鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 铁的多样性学案设计

亚铁盐和铁盐　铁的单质

一、铁及铁元素的存在

1．含量：铁元素在地壳中的含量处于第四位，仅次于氧元素、硅元素和铝元素。

2．存在形态

(1)游离态：如陨铁。

(2)化合态：

　杜甫是唐代伟大诗人，他的代表作之一——《自京赴奉先县咏怀五百字》中有句千古名句：“朱门酒肉臭，路有冻死骨。”这里为何称为“朱门”呢？

[提示]　古代王公贵族的住宅大门用三氧化二铁漆成红色，表示尊贵，称为“朱门”，后来借指富贵人家。

二、亚铁盐和铁盐

1．亚铁盐和铁盐的组成

2．亚铁盐和铁盐的性质探究(以FeSO4、FeCl3为例)

(1)预测

①从物质类别预测Fe2＋和Fe3＋性质：

FeSO4和FeCl3都属于盐类，能和碱反应生成Fe(OH)2及Fe(OH)3。

②从化合价角度：Fe3＋具有较强氧化性；Fe2＋既有氧化性又有还原性。

(2)实验方案

①证明Fe2＋、Fe3＋与OH－能反应，需向亚铁盐、铁盐溶液中滴加碱性试剂，如NaOH溶液。

②证明Fe3＋具有氧化性，需加入还原剂，如铁、铜、KI溶液。

③证明Fe2＋具有氧化性，需加入还原剂，如锌，证明其具有还原性，需加入氧化剂，如氯水、酸性KMnO4等。

④知识支持：a.Fe3＋的特征反应：Fe3＋和KSCN溶液反应，溶液显红色，离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。

3．实验步骤、现象和结论

(1)Fe2＋、Fe3＋与碱的反应

(2)Fe3＋的氧化性实验探究

(3)Fe2＋的氧化性和还原性实验探究

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Fe2＋的价态为中间价态，要证明其有氧化性应加入还原剂，如铜 (　　)

(2)Fe3＋和KSCN溶液反应生成红色沉淀 (　　)

(3)将SO2气体通入FeCl3溶液中，溶液颜色由黄色变为淡绿色，说明Fe3＋有氧化性 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√

　为消除废气中的Cl2对环境的污染，将废气通过含有铁粉的FeCl2溶液，即可有效地除去Cl2，这一处理过程的原理是什么？处理过程中需定期添加的原料是什么？

[提示]　向含有铁粉的FeCl2溶液中通入Cl2，发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，起到吸收氯气的作用，处理过程中需定期添加铁粉，保证反应持续发生。

三、铁单质

1．物理性质

2．化学性质

(1)与酸反应生成氢气：

与盐酸、硫酸反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

(2)与某些盐溶液发生置换反应：

与硫酸铜溶液反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。

(3)与非金属反应

①与氧气反应：3Fe＋2O2Fe3O4。

②与氯气反应：2Fe＋3Cl22FeCl3。

(4)铁与水的反应：

①铁与冷水不反应，但在空气中的氧气和水蒸气的作用下，易腐蚀。

②铁与水蒸气的反应：

　铸剑是我国的一项传统技艺，铸剑师选择合适的原料，铁或者铜矿石，然后加热倒在一个模具中，冷却，经过捶打打磨，淬火而成。淬火就是把捶打过的剑再烧红趁热放入冷水中。取出后宝剑表面形成一层氧化膜。那么，宝剑在淬火过程中发生了什么反应？

[提示]　淬火过程中剑身表面的铁与水发生反应生成了一层坚硬的四氧化三铁。

实验室中常见的可溶性的亚铁盐有FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等，其溶液是浅绿色，亚铁盐中Fe2＋易被氧化，故其晶体应密闭保存。常见的可溶性的铁盐有FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等，其溶液一般呈黄色。铁盐固体易潮解，也应密闭保存。

[问题1]　FeCl2溶液中混有少量FeCl3时，如何除去杂质？

[提示]　向溶液中加入足量的铁粉，使FeCl3和Fe充分反应生成FeCl2，然后过滤除去多余的Fe。

[问题2]　若用过量的锌和FeCl3溶液反应，产物是FeCl2吗？

[提示]　产物不是FeCl2。因为锌比铁活泼，所以过量的锌会和FeCl2反应生成Fe。

[问题3]　FeCl3溶液中混有FeCl2时，如何除去杂质？

[提示]　向溶液中加入足量的氯水，使FeCl2转化为FeCl3。

[问题4]　FeCl2溶液中混有CuCl2时，如何除去杂质？

[提示]　加入铁粉，使Cu2＋转化为Cu，过滤除去。

[问题5]　为什么保存硫酸亚铁溶液时常加入少量铁粉？

[提示]　Fe2＋具有较强的还原性，易被氧化变质，向盛放亚铁盐溶液的试剂瓶中加入少量铁粉的目的是防止Fe2＋被氧化为Fe3＋。

Fe2＋和Fe3＋的性质及应用

1．Fe2＋既有氧化性又有还原性

如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。

2．Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价的亚铁离子或0价的铁

如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。

3．含铁物质的分离与除杂

1．探究Fe2＋的还原性和Fe3＋的氧化性可选用的一组试剂是(　　)

A．铁粉、铜粉

B．氯水、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液

C．氯水、铜粉、KSCN溶液

D．铜粉和KI­淀粉试纸

C　[A项，铁粉、铜粉只与Fe3＋反应，不能探究Fe2＋的还原性；B项，不能探究Fe3＋的氧化性；D项，不能探究Fe2＋的还原性。]

2．某化学小组为验证Fe3＋与Fe2＋能够相互转化，进行如下实验。

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＋

B　[向FeCl3溶液中加入过量铁粉，Fe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．将单质Fe、Cu与FeCl3、FeCl2、CuCl2溶液一起放进某容器内，根据下述不同情况，填写金属或金属离子。

(1)充分反应后，如果Fe有剩余，则溶液中不可能有________。

(2)充分反应后，如果溶液中还有大量Fe3＋，则还含有________，一定没有________剩余。

(3)充分反应后，如果容器内有较多Cu2＋和相当量的Cu，则容器内不可能有________。

[解析]　根据Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，若Fe有剩余，则溶液中只有Fe2＋，不可能有Fe3＋、Cu2＋。如果溶液中还有大量Fe3＋，则还含有Cu2＋和Fe2＋，一定没有Fe和Cu剩余。如果容器内有较多Cu2＋和相当量的Cu，Fe能置换出铜，Fe3＋能氧化Cu，则容器内不可能有Fe3＋和Fe。

[答案]　(1)Fe3＋、Cu2＋　(2)Cu2＋、Fe2＋　Fe、Cu　(3)Fe3＋、Fe

[问题1]　已知2Fe＋3Cl22FeCl3和Fe＋SFeS，请判断Cl2与硫单质氧化性的强弱？

[提示]　Cl2能将Fe氧化为＋3价，硫单质只能将Fe氧化为＋2价，说明Cl2的氧化性强于单质硫。

[问题2]　在课堂分组实验中，小明同学不小心将少量铁粉混入铜粉中。小明同学欲将混合物遗弃，被小兵同学阻止，小兵运用所学知识成功将少量铁粉除去。除去铜粉中混有的铁粉，可选用FeCl3溶液吗？若不可以，可以选用什么试剂？另外还可以用什么方法？

[提示]　不可以。由于FeCl3不仅与Fe反应，而且能与Cu反应，故不可以用FeCl3溶液除去铜粉中混有的铁粉；H2SO4和CuSO4溶液均与Fe反应而不与Cu反应，故可用H2SO4或CuSO4溶液除去铜粉中混有的铁粉。另外，铁能被磁铁吸引而铜不会，故也可用磁铁吸出铁粉。

1．Fe与冷水、热水不反应，Fe与H2O(g)高温下反应的产物是Fe3O4，而不是Fe2O3。

2．铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。

3．铁分别与氯气和盐酸反应所得产物中铁元素的价态不同，Fe与Cl2反应，不论Cl2用量多少都生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。

4．Fe与Br2反应生成FeBr3，但与I2反应时生成FeI2，通过这一事实可以说明Br2的氧化性比I2强。

1．将铁片放入下列各溶液中，反应后溶液质量增加，但无气体产生的是(　　)

A．CuCl2溶液   B．AgNO3溶液

C．Fe2(SO4)3溶液   D．稀硫酸

C　[Fe能从CuCl2、AgNO3溶液中分别置换出Cu和Ag，而使溶液质量减轻；Fe与稀硫酸反应后溶液质量增加，但有气体产生；Fe＋Fe2(SO4)3===3FeSO4，溶液质量增加，且无气体产生。]

2．用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验，下列有关说法不正确的是(　　)

A．装置A的作用是为实验提供持续不断的水蒸气

B．装置B中反应的化学方程式是2Fe＋3H2O(g)Fe2O3＋3H2

C．装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰

D．点燃装置D处的气体前必须检验气体的纯度

B　[装置A是将液态H2O转化为气态H2O，与装置B中的铁粉在高温下发生反应，A项正确；铁粉与H2O(g)在高温下发生反应，生成Fe3O4和H2，B项错误；因生成的H2中含有较多的水蒸气，故需要用碱石灰等不与H2反应的干燥剂进行干燥，C项正确；不纯的H2在点燃时可能会发生爆炸，故在点燃H2前必须检验其纯度，D项正确。]

3．(1)有下列物质：

①O2　②AgNO3溶液　③CuCl2溶液　④稀硫酸

⑤FeCl3溶液　⑥Cl2　⑦水蒸气(高温)　⑧S，与Fe反应时只生成＋2价铁的化合物的是________(填序号，下同)，只生成＋3价铁的化合物的是________，既生成＋2价又生成＋3价铁的化合物的是________。

(2)试写出铁和水蒸气反应的化学方程式，并用双线桥法标出电子转移情况。

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

[答案]　(1)②③④⑤⑧　⑥　①⑦　

1．下列说法正确的是(　　)

A．我国在战国中期开始使用铁制品

B．自然界中的铁元素只存在于化合物中

C．铁能与所有金属的盐溶液反应生成亚铁盐和金属

D．高炉炼铁是用还原剂将铁从它的化合物中还原出来

D　[我国目前发现最早的铁制品是春秋初年秦国的铜柄铁剑，A项错误；自然界中的陨铁中的铁以单质形态存在，B项错误；铁只能将金属活动性比它弱的金属从其盐溶液中置换出来，C项错误；高炉炼铁是用CO等还原剂把铁从铁矿石中还原出来，D项正确。]

2．下列物质中，在一定条件下与铁反应，且铁元素的化合价能变为＋3价的是(　　)

A．氯化铁溶液   B．氯气

C．硫酸铜溶液   D．稀盐酸

B　[Fe和氯气反应生成FeCl3。]

3．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===2FeCl3

C．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↓

D　[Fe和HCl反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，A错；Cl2和FeCl2反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，B错；FeCl3和Fe反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，C错。]

4．下列关于铁与水反应的描述不正确的是(　　)

A．铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3

B．红热的铁能与水蒸气反应，产生的气体点燃时可发出爆鸣声

C．铁与水蒸气的反应是氧化还原反应

D．常温下，Fe与水不反应，但在空气中的O2作用下Fe能与水发生反应

A　[3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，固体产物是黑色的Fe3O4，Fe2O3是红棕色粉末，A项错误；产生的气体为H2，不纯的H2在空气中点燃时能发出爆鸣声，B项正确；由于反应中有元素化合价发生改变，所以Fe与水蒸气的反应是氧化还原反应，C项正确；常温下，铁在潮湿的空气中会被缓慢氧化，D项正确。]

5．某化学兴趣小组利用下列试剂：铁粉、锌粉、0.1 mol·L－1FeCl3溶液、0.1 mol·L－1 FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水，探究Fe2＋、Fe3＋的氧化性、还原性，并利用实验结论解决一些问题。

(1)用所给试剂写出体现Fe2＋具有还原性的反应的化学方程式：____________________________________________________________________。

(2)设计实验方案，完成下列表格。

(3)该兴趣小组为说明“Fe2＋具有氧化性”，提出了向FeCl2溶液中加入锌粉，观察实验现象的方案，该反应的离子方程式为________________。

(4)某反应中反应物与生成物有Fe3＋、Mn2＋、H＋、MnO、H2O和一种未知离子X，已知MnO在反应中得到电子，则X离子是________。

[解析]　(1)在反应中Fe2＋作还原剂，体现其还原性，因此应选择氧化剂，所以选用氯水，反应为2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。

(2)向FeCl3溶液中加入铁粉，发生的反应为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，所以溶液由棕黄色变为浅绿色。向FeCl2溶液中滴加KSCN溶液不变红。

(3)向FeCl2溶液中加入锌粉，离子反应为Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。

(4)已知MnO得电子，故MnO是氧化剂，Mn2＋为还原产物，则题目提供的Fe3＋是氧化产物，故还原剂为Fe2＋。即X为Fe2＋。

[答案]　(1)2FeCl2＋Cl2===2FeCl3　(2)浅绿色　不变色

(3)Fe2＋＋Zn===Zn2＋＋Fe　(4)Fe2＋