苏教版高中化学必修第二册专题9金属与人类文明第二单元探究铁及其化合物的转化课件

必修二

苏教版高中化学1|反应的合理选择(以Fe为例)知识点第二单元探究铁及其化合物的转化必备知识清单破1.铁元素的常见价态有+2、+3价,在相同价态铁元素化合物之间相互转化,通过非氧化还原

反应即可实现;在不同价态铁元素化合物之间相互转化,则需通过氧化还原反应才能实现。2.物质制备反应路线的选择(1)以铁屑为原料制取氯化铁路径Ⅰ:Fe→FeCl3路径Ⅱ:Fe→FeCl2→FeCl3路径Ⅲ:Fe→Fe2O3→FeCl3路径Ⅰ:2Fe+3Cl2

2FeCl3。路径Ⅱ:Fe+2HCl

FeCl2+H2↑、2FeCl2+Cl2

2FeCl3。路径Ⅲ:4Fe+3O2

2Fe2O3、Fe2O3+6HCl

2FeCl3+3H2O。(3)实际制备物质时,必须根据反应原料、反应条件、反应步骤、产物要求、反应装置、环

境保护、生产成本等因素进行综合判断,选择合适、可控的反应路径。(2)三条路径的化学方程式

1.实验2|铁及其化合物的性质实验知识点序号实验步骤实验现象原理实验1取两支试管分别编号为A、B,向A试管中加入3mL0.1mol·L-1FeCl3溶液,向B试管中加入3mL0.1mol·L-1

FeCl2溶液;然后向两支试管中各滴加2滴硫氰化钾溶液,观察实验现象A试管中溶液呈血红

色,B试管中没有明显

现象Fe3++3SCN-

Fe(SCN)3实验2向实验1的A试管中加入过量铁粉,观察实验现象溶液由血红色变为浅

绿色Fe+2Fe3+

3Fe2+实验3向实验1的B试管中加入少量新制氯水,观察实验现象溶液由浅绿色变为血

红色2Fe2++Cl2

2Fe3++2Cl-实验4用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液,在铜片上画一个“+”,放置片刻后,用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中铜片上留下“+”的

痕迹,小烧杯中溶液

呈蓝色2Fe3++Cu

2Fe2++Cu2+特别提醒

(1)化学上常用KSCN溶液检验Fe3+,反应的离子方程式是Fe3++3SCN-

Fe(SCN)3,现象是溶液由黄色变成血红色。(2)Fe2+的检验方法:加入KSCN溶液无明显现象,再滴入新制氯水,溶液变成血红色。(3)当溶液中Fe2+和Fe3+共存时,Fe3+的存在对Fe2+的检验会造成干扰。2.Fe3+和Fe2+的转化(1)Fe2+容易被氧化剂氧化为Fe3+,如Fe2+与H2O2反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+

2Fe3++2H2O。(2)Fe3+能够被还原剂还原为Fe2+,如Fe3+与Fe反应的离子方程式为Fe+2Fe3+

3Fe2+。

化学反应都是在一定条件下发生的。反应条件对化学反应有很大影响。在研究物质的

性质和制备时,应依据化学反应的规律和反应物、生成物的特点,合理选择并控制好反应条

件。已知:亚铁盐非常容易被氧气等氧化剂氧化,氢氧化亚铁也很不稳定,容易被空气中的氧

气氧化。做如下对比实验:3|反应条件的控制知识点实验步骤实验现象取A、B两支试管,分别加入6mL0.1mol·L-1

的新制FeSO4溶液—向A试管中滴加数滴0.1mol·L-1NaOH溶液,

边滴加边振荡试管,观察实验现象先生成白色絮状沉淀,化学方程式为FeSO4+2NaOH

Fe(OH)2↓+Na2SO4;白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程

式为4Fe(OH)2+O2+2H2O

4Fe(OH)3用长胶头滴管吸取几滴经过煮沸并冷却的0.

1mol·L-1NaOH溶液,将胶头滴管末端伸入B

试管中FeSO4溶液的液面之下,慢慢挤出

NaOH溶液,观察实验现象产生白色絮状沉淀由上述实验可知,在实验室中,利用亚铁盐与氢氧化钠溶液反应制备氢氧化亚铁时,必须

使用新制的亚铁盐溶液与不含溶解氧的氢氧化钠溶液;在反应过程中还要采取措施,防止反

应物、产物与氧气接触。特别提醒

Fe3+具有氧化性,则Fe(OH)3与还原性酸反应时,不一定只发生酸碱中和反应,还可

能发生氧化还原反应;Fe2+具有还原性,则Fe(OH)2与氧化性酸反应时,不一定只发生酸碱中和

反应,还可能发生氧化还原反应。由此可推出,酸与碱之间的反应并不一定只是中和反应。

化学式Fe(OH)2Fe(OH)3颜色白色红褐色溶解性难溶难溶稳定性在空气中易转化为Fe(OH)32Fe(OH)3

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↓归纳总结知识辨析1.铁是较活泼金属,能与盐酸反应生成FeCl3和H2,铁丝在氧气中燃烧生成Fe2O3。这种说法对

吗?2.Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。这种说法对吗?3.向含Fe3+的溶液中滴入KSCN溶液,立即出现血红色沉淀。这种说法对吗?4.某溶液通Cl2后,再加入KSCN溶液,溶液变为血红色,可以判断原溶液中一定存在Fe2+。这种

说法对吗?5.Fe2O3不能与水反应生成Fe(OH)3,所以不能通过化合反应制备Fe(OH)3。这种说法对吗?6.Zn比Fe活泼,把少量锌粉放入FeCl3溶液中,有单质Fe生成。这种说法对吗?一语破的1.不对。铁与盐酸反应生成FeCl2和H2,铁丝在氧气中燃烧生成Fe3O4。2.不对。Fe在Cl2中燃烧一定生成FeCl3,与反应物的量无关。3.不对。溶液变为血红色,不是生成血红色沉淀。4.不对。原溶液中可能存在Fe3+而不含Fe2+。Fe2+的检验方法是先加入KSCN溶液,溶液无明显

现象,再通Cl2,溶液呈血红色。5.不对。Fe(OH)3可通过化合反应4Fe(OH)2+O2+2H2O

4Fe(OH)3制备。6.不对。少量的锌粉与FeCl3反应的离子方程式为Zn+2Fe3+

Zn2++2Fe2+,没有单质Fe生成,过量的锌粉放入FeCl3溶液中,有单质Fe生成。1|Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化定点关键能力定点破

1.图示

2.转化示例(1)Fe

Fe2+:Fe+2H+

Fe2++H2↑;Zn+Fe2+

Fe+Zn2+。(2)Fe

Fe3+:2Fe+3Cl2

2FeCl3;3CO+Fe2O3

2Fe+3CO2。(3)Fe2+

Fe3+:2Fe2++Cl2

2Fe3++2Cl-;2Fe3++Fe

3Fe2+。3.“铁三角”转化关系的应用(1)判断离子共存a.Fe3+与I-、S2-、HS-等因发生氧化还原反应而不能大量共存。b.酸性条件下,Fe2+与ClO-、Mn

、N

等因发生氧化还原反应而不能大量共存。主要物质杂质除杂试剂和方法Fe3+Fe2+加入H2O2Fe2+Fe3+加入过量铁粉,过滤Fe2+Cu2+加入过量铁粉,过滤(2)分离与提纯链接拓展

(1)在配制含Fe2+的溶液时,向溶液中加入少量铁粉,目的是防止Fe2+被空气中的氧

气氧化成Fe3+。(2)为除去废水中的Fe2+,常先将废水中的Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液的pH使Fe3+转化为红褐色的Fe(OH)3沉淀析出。典例1向Fe2O3、CuO、Fe、Cu的混合粉末中加入过量的稀硫酸,充分反应后,仍有红色粉末

存在,则关于所得溶液中金属阳离子的判断正确的是

(

)A.只有Fe2+和Cu2+B.一定有Fe2+、Cu2+,可能有Fe3+C.一定有Fe2+,可能有Cu2+D.只有Fe2+

C思路点拨

根据稀硫酸过量及充分反应后,仍有红色粉末存在,可知红色粉末是Cu,则溶液中

一定不含Fe3+,因为Cu+2Fe3+

2Fe2++Cu2+。解析

混合粉末中加入过量稀硫酸后,仍有红色粉末Cu存在,说明所得溶液中一定没有Fe3+,

一定含有Fe2+,可能含有Cu2+,C符合题意。典例2某兴趣小组以部分被氧化的FeSO4为原料,制取高纯度的Fe2O3。流程图如下:

(1)在“溶解”过程中,H2O2是氧化剂,试写出加入H2O2、稀H2SO4后发生反应的离子方程式:

。(2)简述检验“溶解”过程中Fe2+是否已被完全氧化成Fe3+的实验操作:

2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O于试管中,向其中滴入适量待测液,若酸性KMnO4溶液紫红色没有褪去,说明Fe2+已被完全氧化取少量酸性KMnO4溶液(可供选择的试剂:酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、氯水)。(3)“沉铁”过程中产生红褐色沉淀,试写出相关反应的化学方程式:

。(4)操作A包括

、洗涤、干燥、

;写出操作A中发生反应的化学方程式:

。 2Fe(OH)3↓+3(NH4)2SO46NH3∙H2O+Fe2(SO4)3过滤灼烧(或加热)2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O思路点拨

依据题给流程图分析,H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,NH3∙H2O的作用是将Fe3+

转化为Fe(OH)3,据此解答此题。解析

(1)H2O2是绿色氧化剂,加入H2O2是为了将Fe2+氧化为Fe3+,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+

2Fe3++2H2O。(2)检验“溶解”过程中Fe2+是否已被完全氧化成Fe3+,即检验是否含Fe2+,可利用Fe2+的还原性,用酸性高锰酸钾溶液检验,若Fe2+有剩余,酸性高锰酸钾溶液能被Fe2+还原

而褪色。(3)“沉铁”过程中产生红褐色沉淀,是硫酸铁和一水合氨反应生成氢氧化铁,相关

反应的化学方程式为Fe2(SO4)3+6NH3·H2O

2Fe(OH)3↓+3(NH4)2SO4。(4)从溶液中分离出Fe(OH)3沉淀,需要过滤、洗涤、干燥,然后灼烧或加热使氢氧化铁分解为氧化铁和水;操作A

中发生反应的化学方程式为2Fe(OH)3

Fe2O3+3H2O。

1.观察溶液颜色的方法

2.加KSCN溶液和氯水的方法

3.加NaOH溶液的方法

2|Fe2+和Fe3+的检验方法定点4.加酸性KMnO4溶液的方法

5.插入铜片的方法

知识拓展同时含有Fe2+、Fe3+的检验方法典例1向某溶液中滴加KSCN溶液,无明显现象,再向其中滴加氯水,溶液变为血红色,则下列

说法正确的是

(

)A.原溶液中一定含有Fe3+,不含Fe2+B.原溶液中的Fe2+被还原为Fe3+C.原溶液中一定含有Fe2+,不含Fe3+D.原溶液中同时含Fe2+和Fe3+

C思路点拨

依据Fe2+、Fe3+的检验方法解答此题。解析

向溶液中滴加KSCN溶液,无明显现象,可知不含Fe3+,再向其中滴加氯水,溶液变为血红

色,可知Fe2+被氧化生成Fe3+,则原溶液中一定含有Fe2+,不含Fe3+,故选C。典例2选择合适试剂完成甲、乙两组实验。甲组:检验Fe2(SO4)3溶液中含有FeSO4;乙组:检验FeSO4溶液中含有Fe2(SO4)3。下列试剂及加入顺序能达到实验目的的是(

)

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思路点拨

掌握检验Fe2+和Fe3+的几种方法,在不同情境下采用不同的检验方法。解析

甲组:在Fe3+存在的条件下检验Fe2+,要排除Fe3+的干扰。所选试剂具备下列条件:一是

能与Fe2+发生有明显现象的反应;二是与Fe3+不反应。酸性KMnO4溶液符合条件,实验现象是

溶液紫色褪去。乙组:在Fe2+存在的条件下检验Fe3+,用KSCN溶液即可,实验现象是溶液变为

血红色。

特别提醒

(1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,否则不能排除Fe3+的干扰;当溶液较

稀时,利用观察法不宜检验Fe2+和Fe3+的存在。(2)检验含Fe2+和Fe3+的混合溶液时,要分两次分别检验,检验Fe2+时可选择酸性高锰酸钾溶液,

检验Fe3+时最好选择KSCN溶液。(3)若检验FeCl3中是否混有FeCl2,一般不采用酸性KMnO4溶液检验,因为Cl-也能与酸性KMnO4

溶液发生氧化还原反应,对F

的检验有干扰。1.制备原理(1)可溶性亚铁盐(如FeSO4)与强碱(如NaOH)溶液反应:Fe2++2OH-

Fe(OH)2↓。(2)白色沉淀Fe(OH)2很容易被O2氧化为红褐色的Fe(OH)3。因此实验过程中一定要防止生成

的Fe(OH)2被氧化,应与O2隔绝。2.防止Fe(OH)2被氧化的措施(1)将用于配制溶液的蒸馏水煮沸,使O2逸出。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖嘴插入试管中亚铁盐溶液底部(不接触试管底),并慢慢挤

出NaOH溶液。(3)在试管中亚铁盐溶液的上方充入保护气,如H2、N2、稀有气体等。(4)在试管中亚铁盐溶液上面加保护层,如苯(密度小于水,与水不互溶)、植物油等。3|Fe(OH)2的制备 定点3.常见实验装置

①

②③典例如图所示装置可用于制取Fe(OH)2并观察Fe(OH)2被O2氧化时颜色的变化。实验提供的

试剂:铁屑、稀硫酸、NaOH溶液等,下列说法不正确的是

(

)

A.烧瓶A中发生反应的离子方程式为Fe+2H+

Fe2++H2↑B.实验开始前先打开止水夹E,其目的是利用产生的H2将装置中的空气排尽C.生成Fe(OH)2的操作:关闭止水夹E,将烧瓶A中FeSO4溶液压入装置B中进行反应DD.若取下装置B的橡胶塞,可观察到沉淀由白色迅速变为红褐色思路点拨

解析

制取Fe(OH)2应使用FeSO4溶液和NaOH溶液,需在隔绝空气条件下制备Fe(OH)2。结合

图示装置可知装置B中是NaOH溶液,A中利用Fe和稀硫酸反应可制备FeSO4。烧瓶A中反应

的离子方程式为Fe+2H+

Fe2++H2↑,A项正确;实验开始时应利用A中产生的H2排出装置中的空气,即实验开始前需打开止水夹E,B项正确;当装置B中空气排尽后,可关闭止水夹E,随着

A中不断反应,A中压强增大,将A中FeSO4溶液压入装置B中反应生成Fe(OH)2,C项正确;取下

装置B的橡胶塞,Fe(OH)2被空气中的O2氧化,看到白色固体迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,

D项错误。证据推理与模型认知——新情境下铁及其化合物的相互转化素养学科素养情景破情境探究

材料一

腌制食品中含有亚硝酸盐,人若进食了较多含亚硝酸盐的腌制品,会导致人体缺氧,

临床上有很多这种病人。铁元素是人体含量最高的微量元素,血红蛋白中含有Fe2+,正是这些

Fe2+使血红蛋白具有载氧能力,如果Fe2+被氧化成Fe3+,血红蛋白就会失去载氧能力。维生素C

具有还原性,可将Fe3+还原成Fe2+,所以很多补铁剂都建议与维生素C同时服用。材料二

利用“价—类”二维图能更好地掌握元素化合物的性质,明确元素化合物之间转化

的关系。铁元素的“价—类”二维图如图所示:问题1食用过多含亚硝酸盐的腌制品,为什么会导致人体缺氧?如果你是医生,针对这样的病

人,需要进行化验,你会检验什么?该如何开处方?问题2不同价态的物质转化一般利用氧化还原反应,试用离子方程式表示Fe2+、Fe3+之间的转化(各写一个即可)。提示

2Fe3++Fe

3Fe2+,2Fe2++Cl2

2Fe3++2Cl-。提示

亚硝酸盐具有较强的氧化性,能够将血红蛋白中的Fe2+氧化为Fe3+,使血红蛋白失去载氧能力,造成人体缺氧。需要检验病人血液中Fe3+的含量是否超标;维生素C具有还原性,能够将Fe3+还原为Fe2+,所以应让病人服用维生素C。问题3高铁酸钾是一种新型高效消毒剂,主要用于饮用水的消毒和净化。从元素价态的角度

分析高铁酸钾消毒的原理。为什么高铁酸钾还能净水?提示