第1节铁的多样性第3课时（导学案）化学鲁科版2019

第一节铁的多样性第3课时铁及其化合物之间的转化关系一、知识目标1.掌握检验补铁剂中铁元素价态的实验方法，能够根据实验现象得出正确结论。2.理解铁及其化合物之间的转化关系，明确相同价态和不同价态铁元素物质转化的途径。3.了解铁及其化合物的制备方法，掌握亚铁盐溶液的保存措施。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：通过观察铁及其化合物的颜色、状态等宏观现象，探析其微观结构和价态变化，理解铁元素不同价态的性质差异。2.证据推理与模型认知：根据实验现象和数据，推理铁元素价态及铁及其化合物之间的转化关系，建立铁元素转化的化学模型。3.科学探究与创新意识：设计并实施检验铁元素价态和探究绿矾变质情况的实验方案，培养探究能力和创新思维。一、学习重点1.铁元素价态的检验方法。2.铁及其化合物之间的转化关系。二、学习难点1.设计实验方案检验铁元素价态及探究绿矾变质情况。2.理解铁及其化合物转化在实际中的应用。一、铁及其化合物之间的转化关系1.含有相同价态铁元素的物质之间的转化，可借助复分解反应实现；2.含有不同价态铁元素的物质之间的转化，可借助氧化还原反应实现。3.转化关系的化学方程式或离子方程式①Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。②3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up10(点燃))Fe3O4。。③Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up10(高温))2Fe＋3CO2。④FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O。⑤Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2O。⑥Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓。⑦4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。⑧Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O。⑨2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。⑩2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。⑪Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。⑫Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O。一、补铁剂中铁元素价态的检验活动一：实验准备问题思考1：请同学们结合已学知识，对某补铁口服液中铁元素的价态做出猜想。解答：猜想1：样品中只含有F猜想2：样品中只含有F猜想3：样品中含有Fe2+和问题思考2：有哪些铁元素价态的检验方法呢？解答：1.观察法：Fe2+溶液呈浅绿色，2.显色法：oFe3+遇KSCN溶液会变成红色溶液，遇oFe2+遇KSCN溶液无现象，再加H2O23.氧化还原法：oFe3+能使淀粉KI试纸变蓝，不能使酸性oFe2+不能使淀粉KI试纸变蓝，能使酸性问题思考3：实验用品有：某补铁口服液，H2SO4溶液，NaOH溶液，酸性KMnO4溶液，氯水，KSCN（硫氰酸钾）溶液，试管，胶头滴管。现在请同学们设计实验。解答：方案一：取少量口服液于小试管中，滴入KSCN溶液，没有明显现象，滴加少量氯水，若溶液变为血红色，则口服液中铁元素为+2价。方案二：取少量口服液于小试管中，滴入酸性KMnO4溶液，若KMnO方案三：取少量口服液于小试管中，滴加NaOH溶液，若先生成白色沉淀，迅速变灰绿色，最后变成红褐色，则口服液中铁元素为+2价。活动二：实验验证问题探究：请同学们按照实验方案进行实验，经实验现象与实验结论填入下表中：实验步骤实验现象实验结论取少量口服液于小试管中，滴入KSCN溶液，没有明显现象，滴加少量氯水取少量口服液于小试管中，滴入酸性KMnO₄溶液取少量口服液于小试管中，滴加NaOH溶液解答：实验步骤实验现象实验结论取少量口服液于小试管中，滴入KSCN溶液，没有明显现象，滴加少量氯水溶液变为血红色口服液中铁元素为+2价取少量口服液于小试管中，滴入酸性KMnO₄溶液KMnO₄溶液紫色褪去口服液中铁元素为+2价取少量口服液于小试管中，滴加NaOH溶液先生成白色沉淀，迅速变灰绿色，最后变成红褐色口服液中铁元素为+2价活动三：实验总结问题思考：请同学们就刚刚进行的实验，回答以下问题：1.在你设计的实验方案中，涉及哪些含铁物质之间的转化？为什么要利用这些转化？2．可以用NaOH溶液检验补铁试剂中铁元素的价态吗？为什么？3.补铁剂含有的其他成分是否会影响实验结果的可靠性？为什么？4.若补铁剂中同时含有Fe2+和Fe3+，应如何检验二者的存在呢？解答：1.在检验补铁剂中铁元素价态的实验方案中，通常会涉及到Fe²⁺和Fe³⁺之间的转化。例如，可以通过将Fe²⁺氧化为Fe³⁺来检测Fe²⁺的存在，或者通过还原Fe³⁺来检测Fe³⁺的存在。这些转化是必要的，因为不同价态的铁离子具有不同的化学性质和反应特性，通过这些转化可以更准确地鉴别和定量分析铁元素的不同价态。2.直接使用NaOH溶液来检验补铁试剂中铁元素的价态并不是最佳选择。虽然Fe²⁺与NaOH反应生成白色的Fe(OH)₂沉淀，但该沉淀迅速被氧气氧化成灰绿色最终变为红褐色的Fe(OH)₃沉淀；而Fe³⁺与NaOH反应直接生成红褐色的Fe(OH)₃沉淀。由于Fe(OH)₂极易被氧化，观察到的现象可能不明显或容易混淆，因此这种方法不够精确和可靠。更好的方法是使用特定的试剂如KSCN（硫氰化钾）来检测Fe³⁺，或使用KMnO₄（高锰酸钾）等氧化剂来检测Fe²⁺。3.补铁剂中含有的其他成分可能会对实验结果的可靠性产生影响。例如，一些有机物或其他金属离子可能干扰铁离子的检测反应，导致假阳性或假阴性的结果。为了确保实验结果的准确性，需要在实验前对样品进行适当的预处理，如去除干扰物质或选择特异性更高的检测方法。此外，了解补铁剂的具体成分并选择合适的实验条件也是提高实验可靠性的关键。4.若补铁剂中同时含有Fe²⁺和Fe³⁺，可以通过以下步骤分别检验二者的存在：检验Fe³⁺：取适量样品溶液，加入几滴KSCN溶液，如果溶液变为血红色，则说明存在Fe³⁺。检验Fe²⁺：另取一份样品溶液，先加入少量过氧化氢（H₂O₂）将其部分Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后加入KSCN溶液，观察是否出现血红色。接着，在另一份未加H₂O₂的样品溶液中加入高锰酸钾（KMnO₄）溶液，如果KMnO₄的紫色褪去，则说明存在Fe²⁺，因为Fe²⁺具有还原性，能将KMnO₄还原。二、铁及其化合物之间的转化关系活动一：铁及其化合物之间的转化关系问题思考：请同学们观察铁的价类二维图中的含铁物质：Fe2+、Fe(OH)2、FeO、Fe解答：1.从Fe²⁺到Fe(OH)₂，可以加入碱，发生复分解反应：Fe²⁺+2OH⁻=Fe(OH)₂↓；从Fe(OH)₂到Fe²⁺，可以加入酸，发生复分解反应：Fe(OH)₂+2H⁺=Fe²⁺+2H₂O。2.从Fe²⁺到Fe³⁺，需要加入氧化剂，如Cl₂、O₂、HNO₃、KMnO₄等，发生氧化还原反应：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl⁻；从Fe³⁺到Fe²⁺，需要加入还原剂，如Fe、Cu等，发生氧化还原反应：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺。活动二：知识拓展问题思考：为了提高皮革的耐曲折强度以及耐化学药剂和微生物的作用，常常使用绿矾作为鞣革剂。绿矾晶体(FeSO4·7H2O)由于保存不妥或长久放置，容易被空气中的氧气氧化而变质。为探究绿矾样品的变质情况，化学兴趣小组的同学设计了下列实验方案。可供选择的试剂：硫氰化钾溶液、酸性高锰酸钾溶液、氯水、氢氧化钠溶液、氯化钡溶液，请完成方案设计。实验准备：取少量绿矾样品，用蒸馏水在烧杯中配成溶液。(1)如何证明绿矾已经被氧化? (2)如何证明绿矾已经被完全氧化?(3)在使用硫酸亚铁时，如何防止Fe3+的干扰? 解答：1.要证明绿矾（FeSO₄·7H₂O）已经被氧化，可以通过检测溶液中是否存在Fe³⁺来实现。具体步骤如下：取少量配制好的绿矾溶液。向其中加入几滴硫氰化钾（KSCN）溶液。如果溶液变为血红色，则说明存在Fe³⁺，表明绿矾已经被部分或完全氧化。2.要证明绿矾已经被完全氧化，需要同时检测溶液中是否存在Fe²⁺和Fe³⁺，并确认Fe²⁺已经不存在。具体步骤如下：首先按照上述方法检测Fe³⁺的存在，确认溶液变为了血红色。然后取另一份绿矾溶液，向其中加入少量酸性高锰酸钾（KMnO₄）溶液。如果KMnO₄的紫色不褪去，则说明溶液中没有Fe²⁺存在，即绿矾已经被完全氧化为Fe³⁺。3.在使用硫酸亚铁（FeSO₄）时，为了防止Fe³⁺的干扰，可以采取以下措施：添加还原剂：在硫酸亚铁溶液中加入适量的还原剂，如铁粉或抗坏血酸（维生素C），以将可能存在的Fe³⁺还原为Fe²⁺。控制pH值：通过调节溶液的pH值，使其保持在较低水平，可以抑制Fe²⁺被空气中的氧气氧化成Fe³⁺。隔绝空气：在使用和储存硫酸亚铁溶液时，尽量减少与空气的接触，可以使用密封容器并在溶液表面覆盖一层油膜等方法来隔绝空气，从而减缓氧化过程。1．“铁三角”的转化2．铁及其化合物的转化关系——铁的价类二维图说明：(1)横向变化体现了同价态不同物质类别(氧化物、盐、碱)之间的转化：①碱性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)转化为盐；②Fe2＋、Fe3＋与碱(OH－)反应生成对应的碱；③难溶性的碱易分解生成对应的氧化物，但难溶性的碱性氧化物一般不与水反应生成对应的碱。(2)纵向变化体现不同价态同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。(3)斜向变化体现不同价态、不同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。1、下列离子的检验方法合理的是(C)A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明原溶液中不含Fe2＋B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2＋C．向某溶液中加入KSCN溶液呈红色，说明原溶液中含有Fe3＋D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到沉淀颜色逐渐变为红褐色，说明原溶液中含有Fe2＋,不含有Mg2＋【解析】A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明原溶液中含有Fe3＋，但不能说明不含Fe2＋，因为Fe2＋不与KSCN溶液反应，A选项错误；B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红色，不能说明原溶液中含有Fe2＋，因为可能原溶液中就含有Fe3＋，B选项错误；C．Fe3＋与KSCN溶液反应生成红色物质，所以向某溶液中加入KSCN溶液呈红色，说明原溶液中含有Fe3＋，C选项正确；D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到沉淀颜色逐渐变为红褐色，说明原溶液中含有Fe2＋，但不能说明不含有Mg2＋，因为Mg(OH)2是白色沉淀，可能被红褐色的Fe(OH)3掩盖，D选项错误。2.下列说法正确的是（D）A.下列制备无水FeCl₃的转化均能一步实现：Fe₂O₃⟶盐酸⟶盐酸​FeCl₃(aq)⟶蒸发⟶蒸发​无水FeCl₃B.只能通过化合反应制取Fe₃O₄C.给试管①中铁粉与湿棉花加热，试管②中肥皂水冒泡，说明铁与水蒸气在加热条件下发生了反应D.Cu与FeCl₃溶液反应可生成FeCl₂【解析】A．Fe2O3与盐酸反应生成FeCl3(aq)，但蒸发FeCl3(aq)时，Fe3＋会水解，最终得不到无水FeCl3，A选项错误；B．Fe3O4可以通过铁在氧气中燃烧的化合反应制取，也可以通过其他反应制取，如Fe(OH)2在空气中加热分解等，B选项错误；C．给试管①中铁粉与湿棉花加热，试管②中肥皂水冒泡，不能说明铁与水蒸气在加热条件下发生了反应，因为加热也会使空气膨胀产生气泡，C选项错误；D．Cu与FeCl3溶液反应的化学方程式为Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2，可生成FeCl2，D选项正确。3.将Cu片放入0.1mol·L⁻¹FeCl₃溶液中，反应一段时间后取出Cu片，溶液中c(Fe³⁺):c(Fe²⁺)=2:3，则溶液中Cu²⁺与Fe³⁺的物质的量之比为（B）A.3:2B.3:4C.3:5D.4:3【解析】Cu与FeCl3溶液反应的离子方程式为Cu+2Fe3＋=Cu2＋+2Fe2＋。设溶液中c(Fe3＋)=2xmol/L，则c(Fe2＋)=3xmol/L，根据离子方程式可知，生成的c(Cu2＋)=1.5xmol/L，所以溶液中Cu2＋与Fe2＋的物质的量之比为1.5x:3x=3:4，B选项正确。4.已知：①绿茶中含有大量的鞣酸；②鞣酸亚铁溶液为无色，鞣酸铁溶液为蓝黑色。根据如图所示的实验流程分析，下列叙述错误的是（C）A.绿茶叶水与FeSO₄反应生成的鞣酸亚铁易被氧化成鞣酸铁而呈蓝黑色B.维生素C可将鞣酸铁还原成鞣酸亚铁C.④中发生的反应有2个D.服用补铁剂时不能喝绿茶【解析】A．绿茶叶水与FeSO4反应生成鞣酸亚铁，鞣酸亚铁易被氧化成鞣酸铁而呈蓝黑色，A选项正确；B．维生素C具有还原性，可将鞣酸铁还原成鞣酸亚铁，B选项正确；C．④中只发生了维生素C将鞣酸铁还原成鞣酸亚铁这一个反应，C选项错误；D．因为绿茶中的鞣酸会与补铁剂中的铁离子反应，所以服用补铁剂时不能喝绿茶，D选项正确。考点1铁及其化合物之间的转化1.元素的价类二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具，它指的是以元素的化合价为纵坐标，以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。下图为铁元素的价类二维图，其中的箭头表示部分物质间的转化关系，下列说法正确的是A．铁与氧气的燃烧反应可实现上述①转化B．加热Fe(OH)3发生转化⑥，Fe2O3加水溶解可转化为Fe(OH)3C．由图可预测：高铁酸盐(FeO2－)具有强氧化性，可用于饮用水的消毒D．FeO是种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，迅速被氧化成Fe2O3【答案】C【解析】A项，铁与氧气在加热条件下反应生成四氧化三铁，不能实现上述①转化，错误；B项，加热Fe(OH)3发生转化⑥分解生成氧化铁，Fe2O3不溶于水，加水不溶解不可实现转化③，错误；C项，高铁酸盐具有强氧化性，与水反应生成Fe(OH)3胶体，其中Fe元素化合价由＋3价变为＋6价，则O元素化合价由−2价变为0价，即有氧气生成，可用于消毒，则反应的离子方程式为：4FeO2－＋10H2O4Fe(OH)3(胶体)＋3O2↑＋8OH−，生成的氢氧化铁胶体具有较大表面积，吸附悬浮杂质可以做净水剂，正确；D项，FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，部分被氧化，氧化生成Fe3O4，错误。2.铁元素的“价类”二维图如图所示。下列说法错误的是()A．在高温条件下与水蒸气反应可得到B．可用K3[Fe(CN)6]溶液检验溶液中的金属离子C．将的饱和溶液滴加到沸水中，可制得的胶体D．在空气中加热最终不会得到【答案】A【解析】结合图示可知，W为Fe，X为FeO，Y为Fe2O3，Z为FeCl3，M为FeCl2，Q为Fe(OH)3，N为Fe(OH)2。A项，铁在高温条件下与水蒸气反应生成Fe3O4，A错误；B项，二价铁可以和铁氰化钾反应生成蓝色沉淀，B正确；C项，将饱和氯化铁溶液滴加到沸水中，可以制备氢氧化铁胶体，C正确；D项，二价铁容易被氧化，则氢氧化亚铁在空气中加热最终得到三氧化二铁，不能得到氧化亚铁，D正确；故选A。3.某学习小组探究FeCl3与Na2SO3之间的反应，设计了以下实验。下列说法错误的是A．Ⅱ中溶液颜色比Ⅰ中更深，是由于Fe3+水解程度增大B．Ⅲ中有深蓝色沉淀生成，无法证明FeCl3与Na2SO3发生了氧化还原反应C．从Ⅱ到Ⅳ滴加的溶液可改为0.05mol/L稀硫酸D．Ⅴ中有大量白色沉淀生成，证明FeCl3能氧化Na2SO3【答案】C【解析】A项，Na2SO3溶液呈碱性，能促使Fe3+水解程度增大，A正确；B项，[Fe(CN)6]3也具有氧化性，可以与Na2SO3发生氧化还原反应生成[Fe(CN)6]4，与Fe3+反应同样可生成蓝色沉淀，无法证明是Fe3+被Na2SO3还原生成了Fe2+导致蓝色沉淀生成，B正确；C项，若加入H2SO4，则会干扰下一步SO42的检验，C错误；D项，Ⅴ中有大量白色沉淀生成，证明Na2SO3中的SO32被Fe3+氧化生成SO42，D正确；故选C。考点2考察“铁三角”的转化4.铁及其化合物的转化具有重要应用。下列说法正确的是()【答案】C5.利用油脂厂的废铁屑(主要成分为Fe，含有沙土、油污、Fe3O4和FeO等杂质)制备磁性纳米Fe3O4的流程如图所示。下列说法错误的是()A．H2O2溶液可用O2代替，消耗11.2LO2，理论上转移的电子数为2NAB．纳米Fe3O4分散在水中可形成胶体，可用丁达尔效应来验证胶体的形成C．预处理可用热的纯碱溶液，热的纯碱溶液可去除废铁屑中的油污D．“混合反应”中发生反应的离子方程式为Fe2++2FeOOH+2OH=Fe3O4+2H2O【答案】A【解析】向废铁屑中加入Na2CO3溶液去除废铁屑表面的油污，分离出浸出液和浸渣。向预处理后的浸渣中加入稀盐酸，Fe、Fe3O4、FeO与盐酸反应，分离后砂土等不溶物成为酸浸渣，得到含FeCl2、FeCl3的酸浸液，向酸浸液中加入NaOH溶液和H2O2溶液，使铁元素转化为FeOOH沉淀，将含Fe2+的溶液与FeOOH在碱性条件下反