2021学年第一节 铁及其化合物学案及答案

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www.ks5u.com能力课时7  Fe(OH)2制备与“铁三角”关系探 究 任 务1．探究Fe(OH)2的制备方法和注意问题。2．探究“铁三角”关系及其应用。Fe(OH)2的制备方法1．Fe(OH)2实验室制备装置及其改进2．防止Fe(OH)2被氧化的方法防止Fe(OH)2被氧化的关键是避免生成的Fe(OH)2接触O2(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，除去其中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管内的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是______________________________________________________________________________________________________________________。(2)实验开始时先将止水夹E________(填“打开”或“关闭”)，C中收集到气体的主要成分是________。(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：______________________________________________________________________________________________。(4)拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：_______________________________________________。[解析]  实验开始时先打开止水夹E，让生成的H2把A、B装置中的空气排出，让Fe(OH)2在H2气氛中生成，以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭止水夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。[答案]  (1)铁屑  Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑  (2)打开  H2  (3)关闭止水夹E，A中压强增大，把FeSO4溶液压入B瓶中进行反应  (4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)31．实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2，为了使生成的产物不容易被氧化，下列说法不正确的是 (    )A．配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸B．可在FeCl2溶液的上面加一层苯，以隔绝空气C．向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，胶头滴管尖嘴不能伸入溶液内D．产生Fe(OH)2沉淀后，不能振荡试管C  [A对，FeCl2溶液和烧碱溶液要现用现配，且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气，确保Fe(OH)2在无氧环境中生成。B对，在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油，以隔绝空气。C错，向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中，防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气而溶有氧气。D对，产生Fe(OH)2沉淀后，若振荡试管，会增大沉淀与空气接触的机会，使沉淀更易被氧化。]“铁三角”关系及应用1．“铁三角”转化关系(1)Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化为Fe2＋、Fe3＋ (2)Fe2＋既具有氧化性又具有还原性 (3)Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe2．“铁三角”转化的应用(1)含Fe2＋、Fe3＋的除杂问题主要成分杂质除杂方法FeCl3(aq)FeCl2(aq)加入氯水或H2O2FeCl2(aq)FeCl3(aq)加过量铁粉后过滤FeCl2(aq)CuCl2(aq)加过量铁粉后过滤(2)离子的共存问题①Fe3＋与I－、S2－等还原性离子不能大量共存。②Fe2＋与MnO(H＋)、ClO－等氧化性离子不能大量共存。将金属铁、铜投入FeCl3溶液中充分反应，下列对反应情况设想的评价正确的是(    )选项反应情况设想评价A当铁、铜均无剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，一定无Fe3＋正确，Fe3＋和铁、铜均可反应B当铁、铜均有剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，无Fe3＋正确，铁和铜都与Fe3＋反应，故无Fe3＋C当铜有剩余，铁无剩余时，溶液中一定只有Fe2＋，无Cu2＋正确，铜有剩余，故无Cu2＋D当铁有剩余，铜无剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋不正确，不可能出现铁有剩余而铜无剩余的情况，因为铁的还原性比铜的强，铁先与Fe3＋反应D  [对各选项的分析如下：A铁、铜均无剩余时，说明反应①②均发生，可能铁、铜恰好把Fe3＋反应完，也可能铁、铜的量不足，Fe3＋有剩余错误B铁、铜均有剩余时，说明只发生反应①，且Fe3＋反应完了，反应②没发生，故溶液中无Cu2＋错误C当铜有剩余，铁无剩余时，说明反应①发生，反应②可能发生也可能没发生，因此溶液中一定有Fe2＋，可能有Cu2＋错误D反应①先发生，把铁消耗完了，铜才参与反应，不可能存在铁有剩余而铜无剩余的情况正确2．把表面有少量氧化物的铜片和铁片一起放入盐酸中，充分反应后，所得溶液中的金属离子为(    )A．Fe3＋和Cu2＋   B．Fe2＋和Cu2＋C．Fe2＋和Fe3＋ D．Fe2＋D  [本题涉及的物质的性质有：CuO与盐酸的反应，Fe、Fe2O3与盐酸的反应，Fe3＋与Fe、Cu的反应，Fe与Cu2＋的反应等。表面氧化物较少，溶于盐酸后，生成的Fe3＋和Cu2＋较少，分别被Fe还原为Fe2＋和Cu，Cu与盐酸不反应，Fe与盐酸反应生成Fe2＋。]3．已知A为常见的金属单质，根据如图所示的关系，下列叙述中正确的是(    )A．A为Fe，B为FeOB．C→D溶液的颜色变化：浅绿色→棕黄色C．④的离子方程式：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋D．⑤的离子方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3B  [由“红褐色固体”可知F是Fe(OH)3，从而得出A为Fe，“黑色晶体”B为Fe3O4，继而推出C为FeCl2，D为FeCl3，E为Fe(OH)2，故A错，B正确。⑤的离子方程式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，④的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，故C、D错。]4．除去FeCl2溶液中少量的FeCl3，最好的办法是 (    )A．加入氢氧化钠溶液    B．通入氯气C．加入铜粉 D．加入铁粉D  [要实现Fe3＋―→Fe2＋的转化，需要加入还原剂，且不引入新的杂质离子，最好的办法是加入足量铁粉充分反应后过滤，发生反应的化学方程式为2FeCl3＋Fe===3FeCl2。]素材1  工业印刷电路板的制作流程如图所示，其中“蚀刻”所用的就是溶液FeCl3。(1)FeCl3溶液蚀刻印刷电路板的反应原理是什么？写出化学方程式和离子方程式。[答案]  2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2；2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。(2)反应后的“蚀刻液”中含有哪些金属离子？如果要回收得到Cu和FeCl3，需要怎样设计回收方案？画出流程图。[答案]  “蚀刻液”中含Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋。素材2  为了提高皮革的耐曲折强度以及耐化学药剂和微生物的作用，常常使用绿矾作为鞣革剂。绿矾晶体(FeSO4·7H2O)由于保存不妥或长久放置，容易被空气中的氧气氧化而变质。为探究绿矾样品的变质情况，化学兴趣小组的同学设计了下列实验方案。可供选择的试剂：硫氰化钾溶液、酸性高锰酸钾溶液、氯水、氢氧化钠溶液、氯化钡溶液、铁粉，请参与完成方案设计。实验准备：取少量绿矾样品，用蒸馏水在烧杯中配成溶液。(1)如何证明绿矾已被氧化？(2)如何证明绿矾已完全被氧化(3)为了防止绿矾溶液被氧化，如何操作？[答案]  (1)取少量溶液，加入几滴硫氰化钾溶液，若观察到溶液变红色，则证明绿矾样品已被氧化。(2)取少量溶液，加入几滴酸性高锰酸钾溶液，若观察到溶液不褪色，则证明绿矾样品完全被氧化。(3)向溶液中加入适量铁粉。通过素材1，让学生了解工业印刷电路板的制作原理，通过素材2，让学生了解绿矾的应用和不稳定性。提升学生“科学精神与社会责任”的核心素养。1．下列有关氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中，不正确的是(    )A．氢氧化亚铁易被空气氧化B．氢氧化亚铁为灰绿色絮状沉淀C．可利用如图所示装置，制备氢氧化亚铁D．实验中所用氢氧化钠溶液应预先煮沸B  [Fe(OH)2为白色絮状沉淀，B项错误。]2．在硫酸铁溶液中，加入a g铜完全溶解后再加入b g铁，充分反应后得到c g残余固体，且a＞c，则下列说法中正确的是(    )A．残余固体可能为铁和铜的混合物B．最后得到的溶液可能含有Fe3＋C．残余固体是铁，溶液中一定不含Cu2＋D．残余固体全部是铜D  [加入的a g铜由于发生反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋而全部溶解，如果这部分铜在加入b g铁后恰好被全部还原出来，则c应与a相等，现题给条件中知a＞c，说明加入的a g铜没有全部被还原，溶液中还有Cu2＋，同时也说明加入的铁不足(否则a g铜将会被全部还原出来)，加入的铁被氧化成Fe2＋；而Fe3＋由于不能与单质铜共存，在溶液中已经不再存在；综上所述，c g残余固体是铜，溶液中还存在Cu2＋、Fe2＋这2种金属阳离子，D项正确。]3．向FeCl3溶液中同时加入铁粉和铜粉，充分反应后不会出现的结果是(    )A．铁、铜均有 B．铁、铜均无C．有铜无铁 D．有铁无铜D  [Fe3＋先与Fe反应，Fe完全反应后，Fe3＋再与Cu反应，故充分反应后不可能有铁无铜，D符合题意。]4．取某含铁元素的固体A进行如下实验：根据下列转化关系，下列叙述不正确的是(    )A．试剂1是KSCN溶液B．试剂2可以是新制氯水C．溶液B中只有Fe3＋无Fe2＋D．溶液C到溶液F红色加深的原因是溶液中的Fe2＋被氧化剂氧化成Fe3＋，使Fe3＋浓度增大C  [从框图可知，A和稀盐酸反应生成棕黄色溶液，加入试剂1变成淡红色溶液C，可以推断溶液B中含有Fe3＋，加入KSCN溶液生成Fe(SCN)3；加入试剂2得到深红色溶液F，可知试剂2为强氧化剂，溶液B中含有Fe2＋，加入试剂2(强氧化剂)，Fe2＋ 被氧化为Fe3＋，并进一步转化为Fe(SCN)3，所以溶液红色加深，故C错误。]5.(素养题)在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备Fe(OH)2。(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是_______________________________________。(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是______________________________________。(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是___________________________________________________________________________________________________________。(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是______________________________________________________。[解析]  试管Ⅱ是开口式的，无法利用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中进行，而在试管Ⅱ中应加入不含O2的NaOH溶液。当把Fe与稀硫酸放入试管Ⅰ后，产生的H2可通过试管Ⅰ内的短导管排出试管Ⅰ内的空气，然后经过止水夹进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气。最后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管Ⅰ内生成的FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2氛围中，从而避免了空气中的O2溶解在溶液中将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。[答案]  (1)稀硫酸、铁屑  (2)不含O2的NaOH溶液  (3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹  (4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，外界空气不容易进入装置