2023_2024学年新教材高中化学第3章物质的性质与转化第1节铁的多样性第2课时铁及其化合物之间的转化关系学生用书鲁科版必修第一册

第2课时　铁及其化合物之间的转化关系学业要求1．从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应规律和氧化还原反应原理，预测含有铁元素的物质的性质及物质之间的转化，设计实验进行初步验证，并能分析解释有关实验现象，培养科学探究与创新意识的化学核心素养。2．利用含有铁元素的物质的性质和转化关系，设计制备、分离、检验等简单任务的方案；能从物质类别和元素价态变化的角度说明物质的转化路径，培养证据推理与模型认知的意识。3．分别根据含有铁元素的物质性质，分析生产、生活中的实际问题，如补铁剂中铁元素价态的检验、线路板废液的回收利用等，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。 知识网络   学业基础——自学·思记·尝试一、铁及其化合物之间的转化1．绘制铁及其化合物的“价—类”二维图，并表示各物质之间的转化关系，示例如下：按要求书写下列反应的化学方程式或离子方程式。(1)同价态含铁物质之间的转化①FeO→Fe2＋：_________________________________________________________。②Fe2＋⇄Fe(OH)2：______________________、________________________。③Fe2O3→Fe3＋：________________________________________________________。④Fe3＋⇄Fe(OH)3：______________________、________________________。⑤Fe(OH)3→Fe2O3：_____________________________________________________。以上反应①②③④一般是通过____________实现物质之间的转化。(2)不同价态含铁物质之间的转化①Fe→②Fe2O3→Fe：__________________________________________________________。③__________________________、________________________。④Fe(OH)2→Fe(OH)3：___________________________________________________。以上反应一般都是通过________反应实现物质之间的转化。2．应用(1)铁及其化合物的制备，如工业炼铁、实验室制Fe(OH)2。(2)亚铁盐溶液的保存，如为防止FeSO4被氧化，常向溶液中加入少量的________。(3)物质的检验、除杂，如检验Fe2＋、Fe3＋。   [即学即练]1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)FeCl2不能通过化合反应制得(　　)(2)同价态含铁物质间的转化一般可通过复分解反应实现(　　)(3)Fe(OH)3只能由可溶性铁盐和碱通过复分解反应制得，不能通过化合反应制得(　　)(4)向溶液中加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀，则溶液中一定含有Fe3＋，一定不存在Fe2＋和Mg2＋(　　)(5)除去FeCl3溶液中少量的CuCl2杂质，可向溶液中加入过量铁粉，然后过滤(　　)(6)Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2(　　)(7)铁与过量的硫粉共热产物是Fe2S3(　　)(8)某含铁盐化学式为Na2FeO4，具有较强的杀菌消毒功能，其中铁元素的化合价是＋6价(　　)2．部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是(　　)A.a可与e反应生成bB．b既可被氧化，也可被还原C．可将e加入浓碱液中制得d的胶体D．可存在b→c→d→e→b的循环转化关系3．以下转化过程不可以通过化合反应一步实现的是(　　)A．Fe→FeCl3  B．Fe→FeCl2C．Fe2O3→Fe(OH)3 D．Fe(OH)2→Fe(OH)34．A、B、C三种物质中均含有同一种元素M，它们之间有如图所示的转化关系。A为一种金属单质，其产量直接关系国民经济命脉。反应①②③均为化合反应，反应④为置换反应。下列有关说法不正确的是(　　)A.①中所加试剂可能是氯气B．③中需要加具有氧化性的试剂C．④中所加试剂可能是铜或锌等D．元素M在②中发生的价态变化也能通过加碘化钾溶液实现5．下列物质溶于稀盐酸后，滴加KSCN溶液没有颜色变化，再加氯水呈红色的是(　　)A．Fe3O4 B．Fe2O3C．FeCl3  D．FeO二、补铁剂中铁元素价态的检验1．实验：补铁剂中铁元素价态的检验(1)预测补铁剂中铁元素价态补铁剂中铁元素价态有以下3种可能：①可能为________；②可能为________；③可能既有＋2价，又有＋3价(Fe2＋和Fe3＋)。(2)实验方案(3)实验操作、现象及结论方案一：实验操作实验现象实验结论加入硫氰酸钾溶液，溶液颜色无变化；加入氯水后，溶液变为________含有Fe2＋，不含________方案二：实验操作实验现象实验结论溶液颜色无变化________紫红色褪去含Fe2＋(4)实验结论分析经过实验验证，补铁剂中铁元素价态为＋2价，请写出相关反应的离子方程式：________________________，________________________。2．铁元素与人体健康铁元素的生理功能人体中含量________的生命必需的微量元素，其中以血红蛋白的功能最为显著。血红蛋白分子中含有________价铁离子，具有载氧功能缺铁的危害如果人体缺铁，就会出现________科学合理食用富铁食品及补铁人体中铁元素主要来源于食物，动物血、肝脏、骨髓以及菠菜、红枣等食物含铁丰富，可以多食用维生素C具有________，可以将＋3价铁离子转化成人体可以吸收的＋2价铁离子，所以适量服用维生素C有利于铁元素的吸收   [即学即练]1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)血红蛋白分子中的铁元素价态为＋2价(　　)(2)食用富含维生素C的食物利于人体对铁元素吸收，是利用维生素C的氧化性(　　)(3)向补铁口服液中滴加KSCN溶液，溶液变为红色，则补血口服液中铁的价态只有＋3价(　　)(4)可用NaOH溶液直接验证补铁口服液中铁元素的价态(　　)(5)为防止补铁口服液中的Fe2＋被氧化为Fe3＋，在饮用前，可向口服液中加入铁粉(　　)(6)探究维生素C的还原性，可向盛有2 mL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(　　)2．现榨的苹果汁在空气中会由淡绿色变为棕黄色，其原因可能是(　　)A．苹果汁中的Fe2＋变成Fe3＋B．苹果汁中含有Cu2＋C．苹果汁含有OH－D．苹果汁含有Fe3＋3．根据下列实验：①向Fe2(SO4)3和CuSO4的混合液中加入过量铁粉，充分反应，有红色固体析出，过滤。②取①中滤液，向其中滴加KSCN溶液，观察现象。判断下列说法正确的是(　　)A．氧化性Cu2＋>Fe3＋B．①中所得固体只含铜C．①中滤液含有Cu2＋和Fe2＋D．②中不会观察到溶液变红4．为什么补铁剂与维生素C一起服用效果更好？   5．在验证补铁口服液中是否含有Fe2＋的实验中，向溶液中加入酸性KMnO4溶液，紫红色褪色，则一定证明含有Fe2＋吗？   6．可否用NaOH溶液检验补铁剂中铁元素的价态？为什么？      特别提醒(1)补铁剂的有效成分是亚铁盐(如FeSO4)，Fe2＋易被氧化为Fe3＋而失去补铁作用，因此需密封、隔绝O2存放。服用补铁剂时搭配维生素C可以增强补铁效果，这是因为维生素C可将Fe3＋还原为Fe2＋。(2)服用补铁剂时不能和茶水同饮，因为茶水中含大量的鞣酸，鞣酸与Fe2＋反应生成鞣酸亚铁，它的性质不稳定，很快被氧化成鞣酸铁而呈蓝黑色。   核心素养——合作·探究·分享含铁元素物质之间的转化[例]　已知A为常见的金属单质，根据如下所示的转化关系回答下列问题：(1)写出下列各物质的化学式：A为________，B为________，C为________，D为________，E为________，F为________。(2)反应④的离子方程式为________________________，反应⑤的离子方程式为________________________，反应⑧的化学方程式为________________________________。状元随笔　解答无机框图题的关键是依据物质的特性或反应特征确定“突破口”，本题的突破口为：(1)F是一种红褐色固体(2)B与盐酸反应生成两种盐且能相互转化——含变价金属，B为Fe3O4  [提升]　某化学小组为验证Fe3＋与Fe2＋能够相互转化，进行如下实验。实验操作对应现象①向FeCl3溶液中加入过量铁粉；②滴加KSCN溶液；③再滴加几滴氯水ⅰ.溶液由棕黄色变为浅绿色；ⅱ.溶液无明显变化；ⅲ.溶液变红下列分析不合理的是(　　)A.解释现象ⅰ的反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋B．实验②与③可以调换顺序C．溶液变红涉及反应：Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋D.氧化性：Cl2>Fe3＋>Fe2＋   关键能力1.不同价态铁元素之间的转化关系2．铁及其化合物间的转化(1)铁及其化合物的制备。①冶炼铁：Fe2O3＋2AlAl2O3＋2FeFe2O3＋3CO2Fe＋3CO2②亚铁盐、铁盐的制备：Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O2FeCl2＋Cl2===2FeCl3Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑2Fe＋3Cl22FeCl3(2)亚铁盐溶液的保存：加入少量铁粉防止亚铁盐被氧化。如2FeCl3＋Fe===3FeCl2(3)亚铁盐、铁盐的检验。①FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl(生成红褐色沉淀)②FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl(生成白色沉淀)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色)   学考评价——夯实·测控·演练1．铁有＋2价和＋3价两种价态，下列有关反应不涉及铁元素价态变化的是    (　　)A．铁与稀硫酸反应B．铁在氧气中燃烧，其产物溶于盐酸中可得到两种盐C．氢氧化亚铁是白色固体，在空气中迅速变成灰绿色，最终变成红褐色D．氢氧化铁受热分解2．下列叙述不正确的是(　　)选项被提纯物质杂质除杂试剂或方法AFeCl3溶液FeCl2通入适量Cl2BFeCl2溶液FeCl3加入过量铁粉并过滤C银粉铁粉加入过量盐酸并过滤DFe(OH)3Fe(OH)2在空气中灼烧3.下列说法正确的是(　　)A．Fe在一定条件下与水反应生成H2和Fe(OH)3B．FeO溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液，溶液显红色C．工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁D．Fe3＋具有氧化性，据此可用KSCN溶液鉴别Fe3＋4．铁片投入下列溶液，溶液质量增加，但无气体产生的是(　　)A．AgNO3溶液     B．CuSO4溶液C．稀硫酸      D．FeCl3溶液5．向氧化铁、氧化铜、铁、铜的混合粉末中加入过量的稀盐酸，充分反应后，仍有红色粉末存在，则关于溶液中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＋6．元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具，它指的是以元素的化合价为纵坐标，以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。下图为铁元素的“价—类”二维图，其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是(　　)A．在高温条件下，铁与水蒸气的反应可实现上述转化①B．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，迅速发生转化②生成红棕色粉末C．由图可预测：高铁酸盐()具有强氧化性，可用于消毒，与水反应最终可生成Fe(OH)3胶体，从而吸附水中的悬浮物，故高铁酸盐可做净水剂D．加热Fe(OH)3发生转化⑥，加水溶解可实现转化③            第2课时　铁及其化合物之间的转化关系学 业 基 础一、1．(1)①FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O　②Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓　Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O　③Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O　④Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓　Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O　⑤2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O　复分解反应　(2)①Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　2Fe＋3Cl22FeCl3　②Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2　③2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋　④4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　氧化还原2．铁粉[即学即练]1．答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)√2．答案：C3．解析：铁和氯气反应生成氯化铁，故能一步化合实现，所以A项不符合题意；铁和氯化铁反应生成氯化亚铁，故能一步化合实现，所以B项不符合题意；氧化铁不能和水发生化合反应得到氢氧化铁，故不能一步化合得到，所以C项符合题意；氢氧化亚铁和氧气、水反应生成氢氧化铁，能通过化合反应一步实现，所以D项不符合题意。答案：C4．解析：根据转化关系及题意可确定A为变价金属Fe。反应①中加入氯气能实现，B为氯化铁，C为氯化亚铁，所以A正确；反应③中铁元素由＋2价变为＋3价，需要加具有氧化性的试剂，所以B正确；反应④是由Fe到Fe2＋，加Cu或Zn不能实现，所以C错误；Fe3＋可以与I－反应生成Fe2＋和I2，所以D正确。答案：C5．解析：Fe3O4溶于稀盐酸，溶液中存在铁离子和亚铁离子，滴加硫氰酸钾溶液后即可变成红色，故A项错误；Fe2O3与盐酸反应生成了铁离子，滴加硫氰酸钾溶液后变成红色，故B项错误；FeCl3溶于稀盐酸，溶液中含有铁离子，滴加硫氰酸钾溶液后变成红色，故C项错误；FeO和稀盐酸反应生成氯化亚铁，溶液中没有铁离子，滴加硫氰酸钾溶液没有颜色变化；加入氯水后，氯水具有很强的氧化性，会把亚铁离子氧化成铁离子，溶液显示红色，故D项正确。答案：D二、1．(1)＋2价(Fe2＋)　＋3价(Fe3＋)　(3)红色　Fe3＋　不含Fe3＋　(4)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)32．最高　＋2　贫血　还原性[即学即练]1．答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√2．解析：苹果中含有Fe2＋，把苹果榨成苹果汁之后，果汁中的Fe2＋被空气中的氧气氧化成Fe3＋。答案：A3．解析：在反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋中，氧化剂为Fe3＋，氧化产物为Cu2＋，即可知氧化性Fe3＋>Cu2＋，故A项错误；①中所得固体含有过量的铁和置换出的铜，故B项错误；由于加入的铁是过量的，则溶液中不可能含有Cu2＋，故C项错误；因在①的滤液中只有Fe2＋，没有Fe3＋，则滴加KSCN溶液时并不会出现溶液变红的现象，故D项正确。答案：D4．答案：补铁剂中铁元素的化合价是＋2价，具有还原性，因维生素C的还原性比Fe2＋强，因此补铁剂与维生素C一起服用，可以防止补铁剂中的Fe2＋被氧化。5．答案：不一定，因为补铁口服液中的抗氧化剂(维生素C)有还原性，也可以使酸性KMnO4溶液褪色。6．答案：不能。若补铁剂中含有Fe3＋，加入NaOH溶液立即产生红褐色沉淀，则无法检验Fe2＋的存在。核 心 素 养[例]　解析：由转化关系图可知，红褐色固体F为Fe(OH)3，则E为Fe(OH)2，C为FeCl2，D为FeCl3，A为Fe，B为黑色固体，是Fe3O4，物质之间的转化如下所示。答案：(1)Fe　Fe3O4　FeCl2　FeCl3　Fe(OH)2　Fe(OH)3(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－(其他合理答案均可)　2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋(其他合理答案均可)　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3[提升]　解析：向FeCl3溶液中加入过量铁粉，铁与Fe3＋反应生成Fe2＋，溶液由棕黄色变为浅绿色，A正确；先加氯水，Fe2＋被氧化为Fe3＋，再加KSCN溶液，溶液变红，无法检验Fe2＋，B错误；滴加氯水后，Fe2＋被氧化为Fe3＋，C正确；由反应方程式可知，氧化性：Cl2>Fe3＋>Fe2＋，D正确。答案：B学考评价1．答案：D2．解析：A项发生反应：2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，正确；B项发生反应：Fe＋2FeCl3===3FeCl2，正确；C项银与盐酸不反应，而Fe与盐酸反应，正确；D项混合物在空气中灼烧时，Fe(OH)2最终转变为Fe2O3，错误。答案：D3．解析：高温下铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，故A项错误；FeO溶于盐酸生成Fe2＋，Fe2＋与KSCN得不到红色溶液，故B项错误；一般炼铁的过程就是用CO还原Fe2O3生成Fe，故C项正确；用KSCN溶液鉴别Fe3＋主要是利用了Fe3＋与KSCN溶液反应显红色，而非Fe3＋的氧化性，故D项错误。答案：C4．解析：Fe与AgNO3溶液反应置换出Ag，溶液质量减小，故A错误；Fe与CuSO4溶液反应置换出Cu，溶液质量减小，故B错误；铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，溶液质量增加，但生成气体，故C错误；Fe与FeCl3溶液反应生成氯化亚铁，无固体析出，溶液质量增加，且没有气体生成，故D正确。答案：D5．解析：混合粉末中加入过量的稀盐酸反应后，仍有红色固体铜存在，说明溶液中一定有Fe2＋，一定没有Fe3＋，可能有Cu2＋，故选C。答案：C6．解析：在高温条件下，铁与水蒸气反应生成Fe3O4，不能实现转化①，故A错误；FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热部分被氧化，生成Fe3O4，故B错误；高铁酸盐具有强氧化性，可用于消毒，与水反应最终可生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体有吸附性，可吸附悬浮杂质，因此高铁酸盐可以做净水剂，故C正确；Fe(OH)3受热分解生成氧化铁和水，能发生转化⑥，氢氧化铁不溶于水，加水不能实现转化③，故D错误。答案：C