化学必修 第一册第一节 铁及其化合物学案

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02
预习导学
自主梳理
一、Fe3＋和Fe2＋的检验方法
1．滴加KSCN溶液，溶液直接变红色，该溶液中含有______。
2．滴加KSCN溶液，无明显现象，再加新制氯水溶液变红色，该溶液中含有______。
二、铁盐、亚铁盐的性质与转化
Fe3＋、Fe2＋的相互转化
1．从化合价角不变度预测Fe2＋和Fe3＋的性质
具有盐的通性，与金属单质、碱、碱等发生反应。
如与碱(NaOH溶液)反应的离子方程式分别为：_______________________、______________________。
2．从化合价改变角度预测Fe2＋和Fe3＋的性质
（1）Fe2＋具有_______性和_______性，如硫酸亚铁与氯水反应的离子方程式为____________________。
（2）Fe3＋具有_______性，如硫酸铁与铁粉反应的离子方程式为____________________，也具有一定的还原性。如在碱性条件下用NaClO氧化硫酸铁制备Na2FeO4。
预习检测
1．（2023年北京清华大学附中期末）人体血红蛋白中含有Fe2＋，如果误食亚硝酸盐会使人中毒，因为亚硝酸盐会使Fe2＋变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可缓解亚硝酸盐中毒。说明维生素C具有
A．氧化性B．还原性C．酸性D．碱性
．（2023年河南省洛阳市期末）要想证明某溶液中是否含Fe3＋，下列操作中正确的是
A．加入铁粉B．滴加KSCN溶液C．通入Cl2D．加入铜片
3．（2023年北京市东城区期末）下列关于FeCl2和FeCl3的叙述中，不正确的是
A．二者溶液的相互转化均可通过化合反应实现
B．将铁粉加入氯水中，最终只能得到FeCl3溶液
C．酸性高锰酸钾溶液可作为鉴别二者溶液的试剂
D．分别向盛有FeCl2溶液和FeCl3溶液的试管中加入NaOH溶液，最终可得相同物质
4．（2022年四川省广安市期末）维生素C又称“抗坏血酸”，能帮助人体将食物中摄取的、不易吸收的Fe3＋转化为易吸收的Fe2＋，下列有关分析错误的是
A．维生素C具有还原性
B．Fe3＋转化为Fe2＋发生了氧化反应
C．维生素C药片应隔绝空气保存
D．向Fe3＋的溶液中加入Cu，也能将Fe3＋转化为Fe2＋
5．（2023年北京清华大学附中期末）制印刷电路板时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3＋Cu＝2FeCl2＋CuCl2。向盛有FeCl3溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是
A．烧杯中有铜、无铁B．烧杯中有铁、无铜
C．烧杯中铁、铜都有D．烧杯中铁、铜都无
6．（2022年江苏省江阴市期末）一定条件下，将一定量Fe3O4溶于过量盐酸生成FeCl2和FeCl3，分别取少量反应后的溶液进行以下实验，有关实验描述正确的是
A．滴加KSCN溶液，若溶液变红色证明溶液中含有Fe3＋
B．加入5.6 g铁粉恰好完全反应，则Fe3O4的质量为23.2 g
C．用溶液在铜片上写字，一段时间后洗去溶液，观察到铜片表面无明显现象
D．先向溶液中通入氯气，再滴加KSCN溶液，若变红色证明溶液中含有Fe2＋
►环节一 铁离子和亚铁离子的检验
情境材料
烧制砖瓦时，用富含铁元素黏土做成的坯经过烘烧后，铁的化合物氧化为红色的氧化铁(Fe2O3)，而制得红色的砖瓦。
烘烧完全后向窑内添加大量的煤炭后封窑约1天后，从窑顶向下慢慢浇水7天。水蒸气和窑内高温的炭发生化学反应 ，密闭的窑内会产生大量的还原气体H2和CO，它们把红色Fe2O3又逐渐还原成为青灰色的FeO、Fe3O4，而制得青砖。
问题探究
1．如何检验红砖含有＋3价的铁元素？
2．如何检验青砖含有＋2价的铁元素？
要点归纳
一、Fe2＋、Fe3＋的检验
1．观察法
溶液呈棕黄色eq \(\s\up 4(eq \(\s\up 2(含有),\s\d 4(——→))),\s\d 6())Fe3＋；溶液呈浅绿色eq \(\s\up 4(eq \(\s\up 2(含有),\s\d 4(——→))),\s\d 6())Fe2＋。
2．化学法
（1）Fe2＋检验
（2）Fe3＋检验
①在检验时Fe2＋，KSCN溶液和氯水的加入顺序不能颠倒！
②检验混合Fe2＋和Fe3＋混合溶液中Fe2＋时，通过滴加酸性酸性高锰酸钾溶液，根据紫红色是否褪去，判断混合溶液中是否含有Fe2＋。
③只有Fe3＋能与SCN－结合形成血红色物质(是溶液而不是沉淀)，Fe2＋遇到SCN－不会产生血红色物质。
④Fe2＋和Fe3＋的混合溶液中检验Fe2＋的方法
❶通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去说明含有Fe2＋(注意：Cl－等还原性的离子对Fe2＋的检验有干扰)。
❷待测溶液eq \(―――――――→,\s\up7(K3[Fe(CN)6]溶液))产生蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋。
典例精讲
【例1】（2022年湖南省娄底市新化县期末）为检验某溶液中是否含有Fe3＋，可以选择的试剂是
A．KSCN溶液B．AgNO3溶液
C．酸性KMnO4溶液D．BaCl2溶液
【例2】（2022年贵州省贵阳市期末）某生产企业的工业废水中含有大量的FeSO4和较多的CuSO4。为了变废为宝，技术人员计划从该废水中回收FeSO4和金属Cu，工艺流程如图所示。回答下列问题：
（1）“操作1”与“操作2”的名称为_________，在实验室中进行该操作时，所需要的玻璃仪器除烧杯外，还有___________________。
（2）加入试剂A的目的是将Cu2＋全部转化为Cu，以便回收铜单质，发生反应的离子方程式为______________________________。
（3）“滤渣”的成分为________________，加入的试剂B为__________(填化学式)。
（4）要鉴别“溶液2”中的金属阳离子，所需实验操作及实验现象是__________________________________________________________________________________________。
【例3】（2023年北京市海淀区期末）某补铁剂的主要成分是硫酸亚铁(FeSO4)，说明书中建议“本品与维生素C同服”。小组同学为探究其原理，用放置7天的FeSO4溶液(pH＞4)进行下列实验。
资料：维生素C(C6H8O6)又称抗坏血酸，易溶于水，其溶液呈酸性。
I．检验铁元素的价态
（1）i中观察到_______________________，说明溶液中存在Fe3＋。将FeSO4氧化的物质是_______。
（2）①小组同学推测，ii中溶液仍为无色是因为维生素C与Fe3＋发生了反应。补全该反应的离子方程式C6H8O6＋Fe3＋＝_____＋C6H6O6＋H＋。
②甲同学认为，可以取ii中溶液加入酸性KMnO4溶液验证反应产物。乙同学认为该方法不可行，理由是______________________________________________________________________。
（3）丙同学认为ii中检验方案不严谨，应考虑pH对反应的影响，依据是______________________。
II．探究pH对ii中反应的影响
小组同学补充了如下实验，继续探究pH对ii中反应的影响。
（4）判断下列关于实验结论的说法是否正确(填“对”或“错”)。
①pH对Fe3＋与SCN－的显色反应有影响。_______
②加维生素C后pH＜3，导致ii中未末检测出Fe3＋。_______
（5）反思实验i～iii，下列说法合理的是_____________(填序号)。
a．维生素C具有氧化性和酸性
b．同服维生素C可减缓补铁剂中FeSO4被氧化
c．使用KSCN检验Fe3＋时，宜先将溶液酸化
►环节二 铁离子和和亚铁的性质
情境材料
问题探究2
1．硫酸亚铁片这层包衣起什么作用？
2．保存FeSO4溶液时，加入铁钉的原理是什么？
要点归纳
二、Fe2＋、Fe3＋的性质
❶金属阳离子被还原不一定得到金属单质，如Fe3＋被还原时可能得到的是Fe2＋。
❷Fe3＋具有较强的氧化性，有时也表现还原性，如。
❸Fe2＋既有氧化性，又有还原性，但以还原性为主。
❹反应2Fe3＋＋Cu＝2Fe2＋＋Cu2＋应用于刻蚀铜电路板。
❺反应2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O常用于将溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋。
❻反应5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋＝5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O常用于检验Fe3＋的溶液中是否含有Fe2＋。
❼Fe2＋与Fe3＋转化关系的应用
典例精讲
【例4】(2023年江苏苏州下学期期末)一种利用废旧镀锌铁皮制备Fe3O4纳米粒子的工艺流程如下：
已知：Zn及其化合物与Al及其化合物的性质相似。下列说法不正确的是
A．“碱洗”的目的是为了去除废旧镀锌铁皮表面的锌
B．“氧化”时发生反应的离子方程式为2Fe2＋＋ClO－＋2H＋＝2Fe3＋＋Cl－＋H2O
C．“氧化”后的溶液中主要存在的金属阳离子：Fe3＋、Na＋
D．“加热沉铁”时通入N2是防止空气中的O2对产品造成影响
【例5】（2023年北京市通州区期末）电路板广泛用于计算机、手机等电子产品中。某兴趣小组拟制作带有“化学”标志的电路板并对废液进行回收利用。
Ⅰ、制作电路板
小组同学取一小块覆铜板，用油性笔在铜板上写出“化学”标志，然后浸入FeCl3溶液中，一段时间后，取出覆铜板并用水洗净，获得带有图案的印刷电路板和废液(如下图所示)。
（1）在覆铜板上制作出“化学”图案过程中发生反应的离子方程式为________________________。
（2）取少量废液于试管中，_______________________________________(填操作和现象)，则废液中含有Fe3＋。
Ⅱ、回收废液
（3）一种从腐蚀废液回收金属铜并获得氯化铁晶体的工艺流程如下。请根据流程，回答下列问题。(提示：为充分除去杂质，所加试剂均为过量)
ⅰ、腐蚀废液中加入药品①后，发生反应的离子方程式为_____________________________________。
ⅱ、④所代表的物质是___________(用化学式表示)。
ⅲ、操作方法a、b、c中是过滤的是___________(填序号)。
ⅳ、若取2 mL溶液⑤加入试管中，然后滴加氢氧化钠溶液，产生白色沉淀，___________________________________________(补全实验现象)，此过程涉及氧化还原反应的化学方程式是_________________________________________________________。
ⅴ、试剂⑥是Cl2时，发生反应的化学方程式是_____________________。
04
课堂总结
Fe2＋与Fe3＋的性质比较
Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的相互转化关系
0503
强化训练
1．（2023年江苏省南通市通州区期末）由铁及其化合物可制得铁红(Fe2O3)、氯化铁、绿矾 (FeSO4·7H2O)、高铁酸钾(K2FeO4)、铁黄(FeOOH)等物质。高铁酸钾是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，能与水反应生成氢氧化铁和氧气。铁黄可用作生产磁性材料、颜料的原料。在给定条件下，下列选项所示的铁或铁的化合物间转化均能实现的是
A．Feeq \(\s\up 4(eq \(\s\up 2(H2O(g)),\s\d 4(———→))),\s\d 5(高温))Fe2O3B．Feeq \(\s\up 4(eq \(\s\up 2(Cl2),\s\d 4(——→))),\s\d 5(点燃))FeCl2
C．FeI2(aq)eq \(\s\up 4(eq \(\s\up 2(足量Cl2),\s\d 4(———→))),\s\d 5())FeCl3(aq)D．Fe2O3eq \(\s\up 4(eq \(\s\up 2(H2O),\s\d 4(——→))),\s\d 4())Fe(OH)3
2．（2023年江苏省江阴高级中学期末）铁盐与亚铁盐在工业生产和生活中具有重要应用。三氯化铁在水溶液中易形成氢氧化铁胶体，具有吸附作用，可用作净水剂。三氯化铁溶液可用作印刷电路板刻剂，反应化学方程式为2FeCl3＋Cu＝2FeCl2＋CuCl2。硫酸亚铁溶液可用于脱除烟气中的二氧化硫等有害气体。下列离子能在印刷电路板的蚀刻废液中大量存在的是
A．H＋B．MnO4－C．OH－D．Ag＋
3．（2023年北京市石景山区期末）下列关于离子的检验方法及结论不正确的是
4．（2023年江苏省常州市下学期期中）铁元素的常见价态有＋2、＋3价，实验室可用赤血盐{K3[Fe(CN)6]}溶液检验Fe2＋，黄血盐{K4[Fe(CN)6]}溶液检验Fe3＋。硫铁矿烧渣中含有大量Fe2O3，工业上常用于制取绿矾(FeSO4·7H2O)。下列表示铁及其化合物相互转化的离子方程式正确的是
A．将Fe屑溶于稀盐酸：2Fe＋6H＋＝Fe3＋＋3H2↑
B．将Cu丝插入FeCl3溶液：3Cu＋2Fe3＋＝3Cu2＋＋2Fe
C．向FeCl3溶液中滴加氨水：Fe3＋＋3OH－＝Fe(OH)3↓
D．FeSO4溶液敞口放置在空气中：4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O
5．（2023年广东省东莞市期末）部分含铁物质的类别与相应化合价关系如图所示(f、g可溶于水)。下列推断不合理的是
A．a与H2O(g)高温下反应可实现a转化为c
B．g与Cu反应或b与H＋反应，均可得到f
C．可实现f→d→e→g→f的循环转化
D．由图可预测；高铁酸盐(FeO42－)具有强氧化性，可用于消毒
6．（2022年江苏省南通市通州区期末）由铁及其化合物可制得铁红(Fe2O3)、氯化铁、绿矾(FeSO4·7H2O)、高铁酸钾(K2FeO4)、铁黄(FeOOH)等物质。高铁酸钾是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，能与水反应生成氢氧化铁和氧气。铁黄可用作生产磁性材料、颜料的原料。由硫铁矿烧渣(主要含Fe2O3、CuO、SiO2)得到绿矾，再由绿矾制备铁黄的流程如下：
已知：SiO2难溶于水也难溶于盐酸、硫酸、硝酸等酸。下列说法不正确是
A．“酸浸”时应选用硫酸来溶解烧渣
B．“还原”时参加反应的与烧渣中Fe2O3、CuO满足：n(Fe)＞n(Fe2O3)＋n(CuO)
C．“氧化”时发生反应为4FeSO4＋8NH3·H2O＋O2＝4(NH4)2SO4＋4FeOOH↓＋2H2O
D．“氧化”时pH越高，越有利于制得纯净的铁黄
7．（2023年江苏省南通市如皋市期末）对FeCl3溶液腐蚀铜线路板后产生废液X进行回收处理，流程如下图。下列说法正确的是
A．废液X中一定存在c(Cu2＋)≤ EQ \f(1,6)c(Cl－)
B．溶液B为FeCl3溶液
C．实验室中进行操作①②时，需用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒
D．将操作②得到的Cu与溶液A混合，充分反应后，所得溶液与废液X成分完全相同
8．（2023年四川省内江市期末）化合价和物质类别是整理元素的单质及化合物知识的两个要素，可表示为“价－类”二维图。已知铁元素的“价－类”二维图如图所示。下列说法正确的是化合价
A．利用上述转化④，向NaOH溶液中滴加FeCl3饱和溶液，可制取Fe(OH)3胶体
B．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，迅速被氧化成Fe2O3
C．Fe(OH)2露置于空气中，可实现上述转化⑧，该反应既属于化合反应，又属于氧化还原反应
D．实验室中检验Fe2＋，先加入氯水可实现上述转化⑥，再加入KSCN溶液，溶液变红，证明溶液中含
9．(2023年江苏苏州下学期期末)一种利用废旧镀锌铁皮制备Fe3O4纳米粒子的工艺流程如下：
已知：Zn及其化合物与Al及其化合物的性质相似。下列说法不正确的是
A．“碱洗”的目的是为了去除废旧镀锌铁皮表面的油污及锌
B．“氧化”时发生反应的离子方程式为2Fe2＋＋ClO－＋2H＋＝2Fe3＋＋Cl－＋H2O
C．“氧化”后的溶液中主要存在的金属阳离子：Fe3＋、Na＋
D．“加热沉铁”时通入N2是防止空气中的O2对产品造成影响
10．（2023年广东省东莞市期末）实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。
已知：Fe2＋可与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀。
（1）分别取一定量硫酸铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 ml·L－1溶液。配制FeCl2溶液时需加入少量铁屑，目的是__________________________________。
（2）甲组同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为________________________________。
（3）乙组同学认为甲组实验不够严谨，该组同学用煮沸冷却后的水配制溶液，向2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是_____________________________。
（4）丙组同学取10 mL 0.1 ml·L－1 KI溶液，加入足量0.1 ml·L－1 Fe2(SO4)3溶液混合后，滴加淀粉溶液，出现蓝色，该现象说明氧化性：Fe3＋_______I2(填“＞”或“＜”)；另取2 mL FeCl2溶液，加入几小块锌片，实验现象为_______________________，说明Fe2＋具有_______。(填“氧化性”或“还原性”)。
（5）丁组同学为探究维生素C是否可将Fe3＋转化为Fe2＋，设计了如下实验。
其他组同学认为：根据该实验现象不能得出“维生素C可将Fe3＋转化为Fe2＋”的结论，原因是_______________________________________________________________；认为可另外设计实验验证结论是否正确：取a溶液少许，滴加______________，若出现_________________________________________，则结论正确。1．知道Fe3＋、Fe2＋的检验原理、试剂的选择及用显色法检验Fe2＋时试剂加入的顺序。
2．知道Fe2＋的强还原性、Fe3＋的强氧化性，能依据氧化还原反应原理选择适当的物质实现两者间的相互转化。
3．依据氧化还原反应原理理解Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化关系及应用。
FeCl3溶液中滴加KSCN溶液，溶液变红色
FeCl2溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，
再滴加氯水，溶液变红色
实验操作
实验现象
加少量铁粉振荡后，溶液变成浅绿色，
再加KSCN溶液，溶液颜色无变化
向上层清液中滴加新制氯水，
溶液变成红色
离子方程式
2Fe3＋＋Fe＝3Fe2＋
2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl－
Fe3＋＋3SCN－＝Fe(SCN)3
实验结论
Fe3＋遇到较强的还原剂时，会被还原成Fe2＋
Fe2＋在较强氧化剂的作用下会被氧化成Fe3＋
实验序号
试管中的试剂
实验操作及现象
i
2 mL放置后FeSO4溶液
滴加5滴KSCN溶液后，溶液变为浅红色
ii
2 mL放置后的FeSO4溶液，0.1 g维生素C
维生素C溶解，溶液pH＜3，滴加5滴KSCN溶液后，溶液仍呈无色
实验序号
试剂
实验操作及现象
iii
滴加5滴KSCN溶液后，溶液变为浅红色，浅红色比i中加深
硫酸亚铁片说明书中，药片上有层包衣。
保存FeSO4溶液时，常加入铁钉。
Fe3＋的氧化性
Fe2＋的还原性
判断离子共存
Fe2＋eq \(――→,\s\up6(不共存))NOeq \\al(－,3)(H＋)、ClO－(次氯酸根)、MnOeq \\al(－,4)(H＋)
Fe3＋eq \(――→,\s\up6(不共存))S2－、I－、SOeq \\al(2－,3)
除杂
溶液
杂质
除杂方法
FeCl2
FeCl3
加过量铁粉后过滤
FeCl3
FeCl2
通Cl2或加氯水或加H2O2
FeCl2
CuCl2
加过量铁粉后过滤
实验操作
现象
结论
A
取少量待测液于试管中，滴入适量硝酸银溶液，再加入少量稀硝酸
产生白色沉淀，且不溶于稀硝酸
溶液中含有Cl－
B
取已灼烧干净的铂丝醮取少量待测液，放在酒精灯外焰上灼烧
火焰呈黄色
溶液中含有Na＋
C
取少量待测液于试管中，滴入几滴硫氰化钾溶液
溶液变成红色
溶液中含有Fe3＋
D
取少量待测液于试管中，滴入氯化钡溶液
产生白色沉淀
溶液中含有SO42－
实验操作
实验现象
得出结论
取一定量Fe2(SO4)3溶液于试管中，加入维生素C片，振荡溶解得到溶液a，取a溶液少许，滴加酸性KMnO4溶液。
紫色褪去
维生素C可将Fe3＋转化为Fe2＋