新教材2023_2024学年高中化学第3章物质的性质与转化第1节第3课时铁及其化合物之间的转化关系课件鲁科版必修第一册

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第3章　物质的性质与转化第1节　第3课时　铁及其化合物之间的转化关系素 养 目 标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、腐蚀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。基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目 录 索 引 学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关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 无Fe3+ 有Fe3+溶液变红 有Fe2+ 有Fe2+ 无Fe2+ 3.铁元素与人体健康 最高 Fe2+ 贫血 还原性 【微思考1】如何检验某铁的氧化物中含有Fe2+? 【微思考2】碱性氧化物是否都能与水反应生成相应的碱? 提示 取少量固体置于试管中,向其中加入稀盐酸配制成溶液,加入几滴酸性高锰酸钾溶液,高锰酸钾溶液褪色,证明氧化物中含有Fe2+。提示 碱性氧化物不一定都能溶于水与水反应,如FeO、Fe2O3都难溶于水,与水不反应,因此不能与水反应生成相应的碱。判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。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氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液,观察溶液颜色的变化。(　　)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的产物是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。(　　)7.向2 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变,说明还原性:Fe>Fe2+。(　　)√√重难探究·能力素养全提升探究1　补铁剂中铁元素价态的检验(1)补铁剂所含铁盐中铁元素的价态有几种可能? (2)如何验证某补铁剂溶液中含Fe2+而不含Fe3+? 提示 三种,Fe2+或Fe3+或Fe2+和Fe3+。 提示 验证某补铁剂中含Fe2+而不含Fe3+,可以根据检验亚铁离子的方法完成:取少量溶液置于试管中,先加几滴硫氰酸钾溶液,溶液不变为红色,证明补铁剂中不含Fe3+。再加过量氧化剂(补铁剂中存在较多的抗氧化物质如维生素C等),溶液变红色,证明补铁剂中含有Fe2+。检验Fe2+的注意事项(1)只含Fe2+的溶液。①加KSCN溶液前,禁止加氧化性物质使Fe2+被氧化。如H2O2、 (H+)等。②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液,原因是酸性KMnO4溶液本身显紫色,对Fe(SCN)3的红色有干扰;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溶液的方法检验Fe2+,通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去说明含有Fe2+。(3)检验铁的氧化物中是否有+2价铁时,正确的思路为①步骤a中不能选用盐酸,原因是酸性KMnO4溶液可以氧化HCl。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+。1.实验室以绿矾(FeSO4·7H2O)为原料制备补血剂甘氨酸亚铁[(H2NCH2COO)2Fe],有关物质的性质如下:实验过程:Ⅰ.配制含0.10 mol FeSO4的绿矾溶液。Ⅱ.制备FeCO3:向配制好的绿矾溶液中缓慢加入200 mL 1.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液,边加边搅拌,反应结束后过滤并洗涤沉淀。Ⅲ.制备(H2NCH2COO)2Fe:实验装置如下图(夹持和加热仪器已省略),将实验Ⅱ得到的沉淀和含0.20 mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中,然后利用A中反应产生的气体将C中空气排净,接着滴入柠檬酸溶液并加热。反应结束后过滤,滤液经蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品。回答下列问题:(1)步骤Ⅰ中:实验室配制绿矾溶液时,为防止FeSO4被氧化变质,应加入的试剂为　　　　　(写化学式)。 (2)步骤Ⅱ中:生成沉淀的离子方程式为　　　　　　　　　　。 (3)步骤Ⅲ中:①检查装置A的气密性的方法是    　。 ②装置A中所盛放的药品是　　　(填字母)。 a.Na2CO3和稀硫酸　　 b.CaCO3和稀硫酸　　 c.CaCO3和稀盐酸③确认C中空气排尽的实验现象是  　。 ④加入柠檬酸溶液一方面可促进FeCO3溶解,另一个作用是　 。 ⑤洗涤步骤Ⅲ中得到的沉淀,所选用的最佳洗涤试剂是　　　　(填字母)。a.热水　 b.乙醇　 c.柠檬酸溶液⑥若产品的质量为17.34 g,则产率为　　　　　　　　。 答案 (1)Fe　(2)Fe2++2 ══FeCO3↓+CO2↑+H2O　(3)①夹紧连接装置A的弹簧夹,从长颈漏斗注入一定量的水,使漏斗内的水面高于具支试管中的水面,停止加水一段时间后,若长颈漏斗与具支试管中的液面差保持不变,说明装置不漏气　②c　③D中澄清石灰水变浑浊　④防止二价铁被氧化　⑤b　⑥85%解析 (1)Fe2+具有较强的还原性,在制备碳酸亚铁的过程中,为了防止Fe2+被氧化,需加入少量铁粉。(2)绿矾的水溶液与NH4HCO3溶液反应的离子方程式为Fe2++2 ══FeCO3↓+CO2↑+H2O。(3)①检查装置A气密性的方法:夹紧连接装置A的弹簧夹,从长颈漏斗注入一定量的水,使漏斗内的水面高于具支试管中的水面,停止加水一段时间后,若长颈漏斗与具支试管中液面的高度差保持不变,说明装置不漏气。②装置A为固液不加热型制气装置,且具有随开随用、随关随停的特点,所以应选择块状不溶于水的CaCO3,酸只能选择盐酸,所以c项正确。③当C中充满CO2后,CO2开始进入D中,使D中的澄清石灰水变浑浊,这时说明C中空气已经排尽。④由题中信息可知,柠檬酸具有还原性,可防止Fe2+被氧化。⑤因甘氨酸亚铁易溶于水,难溶于乙醇,因此应选择乙醇作为洗涤剂,所以b正确。⑥含0.10 mol FeSO4的绿矾溶液中Fe2+的物质的量为0.10 mol,因NH4HCO3溶液过量,所以生成(H2NCH2COO)2Fe的物质的量为0.10 mol,质量为20.4 g,则产率为 ×100%=85%。2.[2023山东东明一中期末]铁是人体必需的微量元素,严重缺铁时需要服用补铁剂。实验小组为研究某补铁剂中铁元素的价态及其含量,设计并进行了如下实验:【查阅资料】①该补铁剂不溶于水,但能溶于人体中的胃液(含盐酸)。②KSCN中硫元素为-2价,易被氧化。实验Ⅰ.检验该补铁剂中铁元素的价态。(1)试剂1是　　　　　,试剂2是　 。 (2)加入试剂2后溶液变为浅红色,说明溶液①中含有　　　　　　。 (3)能证明溶液①中含有Fe2+的实验现象是  　。 (4)补全在上述条件下Fe2+与H2O2发生反应的离子方程式:H++　　Fe2++　　H2O2══　　+　　　　 (5)甲同学猜测深红色溶液③迅速变为无色溶液④的原因,可能是溶液中的SCN-与H2O2发生了化学反应。甲同学猜测的依据是  　。 实验Ⅱ.测定该补铁剂中铁元素的含量。 (6)每片该补铁剂含铁元素的质量为　　　　 g。  答案 (1)稀盐酸　KSCN溶液(2)铁离子(或Fe3+)(3)加入过氧化氢溶液后,溶液变为深红色,说明亚铁离子被氧化生成了更多的铁离子(4)2　2　1　2Fe3+　2H2O(5)KSCN中的硫元素为-2价,具有还原性,过氧化氢具有氧化性,两者会发生反应导致SCN-被消耗解析 (1)补铁剂不溶于水,能溶于盐酸,所以试剂1是稀盐酸;加试剂2,溶液变为红色,说明试剂2为KSCN溶液,溶液①中含有Fe3+。(3)加入过氧化氢溶液后,溶液变为深红色,说明Fe2+被氧化生成了更多的Fe3+,证明溶液①中含有Fe2+。(4)Fe2+与H2O2发生反应的离子方程式为2H++2Fe2++H2O2══2Fe3++2H2O。(5)KSCN中的硫元素为-2价,具有还原性,过氧化氢具有氧化性,两者会发生反应导致SCN-被消耗,所以溶液褪色。探究2　含铁元素物质之间的转化(1)含有同种价态铁元素的物质之间通过什么类型的反应相互转化?含有不同价态铁元素的物质可以通过什么反应相互转化? 提示 含有同种价态铁元素的物质之间可以通过复分解反应相互转化,含有不同价态铁元素的物质可以通过氧化还原反应转化。(2)利用铁及其化合物之间的转化关系可以解决哪些问题? 提示 ①离子共存问题。Fe2+在酸性条件下不能与强氧化性离子大量共存;Fe3+不能与还原性离子大量共存,如I-、S2-、 等,也不能与OH-、SCN-等大量共存。②分离与提纯。a.FeCl2(杂质FeCl3),加入铁钉或铁粉后过滤。b.FeCl3(杂质FeCl2),通入Cl2或滴加氯水或加入“绿色”氧化剂H2O2(2Fe2++H2O2+2H+══2H2O+2Fe3+)。③溶液的配制与保存。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 Al2O3+2FeFe2O3+3CO 2Fe+3CO2②亚铁盐、铁盐的制备:Fe2O3+6HCl══2FeCl3+3H2O2FeCl2+Cl2══2FeCl3Fe+2HCl══FeCl2+H2↑2Fe+3Cl2 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、4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3(先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色)1.室温下,单质A、B、C分别为固体、黄绿色气体、无色气体。在合适的反应条件下,它们可以按下面框图进行反应;已知D溶液为黄色,E溶液为无色。请回答:(1)B是　　　　　,F是　　　　　(填化学式)。 (2)反应③的离子方程式为 　　　　　　　　　。 (3)反应④的离子方程式为 　　　　　　　　　。 答案 (1)Cl2　FeCl2　(2)Fe+2H+══Fe2++H2↑　(3)2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-解析 单质B为黄绿色气体,可知B为Cl2,C为无色气体,B与C反应生成E,E溶液是无色的,则C为H2,E为HCl,A与盐酸反应生成氢气,A应为金属单质,A与盐酸反应后生成的F为A的氯化物,F又能与氯气反应生成D,D溶液为黄色,且A与氯气可以直接生成D,可推知A为Fe,根据转化关系可知,F为FeCl2,D为FeCl3。(1)由以上分析可知,B为Cl2,F为FeCl2。(2)反应③为Fe和盐酸的反应,反应的离子方程式为Fe+2H+══Fe2++H2↑。(3)反应④为FeCl2和Cl2的反应,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-。2.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.铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①B.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.转化⑦发生反应的类型是化合反应D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水溶解可实现转化③C解析 铁在高温条件下与水蒸气的反应不能实现题中转化①,A项错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,部分被氧化,氧化生成Fe3O4,B项错误;转化⑦发生反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3,属于化合反应,C项正确;加热Fe(OH)3发生转化⑥分解生成氧化铁,氢氧化铁不溶于水,加水溶解不可实现转化③,D项错误。学以致用·随堂检测全达标12341.[2023辽宁辽阳高一期中]向含有一定物质的量的FeCl3和CuCl2的混合溶液中逐渐加入Fe粉至过量,该溶液的质量随加入铁粉的质量的变化关系图为(　　)A1234解析 向FeCl3和CuCl2的混合溶液中逐渐加入Fe粉至过量,可先后发生反应: 2FeCl3+Fe══3FeCl2、CuCl2+Fe══FeCl2+Cu。Fe先与FeCl3溶液反应,溶液的质量增加,FeCl3反应完全后再与CuCl2溶液反应,由于Fe的相对原子质量小于Cu的相对原子质量,导致溶液质量减小,当FeCl3和CuCl2全部反应完全,溶液质量保持不变,故A图像正确。12342.下列叙述不正确的是(　　) D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)3会分解生成Fe2O3,错误。12343.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)3B.Fe3O4溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液,溶液显红色C.工业上在常温下用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+B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反应得到红色物质,故B项正确;一般炼铁的过程就是在高温下用CO还原Fe2O3生成Fe,故C项错误;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。12344.[2023山东聊城高一期末]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研磨时需要在烧杯中进行B.步骤②加入氨水的作用是将Fe3+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 gA1234解析 研磨补血剂要在研钵中进行,A错误;向滤液中加入H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,再加入过量氨水生成Fe(OH)3红褐色沉淀,B正确;将Fe(OH)3悬浊液过滤、洗涤、灼烧得到Fe2O3固体,冷却后称重得到氧化铁的质量,C正确;w g