高中化学第三章 铁 金属材料第二节 金属材料第二课时学案及答案

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第二课时　铁盐和亚铁盐1．能从物质类别和铁元素化合价的视角认识铁盐和亚铁盐的性质，厘清铁元素不同价态之间的转化关系，增强证据推理与模型认知的能力。2．会设计实验检验Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性和还原性，增强科学探究与创新意识。  [实验]　探究Fe3＋、Fe2＋的检验离子Fe3＋Fe2＋实验操作实验现象溶液变成红色开始无明显现象，滴加新制氯水后溶液变成红色离子方程式Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)32Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3结论Fe3＋遇SCN－显红色，可利用此现象检验Fe3＋的存在Fe2＋和SCN－混合无明显现象，加入新制氯水后，Fe2＋被氧化成Fe3＋；可用先加KSCN溶液再加新制氯水的方法检验Fe2＋的存在 [问题探讨]1．如何通过实验证明铁锈中含有Fe3＋？提示：向试管中加入少量铁锈，加入稀盐酸使其溶解，再滴入几滴KSCN溶液，若溶液变成红色，则说明铁锈中含有Fe3＋。2．向某溶液中滴加氯水后再滴入几滴KSCN溶液，溶液变成红色，能否说明溶液中含有Fe2＋？提示：不能；若溶液中含有Fe3＋而不含Fe2＋，也会发生相同的现象。3．用NaOH溶液能否检验某溶液中只存在Fe2＋？提示：能；若溶液中只含有Fe2＋，滴加NaOH溶液后先生成白色沉淀，然后迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。1．Fe3＋、Fe2＋的检验 Fe2＋Fe3＋(1)观察法浅绿色棕黄色(2)加碱法(NaOH)①现象：白色絮状沉淀灰绿色红褐色沉淀②反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(红褐色)①现象：红褐色沉淀②反应：Fe3＋＋3OH－=== Fe(OH)3↓(红褐色)(3)显色法(SCN－)①现象：加入KSCN溶液无明显现象，再滴入氯水变成红色溶液②反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；Fe3＋＋3SCN－=== Fe(SCN)3(红色)①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色②反应：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)2．检验Fe2＋的注意事项(1)只含Fe2＋的溶液：检验Fe2＋加入试剂的顺序待测液不变色红色(含Fe2＋、不含Fe3＋)。①加KSCN溶液前，防止加氧化性物质，使Fe2＋被氧化。如H2O2、NO(H＋)等。②氧化剂不能选用酸性KMnO4溶液，原因：酸性KMnO4溶液本身显紫红色，对Fe(SCN)3红色有干扰；酸性KMnO4溶液能氧化KSCN，溶液不变红色，不能证明不含Fe2＋。(2)同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能采用加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪色说明含有Fe2＋。(3)检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，正确的思路为少量固体溶液紫色褪去。①步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸。②步骤a中，不能选用稀HNO3，原因是稀HNO3可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。1．为了检验某FeCl2溶液是否变质，可向溶液中加入(　　)A．NaOH溶液 B．铁片C．KSCN溶液 D．石蕊溶液解析：选C　FeCl2变质会被氧化为FeCl3，Fe3＋遇KSCN溶液变红色，故可用KSCN溶液检验溶液是否变红色，来判断是否变质。2．将铁的化合物溶于盐酸，滴加KSCN溶液不发生颜色变化，再加入适量氯水，溶液立即呈红色，该铁的化合物可能是(　　)A．Fe2O3 B．FeCl3C．Fe2(SO4)3 D．FeO解析：选D　由题意可知溶于盐酸后溶液中只有Fe2＋没有Fe3＋，只有FeO溶解在盐酸中能得到Fe2＋：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O。3．下列离子的检验方法合理的是(　　)A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2＋B．向某溶液中通入Cl2，然后加入KSCN溶液，溶液变为红色，说明原溶液中含有Fe2＋C．向某溶液中加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋D．向某溶液中加入NaOH溶液生成白色沉淀，又观察到沉淀颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe3＋，不含有Mg2＋解析：选C　向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液呈红色，证明存在Fe3＋，不能证明没有Fe2＋，故A项错误；若原溶液中不含Fe2＋，含有Fe3＋，通入Cl2，加入KSCN溶液，溶液也变为红色，故B项错误；加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋，故C项正确；若存在Mg2＋，生成的氢氧化镁为白色沉淀，氢氧化铁沉淀的红褐色可掩盖氢氧化镁沉淀的白色，故D项错误。  一、Fe2＋、Fe3＋的化学性质1．分别取少量FeCl3溶液于两支试管中，进行下列操作，观察并记录实验现象。(1)现象：溶液由棕黄色变为浅绿色，加入KSCN溶液时，溶液不变色。反应的离子方程式：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。(2)现象：加入氯水后，溶液由浅绿色变成红色。反应的离子方程式：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。2．利用覆铜板制作图案实验原理利用FeCl3溶液作为“腐蚀液”，将覆铜板上不需要的铜腐蚀实验操作取一小块覆铜板，用油性笔在覆铜板上画上设计好的图案，然后浸入盛有FeCl3溶液的小烧杯中。过一段时间后，取出覆铜板并用水清洗干净。观察实验现象，并展示制作的图案实验现象用油性笔画出的图案处不被腐蚀，洗净后板上留下设计的图案反应方程式2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2(离子方程式：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋)实验结论铜可被FeCl3溶液腐蚀[问题探讨]1．实验室配制FeCl2溶液时，为什么要加入少量铁屑？提示：目的是防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。加入的铁屑可将溶液中Fe3＋转化成Fe2＋，离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。2．如何除去FeCl3溶液中混有的少量FeCl2?提示：通入适量Cl2或加入适量氯水，将溶液中的FeCl2氧化成FeCl3，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。3．如何除去FeCl2溶液中混有的少量Cu2＋？提示：加入过量铁粉后过滤，除去剩余的Fe和生成的铜，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋。二、Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化[问题探讨]1．FeCl3溶液为什么能腐蚀铜而用于制作印刷电路板？提示：FeCl3能与铜发生反应生成可溶性的CuCl2，化学方程式为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。2．怎样由Fe制取FeCl2和FeCl3?提示：，故用Fe与稀盐酸反应制取FeCl2，用Fe与Cl2反应制取FeCl3。3．如何将FeCl3转化成FeCl2?提示：加入Fe粉可以将FeCl3转化成FeCl2，化学方程式为2FeCl3＋Fe===3FeCl2。从氧化还原反应视角分析“铁三角”之间的转化Fe只具有还原性，可以被氧化成Fe2＋和Fe3＋，还原Fe2＋和Fe3＋又可得到Fe。Fe2＋中铁元素呈中间价态，故Fe2＋既具有氧化性又具有还原性，主要表现为还原性。Fe2＋遇到强氧化剂时，被氧化为Fe3＋；遇到还原剂时，被还原为Fe。Fe3＋中铁元素呈较高价态，故Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原剂还原为Fe2＋或Fe。它们之间的相互转化关系如图(常称为“铁三角”)所示。(1)Fe(还原性)Fe2＋(2)Fe(还原性)Fe3＋(3)Fe2＋(弱氧化性)Fe(4)Fe2＋(还原性)Fe3＋(5)Fe3＋(氧化性)Fe2＋(6)Fe3＋(氧化性)Fe[名师点拨]除杂问题(括号内物质为杂质)①FeCl3溶液(FeCl2)：加足量氯水或通入足量Cl2。②FeCl2溶液(FeCl3)：加足量铁粉，充分反应后过滤。③FeSO4溶液(CuSO4)：加足量铁粉，充分反应后过滤。④除去废水中Fe2＋，先将废水中的Fe2＋氧化为Fe3＋(如通入Cl2或加入H2O2)，再调节溶液的pH，使Fe3＋转化为红褐色的Fe(OH)3沉淀过滤除去。1．人体血红蛋白中含有Fe2＋，如果误食亚硝酸盐，人会中毒，因为亚硝酸盐会使Fe2＋转变成Fe3＋，生成高铁血红蛋白而丧失与O2结合的能力。服用维生素C可缓解亚硝酸盐的中毒，这说明维生素C具有(　　)A．酸性 B．碱性C．氧化性 D．还原性解析：选D　亚硝酸盐能将Fe2＋转变成Fe3＋，在此过程中Fe元素的化合价升高，发生了氧化还原反应，其中Fe2＋被氧化，说明亚硝酸盐具有氧化性，维生素C可以缓解亚硝酸盐的中毒，说明维生素C具有还原性，故选D。2．某化学小组为验证Fe3＋与Fe2＋能够相互转化，进行如下实验。实验操作对应现象①向FeCl3溶液中加入过量铁粉②滴加KSCN溶液③再滴加几滴氯水ⅰ.溶液由棕黄色变为浅绿色ⅱ.溶液无明显变化ⅲ.溶液变红下列分析不合理的是(　　)A．解释现象ⅰ的反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋B．实验②与③可以调换顺序C．溶液变红涉及反应：Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋D．氧化性：Cl2>Fe3＋>Fe2＋解析：选B　向FeCl3溶液中加入过量铁粉，铁与Fe3＋反应生成Fe2＋，溶液由棕黄色变为浅绿色，A正确；先加氯水，再加KSCN溶液，溶液变红，不能排除Fe3＋的影响，故无法检验Fe2＋，B错误；滴入氯水后，Fe2＋被氧化为Fe3＋，C正确；由反应方程式可知，氧化性：Cl2>Fe3＋>Fe2＋，D正确。3．某工程师为了从腐蚀Cu的废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，准备采用如下图所示方案：(1)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____________。(2)请写出相关反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：从腐蚀Cu的废液中回收Cu的流程如下图所示：答案：(1)①Fe　②FeCl2　③Fe和Cu④HCl　⑤Cl2(2)CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu、2FeCl3＋Fe===3FeCl2、Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、2FeCl2＋Cl2===2FeCl3  铁是人体必需的微量元素之一，铁元素在人体中具有造血功能，参与血红蛋白、细胞色素及各种酶的合成。铁能形成血红素，而血红素在人体中主要起供氧的作用，它能够携带氧气，供应给人体的各个细胞和器官，让人的身体的各个部位都能正常运转。缺铁可能导致缺铁性贫血，影响血红蛋白的携氧量。人体缺氧容易疲乏、困顿、出虚汗、体力不支，甚至会产生一些更为严重的疾病。人体缺铁时，常会服用补铁剂来补充铁元素，补铁剂与维生素C同时服用，补铁效果更好。查阅资料可知，Fe2＋能被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色。[问题探讨]1．补铁剂中铁元素的化合价是多少？为什么补铁剂与维生素C一起服用效果更好？提示：补铁剂中铁元素的化合价是＋2价，具有还原性，因维生素C的还原性比Fe2＋的强，因此补铁剂与维生素C一起服用，可以防止补铁剂中的Fe2＋被氧化。2．如何检验补铁剂中的铁元素的存在形式？描述实验操作和现象。提示：取密封的补铁剂(若为固体先用煮沸的蒸馏水溶解)于试管中，向其中先加入KSCN溶液，无明显现象，再向溶液中加入氯水，溶液变为红色。3．按照如下方法，对补铁剂进行实验，出现什么现象说明补铁剂已经部分变质？提示：甲：高锰酸钾溶液的紫红色褪去；乙：溶液变为红色。4．(1)某同学向含有Fe2＋的溶液中加入KSCN溶液后，又加入了过量氯水，溶液变为红色，放置一段时间后，发现溶液红色褪去，现对褪色原因进行探究。请你根据有色物质中所含元素的化合价(SCN－中C元素为＋4价)分析褪色的可能原因，提出假设2。提出假设：假设1：溶液中的＋3价铁元素被氧化为更高价态；假设2：____________________。(2)设计另一种实验方案，验证溶液褪色的原因。提示：(1)实验中加入过量氯水，溶液变为红色，放置一段时间后，溶液红色褪去，说明Fe(SCN)3转化成了其他物质，而Fe(SCN)3的生成与Fe3＋、SCN－有关，根据假设1，溶液中的＋3价铁元素被Cl2氧化为更高价态；分析SCN－中各元素的化合价可知，C为＋4价，S为－2价，N为－3价，所以SCN－也具有还原性，也可能是SCN－被过量的氯水氧化导致溶液红色褪去，故假设2为SCN－被过量的氯水氧化。(2)若是SCN－被氧化，则向褪色后的溶液中补充SCN－，溶液会变红。实验方案：向褪色后的溶液中滴入KSCN溶液，观察溶液是否变为红色。若溶液变为红色，说明假设2成立；若溶液不变红，说明假设1成立。补铁剂使用的注意事项(1)补铁剂的有效成分是亚铁盐(如FeSO4)，Fe2＋易被氧化为Fe3＋而失去补铁作用，因此需密封、隔绝O2存放。服用补铁剂时搭配维生素C可以增强补铁效果，这是因为维生素C可将Fe3＋还原为Fe2＋。(2)服用补铁剂时不能和茶水同饮，因为茶水中含大量的鞣酸，鞣酸与Fe2＋反应生成鞣酸亚铁，它的性质不稳定，很快被氧化成鞣酸铁而呈蓝黑色。1．某兴趣小组进行某补血剂中铁元素含量的测定实验流程如下：  下列说法不正确的是(　　)A．步骤①研磨时需要在研钵中进行B．步骤②加入氨水的作用是将Fe2＋完全沉淀C．步骤③多步操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重D．每片补血剂中铁元素的质量为0.07w g解析：选B　步骤①是将补血剂磨成细粉，便于溶解，研磨时需要在研钵中进行，A正确；步骤②中加入过氧化氢是将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后用过量氨水将Fe3＋完全沉淀为红褐色氢氧化铁，B错误；步骤③是将氢氧化铁沉淀转化为氧化铁，通过测定氧化铁的质量，计算补血剂中铁元素的含量，所以操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重，C正确；w g氧化铁中铁元素的质量即为10片补血剂中铁的质量，所以每片补血剂含铁元素的质量为＝0.07w g，D正确。2．铁是人体必需的微量元素之一，补铁剂中的Fe2＋在空气中很容易被氧化成Fe3＋，影响铁元素在人体中的吸收利用。某实验小组进行如图所示的对照实验，验证补铁剂和维生素C一起服用的科学性。[实验操作]第一步：在A、B两支试管中加入对比试剂；第二步：振荡；第三步：滴加KSCN溶液。[实验现象](1)A试管中溶液变________色，B试管中无明显现象。[实验结论](2)维生素C具有________(填“氧化性”或“还原性”)，能防止Fe2＋被氧化为Fe3＋，所以补铁剂和维生素C一起服用具有科学依据。[生活应用](3)某品牌泡腾片的主要成分为维生素C和NaHCO3，放入水中立即产生大量气泡(CO2)使口感更好，说明维生素C具有________(填“酸性”或“碱性”)。(4)为防止烹调时蔬菜中维生素C的损失，烹调蔬菜应注意________________(写一条即可)。解析：(1)Fe3＋与SCN－结合而使溶液呈红色。(2)向FeCl3溶液中加入足量维生素C后，再加入KSCN溶液，溶液不变红色，说明Fe3＋被维生素C还原，即维生素C具有还原性。(3)将维生素C与NaHCO3放入水中，立即有大量CO2产生，说明维生素C具有酸性。(4)由实验(2)(3)可知，维生素C具有还原性和酸性，故烹调蔬菜时应避免与氧化性物质或碱性物质接触。答案：(1)红　(2)还原性　(3)酸性(4)避免与氧化性物质接触(或避免与碱性物质接触)[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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＋的水溶液为棕黄色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，立即出现红色沉淀解析：选D　含Fe2＋、Fe3＋的水溶液分别显浅绿色和棕黄色；Fe3＋具有氧化性，Fe2＋具有还原性；Fe3＋溶液中滴入SCN－，发生反应Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3，生成的溶液呈红色，并没有出现红色沉淀，故D错误。2．在下列溶液中加入KSCN溶液，溶液不会显红色的是(　　)A．加入足量铁粉后的Fe2(SO4)3溶液B．Fe在Cl2中燃烧所得产物的水溶液C．长期暴露在空气中的绿矾溶液D．加入氯水后的FeSO4溶液解析：选A　A项，足量铁粉加入Fe2(SO4)3溶液中发生反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，溶液中无Fe3＋；B项，Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3；C项，绿矾溶液长期暴露在空气中，Fe2＋易被氧气氧化为Fe3＋；D项，氯水可将Fe2＋氧化为Fe3＋。3．将5.6 g铁粉加入50 mL 5 mol/L的氯化铁溶液中，充分反应，下列有关说法正确的是(　　)A．反应中，氯化铁为还原剂B．铁粉有剩余，溶液为浅绿色C．Fe2＋与Fe3＋物质的量之比为6∶1D．氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶1解析：选C　将5.6 g铁粉加入50 mL 5 mol/L的氯化铁溶液中，铁粉的物质的量n＝＝＝0.1 mol，氯化铁的物质的量n＝cV＝5 mol/L× 0.05 L＝0.25 mol，铁粉与氯化铁反应的离子方程式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，根据反应的各物质的物质的量之比等于相应的化学计量数之比，0.1 mol Fe完全反应需要0.2 mol FeCl3，所以氯化铁剩余0.05 mol，生成Fe2＋的物质的量为0.3 mol。反应中，氯化铁中铁元素化合价降低被还原，做氧化剂，故A错误；由于氯化铁剩余0.05 mol，铁粉完全反应，故B错误；Fe2＋的物质的量为0.3 mol，氯化铁剩余0.05 mol，Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为0.3 mol∶0.05 mol＝6∶1，故C正确；氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2，故D错误。4．为了验证Fe3＋的性质，某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验，其中实验方案设计错误的是(　　)A．② B．③C．③④ D．①②③④⑤解析：选C　①铁离子与铁反应生成浅绿色的亚铁离子，正确；②铁离子与硫氰化钾溶液反应显红色，据此能够检验铁离子，正确；③硫酸铜与氯化铁溶液不反应，混合后溶液不会变成无色，错误；④氯化铁溶液与硝酸银反应生成白色的氯化银沉淀，但该性质不是铁离子的性质，错误；⑤铁离子与氢氧化钠溶液反应生成红褐色氢氧化铁沉淀，据此可以检验是否存在铁离子，正确。5．电子工业上使用的印刷电路板，是在敷有铜膜的塑料板上以涂层保护所要的线路，然后用氯化铁浓溶液作用掉(腐蚀)未受保护的铜膜后形成的。某工程师为了从使用过的腐蚀废液(含有大量CuCl2、FeCl2和FeCl3，任意排放将导致环境污染及资源的浪费)中回收铜，并将铁的化合物全部转化为FeCl3溶液作为腐蚀液原料循环使用，准备采用下列步骤：(1)步骤Ⅰ的操作名称：______；所需玻璃仪器：______、________、________。(2)写出FeCl3溶液与铜箔发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)检验废腐蚀液中是否含有Fe3＋所需试剂名称：________，实验现象：__________________________。(4)向②中加入NaOH溶液并长时间暴露在空气中，此过程的现象：______________________________，此转化的化学方程式为_______________________。(5)写出③中所含物质：________，⑥发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________。解析：废液中含有FeCl2、CuCl2、FeCl3，向滤液中加入过量Fe，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu，然后过滤，滤液中含有FeCl2，滤渣中含有Cu、Fe，向滤渣中加入过量HCl，Fe溶解，Cu不溶解，然后过滤得到金属单质Cu，滤液中含有FeCl2，向FeCl2滤液中通入过量Cl2，发生的反应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，从而得到FeCl3溶液，以此解答该题。答案：(1)过滤　烧杯　漏斗　玻璃棒(2)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(3)硫氰化钾　溶液由棕黄色变为红色(4)先产生白色絮状沉淀，然后迅速变为灰绿色，最终变为红褐色　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　(5)Fe、Cu　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－