资源简介

铁及其化合物
【学习目标与素养】
1．宏观辨识与微观探析：结合真实情景中的应用和通过实验探究，了解铁及其氧化物、氢氧化物的主要性质。结合真实情景中的应用和通过实验探究，了解铁盐、亚铁盐的主要性质。
2．科学探究与创新意识：能依据教材给出的问题，设计简单的实验方案制备Fe（OH）2。
3．变化观念：掌握Fe2＋、Fe3＋的检验方法及相互转化。
4．科学态度与社会责任：了解铁、铁的氧化物、氢氧化物在生产、生活中的应用。了解铁盐、亚铁盐在生产、生活中的应用。
【学习重难点】
学习并掌握铁的单质、氧化物、氢氧化物、亚铁盐的性质。
熟练掌握铁三角的关系。
【学习过程】
【第一课时】
（一）基础知识填充
一、铁的单质
1．铁元素的存在
铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位，主要以＋2价和＋3价化合物的形态存在。
2．物理性质
铁有延展性和导热性，铁能导电，但导电性不如铜和铝。铁能被磁体吸引。
3．铁的化学性质
铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。
（1）铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应
①铁与氯气反应的化学方程式：2Fe＋3Cl22FeCl3。
②加热条件下，铁与弱氧化性的S单质反应的化学方程式：Fe＋SFeS。
③铁与盐酸（稀硫酸）反应的离子方程式：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
④铁与硫酸铜溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
（2）实验探究铁粉与水蒸气的反应
实验装置
操作现象
用火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声，证明生成了H2
实验结论
在高温下，铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，化学方程式为3Fe＋4H2O（g）Fe3O4＋4H2
二、铁的重要化合物
1．铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
－
铁红
磁性氧化铁
颜色和状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价、＋3价
水溶性
不溶
不溶
不溶
与盐酸反应（离子方程式）
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
与CO的反应
FexOy＋yCOxFe＋yCO2
点拨：FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。
2．铁的氢氧化物
（1）实验探究铁的氢氧化物的生成与转化
在两支试管中分别加入少量的FeCl3溶液和FeSO4溶液，然后各滴入NaOH溶液。
①在FeCl3溶液中滴入NaOH溶液，生成红褐色沉淀，原因是：
Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓（填反应的离子方程式）。
②在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液，生成白色沉淀，原因是Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓（填反应的离子方程式），沉淀迅速变成灰绿色最后会有红褐色沉淀生成，原因是：
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3（填反应的化学方程式）。
思考：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，可采取哪些措施？
提示：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。
（2）Fe（OH）2、Fe（OH）3的比较
Fe（OH）2
Fe（OH）3
颜色和溶解性
白色固体，不溶于水
红褐色固体，不溶于水
稳定性
在空气中易转化为Fe（OH）3
2Fe（OH）3Fe2O3＋3H2O
与盐酸反应
Fe（OH）2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe（OH）3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
制备
Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓
Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓
转化
化学方程式
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
现象
白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色
（二）自学检测
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”)
（1）氧化铁能与酸反应，所以可用于制作红色染料(
)
（2）铁与过量的硫粉共热产物是Fe2S3（
）
（3）铁在加热条件下与液态水或水蒸气均能反应（
）
（4）还原铁粉与水蒸气反应的装置中湿棉花的作用是生成水蒸气（
）
答案：（1）×（2）×（3）×（4）√
2．下列物质是红棕色固体的是（
）
A．FeO
B．Fe2O3
C．Fe3O4
D．Fe（OH）2
答案：B
3．在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液，生成白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色最后会有红褐色沉淀生成，原因是4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，该反应中氧化剂是________，还原剂是________。
答案：O2；Fe（OH）2
（三）重难点突破
实验室制备Fe（OH）2装置的改进
1．制备关键：防止Fe（OH）2与空气中的氧气接触。
2．防止Fe（OH）2氧化的方法
（1）将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
（2）将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
（3）在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
（4）在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
3．装置改进
典例：如图所示装置可用来制取和观察Fe（OH）2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。
填写下列空白：
（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）实验开始时先将止水夹E________（填“打开”或“关闭”），C中收集到气体的主要成分是________。
（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：___________________________________________________。
解析：实验开始时先打开止水夹E，让生成的H2把A、B装置中的空气排出，让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后关闭止水夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。
答案：（1）铁屑；Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
（2）打开；H2
（3）关闭止水夹E，A中压强增大，把FeSO4溶液压入B瓶中进行反应
（4）4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
【第二课时】
（一）基础知识填充
一、Fe3＋和Fe2＋的检验
二、Fe3＋与Fe2＋的转化
1．实验及现象
2．反应的离子方程式
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3。
3．结论
思考：（1）FeCl3溶液蚀刻印刷铜板的原理是怎样的（用离子方程式表示）？
提示：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
（2）分别写出由FeCl2生成Fe、FeCl3的化学方程式。
提示：FeCl2＋Zn===ZnCl2＋Fe,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。
（二）自学检测
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2（
）
（2）检验绿矾晶体（FeSO4·7H2O）是否已氧化变质，可将绿矾晶体溶于稀硫酸后滴加KSCN溶液，再观察溶液是否变红（
）
（3）向FeCl3溶液中滴加适量的KSCN溶液，会产生红色的沉淀（
）
（4）Fe2＋可以被Cl2氧化为Fe3＋，说明Fe2＋具有氧化性（
）
答案：（1）×（2）√（3）×（4）×
2．随着人们生活节奏的加快，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
D．生石灰
答案：B
解析：无水硫酸铜能吸收水分，不能防止食物被氧化，硫酸亚铁具有还原性，可以作为防止富脂食品氧化变质的物质，食盐不能吸收水分，生石灰能防止食品受潮，但不能防止食品被氧化。
3．A、B、C、D四种物质（或离子）均含有同一种元素，其中A是常见单质，它们之间存在如图所示的转化关系：
若B、C均属于盐类，B溶液呈黄色，遇氨水能形成红褐色沉淀；D是一种不溶性碱；B、C中的阴离子均是Cl－，则A只有与________（填分子式）反应才能得到B；实验室制备的D物质不稳定，相应反应的化学方程式为_____________________________________________。
解析：由B的性质知其是FeCl3，故A是铁，C是FeCl2，D是Fe（OH）2，铁只有与氯气反应才能得到FeCl3；Fe（OH）2在空气中易变质生成Fe（OH）3。
答案：Cl2；4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3
（三）重难点突破
重难点1：Fe2＋、Fe3＋、Fe的相互转变——“铁三角”
1．Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化为Fe2＋、Fe3＋
如：Fe＋SFeS，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋；2Fe＋3Cl22FeCl3,3Fe＋4H2O(g)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＋COFe＋CO2。
3．Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe
如：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。
典例训练：
1．硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁，为除去杂质，提纯硫酸亚铁，应该加入下列物质中的（
）
A．锌粉
B．镁粉
C．铁粉
D．铝粉
答案：C
解析：铁粉可将硫酸铁转化为硫酸亚铁，将硫酸铜转化为硫酸亚铁和单质铜，然后过滤即可提纯硫酸亚铁，锌、镁、铝都有可能将亚铁离子置换成铁，并且会引入新的杂质锌离子、镁离子或铝离子等。
2．电子工业中，常用FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板。某同学为了从腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，设计如下流程图
请回答下列问题：
（1）FeCl3溶液腐蚀铜箔反应的离子方程式为
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
（2）固体A的成分是________，气体C的化学式为________。
（3）设计实验方案证明FeCl3溶液中的金属阳离子________________________________。
（4）反应消耗铁粉11.2g，则废液中Fe3＋的物质的量浓度是________。
解析：由工艺流程可知，废液中应该含有FeCl3、FeCl2、CuCl2，在废液中加入过量的铁粉，FeCl3溶液与Fe反应生成FeCl2，Fe与CuCl2反应生成Cu，即固体A是Fe和Cu的混合物，液体A是FeCl2。固体A中加入盐酸，Fe与盐酸反应生成FeCl2，过滤得到的6.4g的固体即为金属Cu，溶液B是FeCl2，再通入气体C得到FeCl3，即气体C可以是Cl2。反应消耗的铁粉分别为与FeCl3和CuCl2的反应，根据CuCl2＋Fe===Cu＋FeCl2得n（Fe）＝n（Cu）＝＝0.1
mol，则与氯化铁反应消耗的铁的物质的量为n（Fe）＝＝0.1
mol，根据2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋得：n（Fe3＋）＝2n（Fe）＝2×0.1
mol＝0.2
mol，c（Fe3＋）＝＝0.4
mol·L－1。
答案：（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
（2）Fe、Cu；Cl2
（3）取少量溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，出现红色
（4）0.4
mol·L－1
重难点2：Fe3＋、Fe2＋的检验与除杂
1．Fe3＋、Fe2＋的检验
Fe2＋
Fe3＋
（1）观察法
浅绿色
棕黄色
（2）加碱法（NaOH）
①现象：白色沉淀灰绿色红褐色沉淀
②反应：Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓（白色）；
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3（红褐色）
①现象：红褐色沉淀
②反应：Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓（红褐色）
（3）加盐法（SCN－）
①现象：加入KSCN溶液无明显现象，再滴入氯水变成红色溶液
②反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；
Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3（红色）
①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色
②反应：Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3（红色）
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
待测液不变色红色（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、NO（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
少量固体溶液紫色褪去。
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，不能选用稀硝酸，原因是稀硝酸可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。
3．含Fe2＋、Fe3＋的除杂问题
主要成分
杂质
除杂方法
FeCl3（aq）
FeCl2（aq）
加入氯水或H2O2
FeCl2（aq）
FeCl3（aq）
加过量铁粉后过滤
FeCl2（aq）
CuCl2（aq）
加过量铁粉后过滤
典例训练：
3．选择合适试剂完成甲、乙两组实验。
甲组：检验含Fe3＋的溶液中是否含有Fe2＋；
乙组：检验含Fe2＋的溶液中是否含有Fe3＋。
下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是（
）
试剂
选项
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
NaOH溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
KOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
答案：B
解析：甲组，在Fe3＋存在的条件下检验Fe2＋，要排除Fe3＋的干扰。所选试剂具备下列条件：一是能与Fe2＋发生有明显现象的反应；二是与Fe3＋不反应。溴水符合条件，实验现象是溴水颜色变浅，酸性KMnO4溶液也符合条件：5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，实验现象是溶液紫色变浅。乙组，在Fe2＋存在的条件下检验Fe3＋，用KSCN溶液检验Fe3＋即可，Fe2＋不会造成干扰。
4．硫酸亚铁缓释片可以补铁、防治贫血，但存放不当很容易变质，药片中的Fe2＋被氧化生成Fe3＋。若将药片配成溶液，需使用刚刚煮沸过又冷却的蒸馏水，原因是___________________________。实验室检验Fe3＋，除了可以用碱外，常用的试剂是（填化学式）________，若________________，则证明有Fe3＋。
解析：硫酸亚铁缓释片溶于水时，药片中的Fe2＋易被水中溶解的O2氧化为Fe3＋，因此将药片配成溶液时，应预先将蒸馏水煮沸，以除去水中溶解的O2；检验Fe3＋，还可以用KSCN溶液，Fe3＋与SCN－发生反应使溶液变红色。
答案：防止水中溶解的氧气氧化Fe2＋；KSCN；溶液变成红色
【反馈检测】
第一课时
1．常温下，将铁片放入下列溶液中，不发生反应的是（
）
A．稀硫酸
B．氯水
C．氢氧化钠溶液
D．硫酸铜溶液
答案：C
解析：铁与稀硫酸反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑；氯水呈酸性、强氧化性可以和铁反应；
铁与硫酸铜发生置换反应：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu；铁与氢氧化钠溶液不发生反应，C项符合题意。
2．下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是（
）
A．反应中有氢气产生
B．此反应需在加热条件下才能发生
C．生成的铁的化合物中铁全部呈＋3价
D．该反应中水作氧化剂
答案：C
解析：Fe与H2O（g）反应生成Fe3O4，Fe的化合价为＋2、＋3。
3．有关铁的氧化物的说法中，不正确的是（
）
A．赤铁矿主要成分是Fe2O3，Fe2O3是红棕色的，常用作红色油漆和涂料
B．Fe3O4是黑色晶体，其中的铁显＋2价，的铁显＋3价
C．FeO、Fe2O3、Fe3O4都不溶于水，但都能和盐酸反应生成相应的盐
D．FeO不稳定，在空气中加热迅速被氧化成Fe2O3
答案：D
解析：FeO不稳定，在空气中受热迅速被氧化成Fe3O4。
4．有关铁的化合物的说法中，错误的是（
）
A．Fe（OH）2是一种黑色固体，不稳定，在空气中易被氧化转变为红褐色
B．由图示操作可制取Fe（OH）2
C．Fe3O4、Fe（OH）3都可以由化合反应制得
D．Fe（OH）3胶体呈红褐色、透明，能发生丁达尔效应
答案：A
解析：Fe（OH）2是一种白色固体，A错误；煤油能减少FeSO4溶液与氧气接触，可以避免试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化，B正确；铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4，可通过化合反应：4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3制取Fe（OH）3，C正确；Fe（OH）3胶体呈红褐色、透明，能发生丁达尔效应，D正确。
5．应用下列装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气反应的实验”。
请回答该实验中的问题。
（1）实验前必须对整套装置进行气密性的检查，操作方法是_________________________。
（2）圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后的主要作用是___________________________；烧瓶底部放置了几片碎瓷片，碎瓷片的作用是_______________________________________。
（3）酒精灯和酒精喷灯点燃的顺序是___________________________________________。
（4）干燥管中盛装的物质可以是________，作用是_________________________________。
（5）如果要在A的玻璃导管口处点燃该气体，则必须对该气体进行________，这一操作的目的______________________________________________。
解析：（1）中学阶段检查装置气密性常用方法有两种：一种是利用热胀冷缩原理，另一种是利用气压原理。气压原理一般只有涉及液体时才能用得到，这里显然是利用热胀冷缩原理。利用热胀冷缩原理时要注意步骤一定要完整，既要证明“热胀”，也要证明“冷缩”。
（3）点燃加热仪器的顺序要考虑实验的安全性和对实验结果的影响，在本实验中为了防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应，应该先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯。（4）干燥管中盛装的物质可以是碱石灰，作用是除去反应产生的氢气中的水蒸气。
答案：（1）将干燥管末端的导管A浸入水中，用酒精灯火焰微热烧瓶底部，如果能观察到浸入水中的玻璃导管口有气泡冒出，停止加热后，玻璃导管内有水柱上升，且较长时间不会落，则表明该套装置的气密性良好
（2）为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应实验提供持续不断的水蒸气；防止暴沸
（3）先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯
（4）碱石灰；除去产物H2中的水蒸气
（5）验纯；防止H2不纯而发生爆炸
第二课时
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
答案：D
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。
2．下列离子方程式正确的是（
）
A．将氨水滴入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：Cl2Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－
答案：B
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－。
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＋
答案：B
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＋4．除去FeCl2溶液中少量的FeCl3，最好的办法是（
）
A．加入氢氧化钠溶液
B．通入氯气
C．加入铜粉
D．加入铁粉
答案：D
解析：要实现“Fe3＋→Fe2＋”的转化，需要加入还原剂，且不引入新的杂质离子，最好的办法是加入足量铁粉充分反应后过滤，发生的化学反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。
5．某工程师为了从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，准备采用下列步骤：
（1）写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式。
①________，②________，③________，④________，⑤________，⑥________。
（2）请写出相关反应的化学方程式。
_____________________________________________________；
_____________________________________________________；
_____________________________________________________；
_____________________________________________________。
解析：
答案：（1）①Fe；②FeCl2；③Fe和Cu；④HCl；⑤FeCl2；⑥Cl2
（2）CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
2FeCl3＋Fe===3FeCl2
2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
15
/
15实验活动2
铁及其化合物的性质
【学习目标与素养】
1．宏观辨识与微观探析：从宏观上观察铁、铁盐、亚铁盐的实验现象，从微观上找到铁及其化合物化学性质的区别与共同点，体会微观粒子的变化对宏观物质的性质的影响。
2．证据推理与模型认知：通过具体的化学实验，直观地观察到不同物质反应的现象，通过结合理论与实际感知化学学习的魅力，为后续的化学知识的学习奠定坚实的方法基础。
3．科学探究与创新意识：熟悉掌握铁及其化合物的相关实验现象，学会铁离子的检验方法，熟练掌握合金性能的调节方法，体会化学研究过程中的科学方法。
4．科学精神与社会责任：通过对不同合金性能调节方法的理解，认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化，建立高效学习的科学精神。
【学习重难点】
熟知铁及其化合物的重要化学性质；学会铁离子的检验方法；认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。
【学习过程】
一、实验器材及实验试剂的准备
试管、胶头滴管、CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、KMnO4酸性溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。
二、实验过程及实验结论
1．铁及其化合物的性质
（1）铁单质的还原性
在一支试管中加入2mLCuSO4溶液，再将一段铁丝放入CuSO4溶液中。过一会儿取出铁丝，观察现象并加以解释。
实验现象：铁丝表面有________析出。这说明试管中的CuSO4溶液和铁单质发生了氧化还原反应。
化学反应式：_________________________________________________________________。
（2）铁的氧化性
①取3mLFeCl3稀溶液加入试管中，加入几小块铜片，振荡，过一会儿，观察现象。
实验现象：铜片被_______，溶液变为________。这说明试管中的FeCl3溶液和铜单质发生了氧化还原反应。
化学反应式：_________________________________________________________________。
②在一支盛有3mL水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液，再滴加3滴KI溶液，观察现象。然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液，观察现象。
实验现象：淡黄色溶液变成_______，底部有_______析出。向溶液中滴加淀粉溶液后，溶液_______，有_______产生。
化学反应式：_________________________________________________________________。
（3）亚铁盐的氧化性和还原性
①取3mLFeCl2稀溶液加入试管中，加入几小块锌片，振荡，过一会儿，观察现象。
实验现象：有_______生成，溶液变为_______。发生了_______反应。
化学反应式：_________________________________________________________________。
②在一支试管中加入少量KMnO4酸性溶液，然后向试管中加入少量FeSO4溶液，观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时，再滴加2滴KSCN溶液，观察现象。
实验现象：滴加2滴KSCN溶液后，溶液_______。KMnO4酸性溶液和FeSO4溶液生成了_______。
化学反应式：_________________________________________________________________。
2．铁离子的检验
（1）在一支试管中加入2mL蒸馏水，再滴加几滴FeCl3稀溶液，然后滴加几滴KSCN溶液，观察现象。
实验现象：溶液变_______。铁盐会和KSCN反应。
化学反应式：_________________________________________________________________。
（2）在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液，然后加入适量铁粉，轻轻振荡片刻，再滴加几滴KSCN溶液，观察现象。
实验现象：加入适量铁粉后溶液_______。滴加几滴KSCN溶液后_______。
化学反应式：_________________________________________________________________。
3．以铁屑为原料制备硫酸亚铁晶体
实验步骤：__________________________________________________________________。
实验现象：__________________________________________________________________。
化学反应式：_________________________________________________________________。
【反馈检测】
1．填写下列横线
FeCl3是______色，FeCl2是______色，KSCN是______色。
铁单质具有_________（还原性/氧化性），铁盐具有_________（还原性/氧化性），亚铁盐具有____________（还原性/氧化性）。
2．把铁片放入下列溶液中，铁片溶解，溶液质量增加，但没有气体放出的是（
）
A．稀硫酸
B．CuSO4溶液
C．Fe2（SO4）3溶液
D．AgNO3溶液
3．下列化合物不可能由化合反应制得的是（
）
A．FeCl2
B．NaHCO3
C．Cu（OH）2
D．Fe（OH）3
4．下列各组物质反应后，滴入KSCN溶液一定显红色的是（
）
A．生了锈的铁块放入稀H2SO4中
B．FeCl3和CuCl2的混合溶液中加入过量的铁粉
C．FeO放入稀HNO3溶液中
D．Fe放入HNO3溶液中
3
/
3金属材料
【学习目标与素养】
1．宏观辨识：认识合金的概念。了解常见合金的分类、组成和用途。
2．模型认知：了解化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系。
3．科学态度与社会责任：了解合金在生产、生活中的应用，会合理选用金属材料。
4．模型认知与科学精神：掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
【学习重难点】
了解常见合金的分类、组成和用途。熟悉新型合金的类型和用途，了解稀土元素的概念以及稀土金属的应用场景和在我国的地位，熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用，根据题意列出方程并求解出答案。
【学习过程】
【第一课时】
（一）基础知识填充
一、合金
1．定义：由两种或两种以上的金属与金属（或非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。
微点拨：合金一般是混合物，没有固定的熔点。合金中各成分金属的化学性质不变。
2．性质：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
（1）硬度：合金的硬度一般大于成分金属。
（2）熔点：合金的熔点多数低于成分金属。
思考：为什么合金硬度比成分金属大？
提示：纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金硬度变大。
3．合金性能的影响因素
元素的种类、元素含量、生产条件。
二、铁合金
三、铝和铝合金
铝是地壳中含量最多的金属。铝性质活泼，铝和铝合金制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的氧化铝薄膜，保护内部金属。
1．铝与酸、碱的反应
（1）金属铝溶于盐酸的化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。
（2）铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑，离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。
2．氧化铝与酸、碱的反应
（1）两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，如Al2O3。
3．铝和铝合金的应用
铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
四、新型合金
（二）自学检测
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）人类历史上使用最早的合金是青铜（
）
（2）合金中只存在金属元素，不可能有非金属元素（
）
（3）镁铝熔合成合金的过程发生了化学变化（
）
（4）合金是混合物，具有金属的特性（
）
答案：（1）√（2）×（3）×（4）√
2．下列说法不正确的是（
）
A．目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
B．铝制品在生活中非常普遍，这是因为表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用
C．镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹
D．组成元素相同的合金性能相同
答案：D
解析：合金性能受合金元素的种类、含量、生产条件影响。组成元素相同的合金性能不一定相同，如钢和生铁。
3．铝是典型的两性金属，既能与酸反应，又能与强碱溶液反应。回答下列问题：
（1）在铝与盐酸和氢氧化钠溶液的反应中，铝元素化合价的变化都是________，还原剂都是______。
（2）1mol的铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，生成氢气的体积在相同状况下比值为______，消耗氯化氢和氢氧化钠的物质的量之比为______。
答案：（1）由0价变为＋3价；铝
（2）1∶1；3∶1
（三）重难点突破
重难点1：铝与盐酸、NaOH溶液反应的比较
铝与盐酸、NaOH溶液反应的应用与定量关系
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑（1）
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑（2）
1．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。
2．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl（H2）∶VNaOH（H2）＝1∶1。
3．足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl（H2）∶VNaOH（H2）＝1∶3。
4．一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为1∶35．铝既能与非氧化性酸反应产生氢气，也能与碱反应产生氢气，前者是置换反应，后者不是置换反应。
6．铝与盐酸、氢氧化钠的反应中，还原剂都是铝，还原产物都是氢气，故铝与产生氢气的关系式是相同的。
典例：甲、乙两个烧杯中分别盛有100mL4.0mol·L－1的盐酸和100mL4.0mol·L－1NaOH溶液，向两个烧杯中均加入5.4g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为（
）
A．1∶1
B．2∶3
C．3∶2
D．3∶1
答案：B
解析：甲、乙两烧杯中含HCl、NaOH的物质的量都为0.4mol，根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，5.4g（即0.2mol）Al分别与盐酸和NaOH溶液反应时，盐酸不足量而NaOH过量，故Al与盐酸反应生成H20.2mol，与NaOH溶液反应生成H20.3mol，其体积比为2∶3。
【第二课时】
（一）基础知识填充
一、化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系
　　　　　　　　2Na　＋　2H2O===2NaOH＋H2↑
质量之比：　　　46g　∶　36g　∶　80g　∶　2g
计量数之比：　　2　∶　　2　∶　　2　　∶　1
扩大NA倍：　　2NA　∶　2NA∶　　2NA　∶　NA
物质的量之比：2mol　∶　2mol∶　2mol　∶　1mol
结论：化学方程式中化学计量数之比等于粒子个数之比，也等于物质的量之比，对于有气体参与的反应还等于体积之比。
思考：为什么利用化学方程式进行计算时，同一种物质的单位必须统一，而不同的物质则不必统一？
提示：同一种物质用不同的物理量表示时，比例是相同的。例如1mol钠和23g钠完全相同。
二、有关物质的量的计算中的“三个规范”
1．书写规范
各种符号的书写要规范，大写字母与小写字母的意义各不相同。如“M”表示摩尔质量，而“m”表示质量，“N”表示微粒数，而“n”表示物质的量。
2．符号规范
（1）设未知数直接用各物理量的符号表示，且要注明物质（或粒子）的符号。如设参加反应HCl溶液的体积为V[HCl（aq）]。
（2）各物理量及单位、物质的名称、公式等尽量用符号表示。如已知NaOH溶液的体积和物质的量浓度，求NaOH溶液的质量时就写成：m（NaOH）＝c（NaOH）×V[NaOH（aq）]×M（NaOH）。
3．单位规范
把已知量代入计算式中计算时都要带单位且单位要统一。
（二）自学检测
判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）铝与NaOH溶液反应中，每转移3mole－，就生成1.5molH2（
）
（2）化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的质量之比（
）
（3）化学反应前后反应物和生成物遵循质量守恒，也遵循物质的量守恒（
）
（4）根据化学方程式计算时，各物质对应物理量的单位，左、右、上、下都必须相同（
）
答案：（1）√（2）×（3）×（4）×
（三）重难点突破
重难点1：物质的量在化学方程式计算中的方法
1．基本步骤
2．物质的量在化学方程式计算中应用的注意事项
（1）化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比，而非质量之比。
（2）计算时，各种物质不一定都用物质的量表示，也可以用质量表示，气态物质还可以用体积表示，但要注意物质的量与其他各物理量之间的换算关系；只要做到“上下一致，左右相当”即可。
典例：1.15g金属钠与水反应，得到100mL溶液，试计算：
（1）生成的气体在标准状况下的体积为________________________________________。
（2）反应后所得溶液中溶质的物质的量浓度_______________________________________。
解析：n（Na）＝＝0．05mol，设生成标准状况下气体的体积为V，溶液中溶质的物质的量浓度为c。
2Na＋2H2O===2NaOH　＋　H2↑
2mol
2mol
22.4L
0.05mol
0.1L×c
V
V＝＝0．56L；
c＝＝0．5mol·L－1。
答案：（1）0．56L
（2）0．5mol·L－1
重难点2：化学计算中常用的方法
1．差量法——化学方程式计算中的巧思妙解
化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。解题的一般步骤为
（1）准确写出有关反应的化学方程式。
（2）深入细致地分析题意，关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”。该“理论差量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等，且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比。
（3）根据反应方程式，从“实际差量”寻找比例关系，列比例式求解。
2．关系式法——解答连续反应类型计算题的捷径
当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。
（1）根据化学方程式确定关系式
写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。
（2）根据原子守恒确定关系式。
【反馈检测】
第一课时
1．下列关于合金的叙述中正确的是（
）
A．合金是由两种或多种金属熔合而成的
B．日常生活中用到的五角硬币属于铜合金
C．合金在任何情况下都比单一金属性能优良
D．钢不属于合金
答案：B
解析：合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的，A项错误；在机械加工时，合金的性能一般较单一金属优良，但并不是任何情况下都是，如纯铝导电性比铝合金要强，C项错误；钢是铁碳合金，D项错误。
2．足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是（
）
A．盐酸
B．稀硫酸
C．氢氧化钠溶液
D．氯化钠溶液
答案：C
解析：铝与氯化钠溶液不反应，由2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑可知，Al～3H＋～H2，Al～OH－～H2，即1mol铝消耗氢氧化钠1mol、硫酸1．5mol、氯化氢3mol。
3．下列叙述正确的是（
）
A．通过物理变化使铁制品表面生成致密的氧化膜，可以防止生锈
B．常见的合金钢主要有硅钢、锰钢、钨钢和不锈钢
C．氧化物只能作氧化剂，不能作还原剂
D．生铁中的球墨铸铁，没有机械强度，所以在任何场合都不可以代替钢
答案：B
解析：A项，生成致密的氧化膜是化学变化；C项，有些氧化物可以作还原剂，如一氧化碳，利用它的还原性可以在工业上冶炼金属；D项，生铁中的球墨铸铁具有很高的机械强度，在一些场合可代替钢。
4．有关铝和它的化合物的说法错误的是（
）
A．用于熔化烧碱的坩埚，可用Al2O3这种材料制成
B．铝能在空气中稳定存在是因为其表面覆盖着一层保护膜
C．氧化铝是一种高熔点物质，是一种较好的耐火材料
D．氧化铝是一种两性氧化物，既能与强酸反应，也能与强碱反应
答案：A
解析：若用Al2O3材料制成的坩埚熔化烧碱，会损坏坩埚，因为两者会发生反应：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。
5．用铁、铝的混合物进行如下实验：
（1）操作X的名称是________。
（2）气体A是________。
（3）A与Cl2混合光照可能发生爆炸，生成________（填化学式），A在该反应中作为__________（填“氧化剂”或“还原剂”）。
（4）溶液B中阴离子除OH－外还有________，溶液D中存在的金属离子为________。
解析：（1）加入足量NaOH溶液，Al溶解，操作X为过滤。（2）Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气，气体A为H2。（3）H2与Cl2反应生成HCl。（4）溶液B中阴离子有OH－、AlO，溶液D中金属离子为Fe2＋。
答案：（1）过滤
（2）H2（或氢气）
（3）HCl；还原剂
（4）AlO；Fe2＋
第二课时
1．对于反应aA＋bB===cC＋dD（A、B、C、D表示物质的化学式，a、b、c、d为化学方程式中的化学计量数），下列说法不正确的是（
）
A．如果质量为m1的A与质量为m2的B恰好完全反应，则生成的C、D的质量之和一定等于（m1＋m2）
B．参加反应的A和B中的原子总数一定等于生成的C和D中的原子总数
C．（a＋b）不一定等于（c＋d）
D．A和B中的元素种类，不一定等于C和D中的元素种类
答案：D
解析：化学反应中的守恒既包括质量守恒，也包括元素种类守恒、原子个数守恒，故D错误。
2．把一小块钠放入足量水中，会发生如下反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。有关该反应的下列说法正确的是（
）
A．反应中Na与NaOH的质量相等
B．反应中H2O和H2的质量相等
C．反应中H2O和H2的质量之比为2∶1
D．反应中Na与NaOH的物质的量之比为1∶1
答案：D
解析：该反应中，Na与NaOH的物质的量之比为1∶1，质量之比为23∶40，所以A项错误，D项正确；H2O与H2的物质的量之比为2∶1，质量之比为18∶1，所以B项、C项均错误。
3．在500mLNaOH溶液中加入足量铝粉，反应完全后共收集到标准状况下的气体33.6L。该NaOH溶液的物质的量浓度为（
）
A．1.0mol·L－1
B．2.0mol·L－1
C．1.5mol·L－1
D．3.0mol·L－1
答案：B
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2mol
67.2L
n（NaOH）
33.6L
n（NaOH）＝＝1mol，c（NaOH）＝＝2.0mol·L－1。
4．将8g铁片放入100mL硫酸铜溶液中，溶液中的铜离子全部被还原时，固体质量变为8.2g，则原硫酸铜溶液的物质的量浓度为（
）
A．0.5mol·L－1
B．0.25mol·L－1
C．0.025mol·L－1
D．0.125mol·L－1
答案：B
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
Δm
1mol
8g
n（CuSO4）
（8.2－8）g
n（CuSO4）＝＝0.025mol，c（CuSO4）＝＝0.25mol·L－1。
5．将20g含杂质25%的大理石（杂质与盐酸不反应）投入150mL盐酸中恰好完全反应，计算：
（1）反应生成的CO2的体积（标准状况）。
（2）原盐酸中HCl的物质的量浓度。
解析：n（CaCO3）＝＝0.15mol，
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
1mol
2mol
22.4L
0.15mol
n（HCl）
V（CO2）
＝
＝
故：n（HCl）＝0.3mol，V（CO2）＝3.36L，c（HCl）＝＝2mol·L－1。
答案：（1）3.36L
（2）2mol·L－1
-
4
-
/
10

展开更多......

收起↑