资源简介

(共49张PPT)
第二单元 探究铁及其化合物的转化
专题9　金属与人类文明
课程标准 核心素养目标
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产生活中的应用。
2．掌握Fe3+、Fe2+相互转化的条件。
3．知道Fe3+、Fe2+的检验方法。
4．知道在研究物质性质和制备时，需要合理选择并控制反应条件。
5．了解在制备Fe(OH)2的反应中如何控制反应条件。 1.(宏观辨识与微观探析)能根据铁及其化合物的性质提出不同物质之间的转化思路，能探究出反应条件的改变对Fe2+性质的影响。
2．(证据推理与模型认知)掌握Fe2+与碱反应的条件，会书写相关化学方程式。
一、反应的合理选择
1．FeCl3制备路径的合理选择
(1)铁元素的常见价态有 、 价，在相同价态铁元素化合物之间相互转化，通过 即可实现；在不同价态铁元素化合物之间相互转化，则需通过 才能实现。以铁屑为原料制取氯化铁，有多条反应路径。
＋2
＋3
非氧化还原反应
氧化还原反应
[微点拨]物质转化的思路
(2)以铁屑为原料制备FeCl3的路径
制备路径 相关原理及化学方程式
路径1：Fe→FeCl3 在点燃条件下氯气将铁氧化为＋3价的铁化合物，并从反应炉中排出，经冷凝后得到固体三氯化铁：
制备路径 相关原理及化学方程式
路径2：Fe→FeCl2→FeCl3 用盐酸溶解铁，生成的FeCl2在溶液中被Cl2氧化为FeCl3，分离提纯后得到产物：
路径3：Fe→Fe2O3→FeCl3 在一定条件下用空气将铁氧化成氧化铁，再将氧化铁溶解在盐酸中得到氯化铁，分离提纯后得到产物：
Fe＋2HCl
===FeCl2＋H2↑、2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
(3)实际制备物质时，必须根据反应 、反应 、反应 、产物要求、反应装置、 、生产 等因素进行综合判断，选择合适、可控的反应路径。
2．Fe3+检验方法的合理选择
(1)沉淀法：加入NaOH溶液，观察是否生成红褐色的氢氧化铁沉淀，反应的离子方程式为 。
(2)显色法：滴加KSCN溶液，观察溶液是否呈血红色，反应的离子方程式为 。
原料
条件
步骤
环境保护
成本
Fe3+＋3OH－===Fe(OH)3↓
Fe3+＋3SCN－===Fe(SCN)3
[微点拨](1)Fe3+的检验方法很多，但在没有特殊要求的条件下，就选择KSCN溶液或NH4SCN溶液，因为此法既灵敏(试剂用量小)又有明显现象。
(2)Fe3+与SCN－反应生成的是Fe(SCN)3血红色溶液，而不是沉淀。
(3)沉淀法检验Fe3+，需要加入的碱量较多，现象易受到干扰，反应的灵敏度和精确性都不高。
(4)观察溶液的颜色，存在Fe3+的溶液呈棕黄色，但呈棕黄色的溶液不一定存在Fe3+，还可能是其他物质。
二、Fe2+、Fe3+相互转化的合理选择
1．Fe2+、Fe3+相互转化的实验探究
实验
操作
实验
现象 A试管中先滴加2滴KSCN溶液，溶液 ，再加入过量铁粉后， B试管中先滴加2滴KSCN溶液，溶液 ，再加入少量新制氯水后，溶液变成血红色
变血红色
血红色褪去
没有变化
离子
方程式
实验
结论 Fe3+ Fe2+
Fe3+＋3SCN－===Fe(SCN)3、2Fe3+＋Fe===3Fe2+
2Fe2+＋Cl2===2Fe3+＋2Cl－、Fe3+＋3SCN－===Fe(SCN)3
2.Fe3+与Cu反应的实验探究
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 铜片上会出现“＋”形凹槽
原因 FeCl3溶液中的Fe3+具有较强的氧化性，能将Cu氧化成Cu2+：2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+，FeCl3溶液腐蚀了铜片
三、反应条件的控制
1．反应条件对化学反应的 、 和 都会有不同程度的影响。在研究物质的性质和制备时，应依据 和
，合理选择并控制好反应条件，才能达到预期的结果。
2．Fe(OH)2的制备
方向
速率
限度
化学反应的规律
反应物、
生成物的特点
实验操作
实验现象 A试管中
；
B试管中
化学
方程式 FeSO4＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋Na2SO4、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
实验结论 在不同的反应条件下，FeSO4溶液与NaOH溶液反应的实验现象不同，得到的产物也不同
开始生成白色絮状沉淀，逐步变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀
有白色絮状沉淀生成
B试管中成功制取Fe(OH)2的三个关键措施：
① ；
② ；
③
。
3．在化学研究和化学工业中，控制反应条件十分重要。需要严格控制反应的 、 ，选择合适的 ，确定 ，才能使物质制备的过程得以顺利进行。
煮沸NaOH溶液赶走溶解的氧
采用新制备的FeSO4溶液
将吸有NaOH溶液的长胶头滴管末端插入液面以下，再将NaOH溶液慢慢挤出
温度
压强
催化剂
反应物的配比
[微点拨]防止制备的Fe(OH)2被氧化的方法为隔绝氧气。
氧气会在下列途径中对制备Fe(OH)2的实验造成影响：(1)配制溶液时的水中；(2)溶液配制后露置于空气中；(3)滴加过程中；(4)生成的Fe(OH)2接触空气。
4．铁的氢氧化物的性质比较
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
颜色、状态 色固体 色固体
溶解性 溶于水 溶于水
白
难
红褐
难
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
酸碱性 弱碱性 弱碱性
稳定性 在空气中易被氧化为
受热易分解：2Fe(OH)3
Fe2O3＋3H2O
和非氧化性
酸反应
(离子方程式)
Fe(OH)3
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2+＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===
Fe3+＋3H2O
四、铁及其化合物的相互转化
1．基于物质类别和元素价态的视角，构建铁及其化合物相互转化的铁元素的“价态 类别”二维图如图所示：
① ；
② ；
③ ；
④ ；
⑤ ；
⑥ 。
Fe2O3＋6H＋===2Fe3+＋3H2O
Fe3+＋3OH－===Fe(OH)3↓
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3+＋3H2O
Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑
Cl2＋2Fe2+===2Fe3+＋2Cl－
Fe＋2Fe3+===3Fe2+
2．铁元素与人体健康
(1)在人体膳食结构中，铁元素有血红素铁和非血红素铁。血红素铁是与血红蛋白、肌红蛋白中的卟啉结合的 ，而非血红素铁则主要以 形式存在于植物中。血红素铁容易被人体吸收利用，而非血红素铁则需要将三价铁还原为二价铁才能被吸收。
(2)维生素C具有 性，能将三价铁转化为二价铁。因此，营养学家建议进食含铁的植物食品时，补充一定量的维生素C，以促进铁的吸收。
二价铁
三价铁
还原
微诊断（判断正误)
(1)FeCl2不能通过化合反应制得 (　　　　)
(2)不同价态的含铁物质间转化必须通过氧化还原反应实现(　　　　)
(3)Fe(OH)3不能利用化合反应生成(　　　　)
(4)由于Fe(OH)2易被氧化，所以在制备时要隔绝空气(　　　　)
(5)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2(　　　　)
×
×
×
√
√
探究一　不同价态铁元素之间的转化
[问题探究]
(1)结合课本中制取氯化铁的思路，分析方法a、方法b哪个好？
提示：方法a好，方法b硫酸的利用率低且有污染。
(2)物质之间的转化通常考虑哪些反应？
提示：相同价态化合物之间进行转化，通过非氧化还原反应实现；不同价态化合物之间进行转化，通过氧化还原反应实现。
(3)铁有＋2、＋3价态，列举铁生成不同价态物质的过程。
提示：
1．Fe2+的性质
Fe2+具有较强的还原性，容易被一些氧化剂氧化为Fe3+。
(1)向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，再加入氯水，实验现象是开始无明显现象，加入氯水，溶液变血红色，Fe2+与Cl2反应的离子方程式为2Fe2+＋Cl2===2Fe3+＋2Cl－。
(2)Fe2+在酸性条件下与H2O2反应：2Fe2+＋H2O2＋2H＋===2Fe3+＋2H2O。
(3)Fe2+在酸性条件下与O2反应：4Fe2+＋O2＋4H＋===4Fe3+＋2H2O。
(4)配制含Fe2+的溶液时，为防止Fe2+被氧化，应采取的措施是往溶液中加入少量铁粉。
2．Fe3+的性质
Fe3+具有较强的氧化性，能被一些还原剂还原为Fe2+。
(1)向FeCl3溶液中加入KSCN溶液，再加入过量铁粉，实验现象是溶液由血红色变为浅绿色，Fe3+与Fe反应的离子方程式为2Fe3+＋Fe===3Fe2+。
(2)Fe3+与Cu反应：2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+。该反应用于制作印刷电路板。
3．Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)直接观察颜色
(2)利用显色反应
(3) 利用Fe2+的还原性
(4) 利用Fe3+的氧化性
4．铁单质、Fe2+和Fe3+之间的转化
(1)Fe有变价，所以反应后的产物与氧化剂的强弱及反应条件有关。
B
解析：
C
1．要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+，进行如下实验操作时，最佳顺序为 (　　)
①加入足量氯水　②加入足量酸性KMnO4溶液　③加入少量NH4SCN溶液(其功能与KSCN相似)
A．①③ B．③②
C.③① D．①②③
解析：
用NH4SCN溶液可以检验溶液中是否含有Fe3+，故先向溶液中加入NH4SCN溶液，溶液不变血红色，说明溶液中不含有Fe3+；然后加入足量氯水，溶液呈血红色，说明溶液中含Fe2+，故最佳顺序为③①。
探究二　氢氧化亚铁的制备
氢氧化亚铁的一种制取方法如下：用煮沸并冷却后的蒸馏水配制硫酸亚铁和氢氧化钠的稀水溶液，将硫酸亚铁溶液装入小口瓶，向其中注加氢氧化钠溶液，使其正好成为满满一瓶，然后密封放置。
[问题探究]
(1)上述信息中注加NaOH溶液后，为何需要使其正好成为满满一瓶？小口瓶中会出现什么现象？
提示：为了隔绝空气；小口瓶中出现白色絮状沉淀。
(2)要制取纯净的氢氧化亚铁，你认为关键是什么？
提示：FeSO4溶液配制过程中防止Fe2+被空气中的氧气氧化；操作过程中防止氢氧化亚铁被氧化。
(3)给小口瓶解封，露置在空气中，小口瓶中会出现什么现象？写出反应的化学方程式。
提示：白色絮状沉淀变成灰绿色，最终变成红褐色沉淀；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
1．制备Fe(OH)2可以采取的措施
(1)Fe2+极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。
(2)为了防止Fe2+被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。
(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。
(4)为防止Fe2+被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。
2．制备Fe(OH)2可以采用的装置
下列装置能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。
C
[例2] 实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2，为了使生成的产物不容易被氧化，下列说法不正确的是 (　　)
A.配制FeCl2和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
B.可在FeCl2溶液的上面加一层苯，以隔绝空气
C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，胶头滴管尖嘴不能伸入FeCl2溶液中
D.产生Fe(OH)2沉淀后，不能振荡试管
解析：
实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2，由于Fe(OH)2 有强还原性，极易被氧化，故在制取的过程中的关键是防止Fe2+被氧化，据此分析。向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中，防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气溶有氧气，C错误。
2．如图所示装置可用来制备Fe(OH)2，并观察其在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L-1的硫酸，其他试剂任选。
回答下列问题：
(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是____________________________。
(2)实验开始时先将弹簧夹E________(填“打开”或“关闭”)，C中收集到的气体的主要成分是________。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：_______________________________
_____________________________________________________________。
(4)拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：___________________________________________________________。
答案：(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑
(2)打开　H2
(3)关闭弹簧夹E，使FeSO4溶液进入B瓶中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
解析：
实验开始时先打开弹簧夹E，使H2把A、B装置中的空气排出，Fe(OH)2在H2气氛中生成，以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭弹簧夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。
B
1．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是 (　　)
A.①② B．①③ C.②③ D．①②③
解析：
因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3，故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的空气或氧气。装置①是先用H2将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中，故能较长时间观察到白色沉淀；③中液面上加苯阻止了空气进入，故能较长时间观察到白色沉淀；②由于能接触到空气中的O2，故不能较长时间观察到白色沉淀。
B
2．下列关于氢氧化亚铁及其制备方法的叙述不正确的是 (　　)
A.氢氧化亚铁易被氧气氧化
B.氢氧化亚铁为灰绿色絮状沉淀
C.可利用如图所示的装置制备氢氧化亚铁
D.实验中所用氢氧化钠溶液应预先煮沸
解析：
氢氧化亚铁(纯净的)是白色絮状沉淀，在空气中易被氧气氧化。实验室可利用亚铁盐溶液与碱溶液反应制备氢氧化亚铁，例如用FeSO4溶液与NaOH溶液反应来制备Fe(OH)2。为了防止Fe(OH)2被空气中的氧气氧化，所用氢氧化钠溶液应预先煮沸将氧气排出；然后利用题给装置制备Fe(OH)2，且滴加NaOH溶液的胶头滴管应插入FeSO4溶液中；当制得的Fe(OH)2部分被氧化时呈灰绿色。A、C、D正确。
D
3．根据下列实验：
①向Fe2(SO4)3和CuSO4的混合液中加入过量铁粉，充分反应，有红色固体析出，过滤。②取①中滤液，向其中滴加KSCN溶液，观察现象。
下列说法正确的是(　　)
A.氧化性：Cu2+>Fe3+
B.①中所得固体只含铜
C.①中滤液含有Cu2+和Fe2+
D.②中不会观察到溶液变红
解析：
在反应2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+中，氧化剂为Fe3+，氧化产物为Cu2+，即可知氧化性：Fe3+> Cu2+，A错误；①中所得固体含有过量的铁和置换出的铜，B错误；由于加入的铁是过量的，则溶液中不可能含有Cu2+，C错误；因在①的滤液中只有Fe2+，没有Fe3+，则滴加KSCN溶液时并不会出现溶液变红的现象，D正确。
A
4．将适量的铁粉加入FeCl3溶液中，充分反应后，溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等，则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比为 (　　)
A.2∶3 B．3∶2
C.1∶2 D．1∶1
解析：

展开更多......

收起↑