《Fe(OH)2制备与“铁三角”关系》教案

PAGE能力课时7Fe(OH)2制备与“铁三角”关系探究任务1．探究Fe(OH)2的制备方法和注意问题。2．探究“铁三角”关系及其应用。Fe(OH)2的制备方法1．Fe(OH)2实验室制备装置及其改进2．防止Fe(OH)2被氧化的方法防止Fe(OH)2被氧化的关键是避免生成的Fe(OH)2接触O2(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，除去其中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管内的亚铁盐溶液底部，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。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)31．实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2，为了使生成的产物不容易被氧化，下列说法不正确的是()A．配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸B．可在FeCl2溶液的上面加一层苯，以隔绝空气C．向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，胶头滴管尖嘴不能伸入溶液内D．产生Fe(OH)2沉淀后，不能振荡试管C[A对，FeCl2溶液和烧碱溶液要现用现配，且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气，确保Fe(OH)2在无氧环境中生成。B对，在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油，以隔绝空气。C错，向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中，防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气而溶有氧气。D对，产生Fe(OH)2沉淀后，若振荡试管，会增大沉淀与空气接触的机会，使沉淀更易被氧化。]“铁三角”关系及应用1．“铁三角”转化关系(1)Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化为Fe2＋、Fe3＋(2)Fe2＋既具有氧化性又具有还原性(3)Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe2．“铁三角”转化的应用(1)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H2O2FeCl2(aq)FeCl3(aq)加过量铁粉后过滤FeCl2(aq)CuCl2(aq)加过量铁粉后过滤(2)离子的共存问题①Fe3＋与I－、S2－等还原性离子不能大量共存。②Fe2＋与MnOeq\o\al(－,4)(H＋)、ClO－等氧化性离子不能大量共存。将金属铁、铜投入FeCl3溶液中充分反应，下列对反应情况设想的评价正确的是()选项反应情况设想评价A当铁、铜均无剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，一定无Fe3＋正确，Fe3＋和铁、铜均可反应B当铁、铜均有剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋，无Fe3＋正确，铁和铜都与Fe3＋反应，故无Fe3＋C当铜有剩余，铁无剩余时，溶液中一定只有Fe2＋，无Cu2＋正确，铜有剩余，故无Cu2＋D当铁有剩余，铜无剩余时，溶液中一定有Fe2＋、Cu2＋不正确，不可能出现铁有剩余而铜无剩余的情况，因为铁的还原性比铜的强，铁先与Fe3＋反应D[对各选项的分析如下：A铁、铜均无剩余时，说明反应①②均发生，可能铁、铜恰好把Fe3＋反应完，也可能铁、铜的量不足，Fe3＋有剩余错误B铁、铜均有剩余时，说明只发生反应①，且Fe3＋反应完了，反应②没发生，故溶液中无Cu2＋错误C当铜有剩余，铁无剩余时，说明反应①发生，反应②可能发生也可能没发生，因此溶液中一定有Fe2＋，可能有Cu2＋错误D反应①先发生，把铁消耗完了，铜才参与反应，不可能存在铁有剩余而铜无剩余的情况正确2．把表面有少量氧化物的铜片和铁片一起放入盐酸中，充分反应后，所得溶液中的金属离子为()A．Fe3＋和Cu2＋ B．Fe2＋和Cu2＋C．Fe2＋和Fe3＋ D．Fe2＋D[本题涉及的物质的性质有：CuO与盐酸的反应，Fe、Fe2O3与盐酸的反应，Fe3＋与Fe、Cu的反应，Fe与Cu2＋的反应等。表面氧化物较少，溶于盐酸后，生成的Fe3＋和Cu2＋较少，分别被Fe还原为Fe2＋和Cu，Cu与盐酸不反应，Fe与盐酸反应生成Fe2＋。]3．已知A为常见的金属单质，根据如图所示的关系，下列叙述中正确的是()A．A为Fe，B为FeOB．C→D溶液的颜色变化：浅绿色→棕黄色C．④的离子方程式：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋D．⑤的离子方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3B[由“红褐色固体”可知F是Fe(OH)3，从而得出A为Fe，“黑色晶体”B为Fe3O4，继而推出C为FeCl2，D为FeCl3，E为Fe(OH)2，故A错，B正确。⑤的离子方程式为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，④的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－，故C、D错。]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，发生反应的化学方程式为2FeCl3＋Fe=3FeCl2。]素材1工业印刷电路板的制作流程如图所示，其中“蚀刻”所用的就是溶液FeCl3。(1)FeCl3溶液蚀刻印刷电路板的反应原理是什么？写出化学方程式和离子方程式。[答案]2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2；2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。(2)反应后的“蚀刻液”中含有哪些金属离子？如果要回收得到Cu和FeCl3，需要怎样设计回收方案？画出流程图。[答案]“蚀刻液”中含Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋。素材2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、铁粉，请参与完成方案设计。实验准备：取少量绿矾样品，用蒸馏水在烧杯中配成溶液。(1)如何证明绿矾已被氧化？(2)如何证明绿矾已完全被氧化(3)为了防止绿矾溶液被氧化，如何操作？[答案](1)取少量溶液，加入几滴硫氰化钾溶液，若观察到溶液变红色，则证明绿矾样品已被氧化。(2)取少量溶液，加入几滴酸性高锰酸钾溶液，若观察到溶液不褪色，则证明绿矾样品完全被氧化。(3)向溶液中加入适量铁粉。通过素材1，让学生了解工业印刷电路板的制作原理，通过素材2，让学生了解绿矾的应用和不稳定性。提升学生“科学精神与社会责任”的核心素养。1．下列有关氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中，不正确的是()A．氢氧化亚铁易被空气氧化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B[Fe(OH)2为白色絮状沉淀，B项错误。]2．在硫酸铁溶液中，加入ag铜完全溶解后再加入bg铁，充分反应后得到cg残余固体，且a＞c，则下列说法中正确的是()A．残余固体可能为铁和铜的混合物B．最后得到的溶液可能含有Fe3＋C．残余固体是铁，溶液中一定不含Cu2＋D．残余固体全部是铜D[加入的ag铜由于发生反应：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋而全部溶解，如果这部分铜在加入bg铁后恰好被全部还原出来，则c应与a相等，现题给条件中知a＞c，说明加入的ag铜没有全部被还原，溶液中还有Cu2＋，同时也说明加入的铁不足(否则ag铜将会被全部还原出来)，加入的铁被氧化成Fe2＋；而Fe3＋由于不能与单质铜共存，在溶液中已经不再存在；综上所述，cg残余固体是铜，溶液中还存在Cu2＋、Fe2＋这2种金属阳离子，D项正确。]3．向FeCl3溶液中同时加入铁粉和铜粉，充分反应后不会出现的结果是()A．铁、铜均有 B．铁、铜均无C．有铜无铁 D．有铁无铜D[Fe3＋先与Fe反应，Fe完全反应后，Fe3＋再与Cu反应，故充分反应后不可能有铁无铜，D符合题意。]4．取某含铁元素的固体A进行如下实验：根据下列转化关系，下列叙述不正确的是()A．试剂1是KSCN溶液B．试剂2可以是新制氯水C．溶液B中只有Fe3＋无Fe2＋D．溶液C到溶液F红色加深的原因是溶液中的Fe2＋被氧化剂氧化成Fe3＋，使Fe3＋浓度增大C[从框图可知，A和稀盐酸反应生成棕黄色溶液，加入试剂1变成淡红色溶液C，可以推断溶液B中含有Fe3＋，加入KSCN溶液生成Fe(SCN)3；加入试剂2得到深红色溶液F，可知试剂2为强氧化剂，溶液B中含有Fe2＋，加入试剂2(强氧化剂)，Fe2＋被氧化为Fe3＋，并进一步转化为Fe(SCN)3，所以溶液红色加深，故C错误。]5.(素养题)在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备Fe(OH)2。(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是_______________________________________。(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是______________________________________。(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是___________________________________________________________________________________________________________。(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是______________________________________________________。[解析]试管Ⅱ是开口式的，无法利用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中进行，而在试管Ⅱ中应加入不含O2的NaOH溶液。当把Fe与稀硫酸放入试管Ⅰ后，产生的H2可通过试管Ⅰ内的短导管排出试管Ⅰ内的空气，然后经过止水夹进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气。最后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管Ⅰ内生成的FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2氛围中，从而避免了空气中的O2溶解在溶液中将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。[答案](1)稀硫酸、铁屑(2)不含O2的NaOH溶液(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，外界空气不容易进入装置课后训练巩固提升1.将铁屑溶于过量的稀盐酸后,再加入下列物质,会有Fe3+生成的是()A.硫酸 B.氯水C.硫酸锌 D.氯化铜答案:B解析:Fe+2HClFeCl2+H2↑,选项中,H2SO4、ZnSO4、CuCl2均不能与FeCl2反应,但氯水中的Cl2能氧化Fe2+生成Fe3+,离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。2.在FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断错误的是()A.加入KSCN溶液一定不变红色B.溶液中一定含Fe2+C.溶液中一定含Cu2+D.剩余固体中一定含铜答案:C解析:氧化性Fe3+>Cu2+,加入Fe先还原Fe3+,然后再还原Cu2+。3.已知下述三个实验均能发生化学反应:①②③将铁钉放入硫酸铜溶液中向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水将铜丝放入氯化铁溶液中下列判断正确的是()A.实验①中铁钉是还原剂B.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性C.实验③中发生的是置换反应D.上述实验证明氧化性:Fe3+>Fe2+>Cu2+答案:A解析:实验①中铁钉是还原剂,氧化性Cu2+>Fe2+;实验②中Fe2+只表现还原性;实验③中反应为2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2,不是置换反应,分析可知氧化性:Fe3+>Cu2+。综上可知氧化性:Fe3+>Cu2+>Fe2+,故A项正确,B、C、D三项错误。4.下列叙述正确的是()A.向某溶液中加入KSCN溶液后无明显现象,证明溶液中不含有Fe3+B.FeCl2无法直接通过化合反应而得到C.向某溶液中通入Cl2,再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+D.因为在金属活动性顺序中Cu排在Fe后面,故把铜粉加入FeCl3溶液中不发生反应答案:A解析:FeCl2可由化合反应Fe+2FeCl33FeCl2而得到;判断溶液中含有Fe2+的正确方法是先加入KSCN溶液,溶液不变色(无Fe3+),再通入Cl2后变为红色,从而证明有Fe2+;Fe3+具有较强氧化性,可与Cu发生反应:Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+。5.刻制印刷电路板时用氯化铁溶液作为“腐蚀液”,发生反应Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+。根据该反应判断下列说法错误的是()A.铜是还原剂B.Fe3+具有氧化性C.Cu2+为还原产物D.该反应属于离子反应答案:C解析:该反应中铜元素化合价升高,Cu被氧化,为还原剂,Cu2+为氧化产物;铁元素化合价降低,Fe3+被还原,Fe3+为氧化剂;但该反应为离子反应。6.下列有关铁及其化合物的说法中正确的是()A.Fe3O4是一种红棕色粉末,俗称磁性氧化铁B.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2C.除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质,可以向溶液中加入过量铁粉,然后过滤D.Fe3+与KSCN反应产生红色沉淀答案:C解析:Fe3O4为具有磁性的黑色晶体,A项错误;Fe与H2O(g)在高温下反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,Fe3+与KSCN溶液反应的生成物Fe(SCN)3不是沉淀,B、D项错误;向含FeCl3的FeCl2溶液中加入铁粉时,因发生反应2FeCl3+Fe3FeCl2可将FeCl3除去。7.把铁放入下列溶液中,铁被溶解而溶液质量减小的是()A.FeCl3溶液 B.稀硫酸C.NaOH溶液 D.CuSO4溶液答案:D解析:将Fe放入FeCl3溶液中,因发生反应2FeCl3+Fe3FeCl2而使Fe溶解,但溶液质量增大;将Fe放入稀硫酸中,发生反应Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,Fe被溶解,溶液质量增大;将Fe放入NaOH溶液,不发生反应,Fe不溶解;将Fe放入CuSO4溶液,发生反应CuSO4+FeCu+FeSO4,Fe被溶解,置换出Cu,溶液质量减小。8.要除去FeCl3溶液中少量的FeCl2,可行的方法是()A.滴入KSCN溶液B.通入氯气C.加入适量铜粉并过滤D.加入适量铁粉并过滤答案:B解析:KSCN溶液只能检验Fe3+的存在,A项错误;通入氯气能将FeCl2氧化为FeCl3,B项正确;加入铜粉发生反应Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+,引入新杂质Cu2+,C项错误;加入铁粉发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,过滤除去剩余铁粉,得到纯净的FeCl2溶液,D项错误。9.同是由黏土烧制的砖瓦,有的是黑色的,有的却是红色的,你猜测其中的原因可能是()A.土壤中含有铁粉、二氧化锰等B.黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑,红砖瓦则是添加了红色耐高温染料C.土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色CuO和红色CuD.土壤中含有的铁元素经过不同工艺烧制,分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3答案:D解析:黏土中含有铁元素,在烧制砖瓦时,与O2反应,生成氧化物,铁元素的氧化物有3种,FeO与Fe3O4为黑色,Fe2O3为红棕色,D项正确。10.电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。(1)检验溶液中Fe3+存在的试剂是,证明Fe3+存在的现象是。

(2)写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的化学方程式:。

(3)某工程师为了从使用过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:A.请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。

B.请写出相关反应的化学方程式。,

,

,

。

答案:(1)KSCN溶液溶液变成红色(2)2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2(3)A.①Fe②FeCl2③Fe和Cu④HCl⑤FeCl2⑥Cl2B.CuCl2+FeFeCl2+Cu2FeCl3+Fe3FeCl2Fe+2HClFeCl2+H2↑2FeCl2+Cl22FeCl3解析:从腐蚀铜的废液中回收铜。选考奠基素养提升1.下列关于Fe3+、Fe2+性质实验的说法错误的是()A.用如图装置可以制备Fe(OH)2B.除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质,可以向溶液中加入过量铁粉,然后过滤C.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显红色,此现象不能确定溶液中含有Fe2+D.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化答案:C解析:反应开始时打开止水夹K,生成的H2进入乙中,可排出其中的空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化,一段时间后关闭止水夹K,甲中溶液进入乙中可生成Fe(OH)2,A项正确;铁粉与FeCl3反应生成FeCl2,通过过滤可除去多余的铁粉,B项正确;Fe3+与铁反应可生成Fe2+,则向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化,D项正确。2.已知硝酸能将Fe2+氧化为Fe3+。下列物质反应后一定能使KSCN溶液变红的是()①过量的Fe与Cl2反应②Fe与过量稀硫酸反应③FeCl2溶液中通入少量Cl2④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中⑤向Fe(NO3)2溶液中加入过量稀硫酸A.① B.①③⑤ C.②④ D.①②③④⑤答案:B解析:要使KSCN溶液变红,则一定要产生Fe3+,①和③中Cl2可将铁元素转化为Fe3+,⑤中相当于有HNO3,可将Fe2+氧化为Fe3+,④中Fe2O3溶于盐酸后产生的Fe3+能与Fe反应,若Fe过量,则无Fe3+。3.在Fe2(SO4)3溶液中加入ag铜,完全溶解后,再加bg铁,充分反应后得到cg残余固体,且a>c,下列说法正确的是()A.残余固体是铜和铁B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+C.将残余固体加入稀硫酸中,有气泡产生D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+答案:B解析:因为a>c,说明bg铁完全反应,溶液中含Cu2+、Fe2+,不含Fe3+,B项正确。4.小明在学习了铁及其化合物的性质后,进行了如下探究。(1)实验前小明预测说:Fe2+既有还原性又有氧化性。你认为他预测的依据是

。

(2)小明欲用实验证明他的预测。实验室提供了下列试剂:锌粒、铜片、0.1mol·L-1FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水。①若小明计划在0.1mol·L-1FeCl2溶液中滴入新制氯水,探究Fe2+的还原性,你预计可能发生的反应为(写离子方程式),溶液由浅绿色变为色。

②实验中,小明发现现象不太明显,老师分析可能是产物的含量太低,建议通过检验Fe2+被氧化的产物Fe3+