第二單元探究鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化專題9

金屬與人類文明素養(yǎng)目標(biāo)1.了解鐵及其化合物的主要化學(xué)性質(zhì),從物質(zhì)分類和氧化還原反應(yīng)角度理解物質(zhì)的性質(zhì),逐漸形成宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。2.掌握Fe、Fe2+、Fe3+之間的相互轉(zhuǎn)化;掌握Fe2+、Fe3+的檢驗(yàn)方法,逐漸形成科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)?；A(chǔ)落實(shí)

必備知識全過關(guān)必備知識一、反應(yīng)的合理選擇1.氯化鐵的制備(1)鐵元素的化合價(jià)鐵元素的常見價(jià)態(tài)有

、

價(jià),在相同價(jià)態(tài)鐵元素化合物之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化,通過非氧化還原反應(yīng)即可實(shí)現(xiàn);在不同價(jià)態(tài)鐵元素化合物之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化,則需通過

反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)。

+2+3氧化還原(2)氯化鐵的制備路徑以鐵屑為原料制取,有多條反應(yīng)路徑。Fe→FeCl3①Fe→FeCl2→FeCl3②Fe→Fe2O3→FeCl3③上述反應(yīng)過程中生成FeCl3的化學(xué)方程式:①

;

②

;

③

。

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

4Fe+3O2══2Fe2O3,Fe2O3+6HCl══2FeCl3+3H2O2.物質(zhì)制備反應(yīng)路線的選擇實(shí)際制備物質(zhì)時(shí),必須根據(jù)反應(yīng)原料、反應(yīng)條件、反應(yīng)步驟、產(chǎn)物要求、反應(yīng)裝置、環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)成本等因素進(jìn)行綜合判斷,選擇合適、可控的反應(yīng)路徑。3.Fe3+的檢驗(yàn)紅褐血紅色4.Fe2+與Fe3+的相互轉(zhuǎn)化(1)Fe2+→Fe3+:需加氧化劑,如Cl2、O2、H2O2、HNO3等。反應(yīng)的離子方程式:

,

,

,

。

(2)Fe3+→Fe2+:需加還原劑,如Fe、Cu等,反應(yīng)的離子方程式:

,

。

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元素的常見價(jià)態(tài)有單質(zhì)中0價(jià),化合物中+2和+3價(jià),在很強(qiáng)的氧化條件下可以呈現(xiàn)不穩(wěn)定的+6價(jià),試從鐵元素的化合價(jià)特點(diǎn)分析Fe、Fe2+、Fe3+的氧化性和還原性,并舉例說明。提示

(1)單質(zhì)鐵0價(jià),為鐵的最低價(jià)態(tài),在化學(xué)反應(yīng)中化合價(jià)升高,只具有還原性,可被氧化劑氧化,強(qiáng)氧化劑可把鐵直接氧化為+3價(jià),如2Fe+3Cl22FeCl3,弱氧化劑可把Fe氧化為+2價(jià),如Fe+Cu2+══Cu+Fe2+。(2)Fe2+處于中間價(jià)態(tài),既可以升高到+3價(jià),表現(xiàn)還原性,也可以降低到0價(jià),表現(xiàn)氧化性。表現(xiàn)還原性可被強(qiáng)氧化劑氧化,如2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-;表現(xiàn)氧化性可被還原劑還原,如Fe2++Zn══Zn2++Fe。(3)Fe3+處于較高價(jià)態(tài),具有較強(qiáng)氧化性,可被還原劑還原,如2Fe3++Fe══3Fe2+,若加入過量的強(qiáng)還原劑可能會還原生成Fe,如2Fe3++3Zn══2Fe+3Zn2+。二、反應(yīng)條件的探究向FeSO4溶液中加入NaOH溶液

根據(jù)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可推斷Fe2+的存在現(xiàn)象:產(chǎn)生

色絮狀沉淀并逐漸變成

色,最后變成

色。

反應(yīng)方程:

,

。

結(jié)論:Fe2+與OH-反應(yīng)生成白色的氫氧化亞鐵。氫氧化亞鐵極易被空氣中的氧氣氧化,最后生成紅褐色的氫氧化鐵。白

灰綠紅褐FeSO4+2NaOH══

Na2SO4+Fe(OH)2↓

4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3【微思考2】根據(jù)Fe2+與堿液的反應(yīng)現(xiàn)象可以檢驗(yàn)溶液中的Fe2+。若某溶液中同時(shí)含有Fe2+和Fe3+,能否通過加入堿液的方法檢驗(yàn)其中的Fe2+?提示

不能。Fe3+與堿液反應(yīng)生成紅褐色的Fe(OH)3沉淀,會掩蓋Fe(OH)2沉淀的顏色,難以確定Fe2+是否存在。自我檢測1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。(1)Fe2+只有還原性,沒有氧化性。(

)(2)Fe3+被Cu還原可得到鐵單質(zhì)。(

)(3)Fe2+、Fe3+共存時(shí),也可用KSCN溶液和氯水檢驗(yàn)Fe2+的存在。(

)(4)鐵與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式為2Fe+6H+══2Fe3++3H2↑。(

)(5)Fe3+遇到KSCN溶液會生成血紅色沉淀。(

)×√×××2.下列氫氧化物既有堿性又有還原性的是(

)A.Mg(OH)2

B.Fe(OH)2C.NaOH

D.Al(OH)3B解析

四種氫氧化物均有堿性,而Fe(OH)2中Fe元素為+2價(jià),處于中間價(jià)態(tài),故Fe(OH)2具有還原性。3.已知有以下物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化,A是中學(xué)化學(xué)中常見的金屬單質(zhì)。

(1)寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式:A

;B

。

(2)由E轉(zhuǎn)變成F的化學(xué)方程式:

。

(3)用KSCN溶液鑒別G溶液的現(xiàn)象為

;向G溶液加入A的有關(guān)反應(yīng)的離子方程式:

。

FeFeCl24Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3溶液變?yōu)檠t色

2Fe3++Fe══3Fe2+解析

F是紅褐色沉淀氫氧化鐵,金屬單質(zhì)A是鐵,與鹽酸反應(yīng)生成氫氣J和氯化亞鐵B,氯化亞鐵與堿溶液反應(yīng)生成白色沉淀氫氧化亞鐵E和D溶液,氫氧化亞鐵在空氣中被氧氣氧化生成氫氧化鐵F,氫氧化鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵G。重難探究

能力素養(yǎng)全提升探究一鐵與酸、鹽溶液及水的反應(yīng)深化拓展1.從物質(zhì)類別角度認(rèn)識鐵的化學(xué)性質(zhì)

2.從元素價(jià)態(tài)角度認(rèn)識鐵的化學(xué)性質(zhì)

應(yīng)用體驗(yàn)【典例1】把鐵粉放入下列溶液中,鐵粉溶解,溶液質(zhì)量減小,但沒有氣體放出的是(

)A.稀硫酸

B.NaHSO4溶液C.CuSO4溶液

D.NaOH溶液C解析

Fe與稀硫酸發(fā)生的反應(yīng)為Fe+H2SO4══FeSO4+H2↑,鐵粉溶解,溶液的質(zhì)量增加,有氣體放出,A錯(cuò)誤;NaHSO4在水溶液中能電離出H+,加入鐵粉,生成FeSO4和H2,有氣體放出,B錯(cuò)誤;Fe與CuSO4溶液發(fā)生的反應(yīng)為Fe+CuSO4══FeSO4+Cu,溶解56

g

Fe的同時(shí)析出64

g

Cu,溶液的質(zhì)量減小,不產(chǎn)生氣體,C正確;Fe投入NaOH溶液中,不發(fā)生反應(yīng),D錯(cuò)誤。變式訓(xùn)練1(2024陜西榆林高一期中)用如圖所示裝置進(jìn)行Fe與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)(部分夾持裝置已略去),下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.裝置A的作用是為實(shí)驗(yàn)提供持續(xù)不斷的水蒸氣B.反應(yīng)中生成22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氫氣時(shí),轉(zhuǎn)移電子數(shù)為

NAC.裝置C中加入的固體干燥劑可能是堿石灰D.實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先點(diǎn)燃裝置A中的酒精燈,再點(diǎn)燃酒精噴燈B解析

進(jìn)行Fe與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),裝置A的作用是為實(shí)驗(yàn)提供持續(xù)不斷的水蒸氣,故A正確;反應(yīng)中氫元素化合價(jià)由+1價(jià)降低為0價(jià),生成22.4

L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氫氣時(shí),轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2NA,故B錯(cuò)誤;裝置C的作用是干燥氫氣,加入的固體干燥劑可能是堿石灰,故C正確;為防止鐵和氧氣反應(yīng),實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先點(diǎn)燃裝置A中的酒精燈,等水蒸氣排盡裝置內(nèi)的空氣后再點(diǎn)燃酒精噴燈,故D正確。探究二

Fe2+與Fe3+的檢驗(yàn)

問題探究1.向含F(xiàn)e2+的溶液中加入NaOH溶液時(shí)有何現(xiàn)象?提示

先生成白色沉淀,逐步變成灰綠色,最后變成紅褐色。

2.檢驗(yàn)Fe2+時(shí),能否先加氯水再加KSCN溶液?

3.Fe2+和Fe3+共存時(shí),如何檢驗(yàn)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F(xiàn)e2+,只含F(xiàn)e3+,則加KSCN溶液后,溶液變?yōu)檠t色,不能證明原溶液中含有Fe2+。提示

加入KSCN溶液,若溶液變?yōu)檠t色,則證明有Fe3+。

深化拓展Fe2+和Fe3+的檢驗(yàn)主要有兩種方法:加堿法和加KSCN溶液法。一般用加KSCN溶液法物質(zhì)Fe2+Fe3+溶液顏色淺綠色黃色沉淀顏色(NaOH溶液)①現(xiàn)象:白色沉淀→灰綠色沉淀→紅褐色沉淀;②反應(yīng):Fe2++2OH-══Fe(OH)2↓,4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3①現(xiàn)象:紅褐色沉淀;②反應(yīng):Fe3++3OH-══Fe(OH)3↓顯色反應(yīng)(KSCN溶液)①現(xiàn)象:滴加KSCN溶液無明顯現(xiàn)象,再滴入氯水,溶液變?yōu)檠t色;②反應(yīng):2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-,Fe3++3SCN-══Fe(SCN)3①現(xiàn)象:溶液變?yōu)檠t色;②反應(yīng):Fe3++3SCN-══Fe(SCN)3

微點(diǎn)撥

(1)用KSCN溶液與氯水驗(yàn)證Fe2+的存在時(shí),KSCN溶液與氯水的滴加順序不能顛倒,也不能用酸性高錳酸鉀溶液代替氯水。Fe2+對檢驗(yàn)Fe3+無干擾,可滴加KSCN溶液檢驗(yàn)Fe3+(2)Fe2+和Fe3+共存時(shí),檢驗(yàn)Fe2+的方法:①利用Fe2+的還原性,一般可用酸性KMnO4溶液,加入酸性KMnO4溶液,若紫色褪去,說明含有Fe2+。②若溶液中含有還原性較強(qiáng)的離子,如Cl-,則不能用酸性KMnO4溶液,可用K3[Fe(CN)6]溶液。加入K3[Fe(CN)6]溶液產(chǎn)生藍(lán)色沉淀,說明含有Fe2+。應(yīng)用體驗(yàn)【典例2】選擇合適試劑完成甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)。甲組:檢驗(yàn)含F(xiàn)e3+的溶液中是否含有Fe2+;乙組:檢驗(yàn)含F(xiàn)e2+的溶液中是否含有Fe3+。下列試劑及加入試劑順序能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?

)選項(xiàng)甲組乙組A新制氯水、KSCN溶液氫氧化鈉溶液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

甲組,在Fe3+存在的條件下,檢驗(yàn)Fe2+,要排除Fe3+干擾。所選試劑應(yīng)具備下列條件:一是能與Fe2+發(fā)生有明顯現(xiàn)象的反應(yīng);二是與Fe3+不反應(yīng)。酸性KMnO4溶液符合條件:5Fe2+++8H+══5Fe3++Mn2++4H2O,現(xiàn)象為紫色變淺(或褪色)。乙組為在Fe2+存在的條件下,檢驗(yàn)Fe3+,用KSCN溶液檢驗(yàn)Fe3+,Fe2+無干擾。變式訓(xùn)練2(2024河北唐山高一期末)某混合物可能含有Al、Fe、CuO、Fe2O3,為探究該混合物成分,學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)如圖所示方案。下列分析錯(cuò)誤的是(

)A.已知m>n,則混合物中一定含有AlB.藍(lán)綠色溶液中一定含F(xiàn)e3+C.步驟Ⅰ反應(yīng)的離子方程式:2Al+2OH-+6H2O══2[Al(OH)4]-+3H2↑D.向溶液N中加入足量鹽酸可得到無色溶液B解析

混合物加入NaOH溶液中,由于Al和NaOH溶液反應(yīng),結(jié)合m>n,可知混合物中一定含有Al,A正確;步驟Ⅰ反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH-+6H2O══2[Al(OH)4]-+3H2↑,C正確;溶液N的主要成分為Na[Al(OH)4]和過量的NaOH,向溶液N中加入足量鹽酸,[Al(OH)4]-轉(zhuǎn)化為Al3+,得到無色溶液,D正確;固體N加入過量鹽酸,得到藍(lán)綠色溶液和固體P,說明鹽酸和CuO、Fe2O3反應(yīng)生成氯化銅、氯化鐵,Fe還原氯化銅、氯化鐵生成Cu和氯化亞鐵,則固體P為Cu,Cu可以與Fe3+反應(yīng),因此藍(lán)綠色溶液中一定不含F(xiàn)e3+,B錯(cuò)誤。探究三探究氫氧化亞鐵的制備問題探究實(shí)驗(yàn)表明,Fe(OH)2很不穩(wěn)定,容易被空氣中的O2氧化。小倩同學(xué)查閱資料,設(shè)計(jì)如圖所示裝置來制取Fe(OH)2沉淀和觀察Fe(OH)2在空氣中被O2氧化時(shí)的顏色變化。(1)實(shí)驗(yàn)開始時(shí),如何排出裝置內(nèi)的空氣,防止Fe(OH)2被氧化?

(2)裝置A中反應(yīng)一段時(shí)間后,如何操作可制取Fe(OH)2白色沉淀?

提示

先打開活塞E,再打開分液漏斗活塞滴入6

mol·L-1硫酸,利用反應(yīng)產(chǎn)生的H2排出裝置內(nèi)的空氣。提示

關(guān)閉活塞E,利用產(chǎn)生的H2使裝置A中壓強(qiáng)增大,將A中溶液壓入裝置B中,在B中生成Fe(OH)2白色沉淀。(3)取下裝置B的橡膠塞,使空氣進(jìn)入裝置B,觀察到什么現(xiàn)象?寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示

白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色,過一段時(shí)間后還會有紅褐色物質(zhì)生成;4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3。深化拓展1.實(shí)驗(yàn)室制備Fe(OH)2的兩種方法

2.實(shí)驗(yàn)室制備Fe(OH)2的注意事項(xiàng)(1)亞鐵鹽必須是新制的,并加入鐵粉,防止Fe2+被空氣中的O2氧化為Fe3+;(2)要除去溶液中溶解的O2,其方法是加熱煮沸NaOH溶液;(3)長膠頭滴管末端伸入試管內(nèi)亞鐵鹽溶液的液面以下,再擠出NaOH溶液;(4)必要時(shí),可在溶液上方加少量煤油、植物油、苯等密度小于水的有機(jī)溶劑進(jìn)行液封,以隔絕空氣。應(yīng)用體驗(yàn)【典例3】在實(shí)驗(yàn)室里用以下方法制備并較長時(shí)間保存Fe(OH)2,能成功的是(

)C解析

NaOH溶液滴入FeSO4溶液中,二者在FeSO4液面處生成Fe(OH)2,Fe(OH)2迅速被O2氧化,不能較長時(shí)間保存,A錯(cuò)誤;NaOH溶液與FeCl3溶液反應(yīng)生成紅褐色沉淀Fe(OH)3,不能制取Fe(OH)2,B錯(cuò)誤;先滴加稀硫酸,鐵粉與稀硫酸反應(yīng)生成H2,利用產(chǎn)生的H2排出裝置內(nèi)空氣,再滴加NaOH溶液,反應(yīng)生成白色沉淀Fe(OH)2,并能較長時(shí)間保存,C正確;NaOH溶液通過長膠頭滴管滴入FeCl2溶液中,在液體內(nèi)部生成Fe(OH)2,未隔絕空氣,不能較長時(shí)間保存Fe(OH)2,D錯(cuò)誤?！咀兪皆O(shè)問】若對裝置D進(jìn)行改進(jìn),如何操作可達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)康?提示

預(yù)先將NaOH溶液煮沸、冷卻,向FeCl2溶液中加少量鐵粉,并在FeCl2溶液表面加少量煤油、苯等有機(jī)化合物隔絕空氣。變式訓(xùn)練3(2024河北石家莊高一期末)某同學(xué)欲利用如圖裝置制取能較長時(shí)間存在的Fe(OH)2,其中實(shí)驗(yàn)所用溶液現(xiàn)配現(xiàn)用且蒸餾水先加熱煮沸。下列分析正確的是(

)A.Fe(OH)2易被氧化,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe(OH)2+O2+H2O══2Fe(OH)3B.實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先關(guān)閉止水夾a、打開b,再向燒瓶中加入XC.反應(yīng)一段時(shí)間后可在燒瓶中觀察到白色沉淀D.反應(yīng)結(jié)束后若關(guān)閉b及分液漏斗活塞,則Fe(OH)2可較長時(shí)間存在D解析

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先打開止水夾a、b,再向燒瓶中加入稀硫酸,鐵和稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣排盡錐形瓶內(nèi)的空氣,故B錯(cuò)誤;Fe(OH)2具有還原性,易被氧氣氧化為氫氧化鐵,反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3,故A錯(cuò)誤;反應(yīng)一段時(shí)間后,關(guān)閉止水夾a,燒瓶內(nèi)的硫酸亞鐵被氫氣壓入錐形瓶,在錐形瓶內(nèi)生成白色沉淀氫氧化亞鐵,故C錯(cuò)誤;反應(yīng)結(jié)束后若關(guān)閉b及分液漏斗活塞,氫氧化亞鐵與空氣隔絕,則Fe(OH)2可較長時(shí)間存在,故D正確。學(xué)以致用隨堂檢測全達(dá)標(biāo)12341.(2024四川雅安高一期末)下列物質(zhì)能通過單質(zhì)間化合反應(yīng)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

鐵在氯氣中燃燒只能生成FeCl3,不能生成FeCl2,故①不符合題意,②符合題意;不能通過單質(zhì)化合反應(yīng)直接制得氫氧化鐵,故③不符合題意;鐵與硫共熱反應(yīng)生成FeS,故④符合題意;故選D。12342.向含有一定物質(zhì)的量的FeCl3和CuCl2的混合溶液中逐漸加入Fe粉至過量,該溶液的質(zhì)量隨加入鐵粉的質(zhì)量的變化關(guān)系圖為(

)A1234解析

FeCl3和CuCl2的混合溶液中逐漸加入Fe粉至過量,可先后發(fā)生反應(yīng):2FeCl3+Fe══3FeCl2、CuCl2+Fe══FeCl2+Cu。Fe先與FeCl3溶液反應(yīng),溶液的質(zhì)量增加,FeCl3反應(yīng)完全后再與CuCl2溶液反應(yīng),由于Fe的相對原子質(zhì)量小于Cu的相對原子質(zhì)量,導(dǎo)致溶液質(zhì)量減小,當(dāng)FeCl3和CuCl2全部反應(yīng)完全,溶液質(zhì)量保持不變,故A圖像正確。12343.(2024河北張家口高一期末)下列實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象和結(jié)論均正確的是(

)選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論A向某溶液中加入NaOH溶液,立即產(chǎn)生紅褐色沉淀該溶液中一定含有Fe3+,可能含有Fe2+B向某溶液中滴加BaCl2溶液,產(chǎn)生白色沉淀該溶液中一定含有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,無明顯現(xiàn)象,再滴加幾滴KSCN溶液,溶液變?yōu)榧t色原溶液中一定含有Fe2+A1234解析

向某溶液中加入NaOH溶液,立即產(chǎn)生紅褐色沉淀氫氧化鐵,一定含有Fe3+