高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第二单元 探究铁及其化合物的转化学案

这是一份高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第二单元 探究铁及其化合物的转化学案，共10页。


知识点一 FeCl3的制备路径及Fe3＋的检验
1．FeCl3的制备路径
(1)Fe→FeCl3(填写化学方程式，下同)
2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up10(点燃),\s\d10( ))2FeCl3。
(2)Fe→FeCl2→FeCl3
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，(其他合理反应亦可)
2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。
(3)Fe→Fe2O3→FeCl3
4Fe＋3O2eq \(=====,\s\up10(△),\s\d10( ))2Fe2O3，Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O。
2．Fe3＋的检验方法
(1)观察法：棕黄色溶液中含有Fe3＋；
(2)加碱法：若直接产生红褐色沉淀的为Fe3＋，反应的离子方程式为Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓；
(3)加KSCN：若溶液直接变血红色的为Fe3＋，反应的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
(1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态是否相同？
提示：不相同。Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。
(2)铁与氯气和铁与单质硫的反应生成的化合物中铁元素的价态是否相同？
提示：不相同。一个生成FeCl3，另一个生成FeS。
(3)某工厂利用废弃的盐酸和铁屑为原料制备FeCl3时，有两种反应路线①Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，2FeCl2＋Cl2===2FeCl3；②Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，4FeCl2＋O2＋4HCl===4FeCl3＋2H2O；从环保和经济的角度，哪一种路线更合适？
提示：实际制备物质时，必须根据反应原料、反应条件、环境保护、生产成本等因素进行综合判断，选择合适、可控的反应路径。②中用氧气代替了①中的氯气，降低了生产成本且对环境无污染，故②更合适。
知识点二 Fe2＋、Fe3＋的相互转化
(1)如何除去FeCl3溶液中的Fe2＋？
提示：向溶液中通入适量Cl2，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(2)在配制含Fe2＋的溶液时，为防止溶液中的Fe2＋被氧化，可以采取什么措施？为什么？
提示：在配制含Fe2＋的溶液时，向溶液中加入少量铁粉，目的是使被氧气氧化形成的Fe3＋还原为Fe2＋。
(3)用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液，在铜片上面画一个“＋”，放置片刻后，用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中。会出现什么现象？为什么？
提示：铜片上出现了“＋”字凹槽。原因是FeCl3溶液中的Fe3＋具有较强的氧化性，能将Cu氧化为Cu2＋。
(4)请设计从废旧印刷电路板(含铜)中回收铜的实验流程？
提示：第一步：将废旧印刷电路板加入FeCl3溶液中溶解：Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2；
第二步：向上步所得溶液中加入过量Fe粉，过滤：Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2；
第三步：向上步得到的滤渣中加入足量的稀盐酸，再过滤：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。
[问题1] 能够共存的离子之间不能发生反应。根据上述知识分析，Fe3＋与I－、S2－、HS－、SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)等还原性离子能否大量共存？
提示：Fe3＋具有较强的氧化性，被I－、S2－、HS－、SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)等还原为Fe2＋而不能大量共存。
[问题2] 利用离子间的转化分析，怎样除去FeCl3溶液中含有的FeCl2杂质？
提示：向混合溶液中加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。
[问题3] 根据Fe2＋的性质分析，实验室中应该怎样保存亚铁盐溶液？
提示：向亚铁盐溶液中加入铁粉，防止Fe2＋被氧化。
1．Fe只具有还原性，可被氧化为Fe2＋或Fe3＋
如：Fe＋Seq \(=====,\s\up10(△))FeS，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋；2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up10(点燃))2FeCl3；3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up10(高温))Fe3O4＋4H2。
2．Fe2＋既具有氧化性又具有还原性
如：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；Fe2＋＋Zn===Zn2＋＋Fe，FeO＋COeq \(=====,\s\up10(△))Fe＋CO2。
3．Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe
如：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋；Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up10(高温))2Fe＋3CO2，Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up10(高温))2Fe＋Al2O3。
1．硫酸亚铁溶液含有硫酸铜和硫酸铁杂质，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，并且会引入锌离子、镁离子或铝离子等新的杂质。]
2．电子工业中，常用FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板。某同学为了从腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，设计如下流程图。
请回答下列问题：
(1)FeCl3溶液腐蚀铜箔反应的离子方程式为___________________________
_______________________________________________________________。
(2)固体A的成分是______________，气体C的化学式为______________。
(3)设计实验方案检验FeCl3溶液中的金属阳离子______________________
_______________________________________________________________。
(4)反应(a)消耗铁粉11.2 g，则废液中Fe3＋的物质的量浓度是________。
[解析] 由工艺流程可知，废液中应该含有FeCl3、FeCl2、CuCl2，在废液中加入过量的铁粉， FeCl3溶液与Fe反应生成FeCl2，Fe与CuCl2反应生成Cu，即固体A是Fe和Cu的混合物，溶液A是FeCl2。固体A中加入盐酸，Fe与盐酸反应生成FeCl2，过滤得到的6.4 g固体即为金属Cu，溶液B是FeCl2，再通入气体C得到FeCl3，即气体C可以是Cl2。反应消耗的铁粉分别为与FeCl3和CuCl2的反应，根据CuCl2＋Fe===Cu＋FeCl2，得n(Fe)＝n(Cu)＝eq \f(6.4 g,64 g/ml)＝0.1 ml，则与氯化铁反应消耗的铁的物质的量为n(Fe)＝eq \f(11.2 g－0.1 ml×56 g/ml,56 g/ml)＝0.1 ml，根据2Fe3＋ ＋Fe===3Fe2＋得：n(Fe3＋)＝2n(Fe)＝2×0.1 ml＝0.2 ml，c(Fe3＋)＝eq \f(0.2 ml,0.5 L)＝0.4 ml/L。
[答案] (1) 2Fe3＋ ＋ Cu===2Fe2＋ ＋ Cu2＋ (2) Fe、Cu Cl2 (3) 取少量溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，出现血红色 (4) 0.4 ml/L
为严厉打击食品生产经营中违法添加非食用物质、滥用食品添加剂，卫生部、农业部等部门联合公布了包含硫酸亚铁在内的22种“易滥用食品添加剂”名单。某同学为探究富含硫酸亚铁且保存时间较长的食品情况，设计了如下实验方案：
eq \x(食品)→……→eq \x(淡黄色溶液)eq \(――→,\s\up10(试剂1))eq \x(淡红色溶液)eq \(――――→,\s\up10(新制氯水))eq \x(血红色溶液)
[问题1] 试剂1的主要成分是什么？为什么淡红色溶液加入新制氯水后溶液变为血红色？写出上述过程中涉及的离子方程式。(素养角度——宏观辨识与微观探析)
提示：Fe3＋与KSCN溶液反应生成血红色Fe(SCN)3，所以试剂1的主要成分是KSCN。淡红色溶液中还含有较多的Fe2＋，向其中加入新制氯水时，Cl2将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液中Fe3＋浓度增大，生成的Fe(SCN)3浓度也增大，溶液颜色加深。相关离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
[问题2] 向未知溶液中加入氯水，再加入KSCN溶液，溶液变血红色，能否证明溶液中含有Fe2＋？
提示：不能。先加入氯水，若溶液中含有Fe3＋，即使不含Fe2＋，加入KSCN溶液，溶液也会变血红色。利用KSCN溶液检验Fe2＋时，必须首先证明原溶液中不含Fe3＋。
[问题3] 向稀硫酸中加入铁粉，待铁粉全部溶解后，再加入酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液紫红色褪去的原因是什么？
提示：溶液褪色是因为Fe2＋具有还原性，KMnO4具有氧化性，KMnO4被Fe2＋还原生成无色的Mn2＋。
Fe2＋和Fe3＋的检验方法(未知溶液仅限Fe2＋Fe3＋含量未知)
1．直接观察颜色
2．利用显色反应
3．利用Fe2＋的还原性
4．利用Fe3＋的氧化性
3．欲证明某溶液中含有Fe2＋不含Fe3＋，进行如下实验操作时最佳顺序为( )
①加入少量氯水 ②加入少量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液
A．①③ B．③②
C．③①D．①②③
C [Fe3＋与KSCN溶液反应生成血红色物质，Fe2＋与KSCN溶液不反应，但加入氧化剂后Fe2＋被氧化成Fe3＋，遇KSCN溶液变血红色。所以，应先加入KSCN溶液，如果溶液不变色，再加入氯水，溶液变成血红色，则可证明溶液中含有Fe2＋不含Fe3＋，KMnO4为紫红色，此处会影响结果判断，故不选。]
4．Ⅰ.把氯化亚铁溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，而不引进金属离子或其他原溶液中不含有的阴离子，所用的两种方法的离子方程式分别为
(1)__________________________________________________________；
(2)__________________________________________________________。
Ⅱ.在装有固体A的试管中加入水，此时A未溶解，但加入一定量的无色溶液B，A逐渐溶解，并有气体生成，溶液变为浅绿色，将空气通入该试管的溶液中，溶液颜色很快加深，请填写下列空白：
(1)B的化学式是_______________________________________________。
(2)A加入无色溶液B后才溶解，其理由是_________________________
______________________________________________________________。
[答案] Ⅰ.(1)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
Ⅱ.(1)H2SO4(合理即可) (2)Fe与水常温下不反应，滴入硫酸后，硫酸使Fe溶解
1．下列关于Fe2＋和Fe3＋的叙述中错误的是( )
A．Fe2＋的水溶液为浅绿色
B．Fe3＋的水溶液为棕黄色
C．Fe3＋具有氧化性，Fe2＋具有还原性
D．Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，立即出现血红色沉淀
D [Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，生成血红色可溶性物质，不是红色沉淀。]
2．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，发生的化学反应为2FeCl3＋Fe===3FeCl2。]
3．用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，然后在所得溶液中加入铁粉。对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是( )
A．若无固体剩余，则溶液中一定有Fe3＋
B．若有固体存在，则溶液中一定有Fe2＋
C．若溶液中有Cu2＋，则一定没有固体析出
D．若溶液中有Fe2＋，则一定有Cu析出
B [FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上铜的反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，所得的溶液中存在FeCl2和CuCl2，还可能有过量的FeCl3溶液，加入铁粉充分反应后，A项中若无固体剩余，说明原溶液中含有Fe3＋，反应后不一定还含有；B项中不管固体是铁粉还是铜粉，溶液中一定含有Fe2＋；C项中若溶液中有Cu2＋，可以有部分铜固体析出；D项中若溶液中有Fe2＋，不一定有Cu析出。]
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( )
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，发生化学反应：5Fe2＋＋MnOeq \\al(－,4)＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，实验现象是溶液紫色变浅。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．如图是某儿童微量元素体检报告单的部分数据：
根据上表的数据，回答下列问题：
(1)该儿童________元素含量偏低。
(2)报告单中“μml·L－1”是________(填“质量”“体积”或“浓度”)单位。
(3)服用维生素C可使食物中的Fe3＋转化为Fe2＋。在这个过程中体现了维生素C的________(填“氧化性”或“还原性”)。
(4)缺铁性贫血患者应补充Fe2＋。一些补铁剂以硫酸亚铁为主要成分，将硫酸亚铁制成药片时外表包有一层特殊的糖衣，推测糖衣的作用是___________________________________________。
[解析] (1)从检测结果与参考范围看，该儿童Fe元素的含量比参考范围略低。(2)μml·L－1为浓度单位。(3)Fe3＋转化为Fe2＋，铁元素的化合价降低，发生还原反应，故维生素C体现还原性。(4)糖衣可以防止硫酸亚铁与空气接触，起到防止Fe2＋被氧化的作用。
[答案] (1)铁(或Fe) (2)浓度 (3)还原性 (4)防止Fe2＋被氧化学 习
任 务
1.依据化合价理论，结合实验探究，掌握Fe、Fe2＋、Fe3＋相互转化的途径，强化变化观念。
2.通过实验探究学会Fe2＋、Fe3＋的检验方法，培养证据推理意识，提升实验探究能力与创新意识。
实验操作
实验现象
有关离子方程式
FeCl3溶液变为血红色，FeCl2溶液无明显变化
Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
溶液由棕黄色变为浅绿色，再加入KSCN溶液时，溶液无明显变化
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
加入KSCN溶液后，溶液无变化，再加入氯水后，溶液变成血红色
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
溶液由棕黄色变为蓝色，再加入KSCN溶液后，溶液无明显变化
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Fe2＋、Fe3＋、Fe的相互转变——“铁三角”
Fe2＋、Fe3＋的检验方法
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
C
KOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液