人教版 (2019)必修 第一册实验活动2 铁及其化合物的性质学案及答案

实验活动2　铁及其化合物的性质

【实验目的】

1．认识铁及其化合物的重要化学性质。

2．学会铁离子的检验方法。

3．认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。

【实验仪器】

试管、胶头滴管。

【实验药品】

CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、KMnO4酸性溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。

【实验步骤】

1．铁单质的还原性

在一支试管中加入2 mL CuSO4溶液，再将一段铁丝放入CuSO4溶液中。过一会儿，取出铁丝，观察到的现象是铁丝表面有红色固体析出。化学方程式：CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu。

2．铁盐的氧化性

(1)取3 mL FeCl3稀溶液加入试管中，加入几小块铜片，振荡，过一会儿，观察到的现象是铜片被腐蚀，溶液由棕黄色变为蓝绿色，化学方程式：Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2。

(2)在一支盛有3 mL水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液，再滴加3滴KI溶液，观察到的现象是溶液由淡黄色变成棕色，然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液，溶液变蓝，离子方程式：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。

3．亚铁盐的氧化性和还原性

(1)取3 mL FeCl2溶液加入试管中，加入几小块锌片，振荡，过一会儿，观察到的现象是溶液变为无色，化学方程式：FeCl2＋Zn===ZnCl2＋Fe。

(2)在一支试管中加入少量KMnO4酸性溶液，然后向试管中加入少量FeSO4溶液，观察溶液的颜色变化。当溶液紫红色褪去时，再滴加2滴KSCN溶液，观察到的现象是溶液变红色，化学方程式：10FeSO4＋2KMnO4＋8H2SO4===5Fe2(SO4)3＋2MnSO4＋8H2O＋K2SO4、Fe2(SO4)3＋6KSCN===2Fe(SCN)3＋3K2SO4。

4．铁离子的检验

(1)在一支试管中加入2 mL蒸馏水，再滴加几滴FeCl3稀溶液，然后滴加几滴KSCN溶液，观察到的现象是溶液变红色。

(2)在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液，然后加入适量铁粉，轻轻振荡片刻，溶液变浅绿色，再滴加几滴KSCN溶液，溶液无明显变化。化学方程式：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。

【问题和讨论】

1．根据以上的实验及所学的知识，以铁屑为原料，制备硫酸亚铁溶液时应该注意什么？

提示　由于Fe2＋易被氧化，所以在制备过程中要保证铁屑过量。

2．若向FeCl3稀溶液中加入过量锌粉，溶液中存在的阳离子是哪种金属离子？原因是什么？

提示　Zn2＋，锌的活泼性比铁强，所以过量锌粉可以把Fe3＋还原为铁单质。

3．由以上实验思考检验Fe2(SO4)3溶液中是否有杂质FeSO4的方法？

提示　在一支试管中加入少量KMnO4酸性溶液，然后向试管中滴加Fe2(SO4)3溶液，若KMnO4酸性溶液紫色褪去，则说明含有FeSO4杂质，反之则无。

1．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＋>Cl2

C．Fe2＋与SCN－不能形成红色物质

D．Fe2＋被氧化为Fe3＋

答案　B

解析　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。

2．某同学欲探究某袋敞口放置一段时间的名为“硫酸亚铁家庭园艺精品肥料”化肥的主要成分及相关性质。首先对该化肥的成分进行了如下假设：

a．只含有FeSO4

b．含有FeSO4和Fe2(SO4)3

c．只含有Fe2(SO4)3

将化肥固体粉末溶于水得到溶液(记为X)，进行如下实验：

(1)实验ⅰ中加入的1 mL 1 mol·L－1 NaOH溶液中含有NaOH______g。

(2)对实验ⅰ的预期现象是产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后出现红褐色沉淀，预期产生该现象的依据是(用化学方程式表示)_____________________、___________________。

(3)实验ⅱ现象说明假设________不成立。

为进一步验证假设，小组同学进行了以下实验：

(4)实验ⅳ中，KMnO4 是该反应的______________(填“氧化剂”或“还原剂”)。

(5)通过以上实验，可得到的结论是_______________________________________________。

答案　(1)0.04　

(2)FeSO4＋2NaOH===Na2SO4＋Fe(OH)2↓　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　

(3)a　(4)氧化剂　(5)该化肥的成分含有FeSO4和Fe2(SO4)3(或假设b成立)

解析　(1)实验ⅰ中加入的1 mL 1 mol·L－1 NaOH溶液中含有NaOH的质量为0.001 L×1 mol·

L－1×40 g·mol－1＝0.04 g。

(3)实验ⅱ现象说明溶液中含有Fe3＋，则假设a不成立。

(4)实验ⅳ中，KMnO4 将Fe2＋氧化为Fe3＋，从而说明KMnO4 是该反应的氧化剂。

(5)实验ⅲ表明溶液中含有Fe3＋，实验ⅳ表明溶液中含有Fe2＋，可得到的结论是该化肥的成分含有FeSO4和Fe2(SO4)3或假设b成立。

3．(2021·黄山高一检测)某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物进行了如下探究：

(1)装置的连接顺序为a→____→____→____→____→b→c→f。

(2)硬质玻璃管与收集器之间没有用导管连接，这样做的优点是__________________。

(3)反应一段时间，熄灭酒精灯，冷却后，将收集器及硬质玻璃管中的物质快速转移至锥形瓶中，加入过量的稀盐酸和少许植物油(反应过程中不振荡)，充分反应后，进行如下实验：

试剂X中溶质的化学式为_________________；

固体产物的成分可能为________(填字母)。

A．Fe和FeCl3   B．FeCl2和FeCl3

C．Fe、FeCl2和FeCl3   D．Fe和FeCl2

(4)加入少许植物油的作用是______________________________________________________，加入新制氯水后溶液红色加深的原因是______________________________________(用离子方程式表示)。

(5)现有一含FeCl2和FeCl3混合物的样品，用离子交换法测得n(Fe)∶n(Cl)＝1∶2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为______________(计算结果保留两位有效数字)。

答案　(1)g　h　d　e　(2)防止堵塞　(3)KSCN　A　(4)隔绝空气，防止Fe2＋被氧化　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　(5)0.10(或10%)

解析　(1)浓硫酸具有吸水性，能作氯气的干燥剂，碱石灰具有碱性而吸收氯气，饱和食盐水吸收氯化氢且抑制氯气溶解。装置的排列顺序为气体的制取→洗气(除杂)→干燥→氯气和铁的反应→尾气处理。

(2)Fe在氯气中燃烧生成棕褐色烟，冷却易生成固体，导管管口较细，易堵塞，所以硬质玻璃管与收集器之间没有用导管连接。

(3)Fe3＋和KSCN反应生成络合物硫氰化铁而使溶液呈红色，所以试剂X为KSCN溶液；固体和氯气反应时可能没有完全反应，剩余的Fe和稀盐酸、氯化铁反应生成氯化亚铁，固体中成分可能为Fe和FeCl3，A选项正确。

(4)Fe2＋不稳定，易被氧化，所以植物油的作用是隔绝空气，防止Fe2＋被氧化；加入新制氯水后，Fe2＋被氯气氧化生成Fe3＋，从而增大了Fe3＋的浓度，Fe3＋、SCN－反应生成Fe(SCN)3，从而增大了络合物浓度，溶液颜色加深，Fe2＋与Cl2反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。

(5)设含FeCl2和FeCl3混合物的样品中FeCl2的物质的量为x，FeCl3的物质的量为y，则(x＋y)

∶(2x＋3y)＝1∶2.1，解得x∶y＝9∶1，则该样品中氯化铁的物质的量分数为×100%＝10%。