高中人教版 (2019)第一节 铁及其化合物优质教学设计

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第一节 铁及其化合物





[知 识 梳 理]


知识点一 铁的单质





如右图，铁在生活中有很多的用途，为什么铁有这么多的用途，铁有什么样的性质，请完成下列问题，答案就会揭晓：


1．物理性质


纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点为1 535 ℃。纯铁的抗腐蚀能力很强，具有导热性、导电性、延展性，能被磁体吸引。粉末状时为黑色


2．化学性质


(1)与HCl的反应


Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑


(2)与CuSO4的反应


Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。Fe与HCl、CuSO4的反应生成的是Fe2＋。


(3)与水蒸气的反应





现象：用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声。


结论：铁可与水蒸气反应，生成的气体为H2。


化学方程式：3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。


湿棉花的作用：提供反应所需水蒸气。


生成的Fe既有＋2价、又有＋3价。


3．铁元素在自然界的存在


人类最早使用的铁，是来自太空的陨铁。铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以单质的形态存在，但主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中。铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。


知识点二 铁的重要化合物





氧化铁为什么能够用来调油漆的颜色，铁的氧化物及其氢氧化物究竟有什么样的性质？


带着这个问题完成下列知识点：


1．铁的氧化物


2.铁的氢氧化物 注意实验3－1


3.铁盐和亚铁盐





硫酸亚铁用于给植物补充铁元素，防止黄叶病，亚铁盐究竟有什么样的性质，它如何转换成三价铁离子？请完成下列知识点，答案就会揭晓：


(1)Fe2＋和Fe3＋的检验：实验3－2





(2)Fe2＋与Fe3＋的转化：


①实验及现象：实验3－3





溶液由棕黄色变为浅绿色―→溶液无明显变化―→溶液变成红色。


②反应的离子方程式：


2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，


2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，


Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。


③结论：


Fe3＋eq \(,\s\up10(铁等强还原剂),\s\d10(氯气等强氧化剂))Fe2＋。


(3)铁盐的净水作用：


向混有少量泥沙的浑水加入少量Fe2(SO4)3，浑水会变澄清。


微判断


(1)Fe3O4中铁的化合价有＋2和＋3价为混合物。( )


(2)FeO在空气中加热生成Fe2O3。( )


(3)磁铁矿的主要成分为Fe3O4。( )


(4)FeO和Fe2O3均为碱性氧化物。( )


(5)Fe2＋可以被Cl2氧化为Fe3＋，说明Fe2＋具有氧化性。( )


(6)向溶液中加KSCN溶液，溶液变红色，说明溶液中不含Fe2＋。( )


答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×


微训练


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，立即出现红色沉淀


解析 Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，生成红色可溶性物质，不是红色沉淀。


答案 D


2．回答下列问题：(1)实验室在配制FeSO4溶液时，为防止FeSO4被氧化而变质，常在溶液中加入少量的________。


(2)亚硝酸盐会使Fe2＋转变成Fe3＋，生成高铁血红蛋白而丧失与O2结合的能力。服用维生素C可缓解亚硝酸盐的中毒，这说明维生素C具有________(填序号)。


a．酸性 b．碱性


c．氧化性 d．还原性


(3)在含有1 ml FeSO4的溶液中投入一小块金属钠，反应完全后，滤出沉淀并洗涤，然后在空气中灼烧沉淀得到的固体物质是________。


(4)Fe3O4与稀盐酸反应的化学方程式为___________________________


_____________________________________________________________。


答案 (1)铁粉 (2)d


(3)Fe2O3


(4)Fe3O4＋8HCl===FeCl2＋2FeCl3＋4H2O


3．金属单质A可发生以下反应。试判断：





(1)A、B、C、D、E分别是(写化学式，B写主要成分)


A________、B________、C________、D________、E________。


(2)写出反应③和⑤的离子方程式：


③______________________________________________；


⑤______________________________________________。


解析 推断题的解题思路：根据物质的物理性质(特别是色、态)和化学性质(相互转化关系、反应条件等)，找出具有特征条件的物质，再由相互转化关系逐步推断。如本题中结合B、C的颜色及与CuCl2溶液、稀盐酸反应的性质可推知A为Fe。


答案 (1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2


(2)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑


微思考


1．铁与Cl2反应、铁与盐酸的反应、铁与CuSO4的反应中，铁的化合价有何异同？为什么？


提示 Fe与Cl2，Fe ＋3价


Fe＋eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(HCl,CuSO4)) Fe ＋2价


因为Cl2的氧化性强，HCl、CuSO4的氧化性弱。


2．[实验3－1]制备Fe(OH)2时应注意什么事项？


提示 利用教科书中的方法制备Fe(OH)2时，为得到较为纯净的Fe(OH)2，可采取以下措施：


①Fe2＋溶液必须是新制的并放入铁粉，防止Fe2＋被氧化成Fe3＋；②除去溶液中溶解的O2，方法是加热煮沸NaOH溶液；③滴管末端插入试管内的液面以下；④必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。





学习任务1 Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化——“铁三角”


【情景素材】





上图是工业印刷电路板的制作流程图，其中“蚀刻”这一步用的就是FeCl3溶液，请解释其反应机理，并回答下列问题。





(1)FeCl3溶液为什么能腐蚀铜而用于制造印刷电路板呢？


提示 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2


(2)怎样由Fe制取FeCl2或FeCl3?


提示 ①Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(△))2FeCl3


(3)由FeCl2生成Fe或FeCl3，你能写出其化学方程式吗？


提示 FeCl2＋Zn===ZnCl2＋Fe，2FeCl2＋Cl2===2FeCl3





Fe2＋、Fe3＋、Fe的相互转化——“铁三角”





1．Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化为Fe2＋、Fe3＋





如：Fe＋Seq \(=====,\s\up7(△))FeS，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋；2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(△))2FeCl3，3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。


2．Fe2＋既具有氧化性又具有还原性





如：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe FeO＋COeq \(=====,\s\up7(高温))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\up7(高温))2Fe＋3CO2，


Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3。


特别提醒：(1)金属阳离子被还原不一定得到金属单质。


如：Fe3＋―→Fe2＋。


(2)离子共存问题：


①Fe3＋与I－、S2－、HS－、SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)等因发生氧化还原反应而不能大量共存。


②Fe2＋与MnOeq \\al(－,4)(H＋)、NOeq \\al(－,3)(H＋)、ClO－等因发生氧化还原反应而不能大量共存。


(3)除杂问题(括号内为杂质)：


①FeCl3溶液(FeCl2)：加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。


②FeCl2溶液(FeCl3)：加足量铁粉，充分反应后过滤。


③FeSO4溶液(CuSO4)：加足量铁粉，充分反应后过滤。


④Fe粉(铝)、Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液，充分反应后过滤。


(4)Fe2＋盐溶液的配制与保存：加铁粉，防止Fe2＋被氧化。


【例题】 已知A是一种常见金属，F是一种红褐色沉淀。试根据图中转化关系，回答下列问题。





(1)写出A、C、F、G的化学式：


A．________；C.________；F.________；G.________。


(2)检验D中阳离子的方法为____________________________________。


(3)保存C溶液时要加固体A的原因是________________________。


(4)写出下列转化的离子方程式：


①D→C：________________________________________。


②C→D：_________________________________________。


(5)写出E―→F的化学方程式：___________________________________。


解析 根据F是红褐色沉淀知F是Fe(OH)3，从而推知A为Fe，B为Fe3O4，C是FeCl2，D是FeCl3，E为Fe(OH)2，F为Fe(OH)3，G为Fe2O3，X为H2。


答案 (1)Fe FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3


(2)取D溶液少许于试管中，加入几滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含Fe3＋


(3)防止Fe2＋被O2氧化


(4)①2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋


②2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－


(5)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3


变式训练 要除去FeCl2溶液中少量的FeCl3，可行的方法是( )


A．滴入KSCN溶液B．通入氯气


C．加入适量铜粉并过滤D．加入适量铁粉并过滤


解析 KSCN溶液只能检验Fe3＋的存在，A错误；通入氯气将FeCl2氧化为FeCl3，B错误；加入铜粉发生Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋，引入新杂质Cu2＋，C错误；加入铁粉发生Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，过滤除去剩余铁粉，得到纯净FeCl2溶液，D正确。


答案 D


学习任务2 (核心素养)Fe3＋、Fe2＋的检验


一、知识要点


1．Fe3＋、Fe2＋的检验


2.检验Fe2＋的注意事项


(1)只含Fe2＋的溶液：检验Fe2＋加入试剂的顺序


待测液eq \(――→,\s\up7(KSCN溶液))不变色eq \(――→,\s\up7(氧化剂),\s\d5(如氯水、H2O2))红色(含Fe2＋、不含Fe3＋)。


①加KSCN溶液前，防止加氧化性物质，使Fe2＋被氧化。


如H2O2、NOeq \\al(－,3)(H＋)等


②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液，原因：酸性KMnO4 溶液本身显紫红色，对Fe(SCN)3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溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪色说明含有Fe2＋。


(3)检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，正确的思路为


少量固体eq \(――→,\s\up7(稀H2SO4溶解),\s\d5(a))溶液eq \(――→,\s\up7(酸性KMnO4溶液),\s\d5(b))紫色褪去。


①步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。


②步骤a中，不能选用稀HNO3，原因是稀HNO3可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。


二、核心素养


【素养解题】


[典例示范] 下列离子的检验方法合理的是( )


A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2＋


B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液，溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2＋


C．向某溶液中加入NaOH溶液，得到红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋


D．向某溶液中加入NaOH溶液，得到白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋


[离子检验解题思维模型]


答案 C


三、对点训练


1．下列离子方程式正确的是( )


A．将氨水滴入到FeCl3溶液中 Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓


B．氧化铁与盐酸反应 Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O


C．向FeCl3溶液中加入铁粉 Fe＋Fe3＋===2Fe2＋


D．向氯化亚铁溶液中通入Cl2 Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－


解析 A项在书写离子方程式时，弱电解质NH3·H2O不能拆写成离子的形式；C项离子方程式中除遵循元素守恒外，电荷也必须守恒，正确的离子方程式应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；D项只符合元素守恒，不符合电荷守恒，正确的离子方程式应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。


答案 B


2．把铁粉、铜粉置于FeCl3溶液中，充分反应后加入KSCN不显红色，下列情况不能成立的是( )


A．铁不剩余，Cu剩余B．铁、铜均剩余


C．铁剩余，含Cu2＋D．铜剩余，含Fe2＋


解析 因还原性：Fe＞Cu，FeCl3溶液中加入铁粉、铜粉时，依次发生反应：


Fe＋2FeCl3===3FeCl2，Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2


有以下情况：①Fe、Cu均剩余，溶液中只有Fe2＋；


②只有Cu剩余，溶液中只有Fe2＋或含Fe2＋、Cu2＋；


③Fe、Cu均不剩余，Fe3＋恰好反应，溶液中有Fe2＋、Cu2＋；


④Fe、Cu均不剩余，Fe3＋剩余，溶液中有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋。C项Fe剩余，则溶液中不可能含有Cu2＋。


答案 C


3．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＋


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＋