专题9第二单元探究铁及其化合物的转化课件高一下学期化学苏教版

第二单元探究铁及其化合物的转化专题9

金属与人类文明素养目标1.了解铁及其化合物的主要化学性质,从物质分类和氧化还原反应角度理解物质的性质,逐渐形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。2.掌握Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化;掌握Fe2+、Fe3+的检验方法,逐渐形成科学探究与创新意识的化学学科核心素养。基础落实

必备知识全过关必备知识一、反应的合理选择1.氯化铁的制备(1)铁元素的化合价铁元素的常见价态有

、

价,在相同价态铁元素化合物之间进行转化,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进行转化,则需通过

反应才能实现。

+2+3氧化还原(2)氯化铁的制备路径以铁屑为原料制取,有多条反应路径。Fe→FeCl3①Fe→FeCl2→FeCl3②Fe→Fe2O3→FeCl3③上述反应过程中生成FeCl3的化学方程式:①

;

②

;

③

。

2Fe+3Cl22FeCl3Fe+2HCl══FeCl2+H2↑,2FeCl2+Cl2══2FeCl3

4Fe+3O2══2Fe2O3,Fe2O3+6HCl══2FeCl3+3H2O2.物质制备反应路线的选择实际制备物质时,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。3.Fe3+的检验红褐血红色4.Fe2+与Fe3+的相互转化(1)Fe2+→Fe3+:需加氧化剂,如Cl2、O2、H2O2、HNO3等。反应的离子方程式:

,

,

,

。

(2)Fe3+→Fe2+:需加还原剂,如Fe、Cu等,反应的离子方程式:

,

。

2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-

4Fe2++4H++O2══4Fe3++2H2O

2Fe2++H2O2+2H+══2Fe3++2H2O3Fe2++4H++

══3Fe3++NO↑+2H2O2Fe3++Fe══3Fe2+

2Fe3++Cu══2Fe2++Cu2+【微思考1】Fe元素的常见价态有单质中0价,化合物中+2和+3价,在很强的氧化条件下可以呈现不稳定的+6价,试从铁元素的化合价特点分析Fe、Fe2+、Fe3+的氧化性和还原性,并举例说明。提示

(1)单质铁0价,为铁的最低价态,在化学反应中化合价升高,只具有还原性,可被氧化剂氧化,强氧化剂可把铁直接氧化为+3价,如2Fe+3Cl22FeCl3,弱氧化剂可把Fe氧化为+2价,如Fe+Cu2+══Cu+Fe2+。(2)Fe2+处于中间价态,既可以升高到+3价,表现还原性,也可以降低到0价,表现氧化性。表现还原性可被强氧化剂氧化,如2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-;表现氧化性可被还原剂还原,如Fe2++Zn══Zn2++Fe。(3)Fe3+处于较高价态,具有较强氧化性,可被还原剂还原,如2Fe3++Fe══3Fe2+,若加入过量的强还原剂可能会还原生成Fe,如2Fe3++3Zn══2Fe+3Zn2+。二、反应条件的探究向FeSO4溶液中加入NaOH溶液

根据该实验现象可推断Fe2+的存在现象:产生

色絮状沉淀并逐渐变成

色,最后变成

色。

反应方程:

,

。

结论:Fe2+与OH-反应生成白色的氢氧化亚铁。氢氧化亚铁极易被空气中的氧气氧化,最后生成红褐色的氢氧化铁。白

灰绿红褐FeSO4+2NaOH══

Na2SO4+Fe(OH)2↓

4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3【微思考2】根据Fe2+与碱液的反应现象可以检验溶液中的Fe2+。若某溶液中同时含有Fe2+和Fe3+,能否通过加入碱液的方法检验其中的Fe2+?提示

不能。Fe3+与碱液反应生成红褐色的Fe(OH)3沉淀,会掩盖Fe(OH)2沉淀的颜色,难以确定Fe2+是否存在。自我检测1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)Fe2+只有还原性,没有氧化性。(

)(2)Fe3+被Cu还原可得到铁单质。(

)(3)Fe2+、Fe3+共存时,也可用KSCN溶液和氯水检验Fe2+的存在。(

)(4)铁与稀硫酸反应的离子方程式为2Fe+6H+══2Fe3++3H2↑。(

)(5)Fe3+遇到KSCN溶液会生成血红色沉淀。(

)×√×××2.下列氢氧化物既有碱性又有还原性的是(

)A.Mg(OH)2

B.Fe(OH)2C.NaOH

D.Al(OH)3B解析

四种氢氧化物均有碱性,而Fe(OH)2中Fe元素为+2价,处于中间价态,故Fe(OH)2具有还原性。3.已知有以下物质相互转化,A是中学化学中常见的金属单质。

(1)写出下列物质的化学式:A

;B

。

(2)由E转变成F的化学方程式:

。

(3)用KSCN溶液鉴别G溶液的现象为

;向G溶液加入A的有关反应的离子方程式:

。

FeFeCl24Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3溶液变为血红色

2Fe3++Fe══3Fe2+解析

F是红褐色沉淀氢氧化铁,金属单质A是铁,与盐酸反应生成氢气J和氯化亚铁B,氯化亚铁与碱溶液反应生成白色沉淀氢氧化亚铁E和D溶液,氢氧化亚铁在空气中被氧气氧化生成氢氧化铁F,氢氧化铁与盐酸反应生成氯化铁G。重难探究

能力素养全提升探究一铁与酸、盐溶液及水的反应深化拓展1.从物质类别角度认识铁的化学性质

2.从元素价态角度认识铁的化学性质

应用体验【典例1】把铁粉放入下列溶液中,铁粉溶解,溶液质量减小,但没有气体放出的是(

)A.稀硫酸

B.NaHSO4溶液C.CuSO4溶液

D.NaOH溶液C解析

Fe与稀硫酸发生的反应为Fe+H2SO4══FeSO4+H2↑,铁粉溶解,溶液的质量增加,有气体放出,A错误;NaHSO4在水溶液中能电离出H+,加入铁粉,生成FeSO4和H2,有气体放出,B错误;Fe与CuSO4溶液发生的反应为Fe+CuSO4══FeSO4+Cu,溶解56

g

Fe的同时析出64

g

Cu,溶液的质量减小,不产生气体,C正确;Fe投入NaOH溶液中,不发生反应,D错误。变式训练1(2024陕西榆林高一期中)用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验(部分夹持装置已略去),下列说法错误的是(

)A.装置A的作用是为实验提供持续不断的水蒸气B.反应中生成22.4L(标准状况下)氢气时,转移电子数为

NAC.装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰D.实验开始时应先点燃装置A中的酒精灯,再点燃酒精喷灯B解析

进行Fe与水蒸气反应的实验,装置A的作用是为实验提供持续不断的水蒸气,故A正确;反应中氢元素化合价由+1价降低为0价,生成22.4

L(标准状况下)氢气时,转移电子数为2NA,故B错误;装置C的作用是干燥氢气,加入的固体干燥剂可能是碱石灰,故C正确;为防止铁和氧气反应,实验开始时应先点燃装置A中的酒精灯,等水蒸气排尽装置内的空气后再点燃酒精喷灯,故D正确。探究二

Fe2+与Fe3+的检验

问题探究1.向含Fe2+的溶液中加入NaOH溶液时有何现象?提示

先生成白色沉淀,逐步变成灰绿色,最后变成红褐色。

2.检验Fe2+时,能否先加氯水再加KSCN溶液?

3.Fe2+和Fe3+共存时,如何检验溶液中的Fe3+?提示

不能。先加氯水可把Fe2+氧化成Fe3+,如果原溶液中不含Fe2+,只含Fe3+,则加KSCN溶液后,溶液变为血红色,不能证明原溶液中含有Fe2+。提示

加入KSCN溶液,若溶液变为血红色,则证明有Fe3+。

深化拓展Fe2+和Fe3+的检验主要有两种方法:加碱法和加KSCN溶液法。一般用加KSCN溶液法物质Fe2+Fe3+溶液颜色浅绿色黄色沉淀颜色(NaOH溶液)①现象:白色沉淀→灰绿色沉淀→红褐色沉淀;②反应:Fe2++2OH-══Fe(OH)2↓,4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3①现象:红褐色沉淀;②反应:Fe3++3OH-══Fe(OH)3↓显色反应(KSCN溶液)①现象:滴加KSCN溶液无明显现象,再滴入氯水,溶液变为血红色;②反应:2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-,Fe3++3SCN-══Fe(SCN)3①现象:溶液变为血红色;②反应:Fe3++3SCN-══Fe(SCN)3

微点拨

(1)用KSCN溶液与氯水验证Fe2+的存在时,KSCN溶液与氯水的滴加顺序不能颠倒,也不能用酸性高锰酸钾溶液代替氯水。Fe2+对检验Fe3+无干扰,可滴加KSCN溶液检验Fe3+(2)Fe2+和Fe3+共存时,检验Fe2+的方法:①利用Fe2+的还原性,一般可用酸性KMnO4溶液,加入酸性KMnO4溶液,若紫色褪去,说明含有Fe2+。②若溶液中含有还原性较强的离子,如Cl-,则不能用酸性KMnO4溶液,可用K3[Fe(CN)6]溶液。加入K3[Fe(CN)6]溶液产生蓝色沉淀,说明含有Fe2+。应用体验【典例2】选择合适试剂完成甲、乙两组实验。甲组:检验含Fe3+的溶液中是否含有Fe2+;乙组:检验含Fe2+的溶液中是否含有Fe3+。下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是(

)选项甲组乙组A新制氯水、KSCN溶液氢氧化钠溶液B酸性KMnO4溶液KSCN溶液CKOH溶液溴水D溴水酸性KMnO4溶液B解析

甲组,在Fe3+存在的条件下,检验Fe2+,要排除Fe3+干扰。所选试剂应具备下列条件: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:5Fe2+++8H+══5Fe3++Mn2++4H2O,现象为紫色变浅(或褪色)。乙组为在Fe2+存在的条件下,检验Fe3+,用KSCN溶液检验Fe3+,Fe2+无干扰。变式训练2(2024河北唐山高一期末)某混合物可能含有Al、Fe、CuO、Fe2O3,为探究该混合物成分,学习小组设计如图所示方案。下列分析错误的是(

)A.已知m>n,则混合物中一定含有AlB.蓝绿色溶液中一定含Fe3+C.步骤Ⅰ反应的离子方程式:2Al+2OH-+6H2O══2[Al(OH)4]-+3H2↑D.向溶液N中加入足量盐酸可得到无色溶液B解析

混合物加入NaOH溶液中,由于Al和NaOH溶液反应,结合m>n,可知混合物中一定含有Al,A正确;步骤Ⅰ反应的离子方程式为2Al+2OH-+6H2O══2[Al(OH)4]-+3H2↑,C正确;溶液N的主要成分为Na[Al(OH)4]和过量的NaOH,向溶液N中加入足量盐酸,[Al(OH)4]-转化为Al3+,得到无色溶液,D正确;固体N加入过量盐酸,得到蓝绿色溶液和固体P,说明盐酸和CuO、Fe2O3反应生成氯化铜、氯化铁,Fe还原氯化铜、氯化铁生成Cu和氯化亚铁,则固体P为Cu,Cu可以与Fe3+反应,因此蓝绿色溶液中一定不含Fe3+,B错误。探究三探究氢氧化亚铁的制备问题探究实验表明,Fe(OH)2很不稳定,容易被空气中的O2氧化。小倩同学查阅资料,设计如图所示装置来制取Fe(OH)2沉淀和观察Fe(OH)2在空气中被O2氧化时的颜色变化。(1)实验开始时,如何排出装置内的空气,防止Fe(OH)2被氧化?

(2)装置A中反应一段时间后,如何操作可制取Fe(OH)2白色沉淀?

提示

先打开活塞E,再打开分液漏斗活塞滴入6

mol·L-1硫酸,利用反应产生的H2排出装置内的空气。提示

关闭活塞E,利用产生的H2使装置A中压强增大,将A中溶液压入装置B中,在B中生成Fe(OH)2白色沉淀。(3)取下装置B的橡胶塞,使空气进入装置B,观察到什么现象?写出反应的化学方程式。提示

白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,过一段时间后还会有红褐色物质生成;4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3。深化拓展1.实验室制备Fe(OH)2的两种方法

2.实验室制备Fe(OH)2的注意事项(1)亚铁盐必须是新制的,并加入铁粉,防止Fe2+被空气中的O2氧化为Fe3+;(2)要除去溶液中溶解的O2,其方法是加热煮沸NaOH溶液;(3)长胶头滴管末端伸入试管内亚铁盐溶液的液面以下,再挤出NaOH溶液;(4)必要时,可在溶液上方加少量煤油、植物油、苯等密度小于水的有机溶剂进行液封,以隔绝空气。应用体验【典例3】在实验室里用以下方法制备并较长时间保存Fe(OH)2,能成功的是(

)C解析

NaOH溶液滴入FeSO4溶液中,二者在FeSO4液面处生成Fe(OH)2,Fe(OH)2迅速被O2氧化,不能较长时间保存,A错误;NaOH溶液与FeCl3溶液反应生成红褐色沉淀Fe(OH)3,不能制取Fe(OH)2,B错误;先滴加稀硫酸,铁粉与稀硫酸反应生成H2,利用产生的H2排出装置内空气,再滴加NaOH溶液,反应生成白色沉淀Fe(OH)2,并能较长时间保存,C正确;NaOH溶液通过长胶头滴管滴入FeCl2溶液中,在液体内部生成Fe(OH)2,未隔绝空气,不能较长时间保存Fe(OH)2,D错误。【变式设问】若对装置D进行改进,如何操作可达到预期实验目的?提示

预先将NaOH溶液煮沸、冷却,向FeCl2溶液中加少量铁粉,并在FeCl2溶液表面加少量煤油、苯等有机化合物隔绝空气。变式训练3(2024河北石家庄高一期末)某同学欲利用如图装置制取能较长时间存在的Fe(OH)2,其中实验所用溶液现配现用且蒸馏水先加热煮沸。下列分析正确的是(

)A.Fe(OH)2易被氧化,反应的化学方程式为2Fe(OH)2+O2+H2O══2Fe(OH)3B.实验开始时应先关闭止水夹a、打开b,再向烧瓶中加入XC.反应一段时间后可在烧瓶中观察到白色沉淀D.反应结束后若关闭b及分液漏斗活塞,则Fe(OH)2可较长时间存在D解析

实验开始时应先打开止水夹a、b,再向烧瓶中加入稀硫酸,铁和稀硫酸反应生成的氢气排尽锥形瓶内的空气,故B错误;Fe(OH)2具有还原性,易被氧气氧化为氢氧化铁,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3,故A错误;反应一段时间后,关闭止水夹a,烧瓶内的硫酸亚铁被氢气压入锥形瓶,在锥形瓶内生成白色沉淀氢氧化亚铁,故C错误;反应结束后若关闭b及分液漏斗活塞,氢氧化亚铁与空气隔绝,则Fe(OH)2可较长时间存在,故D正确。学以致用随堂检测全达标12341.(2024四川雅安高一期末)下列物质能通过单质间化合反应直接制得的是(

)①FeCl2

②FeCl3

③Fe(OH)3

④FeSA.只有②

B.只有①②③C.只有①③④ D.只有②④D解析

铁在氯气中燃烧只能生成FeCl3,不能生成FeCl2,故①不符合题意,②符合题意;不能通过单质化合反应直接制得氢氧化铁,故③不符合题意;铁与硫共热反应生成FeS,故④符合题意;故选D。12342.向含有一定物质的量的FeCl3和CuCl2的混合溶液中逐渐加入Fe粉至过量,该溶液的质量随加入铁粉的质量的变化关系图为(

)A1234解析

FeCl3和CuCl2的混合溶液中逐渐加入Fe粉至过量,可先后发生反应:2FeCl3+Fe══3FeCl2、CuCl2+Fe══FeCl2+Cu。Fe先与FeCl3溶液反应,溶液的质量增加,FeCl3反应完全后再与CuCl2溶液反应,由于Fe的相对原子质量小于Cu的相对原子质量,导致溶液质量减小,当FeCl3和CuCl2全部反应完全,溶液质量保持不变,故A图像正确。12343.(2024河北张家口高一期末)下列实验操作、现象和结论均正确的是(

)选项实验操作和现象实验结论A向某溶液中加入NaOH溶液,立即产生红褐色沉淀该溶液中一定含有Fe3+,可能含有Fe2+B向某溶液中滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀该溶液中一定含有Ag+C向新制的氯水中滴加紫色石蕊溶液,紫色褪去Cl2具有漂白性D向某溶液中滴加新制氯水,无明显现象,再滴加几滴KSCN溶液,溶液变为红色原溶液中一定含有Fe2+A1234解析

向某溶液中加入NaOH溶液,立即产生红褐色沉淀氢氧化铁,一定含有Fe3+