铁及其化合物导学案(教师版)

1 铁及其化合物铁及其化合物 一 铁元素的原子结构与在自然界的存在一 铁元素的原子结构与在自然界的存在 铁元素位于周期表 周期 族 其电子排布式为 原子结构示意图为 在自然界中主要以 形式存在 如磁铁矿 主要成分为 赤铁矿 主要成分为 二 铁的性质二 铁的性质 1 物理性质 银白色光泽 密度大 熔沸点高 延展性 导电 导热性较好 能被磁铁吸引 纯铁抗蚀 能力特别强 而我们常见的铁并非如此 原因是 2 化学性质 铁是 的金属 通常显 2 3 价 1 与非金属单质反应 写出下列反应的化学方程式 并描述反应现象 与 O2反应 与 Cl2反应 与 S 反应 与 I2反应 2 与水反应 与水蒸汽反应 常温下 铁与水不起反应 但潮湿的空气里 铁易被腐蚀 形成铁锈 反应方程式为 3 与酸反应 非氧化性酸 如稀硫酸 盐酸 现象 反应离子方程式 氧化性酸 常温下 铁遇浓硫酸 浓硝酸会 还有什么物质类似 a 与过量稀 HNO3反应 b 过量的 Fe 与稀 HNO3反应 c 与浓 HNO3共热 d 与浓硫酸共热 4 与盐溶液反应 与 CuSO4反应 与 FeCl3反应 三 铁的工业制法三 铁的工业制法 主要反应为 四 铁的化合物四 铁的化合物 1 铁的氧化物 2 化学式 FeOFe2O3Fe3O4 名称 俗名 色 态 溶解性都难溶于水 金属价态 与 HCl 反应 与 HNO3反应 与 HI 反应 H2 CO 与还原 剂 Al 稳定性 用途 2 铁的氢氧化物 化学式 Fe OH 2 Fe OH 3 名称 色 态物理 性质水溶性 酸碱性 盐酸 与酸 反应 硝酸 稳定性 实验室制备 3 Fe2 Fe3 的性质及检验 1 Fe2 的性质 水溶液是 色 与 KSCN 溶液 再滴 则变红 与 OH 反应 现象 反应方程式 既有 又有 但主要体现 Fe2 可被强氧化剂 如 氧化成 Fe3 3 2 Fe3 的性质 水溶液是 色 与 KSCN 溶液 反应方程式 与 OH 反应现象 反应方程式 只有 性 可被还原剂 如 还原为 Fe2 Fe3 有较强水解能力 水解离子方程式为 3 Fe2 Fe3 的检验 检验 Fe2 的方法 a KSCN 法 先滴加 KSCN 溶液 若溶液不显血红色 再滴加氯水 若溶液显血红色 说明原溶液中 有 Fe2 b 碱液法 现象 检验 Fe3 的方法 a KSCN 法 现象 b 碱液法 现象 典型例题 典型例题 例例 1 1 在铁和铜的混合物中 加入不足量的稀硝酸 反应后剩余金属m1再向其中加入一定量的稀硫酸 充分振荡后 剩余金属 m2g 则 m1和 m2之间的关系是 A m1一定大于 m2 B m1可能等于 m2 C m1一定等于 m2 C m1可能大于 m2 例例 2 2 将铁屑溶于过量盐酸后 再加入下列物质 会有三价铁生成的是 A 硫酸 B 氯水 C 硝酸锌 D 氯化铜 例例3 3 一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入250 ml 2 mol L硝酸溶液中 反应完全后 生成1 12 L NO 标况 再向反应后的溶液中加入1mol LNaOH溶液 要使铁元素完全沉淀下来 所加入的NaOH溶液体 积最少是 A 450 ml B 500 ml C 400 ml D 不能确定 例例 4 4 在由 Fe FeO 和 Fe2O3组成的混合物中加入 100mL2mol L 的盐酸 恰好使混合物完全溶解 并 放出 448mL 气体 标准状况 此时溶液中无 Fe3 离子 则下列判断正确的是 A 混合物里 3 种物质反应时消耗盐酸的物质的量之比为 1 1 3 B 反应后所得溶液中的 Fe2 离子与 Cl 离子的物质的量浓度之比为 2 1 C 混合物里 FeO 的物质的量无法确定 但 Fe 比 Fe2O3的物质的量多 D 混合物里 Fe2O3的物质的量无法确定 但Fe比FeO的物质的量多 例例5 5 下列离子方程式书写正确的是 A 向溴化亚铁溶液中通入过量氯气 Fe2 2Br 2Cl2 Fe3 Br2 4Cl B 三氯化铁溶液跟过量氨水反应 Fe3 3NH3 H2O Fe OH 3 3NH4 4 C 硫化亚铁与盐酸反应 S2 2H H2S D 过量铁粉与稀 HNO3反应 Fe 4H NO3 Fe3 NO 2H2O 例例 6 6 下列各组离子一定能大量共存的是 A 在含大量 Fe3 的溶液中 NH4 Na Cl SCN B 在强碱性溶液中 Na K Al OH 4 CO32 C 在 c H 10 13mol L 1的溶液中 NH4 Al3 SO42 NO3 D 在 pH 1 的溶液中 K Fe2 Cl NO3 例例 7 7 下图是中学常见物质间的转化关系 已知 a A 为淡黄色固体 B 为导致 温室效应 的主要物质 b E 为常见金属 J 为红褐色沉淀 c G 在实验室中常用于检验 B 的存在 d L 是一种重要的工业原料 常用于制造炸药 浓溶液常呈黄色 回答下列问题 1 A 的电子式 2 反应 的化学方程式为 反应 的离子方程式为 3 若参加反应的 A 的质量为 39 g 则消耗 CO2的体积 标况下 为 L 例例 9 9 提供试剂药品 细铁钉 锌片 FeCl2溶液 FeCl3溶液 稀硫酸 NaOH 溶液 氯水 KSCN 溶液 根据你所学知识分析以上物质之间的反应 然后对这些反应进行分类 写出反应的化学方程式 1 Fe 作还原剂的反应有 2 Fe2 作还原剂的反应有 3 Fe2 作氧化剂的反应有 4 Fe3 作氧化剂的反应有 例例 1010 探究小组的同学在研究由 Fe2 制备 Fe OH 2的过程中 甲 乙 丙 丁四位同学分别设计了如下 4 个实验方案 甲方案 用不含 Fe3 的 FeSO4溶液与用不含 O2的蒸馏水配制的 NaOH 溶液反应制备 Fe OH 2 乙方案 应用钢铁吸氧腐蚀的原理 设计电池制备 Fe OH 2 丙方案 按图实验 制备 Fe OH 2 丁方案 按图实验 制备 Fe OH 2 苯的作用是使电解质溶液隔绝空气 回答下列问题 5 在甲方案中 所用 FeSO4样品通常部分被氧化 写出在配制 FeSO4溶液时 其操作过程及反应的离子方 程式 在乙方案中 正极的电极反应式是 你认为该方案是否可行 若不可行请说明理由 在丙方案中 C 是止水夹 当容器 B A 中均加入试剂并塞好橡皮塞后 还需要的操是 在丁方案中 在两电极之间的溶液中首先观察到白色沉淀 请写出 b 电极的电极反应式 则其电解质溶液可以是下列三项中的 A 蒸馏水 B NaC1 溶液 C NaOH 溶液 随堂检测 随堂检测 一 判断正误 一 判断正误 正确的打 错误的打 1 在给定的实验条件下 下列转化无法实现 Fe2O3FeCl3 aq 无水 FeCl3 HCl aq 2 Al 遇冷浓硫酸会钝化 Fe 遇冷浓硫酸也能钝化 3 铁能被磁铁吸引 则任何金属都能被磁铁吸引 4 过量的铁粉与稀硝酸溶液反应的离子方程式为 Fe 4H NO Fe3 NO 2H2O 3 5 铁粉加入稀 H2SO4中的离子方程式为 2Fe 6H 2Fe3 3H2 6 将 NO2通入 FeSO4溶液中无明显现象 7 Fe 在适量 Cl2中燃烧生成 FeCl2和 FeCl3 8 将 NaOH 溶液滴入 FeSO4溶液中 可以看到稳定的白色沉淀 9 铁与 H2O g 反应的产物是黑色的 Fe2O3和 H2 10 氧化亚铁与酸反应的产物均是亚铁盐 11 除去 FeCl2溶液中混有的 FeCl3 加入过量铁粉 过滤 12 除去 FeCl3酸性溶液中少量的 FeCl2 加入稍过量双氧水后放置 答案 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 二 聚焦高考 二 聚焦高考 6 1 正误判断 正确的划 错误的划 1 向 FeCl3溶液中加入 Mg OH 2 3Mg OH 2 2Fe3 2Fe OH 3 3Mg2 2 生铁中含有碳 抗腐蚀能力比纯铁弱 2012 海南 10A 3 Fe 与 S 混合加热生成 FeS2 2012 重庆理综 7A 4 因为 Fe3 有强氧化性 所以 FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜 5 Fe 与稀 HNO3 稀 H2SO4反应均有气泡产生 说明 Fe 与两种酸均发生置换反应 6 Fe 在足量 Cl2中燃烧生成 FeCl2和 FeCl3 2012 天津理综 2D 7 稀硫酸中加入铁粉 2Fe 6H 2Fe3 3H2 2012 大纲全国卷 7D 2 下列图示中能较长时间看到 Fe OH 2白色沉淀的有 答案 课后检测 课后检测 1 下列有关实验装置的说法正确的是 图1 图2 7 图3 图4 A 用图1装置制取干燥纯净的NH3 B 用图2装置实验室制备Fe OH 2 C 用图3装置可以完成 喷泉 实验 D 用图4装置测量Cu与浓硝酸反应产生气体的体积 2 甲 乙 丙 丁 戊的相互转化关系如右图所示 反应条件略去 箭头表示一步转化 下列各组物质 中 不满足图示转化关系的是 甲乙丙戊 NH3O2NOH2O Fe H2OH2Fe2O3 Al2O3 NaOH溶液NaAlO2溶液过量CO2 Na2O2CO2O2Na A B C D 3 检验用硫酸亚铁制得的硫酸铁中是否含有硫酸亚铁 可选用的试剂是 A NaOH B KMnO4 C KSCN D 苯酚 4 为探究铁及其化合物的氧化性和还原性 设计了如下实验方案 其中符合实验要求且完全正确的是 实验操作实验现象离子反应实验结论 A 在氯化亚铁溶液中通入氯 气 浅绿色溶液变成棕黄色溶液 2Fe2 Cl22Fe3 2C l Fe2 具有还原性 B 氯化亚铁溶液中加入锌片浅绿色溶液变成无色溶液 Fe2 ZnFe Zn2 Zn具有还原性 C 在氯化铁溶液中加入铁粉棕黄色溶液变成浅绿色溶液 Fe3 Fe3Fe2 铁单质具有还原性 D 在氯化铁溶液中加入铜粉蓝色溶液变成棕黄色溶液 2Fe3 Cu2Fe2 Cu2 Fe3 具有氧化性 5 下列各组物质中 物质之间通过一步反应就能实现图示变化的是 物质编号物质转化关系 abcd NONO2N2HNO3 Na2ONa2O2NaNaOH 8 FeCl2FeCl3FeCuCl2 Al2O3NaAlO2AlAl OH 3 A B C D 6 在检验用FeCl3溶液生产铜制印刷线路板后所得废液成分的实验中 下列根据实验现象得出的结论不正 确的是 A 向废液中加入少量的葡萄糖溶液 无红色沉淀产生 说明废液中不含Cu2 B 向废液中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液 产生白色沉淀 说明废液中含有Cl C 向废液中加少量铁粉 充分反应后无固体剩余 说明废液中含有Fe3 D 向废液中滴加KSCN溶液 无现象 再加入氯水后溶液呈血红色 说明废液中含有Fe2 7 用高铁酸钠 Na2FeO4 对河湖水消毒是城市饮水处理的新技术 已知反应 Fe2O3 3Na2O22Na2FeO4 Na2O 下列说法正确的是 A Na2O2既是氧化剂又是还原剂 B Na2FeO4既是氧化产物又是还原产物 C 3 mol Na2O2发生反应 有12 mol 电子转移 D 在Na2FeO4中Fe为 4价 具有强氧化性 能消毒杀 菌 8 在1 L溶液中含有Fe NO3 3和H2SO4两种溶质 其物质的量浓度分别为0 2 mol L 1和1 5 mol L 1 现 向该溶液中加入39 2 g铁粉使其充分反应 下列有关说法正确的是 A 反应后溶液中Fe3 物质的量为0 8 mol B 反应后产生13 44 L H2 标准状况 C 反应后溶液中Fe2 和Fe3 物质的量之和为0 9 mol D 由于氧化性 Fe3 H 故反应中先没有气体产生后产生气体 9 铁 铝 铜及其化合物在生产 生活中有广泛的用途 试回答下列问题 1 铝的原子结构示意图为 铁 铝 铜三种金属的金属活动性由弱到强的排列顺序是 2 制造电路板的工艺中 FeCl3溶液可以刻蚀铜箔 请写出该反应的离子方程式 3 已知铜与稀硫酸不反应 但铜片在稀硫酸中长时间加热时溶液会呈蓝色 请用化学方程式表示其原因 4 氯化铝广泛用作有机合成和石油工业的催化剂 将铝土矿粉 主要成分为Al2O3 与焦炭混合后加热 并 通入氯气 可得到氯化铝 同时生成CO 写出该反应的化学方程式 该反应中的氧化剂是 9 5 某校兴趣小组为测定一种铁铝硅合金 FexAlySiz 粉末的组成 提出如下方案 准确称取1 46 g该合金 粉末 加入过量盐酸 充分反应后过滤 测得剩余固体的质量为0 07 g 向滤液中滴加足量NaOH浓溶液 充分搅拌 过滤 洗涤得到固体 再将所得固体充分加热 灼烧 得到红棕色粉末1 60 g 通过计算确定 此合金的组成为 填化学式 10 已知三氯化铁的熔点为306 沸点为315 易溶于水并且有强烈的吸水性 能吸收空气里的水分 而潮解 某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物做了如下探究实验 1 装置的连接顺序为 2 饱和食盐水的作用是 3 反应一段时间后熄灭酒精灯 冷却后将硬质玻璃管及收集器中的物质一并快速转移至锥形瓶中 加入 过量的稀盐酸和少许植物油 反应过程中不振荡 充分反应后 进行如下实验 淡黄色溶液中加入试剂X生成淡红色溶液的离子方程式为 淡红色溶液中加入过量H2O2后溶液红色加深的原因是 4 已知红色褪去的同时有气体生成 经检验为O2 该小组同学对红色褪去的原因进行探究 取褪色后溶液三份 第一份滴加FeCl3溶液无明显变化 第二份滴加试剂X 溶液出现红色 第三份滴加 稀盐酸和BaCl2溶液 产生白色沉淀 另取同物质的量浓度的 FeCl3溶液滴加2滴试剂X 溶液变红 再通入O2 无明显变化 实验 说明 10 实验 的目的是 得出结论 11 铁及其化合物在日常生活中有广泛应用 1 写出Fe OH 2转化为Fe OH 3的化学方程式 2 绿矾 FeSO4 7H2O 是补血剂的原料 易变质 检验绿矾是否变质的试剂是 设计实验检验绿矾是否完全变质 3 利用绿矾制备还原铁粉的工业流程如下 干燥过程主要是为了脱去游离水和结晶水 过程中会有少量FeCO3 nH2O在空气中被氧化为FeOOH 该反 应的化学方程式为 取干燥的FeCO3样品12 49 g 焙烧 最终得到还原铁粉6 16 g 计算样品中杂质FeOOH的质量为 g 4 以羰基化合物为载体运用化学平衡移动原理分离提纯某纳米级活性铁粉 含有一些不反应的杂质 反 应装置如下图 Fe s 5CO g Fe CO 5 g H 或 T2 判断理由是 12 铁及其化合物有重要用途 如聚合硫酸铁 Fe2 OH n SO4 3 2 n m是一种新型高效的混凝剂 而高铁酸钾 其中铁的化合价为 6 是一种重要的杀菌消毒剂 某课题小组设计如下方案制备上述两种产品 请回答下列问题 11 1 若A为H2O g 可以得到Fe3O4 写出Fe与H2O g 反应的化学方程式 2 若B为NaClO3与稀硫酸 写出其氧化Fe2 的离子方程式 还原产物为Cl 3 若C为KNO3和KOH的混合物 写出其与Fe2O3加热共融制得高铁酸钾的化学方程式并配平 4 为测定溶液 中铁元素的总含量 进行实验 准确量取20 00 mL溶液 于带塞锥形瓶中 加入足量 H2O2 调节pHFe3 H 故首先发生的反应为 Fe 4H N 3 O Fe3 NO 2H2O N 3 O 不足 据此计算消耗的Fe H 的物质的量分别为0 6 mol 2 4 mol 生成Fe3 0 6 mol 然后发生反应 Fe 2Fe3 3Fe2 0 1 mol Fe参与反应生成0 3 mol Fe2 消 耗0 2 mol Fe3 则溶液中Fe3 的物质的量是0 6 mol A项错误 C项正确 反应过程中不会产生氢气 B D项错误 9 1 铜 铁 铝 或Cu Fe Al 2 2Fe3 Cu2Fe2 Cu2 3 2Cu O2 2H2SO42CuSO4 2H2O 4 Al2O3 3Cl2 3C2AlCl3 3CO Cl2 5 Fe8Al4Si 解析解析 3 在加热条件下 溶解氧在酸性条件下将Cu转化为Cu2 反应的化学方程式为2Cu O2 2H2SO4 2CuSO4 2H2O 13 5 剩余固体为Si 即硅的物质的量为 1 0 07g 28g mol 0 002 5 mol 红棕色粉末为Fe2O3 则合金中铁的物 质的量为 1 1 60g 160g mol 2 0 02 mol 合金中铝的质量为1 46 g 0 07 g 0 02 mol 56 g mol 1 0 27 g 物质的量为0 01 mol 合金中Fe Al Si三种元素原子的物质的量之比为 8 4 1 10 1 aghdebcf 2 除去氯气中的氯化氢气体 3 Fe3 3SCN Fe SCN 3 双氧水将Fe2 氧化成Fe3 4 SCN 发生了反应而不是Fe3 发生反应 排 除H2O2分解产生的O2氧化SCN 的可能 H2O2将SCN 氧化成S 2 4 O 解析解析 1 浓硫酸具有吸水性能作氯气干燥剂 碱石灰具有碱性而吸收氯气 饱和食盐水吸收氯化氢 而抑制氯气溶解 装置排列顺序为气体的制取 洗气 干燥 氯气和铁的反应 尾气处理 所以装置连接 顺序为a g h d e b c f 3 Fe3 和KSCN反应生成络合物硫氰化铁而使溶液呈红色 离子方程 式为Fe3 3SCN Fe SCN 3 Fe2 被H2O2氧化生成Fe3 从而增大Fe3 浓度 溶液颜色加深 4 根据 滴加FeCl3溶液无明显变化 说明SCN 发生了反应而不是Fe3 发生反应 滴加稀盐酸和BaCl2溶液 产生白 色沉淀 说明生成了S 2 4 O 根据 另取同物质的量浓度的FeCl3溶液滴加2滴试剂X 溶液变红 再通入 O2 无明显变化 说明O2不能氧化SCN 所以氧化SCN 的为双氧水 11 1 4Fe OH 2 O2 2H2O4Fe OH 3 2 KSCN溶液 取样品溶于水 滴加酸性高锰酸钾溶液 如溶液褪色 则表示样品没有完全变质 或滴加 铁氰化钾溶液 产生蓝色沉淀 则样品没有完全变质 3 4FeCO3 nH2O O24FeOOH 4CO2 4n 2 H2O 0 89 4 铁粉和一氧化碳化合成羰基合铁时放出热量 低温有利于合成羰基合铁 羰基合铁易挥发 杂质 残留在玻璃管左端 当羰基合铁挥发到较高温度区域T2时 羰基合铁分解 纯铁粉残留在右端 一氧化碳 循环利用 解析解析 1 Fe OH 2与氧气和水反应生成Fe OH 3 化学方程式 4Fe OH 2 O2 2H2O4Fe OH