高中化学第三章金属及其他化合物第二节第4课时铁的重要化合物学案新人教版必修1

第4课时铁的重要化合物一、铁的主要化合物1．铁的氧化物(1)铁的存在：铁在地壳中的含量居于第四位，主要以＋2、＋3价的化合物的形式存在。(2)铁的氧化物①物理性质名称氧化亚铁氧化铁四氧化三铁化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名/铁红磁性氧化铁铁元素的化合价＋2＋3＋2、＋3颜色、状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体溶解性都不溶于水②化学性质a．稳定性：Fe2O3、Fe3O4较稳定；FeO不稳定，受热被氧化为Fe2O3。b．与酸反应：FeO、Fe2O3是碱性氧化物，与盐酸反应的离子方程式分别为FeO:FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O；Fe2O3：Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O。③用途a．与颜色有关的是ⅰ、ⅱ。b.与氧化性有关的是ⅲ。ⅰ.作油漆，ⅱ.涂料，ⅲ.赤铁矿是炼铁原料。2．铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3颜色、状态白色固体红褐色固体水溶性难溶于水与盐酸反应(离子方程式)Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O稳定性(化学方程式)在空气中不稳定，易被氧化不稳定，受热易分解，2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O制备装置实验现象白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色产生红褐色沉淀制备(写离子方程式)Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓转化方程式4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)33．铁盐和亚铁盐(1)Fe3＋、Fe2＋的检验(2)Fe3＋、Fe2＋的相互转化①实验操作②实验现象：溶液由棕黄色→浅绿色→溶液无明显变化→溶液变成红色。③反应的离子方程式依次为a．Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，b．2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－，c．Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3。④结论：(3)铁盐的净水作用：向混有少量泥沙的浑浊水中加入少量Fe2(SO4)3，浑浊水会变澄清。(1)(情境思考)丹霞地貌即以陆相为主的红层发育的具有陡崖坡的地貌，也可表述为“以陡崖坡为特征的红层地貌”。丹霞地貌为什么显红色呢？提示：因为含有Fe2O3。Fe2O3为红棕色固体。(2)(知识前后串联)试从化合价的角度分析Fe、FeSO4、Fe2(SO4)3三种物质中，哪种物质可作氧化剂？哪种物质可作还原剂？哪种物质既可作氧化剂又可作还原剂？三种物质可进行转化吗？提示：Fe2(SO4)3中Fe的化合价为＋3，可作氧化剂；Fe的化合价为0，只作还原剂；FeSO4中Fe的化合价为＋2，既作氧化剂又作还原剂。Fe＋Fe2(SO4)3=3FeSO4。(3)判断下列说法是否正确。①(2018·全国卷Ⅱ)向盛有2mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液，观察颜色变化；该实验过程可用来探究维生素C的还原性(√)提示：氯化铁具有氧化性，能氧化维生素C，颜色由棕黄色变为浅绿色。②(2018·北京卷)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，观察到产生白色沉淀，随后变为红褐色；该实验中的颜色变化与氧化还原反应无关(×)提示：白色沉淀变为红褐色是氢氧化亚铁被氧化的过程。③(2019·天津卷)将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2(√)提示：FeCl2溶液与Cl2可发生反应生成FeCl3，铁还原生成的Fe3＋为Fe2＋。(4)(教材二次开发)教材中描述“白色的氢氧化亚铁[Fe(OH)2]被空气里的氧气氧化成了红褐色的氢氧化铁[Fe(OH)3]”，为防止制备的Fe(OH)2变质，可采取哪些措施？提示：①Fe2＋必须是新制的，并放入Fe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长胶头滴管末端插入试管内的液面以下。④在FeSO4溶液液面上加植物油或苯进行液封。二、铜盐1．物理性质硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等铜盐溶于水；铜绿的主要成分是Cu2(OH)2CO3，其难溶于水。2．化学性质(1)铜的化学性质不活泼，使用铜器皿比较安全。(2)铜盐属于重金属盐，都有毒，原因是铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性而失去生理活性。(情境思考)1878年，美洲大陆的葡萄园突然爆发了霉叶病，很快就蔓延到查尔斯的葡萄园。看着葡萄藤的枝叶一天天凋零枯萎，查尔斯心急如焚，到处求医问药。后来，在一位化学家的指点下，查尔斯用蓝矾、生石灰和水调制了“波尔多液”喷洒到葡萄藤上。葡萄园很快就恢复了生机，又是一片郁郁葱葱的景象。“波尔多液”是怎样进行杀菌的？提示：Cu2＋使蛋白质凝固变性。妨碍了代谢作用的正常进行。知识点一铁及其化合物的转化——“铁三角”1．“铁三角”的转化关系“铁三角”比较全面地反映了铁及其化合物的性质，以及Fe、Fe2＋、Fe3＋之间相互转化的规律，如图所示。(1)FeFe2＋或Fe3＋①与弱氧化剂反应生成Fe2＋与S、Fe3＋、Cu2＋、H＋等弱氧化剂反应生成＋2价铁，如：a．Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；b．Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu；c．Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。②与强氧化剂反应生成Fe3＋与Cl2、HNO3等强氧化剂反应生成＋3价铁，如：2Fe＋3Cl22FeCl3。(2)Fe2＋Fe或Fe3＋①与强氧化剂反应生成Fe3＋与Cl2、HNO3等强氧化剂反应生成Fe3＋，如：2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－。②与还原剂反应生成Fe与C、Al、Zn、CO、S2－等还原剂反应生成Fe，如：Zn＋Fe2＋=Zn2＋＋Fe。(3)Fe3＋Fe或Fe2＋①与C、Al、CO等还原剂反应生成Fe，如CO与Fe2O3反应的化学方程式：3CO＋Fe2O33CO2＋2Fe。②与Fe、Cu、I－、S2－等还原剂反应生成Fe2＋，如：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。2．含铁物质的除杂主要物质杂质除杂方法Fe2＋Fe3＋加过量铁粉后过滤FeCl3FeCl2加氯水或通入Cl2Fe2＋Cu2＋加过量铁粉后过滤FeAl加NaOH溶液后过滤Fe2O3Al2O3加NaOH溶液后过滤(1)(思维升华)为什么在配制FeCl2溶液时，通常加入铁粉？(宏观辨识与微观探析)提示：防止溶液中的Fe2＋被氧化成Fe3＋，即将溶液中可能存在的Fe3＋再还原成Fe2＋。(2)(情境应用)印刷电路板的过程：在复合物材料板上单面附有一薄层铜板，印刷电路时将电路部分以抗腐蚀的涂料印在铜板一面上，放入三氯化铁溶液中，没有印刷上涂料的铜被腐蚀掉，最后只剩下电路部分。上述过程发生的反应中FeCl3表现什么性质？如何证明最后的腐蚀液是否还含有FeCl3？(科学探究与创新意识)提示：腐蚀电路板时发生反应2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋，FeCl3表现氧化性。用洁净的试管取少量的样品溶液，向其中滴入KSCN溶液1～2滴，若溶液立即显红色证明含有Fe3＋。【典例】(2020·大连高一检测)几种物质间的相互转化关系如图所示：(1)A转化为B及气体的反应中应加入的试剂是_______________(填化学式)。(2)写出B的化学式：________，F的化学式：_______________________。(3)写出G→H的化学方程式：___________________________________。(4)写出检验D溶液中金属阳离子的方法：_________________________(用离子方程式表示)；向D溶液中加入A，发生反应的离子方程式是______________________________________________。【解题指南】解答本题注意以下三个突破口：(1)滤液的焰色反应为紫色。(2)J为白色沉淀。(3)白色沉淀G在空气中转化为红褐色沉淀H。【解析】根据框图信息，可以推出A为Fe，B为FeCl2，C为Cl2，D为FeCl3，E为KOH，F为KCl，G为Fe(OH)2，H为Fe(OH)3，J为AgCl。答案：(1)HCl(2)FeCl2KCl(3)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(4)Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)32Fe3＋＋Fe=3Fe2＋【母题追问】(1)如何除去FeCl3溶液中的Fe2＋？提示：向溶液中通入适量Cl2，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。(2)整个转化过程涉及几个氧化还原反应？分别是哪几个？提示：有4个。分别是A→B；B→D；D→B；G→H。解答无机物转化关系图的思维流程1．(2020·银川高一检测)下列物质反应后一定有＋3价铁生成的是()①过量的Fe与Cl2反应②Fe与过量稀硫酸反应③FeCl2溶液中通入少量Cl2④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中A．只有① B．只有①③C．只有①②③ D．全部【解析】选B。①中的Cl2氧化性强，它能将铁氧化为＋3价，由于不是在溶液中反应，因此过量的铁不会将氯化铁还原。②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2＋。③在溶液中Fe2＋被Cl2氧化生成Fe3＋。④中首先发生Fe与盐酸生成FeCl2、Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应，但题中未给出反应物间相对量的关系，若铁是足量的，则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。2．“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。汉代瓦当是以动物装饰最为优秀；秦宫遗址出土的巨型瓦当是以动物变形图案，与铜器、玉器风格十分相近。秦砖汉瓦都是由黏土烧制的砖瓦，有的是黑色的，有的却是红色的，你猜测其中的原因可能是()A．土壤中含有铁粉、二氧化锰等B．黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑，红砖则是添加了红色耐高温染料C．土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色CuO和红色CuD．土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3【解析】选D。黏土中含有Fe元素，在烧制砖瓦时，与O2反应，生成氧化物，Fe元素的氧化物有3种，FeO与Fe3O4为黑色，Fe2O3为红棕色，D项正确。知识点二Fe2＋、Fe3＋的检验方法1．Fe2＋的检验方法1样品溶液无现象溶液变红色,证明含有Fe2+方法2样品溶液产生白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明含有Fe2+方法3样品溶液生成蓝色沉淀,证明含有Fe2+2.Fe3＋的检验方法1样品溶液溶液变红色，证明含有Fe3＋方法2样品溶液产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋1．(思维升华)“硫酸铁等含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色”，该红色物质是沉淀吗？提示：不是沉淀，是Fe3＋和SCN－生成Fe(SCN)3。2．(情境应用)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Fe3＋与SCN－结合生成红色Fe(SCN)3，该现象可用于Fe3＋的检验。3．(情境应用)人体易吸收二价铁盐，难吸收三价铁盐。通过学习了解到Fe2＋和Fe3＋可以互相转化，现提供的物质有FeCl2溶液、FeCl3溶液、Fe粉、KSCN溶液、3%H2O2，请你完成实验报告证明Fe2＋和Fe3＋的互相转化。(已知：H2O2可氧化Fe2＋)(科学探究与创新意识)实验步骤实验现象结论(1)Fe2＋可被氧化成Fe3＋(2)Fe3＋可被还原成Fe2＋【解析】(1)能使硫氰化钾显示红色的是铁离子，将KSCN溶液滴入盛有FeCl2溶液的试管中，无明显现象，再加入双氧水，亚铁离子被氧化剂双氧水氧化为铁离子，会变红色，此时可以证明亚铁离子被氧化为铁离子；(2)在盛有足量Fe粉的试管中滴入FeCl3溶液，此时金属铁和三价铁之间可以反应生成亚铁离子，溶液由棕黄色变为浅绿色，再加入KSCN溶液，充分振荡无现象，此时Fe3＋被Fe粉还原成Fe2＋。答案：实验步骤实验现象(1)①将KSCN溶液滴入盛有FeCl2溶液的试管中，充分振荡②再滴入3%H2O2，充分振荡①无明显现象②溶液变红(2)①在盛有足量Fe粉的试管中滴入FeCl3溶液，充分振荡②再滴入KSCN溶液，充分振荡①溶液由棕黄色变为浅绿色②无明显现象【典例】(2021·天津河西区高一检测)下列有关Fe2＋及Fe3＋的检验方法合理的是()A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2＋B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液，溶液变为红色，说明原溶液中含有Fe2＋C．向某溶液中加入NaOH溶液，得到红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋D．向某溶液中加入NaOH溶液，得到白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋【思维建模】解答有关离子检验类试题的思维流程如下：【解析】选C。Fe3＋与KSCN溶液作用的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3(红色)，而Fe2＋与KSCN溶液不反应，如果该溶液既含Fe3＋，又含Fe2＋，滴加KSCN溶液，溶液呈红色，证明含有Fe3＋而不能证明不含Fe2＋，故A错误。若原溶液中含Fe2＋，通入Cl2，氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋，滴加KSCN溶液后显红色；若原溶液中不含Fe2＋，含有Fe3＋，通入Cl2，加入KSCN溶液同样可以变为红色，故B错误。加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋，故C正确。氢氧化镁为白色沉淀，能被红褐色沉淀掩盖，无法确定，故D错误。【母题追问】某化学小组检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，设计思路为少量固体溶液紫色褪去。其中一位同学认为可以将步骤a中的稀硫酸换为稀盐酸，是否可以？(关键能力—探究与创新)提示：不可以。步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验1．(2020·大兴区高一检测)下列反应结束后，向其中滴加KSCN溶液，溶液变成血红色的是()A．铁锈与过量稀盐酸B．FeCl3溶液与过量铜片C．FeCl3溶液与过量铁粉D．FeCl2溶液与过量锌粉【解析】选A。铁锈与过量稀盐酸反应生成FeCl3，溶液中存在铁离子，向其中滴加KSCN溶液，溶液变成血红色，故A正确；FeCl3溶液与过量铜片反应生成FeCl2，溶液中不存在铁离子，向其中滴加KSCN溶液，溶液不变血红色，故B错误；FeCl3溶液与过量铁粉反应生成FeCl2，溶液中不存在铁离子，向其中滴加KSCN溶液，溶液不变血红色，故C错误；FeCl2溶液与过量锌粉生成ZnCl2和Fe，溶液中不存在铁离子，向其中滴加KSCN溶液，溶液不变血红色，故D错误。2．“朱门酒肉臭，路有冻死骨”折射出阶层的差异，“朱门”是豪门的象征，朱门油漆往往与Fe2O3有关。请完成下列与铁有关的问题：(1)实验室保存FeCl2溶液时，常向其中加入少量铁粉原因是________________(用离子方程式表示)；某同学为检验某未知溶液是否为FeCl2溶液，采取如下实验方案加以验证：稍取未知试液于试管中溶液溶液呈红色(证明含有FeCl2)，你认为此方案________(填“合理”或“不合理”)，若不合理，如何改进____________________________________________________________。(2)A、B、C、D、E分别是铁或铁的化合物。其中D是一种红褐色沉淀。其相互反应关系如图所示：根据如图所示变化，按要求回答下列问题：①写出A、E的化学式：A________，E________；②写出其中几步反应的化学方程式：C→B：_________________________________________________；B→D：_________________________________________________；E→A：__________________________________________________。③C中加入NaOH溶液，看到的现象是_____________________________。【解析】(2)解答该题的关键是D，因为D为红褐色沉淀，可知D是Fe(OH)3，则E是Fe2O3，A是Fe，B是FeCl3，C是FeCl2。答案：(1)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋不合理先加KSCN溶液，无现象，再加入氯水，溶液变成红色，则证明原溶液有Fe2＋(2)①FeFe2O3②2FeCl2＋Cl2=2FeCl3(合理即可)FeCl3＋3NaOH=Fe(OH)3↓＋3NaCl(合理即可)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(或Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3)③出现白色沉淀，迅速变成灰绿色，最终变成红褐色三言两语话重点1．“3色2性1现象”：Fe2＋、Fe3＋、Fe(SCN)3溶液分别为浅绿色、棕黄色、红色；Fe2＋还原性较强，Fe3＋有较强氧化性。Fe(OH)2转化为Fe(OH)3现象为白色沉淀迅速转化为灰绿色最终变为红褐色。2．四个重要化学方程式2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)33．两个重要网络关系(1)从物质类别的视角认识物质间的转化关系(2)从元素价态的视角认识物质间的转化关系1．《唐本草》记载“本来绿色，新出窟未见风者，正如琉璃。陶及今人谓之石胆，烧之赤色，故名绛矾矣”。文中“绛矾”为()A.FeSO4·7H2O B．CuSO4·5H2OC．Na2SO4·10H2O D．KAl(SO4)2·12H2O【解析】选A。依据题中描述，晶体本来为绿色，加热后得到红色固体，所以该晶体为FeSO4·7H2O。2．第五套人民币在票面文字、号码等处所采用的磁性油墨中含有一种金属氧化物，它在磁码识别器上有磁性信号反应，以此可辨别真伪。该金属氧化物是()A．FeOB．CuOC．Fe3O4D．Al2O3【解析】选C。根据信息知道该氧化物具有磁性，选项中，具有磁性的物质是四氧化三铁，是磁铁矿的主要成分。3．(2020·济南高一检测)证明某溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的实验方法是()A．先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后显红色B．先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色C．滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后变为灰绿色，最后呈红褐色D．只需滴加KSCN溶液【解析】选B。Fe2＋和Fe3＋检验设计是常考的热点。设计的步骤：先加KSCN溶液，无现象，可证明溶液中不含Fe3＋，然后再滴加氯水，若溶液呈红色，说明溶液中含有Fe2＋。4．(教材二次开发·教材习题改编)制印刷电路板时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2。向盛有FeCl3溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列判断一定错误的是()A．烧杯中有铜、无铁B．烧杯中有铁、无铜C．烧杯中铁、铜都有D．烧杯中铁、铜都无【解析】选B。溶液中有Cu2