化学必修 第一册实验活动2 铁及其化合物的性质导学案

这是一份化学必修 第一册实验活动2 铁及其化合物的性质导学案，共7页。学案主要包含了实验目的，实验用品，实验步骤，问题讨论，拓展练习，实验探究等内容，欢迎下载使用。

【实验目的】
1．认识铁及其化合物的重要化学性质。
2．学会铁离子的检验方法。
3．认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。
【实验用品】
1．仪器：试管、胶头滴管。
2．试剂：CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。
【实验步骤】
1．铁及其化合物的性质
(1)铁单质的还原性
(2)铁盐的氧化性
续 表
(3)亚铁盐的氧化性和还原性
2.铁离子的检验
【问题讨论】
1．实验室保存硫酸亚铁溶液时，往往加入一定量的铁粉，目的是什么？
答案：防止硫酸亚铁溶液被空气中的氧气氧化，加入铁粉将被氧化生成的Fe3＋重新还原成Fe2＋，发生的反应为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
2．以铁屑为原料，如何制备硫酸亚铁晶体？
答案：(1)将铁屑放入烧杯中，加入适量碳酸钠溶液，加热煮沸，除去铁屑表面的油污，冷却、过滤、洗涤。
(2)把铁屑取出放入烧杯中，加入足量稀硫酸，加热，搅拌，使之充分反应。
(3)蒸发浓缩(2)所得到的溶液，然后冷却结晶、过滤、洗涤，即得到硫酸亚铁晶体。
【拓展练习】
1．通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是( )
解析：选D。A项中Fe3＋将I－氧化为I2，淀粉遇碘单质变蓝；B项中红棕色斑点是Fe2O3；C项中铁与盐酸反应生成Fe2＋。
2．已知Fe3O4是一种复杂的化合物，其化学式可改写为FeO·Fe2O3。对于Fe与水蒸气反应后的黑色物质，有三个学习小组提出了三种不同的猜想，以下是小组同学进行的实验猜想与探究，请你根据小组的思路与提示完成相关填空。
【猜想】甲组：黑色物质是FeO；
乙组：黑色物质是Fe3O4；
丙组：_______________________________________________________________。
【实验探究】
(1)丙组认为一种简单定性的方法即可判断甲组的正误：取生成的黑色物质少许于烧杯中，加稀盐酸使其完全溶解，再加________溶液以检验Fe3＋，观察溶液有无出现________现象即可判断。
(2)乙组认为可通过定量测定来确定生成的黑色物质的组成，以验证该组猜想正确。取生成的黑色物质2.32 g溶解于适量稀盐酸后，加入新制氯水，加入氯水后反应的离子方程式为________________________，再加入足量NaOH溶液后，过滤、洗涤、烘干、灼烧、称量，若称得固体质量为________，即可判断乙组同学猜想正确。
解析：【猜想】Fe的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，其中Fe2O3是红棕色固体，FeO、Fe3O4是黑色物质；黑色物质若为纯净物，可能为FeO，也可能为Fe3O4，若是混合物，则为FeO和Fe3O4的混合物。
【实验探究】(1)Fe3＋遇含SCN－的溶液变为红色，所以向溶液中加入KSCN溶液，若观察到溶液无红色现象出现，即可判断无Fe3＋，即原黑色物质为FeO。
(2)金属氧化物溶于盐酸后，向该溶液中通入Cl2，由于氯气具有氧化性，会与溶液中的Fe2＋发生氧化还原反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，发生沉淀反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，将沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧，发生分解反应：2Fe(OH)3eq \(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O。若乙组同学猜想正确，则2.32 g黑色物质全为Fe3O4，其物质的量为n(Fe3O4)＝eq \f(2.32 g,232 g·ml－1)＝0.01 ml，根据铁元素守恒，可得 n(Fe2O3)＝(0.01 ml×3)÷2＝0.015 ml，称得固体质量为m(Fe2O3)＝0.015 ml×160 g·ml－1＝2.4 g。
答案：【猜想】黑色物质是FeO和Fe3O4的混合物
【实验探究】(1)KSCN 红色
(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ 2.4 g
3．同学们用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。请回答下列问题：
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 ml·L－1 的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是_________________________________________________。
(2)甲同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴 KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为________________________
________________________________________________________________________。
(3)乙同学认为甲同学的实验不够严谨，该同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入1滴 KSCN溶液和几滴氯水，溶液变红，煤油的作用是____________________________。
(4)丙同学取10 mL 0.1 ml·L－1KI溶液，加入6 mL 0.1 ml·L－1 FeCl3溶液混合。取2 mL此溶液于试管中，加入1 mL CCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色，发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(5)丁同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为__________________________________________________________。
解析：(1)铁和氯化铁反应生成氯化亚铁，在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是防止氯化亚铁被氧化。
(2)氯气具有氧化性，能将氯化亚铁氧化为氯化铁，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(3)煤油不溶于水，密度比水小，分层后可以避免氯化亚铁溶液与空气接触，排除氧气对实验的影响。
(4)CCl4层显紫色说明有单质碘生成，这是由于铁离子氧化碘化钾生成了碘，发生反应的离子方程式为2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。
(5)向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，说明过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。
答案：(1)防止Fe2＋被氧化
(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)隔绝空气(或排除氧气对实验的影响)
(4)2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
(5)H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
4．(2020·黄山高一检测)某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物进行了如下探究：
(1)装置的连接顺序为a→________→________→________→________→b→c→f。
(2)硬质玻璃管与收集器之间没有用导管连接，这样做的优点是__________________。
(3)反应一段时间，熄灭酒精灯，冷却后，将收集器及硬质玻璃管中的物质快速转移至锥形瓶中，加入过量的稀盐酸和少许植物油(反应过程中不振荡)，充分反应后，进行如下实验：
eq \a\vs4\al(\x(\a\al(固体,产物))\(――→,\s\up7(过量稀盐酸),\s\d5(少许植物油))淡黄色,溶液)eq \(――→,\s\up7(试剂X))eq \x(\a\al(淡红色,溶液))eq \(――→,\s\up7(新制氯水))eq \x(\a\al(深红色,溶液))Ｋ
试剂X中溶质的化学式为________；固体产物的成分可能为________(填字母)。
A．Fe和FeCl3
B．FeCl2和FeCl3
C．Fe、FeCl2和FeCl3
D．Fe和FeCl2
(4)加入少许植物油的作用是________________________________________，加入新制氯水后溶液红色加深的原因：____________________________________________
________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。
(5)现有一含FeCl2和FeCl3混合物的样品，用离子交换法测得n(Fe)∶n(Cl)＝1∶2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为____________(计算结果保留两位有效数字)。
解析：(1)浓硫酸具有吸水性，能做氯气的干燥剂，碱石灰具有碱性可吸收氯气，饱和食盐水吸收氯化氢气体且抑制氯气的溶解。装置的连接顺序为气体的制取→洗气(除杂)→干燥→氯气和铁的反应→尾气处理。
(2)Fe在氯气中燃烧生成棕褐色烟，冷却易生成固体，导管口较细，易堵塞，所以硬质玻璃管与收集器之间没有用导管连接。
(3)Fe3＋用KSCN溶液检验，Fe3＋和KSCN反应生成络合物硫氰化铁而使溶液呈红色，所以试剂X为KSCN溶液；Fe粉和氯气反应时可能没有完全反应，剩余的Fe和稀盐酸、氯化铁反应生成氯化亚铁，所以固体产物的成分可能为Fe和FeCl3，A选项正确。
(4)Fe2＋不稳定易被氧化，所以植物油的作用是隔绝空气，防止Fe2＋被氧气氧化；加入新制氯水后，Fe2＋被氯气氧化生成Fe3＋，从而增大了Fe3＋的浓度，Fe3＋、SCN－反应生成Fe(SCN)3，从而增大了络合物浓度，溶液颜色加深，Fe2＋与Cl2反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(5)设含FeCl2和FeCl3混合物的样品中FeCl2的物质的量为x，FeCl3的物质的量为y，则(x＋y)∶(2x＋3y)＝1∶2.1，解得x∶y＝9∶1，则该样品中氯化铁的物质的量分数为eq \f(1,9＋1)×100%＝10%。
答案：(1)g h d e
(2)防止堵塞
(3)KSCN A
(4)隔绝空气，防止Fe2＋被氧气氧化 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(5)0.10(或10%)
实验
操作
在一支试管中加入2 mL CuSO4溶液，再将一段铁丝放入CuSO4溶液中。过一会儿，取出铁丝
实验
现象
铁丝表面有红色物质生成
解释
铁的还原性强于铜，能将铜从其盐溶液中置换出来，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
实验
操作
取3 mL FeCl3稀溶液加入试管中，加入几小块铜片，振荡，过一会儿，观察现象
在一支盛有3 mL蒸馏水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液，再滴加3滴KI溶液，观察现象。然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液，观察现象
实验现象
铜片逐渐溶解，溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色
溶液棕黄色加深，加入淀粉溶液后，溶液变为蓝色
解释
Fe3＋具有氧化性，能氧化铜单质，离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Fe3＋具有氧化性，I－具有还原性，二者发生氧化还原反应，离子方程式为2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
实验
操作
取3 mL FeCl2溶液加入试管中，加入几小块锌片，振荡，过一会儿，观察现象
在一支试管中加入少量酸性KMnO4溶液，然后向试管中加入少量FeSO4 溶液，观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时，再滴加2滴KSCN溶液，观察现象
实验
现象
溶液由浅绿色逐渐变为无色
酸性KMnO4溶液褪色或变浅，再滴加KSCN溶液，溶液变为红色
解释
Fe2＋具有氧化性，离子方程式为Fe2＋＋Zn===Zn2＋＋Fe
Fe2＋具有还原性，与高锰酸钾溶液发生反应，使酸性KMnO4溶液褪色或变浅，离子方程式为MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O
实验
操作
在一支试管中加入2 mL蒸馏水，再滴加几滴FeCl3稀溶液，然后滴加几滴KSCN溶液，观察现象
在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液，然后加入适量铁粉，轻轻振荡片刻，再滴加几滴KSCN溶液，观察现象
实验
现象
溶液变为红色
加入足量铁粉后，溶液变为浅绿色，再加入KSCN溶液，无明显现象
解释
含Fe3＋的溶液遇到KSCN溶液时，溶液变为红色
Fe3＋具有氧化性，离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
选项
操作、现象
解释
A
向淀粉­KI溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝
Fe3＋能与淀粉发生显色反应
B
把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C
向盐酸中加入少量铁粉，有气泡产生
Fe被氧化为Fe3＋
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色
Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3