化学必修 第一册第三章 铁 金属材料第一节 铁及其化合物学案及答案

2022-2023学年高一化学同步学习高效学与练（自主学案）

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

课程学习目标

1．结合实验探究，掌握Fe、Fe2＋、Fe3＋相互转化的途径。

2．通过实验学会Fe2＋、Fe3＋的检验方法。

3．了解铁盐、亚铁盐的主要性质及其在生产、生活中的应用。

学科核心素养

1．通过对“Fe、Fe3＋、Fe2＋相互转化”的学习，强化变化观念。

2．通过对“Fe2＋、Fe3＋的检验”的学习，提升实验探究能力和创新意识。

3．通过对“铁盐、亚铁盐”的学习，培养证据推理意识。

【新知学习】

常见的铁盐有    FeCl3、Fe2(SO4)3    等，常见的亚铁盐有    FeCl2、FeSO4    等。

一．铁盐

1.Fe3+的检验

  【实验3-2】观察实验，填写下表：

2.Fe3+的氧化性

   【实验3-2】观察实验，填写下表：

由实验3-2得知，Fe3+和Fe2+可以相互转化，Fe3+               Fe2+。

3.Fe3+的氧化性

含有Fe3＋的溶液呈  黄  色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现  氧化性  。

(1)Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO32－等具有较强还原性的离子不能大量共存。

(2)Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为  Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋  。

二.亚铁盐

1.Fe2+的检验

先加入KSCN溶液，无明显现象，再加氯水，溶液变红色。

【思考】鉴别Fe2+时，   不能  （填“能”或“不能”）先加氯水，再加KSCN溶液，

原因是    无法排除亚铁离子的干扰      。

2.Fe2+的氧化性和还原性

含有Fe2＋的溶液呈  浅绿  色，Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以  还原性  为主，

如遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H＋)等均表现  还原性  。

Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。

三.应用

1．判断离子共存

Fe2＋NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)；

Fe3＋S2－、I－、SO；

2．除杂

【思考】为什么在实验室配制FeSO4溶液中常加入少量铁粉？

防止亚铁离子被氧化，2Fe3+＋Fe=3Fe2＋

【知识归纳总结】Fe3+、Fe2+的检验方法：

【知识进阶】

一．Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化——“铁三角”

【问题探究】铁元素有三种价态：0价、＋2价和＋3价，这三种价态的铁在一定条件下可相互转化，我们称之为铁三角：

分析上图，思考下列问题：

1．不同价态铁元素之间转化的条件是什么？

由高价态转化低价态需要还原剂，由低价态转为高价态需要氧化剂。

2．实验室制取FeCl2溶液时为什么要加入少量铁屑？

加入铁屑能防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。

【知识归纳总结】

1．Fe只有还原性，可以被氧化成＋2或＋3价的铁：

如Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋

2Fe＋3Cl22FeCl3

3Fe＋4H2OFe3O4＋4H2。

2．Fe2＋既有氧化性又有还原性：

如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋

FeO＋COFe＋CO2

3．Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁：

如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，

3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。

Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3

【典例1】下图是物质间发生化学反应时颜色的变化情况，下列选项中正确的是(　 　)

【答案】C

【解析】

硫酸铁与Ba(OH)2反应生成硫酸钡白色沉淀和Fe(OH)3红褐色沉淀，A项错误；硫酸铁与FeO不反应，且FeO难溶于水，B项错误；物质间发生化学反应时颜色的变化情况符合图示，C项正确；硫酸铁与MgCl2溶液不反应，D项错误。

〔变式训练1）（2020·阜新市第二高级中学高一期末）用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，所得溶液中加入过量的铁粉，充分反应后，最终溶液中的金属阳离子（   ）

A．只含Fe2+ B．含Cu2+和Fe2+ C．含Cu2+和Fe3+ D．只含Fe3+

【答案】A

【解析】

【分析】

加入过量的铁粉，溶液中Fe2+和Cu2+完全反应，溶液中只含Fe2+。

【详解】

FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，发生反应Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，向所得溶液中加入足量铁粉，铁粉先与Fe3+完全反应Fe+2Fe3+=3Fe2+，再与Cu2+完全反应Fe+ Cu2+= Cu+Fe2+，最后得到氯化亚铁溶液，剩余固体为铁和铜的混合物，故选A。

【点睛】

本题考查了铁及其化合物的性质，熟悉三价铁离子、铜离子的氧化性强弱以及反应的过程是解题的关键。

二．Fe3＋、Fe2＋的检验方法

【问题探究】如何证明FeSO4溶液是否变质？

变质的FeSO4溶液中含有Fe3＋。用洁净的试管取少量(1～2 mL)的样品溶液，向其中滴入KSCN溶液1～2滴，若溶液立即显红色证明含有Fe3＋，即该溶液已变质。

【知识归纳总结】

Fe3＋、Fe2＋的检验方法

1．用KSCN溶液和氯水

2．用NaOH溶液

3．含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe2＋、Fe3＋的检验

溶液变  红  色，说明含有Fe3＋；

酸性KMnO4溶液  紫红  色褪去，说明含有Fe2＋。

4．铜片法

5．亚铁氰化钾溶液和铁氰化钾溶液是检验Fe3＋和Fe2＋的特征试剂：

Fe3＋蓝色沉淀

Fe2＋蓝色沉淀

【典例2】某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质，查阅了有关资料，得知SCN－、Fe2＋能被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色，并结合已学的知识设计了如下实验：

①将药片除去糖衣研细后溶解、过滤。

②取滤液分别加入两支试管中，在一支试管中加入酸性KMnO4溶液，在另一支试管中加入KSCN溶液。

请完成下列问题：

(1)若滴入酸性KMnO4溶液后褪色，滴入KSCN溶液后不变红，结论是                      。

(2)若滴入酸性KMnO4溶液后不褪色，滴入KSCN溶液变红，结论是                      。

(3)若滴入酸性KMnO4溶液后褪色，滴入KSCN溶液变红，结论是                      。

(4)          (填“能”或“不能”)将酸性KMnO4溶液和KSCN溶液滴入到同一支试管中进行验证，

原因是                                                                  。

【答案】补铁药没有变质；  补铁药完全变质；  补铁药部分变质

不能  酸性KMnO4溶液呈紫红色，影响Fe3＋的检验；KSCN具有还原性，影响Fe2＋的检验

【解析】

加入酸性KMnO4溶液褪色说明含有Fe2＋，而加入KSCN溶液变红则说明含有Fe3＋，所以前三问的答案很容易得出。第(4)问中的原因可归纳为两条，一是酸性KMnO4溶液呈紫红色，影响Fe3＋的检验；二是KSCN具有还原性，可以被酸性KMnO4溶液氧化，影响Fe2＋的检验。

〔变式训练2〕（2020·营口市第二高级中学高一期末）取少量FeCl2溶液，滴入几滴KSCN溶液，不显红色，再滴入几滴氯水，溶液变红，这是因为(　　)

A．Cl2可将FeCl2还原 B．Cl2可将KSCN氧化

C．Cl2可将FeCl2氧化 D．Cl2可将KSCN还原

【答案】C

【解析】

【分析】

取少量FeCl2溶液，滴入几滴KSCN溶液，不显红色，再滴入几滴氯水，溶液变红，溶液变红意味着发生了反应：Fe3＋＋3SCN-= Fe(SCN)3、生成了硫氰化铁，则加入几滴氯水后发生了反应：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl-，即氯气将FeCl2氧化了，据此回答。

【详解】

A. Cl2可将FeCl2氧化，A错误；

B. 加入的几滴氯水没有和KSCN反应，B错误；

C. Cl2可将FeCl2氧化，C正确；

D. 加入的几滴 氯水没有与KSCN反应，D错误；

答案选C。

【效果检测】

1．硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁，为除去杂质，提纯硫酸亚铁，应该加入下列物质中的(　 　)

A．锌粉　 B．镁粉　

C．铁粉　 D．铝粉

【答案】C

【解析】

铁粉可将硫酸铁转化为硫酸亚铁，将硫酸铜转化为硫酸亚铁和单质铜，然后过滤即可提纯硫酸亚铁，锌、镁、铝都有可能将亚铁离子置换成铁，还会引入新的杂质锌离子、镁离子、铝离子等。

2．下列物质与铁反应后的生成物，能与KSCN溶液作用生成红色溶液的是(　 　)

A．盐酸 B．氯气

C．CuSO4溶液 D．稀硫酸

【答案】B

【解析】

铁离子能和KSCN溶液反应而使溶液显红色，A中生成氯化亚铁，B中生成氯化铁，C中生成硫酸亚铁，D中生成硫酸亚铁。

3．（2020·辽宁高一期末）已知下述三个实验均能发生化学反应：

下列判断错误的是（   ）

A．实验①中铁钉只做还原剂 B．实验②中发生了氧化还原反应

C．实验③中发生的是置换反应 D．上述实验证明氧化性：Cl2＞Fe3+＞Cu2+＞Fe2+

【答案】C

【解析】

A.由于铁比铜活泼，所以实验①中发生反应Fe+Cu2+＝Fe2++Cu，铁作还原剂置换出铜，A正确；

B.实验②中氯水中的氯气具有强的氧化性，能将Fe2＋氧化为Fe3＋，发生氧化还原反应

2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl－，B正确；

C.由于Fe3＋具有较强的氧化性，将铜氧化为Cu2＋，而自身还原为Fe2＋，化学方程式为Cu+2Fe3+＝2Fe2++Cu2+，故发生的不是置换反应，C错误；

D.实验②能够说明氯气的氧化性强于Fe3＋，实验③能够反应说明Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，所以氧化性强弱顺序为Cl2＞Fe3+＞Cu2+，D正确；

答案选C。

4．（2020·湖南高二期末）向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100mL浓度为1.00mol/L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，有气体放出，所得溶液中加入KSCN溶液后无血红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量此混合物，能得到铁的质量是（   ）

A．11.2g B．5.6g C．2.8g D．1.4g

【答案】C

【解析】

【分析】

盐酸恰好使混合物完全溶解，盐酸没有剩余，向反应所得溶液加KSCN溶液无血红色出现，说明溶液为FeCl2溶液，根据氯元素守恒可以知道n(FeCl2)=n(HCl)；用足量的CO在高温下还原相同质量的混合物得到铁，根据铁元素守恒可以知道n(Fe)=n(FeCl2)，据此结合m=nM计算得到的铁的质量。

【详解】

盐酸恰好使混合物完全溶解，盐酸没有剩余，向反应所得溶液加KSCN溶液无血红色出现，说明溶液为FeCl2溶液，根据氯元素守恒可以知道n(FeCl2)=n(HCl)=×0.1×1=0.05mol；用足量的CO在高温下还原相同质量的混合物得到铁，根据铁元素守恒可以知道n(Fe)=n(FeCl2)=0.05mol，质量为0.05×56=2.8g；综上所述，本题正确选项C。

5．（2020·瓦房店市高级中学高一期末）在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g铜，完全溶解后，再加b g铁，充分反应后得到c g残余固体，且a>c，则下列说法正确的是（     ）

A．最后得到的溶液中一定含有Cu2+ B．残余固体是铜和铁

C．将残余固体加入到稀H2SO4中，有气泡产生 D．最后得到的溶液中可能含有Fe3+

【答案】A

【解析】

【分析】

发生的反应有：2Fe3＋+Cu=2Fe2＋+Cu2＋，Cu2＋+Fe=Cu+Fe2＋，a＞c，说明铜没有被完全置换出。

【详解】

A、由于a＞c，说明铜没有被完全置换出，则溶液中一定存在Cu2＋，故A正确；

B、由于a＞c，说明铜没有被完全置换出，残余固体中没有铁，故B错误；

C、残余固体中没有铁，将残余固体加入到稀H2SO4中，没有气泡产生，故C错误；

D、铜有剩余，发生的反应有：2Fe3＋+Cu=2Fe2＋+Cu2＋，则一定不存在Fe3＋，故D错误；

故选A。

【点睛】

本题考查混合物反应的过量问题，解题关键：注意氧化性和还原性的强弱顺序．

6．在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是（   ）

A．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋

B．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，可能含Cu2＋和Fe3＋

C．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3＋和Fe2＋，一定不含Cu2＋

D．若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋和Fe3＋

【答案】D

【解析】

加入铁屑后，依次发生：2Fe3＋+Fe=3Fe2+ ，Fe+Cu2＋=Cu+Fe2＋；

由上表看出，答案为D。

7．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离子方程式：________。

（3）某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜，并重新获得纯净的FeCl3溶液，准备采用下列步骤：

请写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式。

①________，④________。

（4）要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+，进行如下实验操作时的最佳顺序为________。

①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液

A．①③     B．③②     C．③①    D．①②③

（5）写出向②⑤的混合液中通入⑥的离子方程式：________。

【答案】  KSCN  溶液变成血红色  2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋  Fe  HCl  C  2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－

【解析】

（1）本题考查Fe3＋检验，检验Fe3＋常用KSCN溶液，如果溶液变为血红色，说明含有Fe3＋，反之不含有；（2）本题考查Cu和Fe3＋反应，离子反应方程式为Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋；（3）本题考查化学工艺流程，本实验目的是回收铜和制取纯净的FeCl3，向废液中加入过量的铁屑，然后过滤，滤液为FeCl2，滤渣为Cu和Fe，因为铁能与盐酸反应，铜和盐酸不反应，因此滤渣③中加入过量的盐酸，过滤，得到金属铜，两种滤液合并，通入氯气，把Fe2＋氧化成Fe3＋；（4）本题考查离子检验，检验某溶液中不含Fe3＋，含Fe2＋，应先加KSCN溶液，溶液不变红，说明不含Fe3＋，再加入氧化剂，溶液变红，说明原溶液中含Fe2＋，不含Fe3＋，氧化剂不能是酸性高锰酸钾溶液，因为高锰酸钾溶液能氧化KSCN，故选项C正确；（5）本题考查离子反应方程式的书写，⑥为氯气，发生的离子反应方程式为2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。