3+、Fe2+的检验【重点释疑】1.用KSCN溶液和氯水2.用NaOH溶液3.含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验【知识拓展】Fe2+的特征检验方法溶液产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,3Fe2++2[Fe(CN)6]3-====Fe3[Fe(CN)6]2↓。【思考·讨论】如何证明含有Fe3+的溶液中是否含有Fe2+?提示:由于溶液中含有Fe3+,利用NaOH溶液或KSCN溶液都无法证明溶液中是否含有Fe2+;可以利用Fe2+的还原性,向溶液中加入酸性KMnO4溶液,溶液紫红色褪去,证明溶液中含有Fe2+。【案例示范】【典例】某同学为了检验家中的一瓶补铁药(主要成分为FeSO4)是否变质,查阅了有关资料,得知Fe2+能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使高锰酸钾溶液褪色,并结合已学的知识设计了如下实验:将药片除去糖衣研细后,溶解过滤,取滤液分别加入两支试管中,在一支试管中滴入酸性高锰酸钾溶液,在另一支试管中滴入KSCN溶液。请你填出该同学实验中出现以下现象时应得出的结论:(1)①若滴入酸性高锰酸钾溶液后褪色,滴入KSCN溶液后不变红,可以得出什么结论?②在①所得溶液中再滴加氯水,会观察到什么现象?(2)若滴入酸性高锰酸钾溶液后不褪色,滴入KSCN溶液变红,可以得出什么结论?(3)①若滴入酸性高锰酸钾溶液后褪色,滴入KSCN溶液变红,可以得出什么结论?②在①的情况下,向其中一支试管中滴加适量的氢氧化钠溶液,根据现象能证明滤液中含有Fe2+吗?(4)能不能将KMnO4溶液和KSCN溶液滴入同一试管中进行验证,为什么?试进行解释说明。【解析】(1)①根据实验现象分析,高锰酸钾褪色说明有Fe2+;KSCN溶液不变红,说明没有Fe3+;从而确定药品没有被氧化;②加入氯水将Fe2+氧化为Fe3+,溶液变红;(2)根据实验现象分析,高锰酸钾不褪色说明没有Fe2+;KSCN溶液变红,说明有Fe3+;从而确定药品完全被氧化;(3)①根据实验现象分析,高锰酸钾褪色说明有Fe2+;KSCN溶液变红,说明有Fe3+;从而确定药品部分被氧化;②溶液中含有Fe3+,滴加氢氧化钠溶液立即生成红褐色沉淀,干扰生成“白色沉淀变为灰绿色,最后变成红褐色”现象的判断;(4)KMnO4溶液呈紫红色,Fe(SCN)3是红色,所以影响观察Fe(SCN)3的红色;KSCN具有较强的还原性,可以被KMnO4氧化,影响Fe2+的检验。答案:(1)①没有被氧化②溶液变红。加入氯水将Fe2+氧化为Fe3+。(2)完全被氧化(3)①部分被氧化②不能(4)不能,原因是KMnO4溶液呈紫红色,影响Fe3+的检验;KSCN具有还原性,影响Fe2+的检验【易错提醒】检验Fe2+和Fe3+时的注意事项(1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水能氧化SCN-)。(2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原酸性KMnO4,有干扰)。【迁移·应用】要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时,最佳顺序为 (

)①加入足量氯水②加入足量酸性KMnO4溶液③加入少量NH4SCN溶液A.①③ B.③② C.③① D.①②③【解析】选C。在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液,溶液不变红色,证明无Fe3+存在,再加入足量氯水,将Fe2+氧化成Fe3+,溶液变为红色。KMnO4溶液呈紫红色,溶液颜色变化不明显,所以不能用酸性KMnO4溶液检验。【补偿训练】硫酸亚铁缓释片可以补铁、防治贫血,但存放不当很容易变质,药片中的Fe2+被氧化生成Fe3+。若将药片配成溶液,需使用刚刚煮沸过又冷却的蒸馏水,原因是____________________。实验室检验Fe3+,除了可以用碱外,常用的试剂是(填化学式)____________,若____________,则证明有Fe3+。【解析】硫酸亚铁缓释片溶于水时,药片中的Fe2+易被水中溶解的O2氧化为Fe3+,因此将药片配成溶液时,应预先将蒸馏水煮沸,以除去水中溶解的O2;检验Fe3+,还可以用KSCN溶液,Fe3+与SCN-发生反应使溶液变成红色。答案:防止水中溶解的氧气氧化Fe2+

KSCN溶液变成红色

【课堂回眸】【核心整合】1.铁元素的二维价态图2.实例分析(1)铁元素的二维价态图中转化①的化学方程式:___________________________,溶液中发生该转化过程的现象是_______________________________________________。4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变为红褐色沉淀(2)Fe(OH)3受热易分解,写出转化②的化学方程式:_____________________。△====2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O(3)将Fe2+转化为Fe3+需要加入_______,将Fe3+转化为Fe2+需要加入_______(填“氧化剂”或“还原剂”)。氧化剂还原剂【素养迁移】1.某兴趣小组进行某补血剂中铁元素含量的测定实验流程如下:下列说法不正确的是 (

)A.步骤①研磨时需要在研钵中进行B.步骤②加入氨水的作用是将Fe2+完全沉淀C.步骤③多步操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重D.每片补血剂中铁元素的质量为0.07wg【解析】选B。步骤①是将补血剂磨成细粉,便于溶解,研磨时需要在研钵中进行,A正确;步骤②中加入过氧化氢是将Fe2+氧化为Fe3+,然后用过量氨水将Fe3+完全沉淀为红褐色氢氧化铁,B错误;步骤③是将氢氧化铁沉淀转化为氧化铁,通过测定氧化铁的质量,计算补血剂中铁元素的含量,所以操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重,C正确;wg氧化铁中铁元素的质量即为10片补血剂中铁的质量,所以每片补血剂含铁元素的质量为=0.07wg,D正确。2.常见的食品脱氧剂多为无机铁系脱氧剂,其主要成分为活性铁粉。这利用了铁的哪种性质?脱氧中的一步主要反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3(红褐色固体),分析该反应中的氧化剂和还原剂。提示:铁粉作脱氧剂,利用了铁粉的还原性。在反应4Fe(OH)2+O2+2H2O=====4Fe(OH)3

中,Fe(OH)2是还原剂,O2是氧化剂。3.某化学兴趣小组在探究次氯酸钠溶液的性质时发现,往过量FeSO4溶液中滴入几滴NaClO溶液,并加入适量硫酸,溶液立即变黄。(1)利用所学知识分析,溶液变黄的原因是什么?怎样验证你的推测是正确的?提示:溶液立即变黄,是因为Fe2+被NaClO溶液氧化为Fe3+。可以通过加入KSCN溶液进行检验。(2)甲同学推测该反应的还原产物为Cl2,乙同学认为甲同学的看法是错误的,乙同学的依据是什么?提示:FeSO4溶液过量,Cl2会被过量的Fe2+还原为Cl-。(3)你能写出上述过程中所发生反应的离子方程式吗?提示:2Fe2++ClO-+2H+=====2Fe3++Cl-+H2O。4.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(相当于铁60毫克)。【性状】本品为红色糖衣片,除去糖衣后显淡蓝绿色。【适应症】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。某兴趣小组将硫酸亚铁片进行处理得到下图的红外套、白衬衫、绿身体。(1)根据上述描述,哪些部分含有铁元素?提示:根据铁的化合物的颜色,可推测“红外套”可能为氧化铁;“绿身体”为硫酸亚铁。(2)根据(1)中的推测,设计实验验证。提示:“红外套”的检验:取少量“红外套”溶于稀硫酸,加入KSCN溶液,溶液变红,则“红外套”为氧