资源简介

课程基本信息
课题
铁
金属材料复习
教科书
书名：
化学
必修
第一册
出版社：人民教育出版社
出版日期：2020年7
月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
课后练习
1.下列各组物质反应后，滴入KSCN溶液，显红色的是
(　　)
A.铁与稀盐酸反应
B.铁粉与氯化铜溶液反应
C.氯水与氯化亚铁溶液反应
D.过量铁粉与三氯化铁溶液反应
2.
某补铁剂的主要成分是葡萄糖酸亚铁，为检验其是否变质，可以使用的最佳试剂是
(　　)
A.NaOH溶液
B.铁片
C.KSCN溶液
D.氯水
4.将氯化钠、氯化亚铁、氯化铁、氯化镁四种溶液，通过一步实验就能加以区别，并只用一种试剂,这种试剂是
(　　)
A.
KSCN溶液
B.
BaCl2溶液
C.
NaOH溶液
D.
HCl溶液
3.把一定量铁粉放入氯化铁溶液中，完全反应后,所得溶液中Fe2+和Fe3+的物质的量浓度之比为1∶2。则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比为
(　　)
A.
1∶1
B.
1∶2
C.
1∶3
D.
2∶3
5.铁和氧化铁的混合物共2
mol，加盐酸后固体全部溶解，共收集到0.5
mol
H2，且溶液中加入KSCN溶液不显红色，则原混合物中铁的物质的量为
(　　)
A.
0.5
mol
B.
1.5
mol
C.
0.75
mol
D.
1.25
mol
6.请尝试利用铁及其化合物，设计五种实验方案，制备氢氧化亚铁
(原料不限，路线可一步、两步、三步……)课程基本信息
课题
铁
金属材料复习
教科书
书名：
化学
必修
第一册
出版社：人民教育出版社
出版日期：2020年7月
教学目标
教学目标：
1.通过设计实验验证墨粉中铁的氧化物种类，应用铁及其氧化物的性质及转化解决实际问题。
2.应用铁及其氧化物的性质及转化，从物质类别和元素价态两个视角认识物质间转化关系，巩固研究物质化学性质的认知模型。
3.结合物质的量在化学方程式中的计算，设计实验方案，定量测定墨粉中铁的氧化物含量。
教学重点：设计实验方案，定性分析和定量测定铁的氧化物。
教学难点：应用铁及其氧化物的性质及转化设计实验。
教学过程
时间
教学
环节
主要师生活动
0’
2’
5’
8’
11’
15’
任务一
请设计实验方案检验墨粉中是哪一种铁的氧化物
任务一
请设计实验方案检验墨粉中是哪一种铁的氧化物
引入：打印机大家很熟悉了，疫情期间，我们需要它来打印各种学习的材料，可是打印机使用一段时间后，打出来的字逐渐变浅，这是因为打印机硒鼓中的黑色墨粉快没有了，需要更换硒鼓或者添加墨粉，大家知道墨粉的成分吗？墨粉的成分有炭黑，一种铁的氧化物、粘结树脂、电荷调节剂、添加剂等。
今天我们看看能否通过所学知识，定性检验和定量分析墨粉中铁的氧化物成分？
过渡：请同学们设计实验方案，检验墨粉中是哪一种铁的氧化物。
学生思考：物质检验可分为物理方法和化学方法，首先用物理方法，黑色的氧化亚铁、四氧化三铁，红棕色的氧化铁由于黑色炭黑的干扰，不能通过颜色来鉴别。
其中四氧化三铁有磁性，可以拿一块磁铁试一试。
过渡：除了物理方法，化学方法也是物质检验中不可缺少的重要方法，我们可以将铁的氧化物转化为离子，再进行检验。
思考1
你了解Fe3O4中铁元素的化合价吗
？
学生：四氧化三铁中铁元素有正二价和正三价两种价态，正二价和正三价的铁元素质量比为1:2
过渡：向四氧化三铁中加入稀硫酸溶液或者盐酸溶液，可以得到含有亚铁离子和铁离子的混合溶液。向墨粉中加酸溶解铁的氧化物，得到含有亚铁离子的溶液，或者含有铁离子的溶液，或者两钟离子都有的混合溶液。
思考2
如何鉴别Fe2+和Fe3+
？
学生：如果溶液中只含有一种含铁的离子，可以加入氢氧化钠溶液，生成红褐色沉淀，或者加入KSCN溶液，发生络合反应，溶液变红，这两种现象都说明溶液中含有铁离子。
如果先加入KSCN溶液，不变红，再加入氯水或过氧化氢等氧化剂，溶液变红，可证明溶液中含有亚铁离子。
如果溶液有可能是含有亚铁离子和铁离子的混合溶液，铁离子可以用KSCN溶液检测。为了避免干扰亚铁离子检验，具有氧化性的紫色高锰酸钾酸性溶液是最佳的选择。
思考3
完整叙述实验操作流程，并得出结论。
教师：通过刚才的分析，你能够完整叙述实验操作流程，并根据现象得出结论吗？
学生：取适量墨粉，加入稀硫酸溶解，充分反应后，过滤，将滤液分为两份，一份加入紫色的高锰酸钾溶液，溶液褪色，说明滤液中存在亚铁离子；一份加入KSCN溶液，溶液变红，说明溶液中存在铁离子：两种化合价的铁离子同时存在，说明墨粉中的某一种铁的氧化物是四氧化三铁。
特别说明，由于第一步需要加入足量稀硫酸，所以高锰酸钾溶液不需要格外加入酸进行酸化，所以只需要加入高锰酸钾溶液就可以满足要求。
思考4
有的同学设计加入盐酸溶解墨粉，是否可行？
学生：不能加入盐酸来溶解铁的氧化物，这是因为盐酸中的氯离子在后续加入高锰酸钾溶液时，也会与之发生反应，干扰亚铁离子的鉴别，所以不能用盐酸来溶解墨粉，只能选择稀硫酸来溶解墨粉中铁的氧化物。这也说明我们平时所说的高锰酸钾酸性溶液，是加入硫酸进行酸化，而不是加入盐酸酸化的。
17’
20’
24’
28’
33’
36’
任务二
测定墨粉中四氧化三铁的含量
任务二
测定墨粉中四氧化三铁的含量
任务2
测定墨粉中四氧化三铁的含量
过渡：激光打印机原理视频播放，了解墨粉中四氧化三铁的作用。（自选）
在打印时，四氧化三铁在磁辊的磁力吸引下，可携带碳粉吸附在磁辊上，在树脂，电荷调节剂等组分共同作用下，渗入纸张，形成最终牢固的图像。墨粉中四氧化三铁的含量是衡量墨粉质量的重要指标。如何利用所学知识，测定墨粉中四氧化三铁的含量呢？
借助铁及其化合物的知识网络图可知，含铁化合物之间可以互相转化，可以通过一系列转化，将墨粉中的四氧化三铁转化为亚铁离子和铁离子，进一步将其转化为氢氧化铁沉淀，受热分解再生成氧化铁，测量氧化铁的质量，通过铁元素守恒可求算出四氧化三铁的质量。
其中对应比例关系如下：1mol四氧化三铁中加酸溶解得到1mol亚铁离子、2mol铁离子，都转化为3mol氢氧化铁，进而分解可得到1.5mol氧化铁，由铁元素守恒可算出2mol四氧化三铁对应3mol氧化铁。
也可以将亚铁离子转化为铁离子，然后再加入氢氧化钠溶液，生成氢氧化铁沉淀，再受热分解为氧化铁，并测量氧化铁的质量。
根据转化关系分析，尝试用流程图的形式，写出操作及转化流程。
学生：取一定质量的墨粉，加入足量稀硫酸，充分振荡后过滤，向滤液中加入足量氢氧化钠溶液，使亚铁离子和铁离子全部沉淀后，搅拌，并放置足够时间，保证氢氧化亚铁全部氧化为氢氧化铁，再将沉淀过滤、洗涤、干燥，最后灼烧，得到干燥纯净的氧化铁。
补充：也可以做一点调整，向滤液中加入足量氧化剂，充分反应，使亚铁离子完全转化为正三价铁离子，再加入足量氢氧化钠溶液，保证氢氧化铁沉淀完全。
教师：用沉淀法通过元素守恒将铁元素转化为氧化铁来计算四氧化三铁的量，还可以通过已知物质的量浓度溶液的体积消耗量，来计算得出溶液中离子的物质的量。最常使用的就是已知浓度的高锰酸钾酸性溶液滴定含有还原剂的溶液。可以将高锰酸钾酸性溶液滴入亚铁离子的溶液中，再根据化学或离子方程式求算出亚铁离子的物质的量。
引导：可是四氧化三铁溶于稀硫酸后，会生成含有三价铁离子和亚铁离子的混合溶液，你打算怎么处理呢？请大家认真思考，尝试书写操作流程图。
学生：根据刚才的思路写出操作的具体流程图，取a克墨粉，加入足量的稀硫酸，充分反应后过滤后，向滤液中加入足量还原剂，使正三价铁离子完全转化为亚铁离子后，再用c
mol/L的高锰酸钾溶液滴定，消耗高锰酸钾溶液V
L
。
思考1
如何选择还原剂，确保后续反应无干扰？
教师：现在又出现一个新的问题，如何选择还原剂，确保后续反应无干扰。我们常用铁、锌、铜等金属单质，或者碘离子做还原剂，将铁离子还原为亚铁离子。
再次提醒同学们，第一步溶解墨粉中的四氧化三铁时，加入了足量的稀硫酸，保证了溶液的酸性，所以高锰酸钾溶液不用再加酸酸化了。
学生：铁离子还原为亚铁离子。铁单质会使溶液体系中的铁元素增多，造成数据偏大。
过量的锌单质会使亚铁离子继续还原为铁单质，使溶液体系中的铁元素减少。
碘离子不会影响铁元素的量，但由于是溶液中的反应，过量的碘离子如果不除掉，在下一步反应中，其会与高锰酸钾溶液发生反应，消耗过多的高锰酸钾酸溶液，造成测量数据偏大。
以上三种还原剂都会影响数据的测量，所以最佳选择是铜粉做还原剂。
因为过量的铜粉不能继续和亚铁离子反应，可过滤除去，溶液中的产物铜离子也不会与高锰酸钾溶液反应，所以铜粉是该流程中最好的还原剂。所以修正我们的流程图，向滤液中加入过量铜粉，充分反应后过滤，再进行下一步操作即可。
思考2
设计实验，确定铜粉与滤液中Fe3+已反应完全？
教师：那么新问题又来了，滤液中的Fe3+是否已转化完全，请你设计实验，确定铜粉与Fe3+反应完全。
学生：确定铜粉与滤液中Fe3+已反应完全，其实就是确定溶液中是否还剩余Fe3+，具体操作如下：取反应后溶液适量，加入KSCN溶液，若溶液不变红，则证明滤液中Fe3+与铜粉已反应完全。
思考3
已知墨粉a克，通过方案3充分反应，消耗c
mol/L
KMnO4溶液V
L，请计算墨粉中四氧化三铁的含量？
学生：先写出化学方程式或者离子方程式。
再求算出对应比例关系，一份四氧化三铁对应1份二价铁、两份三价铁，转化可生成三份二价铁，而在第三个离子方程式中5份二价铁对应一份高锰酸根，两个关系式联立可知，5份四氧化三铁对应3份高锰酸根。
因为要求算四氧化三铁的质量，已知四氧化三铁的摩尔质量为232
g/mol，可以在四氧化三铁下面写上5乘以232
g，对应的高锰酸根离子为3
mol，已知高锰酸钾溶液物质的量浓度为c
mol/L，消耗体积为V
L，可知消耗高锰酸钾为c乘以V即为cV
mol，列比例式，可求出四氧化三铁质量，最后用四氧化三铁质量在除以墨粉质量，就可求出墨粉中四氧化三铁的质量百分数。
求算图示如下：
40’
42
任务三
制备四氧化三铁
过渡：四氧化三铁这么重要，那么四氧化三铁是如何制备的？
学生：铁丝在纯氧中燃烧，可生成黑色的四氧化三铁；还原铁粉与水蒸气在高温条件下反应也可以生成四氧化三铁。
引导：你觉得这两种方法适用于工业生产吗？
工业制备物质需要考虑环保，经济，原料来源、制备难度等诸多因素，这两种方法都不适用于工业制备四氧化三铁
，所以需要查询资料来寻找工业制备四氧化三铁的方法。请看资料，这是其中一种制备四氧化三铁的方法
学生阅读：采用化学共沉淀法制备纳米磁性Fe3O4方法：将亚铁盐和铁盐溶液按照一定比例混合，将碱性沉淀剂快速加入到上述混合盐溶液中，搅拌、反应一段时间后，即可得到纳米磁性Fe3O4粒子。
思考1：该反应是否为氧化还原反应？
学生：原料中需要的二价铁和三价铁按照一定比例混合，最终得到四氧化三铁，没有加入额外的氧化剂或者还原剂，也没有发生元素化合价变化，所以该反应不是氧化还原反应。
思考2：你能尝试推测(Fe2+):(Fe3+):(OH-)的理论物质的量比吗？
学生：需要书写离子方程式，原料为Fe2+、Fe3+、OH-，因为已知四氧化三铁中正二价铁与正三价铁的比例为1比2，所以没有化合价变化，只需要电荷守恒来配平OH-的化学计算数即可，最后比例为1比2比8。
45’
归纳
总结
从墨粉中Fe3O4验证、测定、制备,看物质转化
归纳：从墨粉中四氧化三铁的定性检验、定量测定、制备等过程，总结物质转化的特点，
1.含铁元素的物质多种多样，从物质类别角度看有铁单质，三种铁的氧化物，两种化合价的含铁盐和两种氢氧化物
；从元素化合价角度来看铁元素有零价，正二价，正三价；可以看出元素的存在形式多样。
2.物质转化是有规律的，不同含铁物质间可以通过氧化还原反应
、复分解反应（包括酸碱反应和沉淀反应）等相互转化。
3.物质转化是多途径的，同种元素的不同物质间可以设计多条转化路线，制得目标产物
4.
物质转化是有条件的，也是可调控的，我们可以设计多条路线，再根据根据原料、环保、安全、成本等多种实际因素，选择合理路线用于工业制备。课程基本信息
课题
铁
金属材料复习
教科书
书名：
化学
必修
第一册
出版社：人民教育出版社
出版日期：2020年
7月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
学习目标
通过复习铁及其化合物，应用物质类别和元素价态的两个角度，实现铁及其化合物物质的多途径转化，从定性检验、定量测定两个方面丰富研究物质性质及转化的思路与方法。
课前学习任务
熟练掌握铁及其化合物的知识网络图，熟记铁及其化合物的转化的化学方程式或者离子方程式。
课上学习任务
【学习任务一】
已知某品牌墨粉的成分如下：炭黑、某一种铁的氧化物（20～30%）、
粘结树脂、电荷调节剂、添加剂等
任务一
请设计实验方案，检验墨粉中是哪一种铁的氧化物。
方案1：
方案2：
思考1
你了解Fe3O4中铁元素的化合价吗？
思考2
如何鉴别Fe2+和Fe3+？
思考3
设计实验方案检验墨粉中是哪一种铁的氧化物，并完整叙述实验操作流程，根据得出结论。
思考4
有的同学设计加入盐酸溶解墨粉，是否可行？
【学习任务二】
任务二
测定墨粉中四氧化三铁的含量
设计思路：沉淀法测定墨粉中四氧化三铁的含量
方案1：
方案2：
设计思路：滴定法测定墨粉中四氧化三铁的含量
方案3：
思考1
如何选择还原剂，确保后续反应无干扰？
思考2
设计实验，确定铜粉与Fe3+已反应完全？
思考3
已知墨粉a克，通过方案3充分反应，消耗c
mol/L
KMnO4溶液V
L，请计算墨粉中四氧化三铁的含量？
你还有其他方案吗？
【学习任务三】
任务三
制备四氧化三铁
方案1：
方案2：资料阅读工业上采用化学共沉淀法制备纳米磁性Fe3O4方法：将二价铁盐和三价铁盐溶液按照一定比例混合，将碱性沉淀剂快速加入到上述混合盐溶液中，搅拌、反应一段时间后，即可得到纳米磁性Fe3O4粒子。
思考1
该反应是否为氧化还原反应？
思考2
你能尝试推测(Fe2+):(Fe3+):(OH-)的理论物质的量比吗？
【学习任务四】从墨粉中Fe3O4验证、测定、制备,看物质转化
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2．激光打印机原理
3.四氧化三铁的工业制备方法

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