1、第二单元探究铁及其化合物的转化第二单元探究铁及其化合物的转化专专题题9金属与人类文明金属与人类文明1.了解铁及其化合物的主要化学性质,从物质分类和氧化还原反应角度理解物质的性质,逐渐形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2.掌握Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化;掌握Fe2+、Fe3+的检验方法,逐渐形成科学探究与创新意识的学科核心素养。素养目标【知识铺垫】1.单质铁具有较强的还原性,可被不同的氧化剂氧化,如Fe在Cl2中燃烧的化学方程式为2Fe+3Cl2 2FeCl3,Fe与CuSO4溶液反应的离子方程式为Fe+Cu2+=Cu+Fe2+,Fe与稀硫酸反应的离子方程式为Fe+2H+=Fe2
2、+H2,常温下,Fe在浓硝酸或浓硫酸中表面形成致密的氧化膜而钝化,所以可以用铁质容器盛放浓硝酸或浓硫酸。2.以赤铁矿(主要成分为Fe2O3)为例,写出高炉炼铁的反应和铝热反应: 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2,2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3。 素养初探【自主梳理】一、反应的合理选择1.氯化铁的制备(1)铁元素的化合价铁元素的常见价态有+2、+3价,在相同价态铁元素化合物之间进行转化,通过非氧化还原反应即可实现;在不同价态铁元素化合物之间进行转化,则需通过氧化还原反应才能实现。(2)氯化铁的制备路径以铁屑为原料制取,有多条反应路径。FeFeCl3FeFeCl2FeCl3FeFe2O
3、3FeCl3上述反应过程的化学方程式:2Fe+3Cl2 2FeCl3;Fe+2HCl=FeCl2+H2,2FeCl2+Cl2=2FeCl3;4Fe+3O2=2Fe2O3,Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O。2.物质制备反应路线的选择实际制备物质时,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。3.Fe3+的检验 4.Fe2+与Fe3+的相互转化(1)Fe2+Fe3+:需加氧化剂,如Cl2、O2、H2O2、HNO3等。反应的离子方程式:2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-,4Fe2+4H+O2=4Fe3+2H2
4、O,2Fe2+H2O2+2H+=2Fe3+2H2O,3Fe2+4H+N =3Fe3+NO+2H2O。(2)Fe3+Fe2+:需加还原剂,如Fe、Cu等,反应的离子方程式:2Fe3+Fe=3Fe2+,2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+。【微思考1】Fe元素的常见价态有单质中0价,化合物中+2和+3价,试从铁元素的化合价特点分析Fe、Fe2+、Fe3+的氧化性和还原性,并举例说明。提示 (1)单质铁0价,为铁的最低价态,在化学反应中化合价升高,只具有还原性,可被氧化剂氧化,强氧化剂可把铁直接氧化为+3价,如2Fe+3Cl2 2FeCl3,弱氧化剂可把Fe氧化为+2价,如Fe+Cu2+=Cu+Fe2
5、+。(2)Fe2+处于中间价态,既可以升高到+3价,表现还原性,也可以降低到0价,表现氧化性。表现还原性可被强氧化剂氧化,如2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-;表现氧化性可被还原剂还原,如Fe2+Zn=Zn2+Fe。(3)Fe3+处于最高价态,只具有氧化性,可被还原剂还原,如2Fe3+Fe=3Fe2+,若加入过量的强还原剂可能会还原生成Fe,如2Fe3+3Zn=2Fe+3Zn2+。二、反应条件影响的探究向FeSO4溶液中加入NaOH溶液 现象:产生白色絮状沉淀并迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。反应:FeSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe
6、(OH)3。结论:Fe2+与OH-反应生成白色的氢氧化亚铁。氢氧化亚铁极易被空气中的氧气氧化,最后生成红褐色的氢氧化铁。根据该实验现象可推断Fe2+的存在 【微思考2】根据Fe2+与碱液的反应现象可以检验溶液中的Fe2+。若某溶液中同时含有Fe2+和Fe3+,能否通过加入碱液的方法检验其中的Fe2+?提示 不能。Fe3+与碱液反应生成红褐色的Fe(OH)3沉淀,会掩盖Fe(OH)2沉淀的颜色,难以确定Fe2+是否存在。【自我检测】1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)Fe2+只有还原性,没有氧化性()(2)Fe3+被某些还原剂还原可得到铁单质()(3)Fe2+、Fe3+共存时,也可
7、用KSCN溶液和氯水检验Fe2+的存在()(4)铁与稀硫酸反应的离子方程式为2Fe+6H+=2Fe3+3H2()(5)Fe3+遇到KSCN溶液会生成血红色沉淀() 2.下列氢氧化物既有碱性又有还原性的是()A.Mg(OH)2B.Fe(OH)2C.Fe(OH)3D.Al(OH)3B3.已知有以下物质相互转化,A是中学化学中常见的金属单质。 (1)写出下列物质的化学式:A;B。 (2)由E转变成F的化学方程式:。 (3)用KSCN溶液鉴别G溶液的现象为;向G溶液加入A的有关反应的离子方程。 (4)将金属A浸入G的溶液中,当转移0.1 mol电子时,金属A减轻的质量为 g。 4.82Fe3+Fe=3
8、Fe2+溶液变为血红色4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3FeFeCl2新知一新知一 Fe2+与与Fe3+的检验的检验【问题探究】1.向含Fe2+的溶液中加入NaOH溶液时有何现象?提示 先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。2.检验Fe2+时,能否先加氯水再加KSCN溶液?提示 不能。先加氯水可把Fe2+氧化成Fe3+,如果原溶液中不含Fe2+,只含Fe3+,则加KSCN溶液后,溶液变为血红色,不能证明原溶液中含有Fe2+。3.Fe2+和Fe3+共存时,如何检验溶液中的Fe3+?提示 加入KSCN溶液,若溶液变为血红色,则证明有Fe3+。素养提升【深化拓展】Fe2+和
9、Fe3+的检验 主要有两种方法:加碱法和加KSCN溶液法。一般用加KSCN溶液法 物质Fe2+Fe3+溶液颜色浅绿色黄色沉淀颜色(NaOH溶液)现象:白色沉淀 灰绿色沉淀 红褐色沉淀;反应:Fe2+2OH-=Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3现象:红褐色沉淀;反应:Fe3+3OH-=Fe(OH)3物质Fe2+Fe3+显色反应(KSCN溶液)现象:滴加KSCN溶液无明显现象,再滴入氯水,溶液变为血红色;反应:2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-,Fe3+3SCN-=Fe(SCN)3现象:溶液变为血红色;反应:Fe3+3SCN-=Fe(SCN)3【微点拨】(1)用K
10、SCN溶液与氯水验证Fe2+的存在时,KSCN溶液与氯水的滴加顺序不能颠倒,也不能用酸性高锰酸钾溶液代替氯水。(2)Fe2+和Fe3+共存时,检验Fe2+的方法:利用Fe2+的还原性,一般可用酸性KMnO4溶液,加入酸性KMnO4溶液,若紫色褪去,说明含有Fe2+。若溶液中含有还原性较强的离子,如Cl-,则不能用酸性KMnO4溶液,可用K3Fe(CN)6溶液。加入K3Fe(CN)6溶液产生蓝色沉淀,说明含有Fe2+。Fe2+对检验Fe3+无干扰,可滴加KSCN溶液检验Fe3+ 【素能应用】例1 选择合适试剂完成甲、乙两组实验。甲组:检验含Fe3+的溶液中是否含有Fe2+;乙组:检验含Fe2+的
11、溶液中是否含有Fe3+。下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是()选项甲组乙组A新制氯水、KSCN溶液氢氧化钠溶液B酸性KMnO4溶液KSCN溶液CKOH溶液溴水D溴水酸性KMnO4溶液B变式训练1向某晶体的溶液中加入Fe2+后溶液无明显变化,当滴加几滴溴水后,混合液出现血红色,由此得出下列结论错误的是()A.Fe3+的氧化性比溴的氧化性强B.该晶体中一定含有SCN-C.Fe2+与SCN-不能形成血红色化合物D.Fe2+被溴氧化成Fe3+A新知二新知二 铁铁及其化合物之间的转化及其化合物之间的转化【问题探究】1.在Fe(NO3)2溶液中滴加稀盐酸,有什么现象?试写出反应的离子方程式。 提示
12、溶液变为棕黄色。离子反应为3Fe2+4H+N =3Fe3+NO+2H2O。 2.Fe3+可氧化-2价硫,向FeCl3溶液中通入H2S气体会有什么现象?试写出反应的离子方程式。提示 有淡黄色沉淀生成,溶液由棕黄色变为浅绿色。离子反应为2Fe3+H2S=2Fe2+2H+S。3.Fe2+和Br-均可被Cl2氧化,向FeBr2溶液中通入少量Cl2或过量Cl2,反应的离子方程式如何书写?提示 Cl2少量:2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-;Cl2过量:2Fe2+4Br-+3Cl2=2Fe3+2Br2+6Cl-。【深化拓展】1.铁及其化合物的价一类二维图 2.“铁三角”Fe、Fe2+、Fe3+之间的转化
13、 常见的转化反应如下:(1)FeFe2+:加弱氧化剂,如I2、H+、Cu2+、Fe3+等。Fe+2H+=Fe2+H2,Fe+Cu2+=Fe2+Cu,Fe+2Fe3+=3Fe2+。(2)FeFe3+:加强氧化剂,如O2、Cl2、Br2等。2Fe+3Cl2 2FeCl3。 (3)Fe2+Fe3+:加强氧化剂,如Cl2、O2、Br2、H2O2等。2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,2Fe2+H2O2+2H+=2Fe3+2H2O。(4)Fe3+Fe2+:加还原剂,如Fe、Cu、I-等。Fe+2Fe3+=3Fe2+,Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2
14、+。(5)Fe2+Fe:加强还原剂,如Zn、Al、C、CO等。Zn+Fe2+=Zn2+Fe,CO+FeO Fe+CO2。(6)Fe3+Fe:加强还原剂,如Zn、Al、CO、H2等。Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,3H2+Fe2O3 2Fe+3H2O(g)。【微点拨】与“铁三角”转化关系有关的常见问题(1)与Fe3+、Fe2+有关的离子共存问题(2)除杂问题(括号内物质为杂质)FeCl3溶液(FeCl2):加足量氯水、双氧水或通入足量Cl2。FeCl2溶液(FeCl3):加足量铁粉,充分反应后过滤。FeSO4溶液(CuSO4):加足量铁粉,充分反应后过滤。Fe2O3(Al2O3):加足量N
15、aOH溶液,充分反应后过滤。【素能应用】例2 将单质Fe、Cu与FeCl3、FeCl2、CuCl2溶液一起放进某容器内,根据下述不同情况,填写金属或金属离子。(1)充分反应后,如果Fe有剩余,则溶液中不可能有。 (2)充分反应后,如果溶液中还有大量Fe3+,则还含有,没有剩余。 (3)充分反应后,如果容器内有较多Cu2+和相当量的Cu,则容器内不可能有。 (1)Fe3+、Cu2+(2)Cu2+、Fe2+Fe、Cu(3)Fe3+、Fe 【变式设问】(1)若充分反应后,溶液中没有固体剩余,则溶液中一定含有哪些金属离子?可能含有哪些金属离子?提示 一定含有Fe2+、Cu2+,可能含有Fe3+。(2)
16、若充分反应后,溶液中Fe、Cu均有剩余,则溶液中含有哪些金属离子?提示 只有Fe2+。技巧点拨多种氧化剂和多种还原剂反应的判断方法(1)确定氧化剂氧化性顺序,确定还原剂的还原性顺序;(2)强氧化性的物质和强还原性的物质首先发生反应;(3)分析过量的氧化剂(或还原剂)可继续与哪一种还原剂(或氧化剂)继续反应。变式训练2下列反应中有三价铁生成的是()铁丝在空气中生锈向FeBr2溶液中通入足量Cl2将铁片置于CuCl2溶液中Fe(OH)2暴露在空气中向FeSO4溶液中滴加H2O2溶液高温下铁与水蒸气反应生成Fe3O4A.B.C.D.全部C规律方法(1)Fe在O2中燃烧或与水蒸气反应生成的Fe3O4中
17、既有+2价铁,也有+3价铁。(2)铁与硝酸反应时,铁首先被氧化成Fe3+;若铁过量,铁与Fe3+反应会生成Fe2+。素养脉络1.化合物中,铁有+2价和+3价两种价态,下列有关反应中不涉及铁元素价态变化的是()A.铁与稀硫酸反应B.铁在氧气中燃烧,其产物溶于盐酸可得到两种盐C.氢氧化亚铁是白色固体,在空气中迅速变成灰绿色,最终变成红褐色D.氢氧化铁受热分解D素养巩固2.下列离子的检验方法合理的是()A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色,说明不含Fe2+B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变血红色,说明原溶液中含有Fe2+C.向某溶液中加入NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中含有F
18、e3+D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+C3.下列转化关系不能通过一步反应实现的是()A.FeFeCl2 B.Fe2O3Fe(OH)3C.FeCl3FeCl2D.Fe(OH)3FeCl3B4.根据以下反应,写出各物质的化学式及有关反应方程式(化学方程式或离子方程式)。(1)A是,B是,C是,D是。 (2)化学方程式:;离子方程式:;离子方程式:;红色固体C也可溶于棕黄色溶液E,反应的离子方程式为。 (1)Fe2O3FeCuFeCl2(2)Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2Fe+Cu2+=Fe2+CuFe+2Fe3+=3Fe2+Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+
