化学必修 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

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2022-2023学年高一化学同步学习高效学与练（自主学案）第三章  铁  金属材料第一节  铁及其化合物第3课时  铁盐和亚铁盐课程学习目标1．结合实验探究，掌握Fe、Fe2＋、Fe3＋相互转化的途径。2．通过实验学会Fe2＋、Fe3＋的检验方法。3．了解铁盐、亚铁盐的主要性质及其在生产、生活中的应用。学科核心素养1．通过对“Fe、Fe3＋、Fe2＋相互转化”的学习，强化变化观念。2．通过对“Fe2＋、Fe3＋的检验”的学习，提升实验探究能力和创新意识。3．通过对“铁盐、亚铁盐”的学习，培养证据推理意识。【新知学习】常见的铁盐有    FeCl3、Fe2(SO4)3    等，常见的亚铁盐有    FeCl2、FeSO4    等。一．铁盐1.Fe3+的检验  【实验3-2】观察实验，填写下表： 滴入KSCN溶液的现象解 释（用离子方程式）结论与应用FeCl3溶液溶液变红色Fe3+＋3SCN－=Fe(SCN)3可用来检验Fe3+FeCl2溶液没有明显现象 2.Fe3+的氧化性   【实验3-2】观察实验，填写下表：在 FeCl3溶液中加入现象反应的化学方程式结论铁粉，充分反应再加入KSCN溶液加入铁粉，溶液变浅绿色，再加KSCN溶液，没有明显现象。2Fe3+＋Fe=3Fe2＋氧化性：Cl2>Fe3+>Fe2＋再加入氯水，振荡溶液变红色2Fe2＋＋Cl2=2Fe2＋＋2Cl－由实验3-2得知，Fe3+和Fe2+可以相互转化，Fe3+               Fe2+。 3.Fe3+的氧化性含有Fe3＋的溶液呈  黄  色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现  氧化性  。(1)Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO32－等具有较强还原性的离子不能大量共存。(2)Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为  Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋  。二.亚铁盐1.Fe2+的检验先加入KSCN溶液，无明显现象，再加氯水，溶液变红色。【思考】鉴别Fe2+时，   不能  （填“能”或“不能”）先加氯水，再加KSCN溶液，原因是    无法排除亚铁离子的干扰      。2.Fe2+的氧化性和还原性含有Fe2＋的溶液呈  浅绿  色，Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以  还原性  为主，如遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H＋)等均表现  还原性  。Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。三.应用1．判断离子共存Fe2＋NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)；Fe3＋S2－、I－、SO；2．除杂溶液杂质除杂方法FeCl2FeCl3加过量铁粉后过滤FeCl3FeCl2加足量氯水或H2O2溶液FeCl2CuCl2加过量铁粉后过滤【思考】为什么在实验室配制FeSO4溶液中常加入少量铁粉？防止亚铁离子被氧化，2Fe3+＋Fe=3Fe2＋【知识归纳总结】Fe3+、Fe2+的检验方法：   【知识进阶】一．Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化——“铁三角”【问题探究】铁元素有三种价态：0价、＋2价和＋3价，这三种价态的铁在一定条件下可相互转化，我们称之为铁三角：分析上图，思考下列问题：1．不同价态铁元素之间转化的条件是什么？由高价态转化低价态需要还原剂，由低价态转为高价态需要氧化剂。2．实验室制取FeCl2溶液时为什么要加入少量铁屑？加入铁屑能防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。【知识归纳总结】1．Fe只有还原性，可以被氧化成＋2或＋3价的铁：如Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋2Fe＋3Cl22FeCl33Fe＋4H2OFe3O4＋4H2。2．Fe2＋既有氧化性又有还原性：如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋FeO＋COFe＋CO23．Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁：如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3【典例1】下图是物质间发生化学反应时颜色的变化情况，下列选项中正确的是(　 　) MNPQANH3·H2OBa(OH)2铜石蕊试液BNaBaCl2FeOKSCNCNaOHBa(NO3)2锌粉KSCNDNaHCO3MgCl2Fe石蕊试液【答案】C【解析】硫酸铁与Ba(OH)2反应生成硫酸钡白色沉淀和Fe(OH)3红褐色沉淀，A项错误；硫酸铁与FeO不反应，且FeO难溶于水，B项错误；物质间发生化学反应时颜色的变化情况符合图示，C项正确；硫酸铁与MgCl2溶液不反应，D项错误。〔变式训练1）（2020·阜新市第二高级中学高一期末）用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，所得溶液中加入过量的铁粉，充分反应后，最终溶液中的金属阳离子（   ）A．只含Fe2+ B．含Cu2+和Fe2+ C．含Cu2+和Fe3+ D．只含Fe3+【答案】A【解析】【分析】加入过量的铁粉，溶液中Fe2+和Cu2+完全反应，溶液中只含Fe2+。【详解】FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，发生反应Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，向所得溶液中加入足量铁粉，铁粉先与Fe3+完全反应Fe+2Fe3+=3Fe2+，再与Cu2+完全反应Fe+ Cu2+= Cu+Fe2+，最后得到氯化亚铁溶液，剩余固体为铁和铜的混合物，故选A。【点睛】本题考查了铁及其化合物的性质，熟悉三价铁离子、铜离子的氧化性强弱以及反应的过程是解题的关键。二．Fe3＋、Fe2＋的检验方法【问题探究】如何证明FeSO4溶液是否变质？变质的FeSO4溶液中含有Fe3＋。用洁净的试管取少量(1～2 mL)的样品溶液，向其中滴入KSCN溶液1～2滴，若溶液立即显红色证明含有Fe3＋，即该溶液已变质。【知识归纳总结】Fe3＋、Fe2＋的检验方法1．用KSCN溶液和氯水2．用NaOH溶液3．含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe2＋、Fe3＋的检验溶液变  红  色，说明含有Fe3＋；酸性KMnO4溶液  紫红  色褪去，说明含有Fe2＋。4．铜片法5．亚铁氰化钾溶液和铁氰化钾溶液是检验Fe3＋和Fe2＋的特征试剂：Fe3＋蓝色沉淀Fe2＋蓝色沉淀 【典例2】某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质，查阅了有关资料，得知SCN－、Fe2＋能被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色，并结合已学的知识设计了如下实验：①将药片除去糖衣研细后溶解、过滤。②取滤液分别加入两支试管中，在一支试管中加入酸性KMnO4溶液，在另一支试管中加入KSCN溶液。请完成下列问题：(1)若滴入酸性KMnO4溶液后褪色，滴入KSCN溶液后不变红，结论是                      。(2)若滴入酸性KMnO4溶液后不褪色，滴入KSCN溶液变红，结论是                      。(3)若滴入酸性KMnO4溶液后褪色，滴入KSCN溶液变红，结论是                      。(4)          (填“能”或“不能”)将酸性KMnO4溶液和KSCN溶液滴入到同一支试管中进行验证，原因是                                                                  。【答案】补铁药没有变质；  补铁药完全变质；  补铁药部分变质不能  酸性KMnO4溶液呈紫红色，影响Fe3＋的检验；KSCN具有还原性，影响Fe2＋的检验【解析】加入酸性KMnO4溶液褪色说明含有Fe2＋，而加入KSCN溶液变红则说明含有Fe3＋，所以前三问的答案很容易得出。第(4)问中的原因可归纳为两条，一是酸性KMnO4溶液呈紫红色，影响Fe3＋的检验；二是KSCN具有还原性，可以被酸性KMnO4溶液氧化，影响Fe2＋的检验。〔变式训练2〕（2020·营口市第二高级中学高一期末）取少量FeCl2溶液，滴入几滴KSCN溶液，不显红色，再滴入几滴氯水，溶液变红，这是因为(　　)A．Cl2可将FeCl2还原 B．Cl2可将KSCN氧化C．Cl2可将FeCl2氧化 D．Cl2可将KSCN还原【答案】C【解析】【分析】取少量FeCl2溶液，滴入几滴KSCN溶液，不显红色，再滴入几滴氯水，溶液变红，溶液变红意味着发生了反应：Fe3＋＋3SCN-= Fe(SCN)3、生成了硫氰化铁，则加入几滴氯水后发生了反应：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl-，即氯气将FeCl2氧化了，据此回答。【详解】A. Cl2可将FeCl2氧化，A错误；B. 加入的几滴氯水没有和KSCN反应，B错误；C. Cl2可将FeCl2氧化，C正确；D. 加入的几滴 氯水没有与KSCN反应，D错误；答案选C。 【效果检测】1．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【答案】C【解析】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，还会引入新的杂质锌离子、镁离子、铝离子等。2．下列物质与铁反应后的生成物，能与KSCN溶液作用生成红色溶液的是(　 　)A．盐酸 B．氯气C．CuSO4溶液 D．稀硫酸【答案】B【解析】铁离子能和KSCN溶液反应而使溶液显红色，A中生成氯化亚铁，B中生成氯化铁，C中生成硫酸亚铁，D中生成硫酸亚铁。3．（2020·辽宁高一期末）已知下述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 下列判断错误的是（   ）A．实验①中铁钉只做还原剂 B．实验②中发生了氧化还原反应C．实验③中发生的是置换反应 D．上述实验证明氧化性：Cl2＞Fe3+＞Cu2+＞Fe2+【答案】C【解析】A.由于铁比铜活泼，所以实验①中发生反应Fe+Cu2+＝Fe2++Cu，铁作还原剂置换出铜，A正确；B.实验②中氯水中的氯气具有强的氧化性，能将Fe2＋氧化为Fe3＋，发生氧化还原反应2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl－，B正确；C.由于Fe3＋具有较强的氧化性，将铜氧化为Cu2＋，而自身还原为Fe2＋，化学方程式为Cu+2Fe3+＝2Fe2++Cu2+，故发生的不是置换反应，C错误；D.实验②能够说明氯气的氧化性强于Fe3＋，实验③能够反应说明Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，所以氧化性强弱顺序为Cl2＞Fe3+＞Cu2+，D正确；答案选C。4．（2020·湖南高二期末）向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100mL浓度为1.00mol/L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，有气体放出，所得溶液中加入KSCN溶液后无血红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量此混合物，能得到铁的质量是（   ）A．11.2g B．5.6g C．2.8g D．1.4g【答案】C【解析】【分析】盐酸恰好使混合物完全溶解，盐酸没有剩余，向反应所得溶液加KSCN溶液无血红色出现，说明溶液为FeCl2溶液，根据氯元素守恒可以知道n(FeCl2)=n(HCl)；用足量的CO在高温下还原相同质量的混合物得到铁，根据铁元素守恒可以知道n(Fe)=n(FeCl2)，据此结合m=nM计算得到的铁的质量。【详解】盐酸恰好使混合物完全溶解，盐酸没有剩余，向反应所得溶液加KSCN溶液无血红色出现，说明溶液为FeCl2溶液，根据氯元素守恒可以知道n(FeCl2)=n(HCl)=×0.1×1=0.05mol；用足量的CO在高温下还原相同质量的混合物得到铁，根据铁元素守恒可以知道n(Fe)=n(FeCl2)=0.05mol，质量为0.05×56=2.8g；综上所述，本题正确选项C。5．（2020·瓦房店市高级中学高一期末）在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g铜，完全溶解后，再加b g铁，充分反应后得到c g残余固体，且a>c，则下列说法正确的是（     ）A．最后得到的溶液中一定含有Cu2+ B．残余固体是铜和铁C．将残余固体加入到稀H2SO4中，有气泡产生 D．最后得到的溶液中可能含有Fe3+【答案】A【解析】【分析】发生的反应有：2Fe3＋+Cu=2Fe2＋+Cu2＋，Cu2＋+Fe=Cu+Fe2＋，a＞c，说明铜没有被完全置换出。【详解】A、由于a＞c，说明铜没有被完全置换出，则溶液中一定存在Cu2＋，故A正确；B、由于a＞c，说明铜没有被完全置换出，残余固体中没有铁，故B错误；C、残余固体中没有铁，将残余固体加入到稀H2SO4中，没有气泡产生，故C错误；D、铜有剩余，发生的反应有：2Fe3＋+Cu=2Fe2＋+Cu2＋，则一定不存在Fe3＋，故D错误；故选A。【点睛】本题考查混合物反应的过量问题，解题关键：注意氧化性和还原性的强弱顺序．6．在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是（   ）A．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋B．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，可能含Cu2＋和Fe3＋C．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3＋和Fe2＋，一定不含Cu2＋D．若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋和Fe3＋【答案】D【解析】加入铁屑后，依次发生：2Fe3＋+Fe=3Fe2+ ，Fe+Cu2＋=Cu+Fe2＋；阳离子Fe3+、Cu2+Fe3+、Fe2+、Cu2+Fe2+、Cu2+Fe2+、Cu2+Fe2+Fe2+滤出固体   CuCuFe、Cu由上表看出，答案为D。7．电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板。（1）检验溶液中Fe3+存在的试剂是________，证明Fe3+存在的现象是________。（2）写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的离子方程式：________。（3）某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜，并重新获得纯净的FeCl3溶液，准备采用下列步骤：请写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式。①________，④________。（4）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的最佳顺序为________。①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液A．①③     B．③②     C．③①    D．①②③（5）写出向②⑤的混合液中通入⑥的离子方程式：________。【答案】  KSCN  溶液变成血红色  2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋  Fe  HCl  C  2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－【解析】（1）本题考查Fe3＋检验，检验Fe3＋常用KSCN溶液，如果溶液变为血红色，说明含有Fe3＋，反之不含有；（2）本题考查Cu和Fe3＋反应，离子反应方程式为Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋；（3）本题考查化学工艺流程，本实验目的是回收铜和制取纯净的FeCl3，向废液中加入过量的铁屑，然后过滤，滤液为FeCl2，滤渣为Cu和Fe，因为铁能与盐酸反应，铜和盐酸不反应，因此滤渣③中加入过量的盐酸，过滤，得到金属铜，两种滤液合并，通入氯气，把Fe2＋氧化成Fe3＋；（4）本题考查离子检验，检验某溶液中不含Fe3＋，含Fe2＋，应先加KSCN溶液，溶液不变红，说明不含Fe3＋，再加入氧化剂，溶液变红，说明原溶液中含Fe2＋，不含Fe3＋，氧化剂不能是酸性高锰酸钾溶液，因为高锰酸钾溶液能氧化KSCN，故选项C正确；（5）本题考查离子反应方程式的书写，⑥为氯气，发生的离子反应方程式为2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。