人教版高中化学必修第一册第三章铁金属材料课时学案
展开铁及其化合物的性质
[实验探究]
一、实验目的
1.认识铁及其化合物的重要化学性质。
2.学会铁离子的检验方法。
3.认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。
二、实验用品
1.试剂
CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、KMnO4酸性溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。
2.仪器
试管、胶头滴管。
三、实验方案设计
1.性质预测及转化关系
2.试剂分类
氧化剂:CuSO4溶液、KMnO4酸性溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液。
还原剂:锌片、铜片、铁粉、铁丝、FeCl2溶液、FeSO4溶液。
指示剂:KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液。
四、实验方案实施
1.铁单质的还原性
在一支试管中加入2 mL CuSO4溶液,再将一段铁丝放入CuSO4溶液中。过一会儿,取出铁丝,观察到的现象是铁丝表面有红色固体析出。化学方程式:CuSO4+FeFeSO4+Cu。
2.铁盐的氧化性
(1)取3 mL FeCl3稀溶液加入试管中,加入几小块铜片,振荡,过一会儿,观察到的现象是铜片被腐蚀,溶液由淡黄色变为浅绿色,化学方程式:Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2。
(2)在一支盛有3 mL水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液,再滴加3滴KI溶液,观察到的现象是溶液由淡黄色变成棕色,然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液,溶液变蓝,离子方程式:2F+2I-2Fe2++I2。
3.亚铁盐的氧化性和还原性
(1)取3 mL FeCl2溶液加入试管中,加入几小块锌片,振荡,过一会儿,观察到的现象是溶液变为无色,化学方程式:FeCl2+ZnZnCl2+Fe。
(2)在一支试管中加入少量KMnO4酸性溶液,然后向试管中加入少量FeSO4溶液,观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时,再滴加2滴KSCN溶液,观察到的现象是溶液变红色,化学方程式:10FeSO4+2KMnO4+8H2SO45Fe2(SO4)3+2MnSO4+8H2O+K2SO4。
4.铁离子的检验
(1)在一支试管中加入2 mL蒸馏水,再滴加几滴FeCl3稀溶液,然后滴加几滴KSCN溶液,观察到的现象是溶液变红色。
(2)在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液,然后加入适量铁粉,轻轻振荡片刻,溶液变绿色,再滴加几滴KSCN溶液,溶液无明显变化。化学方程式:2FeCl3+Fe3FeCl2。
五、问题和讨论
问题1:根据以上的实验及所学的知识,说明以铁屑为原料,制备和保存硫酸亚铁溶液时应该注意什么?
提示:由于亚铁盐易被氧化,所以在制备过程中要保证铁屑过量;密封保存,并加入适量还原铁粉。
问题2:以废铁屑为原料,如何制备硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)?试写出其简易流程。
提示:废铁屑→酸浸→结晶(蒸发浓缩、降温结晶)→过滤→硫酸亚铁晶体。
问题3:如何检验制备的硫酸亚铁晶体是否变质?如何检验Fe2(SO4)3溶液中是否有杂质FeSO4?
提示:取少量制备的晶体,溶于水后滴加KSCN溶液,观察溶液颜色变化,如果溶液变红,则说明已变质;在一支试管中加入少量酸性KMnO4溶液,然后向试管中滴加Fe2(SO4)3溶液,若酸性KMnO4溶液紫色褪去,则说明含有FeSO4杂质,反之则无。
问题4:若向FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入一定量的铁粉,充分反应后若铁粉剩余,溶液中存在的是哪种金属离子?若无固体剩余,溶液中存在的是哪种金属离子?
提示:Fe2+;Fe2+、Fe3+、Cu2+或Fe2+、Cu2+。
[实验专练]
1.向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化。当再滴入几滴新制氯水后,混合溶液变成红色,则下列结论错误的是( B )
A.该溶液中一定含有SCN-
B.氧化性:Fe3+>Cl2
C.Fe2+与SCN-不能形成红色物质
D.Fe2+被氧化为Fe3+
解析:溶液中的Fe2+与加入的新制氯水发生反应:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,故氧化性:Fe3+<Cl2;能使含Fe3+的溶液变为红色,说明原溶液中一定含有SCN-;因原溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,说明Fe2+与SCN-不能形成红色物质。
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 | ⅰ.溶液由黄色变为浅绿色 |
②滴加KSCN溶液 | ⅱ.溶液无明显变化 |
③再滴加几滴氯水 | ⅲ.溶液变红 |
下列分析不正确的是( B )
A.解释现象ⅰ的反应:2Fe3++Fe3Fe2+
B.实验②与③可以调换顺序
C.实验③涉及反应:Cl2+2Fe2+2Cl-+2Fe3+
D.氧化性:Cl2>Fe3+>Fe2+
解析:向FeCl3溶液中加入过量铁粉,铁与Fe3+反应生成Fe2+,溶液由黄色变为浅绿色,A正确;先加氯水,Fe2+被氧化为Fe3+,再加KSCN溶液,溶液变红,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.用电解法处理某废水,所得溶液中含有Fe2+、Fe3+、Cu2+,向所得溶液中加入铁粉。对加入铁粉充分反应后的溶液,分析合理的是( A )
A.若溶液中有Fe3+,则无固体剩余
B.若溶液中有Fe2+,则有固体存在
C.若没有固体析出,则溶液中一定有Fe3+
D.若有Cu析出,则溶液中一定有Fe3+
解析:氧化性顺序:Fe3+>Cu2+,因此若溶液中有Fe3+,则铁粉不足,无固体剩余,若有Cu析出,则溶液中一定已没有Fe3+,故A正确、D错误;溶液中始终有Fe2+,不能判断是否有固体存在,B错误;若没有固体析出,说明铁粉不足且未与Cu2+反应,则溶液中可能有Fe3+,也可能已恰好完全反应,C错误。
4.某同学欲探究某袋敞口放置一段时间的名为“硫酸亚铁家庭园艺精品肥料”的化肥的主要成分及相关性质。首先对该化肥的成分进行了如下假设:
a.只含有FeSO4
b.含有FeSO4和Fe2(SO4)3
c.只含有Fe2(SO4)3
将化肥固体粉末溶于水得到溶液(记为X),进行如下实验:
序号 | 操作 | 现象 |
ⅰ | 取2 mL溶液X,加入1 mL 1 mol·L-1NaOH溶液 | 产生红褐色 沉淀 |
ⅱ | 取2 mL溶液X,加入1滴KSCN溶液 | 溶液显红色 |
(1)实验ⅰ中加入的1 mL 1 mol·L-1NaOH溶液中含有NaOH g。
(2)对实验ⅰ的预期现象是产生白色沉淀,后变为灰绿色,最后出现红褐色沉淀,预期产生该现象的依据是 、
(用化学方程式表示)。
(3)实验ⅱ现象说明假设 不成立。
为进一步验证假设,小组同学进行了以下实验:
序号 | 操作 | 现象 |
ⅲ | 取2 mL溶液X,加入1滴KSCN溶液,再加入1 mL水 | 溶液显红色 |
ⅳ | 取2 mL溶液X,滴入1滴酸性KMnO4溶液 | KMnO4溶液 紫红色褪去 |
(4)实验ⅳ中,KMnO4是该反应的 (填“氧化剂”或“还原剂”)。
(5)通过以上实验,可得到的结论是 。
解析:(1)实验ⅰ中加入的1 mL 1 mol·L-1NaOH溶液中含有NaOH的质量为0.001 L×1 mol·L-1×40 g·mol-1=0.04 g。
(2)对实验ⅰ的预期现象是产生白色沉淀,后变为灰绿色,最后出现红褐色沉淀,预期产生该现象的依据是FeSO4+2NaOHNa2SO4+Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。
(3)实验ⅱ现象说明溶液中含有Fe3+,则假设a不成立。
(4)实验ⅳ中,KMnO4将Fe2+氧化为Fe3+,从而说明KMnO4是该反应的氧
化剂。
(5)实验ⅲ表明溶液中含有Fe3+,实验ⅳ表明溶液中含有Fe2+,可得到的结论是该化肥的成分中含有FeSO4和Fe2(SO4)3 (或假设b成立)。
答案:(1)0.04
(2)FeSO4+2NaOHNa2SO4+Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
(3)a
(4)氧化剂
(5)该化肥的成分中含有FeSO4和Fe2(SO4)3(或假设b成立)
