1、基于反应条件控制的铁及其化合物的复习基于反应条件控制的铁及其化合物的复习 利用钛白粉废渣制备铁黄的研究利用钛白粉废渣制备铁黄的研究 内容标准内容标准 学业要求学业要求 学业质量标准学业质量标准 结合结合真实情境真实情境中的应用实例或通中的应用实例或通 过实验探究，了解钠、铁及其重过实验探究，了解钠、铁及其重 要化合物的主要性质，了解这些要化合物的主要性质，了解这些 物质在生产、生活中的应用物质在生产、生活中的应用 结合实例认识金属、非金属及其结合实例认识金属、非金属及其 化合物的多样性，了解通过化学化合物的多样性，了解通过化学 反应可以探索物质性质、实现物反应可以探索物质性质、实现物 质转化，
2、认识物质及其转化在促质转化，认识物质及其转化在促 进社会文明进步、自然资源综合进社会文明进步、自然资源综合 利用和环境保护中的重要价值利用和环境保护中的重要价值 能利用典型代表物的性质和反应，能利用典型代表物的性质和反应， 设计常见物质制备、分离、提纯、设计常见物质制备、分离、提纯、 检验等简单任务的方案。检验等简单任务的方案。能从物能从物 质类别和元素价态变化的视角说质类别和元素价态变化的视角说 明物质的转化路径明物质的转化路径 能选择实例说明溶液能选择实例说明溶液 pHpH的调控的调控在在 工农业生产和科学研究中的重要工农业生产和科学研究中的重要 作用作用 能设计实验方案能设计实验方案探究
3、探究物质和能量物质和能量 的转化。的转化。 能结合生产和生活能结合生产和生活实际问题情境实际问题情境 说明化学变化中能量转化、说明化学变化中能量转化、调控调控 反应条件反应条件等的重要应用。等的重要应用。 能从能从宏观与微观宏观与微观、定性与定量等、定性与定量等 角度对物质变化中的能量转化进角度对物质变化中的能量转化进 行分析和表征。行分析和表征。 能依据化学变化中能量转化的原能依据化学变化中能量转化的原 理，提出化学变化实现能量储存理，提出化学变化实现能量储存 和释放的有使用价值的建议。和释放的有使用价值的建议。 强调建立分析解决真实问题的思路强调建立分析解决真实问题的思路 内容标准、学业要
4、求及学业质量标准 学习目标 形成解决工业实际问题的思路和策略形成解决工业实际问题的思路和策略 基于工业实际问题，设计物质转化的路径基于工业实际问题，设计物质转化的路径 建立对反应条件控制的认识角度建立对反应条件控制的认识角度 教学思路 创设任务创设任务 设计方案设计方案 分析数据分析数据 改进方案改进方案 交流评价交流评价 进行实验进行实验 设计由钛白粉废渣制备铁黄的流程设计由钛白粉废渣制备铁黄的流程 除杂除杂 物质转化物质转化 制备制备 FeSOFeSO4 4 钛白粉钛白粉 废渣废渣 保存保存 FeOOHFeOOH晶晶 种种 产品产品 （pH的调控）的调控） 解决工业生产实际问题的思路和策略
5、解决工业生产实际问题的思路和策略 条件控制条件控制 （类别、价态）（类别、价态） 铁黄（化学式为铁黄（化学式为FeOOHFeOOH） 是一种重要的化工产品，是一种重要的化工产品， 常用作黄色颜料常用作黄色颜料 任务背景任务背景 钛白粉废渣会造成严重的环境污染和钛白粉废渣会造成严重的环境污染和 资源浪费，利用钛白粉废渣制备铁黄资源浪费，利用钛白粉废渣制备铁黄 是目前的研究热点是目前的研究热点 任务背景任务背景 创设任务创设任务 任务：设计由钛白粉废渣制备铁黄的流程任务：设计由钛白粉废渣制备铁黄的流程 资料资料1： 钛白粉废渣成分：主要为钛白粉废渣成分：主要为 FeSO4H2O，含少量，含少量 T
6、iOSO4和不溶物和不溶物 资料资料2： TiOSO4易溶于水，在热水中易水解易溶于水，在热水中易水解 TiOSO4 + (x+1)H2O TiO2xH2O + H2SO4 钛白粉废渣钛白粉废渣铁黄铁黄 FeSOFeSO4 4HH2 2O O 少量少量 TiOSOTiOSO4 4 不溶物不溶物 FeOOHFeOOH 任务任务1 1：纯化：纯化 FeSOFeSO4 4 分析体系，明确任务分析体系，明确任务引导学生关注核心元素的传递引导学生关注核心元素的传递 任务任务1：纯化：纯化 任务任务2：制备铁黄：制备铁黄 思考：思考：如何除去钛白粉废渣中的如何除去钛白粉废渣中的TiOSOTiOSO4 4和
7、不溶物？和不溶物？ 讨论：讨论： 防止防止FeFe2+ 2+被氧化 被氧化 （2 2）如何保存）如何保存FeSOFeSO4 4溶液溶液 调调pH=3pH=3，抑制，抑制FeFe2+ 2+的水解 的水解 FeSOFeSO4 4HH2 2O O 少量少量 TiOSOTiOSO4 4 不溶物不溶物 FeSOFeSO4 4 （1 1）除杂试剂的选择）除杂试剂的选择 (pH=3)(pH=3) 加入过量铁粉加入过量铁粉 体会体会pHpH调控在分离提纯调控在分离提纯 和物质保存中的重要作用和物质保存中的重要作用 TiOSO4 + (x+1)H2O TiO2xH2O + H2SO4 任务任务2 2：制备晶种：
8、制备晶种 为制备高品质铁黄产品，需先制备少量铁黄晶种。为制备高品质铁黄产品，需先制备少量铁黄晶种。 FeSOFeSO4 4HH2 2O O 少量少量 TiOSOTiOSO4 4 不溶物不溶物 FeOOHFeOOH FeSOFeSO4 4FeOOHFeOOH 晶种晶种 学生分组活动：学生分组活动：设计由设计由FeSOFeSO4 4制备制备FeOOHFeOOH的转化途径的转化途径 设计由设计由FeSOFeSO4 4制备制备FeOOHFeOOH的转化途径的转化途径 + +氧化剂氧化剂 FeFe2+ 2+ FeOOHFeOOH 关注价态关注价态 讨论：讨论： 氧化剂的选择氧化剂的选择 空气氧化法空气氧
9、化法结论：结论： 实验现象：实验现象： 方案方案1 1：直接向：直接向FeSOFeSO4 4溶液中通入溶液中通入O O2 2，至有铁黄生成，至有铁黄生成 反应原理反应原理 ： 设计实验：设计实验： 一段时间后，没有黄色沉淀生成一段时间后，没有黄色沉淀生成 抽气泵抽气泵三口瓶三口瓶 资料资料1： 分析实验数据：分析实验数据： 思考：结合资料，推测没有出现黄色沉淀的原因：思考：结合资料，推测没有出现黄色沉淀的原因： 随反应进行，溶液酸性逐渐增强，随反应进行，溶液酸性逐渐增强，FeOOH在该体系中不能稳定存在在该体系中不能稳定存在 资料资料2：pH过低，FeOOH易溶解；pH过高，容易生成杂质，因此
10、铁黄晶种 制备的pH应控制在4-5 设计由设计由FeSOFeSO4 4制备制备FeOOHFeOOH的转化途径的转化途径 氧化剂氧化剂 FeFe2+ 2+ FeOOHFeOOH 调调pHpH 关注价态关注价态 关注关注pHpH 改进方案：改进方案： 方案二：方案二： FeFe2+ 2+ FeFe3+ 3+ FeOOHFeOOH （1 1）先通空气至溶液变成棕黄色）先通空气至溶液变成棕黄色 （2 2）再滴加氨水至）再滴加氨水至pH=4pH=4 实验原理：实验原理：( (由学生写出相关离子方程式）由学生写出相关离子方程式） 4Fe4Fe2+ 2+ + O + O2 2 + 4H + 4H+ + =
11、4Fe = 4Fe3+ 3+ + 2H + 2H2 2O O FeFe3+ 3+ + 3NH + 3NH3 3H H2 2O= FeOOH + 3NHO= FeOOH + 3NH4 4+ + + H + H2 2O O 设计由设计由FeSOFeSO4 4制备制备FeOOHFeOOH的转化途径的转化途径 通通O O2 2 滴加氨水滴加氨水 实验现象：实验现象：反应反应30 min30 min，未检测到有，未检测到有FeFe3+ 3+产生 产生 抽气泵抽气泵 三口瓶三口瓶 pHpH计计 分液分液 漏斗漏斗 pH=3pH=3时，时，FeFe2+ 2+的还原性较低 的还原性较低 分析实验数据：分析实验
12、数据： 思考：结合资料，推测思考：结合资料，推测30 min 30 min 内没有检测到内没有检测到FeFe3+ 3+的原因 的原因 资料资料 FeFe2+ 2+ FeOOHFeOOH 实验原理：实验原理： 先调先调pHpH再通再通O O2 2 改进方案：改进方案： 讨论：溶液合适的讨论：溶液合适的pHpH值值 资料资料 pH=6pH=6 提高提高Fe2+的还原性的还原性 防止防止Fe2+形成形成Fe(OH)2 铁黄晶种稳定存在的铁黄晶种稳定存在的pH范围范围 设计实验设计实验 实验方案：实验方案： 向向FeSOFeSO4 4溶液中滴加氨水至溶液中滴加氨水至pH=6pH=6，通空气并记录，通空
13、气并记录pHpH的变化的变化 待待pH=4pH=4时，停止反应，制得铁黄晶种时，停止反应，制得铁黄晶种 预测：预测： 通入空气后，通入空气后， pHpH会逐渐降低会逐渐降低 实验现象：实验现象： 向一定浓度向一定浓度FeSO4溶液中加入氨水，溶液中加入氨水， 产生白色沉淀，并很快变成灰绿色。产生白色沉淀，并很快变成灰绿色。 滴加氨水至滴加氨水至pH为为6.0时开始通空气并记录时开始通空气并记录pH的变化的变化 待待pH=4时，停止反应，制得铁黄晶种时，停止反应，制得铁黄晶种 思考：思考： 为什么产生白色沉淀后的为什么产生白色沉淀后的pHpH低于资料中的低于资料中的6.36.3？ 0-t10-t
14、1时段，时段，pHpH几乎不变；几乎不变；t1-t2t1-t2时段，时段，pHpH明显降低。结合方程式解释原因明显降低。结合方程式解释原因 思考：思考： 0-t10-t1时段，时段，pHpH几乎不变：几乎不变： 分析体系分析体系 FeFe2+ 2+ Fe(OH)Fe(OH)2 2 相关反应相关反应 4Fe(OH)4Fe(OH)2 2 (s) (s)4Fe4Fe2+ 2+ (aq) + 8OH (aq) + 8OH- - (aq) (aq) + + 8H8H2 2O O 0-t10-t1时段，时段，Fe(OH)Fe(OH)2 2 的溶解速率和 的溶解速率和FeFe2+ 2+的氧化速率相等，因此
15、的氧化速率相等，因此pHpH几乎不变几乎不变 总反应：总反应： 构建分析模型：构建分析模型： 现象现象 物质物质 反应反应 思考：思考： t1-t2t1-t2时段，时段，pHpH明显降低明显降低 分析体系分析体系 FeFe2+ 2+ 相关反应相关反应 t1-t2t1-t2时段，只有时段，只有FeFe2+ 2+被氧化，因此 被氧化，因此pHpH急剧下降急剧下降 总反应：总反应： Fe(OH)Fe(OH)2 2接近完全溶解接近完全溶解 构建分析模型：构建分析模型： 现象现象 物质物质 反应反应 pHpH4 4时制得铁黄晶种。继续通入空气，时制得铁黄晶种。继续通入空气，t t3 3后后pHpH几乎不
16、变，此时溶液中几乎不变，此时溶液中 c(Fec(Fe2+ 2+) )仍降低。但 仍降低。但 c(Fec(Fe3+ 3+) )增加，且 增加，且 c(Fec(Fe2+ 2+) )降低量大于 降低量大于 c(Fec(Fe3+ 3+) )增加量。 增加量。 结合方程式说明原因结合方程式说明原因 4Fe4Fe2+ 2+ + O + O2 2 +6H +6H2 2O = 4FeOOH + 8HO = 4FeOOH + 8H+ + FeOOH + 3HFeOOH + 3H+ + = Fe = Fe3+ 3+ + 2H + 2H2 2O O 当当H H+ +的生成速率的生成速率=H=H+ +的消耗速率时，的消耗速率时，c(Hc(H+ +) )不变，不变，pHpH不变不变 12Fe12Fe2+ 2+ + 3O + 3O2 2 + 2H + 2H2 2O = 8FeO = 8Fe3+ 3+ + + 4FeOOH 4FeOOH 建构模型建构模型 解决工业实际问题的一般思路解决工业实际问题的一般思路 物质转化物质转化 反应条件的控制反应条件的控制 (pH(pH的调控的调控) )
