高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 铁的多样性学案设计

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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
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：
2．补铁剂中铁元素价态的检验
3.铁元素与人体健康
[即学即练]
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)NaOH溶液滴入FeSO4溶液中产生白色沉淀，随后变为红褐色，与氧化还原反应无关。( )
(2)Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2。( )
(3)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。( )
(4)向CuSO4溶液中加入铁粉，有红色固体析出，则Fe2＋的氧化性强于Cu2＋的氧化性。( )
(5)铁与过量的硫粉共热产物是Fe2S3。( )
(6)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．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→FeCl2
C．Fe2O3→Fe(OH)3 D．Fe(OH)2→Fe(OH)3
3．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．Fe2O3
C．FeCl3 D．FeO
4．下列试剂中，能使Fe2＋转化为Fe3＋的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④次氯酸 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液
A．①②③ B．①③④
C．②④⑤ D．②⑤⑥
5．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
6．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
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。
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＋2Al eq \(=====,\s\up7(高温)) Al2O3＋2Fe
Fe2O3＋3CO eq \(=====,\s\up7(高温)) 2Fe＋3CO2
②亚铁盐、铁盐的制备：
Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O
2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
2Fe＋3Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2FeCl3
(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，迅速变灰绿色，最后变成红褐色)
1．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＋
2．下列叙述不正确的是( )
3.(双选)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)3
B．Fe3O4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①
B．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(FeO42-)具有强氧化性，可用于消毒，FeO42-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
2．无Fe3＋ 有Fe3＋ 溶液变红 有Fe2＋ 有Fe2＋ 无Fe2＋
3．最高 ＋2 贫血 还原性
[即学即练]
1．(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√
2．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：C
3．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
4．解析：要实现Fe2＋转化为Fe3＋，可加入具有氧化性的物质，其中①氯气、③KMnO4溶液、④次氯酸都能把Fe2＋氧化生成Fe3＋，所以B项正确。
答案：B
5．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：C
6．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：D
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．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：A
2．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：D
3．解析：高温下铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，故A项错误；Fe3O4溶于盐酸生成Fe3＋和Fe2＋，Fe3＋与KSCN反应得到红色溶液，故B项正确；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：BC
4．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：D
5．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：C
6．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
学业基础——自学·思记·尝试
实验步骤
实验现象
实验结论
①取少量补铁口服液置于试管中，滴入KSCN溶液
a.不变红
____________
b．变红
____________
②若出现现象a，向反应后的溶液中滴加氯水
____________
____________
③若出现现象b，另取补铁剂滴加酸性KMnO4溶液
紫红色褪去
____________
紫红色不褪去
____________
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
核心素养——合作·探究·分享
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
学考评价——夯实·测控·演练
选项
被提纯物质
杂质
除杂试剂或方法
A
FeCl3溶液
FeCl2
通入适量Cl2
B
FeCl2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
D
Fe(OH)3
Fe(OH)2
在空气中灼烧