专题9金属与人类文明第二单元探究铁及其化合物的转化第1课时反应的合理选择 学案(含答案)苏教版(2019必修第二册

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专题9金属与人类文明第二单元探究铁及其化合物的转化第1课时反应的合理选择 学案(含答案)苏教版(2019必修第二册

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第1课时 反应的合理选择
新课程标准
1.能依据铁及其化合物的性质提出不同物质间转化的思路。
2.掌握Fe3+、Fe2+的相互转化及Fe3+的检验方法。
学业质量水平
合格性要求
1.能书写铁及化合物相互转化的化学方程式及离子方程式,并能提出不同物质之间转化思路。(水平1)
2.能设计简单实验探究Fe3+、Fe2+的性质和变化规律,并基于实验得出结论。(水平2)
等级性要求
能列举Fe2+、Fe3+的检验方法,能设计有关铁的相关化合物转化、分离、提纯、性质应用等的综合实验方案。
图说考点
基础知识——自学·思记·尝试
[新知预习]
一、FeCl3制备和Fe3+检验的合理选择
1.物质转化的基本思维程序
2.氯化铁的制备
Fe与Cl2反应只能生成FeCl3,与Cl2的量无关
制备方案 物质转化 化学方程式
① Fe→FeCl3 2Fe+3Cl22FeCl3
② Fe→FeCl2→FeCl3 Fe+2HCl===FeCl2+H2↑、2FeCl2+Cl2===2FeCl3
③ Fe→Fe2O3→FeCl3 4Fe+3O2一定条件2Fe2O3(空气氧化)、Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O
Fe与O2反应的产物因反应条件的差异而不同,Fe在纯氧中燃烧生成Fe3O4
学科提炼
物质制备反应路线的选择
实际制备物质时,必须根据反应原料、反应条件、反应步聚、产物要求、反应装置、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。
3.Fe3+的检验方法
加入的碱量较多,现象易受到干扰,反应的灵敏度和精确性都不高
方法 所加试剂 现象 离子方程式
沉淀法 NaOH溶液 生成红褐色沉淀 Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
显色法 KSCN溶液 溶液变成血红色 Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
所需试剂用量少,现象明显,灵敏度高不是沉淀      注意Fe(SCN)3
学而思
某工厂利用废弃的盐酸和铁屑为原料制备FeCl3时,有两种路线:
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,哪一路线更合适?
二、Fe2+、Fe3+的相互转化的合理选择
1.铁及其化合物的性质实验
实验操作 实验现象 实验结论
实验1 A试管中混合液变成血红色,B试管中混合液无明显现象 Fe3+可以与SCN-反应,使溶液变成血红色,而Fe2+不能
实验2 铁粉部分溶解,最后溶液血红色消失 2FeCl3+Fe===3FeCl2,Fe3+在较强的还原剂的作用下会被还原为Fe2+
实验3 溶液变成血红色 2FeCl2+Cl2===2FeCl3,Fe2+在较强的氧化剂的作用下会被氧化为Fe3+
特别提醒
Fe3+和Fe2+的相互转化的应用
1.配制含Fe2+的溶液时,常向溶液中加入少量铁粉,防止溶液中的Fe2+被氧化为Fe3+。
2.废水处理:为除去废水中的Fe2+,常先将废水中的Fe2+氧化为Fe3+(如通入氯气),再调节溶液的pH,使Fe3+转化为红褐色的Fe(OH)3沉淀析出。反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓。
2.Fe3+与Cu反应的实验探究
实验目的 利用FeCl3溶液作为“腐蚀液”,在铜片上画“+”
实验操作 用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液,在铜片上画一个“+”,放置片刻后,用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中
实验现象 铜片上留下一个“+”图案
反应方程式 2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2或2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ 氧化性:Fe3+>Cu2+>Fe2+,在制作印刷电路板时常用到这一反应
实验结论 铜可被FeCl3溶液腐蚀
3.从氧化还原角度分析“铁三角”之间的转化
(1)Fe只有还原性,可以被氧化成+2价或+3价
反应的方程式或离子方程式
(2)Fe2+既有氧化性又有还原性
(3)Fe3+具有氧化性,可被还原为+2价或0价
学而思
(1)如何除去FeCl3溶液中的Fe2+?
(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?
(3)电子工业常用FeCl3溶液腐蚀铜板上的铜箔,制造印刷电路板。从腐蚀废液(主要含FeCl3、FeCl2、CuCl2)中回收铜,并重新获得FeCl3溶液,处理流程如下:
回答下列问题:
①FeCl3溶液腐蚀铜箔的原理为____________________(填离子方程式)。
②反应1和反应2是否都发生了氧化还原反应?________(填“是”或“否”)。
③实验室中进行操作1时,用到的主要玻璃仪器有________________。
④滤渣a的主要成分是____________。物质X可以选择酸性高锰酸钾溶液吗?若可以,试分析原因;若不可以请分析原因并选择合适的X试剂。________________________________________________________________________
[即时自测]
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)Fe是较活泼的金属,它与卤素(X2)反应的生成物均为FeX3。(  )
(2)FeCl3不能通过化合反应制得。(  )
(3)将Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变血红色,检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质。(  )
(4)将废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2。(  )
(5)不同价态的含铁物质间转化必须通过氧化还原反应实现。(  )
(6)FeCl3溶液可用于铜制印刷线路板制作,是因为FeCl3能从含Cu2+的溶液中置换出铜。(  )
(7)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2。(  )
2.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-
3.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是(  )
①过量的Fe和Cl2反应 
②Fe与过量稀硫酸反应 
③FeCl2溶液中通入少量Cl2 
④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A.① B.①③
C.①②③ D.全部
4.有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3五种溶液,用一种试剂就可把它们鉴别开来,这种试剂是(  )
A.盐酸 B.烧碱溶液
C.氨水 D.KSCN溶液
5.下列物质的颜色和性质或用途对应正确的是(  )
编号 物质 颜色 性质/用途
① Fe2O3 红棕色 红色油漆、涂料
② Fe(OH)2 红棕色 易被氧化成灰绿色,最终变为红褐色
③ Fe(OH)3 红褐色 受热易分解生成红棕色粉末
④ Fe2+ 黄色 具有较强氧化性
⑤ Fe3+ 浅绿色 具有较强的还原性
A.①④⑤ B.②③
C.①②③④⑤ D.①③
6.现有FeCl2和FeCl3的混合溶液,利用此溶液进行下面的实验。请回答下列问题:
(1)探究Fe3+的氧化性:取适量溶液于试管中,滴加几滴淀粉-KI溶液,反应现象为________________________,离子方程式为________________________________________。
(2)探究Fe2+的还原性:取适量溶液于试管中,滴加少量酸性KMnO4溶液,反应现象为____________________,反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)制取FeCl3溶液:取适量溶液于试管中,向该溶液中加入稍过量____________(填试剂名称),离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)制取FeCl2溶液:取适量溶液于试管中,向该溶液中加入稍过量____________(填试剂名称),离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
技能素养——合作·探究·分享
例1 下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是(  )
选项 操作和现象 结论或目的
A 向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液2~3滴,溶液呈血红色 红砖中含有三价铁
B CO还原Fe2O3得到的黑色固体加入盐酸溶解后,再加入KSCN溶液,溶液不显血红色 黑色固体中没有Fe3O4
C 取少量Fe(NO3)2试样加水溶解,加稀H2SO4酸化,滴加KSCN溶液,溶液变为血红色 该Fe(NO3)2试样已经变质
D 向某溶液中通入Cl2,再加入KSCN溶液变血红色 原溶液中含有Fe2+
例2 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:________。
检验D中阳离子的方法为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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:__________________________。
写出E→F的化学方程式:
________________________________________________________________________。
关键能力 归纳提升
除杂问题
主要物质 杂质 除杂方法
Fe2+ Fe3+ 加过量Fe粉后过滤
FeCl3 FeCl2 加氯水或H2O2
Fe2+ Cu2+ 加过量Fe粉后过滤
Fe Al 加过量强碱溶液后过滤
Fe2O3 Al2O3,SiO2 加过量强碱溶液后过滤
状元随笔 与Fe3+、Fe2+有关的离子共存问题:
(1)Fe3+与I-、S2-、HS-、、等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
(2)Fe2+与(H+)、(H+)、ClO-等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
课堂检测——夯实·测控·演练
1.随着人们生活节奏加快,方便的小包装食品已被广泛接受。为了延长食品的保质期,防止食品氧化变质,在包装袋中可以放入的化学物质是(  )
A.无水硫酸铜 B.硫酸亚铁
C.食盐 D.生石灰
2.下列实验设计及其对应的离子方程式均正确的是(  )
A.把铁片插入CuSO4溶液中,验证古代湿法冶铜:2Fe+3Cu2+===2Fe3++3Cu
B.某溶液中滴入KSCN溶液显血红色,说明含Fe3+
C.FeCl3溶液中加入铜粉:Fe3++Cu===Fe2++Cu2+
D.若要求用两种单质和一种溶液来测定Zn、Cu、Ag三种金属的活动性顺序,可用Zn、Cu和溶液:Zn+2Ag+===Zn2++2Ag
3.某化学小组为验证Fe3+与Fe2+能够相互转化,进行如下实验。(  )
实验操作 对应现象
①向FeCl3溶液中加入适量铁粉; ②滴加KSCN溶液; ③再滴加几滴氯水 ⅰ.溶液由棕黄色变为浅绿色; ⅱ.溶液无明显变化; ⅲ.溶液变成血红色
下列分析错误的是(  )
A.解释现象ⅰ的反应:2Fe3++Fe===3Fe2+
B.实验②与③可以调换顺序
C.溶液变成血红色涉及反应:Cl2+2Fe2+===2Cl-+2Fe3+、Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
D.氧化性:Cl2>Fe3+>Fe2+
4.下列说法正确的是(  )
A.将废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2
B.在给定条件下,下列物质间的转化能实现:
C.c(Fe2+)=1 mol·L-1的溶液中:K+、、、能大量共存
D.将NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl3溶液中制备Fe(OH)3胶体
5.下列说法正确的是(  )
A.Fe3+的水溶液呈红褐色,Fe2+的水溶液呈浅绿色
B.Fe3+具有氧化性,Fe2+具有还原性
C.向Fe3+的溶液中滴入含KSCN的溶液,立即出现血红色沉淀
D.铁粉可以和水蒸气在高温下反应生成Fe2O3
6.已知下述三个实验均能发生化学反应:
① ② ③
将铁钉放入硫酸铜溶液中 向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水 将铜丝放入氯化铁溶液中
下列判断正确的是(  )
A.实验①中铁钉只作还原剂
B.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性
C.实验③中发生的是置换反应
D.上述实验证明氧化性:Fe3+>Fe2+>Cu2+
7.将金属铁、铜投入FeCl3溶液中充分反应,下列对反应情况设想的评价正确的是(  )
选项 反应情况设想 评价
A 当铁、铜均无剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,一定无Fe3+ 正确,Fe3+和铁、铜均可反应
B 当铁、铜均有剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,无Fe3+ 正确,铁和铜都与Fe3+反应,故无Fe3+
C 当铜有剩余、铁无剩余时,溶液中一定只有Fe2+,无Cu2+ 正确,铜有剩余,故无Cu2+
D 当铁有剩余、铜无剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+ 不正确,不可能出现铁有剩余而铜无剩余的情况,因为铁的还原性比铜的强,铁先与Fe3+反应
8.已知2Fe3++Fe===3Fe2+,将适量铁粉放入FeCl3溶液中,完全反应后,溶液中的Fe2+和Fe3+浓度相等,则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是(  )
A.2∶3  B.3∶2  C.1∶2  D.1∶1
9.(1)把氯化亚铁水溶液中的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________________________________________________________________________。
(2)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:
①B的化学式是_____________________________________________________________。
②A加入无色溶液B后才溶解,其理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
10.铁在一定条件下的反应如图所示。请回答下列问题:
(1)东晋的《抱朴子》中曾有记载“以曾青涂铁,铁赤色如铜”。曾青就是胆矾,即五水硫酸铜。将铁放在胆矾溶液(古人称为胆水)中,可以得到金属铜,请写出该反应的化学方程式:________________________________________________________________________。
(2)工业上,向500~600 ℃的铁屑中通入Cl2生产FeCl3,每生产1 kg FeCl3,消耗Cl2的物质的量为________(计算结果保留两位小数)。
(3)实现Fe转化为Fe2+,可选用________(填化学式)溶液。
(4)高温下,Fe粉与水蒸气反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)请写出Fe3O4溶于稀盐酸的离子方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第1课时 反应的合理选择
基础知识
学而思
提示: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。
学而思
提示:(1)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,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)①2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+
②是 ③漏斗、烧杯和玻璃棒
④Cu和Fe 不可以,原因是若选用酸性KMnO4溶液,会引入新的杂质,可以用新制的氯水
即时自测
1.答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)× (7)×
2.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
3.解析:①中的Cl2能将铁氧化为+3价。②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2+。③在溶液中Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+。④中首先发生Fe与盐酸生成FeCl2、Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应,但题中未给出反应物间相对量的关系,若铁是足量的,则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。
答案:B
4.解析:将过量NaOH溶液分别加入上述几种溶液,无明显现象的是NaCl,生成白色沉淀且迅速变成灰绿色最后变成为红褐色的是FeCl2,生成红褐色沉淀的是FeCl3,生成白色沉淀不溶解的是MgCl2,生成白色沉淀又溶解的是AlCl3,而氨水虽然能区分出NaCl、FeCl2、FeCl3,但不能将MgCl2与AlCl3区分开。
答案:B
5.解析:Fe(OH)2为白色;Fe2+具有较强的还原性,Fe3+具有较强的氧化性。
答案:D
6.解析:(1)溶液中所含的Fe3+可以将I-氧化成I2,所以溶液变成蓝色,反应的离子方程式为2Fe3++2I-===I2+2Fe2+。(2)溶液中所含的Fe2+与酸性KMnO4溶液反应生成Mn2+、Fe3+和H2O,酸性KMnO4溶液褪色,反应的离子方程式为+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O。(3)因为溶液中含FeCl2、FeCl3,向该溶液中加入稍过量氯水即可把FeCl2转化为FeCl3,离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。(4)向溶液中加入稍过量铁粉可把Fe3+完全转化为Fe2+,离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+。
答案:(1)溶液变成蓝色 2Fe3++2I-===I2+2Fe2+
(2)酸性KMnO4溶液褪色 +8H+===5Fe3++Mn2++4H2O
(3)氯水 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(4)铁粉 2Fe3++Fe===3Fe2+
技能素养
例1 解析:A对,三价铁离子遇KSCN溶液会变血红色,说明红砖中含有三价铁。B错,CO还原Fe2O3得到单质Fe,即使有Fe3O4,其溶于盐酸后产生的Fe3+会与Fe发生反应:Fe+2Fe3+===3Fe2+,加入KSCN溶液也不显血红色。C错+H+具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,二者发生氧化还原反应,有Fe3+生成,遇KSCN溶液呈血红色,不能证明样品是否变质。D错,若原溶液中不存在Fe2+,存在Fe3+,也有此现象。
答案:A
例2 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,F为,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,溶液变血红色,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
课堂检测
1.答案:B
2.答案:B
3.解析:向FeCl3溶液中加入过量铁粉,Fe与Fe3+反应生成Fe2+,溶液由棕黄色变为浅绿色,A项正确;先加氯水,再加KSCN溶液,溶液变成血红色,不能排除Fe3+的影响,故无法检验Fe2+,B项错误;滴加氯水后,Fe2+被氧化为Fe3+,C项正确;由反应方程式可知,氧化性:Cl2>Fe3+>Fe2+,D项正确。
答案:B
4.解析:A对,向FeCl2溶液和Fe的混合物中通入含Cl2的工业废气,发生反应:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-、2Fe3++Fe===3Fe2+,Cl2被除去。B错,因为氯气具有强氧化性,则铁与氯气反应生成氯化铁,而不是氯化亚铁。C错,Fe2+、因发生氧化还原反应而不能大量共存。D错,将NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl3溶液中,生成氢氧化铁沉淀,制备氢氧化铁胶体应在沸水中滴加饱和氯化铁溶液。
答案:A
5.解析:A错,中学常见的在水溶液中有颜色的离子有Fe2+(浅绿色)、Fe3+(棕黄色)、Cu2+(蓝色)、(紫红色)。B对,元素处于最高价态时,只表现氧化性,元素处于最低价态时,只表现还原性,处于中间价态,既表现氧化性,又表现还原性。通常情况下铁的化合价有0、+2、+3,Fe2+处于中间价态,既能得电子,又能失电子,所以既有氧化性,又有还原性,一般认为Fe3+处于最高价,因此具有氧化性。C错,向Fe3+的溶液中滴入含KSCN的溶液,溶液立即变血红色,但不能形成沉淀。D错,铁粉可以和水蒸气在高温下反应生成Fe3O4,不生成Fe2O3。
答案:B
6.解析:实验①中铁钉作还原剂,氧化性Cu2+>Fe2+;实验②中Fe2+只表现还原性,实验③中反应为:2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2不是置换反应,分析可知,氧化性:Fe3+>Cu2+,综上可知氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+,故A正确,B、C、D错误。
答案:A
7.解析:
对各选项的分析如表所示:
A 当铁、铜均无剩余时,说明反应①②均发生,可能铁、铜与Fe3+恰好反应完全,也可能铁、铜的量不足,Fe3+有剩余 错误
B 当铁、铜均有剩余时,说明只发生反应①,且Fe3+反应完全,反应②没发生,故溶液中无Cu2+ 错误
C 当铜有剩余、铁无剩余时,说明反应①发生,反应②可能发生也可能没发生,因此溶液中一定有Fe2+,可能有Cu2+ 错误
D 反应①先发生,当铁消耗完全,铜才参与反应,不可能存在铁有剩余而铜无剩余的情况 正确
答案:D
8.解析:设原溶液中Fe3+的物质的量为a mol,已反应的Fe3+为x mol,则生成的Fe2+为1.5x mol,有a-x=1.5x,即x=0.4a,故已反应的Fe3+与未反应的Fe3+的物质的量之比为0.4a∶0.6a=2∶3,正确选项是A。
答案:A
9.答案:(1)①2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
②2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(2)①H2SO4(合理即可) ②Fe与水常温下不反应,滴入硫酸后,硫酸使Fe溶解
10.答案:(1)Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
(2)9.23 mol
(3)HCl(或稀H2SO4、FeCl3、CuSO4)等
(4)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
(5)Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O

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