高中化学人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料第一节 铁及其化合物学案及答案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料第一节 铁及其化合物学案及答案，共13页。学案主要包含了用覆盖铜板制作印刷电路板原理等内容，欢迎下载使用。
课时2　铁盐和亚铁盐发 展 目 标体 系 构 建1.通过实验探究铁盐和亚铁盐的化学性质，并能用化学方程式或离子方程式正确表示。培养学生“科学探究与证据推理”的核心素养。2.从物质类别和元素价态的视角认识“Fe－Fe2＋－Fe3＋”的转化关系，培养学生“微观探析与模型认知”的核心素养。3.通过实验探究“Fe2＋、Fe3＋”的检验方法，培养学生“科学探究与模型认知”的核心素养。一、Fe3＋与Fe2＋的检验实验探究 Fe3＋Fe2＋实验操作实验现象溶液变成红色无明显现象离子方程式Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3—结论Fe3＋遇SCN－显红色，可利用此现象检验Fe3＋的存在Fe2＋和SCN－不反应微点拨：(1)向某未知溶液中滴加KSCN溶液，若溶液变成红色，证明该溶液中含有Fe3＋；若无明显现象，不能简单地认为该溶液中一定有Fe2＋，因为其他离子也不能与KSCN溶液反应出现红色。(2)向某未知溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，但放置一段时间后，溶液慢慢变红色，可证明该溶液中含有Fe2＋，因Fe2＋易被空气中的O2氧化为Fe3＋。二、Fe3＋与Fe2＋的相互转化实验探究实验操作实验现象加少量铁粉振荡后，棕黄色溶液变成浅绿色，再加KSCN溶液，溶液颜色无变化向上层清液中滴加新制氯水，溶液变成红色离子方程式2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3实验结论Fe3＋遇到较强的还原剂时，会被还原成Fe2＋Fe2＋在较强的氧化剂作用下会被氧化成Fe3＋三、用覆盖铜板制作印刷电路板原理将覆盖铜板放入FeCl3溶液中，其反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。四、方法导引——基于类别和元素价态的视角1．2．FeSO4的获得途径(1)基于类别设计：Fe与稀硫酸反应获得，也可以Fe与盐的置换反应获得。(2)基于元素价态设计：Fe与＋3价的铁盐反应得到＋2价铁。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)FeCl2与FeCl3溶液可以用NaOH溶液或KSCN溶液鉴别。 (　　)(2)检验溶液中Fe2＋可以先加氯水再加KSCN溶液是否变红。 (　　)(3)FeCl3溶液中加入Fe反应的离子方程式为Fe3＋＋Fe===2Fe2＋。 (　　)(4)向FeCl3溶液中滴加适量的KSCN溶液，会产生红色的沉淀。 (　　)[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×2．随着人们生活节奏的加快，方便的小包装食品已被广泛接受。为了延长食品的保质期，防止食品氧化变质，在包装袋中可以放入的化学物质是(　　)A．无水硫酸铜　　　 B．硫酸亚铁C．食盐 D．生石灰B　[无水硫酸铜能吸收水分，不能防止食物被氧化，硫酸亚铁具有还原性，可以作为防止富脂食品氧化变质的物质，食盐不能吸收水分，生石灰能防止食品受潮，但不能防止食品被氧化。]3．A、B、C、D四种物质(或离子)均含有同一种元素，其中A是常见单质，它们之间存在如图所示的转化关系：若B、C均属于盐类，B溶液呈黄色，遇NaOH溶液能形成红褐色沉淀；D是一种不溶性碱；B、C中的阴离子均是Cl－。请回答：(1)A、B、C、D的化学式分别为________、________、________、________。(2)①A→B的化学方程式为_____________________。②A→C的离子方程式为________________，____________(写两个)。(3)C溶液中加氯水，反应的离子方程式为________________________________________________________。(4)D物质不稳定，在空气中变化的化学方程式为________________________________________________________。[答案]　(1)Fe　FeCl3　FeCl2　Fe(OH)2(2)①3Cl2＋2Fe2FeCl3②Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋(3)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3“铁三角”转化及应用已知：①2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，②Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，③2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，所得溶液中加入铁粉。请探究下列问题：(1)若无固体剩余，则溶液中阳离子存在的情况如何？[答案]　一定存在Fe2＋、Cu2＋，可能存在Fe3＋。(2)若有固体剩余，则溶液中阳离子存在的情况如何？[答案]　一定存在Fe2＋，可能存在Cu2＋，一定不存在Fe3＋。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＋如：Fe＋SFeS，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋；2Fe＋3Cl22FeCl3,3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。(2)Fe2＋既具有氧化性又具有还原性如：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe　FeO＋COFe＋CO2。(3)Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe如：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。2．“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Cl2、MnO(H＋)、ClO－、H2O2等氧化性粒子不能大量共存。1．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、铜均不剩余时，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当铜剩余，铁不剩余时，溶液中一定只有Fe2＋，无Cu2＋正确，铜剩余，故无Cu2＋D当铁剩余，铜不剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋不正确，不可能出现铁剩余而铜不剩余的情况，因为铁的还原性比铜的强，铁先与Fe3＋反应D　[因离子的氧化性强弱顺序为Fe3＋>Cu2＋＞Fe2＋。如果Fe3＋足量，Fe3＋可将铁和铜全部氧化且Fe3＋可能还有剩余，A错误；当铁剩余时，溶液中不会存在Cu2＋，B错误；当铜剩余时，溶液中肯定无Fe3＋，一定有Fe2＋，可能有Cu2＋，C错误。]2．硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁，为除去杂质，提纯硫酸亚铁，应该加入下列物质中的(　　)A．锌粉　　　　　　 B．镁粉C．铁粉 D．铝粉C　[铁粉可将硫酸铁转化为硫酸亚铁，将硫酸铜转化为硫酸亚铁和单质铜，然后过滤即可提纯硫酸亚铁，锌、镁、铝都有可能将亚铁离子置换成铁，并且会引入新的杂质锌离子、镁离子或铝离子等。]3．某工程师为了从腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，准备采用如图所示方案：(1)请写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式。①________，②________，③________，④________，⑤________。(2)请写出相关反应的化学方程式：_______________________；_____________________________________________________；_____________________________________________________；_____________________________________________________。[解析]　从腐蚀Cu的废液中回收Cu的流程如图所示：[答案]　(1)①Fe　②FeCl2　③Fe和Cu　④HCl　⑤Cl2(2)CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu　2FeCl3＋Fe===3FeCl2　Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑　2FeCl2＋Cl2===2FeCl3Fe2＋、Fe3＋的检验1．Fe2＋、Fe3＋的一般检验 Fe2＋Fe3＋(1)观察法浅绿色棕黄色(2)加碱法(NaOH)①现象：白色沉淀灰绿色红褐色沉淀；②反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(红褐色)①现象：红褐色沉淀；②反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色)(3)显色法(加SCN－)①现象：加入KSCN溶液无明显现象，再滴入氯水变成红色溶液；②反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色；②反应：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)2.检验Fe2＋的注意事项(1)只含Fe2＋的溶液：检验Fe2＋加入试剂的顺序待测液不变色红色(含Fe2＋、不含Fe3＋)。①加KSCN溶液前，防止加氧化性物质，使Fe2＋被氧化。如H2O2、NO(H＋)等。②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液，原因：酸性KMnO4 溶液本身显紫红色，对Fe(SCN)3红色有干扰；酸性KMnO4 溶液能氧化KSCN，溶液不变红色，不能证明不含Fe2＋。(2)同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能采用加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去说明含有Fe2＋。(3)检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，正确的思路为少量固体溶液紫红色褪去。①步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。②步骤a中不能选用稀硝酸，原因是稀硝酸可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。4．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(　　)　　试剂选项　　甲组乙组A新制氯水、KSCN溶液NaOH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　[甲组，在Fe3＋存在的条件下检验Fe2＋，要排除Fe3＋的干扰。所选试剂具备下列条件：一是能与Fe2＋发生有明显现象的反应；二是与Fe3＋不反应。溴水符合条件，实验现象是溴水颜色变浅，酸性KMnO4溶液也符合条件：5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，实验现象是溶液紫红色变浅。乙组，在Fe2＋存在的条件下检验Fe3＋，用KSCN溶液检验Fe3＋即可，Fe2＋不会造成干扰。]5．设计实验证明四氧化三铁中既含＋2价铁又含＋3价铁。写出操作步骤。[答案]　取少量四氧化三铁于试管中，加入足量稀硫酸溶解，将溶液分成两份，一份加入KSCN溶液，溶液若变红，则说明溶液中含有Fe3＋，另一份加入KMnO4溶液，紫红色褪去，则说明溶液中含有Fe2＋，进而证明Fe3O4中既含＋2价铁又含＋3价铁。素材1　人体内的血红蛋白是含铁的化合物，它具有固定氧和输送氧的功能。人体若缺铁，血红蛋白含量会减少，易患缺铁性贫血。此时，可服含硫酸亚铁的药物或多食用含铁丰富的食物。1．传统补铁剂第一代：以硫酸亚铁为代表的无机亚铁盐类。第二代：以乳酸亚铁为代表的小分子有机酸盐类。这两代补铁剂均是以离子形式吸收，易受到其他成分的干扰。2．新型补铁剂为了追求不良反应更小、吸收效果更好的新型补铁剂，科研工作者研发出了氨基酸络合铁，血红素铁，多糖铁(Ⅲ)、多肽铁(Ⅱ)复合物和富铁酵母等大分子复合物补铁剂。如：(1)多糖铁复合物：铁含量一般为20%～40%，能以分子形式被整体吸收，吸收率较高，胃肠道副作用小，对于缺铁性补铁具有较好的效果。(2)多肽铁复合物：铁含量一般仅为10%左右，低于硫酸亚铁等补铁剂，但铁元素生物利用率较高，也不会出现游离铁离子产生的内源性自由基对细胞膜造成损伤的情况。(3)富铁酵母：富铁酵母中铁的存在形式与人体中接近，生物利用率高，不良反应少。问题探究：(1)血红蛋白中的铁的价态主要为几价？为什么？[答案]　＋2价，＋2价铁能与O2结合，把O2运输到各组织需要的部位。(2)血红蛋白中铁若被亚硝酸盐氧化而出现人体中毒，可服用维生素C而解毒，其原理是什么？[答案]　亚硝酸盐使血红蛋白中的＋2价铁变为＋3价铁，不能结合氧而中毒，维生素C有还原性，可以将＋3价铁再还原为＋2价铁而解毒。素材2　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。问题探究：(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＋。1．要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋，进行如下实验操作时，最佳顺序为(　　)①加入足量氯水　②加入足量酸性KMnO4溶液　③加入少量NH4SCN溶液A．①③　　 B．③②　　C．③①　　D．①②③C　[在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变红色，证明无Fe3＋存在，再加入足量氯水，将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液变为红色。酸性KMnO4溶液呈紫红色，溶液颜色变化不明显，所以不能用酸性KMnO4溶液检验。]2．已知如下三个实验均能发生化学反应：①②③将铁钉放入硫酸铜溶液中向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水将铜丝放入氯化铁溶液中下列判断正确的是(　　)A．实验①中铁作还原剂B．实验②中Fe2＋既显氧化性又显还原性C．实验③中发生的是置换反应D．上述实验证明氧化性：Fe3＋>Fe2＋>Cu2＋A　[实验①中铁作还原剂，则氧化性：Cu2＋>Fe2＋；实验②中Fe2＋只表现还原性；实验③中发生的反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，该反应不是置换反应，分析可知氧化性：Fe3＋>Cu2＋。综上分析可知氧化性：Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋。]3．向某溶液中加入含Fe2＋的溶液后，无明显变化。当再滴入几滴新制氯水后，混合溶液变成红色，则下列结论错误的是(　　)A．该溶液中一定含有SCN－B．氧化性：Fe3＋>Cl2C．Fe2＋与SCN－不能形成红色物质D．Fe2＋被氧化为Fe3＋B　[溶液中的Fe2＋与加入的新制氯水发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，故氧化性：Fe3＋<Cl2；能使含Fe3＋的溶液变为红色，说明原溶液中一定含有SCN－；因原溶液中加入含Fe2＋的溶液后，无明显变化，说明Fe2＋与SCN－不能形成红色物质。]4．(素养题)某兴趣小组进行某补血剂中铁元素含量的测定实验流程如下：下列说法不正确的是(　　)A．步骤①研磨时需要在研钵中进行B．步骤②加入氨水的作用是将Fe2＋完全沉淀C．步骤③多步操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重D．每片补血剂中铁元素的质量为0.07w gB　[步骤①是将补血剂磨成细粉，便于溶解，研磨时需要在研钵中进行，A正确；步骤②中加入过氧化氢是将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后用过量氨水将Fe3＋完全沉淀为红褐色氢氧化铁，B错误；步骤③是将氢氧化铁沉淀转化为氧化铁，通过测定氧化铁的质量，计算补血剂中铁元素的含量，所以操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重，C正确；w g氧化铁中铁元素的质量即为10片补血剂中铁的质量，所以每片补血剂含铁元素的质量为＝0.07w g，D正确。]5．(素养题)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，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)证明绿矾已被氧化的实验操作为_________________________________________________________；(2)证明绿矾已完全被氧化的实验操作为_________________________________________________________；(3)使用绿矾溶液时，防止被氧化的措施为_________________________________________________________。[解析]　(1)绿矾样品被氧化会生成Fe3＋，有Fe3＋存在即可说明绿矾样品已被氧化，Fe3＋可使硫氰化钾溶液变红色。(2)Fe2＋能使酸性高锰酸钾溶液褪色，若溶液不褪色，说明溶液中没有Fe2＋，则证明绿矾样品完全被氧化。(3)为防止Fe3＋的干扰，可以加入适量铁粉进行除杂，加入铁粉后Fe3＋与铁反应生成Fe2＋。[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