第二单元 探究铁及其化合物的转化
第1课时 反应的合理选择
[核心素养发展目标] 1.依据化合价理论,结合实验探究,掌握Fe、Fe2+、Fe3+相互转化的途径。2.通过实验探究学会Fe2+、Fe3+的检验方法。
一、FeCl3制备和Fe3+检验的合理选择
1.FeCl3制备路径的合理选择
(1)铁元素的常见价态有______、______价,在相同价态铁元素化合物之间相互转化,通过____________________即可实现;在不同价态铁元素化合物之间相互转化,则需通过________________才能实现。以铁屑为原料制取氯化铁,有多条反应路径。
(2)以铁屑为原料制备FeCl3的路径
制备路径 相关原理及化学方程式
路径1Fe→FeCl3 铁在氯气中点燃,经冷凝后得到固体三氯化铁:________
路径2Fe→FeCl2→FeCl3 先用盐酸溶解铁,得到FeCl2,再用Cl2将FeCl2氧化为FeCl3,分离提纯后得到产物: ________________、________________
路径3Fe→Fe2O3→FeCl3 在一定条件下用空气将铁氧化成氧化铁,再将氧化铁溶解在盐酸中得到氯化铁,分离提纯后得到产物:________________、________________
(3)实际制备物质时,必须根据反应______、反应______、反应______、产物要求、反应装置、__________、生产______等因素进行综合判断,选择合适、可控的反应路径。
2.Fe3+检验的合理选择
(1)沉淀法:加入NaOH溶液,观察是否产生红褐色的氢氧化铁沉淀;反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
缺点:需要加入的碱量较多,现象易受到干扰,反应的灵敏度和精确性都不高。
(2)显色法:滴加KSCN溶液,观察溶液是否呈血红色;反应的离子方程式为_______________
________________________________________________________________________。
优点:灵敏度高,有明显现象。
特别提醒 (1)Fe3+的检验方法很多,但在没有特殊要求的条件下,就选择KSCN溶液或NH4SCN溶液,因为此法既灵敏(试剂用量小)又有明显现象。
(2)Fe3+与SCN-反应生成的是Fe(SCN)3血红色溶液,而不是沉淀。
(1)FeCl3不能通过化合反应制得( )
(2)将Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变血红色,检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质( )
(3)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2( )
某工厂利用废弃的盐酸和铁屑为原料制备FeCl3时,有两种路线:
①Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,2FeCl2+Cl2===2FeCl3;
②Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,4FeCl2+O2+4HCl===4FeCl3+2H2O,
从环保和经济的角度,哪一路线更合适?
1.(2022·广东梅州高一期末)检验浸泡过覆铜板的“腐蚀液”是否有Fe3+剩余,可选用的试剂是( )
A.氯水
B.酸性KMnO4溶液
C.KSCN溶液
D.双氧水
2.选择合适试剂完成甲、乙两组实验。
甲组:检验含Fe3+的溶液中是否含有Fe2+。
乙组:检验含 Fe2+的溶液中是否含有Fe3+。
下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是( )
选项 甲组 乙组
A 新制氯水、KSCN溶液 NaOH溶液
B 酸性KMnO4溶液 KSCN溶液
C KOH溶液 溴水
D 溴水 酸性KMnO4溶液
1.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)直接观察颜色
(2)利用显色反应
(3)利用Fe2+的还原性
(4)利用Fe3+的氧化性
2.检验溶液含有Fe2+、不含Fe3+的步骤
待测液不变色血红色
3.Fe2+和Fe3+的混合溶液中检验Fe2+的方法
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)。
二、Fe2+、Fe3+的相互转化的合理选择
1.Fe2+、Fe3+相互转化的实验探究
实验操作
实验现象 A试管中先滴加KSCN溶液,溶液__________,再加过量铁粉后,__________ B试管中先滴加KSCN溶液,溶液______________,再滴加少量新制氯水后,溶液变成血红色
离子方程式 Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3、 2Fe3++Fe===3Fe2+ 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-、 Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
实验结论 Fe3+Fe2+
2.Fe3+与Cu反应的实验探究
实验操作 用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液,在铜片上画一个“+”,放置片刻后,用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中
实验现象 铜片上会出现“+”形凹槽
原因 铜与FeCl3溶液发生反应:Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2,FeCl3溶液腐蚀了铜片
3.“铁三角”中的转化关系
(1)Fe只具有______性。可被弱氧化剂(H+、S等)和Fe3+氧化成Fe2+,被强氧化剂(Cl2等)氧化成Fe3+。举例:
Fe+2H+===_____________________________________________________;
2Fe+3Cl2__________________________________________________。
(2)Fe2+既有________性又有________性。可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H+)、空气中的O2、H2O2等]氧化为Fe3+;可被还原剂(CO、C等)还原为Fe。举例:
2Fe2++H2O2+2H+===_______________________________________________________;
FeO+CO_____________________________________________________________。
(1)FeCl2不能通过化合反应制得( )
(2)同价态含铁物质间的转化一般可通过复分解反应实现( )
(3)不同价态的含铁物质间转化必须通过氧化还原反应实现( )
(4)FeCl3溶液可用于铜制印刷线路板制作,是因为FeCl3能从含Cu2+的溶液中置换出铜( )
1.要除去下列溶液中的杂质离子,请填写合适的氧化剂或还原剂或方法。
被提纯的物质 杂质 除杂试剂或方法
FeCl3溶液 FeCl2 加入适量_________或通入适量_____等
FeCl2溶液 FeCl3 加入足量____,充分反应后____
FeSO4溶液 CuSO4 加入足量____,充分反应后____
废水 Fe2+ 先加入适量____,将____氧化为____,再调节溶液pH使____转化为____色的____沉淀,____
2.Fe3O4中铁有+2价和+3价,通过所学的知识,设计一个实验来证明两种价态的存在。
1.(2022·西安高一月考)FeCl3溶液常用于外伤止血。要除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质,下列方法最好的是( )
A.滴加过量HNO3溶液
B.通入足量Cl2
C.滴加酸性KMnO4溶液
D.加入Na2O2
2.(2022·天津市红桥区高一期末)下列物质中,在一定条件下能与铁反应,且铁元素化合价全部变为+3价的是( )
A.S B.H2O
C.稀硫酸 D.氯气
Fe有变价,所以反应后的产物与氧化剂的强弱及反应条件有关。
Fe2+Fe3+
1.(2022·西宁二中高一阶段练习)现榨的苹果汁在空气中会由浅绿色变为棕黄色,其原因可能是( )
A.苹果汁中的Fe2+变成Fe3+
B.苹果汁中含有Cu2+
C.苹果汁含有OH-
D.苹果汁含有Fe3+
2.(2022·辽宁营口高一期末)如图所示,经某溶液浸泡、干燥后的纸张,用蘸取KSCN溶液的毛笔可写出红字,则该溶液是( )
A.FeSO4溶液 B.FeCl3溶液
C.KNO3溶液 D.NaOH溶液
3.(2022·上海华东政法大学附属中学高一期末)下列物质反应后,加入KSCN溶液一定变血红色的是( )
A.Fe在足量Cl2中燃烧
B.Fe与稀硫酸反应
C.Fe与硫酸铜反应
D.Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸
4.铁及其化合物之间的相互转化可用下式表示:
Fe2+Fe3+FeO
回答下列有关问题:
(1)Fe与过量盐酸反应可以制取FeCl2,若用反应所得的酸性溶液,实现上述①④的转化,要求产物纯净,可分别选用__________(填字母)。
a.Cl2 b.Fe
c.Cu d.KMnO4
(2)Fe2O3+3NaClO+4KOH2K2FeO4(高铁酸钾)+3NaCl+2H2O
①还原剂是____________。
②用单线桥表示该反应的电子转移情况:__________________________________。
第二单元 探究铁及其化合物的转化
第1课时 反应的合理选择
一、
1.(1)+2 +3 非氧化还原反应 氧化还原反应 (2)2Fe+3Cl22FeCl3 Fe+2HCl===FeCl2+H2↑ 2FeCl2+Cl2===2FeCl3 4Fe+3O2===2Fe2O3 Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O (3)原料 条件 步骤 环境保护 成本
2.(1)Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓ (2)Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
正误判断
(1)× (2)× (3)×
深度思考
②中用氧气代替了①中的氯气,降低了生产成本且对环境无污染,故②更合适。
应用体验
1.C [检验Fe3+选用的试剂是KSCN溶液,溶液变成血红色。]
2.B [甲组,在Fe3+存在的条件下检验Fe2+,要排除Fe3+的干扰。所选试剂应具备下列条件:一是能与Fe2+发生有明显现象的反应;二是与Fe3+不反应。乙组,在Fe2+存在的条件下检验Fe3+,用KSCN溶液检验Fe3+,Fe2+无干扰。]
二、
1.变血红色 血红色褪去 没有变化 血红色 Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3 2Fe3++Fe===3Fe2+ 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
3.(1)还原 Fe2++H2↑ 2FeCl3 (2)氧化 还原 2Fe3++2H2O Fe+CO2
正误判断
(1)× (2)√ (3)√ (4)×
深度思考
1.H2O2 Cl2 铁粉 过滤 铁粉 过滤 H2O2 Fe2+ Fe3+ Fe3+ 红褐 Fe(OH)3 过滤
2.取少量固体溶于硫酸,将所得溶液分成两份,其中一份加入KSCN溶液,发现溶液变血红色,说明含有Fe3+;将另一份中加入少量的酸性KMnO4溶液中,发现酸性KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+,这个实验中Fe2+表现还原性。
应用体验
1.B [HNO3溶液、酸性KMnO4溶液、Na2O2都能将Fe2+氧化为Fe3+,但都会引入新的杂质,不符合除杂的要求,A、C、D项不符合题意;Cl2具有氧化性,会和Fe2+发生反应:Cl2+2Fe2+===2Fe3++2Cl-,且不引入新的杂质,B项符合题意。]
2.D [S的氧化性弱,与Fe反应生成FeS,A不符合题意;Fe与水蒸气反应生成Fe3O4,其中铁元素既有+2价,又有+3价,B不符合题意;Fe与稀硫酸反应生成FeSO4,C不符合题意;Fe与氯气反应生成FeCl3,D符合题意。]
随堂演练 知识落实
1.A [苹果汁中的Fe2+变成Fe3+,使得现榨的苹果汁在空气中会由浅绿色变为棕黄色,A项正确;Cu2+显蓝色,B项错误;OH-无色,C项错误;Fe3+本身是棕黄色,D项错误。]
2.B [KSCN溶液可以检验Fe3+,KSCN与Fe3+反应生成血红色的Fe(SCN)3。]
3.A [Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,FeCl3中加入KSCN溶液,溶液一定变血红色,A符合题意;Fe与稀硫酸反应生成FeSO4和H2,不含Fe3+,加入KSCN溶液不变血红色,B不符合题意;Fe与CuSO4反应生成FeSO4和Cu,不含Fe3+,加入KSCN溶液不变血红色,C不符合题意;Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸,Fe2O3与HCl发生反应:Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,Fe会与Fe3+发生反应:Fe+2Fe3+===3Fe2+,若Fe较少、Fe2O3较多,溶液中会含Fe3+,加入KSCN溶液变血红色,若Fe较多,会将Fe3+全部还原成Fe2+,溶液中不含Fe3+,加入KSCN溶液不变红,D不符合题意。]
4.(1)ab (2)①Fe2O3
②+4KOH2K2FeO4+3NaCl+2H2O