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3.1 第3课时　铁及其化合物之间的转化关系
【学习目标】
1.从物质类别、元素价态的角度,依据复分解反应和氧化还原反应原理,预测铁及其化合物的性质与转化关系。
2.能够设计实验探究补铁剂中铁元素价态的检验。
3.了解铁与人体健康的密切关系。
【自主预习】
1.铁及其化合物的“价—类”二维图
各序号代表的反应的化学方程式或离子方程式如下:
①Fe+2H+H2↑+Fe2+(氧化还原反应)
②3Fe+2O2Fe3O4(氧化还原反应)
③3CO+Fe2O32Fe+3CO2(氧化还原反应)
④FeO+2H+Fe2++H2O (复分解反应)
⑤Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O (复分解反应)
⑥Fe2++2OH-Fe(OH)2↓(复分解反应)
⑦4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3(氧化还原反应)
⑧Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O (复分解反应)
⑨2Fe3++Fe3Fe2+(氧化还原反应)
⑩2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-(氧化还原反应)
Fe3++3OH-Fe(OH)3↓(复分解反应)
Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O (复分解反应)
总结:a.相同价态铁元素的物质之间的转化可借助　　　　反应实现。
b.不同价态铁元素的物质之间的转化可借助　　　　反应实现。
2.补铁剂中铁元素价态的检验
实验步骤 实验现象 实验结论
取少量补铁口服液于试管中,滴入KSCN溶液 A.不变红 　　
B.变红 　　
若出现现象A,向反应后的溶液中滴加氯水 　　　 　　
若出现现象B,另取补铁剂滴加酸性KMnO4溶液 紫红色褪去 　　
紫红色不褪去 　　
【参考答案】1.复分解　氧化还原
2.无Fe3+　有Fe3+　溶液变红　有Fe2+　有Fe2+
无Fe2+
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)FeCl2与FeCl3溶液可以用NaOH溶液或KSCN溶液鉴别。 (　　)
(2)检验溶液中的Fe2+可以先加氯水再加KSCN溶液观察溶液是否变红。 (　　)
(3)FeCl3溶液中加入Fe,反应的离子方程式为F+Fe2Fe2+。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)×
2.利用铁盐和亚铁盐与碱反应制备铁的氢氧化物,发生的化学反应一般属于哪种反应类型
【答案】属于复分解反应。
3.用下图所示的密封装置来制备氢氧化亚铁。
具体操作:注射器A吸入NaOH溶液后用硅胶塞封口,再用注射器B将FeSO4溶液缓慢推入注射器A中,使两溶液混合反应。
(1)用硅胶塞封口的原因是什么
　　【答案】防止空气进入。
　(2)配制硫酸亚铁溶液时加入维生素C(100 mL溶液中加入半片维生素C),其目的是什么
【答案】维生素C具有还原性,可以防止亚铁离子被氧化。
4.用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得溶液:
　(1)若无铜剩余,则溶液中阳离子存在的情况如何
【答案】一定存在Fe2+、Cu2+,可能存在Fe3+。
　(2)若有铜剩余,则溶液中阳离子存在的情况如何
【答案】一定存在Fe2+、Cu2+,一定不存在Fe3+。
【合作探究】
任务：铁及其化合物之间的转化关系
情境导入　铁是人体中含量最高的生命必需微量元素,承担着极其重要的生理功能。如果人体内的铁不足以供给生命活动需要,就会引起贫血。铁在人体中以+2价形式存在,如果血红蛋白分子中的Fe2+被氧化为Fe3+,这种血红蛋白分子就会丧失载氧能力,人体出现缺氧症状。
为了防止缺铁性贫血,可服用补铁剂,市售补铁剂有多种,如硫酸亚铁片、葡萄糖酸亚铁糖浆、乳酸亚铁口服液等,服用时,与维生素C同服,可促进铁的吸收。
问题生成
1.补铁剂所含铁盐中铁元素的价态有几种可能
【答案】三种:Fe2+、Fe3+、Fe2+和Fe3+。
2.补铁剂中为什么加入较多的维生素C
【答案】人体只能吸收Fe2+,而Fe2+易被氧化为Fe3+,维生素C具有还原性,可防止Fe2+被氧化。
3.如何验证某补铁剂溶液中含Fe2+而不含Fe3+
【答案】取少量溶液置于试管中,先加几滴KSCN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+。
4.向补铁剂中加入酸性高锰酸钾溶液,根据溶液褪色能否确定一定有Fe2+
【答案】不能。补铁剂中一般添加抗氧化物质,如维生素C具有还原性,也能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
5.你能为贫血患者的日常生活提出一些建议吗
【答案】①补铁剂与维生素C同时服用;②多吃含铁的食物,如动物血、肝脏、骨髓、蛋黄、菠菜、木耳、红枣、大豆等;③使用铁锅做饭等。
【核心归纳】
1.Fe2+、Fe3+、Fe之间的相互转化关系:
2.铁、铜及其化合物在溶液中的共存规律
(1)Fe能与Fe3+、Cu2+发生反应,因而当溶液中有铁粉剩余时,溶液中不可能大量存在Fe3+、Cu2+。由于氧化性Fe3+>Cu2+,所以向含Fe3+、Cu2+的混合溶液中加入铁粉,铁先与Fe3+反应;由于还原性Fe>Cu,所以向含Fe3+的溶液中加入Fe、Cu混合物,Fe先反应。
(2)Cu能与Fe3+发生反应,因此当有Cu剩余时,溶液中不可能大量存在Fe3+。
(3)Fe2+与Fe3+、Cu2+、Fe、Cu均能大量共存。
【典型例题】
【例1】部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是(　　)。
A.a可与e反应生成b
B.b既可被氧化,也可被还原
C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
【答案】C
【解析】由图示可知,a为0价的单质Fe,b为亚铁盐,c为Fe(OH)2,d为Fe(OH)3,e为铁盐。Fe+2Fe3+3Fe2+,a可与e反应生成b,A项不符合题意;Fe2+为中间价态,既可被氧化,也可被还原,B项不符合题意;向铁盐e中加入浓碱液得到的是Fe(OH)3沉淀,C项符合题意;Fe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe3+Fe2+,D项不符合题意。
【例2】某实验小组向1 mL 0.1 mol·L-1FeCl2溶液中依次加入下列试剂,记录的实验现象如表,下列说法正确的是(　　)。
试剂次序 试剂 现象
① KSCN溶液 无明显现象
② 足量氯水 溶液先变红色,后红色逐渐消失
③ 足量盐酸酸化的BaCl2溶液 产生白色沉淀
④ 再加入KSCN溶液 溶液变红色
A.实验①说明Fe2+与KSCN溶液一定不发生反应
B.实验②体现了氯水具有漂白性
C.实验③说明氯水将SCN-氧化为S
D.实验④说明过量氯水能与KSCN发生氧化还原反应
【答案】D
【解析】实验①说明Fe2+与KSCN溶液不反应或反应生成了无色物质,A项错误;实验②体现了氯水具有氧化性,先把亚铁离子氧化为铁离子,铁离子与KSCN溶液反应,溶液先变血红色,后红色褪去,可能是氯气分子将SCN-氧化,B项错误;氯气分子将SCN-氧化,生成了硫酸根离子,加入足量盐酸酸化的BaCl2溶液,生成硫酸钡白色沉淀,C项错误;实验④说明实验②中红色褪去的原因是KSCN没有了,进一步说明氯水可以氧化KSCN,D项正确。
【随堂检测】
1.《开宝本草》中记载了中药铁华粉的制作方法:“取钢煅作叶如笏或团,平面磨错令光净,以盐水洒之,于醋瓮中阴处埋之一百日,铁上衣生,铁华成矣。”由此可知中药铁华粉的主要成分是(　　)。
A.氧化铁 B.氯化亚铁
C.氯化铁 D.醋酸亚铁
【答案】D
【解析】根据题意分析可知,醋中含有醋酸,与铁反应生成醋酸亚铁和氢气,因此中药铁华粉的主要成分是醋酸亚铁。
2.如果人体血液缺乏亚铁离子,就会造成缺铁性贫血。市场出售的某种麦片中含有微量、颗粒细小的铁粉,这些铁粉在人体胃酸(主要成分是HCl)作用下转化成亚铁盐。下列叙述错误的是(　　)。
A.铁粉具有还原性
B.铁元素是人体必需的微量元素
C.亚铁盐溶液呈浅绿色
D.Fe+2H+Fe3++H2↑
【答案】D
【解析】Fe可以失电子,具有还原性,A项正确; 铁元素参与形成血红蛋白,是人体必需的微量元素,B项正确;亚铁盐溶液呈浅绿色,C项正确;铁与稀盐酸反应生成亚铁离子,反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑,D项错误。
3.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①
B.FeO不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②
C.加热Fe(OH)3发生转化⑥,但Fe2O3加水不能转化为Fe(OH)3
D.Fe(OH)2中加HNO3可实现转化⑦
【答案】C
【解析】铁与高温水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,A项错误;FeO不稳定,在空气中受热,迅速转化为四氧化三铁,B项错误;Fe(OH)3不稳定,受热易分解,生成氧化铁与水,实现转化⑥,但Fe2O3不溶于水,也不和水发生反应,不能直接转化为Fe(OH)3,C项正确;HNO3具有强氧化性,Fe(OH)2溶解的同时被氧化,生成铁离子,不能实现转化⑦,D项错误。
4.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)保存C溶液时要加固体A的原因是 　 。
(3)写出下列反应的离子方程式或化学方程式。
①EF:　 ;
②CD:　 。
【答案】(1)Fe　FeCl2　Fe(OH)3　Fe2O3
(2)防止Fe2+被O2氧化
(3)①4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
②2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
【解析】根据F是红褐色沉淀可知F是Fe(OH)3,从而推知A为Fe,B为Fe3O4,C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3,G为Fe2O3,X为H2。
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