高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第二单元 探究铁及其化合物的转化导学案

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知识点 Fe3＋、Fe2＋与碱的反应的探究
1．铁的氢氧化物的制备
实验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁的实验如图所示：
图甲 图乙
(1)图甲实验中观察到的现象是有红褐色沉淀生成。
反应的离子方程式是Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
(2)图乙实验中先观察到有白色沉淀生成，迅速变成灰绿色 ，最后变成红褐色，反应的化学方程式是
①FeSO4＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋Na2SO4；
②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
2．Fe2＋的检验方法
(1)观察法：浅绿色溶液中含有Fe2＋。
(2)加碱法：若先产生白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变为红褐色沉淀的为Fe2＋。
(3)加KSCN：先加KSCN溶液，无现象，再加入氯水，若溶液变血红色的为Fe2＋。反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
3．Fe(OH)2和Fe(OH)3性质的比较
判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁沉淀。(×)
(2)Fe3O4中铁的化合价有＋2和＋3价，是一种混合物。(×)
(3)Fe(OH)3不能利用化合反应生成。(×)
(4)由于Fe(OH)2易被氧化，所以在制备时要隔绝空气。(√)
(1)教材中描述“FeSO4溶液中加入NaOH溶液，会产生白色絮状沉淀并迅速变为灰绿色，最后变为红褐色”。试从氧化还原反应的角度分析原因。
提示：FeSO4溶液中的Fe2＋与OH－反应生成白色的Fe(OH)2沉淀，Fe(OH)2沉淀中的Fe2＋具有还原性，与空气中具有氧化性的O2发生了氧化还原反应，被氧化为Fe3＋，即生成了红褐色的Fe(OH)3沉淀。
(2)用FeSO4溶液与NaOH溶液反应制取Fe(OH)2沉淀，为防止Fe(OH)2沉淀被氧化，在FeSO4溶液上面覆盖一层苯，是否可以？将苯换为四氯化碳呢？
提示：苯的密度小于水且不溶于水，浮在溶液上面，隔绝了氧气，能防止Fe(OH)2沉淀被氧化。四氯化碳密度大于水，不能防止Fe(OH)2沉淀被氧化。
(3)在空气中分别加热Fe(OH)2沉淀和Fe(OH)3沉淀，产物是否相同？
提示：相同。在空气中加热时，Fe(OH)2沉淀会先被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3沉淀，Fe(OH)3不稳定，受热易分解：2Fe(OH)3eq \(=====,\s\up10(△),\s\d10( ))Fe2O3＋3H2O。
[问题1] Fe3O4中Fe有＋2、＋3两种价态，可表示成FeO·Fe2O3形式，请类比写出Fe4O5的表示形式：
2FeO·Fe2O3。
[问题2] 氢氧化亚铁制备实验的改进
方案一：有机覆盖层法
(1)配制NaOH和FeSO4溶液的蒸馏水要经过________，目的是________________。
(2)在FeSO4溶液表面覆盖一层苯，作用是____________________________
________________________________________________________________。
方案二：还原性气体保护法
在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
Ⅰ Ⅱ
思考解答下列问题：
(3)在试管Ⅰ里加入的试剂是____________________________。
(4)在试管Ⅱ里加入的试剂是___________________________。
(5)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，塞紧塞子后的实验步骤是______________________________________________________
__________________________________________________________________。
(6)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是____________
______________________________________________________________。
[答案] (1)加热煮沸 赶走溶解的氧气 (2)隔绝空气中的氧气 (3)稀H2SO4、铁屑 (4)NaOH溶液 (5)打开止水夹a，待试管Ⅰ中反应生成的氢气排净装置中的空气后，再关闭止水夹a (6)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入
1．制备Fe(OH)2的关键是隔绝空气(O2)，以下为可采取的措施
(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。
(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。
(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。
(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。
2．用碱溶液检验Fe2＋和Fe3＋的对比
1．(2021·苏州高一检测)下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
① ② ③
A．①② B．①③ C．②③ D．①②③
B [因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3，故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的空气或氧气。装置①是先用H2将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；③中液面上加苯阻止了空气进入；②由于能接触到空气中的O2，故不能较长时间观察到白色沉淀。]
2．电子工业上使用的印刷电路板，是在敷有铜膜的塑料板上以涂层保护所要的线路，然后用三氯化铁浓溶液作用掉(腐蚀)未受保护的铜膜后形成的。某工程师为了从使用过的腐蚀废液(含有大量CuCl2、FeCl2和FeCl3，任意排放将导致环境污染及资源的浪费)中回收铜，并将铁的化合物全部转化为FeCl3溶液作为腐蚀液原料循环使用，准备采用下列步骤：
(1)步骤Ⅰ的操作名称：________；所需玻璃仪器：____________________
_______________________________________________________________。
(2)写出FeCl3溶液与铜箔发生反应的离子方程式：____________________
______________________________________________________________。
(3)检验废腐蚀液中是否含有Fe3＋所需试剂名称：________，实验现象：____________________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(4)向②中加入NaOH溶液并长时间暴露在空气中，此过程的现象：__________________________________________________________________
_______________________________________________________________，
此转化的化学方程式为___________________________________________
______________________________________________________________。
(5)写出③中所含物质：________________，⑥发生反应的离子方程式：________________。
[答案] (1)过滤 烧杯、漏斗、玻璃棒
(2)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(3)硫氰化钾 溶液由棕黄色变为血红色
(4)先产生白色絮状沉淀，然后迅速变为灰绿色，最终变为红褐色 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(5)Fe、Cu 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
1．氢氧化铁在化学工业中可用作吸收剂，也可用于制药。实验室能够制得氢氧化铁的一组试剂是( )
A．氯化铁溶液和烧碱溶液
B．氧化铁和烧碱溶液
C．氧化铁和水
D．铁和水蒸气
[答案] A
2．在空气中氢氧化亚铁白色沉淀可转化为红褐色沉淀。关于该反应的下列叙述中不正确的是( )
A．生成物为氢氧化铁
B．该反应是化合反应
C．该反应是氧化还原反应
D．氢氧化亚铁作氧化剂
[答案] D
3.下列关于氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中不正确的是( )
A．氢氧化亚铁易被氧气氧化
B．氢氧化亚铁为灰绿色絮状沉淀
C．可利用如图所示的装置制备氢氧化亚铁
D．实验中所用氢氧化钠溶液应预先煮沸
B [氢氧化亚铁(纯净的)是白色絮状沉淀，在空气中易被氧气氧化。实验室可利用亚铁盐溶液与碱溶液反应制备氢氧化亚铁，例如用FeSO4溶液与NaOH溶液反应来制备Fe(OH)2。为了防止Fe(OH)2被空气中的氧气氧化，所用氢氧化钠溶液应预先煮沸将氧气排出；然后利用题给装置制备Fe(OH)2，且滴加NaOH溶液的胶头滴管应插入FeSO4溶液中；当制得的Fe(OH)2部分被氧化时呈灰绿色。故A、C、D项均正确。]
4．人类最早发现铁是从天上落下的陨石，埃及人把铁叫做“天石”。下列有关铁及其化合物的说法正确的是( )
A．铁的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，它们都是黑色的固体
B．铁的氢氧化物Fe(OH)2、Fe(OH)3的混合物可能是灰绿色
C．鉴别Fe2＋中混有Fe3＋，可先加入氯水，再加入KSCN溶液
D．铁的合金生铁比纯铁硬度大，熔点高
[答案] B
5．如图所示装置可用来制备Fe(OH)2，并观察其在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6 ml·L－1的硫酸，其他试剂任选。
填写下列空白：
(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是__________________________________________________
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)实验开始时先将止水夹E________(填“打开”或“关闭”)，C中收集到气体的主要成分是________。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：_________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(4)拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析] 实验开始时先打开止水夹E，让H2把A、B装置中的空气排出，让Fe(OH)2在H2气氛中生成，以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭止水夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。
[答案] (1)铁屑 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)打开 H2
(3)关闭止水夹E，使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3学 习 任 务
1.通过实验掌握Fe(OH)2的制备原理及化学性质。
2.在制备物质时，学会合理选择并控制好反应的条件。
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
物质类别
二元弱碱
三元弱碱
颜色状态
白色固体
红褐色固体
溶解性
不溶于水
不溶于水
与非氧化性强酸反应
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
稳定性
Fe(OH)2eq \(=====,\s\up10(△),\s\d10( ))FeO＋H2O(隔绝空气)
2Fe(OH)3eq \(=====,\s\up10(△),\s\d10( ))Fe2O3＋3H2O
氢氧化亚铁的制备实验探究
Fe2＋
Fe3＋
加碱
(NaOH)
法
①现象：白色沉淀eq \(――→,\s\up10(迅速),\s\d10( ))灰绿色eq \(――→,\s\up10(最终),\s\d10( ))红褐色沉淀
②反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(红褐色)
①现象：红褐色沉淀
②反应：
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色)