《第二单元-探究铁及其化合物的转化》参考课件

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发展目标体系构建1.能依据金属及其化合物的性质提出物质间的转化思路。2.能从多个方面对可能的转化路径进行优选。3.能运用变量控制方法设计转化的实验方案，根据实验现象进行推理。

一、反应的合理选择1．转化路径的设计思路首先必须明确

，然后依据产物特性选择

和可能的

，确定反应的类型和反应条件，依据所发生的化学反应和产物分离的要求合理选择反应的装置等。反应路径目标产物反应原料基础知识填充2．物质制备反应路线的选择以铁屑为原料制取氯化铁路径1.Fe→FeCl3，在点燃条件下氯气将铁转化为＋3价的铁化合物，从反应炉中排出，经冷凝后得到固体三氯化铁，反应的化学方程式为：

。2Fe＋3Cl22FeCl3盐酸

路径2.Fe→FeCl2→FeCl3，用

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，反应的化学方程式为：

、

。路线3.Fe→Fe2O3→FeCl3，在一定条件下用空气将铁氧化为氧化铁，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微点拨：实际制备物质时，必须根据反应原料、反应条件、反应步骤、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。方法Fe3＋(1)观察法棕黄色(2)加碱法(NaOH)①现象：红褐色沉淀②离子反应方程式：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色)(3)加盐法(SCN－)①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色②离子反应方程式：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)3．Fe3＋的检验4.Fe2＋、Fe3＋的转化(1)Fe2＋在溶液中容易被一些氧化剂(如氯水中的

、空气中的O2、H2O2等)氧化为Fe3＋。如Fe2＋与H2O2反应的离子方程式为：_________________________________________。(2)Fe3＋具有较强的氧化性可被Fe、Cu等还原为Fe2＋。如Fe3＋与Fe、Cu反应的离子方程式分别为：_____________________、_____________________________。Cl22Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋氯化铁是一种很重要的铁盐，为黑棕色结晶，也有薄片状，熔点306℃、沸点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。氯化铁的一个重要用途是五金蚀刻，蚀刻产品有：眼镜架、钟表、电子元件、标牌铭牌等。你能写出用氯化铁在铜板上刻字时反应的化学方程式吗？[提示]

2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。二、反应条件影响的探究(1)实验探究铁的氢氧化物的生成与转化取两支试管分别编为A、B，向A试管中加入3mL0.1mol/LFe2(SO4)3溶液，向B试管中加入3mL0.05mol/LFeSO4溶液。然后向两支试管中分别逐滴加入0.1mol/LNaOH溶液。①向A试管中滴入NaOH溶液，生成

沉淀，原因是：___________________________(填反应的离子方程式)。②向B试管中滴入NaOH溶液，生成

沉淀，原因是：_____________­___­­­­­­­­­­­­­­­_____________(填反应的离子方程式)；沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀，原因是：_______________________________________(填反应的化学方程式)。红褐色

白色

Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

Fe(OH)2Fe(OH)3颜色和溶解性稳定性在空气中易转化为_______

2Fe(OH)3

Fe2O3＋3H2O红褐色固体，不溶于水白色固体，不溶于水(2)Fe(OH)2、Fe(OH)3的比较Fe(OH)3△与盐酸反应Fe(OH)2＋2H＋==_____________Fe(OH)3＋3H＋==__________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

色，最终变为

色红褐灰绿Fe2＋＋2H2OFe3＋＋3H2O1．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H2SO4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，会产生红色沉淀。()(4)Fe2＋可以被Cl2氧化为Fe3＋，说明Fe2＋具有氧化性。 ()×

×

×

√

即时验证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．食盐 D．生石灰B

[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，能防止食品氧化变质；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重难点1Fe2＋、Fe3＋、Fe的相互转变——“铁三角”(素养养成——变化观念与平衡思想)[问题1]能够共存的离子之间不能发生反应。根据上述知识分析，Fe3＋与I－、S2－、HS－、SO32-、HSO3-等还原性离子能否大量共存？[提示]

Fe3＋具有较强的氧化性，被I－、S2－、HS－、

SO32-、HSO3-等还原为Fe2＋而不能大量共存。[问题2]利用离子间的转化分析，怎样除去FeCl3溶液中含有的FeCl2杂质？[提示]

向混合溶液中加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。[问题3]根据Fe2＋的性质分析，实验室中应该怎样保存亚铁盐溶液？[提示]

向亚铁盐溶液中加入铁粉，防止Fe2＋被氧化。核心突破1．Fe只具有还原性，可被氧化为Fe2＋或Fe3＋如：Fe＋SFeS，Fe＋2Fe3＋3Fe2＋，Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋；2Fe＋3Cl22FeCl3；3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。点燃高温2．Fe2＋既具有氧化性又具有还原性如：2Fe2＋＋Cl22Fe3+＋2Cl_，Fe2＋＋ZnZn2＋＋Fe，FeO＋COFe＋CO2

。3．Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe如：2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋，Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3

。高温高温1．硫酸亚铁溶液含有硫酸铜和硫酸铁杂质，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C

[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，并且会引入锌离子、镁离子或铝离子等新的杂质。]对点练习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)设计实验方案检验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，

[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)0.4mol/L重难点2实验室制备Fe(OH)2装置的改进(素养养成——科学探究与创新意识)制备Fe(OH)2装置的改进[问题1]改进后装置①制备Fe(OH)2时为什么能较长时间观察到白色沉淀？[提示]配制溶液的蒸馏水煮沸，除去溶解的氧气；然后用苯液封，防止空气溶解；把装有NaOH溶液的胶头滴管插入液面下慢慢挤出溶液。这些操作均能防止Fe(OH)2与氧气接触，避免其被氧化，因此能较长时间观察到白色沉淀。[问题2]改进后装置②能较长时间观察到白色沉淀的原因是什么？[提示]铁粉与稀硫酸反应生成的氢气排尽装置内的空气，同时试管内剩余的氢气起到保护气的作用，防止了Fe(OH)2与氧气接触，避免其被氧化，因此能较长时间观察到白色沉淀。[问题3]利用改进后的装置③进行实验，组装好仪器，装好药品，止水夹a应怎样操作才能顺利实现实验目的？[提示]首先打开止水夹，让生成的氢气经过试管A、B，排尽装置中的空气；然后夹好止水夹，试管A中压强增大，将生成的FeSO4溶液压入试管B，在试管B中生成白色沉淀。由于空气已经排净，所以能较长时间观察到白色沉淀。防止Fe(OH)2氧化的方法：(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，去除溶液中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管中亚铁盐溶液底部，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。核心突破3．下列关于氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中不正确的是(

)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对点练习B

[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。故A、C、D项均正确。]4．如下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，使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3情景素材[问题1]试剂1的主要成分是什么？为什么淡红色溶液加入新制氯水后溶液变为深红色？写出上述过程中涉及的离子方程式。(素养角度——宏观辨识与微观探析)[提示]

Fe3＋与KSCN溶液反应生成红色Fe(SCN)3，所以试剂1的主要成分是KSCN。淡红色溶液中还含有较多的Fe2＋，向其中加入新制氯水时，Cl2将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液中Fe3＋浓度增大，生成的Fe(SCN)3浓度也增大，溶液颜色加深。相关离子方程式为：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。[问题2]该同学在实验中加入了过量氯水，放置一段时间后，发现深红色褪去，现对褪色原因进行探究。从有色物质中所含元素的化合价分析褪色的可能原因，提出假设2；并设计一种实验方案，进行验证。(素养角度——科学探究与创新意识)提出假设假设1.溶液中的＋3价铁被氧化为更高价态的铁；假设2.___________________________________。设计方案

[提示]

实验中加入过量氯水，放置一段时间后，深红色褪去，说明Fe(SCN)3逐渐消失，而Fe(SCN)3的生成与Fe3＋、SCN－有关。根据假设1，溶液中的＋3价铁被Cl2氧化为更高价态的铁，分析SCN－中各元素的化合价可知，S为－2价，C为＋4价，N为－3价，所以SCN－也具有还原性，故也可能是SCN－被过量的氯水氧化导致深红色褪去。假设2为Fe3＋没有被氧化，而是SCN－被氧化。只要向褪色后的溶液中补充SCN－，若出现红色，说明假设2成立；若不出现红色，说明假设2不成立。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D

[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。]随堂检测2．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D

[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，发生的化学反应为：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。]3．用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，然后在所得溶液中加入铁粉。对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是(

)A．若无固体剩余，则溶液中一定有Fe3＋B．若有固体存在，则溶液中一定有Fe2＋C．若溶液中有Cu2＋，则一定没有固体析出D．若溶液中有Fe2＋，则一定有Cu析出B

[FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上铜的反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，所得的溶液中存在FeCl2和CuCl2，还可能有过量的FeCl3溶液，加入铁粉充分反应后：A项中若无固体剩余，说明原溶液中含有Fe3＋，反应后不一定还含有；B项中不管固体是铁粉还是铜粉，溶液中一定含有Fe2＋；C项中若溶液中有Cu2＋，可以有部分铜固体析出；D项中若溶液中有Fe2＋，不一定有Cu