高中化学必修一 专题3.1.3 铁盐和亚铁盐

这是一份高中化学必修一 专题3.1.3 铁盐和亚铁盐，共12页。
第三章  铁 金属材料第一节 铁及其化合物第3课时  铁盐和亚铁盐 （1）通过学习铁盐和亚铁盐，学会从物质类别和元素价态的视角认识具有变价元素物质间的转化关系，并建立认识模型，丰富研究物质的思路和方法。（2）通过实验探究铁盐和亚铁盐的化学性质，并能用化学方程式或离子方程式正确表示。体会实验对认识和研究物质性质的重要作用，形成证据意识。（3）结合应用实例，将铁盐和亚铁盐的性质的知识运用于解决生产、生活中简单的化学问题，强化性质决定用途的观念。【内容分析】本节内容主要包括两部分:①铁单质;②铁的重要化合物，主要是铁的氧化物、氢氧化物、铁盐和亚铁盐。教材按照“铁单质→铁的氧化物→铁的氢氧化物→铁盐和亚铁盐”的顺序编排。对于铁盐和亚铁盐，教材先通过实验介绍铁离子的检验，在此基础上，再通过实验讨论了铁离子被还原成亚铁离子及亚铁离子被氧化成铁离子，并运用氧化还原反应原理，总结出铁离子和亚铁离子的相互转化关系。最后，通过“思考与交流”栏目把铁及其化合物的相互转化关系进一步系统化和网络化。介绍了铁及其化合物的基本知识后，为了充分体现这部分内容对发展学生学科核心素养的意义，教材一方面在“方法导引”中总结了认识元素及其化合物性质的视角，另一方面依托多种真实情境设计了多个栏目。例如，以电子工业中制作印刷电路板的真实情境为背景,结合“探究”栏目，通过实现Fe3+和Fe2+的相互转化，引导学生利用氧化还原反应原理解决实际问题；再如，联系生活创设真实情境，设置“研究与实践”栏目，选择常见食品作为研究对象，如食用菠菜、芹菜、黑木耳、蛋黄和动物内脏等，通过研究检验这些食品中是否含有铁元素。这些真实、生动、有意义的教学情境，不仅可以激发学生的学习兴趣，引导学生积极主动地学习；还可以使学生学会在真实情境中运用知识解决简单的化学问题，促进学科核心素养的形成。【教学重点和难点】重点：铁盐与亚铁盐的转化、Fe3+ 的检验。难点： Fe、Fe2+、 Fe3+ 转化关系模型的建构。【教学流程】【学习任务一】身边的化学，发现问题 【思考】补/加铁食品中的铁元素是Fe2+或Fe3+ ？如何检验？ 【设计意图】从生活问题出发，引发学生学习兴趣，体悟化学魅力。【学习任务二】实验探究，分析、解决问题  【方案一】向FeCl3溶液和FeCl2溶液中滴入NaOH溶液。若出现红褐色沉淀，则为FeCl3溶液；若生成白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，则为FeCl2溶液。（实验时应注意防氧化）【初步结论】使用该方案对某品牌口服液进行验证，看见现象为生成白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。初步证明补铁食品中的铁元素为Fe2+。【设计意图】从已有知识出发，在解决旧问题的同时，为新问题做铺垫，达到承上启下的作用。落实模型构建与证据推理素养。【思考】因为实验中产生了红褐色沉淀，某同学提出疑问，补铁食品中除了Fe2+，也可能含有或Fe3+ 。该如何验证？1.Fe3+的检验【实验3-2 】在两支试管中分别加入少量的FeCl3溶液和FeCl2溶液，各滴入几滴KSCN溶液。观察并记录现象。原理：Fe3+ +3SCN— =Fe(SCN)3 (红色，易溶难电离)Fe2++2SCN-=Fe(SCN)2 (无色)结论：可利用此KSCN（硫氰化钾）来确定Fe3+ 的存在和鉴别Fe3+、 Fe2+。【最终结论】实验证明，该品牌口服液中无Fe3+。说明该品牌口服液的铁元素是Fe2+。 【知识拓展 】因为铁在体内运送以及与血红蛋白结合的都是+2价的形式，所以二价铁更易被人体吸收，所以补铁食品主要以亚铁为主。【设计意图】使用实验探究解决生活问题，引发学生的学习兴趣，落实科学探究与实验创新素养。【评价任务一】 一位病人的化验单上显示其为缺铁性贫血。医生看完化验单后给他开了硫酸亚铁和维生素C片（提示：一种强还原剂）。【思考】为什么医生开了补铁用的硫酸亚铁还要开维生素C片？亚铁具有还原性，容易被氧化成三价铁，三价铁不易被吸收，所以可同时服用维生素C，提高铁元素的吸收率。此外，植物中的铁一般以三价铁的形式存在，食用维生素C还可以提高食物中铁元素的吸收率。【设计意图】深入生活问题，再次体悟化学魅力。【思考】如何检验Fe2+？（提示：从物质的价态考虑）2.Fe2+的检验① 加KMnO4(H+)溶液(利用Fe2+的还原性)   现象预测：溶液紫红色褪去 (注：如是未知溶液则不能用此方法)②先加KSCN溶液，再加氯水。(利用Fe2+的还原性)现象预测：开始溶液不变红色，加几滴氯水后溶液变红色。【实验3-3】在盛有2 mL FeCl3溶液的试管中加入少量铁粉，振荡试管。充分反应后，滴入几滴KSCN溶液(如图3-10左)，观察并记录现象。把上层清液倒入另一支试管中，再滴入几滴氯水(如图3-10右)，又发生了什么变化?【现象】FeCl3溶液的试管中加入少量铁粉后，溶液有棕黄色变浅绿色，滴入KSCN溶液，溶液无明显变化。2. 把上层清液倒入另一支试管中，再滴入几滴氯水，溶液变红色。【解析】在上述实验中， FeCl3溶液中的Fe3+被铁粉还原成Fe2+， Fe2+又被Cl2氧化成Fe3+ , Fe3+ 与SCN-反应生成红色Fe(SCN)3 。离子方程式如下：2Fe3++Fe=3Fe2+ 2Fe2++Cl2 =2Fe3++2Cl-； Fe3+ + 3SCN— =Fe(SCN)3【小结】Fe3+和Fe2+的性质和相互转化 【思考】如何保存Fe2+ (FeSO4)溶液? 加入少量铁粉（防氧化）【设计意图】实验探究，通过真实的情景，让学生感受Fe3+ 与 Fe3+ 之间的相互转化，并通过发掘转化本质，升华物质转化的模型与思维。【评价任务二】 1.要证明溶液不含Fe3+，而可能含有Fe2+，进行如下实验操作时最佳顺序为（     ） ①加如足量新制氯水②加如足量KMnO4③加入少量KSCN溶液A. ①③      B．②③       C．③①       D．①②③【答案】C2. 为了证明长期放置的硫酸亚铁溶液已经变质，可取少量溶液，加入少量________溶液，如果溶液显____色，说明溶液中含有_____离子，硫酸亚铁已变质。防止硫酸亚铁溶液变质的方法是 _____________。【答案】KSCN    红色    Fe3+    加入少量铁粉3．（不定项）向某溶液中加入几滴KSCN溶液，溶液不变色；向该溶液中继续通入Cl2，溶液变红色。关于原溶液下列说法正确的是：（        ）   A．一定没有Fe3+             B．一定有Fe2+      C．可能有Fe3+               D．不可能有Fe2+【答案】AB4.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（    ）【答案】B【设计意图】通过多角度考查学生对知识的掌握程度，落实教学重难点。【思考与讨论】 ( 1 )Fe、FeSO4和Fe2(SO4)3三种物质中，哪种物质可做氧化剂，哪种可做还原剂，哪种既可做氧化剂又可做还原剂?举例写出相应反应的化学方程式，并加以说明。(2)请你用图示的方法归纳Fe、Fe2+和Fe3+三者之间的相互转化关系，并与同学讨论。（1）Fe可做还原剂；Fe2(SO4)3做氧化剂；FeSO4既可做氧化剂又可做还原剂。 （2）（3）除上述图示外，我们也可以用价类二维图来表示铁及其化合物的相互转化关系。课后请对铁及其化合物的价类二维图（下图）中的物质转化关系进行总结。【设计意图】对铁及其化合物的相互转化关系进一步系统化和网络化，落实物质学习的思维模型，【评价任务三】教材P72   4．下列离子方程式中，正确的是(     )。A.铁与盐酸反应: 2Fe + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2↑B.氯气与氯化亚铁溶液反应: 2FeCl2+Cl2=2FeCl3C.氯化铁溶液与铁反应: Fe3+ + Fe = 2Fe2+D.氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应: Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓【答案】D2.除去下列物质中含有的少量杂质，写出除杂所用试剂的化学式和反应的离子方程式:(1)FeCl2溶液中含有少量的FeCl3杂质;(2)FeCl3溶液中含有少量的FeCl2杂质;(3) FeSO4溶液中含有少量的CuSO4杂质。【答案】2. (1)所用试剂为Fe,反应的离子方程式是: 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+(2)所用试剂为Cl2,反应的离子方程式是: 2Fe2++Cl2= =2Fe3+ +2C1- (3)所用试剂为Fe，反应的离子方程式是: Fe+Cu2+= =Fe2++Cu5.现欲探究铁及其化合物的氧化性或还原性，可供选用的试剂有:铁粉、FeCl3溶液、FeCl2溶液、氯水、锌片。请完成以下实验报告。【答案】【设计意图】多角度考查铁及其化合物的相互转化关系，提升学生分析问题解决问题的能力，落实宏观辨识与微观探析素养。【探究】利用覆铜板制作图案  【背景】电子工业中常用覆铜板(以绝缘板为基材，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料)为基础材料制作印刷电路板，印刷电路板广泛用于电视机、计算机、手机等电子产品中。用覆铜板制作印刷电路板的原理是，利用FeCl3溶液作为“腐蚀液”将覆铜板上不需要的铜腐蚀。即把预先设计好的电路在覆铜板上用蜡或不透水的物料覆盖，以保护不被腐蚀;然后，把覆铜板放到FeCl3溶液中。根据工业上制作印刷电路板的原理，我们可以利用覆铜板制作所需要的图案(如图3-12)。 【实验】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。【思考与讨论】(1)在上述实验中，发生了什么化学反应，生成的主要产物是什么?请运用氧化还原反应的规律进行分析，并尝试写出反应的化学方程式。(2)为使使用后的“腐蚀液”能得到充分利用，如何处理使用后的“腐蚀液”?【答案】（1）2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+   （2）先加入适量的铁粉与废液中Cu2+反应，回收铜；再向废液中加人氯水等氧化剂，实现FeCl3溶液的再生。【设计意图】以电子工业中制作印刷电路板的真实情境为背景，结合实验探究，通过实现Fe3+和Fe2+的相互转化，引导学生利用氧化还原反应原理解决实际问题，落实科学态度与社会责任素养。【研究与实践】检验食品中的铁元素【研究目的】铁是人体必需的微量元素。食用富含铁元素的食品，可以补充人体所需的铁元素。通过化学实验的方法检验食品中的铁元素，体验实验研究的一般过程和化学知识在实际中的应用。【研究任务】菠菜、芹菜、黑木耳、蛋黄和动物内脏等食品中富含铁元素。请以“菠菜中铁元素的检验”为例(你也可以选择其他食品)进行研究。(1)查阅资料。通过互联网，以“菠菜中铁元素的检验”为关键词搜索相关资料，收集检验菠菜中铁元素的方法。整理并分析资料，为确定实验方案做准备。(2)确定实验方案。根据学校的实验条件，确定制备和检验试验样品的实验步骤，准备实验所需的仪器和用品等。(3)进行实验。根据实验方案进行实验，检验食品中是否含有铁元素。下面是可供参考的实验方案。①取新鲜的菠菜10g，将菠菜剪碎后放在研钵中研磨，然后倒入烧杯中，加入30 mL蒸馏水，搅拌。将上述浊液过滤，得到的滤液作为试验样品。②取少许试验样品加入试管中，然后加入少量稀硝酸(稀硝酸具有氧化性),再滴加几滴KSCN溶液，振荡，观察现象。【结果与讨论】(1)你研究的食品是什么?其中是否含有铁元素?(2)撰写研究报告，并与同学讨论。【设计意图】联系生活创设真实情境，结合实验探究，选择常见食品作为研究对象，如食用菠菜、芹菜、黑木耳、蛋黄和动物内脏等，通过研究检验这些食品中是否含有铁元素。激发学生学习兴趣，体会化学魅力，落实科学创新与实验探究素养。【教材实验】【实验3-2】完成该实验时，必须注意FeCl2溶液要用新配制的，并加铁粉还原。本实验主要介绍利用Fe3+的特殊性质(与SCN-络合生成配合物)检验Fe3+的方法。实验现象:向FeCl3溶液中滴人KSCN溶液，溶液呈红色;向FeCl2溶液中滴人KSCN溶液,溶液颜色无变化。本实验也可与后面的“研究与实践”栏目的“检验食品中的铁元素”合并进行，让学生在真实的情境中开展实验活动，习得Fe3+的检验方法。【实验3-3】在盛有2 mL FeCl3溶液的试管中加入少量铁粉，振荡试管并静置后，黄色溶液变为浅绿色，说明Fe3+具有氧化性；滴人KSCN溶液后无明显变化，进-步说明溶液中不存在Fe3+(已被完全还原为Fe2+)。在上层清液中再滴几滴氯水时，溶液又迅速变为红色，说明又生成了Fe3+,证实了Fe2+具有还原性。本实验意在通过Fe2+和Fe3+的相互转化，证实从元素价态的角度对二者性质的预测，同时可与前面的铁单质性质联系在一起，为构建“铁三角”的知识结构模型提供支持。做Fe3+的氧化性实验时，试管中可能会因为加入铁粉过量而产生沉淀，所以，可从加铁粉和KSCN溶液后的试管中取上层清液做加氯水的实验。还可对Fe3+的氧化性实验略作展开，介绍Fe3+与其他还原剂如Cu、SO2 的反应等。做Fe2+的还原性实验时，应注意控制滴人氯水的量，不宜过量。否则，会因过量氯水进-步氧化SCN-而使溶液红色又褪去，对学生学习产生干扰。也可对Fe2+的还原性实验略作展开，介绍Fe2+与学生熟悉的氧化剂如双氧水、酸性KMnO4溶液的反应等。【思考与讨论】(1)要求学生能通过Fe、FeSO4、Fe2(SO4)3 三种物质中核心元素铁的价态特征，预测物质的性质，并能用符号表征方式描述、说明物质转化的本质和规律。(2)要求学生能用模型、符号等多种方式对物质及其变化进行综合表征。基于知识关联的结构化建构铁元素的转化关系认识模型(如下图所示)。在组织该栏目的教学时,还应注意通过对学生讨论、回答的评价，促进学生化学学科核心素养发展。如在学生能初步构建“ 铁三角”基本模型的基础上，通过追问进一步 使学生的思维过程外显，从素养发展的角度对学生进行指导;对于仅能列举个别氧化剂和还原剂的学生，教师应启发他们进一步提升概括知识的水平， 引导他们从一类氧化剂和还原剂的角度进一步抽象、 丰富“铁三角”的转化关系认识模型。【探究】利用覆铜板制作图案本探究活动选择“印刷电路板”这-素材创设活动情境，以FeCl3为代表物质,通过生动有趣的实验探究活动，引导学生从实验中寻找反应产物的证据，通过氧化还原反应原理分析、推理出FeCl3与Cu的反应事实，并用化学方程式进行正确表征，加深对Fe3+氧化性的认识。实验活动后进一步引导学生思考与讨论:如何处理使用后的腐蚀液？要求学生能应用已经习得的铁的还原性置换并回收废液中的铜，利用氯水等氧化剂氧化废液中的Fe2+，实现腐蚀液的循环利用。这一思考与讨论环节既体现了“能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题”，也渗透了“绿色化学”理念，凸显了对“科学态度与社会责任”核心素养的培养。具体建议如下：(1 )组织探究活动前，应先让学生通过对背景材料的阅读，体会化学与生活的密切联系，学会赞赏化学对人类生活和生产所作的贡献。(2)工业上通常用30%的FeCl3溶液作腐蚀液，但腐蚀速率较慢，为提高速率可水浴加热。本活动中腐蚀液的配制可采取如下方法:向10 g FeCl3中加2 mL浓盐酸和3 mL水，搅拌均匀后用水慢慢稀释至100 mL。有条件的学校还可在此探究的基础上，以“从印刷电路板废液中回收铜，并再生FeCl3溶液”为实验主题，进-一步开展多轮次探究，突出实验方案的设计环节，即:先加人适量的铁粉与废液中Cu2+反应，回收铜；再向废液中加人氯水等氧化剂，实现FeCl3溶液的再生。【研究与实践】检验食品中的铁元素【研究目的】铁是人体必需的微量元素。食用富含铁元素的食品，可以补充人体所需的铁元素。通过化学实验的方法检验食品中的铁元素，体验实验研究的一般过程和化学知识在实际中的应用。【研究任务】菠菜、芹菜、黑木耳、蛋黄和动物内脏等食品中富含铁元素。请以“菠菜中铁元素的检验”为例(你也可以选择其他食品)进行研究。(1)查阅资料。通过互联网，以“菠菜中铁元素的检验”为关键词搜索相关资料，收集检验菠菜中铁元素的方法。整理并分析资料，为确定实验方案做准备。(2)确定实验方案。根据学校的实验条件，确定制备和检验试验样品的实验步骤，准备实验所需的仪器和用品等。(3)进行实验。根据实验方案进行实验，检验食品中是否含有铁元素。下面是可供参考的实验方案。①取新鲜的菠菜10g，将菠菜剪碎后放在研钵中研磨，然后倒入烧杯中，加入30 mL蒸馏水，搅拌。将上述浊液过滤，得到的滤液作为试验样品。②取少许试验样品加入试管中，然后加入少量稀硝酸(稀硝酸具有氧化性),再滴加几滴KSCN溶液，振荡，观察现象。【结果与讨论】(1)你研究的食品是什么?其中是否含有铁元素?(2)撰写研究报告，并与同学讨论。【练习与应用】（教材P72） 2.除去下列物质中含有的少量杂质，写出除杂所用试剂的化学式和反应的离子方程式:(1)FeCl2溶液中含有少量的FeCl3杂质;(2)FeCl3溶液中含有少量的FeCl2杂质;(3) FeSO4溶液中含有少量的CuSO4杂质。4.下列离子方程式中，正确的是(   )。A.铁与盐酸反应: 2Fe + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2↑B.氯气与氯化亚铁溶液反应: 2FeCl2+Cl2=2FeCl3C.氯化铁溶液与铁反应: Fe3+ + Fe = 2Fe2+D.氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应: Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓5.现欲探究铁及其化合物的氧化性或还原性，可供选用的试剂有:铁粉、FeCl3溶液、FeCl2溶液、氯水、锌片。请完成以下实验报告。【答案】2. (1)所用试剂为Fe,反应的离子方程式是: 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+(2)所用试剂为Cl2,反应的离子方程式是: 2Fe2++Cl2= =2Fe3+ +2C1- (3)所用试剂为Fe，反应的离子方程式是: Fe+Cu2+= =Fe2++Cu提示:在选择试剂时，一定要注意既要去除杂质又要易于分离，同时还不能引人新杂质。如（1)不能选择硝酸或酸性KMnO4溶液作除杂试剂。  D5.