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鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 铁的多样性课文配套课件ppt
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这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 铁的多样性课文配套课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了学习目标，任务分项突破，课堂小结提升，学科素养测评，自主梳理，银白色，铁的氧化物，磁性氧化铁，铁的氢氧化物，白色沉淀迅速等内容，欢迎下载使用。
1.通过铁与水蒸气反应的实验以及铝热反应在生产中的应用,深化对铁单质的还原性的认识。2.通过物质类别、元素价态的角度,依据复分解反应规律和氧化还原反应原理,理解并认识铁、铁的氧化物及氢氧化物的性质。3.通过了解含铁物质在生活中的应用,掌握铁元素价态的检验方案。
学习任务1 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
1.铁单质(1)物理性质。
(2)化学性质。①与酸反应生成氢气。与稀盐酸、稀硫酸反应的离子方程式为 。②与某些盐溶液发生 反应。与硫酸铜溶液反应的离子方程式为 。③与非金属单质反应。a.与氧气反应: .b.与氯气反应: .
④铁与水的反应。铁在高温下可与水蒸气反应: 。
变成灰绿色,最后变成红褐色
探究1 铁与水蒸气的反应
科学研究是人们探索自然现象和社会现象规律的一种认知过程。某位同学学习了铁粉与水蒸气的反应以后,利用教材中的实验装置进行了实验,发现存在以下问题:(1)棉花吸水量不好控制,要么产生水蒸气太少,要么会沿试管向下流,导致试管炸裂。(2)加热温度不好控制,当温度过低时,反应难以发生;温度过高,棉花会被炭化或烧焦,使得实验的成功率不高。于是该同学对实验进行改进,设计了图二的实验装置,试分析其设计的装置并回答相关问题。
问题1:图一能证明还原铁粉与水蒸气发生了反应的现象是什么?提示:肥皂泡不断增多上升,点燃有爆鸣声。问题2:图一装置中湿棉花的作用是什么?与图二中A、B、C、D哪个装置的作用一样?提示:提供水蒸气,与图二中A装置的作用一样。问题3:图二装置实验中,D处排出的气体几乎点不着,已知该装置不漏气,使用的各种药品没有质量问题,你认为气体点不着的可能原因是什么?应如何改进?提示:可能的原因为①产生的H2太少;②水蒸气过多。改进措施为①增加还原铁粉的用量;②控制烧瓶的加热温度,避免产生大量水蒸气(或增加干燥剂的用量)。
探究2 氢氧化亚铁的制备
由于氢氧化亚铁有很强的还原性,当用复分解反应制取氢氧化亚铁时,其很快就被溶解在水中的氧气氧化成氢氧化铁,所以在实验过程中很难观察到有白色的氢氧化亚铁沉淀生成,只能看到氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的中间产物:一些灰绿色的絮状沉淀,然后转化为红褐色的氢氧化铁沉淀。为了能得到白色的氢氧化亚铁沉淀,需要对实验措施进行改进,进行以下实验尝试。
问题4:实验室在配制制取Fe(OH)2所需要的FeSO4、NaOH溶液时,所用蒸馏水需要事先煮沸,为什么?提示:去除溶解在水中的氧气。问题5:当向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液时,需要用长滴管插入FeSO4溶液液面以下,再挤出NaOH溶液,这样操作的原因是什么?提示:避免滴加溶液时把空气中的O2带入溶液中,把生成的Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3。问题6:为了能长时间观察到Fe(OH)2的白色,你还有什么建议?提示:可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少许苯、煤油、植物油等有机溶剂来隔离空气。
方法一:有机覆盖层法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。
方法二:还原性气体保护法如图2所示,用H2将装置内的空气排尽后,关闭a弹簧夹,产生的H2把生成的FeSO4溶液压入B中与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀。
方法三:电解法(注:图3中A铁棒在该条件下可以在溶液中生成Fe2+)A铁棒在溶液中生成的Fe2+随即与NaOH溶液反应,生成Fe(OH)2白色沉淀,由于有苯层防护,可以长时间观察到白色沉淀。
题点一 铁与铁的氧化物
1.(2021·江西靖安月考)某学习小组进行了如图所示的实验,实验后组员之间的交流不合理的是( )A.甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰B.乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁C.丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中,加适量的水,加热也可实现该反应D.丁同学认为用盐酸溶解生成的固体所得溶液有颜色
解析:铁粉与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气,氢气燃烧产生蓝色火焰,故A、B正确;铁粉在高温下才能与水蒸气反应,与水加热不反应,故C错误;用盐酸溶解固体生成物得到氯化亚铁和氯化铁的混合溶液,溶液带有颜色,故D正确。
2.下列有关铁的氧化物的说法正确的是( )A.Fe3O4是黑色固体,有磁性B.Fe2O3既不溶于水,也不溶于酸C.FeO是碱性氧化物,可与H2O反应生成Fe(OH)2D.FeO、Fe2O3、Fe3O4中铁元素的化合价相同
解析:Fe3O4俗称磁性氧化铁,黑色晶体,具有磁性,故A正确;Fe2O3可与盐酸、硫酸等酸发生反应生成相应的盐,故B错误;FeO能与酸反应生成相应的盐和水,是碱性氧化物,但FeO不能与水直接发生反应,故C错误;FeO中铁元素为+2价,Fe2O3中铁元素为+3价,Fe3O4中铁元素既有+2价,也有+3价,故D错误。
3.按如图装置实验,不能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
解析:空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化生成红褐色Fe(OH)3,因而不能较长时间看到白色沉淀,A符合题意;苯层能够隔绝空气,在液面下NaOH与FeSO4发生复分解反应生成Fe(OH)2白色沉淀,并且能够长时间观察到白色沉淀,B不符合题意;Fe与H2SO4反应生成FeSO4、H2,H2能够将溶液及装置中的空气排出,FeSO4处于H2的惰性环境中,然后加入NaOH溶液,NaOH与FeSO4发生复分解反应产生Fe(OH)2白色沉淀,由于没有空气,因此Fe(OH)2不能被氧化产生红褐色Fe(OH)3,故能较长时间看到白色沉淀,C不符合题意;Fe与H2SO4反应生成FeSO4、H2,H2能够将A、B两个试管溶液中及装置中的空气排出,FeSO4处于H2的惰性环境中,然后关闭A的止水夹,反应产生的H2将A中FeSO4溶液压入B中的NaOH溶液,两者反应产生Fe(OH)2白色沉淀,由于装置中没有空气,因此Fe(OH)2不能被氧化产生红褐色Fe(OH)3,故能较长时间看到白色沉淀,D不符合题意。
4.(2022·云南玉溪期末)下列物质能通过化合反应制取的是( )①FeCl2 ②Fe2(SO4)3 ③Fe3O4 ④Fe(OH)2 ⑤Fe(OH)3 ⑥FeSA.①②③④⑤⑥B.仅①③⑤⑥C.仅③⑤⑥D.仅③④⑤⑥
学习任务2 铁及其化合物之间的转化关系
1.绘制铁及其化合物的“价—类”二维图
2.铁及其化合物间的转化关系(1)含有相同价态铁元素的物质之间的转化,可借助于 反应实现。(2)含有不同价态铁元素的物质之间的转化,可借助于 反应实现。3.补铁剂中铁元素价态的检验
探究 铁元素各种价态间的转化
铁元素是一种常见的变价金属元素,既有单质状态的0价,也有+2价的氧化亚铁、氢氧化亚铁以及各种亚铁盐,实验室中常见的可溶性的亚铁盐有FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等。还有+3价的氧化铁、氢氧化铁以及各种铁盐,常见的可溶性的铁盐有FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等。可溶性亚铁盐溶液呈浅绿色,由于其易被氧化,故其晶体应密闭保存。而铁盐溶液一般呈棕黄色,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: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3: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和ZnCl2。问题4: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+。
Fe、Fe2+、Fe3+间的相互转化关系——铁三角
1.Fe只有还原性,可以被氧化成+2价或+3价的铁。
3.Fe3+具有较强的氧化性,可被还原为+2价或0价的铁,通常被还原为Fe2+。(1)强还原剂,如Zn、Al、CO、H2等把Fe3+还原为Fe,往往需要高温条件。
1.(2021·宁夏银川期末)下列物质间的转化不能通过一步化合反应实现的是( )A.Fe→Fe3O4B.FeCl2→Fe(OH)2C.Fe→FeCl3D.FeCl3→FeCl2
解析:Fe和氧气发生化合反应生成Fe3O4,A不符合题意;FeCl2和可溶性碱发生复分解反应得到Fe(OH)2和盐,B符合题意;铁与氯气发生化合反应生成氯化铁,C不符合题意;FeCl3和铁发生化合反应生成FeCl2,D不符合题意。
2.(2021·甘肃玉门期末)在FeCl3和CuCl2的混合溶液中加入铁屑,反应结束后滤出固体物质,滤液中的阳离子可能是( )①只有Fe2+ ②Fe2+和Fe3+ ③Fe2+和Cu2+ ④Cu2+和Fe3+A.①③B.②④C.①④D.②③
解析:由于Fe3+能氧化Fe、Cu,充分反应后滤去固体物质,固体为Cu或Fe、Cu,所以滤液中一定无Fe3+,可排除②④,固体物质存在两种可能:a.当固体为铁、铜时,溶液中的Fe3+、Cu2+全部参加反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+、Cu2+,只含有Fe2+,故①正确;b.当固体为铜时,溶液中一定没有Fe3+,Cu2+恰好全部参加反应或部分反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+,可能含有Cu2+,一定含有Fe2+,故③正确,故选A。
3.(2022·湖北鄂州期末)元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具,它指的是以元素的化合价为纵坐标,以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。下图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法正确的是( )A.虽然Fe3+氧化性强,Fe2+还原性强,但是它们在溶液中不反应B.铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①C.FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②生成红棕色粉末D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,Fe(OH)2加水溶解可实现转化③
解析:若Fe3+与Fe2+在溶液中能发生反应,则必发生归中反应,但Fe元素在+2、+3价之间没有中间价态,所以它们在溶液中不反应,A正确;铁与高温水蒸气反应可生成Fe3O4,所以不能实现上述转化①,B不正确;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,生成Fe3O4,不能发生转化②,C不正确;加热Fe(OH)3发生转化⑥,Fe(OH)2加水不溶解,不能实现转化③,D不正确。
4.如图是物质间发生化学反应的颜色变化,下表选项物质对应正确的是( )
解析:N不能是氢氧化钡,因为它与硫酸铁反应除了生成硫酸钡,还会生成氢氧化铁,为红褐色沉淀,故A不符合题意;P不能为氧化亚铁,它不能与硫酸铁反应生成亚铁离子,故B不符合题意;M若为氢氧化钠,与硫酸铁反应生成氢氧化铁,为红褐色沉淀,N若为硝酸钡,与硫酸铁反应生成硫酸钡白色沉淀,P若为锌粉,将还原三价铁离子,生成锌离子和亚铁离子,故C符合题意;N不能为氯化镁,它不能与硫酸铁反应生成白色沉淀,故D不符合题意。
1.误认为足量的Fe与氯气反应会生成FeCl2,其实该反应只能生成FeCl3,与用量无关。2.误认为Fe3O4是FeO与Fe2O3组成的混合物。其实不然,Fe3O4是一种特殊的氧化物,只是既有+2价铁,也含有+3价铁。3.Fe与O2反应不一定生成Fe3O4。在纯氧中燃烧生成Fe3O4,空气中缓慢氧化生成Fe2O3。4.误认为铁很容易生锈而被腐蚀。其实不然,纯铁的抗腐蚀能力很强,生活中易生锈的都是铁的合金。5.误认为只有Fe才能被磁铁吸引。其实不然,Fe3O4也可以被磁铁吸引。
6.误认为Fe2O3、Fe(OH)3与HI(已知:HI溶液具有强酸性,I-具有还原性)的反应属于复分解反应。其实不然,Fe2O3、Fe(OH)3与HI的反应并非简单的复分解反应,而是氧化还原反应,如2Fe(OH)3+6H++2I- 2Fe2++I2+6H2O。
铁是人体必需的微量元素,一般成年人体内含铁约3～5 g。铁在人体内有多种存在形式,其生理功能也相当的广泛。主要有以下生理功能:合成血红蛋白、合成肌红蛋白、构成人体必需的酶、参与能量代谢、增强免疫功能等。铁摄入不足导致最直接的结果就是引起缺铁性贫血。黑木耳中含有比较丰富的铁元素,某研究型学习小组同学测定某地黑木耳中铁的含量。
(1)称量黑木耳,将之洗净切碎,用蒸馏水浸泡,但浸泡液中未能检测到铁元素。高温灼烧黑木耳,使之完全灰化。将木耳灰用如图流程处理,对滤液中的溶质进行研究。①浸泡液检测不出铁元素的原因是 。
解析:木耳灰用盐酸酸浸,过滤得到氯化亚铁和氯化铁的混合液,根据流程可判断C是氢氧化亚铁,D是氢氧化铁,则A中含有亚铁离子,B中含有铁离子,所以试剂1是铁,试剂2具有氧化性,能把亚铁离子氧化为铁离子。(1)①浸泡液检测不出铁元素,则溶液中不含有Fe2+、Fe3+,可推知黑木耳中含铁元素的物质不溶于水。
答案:(1)①黑木耳中含铁元素的物质不溶于水
(1)称量黑木耳,将之洗净切碎,用蒸馏水浸泡,但浸泡液中未能检测到铁元素。高温灼烧黑木耳,使之完全灰化。将木耳灰用如图流程处理,对滤液中的溶质进行研究。②滤液中铁元素的存在形式是Fe2+、 ;试剂1应该是 。
解析:②据分析,滤液中铁元素的存在形式是Fe2+、Fe3+;试剂1的作用是把Fe3+转化为Fe2+,故应该是纯Fe粉或纯铁钉。
答案:②Fe3+ 纯Fe粉或纯铁钉
(2)A转化为B可加入的试剂有 (填字母)。 A.酸性高锰酸钾 B.Cl2 C.H2O2 D.HNO3
解析:(2)A转化为B,即氯化亚铁转化为氯化铁,要避免其他杂质离子的引入,可加入的试剂有Cl2和H2O2,故选BC。
(3)C生成D时的反应现象为 。
解析:(3)C为Fe(OH)2、D为Fe(OH)3,则C生成D时的反应现象为沉淀由白色变为灰绿色再变为红褐色。
答案:(3)沉淀由白色变为灰绿色再变为红褐色
(5)若称取a g黑木耳全部烧成灰,将全部灰按照上面的流程中加入试剂2的方法,全部转化为D,然后过滤、洗涤、加热烘干,称得D质量为b g, (填“能”或“否”)测出该黑木耳中铁元素的含量,理由是 。
解析:(5)因为Fe(OH)3受热易分解,在加热烘干过程中会转变成Fe2O3,会造成较大误差,不能准确测得该黑木耳中铁元素的含量。
答案:(5)否 Fe(OH)3受热易分解,会造成较大误差
1.通过铁与水蒸气反应的实验以及铝热反应在生产中的应用,深化对铁单质的还原性的认识。2.通过物质类别、元素价态的角度,依据复分解反应规律和氧化还原反应原理,理解并认识铁、铁的氧化物及氢氧化物的性质。3.通过了解含铁物质在生活中的应用,掌握铁元素价态的检验方案。
学习任务1 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
1.铁单质(1)物理性质。
(2)化学性质。①与酸反应生成氢气。与稀盐酸、稀硫酸反应的离子方程式为 。②与某些盐溶液发生 反应。与硫酸铜溶液反应的离子方程式为 。③与非金属单质反应。a.与氧气反应: .b.与氯气反应: .
④铁与水的反应。铁在高温下可与水蒸气反应: 。
变成灰绿色,最后变成红褐色
探究1 铁与水蒸气的反应
科学研究是人们探索自然现象和社会现象规律的一种认知过程。某位同学学习了铁粉与水蒸气的反应以后,利用教材中的实验装置进行了实验,发现存在以下问题:(1)棉花吸水量不好控制,要么产生水蒸气太少,要么会沿试管向下流,导致试管炸裂。(2)加热温度不好控制,当温度过低时,反应难以发生;温度过高,棉花会被炭化或烧焦,使得实验的成功率不高。于是该同学对实验进行改进,设计了图二的实验装置,试分析其设计的装置并回答相关问题。
问题1:图一能证明还原铁粉与水蒸气发生了反应的现象是什么?提示:肥皂泡不断增多上升,点燃有爆鸣声。问题2:图一装置中湿棉花的作用是什么?与图二中A、B、C、D哪个装置的作用一样?提示:提供水蒸气,与图二中A装置的作用一样。问题3:图二装置实验中,D处排出的气体几乎点不着,已知该装置不漏气,使用的各种药品没有质量问题,你认为气体点不着的可能原因是什么?应如何改进?提示:可能的原因为①产生的H2太少;②水蒸气过多。改进措施为①增加还原铁粉的用量;②控制烧瓶的加热温度,避免产生大量水蒸气(或增加干燥剂的用量)。
探究2 氢氧化亚铁的制备
由于氢氧化亚铁有很强的还原性,当用复分解反应制取氢氧化亚铁时,其很快就被溶解在水中的氧气氧化成氢氧化铁,所以在实验过程中很难观察到有白色的氢氧化亚铁沉淀生成,只能看到氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的中间产物:一些灰绿色的絮状沉淀,然后转化为红褐色的氢氧化铁沉淀。为了能得到白色的氢氧化亚铁沉淀,需要对实验措施进行改进,进行以下实验尝试。
问题4:实验室在配制制取Fe(OH)2所需要的FeSO4、NaOH溶液时,所用蒸馏水需要事先煮沸,为什么?提示:去除溶解在水中的氧气。问题5:当向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液时,需要用长滴管插入FeSO4溶液液面以下,再挤出NaOH溶液,这样操作的原因是什么?提示:避免滴加溶液时把空气中的O2带入溶液中,把生成的Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3。问题6:为了能长时间观察到Fe(OH)2的白色,你还有什么建议?提示:可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少许苯、煤油、植物油等有机溶剂来隔离空气。
方法一:有机覆盖层法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。
方法二:还原性气体保护法如图2所示,用H2将装置内的空气排尽后,关闭a弹簧夹,产生的H2把生成的FeSO4溶液压入B中与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀。
方法三:电解法(注:图3中A铁棒在该条件下可以在溶液中生成Fe2+)A铁棒在溶液中生成的Fe2+随即与NaOH溶液反应,生成Fe(OH)2白色沉淀,由于有苯层防护,可以长时间观察到白色沉淀。
题点一 铁与铁的氧化物
1.(2021·江西靖安月考)某学习小组进行了如图所示的实验,实验后组员之间的交流不合理的是( )A.甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰B.乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁C.丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中,加适量的水,加热也可实现该反应D.丁同学认为用盐酸溶解生成的固体所得溶液有颜色
解析:铁粉与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气,氢气燃烧产生蓝色火焰,故A、B正确;铁粉在高温下才能与水蒸气反应,与水加热不反应,故C错误;用盐酸溶解固体生成物得到氯化亚铁和氯化铁的混合溶液,溶液带有颜色,故D正确。
2.下列有关铁的氧化物的说法正确的是( )A.Fe3O4是黑色固体,有磁性B.Fe2O3既不溶于水,也不溶于酸C.FeO是碱性氧化物,可与H2O反应生成Fe(OH)2D.FeO、Fe2O3、Fe3O4中铁元素的化合价相同
解析:Fe3O4俗称磁性氧化铁,黑色晶体,具有磁性,故A正确;Fe2O3可与盐酸、硫酸等酸发生反应生成相应的盐,故B错误;FeO能与酸反应生成相应的盐和水,是碱性氧化物,但FeO不能与水直接发生反应,故C错误;FeO中铁元素为+2价,Fe2O3中铁元素为+3价,Fe3O4中铁元素既有+2价,也有+3价,故D错误。
3.按如图装置实验,不能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
解析:空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化生成红褐色Fe(OH)3,因而不能较长时间看到白色沉淀,A符合题意;苯层能够隔绝空气,在液面下NaOH与FeSO4发生复分解反应生成Fe(OH)2白色沉淀,并且能够长时间观察到白色沉淀,B不符合题意;Fe与H2SO4反应生成FeSO4、H2,H2能够将溶液及装置中的空气排出,FeSO4处于H2的惰性环境中,然后加入NaOH溶液,NaOH与FeSO4发生复分解反应产生Fe(OH)2白色沉淀,由于没有空气,因此Fe(OH)2不能被氧化产生红褐色Fe(OH)3,故能较长时间看到白色沉淀,C不符合题意;Fe与H2SO4反应生成FeSO4、H2,H2能够将A、B两个试管溶液中及装置中的空气排出,FeSO4处于H2的惰性环境中,然后关闭A的止水夹,反应产生的H2将A中FeSO4溶液压入B中的NaOH溶液,两者反应产生Fe(OH)2白色沉淀,由于装置中没有空气,因此Fe(OH)2不能被氧化产生红褐色Fe(OH)3,故能较长时间看到白色沉淀,D不符合题意。
4.(2022·云南玉溪期末)下列物质能通过化合反应制取的是( )①FeCl2 ②Fe2(SO4)3 ③Fe3O4 ④Fe(OH)2 ⑤Fe(OH)3 ⑥FeSA.①②③④⑤⑥B.仅①③⑤⑥C.仅③⑤⑥D.仅③④⑤⑥
学习任务2 铁及其化合物之间的转化关系
1.绘制铁及其化合物的“价—类”二维图
2.铁及其化合物间的转化关系(1)含有相同价态铁元素的物质之间的转化,可借助于 反应实现。(2)含有不同价态铁元素的物质之间的转化,可借助于 反应实现。3.补铁剂中铁元素价态的检验
探究 铁元素各种价态间的转化
铁元素是一种常见的变价金属元素,既有单质状态的0价,也有+2价的氧化亚铁、氢氧化亚铁以及各种亚铁盐,实验室中常见的可溶性的亚铁盐有FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等。还有+3价的氧化铁、氢氧化铁以及各种铁盐,常见的可溶性的铁盐有FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等。可溶性亚铁盐溶液呈浅绿色,由于其易被氧化,故其晶体应密闭保存。而铁盐溶液一般呈棕黄色,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: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3: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和ZnCl2。问题4: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+。
Fe、Fe2+、Fe3+间的相互转化关系——铁三角
1.Fe只有还原性,可以被氧化成+2价或+3价的铁。
3.Fe3+具有较强的氧化性,可被还原为+2价或0价的铁,通常被还原为Fe2+。(1)强还原剂,如Zn、Al、CO、H2等把Fe3+还原为Fe,往往需要高温条件。
1.(2021·宁夏银川期末)下列物质间的转化不能通过一步化合反应实现的是( )A.Fe→Fe3O4B.FeCl2→Fe(OH)2C.Fe→FeCl3D.FeCl3→FeCl2
解析:Fe和氧气发生化合反应生成Fe3O4,A不符合题意;FeCl2和可溶性碱发生复分解反应得到Fe(OH)2和盐,B符合题意;铁与氯气发生化合反应生成氯化铁,C不符合题意;FeCl3和铁发生化合反应生成FeCl2,D不符合题意。
2.(2021·甘肃玉门期末)在FeCl3和CuCl2的混合溶液中加入铁屑,反应结束后滤出固体物质,滤液中的阳离子可能是( )①只有Fe2+ ②Fe2+和Fe3+ ③Fe2+和Cu2+ ④Cu2+和Fe3+A.①③B.②④C.①④D.②③
解析:由于Fe3+能氧化Fe、Cu,充分反应后滤去固体物质,固体为Cu或Fe、Cu,所以滤液中一定无Fe3+,可排除②④,固体物质存在两种可能:a.当固体为铁、铜时,溶液中的Fe3+、Cu2+全部参加反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+、Cu2+,只含有Fe2+,故①正确;b.当固体为铜时,溶液中一定没有Fe3+,Cu2+恰好全部参加反应或部分反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+,可能含有Cu2+,一定含有Fe2+,故③正确,故选A。
3.(2022·湖北鄂州期末)元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具,它指的是以元素的化合价为纵坐标,以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。下图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法正确的是( )A.虽然Fe3+氧化性强,Fe2+还原性强,但是它们在溶液中不反应B.铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①C.FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②生成红棕色粉末D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,Fe(OH)2加水溶解可实现转化③
解析:若Fe3+与Fe2+在溶液中能发生反应,则必发生归中反应,但Fe元素在+2、+3价之间没有中间价态,所以它们在溶液中不反应,A正确;铁与高温水蒸气反应可生成Fe3O4,所以不能实现上述转化①,B不正确;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,生成Fe3O4,不能发生转化②,C不正确;加热Fe(OH)3发生转化⑥,Fe(OH)2加水不溶解,不能实现转化③,D不正确。
4.如图是物质间发生化学反应的颜色变化,下表选项物质对应正确的是( )
解析:N不能是氢氧化钡,因为它与硫酸铁反应除了生成硫酸钡,还会生成氢氧化铁,为红褐色沉淀,故A不符合题意;P不能为氧化亚铁,它不能与硫酸铁反应生成亚铁离子,故B不符合题意;M若为氢氧化钠,与硫酸铁反应生成氢氧化铁,为红褐色沉淀,N若为硝酸钡,与硫酸铁反应生成硫酸钡白色沉淀,P若为锌粉,将还原三价铁离子,生成锌离子和亚铁离子,故C符合题意;N不能为氯化镁,它不能与硫酸铁反应生成白色沉淀,故D不符合题意。
1.误认为足量的Fe与氯气反应会生成FeCl2,其实该反应只能生成FeCl3,与用量无关。2.误认为Fe3O4是FeO与Fe2O3组成的混合物。其实不然,Fe3O4是一种特殊的氧化物,只是既有+2价铁,也含有+3价铁。3.Fe与O2反应不一定生成Fe3O4。在纯氧中燃烧生成Fe3O4,空气中缓慢氧化生成Fe2O3。4.误认为铁很容易生锈而被腐蚀。其实不然,纯铁的抗腐蚀能力很强,生活中易生锈的都是铁的合金。5.误认为只有Fe才能被磁铁吸引。其实不然,Fe3O4也可以被磁铁吸引。
6.误认为Fe2O3、Fe(OH)3与HI(已知:HI溶液具有强酸性,I-具有还原性)的反应属于复分解反应。其实不然,Fe2O3、Fe(OH)3与HI的反应并非简单的复分解反应,而是氧化还原反应,如2Fe(OH)3+6H++2I- 2Fe2++I2+6H2O。
铁是人体必需的微量元素,一般成年人体内含铁约3～5 g。铁在人体内有多种存在形式,其生理功能也相当的广泛。主要有以下生理功能:合成血红蛋白、合成肌红蛋白、构成人体必需的酶、参与能量代谢、增强免疫功能等。铁摄入不足导致最直接的结果就是引起缺铁性贫血。黑木耳中含有比较丰富的铁元素,某研究型学习小组同学测定某地黑木耳中铁的含量。
(1)称量黑木耳,将之洗净切碎,用蒸馏水浸泡,但浸泡液中未能检测到铁元素。高温灼烧黑木耳,使之完全灰化。将木耳灰用如图流程处理,对滤液中的溶质进行研究。①浸泡液检测不出铁元素的原因是 。
解析:木耳灰用盐酸酸浸,过滤得到氯化亚铁和氯化铁的混合液,根据流程可判断C是氢氧化亚铁,D是氢氧化铁,则A中含有亚铁离子,B中含有铁离子,所以试剂1是铁,试剂2具有氧化性,能把亚铁离子氧化为铁离子。(1)①浸泡液检测不出铁元素,则溶液中不含有Fe2+、Fe3+,可推知黑木耳中含铁元素的物质不溶于水。
答案:(1)①黑木耳中含铁元素的物质不溶于水
(1)称量黑木耳,将之洗净切碎,用蒸馏水浸泡,但浸泡液中未能检测到铁元素。高温灼烧黑木耳,使之完全灰化。将木耳灰用如图流程处理,对滤液中的溶质进行研究。②滤液中铁元素的存在形式是Fe2+、 ;试剂1应该是 。
解析:②据分析,滤液中铁元素的存在形式是Fe2+、Fe3+;试剂1的作用是把Fe3+转化为Fe2+,故应该是纯Fe粉或纯铁钉。
答案:②Fe3+ 纯Fe粉或纯铁钉
(2)A转化为B可加入的试剂有 (填字母)。 A.酸性高锰酸钾 B.Cl2 C.H2O2 D.HNO3
解析:(2)A转化为B,即氯化亚铁转化为氯化铁,要避免其他杂质离子的引入,可加入的试剂有Cl2和H2O2,故选BC。
(3)C生成D时的反应现象为 。
解析:(3)C为Fe(OH)2、D为Fe(OH)3,则C生成D时的反应现象为沉淀由白色变为灰绿色再变为红褐色。
答案:(3)沉淀由白色变为灰绿色再变为红褐色
(5)若称取a g黑木耳全部烧成灰,将全部灰按照上面的流程中加入试剂2的方法,全部转化为D,然后过滤、洗涤、加热烘干,称得D质量为b g, (填“能”或“否”)测出该黑木耳中铁元素的含量,理由是 。
解析:(5)因为Fe(OH)3受热易分解,在加热烘干过程中会转变成Fe2O3,会造成较大误差,不能准确测得该黑木耳中铁元素的含量。
答案:(5)否 Fe(OH)3受热易分解,会造成较大误差
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