课件68张PPT。第3章 物质的性质与转化
第1节 铁的多样性
第1课时 亚铁盐和铁盐 一、铁及其铁元素的存在
1.含量:铁元素在地壳中的含量处于第四位,仅次于___、
___和___。氧硅铝2.存在形态
(1)游离态:如陨铁。
(2)化合态:【巧判断】
(1)铁元素在地壳中以游离态和化合态形式存在。
( )
提示:×。铁元素在地壳中仅以化合态形式存在,在陨铁中才以游离态形式存在。(2)生活中使用铁锅可以有效补铁。 ( )
提示:√。生活中使用铁锅,铁与酸性物质(如食醋)反应生成亚铁盐,可有效补铁。
【情境·思考】
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氧化铁漆成红色,表示尊贵,称为“朱门”,后来借指豪富人家。二、亚铁盐和铁盐的性质
1.组成及实例Fe2+Fe3+2.性质的预测与探究
(1)预测。
①研究物质性质的两个基本角度②亚铁盐和铁盐的性质的预测——化合价角度(2)探究——以FeSO4、FeCl3为例。
①知识支持:Fe3+和KSCN溶液发生反应,生成_________
溶液。?
②可供选择的试剂：FeSO4溶液、FeCl3溶液、酸性
KMnO4溶液、氯水、KI溶液、0.1 mol·L-1KSCN（硫
氰酸钾）溶液、稀硫酸、淀粉溶液、NaOH溶液、铁粉、
锌片、铜片。 红色 ③探究实验: 无明显现象 溶液呈红色紫红色逐渐褪去由浅绿色变为无色溶液变红色红色褪去溶液变红色红色变为蓝色变蓝④结论:
a.亚铁盐具有还原性,能被常见的氧化剂氧化,如能使
酸性KMnO4溶液_________,能被氯气氧化,离子方程式为
__________________________;?
亚铁盐具有氧化性,能被常见的还原剂还原,如与Zn反
应的离子方程式为_____________________。? 褪色 2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl- Fe2++Zn====Fe+Zn2+ b.铁盐具有氧化性,能被常见的还原剂还原,如与Cu反
应的离子方程式为_________________________;?
与Fe反应的离子方程式为_____________________;?
与KI溶液反应的离子方程式为______________________。? 2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+ 2Fe3++ Fe====3Fe2+ 2Fe3++2I-====2Fe2++I2 【情境·思考】印刷电路板的过程:在复合物材料板上单面附有一薄层铜板,印刷电路时将电路部分以抗腐蚀的涂料印在铜板一面上,放入三氯化铁溶液中,没有印刷上涂料的铜被腐蚀掉,最后只剩下电路部分。上述过程发生的反应中FeCl3表现什么性质?如何证明最后的腐蚀液是否还含有FeCl3?
提示:腐蚀电路板时发生反应2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+, FeCl3表现氧化性。用洁净的试管取少量的样品溶液,向其中滴入KSCN溶液1～2滴,若溶液立即显红色证明含有Fe3+。知识点一 Fe2+、Fe3+的性质及应用
【重点释疑】
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价或0价的铁
如2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+,
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。 3.含铁物质的分离与除杂【易错提醒】(1)虽然Fe2+既有氧化性又有还原性,但以
还原性为主。
(2)不同价态铁元素间的转化属于氧化还原反应,在选
择氧化剂时可以根据如下规律判断: 需要失去
2个电子,而 只需失去1个电子,但前者比后者要
容易得多,因此 需弱的氧化剂即可,而
则需要强氧化剂才能实现。【思考·讨论】
(1)FeCl3溶液中逐渐加入锌粉的反应情况如何?
提示:FeCl3溶液中逐渐加入锌粉,开始FeCl3溶液过量,首先发生反应:2Fe3++ Zn====2Fe2++ Zn2+,当锌粉过量后发生反应:Fe2++Zn====Fe+Zn2+。(2)金属阳离子被还原一定得到金属单质吗?
提示:不一定。Fe3+被还原可以生成Fe,也可以生成Fe2+。【案例示范】
【典例】(2019·济南高一检测)将铁粉、铜粉、FeCl3溶液、FeCl2溶液和CuCl2溶液混合于某容器中充分反应(容器不参与反应),试判断下列情况溶液中存在的金属离子和金属单质。(1)若铁粉有剩余,则容器中不可能有________。?
(2)若CuCl2有剩余,则容器中一定有________,可能有________。?
(3)若FeCl3和CuCl2都有剩余,则容器中不可能有________,一定有________。?
(4)若FeCl3有剩余,则容器中不可能有________。?【思维建模】解答有关 类试题的思维流程如下:【解析】本题涉及的反应有:Fe+2FeCl3====3FeCl2,
Fe+CuCl2====Cu+FeCl2,Cu+2FeCl3====2FeCl2+CuCl2。
(1)中铁粉有剩余,因铁粉能够与Fe3+、Cu2+反应,故容
器中就不可能有Fe3+、Cu2+。(2)中CuCl2有剩余,则容
器中一定有Fe2+。若有铜粉剩余,则无Fe3+;若无铜粉
剩余,溶液中可能有Fe3+。(3)中FeCl3和CuCl2都有剩余,容器中不可能有铁粉、铜粉,因二者都能与Fe3+反应,但一定有Fe2+。(4)中FeCl3有剩余,同理分析容器中不可能有铁粉、铜粉。
答案:(1)Fe3+、Cu2+ (2)Fe2+ Fe3+(或铜粉) (3)铁粉、铜粉 Fe2+ (4)铁粉、铜粉【母题追问】(1)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________。?
提示:Fe3+和Fe。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。(2)若反应后溶液中只有一种金属阳离子,则该离子是________。?
提示:Fe2+。因氧化性顺序为Fe3+>Cu2+>Fe2+,故剩余一种金属离子,只能是Fe2+。【迁移·应用】
(2019·成都高一检测)FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的是 ( )
A.溶液中一定不含Fe3+
B.溶液中一定含Fe2+
C.溶液中一定含Cu2+
D.剩余固体中一定含铜【解析】选C。反应后仍有固体存在,有两种可能,一是固体为单质铜,此时溶液中一定无Fe3+,一定有Fe2+,Cu2+可能有也可能没有。二是固体为铁和铜的混合物,此时溶液中一定无Fe3+和Cu2+,一定有Fe2+,故应选C。【补偿训练】
1.(2019·张掖高一检测)将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等,则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是 ( )
A.2∶3 B.3∶2 C.1∶2 D.1∶1【解析】选A。Fe与Fe3+发生反应:2Fe3++Fe====3Fe2+,假设生成Fe2+的浓度为3 a mol·L-1,则反应的Fe3+为2 a mol·L-1,故有n(Fe3+,已反应)∶n(Fe3+,未反应)= (2a)∶(3a)=2∶3。2.(2019·三亚高一检测)下列离子方程式中,正确的
是 ( )
A.铁与盐酸反应:2Fe+6H+====2Fe3++3H2↑
B.氯化铁溶液与铁反应:Fe3++Fe====2Fe2+
C.氧化亚铁与稀盐酸反应:FeO+2H+====Fe3++H2O
D.氯化铁溶液与铜反应:2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+【解析】选D。A.铁与盐酸反应产生Fe2+和氢气,反应的
离子方程式是Fe+2H+====Fe2++H2↑,错误;B.氯化铁溶
液与铁反应产生氯化亚铁,反应要符合电子守恒和电荷
守恒,离子方程式是2Fe3++Fe====3Fe2+,错误;C.氧化亚
铁与稀盐酸发生反应,产生氯化亚铁和水,该反应是复
分解反应,反应前后元素的化合价不变,离子方程式是FeO+2H+====Fe2++H2O,错误;D.氯化铁溶液与铜反应,产生氯化亚铁和氯化铜,离子方程式是2Fe3++Cu====2Fe2+ +Cu2+,正确。
【素养提升】
铁是人体必需的微量元素之一,在人体内有非常重要的生理作用,主要存在于红细胞中及单核巨噬细胞系统内,正常成人每日需要摄入的铁量约为1～2毫克。铁的来源主要靠饮食提供,含铁量较高的食物有动物的肝、肾、肉类、血制品以及蛋黄、海带、紫菜、黑木耳、豆类、叶绿素等,长期素食的人易缺铁。 (1)利用氧化还原反应的知识分析Fe2+、Fe3+具有哪些性质?提示:Fe2+中铁为+2价,处于中间价态,既具有氧化性又具有还原性;Fe3+中铁为+3价,处于最高价态,只有氧化性。(2)在人体中进行Fe2+ Fe3+的转化时,①中的Fe2+、②中的Fe3+分别起什么作用?说明原因。
提示:①中Fe2+的化合价升高,Fe2+作还原剂;②中Fe3+的化合价降低,作氧化剂。(3)已知人体难以吸收利用三价铁,易吸收利用二价铁,医生建议在补铁的同时食用蔬菜,你知道蔬菜在此过程中起到什么作用吗?
提示:由提示可知,食用蔬菜的目的是将三价铁转化为二价铁,故蔬菜起到还原剂的作用。(4)市场出售的某种麦片中含有微量的颗粒细小的还原铁粉。试用化学方程式说明铁粉的作用。
提示:铁粉在人体胃酸的作用下发生反应:Fe+2H+==== Fe2++H2↑,转化为亚铁盐,补充铁元素。知识点二 Fe2+、Fe3+的检验
【重点释疑】
1.Fe2+的检验2.Fe3+的检验 【易错提醒】Fe3+、Fe2+的检验注意事项
(1)Fe3+呈棕黄色,Fe2+呈浅绿色,但一般不用于离子的检验。
(2)溶液中同时存在Fe2+、Fe3+时,可用KSCN溶液检验Fe3+的存在,Fe2+对Fe3+的检验形不成干扰。
(3)Fe3+与硫氰化钾反应生成红色物质,但不是红色沉淀。【思考·讨论】
(1)向未知溶液中加入氯水,再加入KSCN溶液,溶液变红色,能否证明溶液中含有Fe2+?
提示:不能。若原溶液中含有Fe3+,即使不含Fe2+,加入KSCN溶液,溶液也变红色;利用KSCN溶液检验Fe2+,必须首先证明原溶液中不含Fe3+。(2)如何证明含有Fe3+的溶液中是否含有Fe2+?
提示:由于溶液中含有Fe3+,利用NaOH溶液或KSCN溶液都无法证明溶液中是否含有Fe2+;可以利用Fe2+的还原性,向溶液中加入少量酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去证明溶液中含有Fe2+。【案例示范】
【典例】某同学为了检验家中的一瓶补铁药(主要成分为FeSO4)是否变质,查阅了有关资料,得知Fe2+能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使高锰酸钾溶液褪色,并结合已学的知识设计了如下实验:将药片除去糖衣研细后,溶解过滤,取滤液分别加入两支试管中,在一支试管中滴入酸性高锰酸钾溶液,在另一支试管中滴入KSCN溶液。请你填出该同学实验中出现以下现象时应得出的结论:
(1)①若滴入酸性高锰酸钾溶液后褪色,滴入KSCN溶液后不变红,可以得出什么结论?
②在①所得溶液中再滴加氯水,会观察到什么现象?(2)若滴入酸性高锰酸钾溶液后不褪色,滴入KSCN溶液变红,可以得出什么结论?
(3)①若滴入酸性高锰酸钾溶液后褪色,滴入KSCN溶液变红,可以得出什么结论?
②在①的情况下,向其中一支试管中滴加适量的氢氧化钠溶液,根据现象能证明滤液中含有Fe2+吗?(4)能不能将KMnO4溶液和KSCN溶液滴入到同一试管中进行验证,为什么?试进行解释说明。
【解析】(1)①根据实验现象分析,高锰酸钾褪色说明
有Fe2+;KSCN溶液不变红,说明没有Fe3+;从而确定药品
没有被氧化;②加入氯水将Fe2+氧化为Fe3+,溶液变红;
(2)根据实验现象分析,高锰酸钾不褪色说明没有Fe2+;
KSCN溶液变红,说明有Fe3+;从而确定药品完全被氧化; (3)①根据实验现象分析,高锰酸钾褪色说明有Fe2+; KSCN溶液变红,说明有Fe3+;从而确定药品部分被氧化;②溶液中含有Fe3+,滴加氢氧化钠溶液立即生成红褐色沉淀,干扰生成“白色沉淀变为灰绿色,最后变成红褐色”现象的判断;(4)KMnO4溶液呈紫红色,Fe(SCN)3是红色,所以影响观察Fe(SCN)3的红色;KSCN具有较强的还原性,可以被KMnO4氧化,影响Fe2+的检验。答案:(1)①没有被氧化 ②溶液变红。加入氯水将Fe2+氧化为Fe3+。
(2)完全被氧化
(3)①部分被氧化 ②不能
(4)不能,原因是KMnO4溶液呈紫红色,影响Fe3+的检验;KSCN具有还原性,影响Fe2+的检验【规律方法】Fe2+、Fe3+混合溶液中两种离子的检验方法
(1)Fe3+的检验
向溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红,证明含有Fe3+。(2)Fe2+的检验
向溶液中滴加酸性KMnO4溶液,KMnO4溶液紫色褪去(或加入K3[Fe(CN)6],产生蓝色沉淀),则可证明溶液中含有Fe2+。
【迁移·应用】
(2019·柳州高一检测)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+。下列试剂及加入顺序能达到实验目的的是 ( )【解析】选B。甲组,在Fe3+存在的条件下检验Fe2+,要排除
Fe3+的干扰。所选试剂具备下列条件:一是能与Fe2+发生有
明显现象的反应;二是Fe3+不反应,不干扰现象观察。只有
酸性KMnO4溶液、溴水符合条件:5Fe2++ +8H+====5Fe3++
Mn2++4H2O,现象是紫色变浅(或褪去)。乙组,在Fe2+存在的
条件下检验Fe3+,用KSCN溶液检验Fe3+,Fe2+无干扰,Fe3+不与
KMnO4溶液、溴水反应。故选B。【补偿训练】
向某晶体的水溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,当滴加几滴溴水后,混合液出现红色,那么由此得出的下列结论中错误的是 ( )
A.该晶体中一定含有SCN-
B.Fe3+的氧化性比Br2的氧化性强
C.Fe2+被Br2氧化为Fe3+
D.Fe2+与SCN-不能形成红色的化合物【解析】选B。混合液中出现红色,说明Fe3+与SCN-发生了反应,由此可推知Br2能将Fe2+氧化成Fe3+,原晶体内含有SCN-;开始加入Fe2+时,溶液颜色无明显变化,说明Fe2+与SCN-不能结合生成红色物质。【素养提升】
化学老师在课堂上演示了一个“血手印”魔术。预先在手上喷上KSCN溶液,然后印在白纸上晾干。用FeCl3溶液喷洒白纸,白纸立刻出现红色血手印。这个现象与FeCl3的性质有什么关系?有什么用途?
提示:该魔术利用了Fe3+与SCN-结合生成红色Fe(SCN)3,该现象可用于Fe3+的检验。【课堂回眸】
课件43张PPT。第2课时
铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物一、铁单质
1.物理性质银白色较大差磁铁2.化学性质
(1)具有金属通性。
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
_________________。?
③与非金属反应
a.与氧气反应:3Fe+2O2 Fe3O4。
b.与氯气反应:2Fe+3Cl2 2FeCl3。Fe+Cu2+====Fe2++Cu(2)铁与水的反应。
①铁与冷水或热水___________,但在空气中氧气、水蒸
气的作用下,易腐蚀。? 不反应 ②铁与水蒸气的反应:听到轻微爆鸣声听到爆鸣声 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 【巧判断】
(1)1 mol铁与足量稀盐酸反应时最多失去3 mol 电子。 ( )
提示:×。铁与足量稀盐酸反应时,生成Fe2+和H2,1 mol 铁最多失去2 mol电子。(2)活泼金属与水反应时,都生成氢氧化物和氢气。
( )
提示:×。铁与水蒸气反应时,生成Fe3O4和氢气。
二、铁的氧化物
1.物理性质及用途FeOFe2O3Fe3O4铁红磁性氧化铁+2+3+2、+3红棕色黑2.化学性质
(1)稳定性。
①FeO不稳定,受热被氧化为Fe2O3。
②Fe2O3、Fe3O4较稳定。Fe2O3中铁为___价,具有_______,
在一定条件下能与铝发生反应,化学方程式为_________
____________,反应放出_______,可用于_________。+3氧化性Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3大量热焊接铁轨【情境·思考】
野外焊接铁轨常利用铝粉和氧化铁反应进行,该反应称为“铝热反应”。操作步骤为:①将铝粉和氧化铁充分混合;②撒上氯酸钾,插入镁条;③点燃镁条。现场与原理如图:(1)氯酸钾和镁条分别起什么作用?
(2)将氧化铁换为四氧化三铁能否反应?若能反应请写出反应的化学方程式。提示:(1)镁条燃烧放热达到反应所需要的高温条件,氯
酸钾受热分解提供氧气,促进燃烧;(2)能反应。铝与四
氧化三铁反应的化学方程式为3Fe3O4+8Al 9Fe+
4Al2O3。(2)都能与酸反应生成盐和水。
FeO与酸反应的离子方程式:__________________;
Fe2O3与酸反应的离子方程式:______________________。FeO+2H+====Fe2++H2OFe2O3+6H+====2Fe3++3H2O【做一做】
已知:Fe3O4可写作FeO·Fe2O3。
(1)写出Fe3O4与盐酸反应的离子方程式。
提示:Fe3O4+8H+====Fe2++2Fe3++4H2O(2)写出Fe3O4与CO反应的化学方程式。
提示:Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2三、铁的氢氧化物
1.制备生成红褐色沉淀先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3【微思考】为了较长时间看到白色沉淀,用于制备Fe(OH)2的氢氧化钠溶液应该事先进行怎样的操作?为什么?
提示:煮沸。Fe(OH)2容易被氧气氧化,故用于制备Fe(OH)2的氢氧化钠溶液应加热煮沸赶走溶液中的溶解氧。2.性质白色红褐色Fe(OH)2+2H+====Fe2++2H2OFe(OH)3+3H+====Fe3++3H2O4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3知识点 Fe(OH)2的制备方法
【重点释疑】
1.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。2.还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。【思考·讨论】
在实验中,若想长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀,除使用新制FeSO4溶液外,还应创造一个怎样的反应环境?
提示:因为Fe(OH)2易被氧化而发生颜色变化,故应尽可能创造无氧环境以防止Fe(OH)2被氧化。【案例示范】
【典例】氢氧化亚铁不稳定,通常被氧化为氢氧化铁,氢氧化铁为棕色或红褐色粉末或深棕色絮状沉淀或胶体,用来制颜料、药物,用作净水剂(胶体时),也可用来作砷的解毒药等。下面是某同学用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2白色沉淀的方案。请回答下列各问题:(1)分析硫酸亚铁、氢氧化亚铁易被氧化的原因。
(宏观辨识与微观探析)
(2)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入固体,该固体是什么? (科学探究与创新意识)(3)除去蒸馏水中溶解的O2常采用什么方法? (科学探究与创新意识)
(4)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是什么? (科学探究与创新意识)【解析】(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁为+2价,可以升高到+3价,具有还原性,易被氧化;(2) Fe2+易被空气中的O2氧化,要加铁粉,将被氧化的Fe3+还原成Fe2+;(3)气体的溶解度随着温度升高而降低,所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少;(4)Fe(OH)2沉淀很容易被氧气氧化,长滴管插入溶液液面下,可防止Fe(OH)2与氧气接触而被氧化。答案:(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁为+2价,可以升高到+3价,具有还原性,易被氧化 (2)铁粉 (3)煮沸
(4)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化【规律方法】制备Fe(OH)2的关键
制备Fe(OH)2的关键是降低反应体系中氧气的存在量和
操作过程中氧气的引入量。如上题方案采用的方法:
(1)采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2+易被空气中的氧气
氧化成Fe3+);
(2)将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解在蒸馏水中
的氧气);(3)将碱直接加到亚铁盐溶液的底部[使Fe(OH)2与空气隔离];
(4)还可以在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小,而又不溶于水的有机溶剂)。
【迁移·应用】
下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________。 【解析】因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①是先用氢气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中液面加苯阻止了空气进入;②由于空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。答案:①③【补偿训练】
如图,当容器A中的反应开始后,若分别进行下列操作,请回答有关问题:(1)若弹簧夹C打开,B容器中的现象是什么?
(2)若关闭弹簧夹C一会儿,容器A中的反应还在进行时, B容器中的现象是什么?写出B容器中有关反应的化学方程式。(3)若先打开弹簧夹C一段时间,容器A中的反应还在进行时,再关闭弹簧夹C一会儿,B容器中的现象什么?【解析】解答该题必须明确:当NaOH中空气未排尽时, NaOH与FeSO4反应的产物Fe(OH)2只能短暂存在,但当通入氢气一段时间后,即认为其中的空气已排尽,生成的Fe(OH)2能较长时间存在。答案:(1)容器B中的导管口有气泡冒出。
(2)容器A中溶液进入容器B,有白色沉淀生成,沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。
2NaOH+FeSO4====Fe(OH)2↓+Na2SO4
4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3
(3)开始时容器B中的导管口有气泡冒出,弹簧夹C关闭后容器A中溶液进入容器B,有白色沉淀生成。【课堂回眸】
课件89张PPT。第3课时
铁及其化合物之间的转化关系一、铁及其化合物之间的转化
1.转化关系
在下图中适当位置标注常见的铁及其化合物,并用箭头标明物质之间的转化关系。①_________________;
②__________________;
③__________________;
④_______________________;
⑤_____________________;
⑥_______________________;3Fe+2O2 Fe3O4Fe+Cu2+====Cu+Fe2+FeO+2H+====Fe2++H2OFe(OH)2+2H+====Fe2++2H2OFe2++2OH-====Fe(OH)2↓Fe(OH)3+3H+====Fe3++3H2O写出有关反应的化学方程式或离子方程式:⑦_____________________;
⑧_________________;
⑨______________________;
⑩______________________;
?__________________;
?___________________________。Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓Fe+2Fe3+====3Fe2+2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-Fe2O3+6H+====2Fe3++3H2OZn+Fe2+====Fe+Zn2+4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3【想一想】上述铁及其化合物的转化关系有哪些反应类型?对应的反应又有哪些?请完成下表。2.应用
(1)铁及其化合物的制备;
(2)亚铁盐溶液的保存:加入少量铁粉。二、补铁剂中铁元素价态的检验无Fe3+有Fe3+溶液变红有Fe2+有Fe2+无Fe2+【微思考】若补铁剂中同时含有Fe2+和Fe3+,应如何检验二者的存在呢?
提示:将其溶解后分成两份,向其中一份中加入KSCN溶液,变红,证明有Fe3+;向另一份中加入酸性KMnO4溶液,酸性KMnO4溶液褪色,证明含Fe2+。三、铁元素与人体健康最高+2贫血还原性【情境·思考】
某品牌硫酸亚铁片的使用说明书部分内容如下:
【成分】本品每片含主要成分硫酸亚铁0.3克(相当于铁60毫克)。
【性状】本品为红色糖衣片,除去糖衣后显淡蓝绿色。【适应症】用于各种原因(如慢性失血、营养不良、妊娠、儿童发育期等)引起的缺铁性贫血。
某兴趣小组将硫酸亚铁片进行处理得到下图的红外套、白衬衫、绿身体。(1)根据上述描述,哪些部分含有铁元素?
提示:根据铁的化合物的颜色,可推测“红外套”可能为氧化铁;“绿身体”为硫酸亚铁。(2)根据(1)中的推测,设计实验验证。
提示:“红外套”的检验:取少量“红外套”溶于稀硫酸,加入KSCN溶液,溶液变红,则“红外套”为氧化铁; “绿身体”的检验:取少量“绿身体”溶于水,加入KSCN溶液,无明显变化,加入氯水溶液变红,则“绿身体”为硫酸亚铁。知识点一 铁及其化合物间的转化
【重点释疑】
1.铁及其化合物间的转化2.铁及其化合物间的转化
(1)铁及其化合物的制备。
①冶炼铁:
Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2②亚铁盐、铁盐的制备:
Fe2O3+6HCl====2FeCl3+3H2O
2FeCl2+Cl2====2FeCl3
Fe+2HCl====FeCl2+H2↑
2Fe+3Cl2 2FeCl3(2)亚铁盐溶液的保存:加入少量铁粉防止亚铁盐被氧
化。2FeCl3+Fe====3FeCl2。
(3)亚铁盐、铁盐的检验。
①FeCl3+3NaOH====Fe(OH)3↓+3NaCl(红褐色沉淀)
②FeCl2+2NaOH====Fe(OH)2↓+2NaCl
4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3(生成白色沉淀,迅速变
灰绿色,最后变成红褐色)【思考·讨论】
(1)以磁性氧化铁为原料如何制备FeCl3溶液?
提示:将磁性氧化铁溶于盐酸,再通入足量氯气(或加入足量氯水)可得到FeCl3溶液。(2)以磁性氧化铁为原料如何制备FeCl2溶液?
提示:将磁性氧化铁溶于盐酸,再加入足量铁粉过滤,可得到FeCl2溶液。【案例示范】
【典例】 (2019·济南高一检测)已知A是一种常见金属,F是一种红褐色沉淀。试根据图中转化关系,回答下列问题。(1)写出A、C、F、G的化学式:
A.________,C.________,F.________,G.________。?
(2)检验D中阳离子的方法____________________。?
(3)保存C溶液时要加固体A的原因是___________。?
(4)写出下列转化的离子方程式或化学方程式。
①A→C:__________________________________;?
②C→D:__________________________________。?【思维建模】解答有关无机物转化关系图的思维流程如下:本题的突破口为:
(1)F是一种红褐色沉淀——F为氢氧化铁;
(2)B与盐酸反应生成两种盐,且通Cl2可以转化——含有变价金属,B为Fe3O4。【解析】(1)A是一种常见金属,F是一种红褐色沉淀,由
转化关系可知,F为Fe(OH)3,A为Fe,Fe与氧气反应生成
的B为Fe3O4,四氧化三铁与盐酸反应得到氯化亚铁与氯
化铁,故Fe与盐酸反应得到的X为氢气、C为FeCl2,可推
知E为Fe(OH)2、D为FeCl3,G为Fe2O3;(2)D为FeCl3,含有
的阳离子为Fe3+,检验Fe3+的方法为取少量D溶液于试管
中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,证明有Fe3+; (3)FeCl2易被空气中的氧气氧化,保存FeCl2溶液时加固体Fe,防止Fe2+被氧化;(4)①A→C反应的离子方程式为Fe+2H+====Fe2++H2↑,②C→D反应的离子方程式为2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-。
答案:(1)Fe FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3
(2)取少量D溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,证明有Fe3+ (3)防止Fe2+被氧气氧化
(4)①Fe+2H+====Fe2++H2↑
②2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-【母题追问】(1)在整个转化关系图中有几个氧化还原反应?
提示:有7个,分别是A→B,A→C,G→A,C→D,D→C, E→F,E→G。(2)在E转化为F过程中,会观察到怎样的现象?
提示:白色沉淀变为灰绿色,最后变成红褐色。【迁移·应用】
1.下列物质与盐酸反应后,向所得溶液中滴加KSCN溶液,溶液呈红色的是 ( )
A.Fe B.FeO C.Fe3O4 D.Fe(OH)2【解析】选C。据题意知,所得溶液中含有Fe3+,原物质只能为Fe3O4,反应的离子方程式为Fe3O4+8H+====2Fe3+ +Fe2++4H2O,Fe、FeO、Fe(OH)2与HCl反应只能得到含Fe2+的溶液。2.下列物质之间有如下反应关系:已知E转化成C的现象是白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。回答:
(1)写出下列物质的化学式:A________,B________,?
D________,甲________,乙________,丙________。?
(2)写出E→C反应的化学方程式:______________。?【解析】(1)E转化成C的现象是白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,则E为Fe(OH)2,C为Fe(OH)3,A为红棕色粉末,则A为Fe2O3,B为FeCl3,D为FeCl2,乙为NaOH,由D→B的转化可知,甲为氯气或氯水等,由红色溶液可知,丙为KSCN。(2)E→C反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3。答案:(1)Fe2O3 FeCl3 FeCl2 Cl2(合理即可) NaOH KSCN
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3【补偿训练】
已知A为常见的金属单质,各物质之间有下图所示的关系:(1)确定A、B、C、D、E、F的化学式:A为________,
B为________,C为________,D为________,E为________,F为________。
(2)写出⑧的化学方程式,④⑤的离子方程式。
⑧____________________________,
④____________________________,
⑤____________________________。【解析】本题的突破点是“红褐色固体F”,通过红褐色固体F是Fe(OH)3,就可快速得出A为Fe,黑色晶体B为Fe3O4,继而推出C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2。
反应①:Fe+2HCl====FeCl2+H2↑
反应②:2Fe+3Cl2 2FeCl3
反应③:Fe3O4+8HCl====FeCl2+2FeCl3+4H2O反应④:2FeCl2+Cl2====2FeCl3
反应⑤:Fe+2FeCl3====3FeCl2
反应⑥:FeCl2+2NaOH====Fe(OH)2↓+2NaCl
反应⑦:FeCl3+3NaOH====Fe(OH)3↓+3NaCl
反应⑧:4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3答案:(1)Fe Fe3O4 FeCl2 FeCl3 Fe(OH)2 Fe(OH)3
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3
2Fe2++Cl2====2Cl-+2Fe3+
Fe+2Fe3+====3Fe2+?【素养提升】
湿法炼铜技术开始于秦汉之际,当时的炼丹术士在炼丹中发现铁能够从硫酸铜溶液中置换出铜。 西汉《淮南万毕术》中记载,“曾青得铁,则化为铜”。《梦溪笔谈》也说:“信州铅山县有苦泉,流以为涧,挹其水熬之,则成胆矾,烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。”这些记载表明当时人们已有意识地利用化学的置换反应来获得铜。(1)“熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”发生了什么化学反应?有什么明显现象?
(2)湿法炼铜后的溶液暴露在空气中,会发生什么变化?
如何验证该反应的发生?(3)如何从长期暴露在空气中的湿法炼铜后的溶液中得到纯净的硫酸亚铁溶液?
【解析】(1)“熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”即铁与硫酸铜反应生成铜与硫酸亚铁,溶液由蓝色变为浅绿色,铁上有亮红色固体生成。(2)湿法炼铜后的溶液含有硫酸亚铁,暴露在空气中,会被氧气氧化为硫酸铁,可以通过验证溶液中是否含有Fe3+来证明该反应的发生。
(3)溶液中加入足量的铁粉,Fe3+、Cu2+都转化为Fe2+,过滤可得到纯净的硫酸亚铁溶液。答案:(1)Fe+CuSO4====Cu+FeSO4 溶液由蓝色变为浅绿色,铁上有亮红色固体生成
(2)硫酸亚铁被氧气氧化为硫酸铁,溶液由浅绿色变为棕黄色;取少量暴露在空气中的溶液,加入KSCN溶液,若溶液变红,则溶液中含有Fe3+,说明硫酸亚铁被氧气氧化为硫酸铁(3)加入足量的铁粉,过滤
知识点二 补铁剂中铁元素价态的实验探究
【重点释疑】
【探究一】补铁剂中铁元素价态的分析
根据常见铁的化合物可知,补铁剂中铁元素价态及存在形态有以下3种可能:1.+2价(Fe2+);
2.+3价(Fe3+);
3.+2价和+3价(Fe2+和Fe3+)。
【探究二】检验试剂和方案的实验探究
1.试剂的选择
(1)Fe2+的检验:(2)Fe3+的检验:2.方案的选择【思考·讨论】
(1)能不能将KMnO4和KSCN滴入同一试管中进行验证,为什么?
提示:不能。KMnO4溶液呈紫色,Fe(SCN)3是红色,所以影响观察Fe(SCN)3的红色;KSCN具有较强的还原性,可以被KMnO4氧化,影响Fe2+的检验。(2)能不能用NaOH溶液进行验证,为什么?
提示:不能。若补铁剂中含有Fe3+,加入NaOH溶液立即生成红褐色沉淀,则无法检验Fe2+的存在。【案例示范】
【典例】为了提高皮革的耐曲折强度以及耐化学药剂和微生物的作用,常常使用绿矾作为鞣革剂。绿矾晶体(FeSO4·7H2O)由于保存不妥或长久放置,容易被空气中的氧气氧化而变质。为探究绿矾样品的变质情况,化学兴趣小组的同学设计了下列实验方案。
可供选择的试剂:硫氰化钾溶液、酸性高锰酸钾溶液、氯水、氢氧化钠溶液、氯化钡溶液,请参与完成方案设计。实验准备:取少量绿矾样品,用蒸馏水在烧杯中配成溶液。
(1)如何证明绿矾已经被氧化? (科学探究与创新意识)
(2) 如何证明绿矾已经被完全氧化? (科学探究与创新意识)(3)在使用硫酸亚铁时,如何防止Fe3+的干扰? (科学探究与创新意识)
【解析】(1)绿矾样品被氧化会生成Fe3+,有Fe3+存在即可说明绿矾样品已被氧化,Fe3+可使硫氰化钾溶液变红色。
(2)Fe2+能使酸性高锰酸钾溶液褪色,若溶液不褪色,说明溶液中没有Fe2+,则证明绿矾样品完全被氧化。
(3)为防止Fe3+的干扰,可以加入适量铁粉进行除杂,加入铁粉后Fe3+与铁反应生成Fe2+。答案:(1)取少量溶液,加入几滴硫氰化钾溶液,若观察到溶液变红色,则证明绿矾样品已被氧化。(2)取少量溶液,加入几滴酸性高锰酸钾溶液,若观察到溶液不褪色,则证明绿矾样品完全被氧化。
(3)加入适量铁粉, Fe3+与铁反应生成Fe2+。【迁移·应用】
(2019·锦州高一检测)为了检验某未知溶液是否是FeCl2溶液,一位同学设计了以下实验方案加以证明。向一支装有该未知溶液的试管中先通入氯气,再滴加KSCN溶液,溶液呈红色,证明该未知溶液是FeCl2溶液。
(1)你认为此方案是否合理?若不合理,要检验Fe2+应如何操作?
(2)现向一支装有FeCl2溶液的试管中滴加氢氧化钠溶液,可观察到什么现象?写出反应的化学方程式。【解析】(1)Fe2+的检验要注意排除Fe3+的干扰,若先通入Cl2再滴加KSCN溶液,溶液呈现红色,说明溶液中有Fe3+,但Fe3+来源于Fe2+或是原溶液中无法说明。
(2)FeCl2与NaOH发生反应生成Fe(OH)2,最终转化为Fe(OH)3。答案:(1)不合理 先加KSCN溶液,无明显现象,再加入氯水,溶液变成红色,则说明原溶液中有Fe2+
(2)出现白色絮状沉淀,马上变成灰绿色,最终变成红褐色 FeCl2+2NaOH====Fe(OH)2↓+2NaCl、4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3【课堂回眸】
【核心整合】
1.铁及其化合物的转化关系2.主干知识梳理
(1)铁的性质。
①Fe与O2、H2O(g)反应的产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。
②Fe在Cl2中燃烧,无论Cl2过量还是不足均生成FeCl3。Fe与S反应时只能生成FeS。(2)Fe2+、Fe3+的检验。
①向含Fe2+的溶液中加入酸性KMnO4溶液、氯水等具有氧化性的物质时,溶液会出现浅绿色 →棕黄色的颜色变化,该现象可用于Fe2+的检验。 ②当Fe2+与Fe3+共存时,检验Fe2+的方法是取少许溶液向其中加入酸性高锰酸钾溶液,紫红色褪去;检验Fe3+的方法是取少许溶液,向其中加入KSCN溶液,溶液变为红色。③铁氰化钾法(化学式为K3[Fe(CN)6])鉴别Fe2+、Fe3+:Fe2+能与[Fe(CN)6]3-形成蓝色沉淀Fe3[Fe(CN)6]2,而Fe3+则不能。(3)应用。
①配制FeCl2溶液要加入铁粉防氧化。
②制备Fe(OH)2时应该注意隔绝氧气防氧化。【素养迁移】
1.下列关于铁及其化合物的说法中正确的是 ( )
A.Fe3O4是一种红棕色粉末,俗称磁性氧化铁
B.铁与水蒸气在加热条件下的反应产物为Fe2O3和H2
C.去除FeCl2溶液中的FeCl3杂质,可以向溶液中加入过
量铁粉,然后过滤
D.Fe3+与KSCN反应产生红色沉淀【解析】选C。Fe3O4是一种黑色固体,A错;铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4,B错;铁粉与FeCl3反应生成FeCl2,FeCl3被除去,没有引入新的杂质,C对;Fe3+与KSCN反应产生的不是沉淀,D错。2.已知下述三个实验均能发生化学反应:下列判断正确的是 ( )
A.实验①和③中的铁钉只作还原剂
B.上述实验证明氧化性:Fe3+>Fe2+>Cu2+
C.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性
D.实验③中反应的离子方程式为Fe+Fe3+====2Fe2+【解析】选A。①实验证明氧化性:Cu2+>Fe2+,B错误;实验②中Fe2+显还原性,C错误;实验③中离子方程式为Fe+2Fe3+====3Fe2+,D错误。3.将Na2O2投入FeCl2溶液中,可以观察到的现象是
( )
A.生成白色沉淀
B.生成红褐色沉淀
C.只有气泡产生
D.溶液变成棕黄色【解析】选B。Na2O2与H2O反应生成NaOH和O2,NaOH与FeCl2反应生成Fe(OH)2,Fe(OH)2又被氧化生成Fe(OH)3。4.某研究性学习小组研究由Fe2+制备Fe(OH)2,设计了如下实验方案。实验装置图如图(夹持装置已略去)。往100 mL大试管中加40 mL煤油,放入3粒米粒大小的金属钠后塞上橡胶塞,通过长颈漏斗加入FeSO4溶液使煤油的液面至橡胶塞,夹紧弹簧夹。下列有关叙述错误的是 ( )
A.钠不会发生反应
B.Na用来产生氢气,从而赶走装置中的氧气,同时生成Fe(OH)2沉淀C.试管中有气泡生成,钠在煤油和FeSO4溶液界面上下跳动,最终完全溶解,同时溶液中有白色沉淀生成
D.反应的总离子方程式为2Na+Fe2++2H2O====Fe(OH)2↓ +2Na++H2↑
【解析】选A。钠的密度在煤油和水之间,与水反应生成NaOH和氢气,产生的氢气用来赶走装置中的氧气,生成的NaOH和FeSO4反应生成Fe(OH)2沉淀,所以反应的现象为钠在煤油和FeSO4溶液之间跳动,有气泡生成。反应的总离子方程式为2Na+Fe2++2H2O====Fe(OH)2↓ +2Na++H2↑。5.黄铜矿是一种铜铁硫化物矿物,常含微量的金、银等。在工业上,它是炼铜的主要原料。在宝石学领域,它很少被单独利用,偶尔用作黄铁矿的代用品。另外,它常参与一些彩石、砚石和玉石的组成。某同学用稀硫酸浸泡由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜得到的滤渣。
(1)取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在什么离子?
(2)确定该溶液中是否含有Fe2+还需什么试剂?现象如何?【解析】(1)滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中含有Fe3+;(2)当Fe3+存在时,检验Fe2+不能使用KSCN法或NaOH沉淀法。应利用Fe2+的还原性进行检验,即使用溴水或酸性KMnO4溶液。答案:(1)Fe3+ (2)酸性KMnO4溶液 取少量溶液,滴加酸性KMnO4溶液,溶液褪色,说明溶液中存在Fe2+
课堂检测·素养达标
1.(教材改编题)下列物质与其性质、用途主要成分不对应的是 ( )
A.四氧化三铁——磁性氧化铁
B.三氧化二铁——作红色染料
C.亚铁盐——用于治疗缺铁性贫血
D.赤铁矿——主要成分为FeO
【解析】选D。赤铁矿的主要成分为Fe2O3。
2.(2019·北京昌平区高一检测)下列物质的水溶液遇KSCN溶液显红色的是
( )
A.FeCl3 B.FeCl2 C.KCl D.Na2SO4
【解析】选A。FeCl3中含有三价铁离子,符合题意,故A正确;FeCl2中含有的是二价铁离子,滴入KSCN溶液不会显红色 ,故B错误;KCl中不含有三价铁离子,不符合题意,故C错误;Na2SO4中不含有三价铁离子,不符合题意,故D错误。
3.实验室在配制FeSO4溶液时,为防止FeSO4被氧化而变质,常在溶液中加入少量的 ( )
A.锌粉 B.铁粉
C.硫酸铁 D.盐酸
【解析】选B。实验室配制的FeSO4可被氧化为Fe2(SO4)3,但加入铁粉可以防止被氧化。
4.(2019·菏泽高一检测) 要证明某溶液中不含Fe3+,而可能含有Fe2+,进行如下实验操作的最佳顺序为 ( )
①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4(H+)溶液
③加入少量KSCN溶液
A.①③ B.③②
C.③① D.①②③
【解析】选C。先加入少量KSCN溶液,若无红色,证明无Fe3+,然后加足量的氯水,若出现红色,说明有Fe2+存在。不选择B项加入足量KMnO4(H+)溶液的原因是KMnO4(H+)溶液是紫红色的溶液,Fe2+与Mn反应时溶液颜色变化不明显。
【互动探究】(1)若向FeCl2溶液中加入KSCN溶液,溶液变红,请分析原因。
提示:向FeCl2溶液中加入KSCN溶液,溶液变红说明有Fe3+,即Fe2+被氧气氧化为Fe3+。
(2)如何检验FeSO4、Fe2(SO4)3混合溶液中含有Fe2+和Fe3+?
提示:加入淀粉KI溶液,溶液变蓝说明含有Fe3+;加入酸性高锰酸钾溶液,红色褪去说明含有Fe2+。
5.(新思维·新考向) 人体易吸收二价铁盐,难吸收三价铁盐。通过学习了解到Fe2+和Fe3+可以互相转化,现提供的物质有FeCl2溶液、FeCl3溶液、Fe粉、KSCN溶液、3%H2O2,请你完成实验报告证明Fe2+和Fe3+的互相转化。(已知:H2O2可氧化Fe2+)
实验步骤
实验现象
结论
(1)
Fe2+可被氧化成 Fe3+
(2)
Fe3+可被还原成 Fe2+
【解析】(1)能使硫氰化钾显示红色的是铁离子,将KSCN溶液滴入盛有FeCl2溶液的试管中,无明显现象,再加入双氧水,亚铁离子被氧化剂双氧水氧化为铁离子,会变红色,此时可以证明亚铁离子被氧化为铁离子;(2)在盛有足量Fe粉的试管中滴入FeCl3溶液,此时金属铁和三价铁之间可以反应生成亚铁离子,溶液由棕黄色变为浅绿色,再加入KSCN溶液,充分振荡无现象,此时Fe3+被Fe粉还原成Fe2+。
答案:
实验步骤
实验现象
(1)
①将KSCN溶液滴入盛有FeCl2溶液的试管中,充分振荡
②再滴入3%H2O2,充分振荡
①无明显现象
②溶液变红
(2)
①在盛有足量Fe粉的试管中滴入FeCl3溶液,充分振荡
②再滴入KSCN溶液,充分振荡
①溶液由棕黄色变为浅绿色
②无明显现象
课堂检测·素养达标
1.下列物质中,不能与铁发生化学反应的是 ( )
A.盐酸 B.氯化铁溶液
C.氢氧化钠溶液 D.氯气
【解析】选C。铁属于较活泼金属,与酸、某些盐、非金属单质易反应,但不能与碱反应。
2.(教材改编题)下列物质与铁反应只生成+3价铁的化合物的是 ( )
A.Cl2 B.盐酸 C.O2 D.H2O
【解析】选A。FeFe3+的转化需要强氧化剂。盐酸与Fe发生置换反应,生成的是+2价铁的化合物,O2与Fe在点燃条件下反应生成Fe3O4,Fe与H2O(g)在高温条件下反应生成Fe3O4,故选A。
3.红珊瑚栖息于200～2 000米深的海域,它与琥珀、珍珠被统称为有机宝石。
在中国,珊瑚是吉祥富有的象征,一直用来制作珍贵的工艺品。红珊瑚是无数珊瑚虫分泌的石灰质大量堆积形成的干支状物,呈红色是因为在海底长期积淀某种元素,该元素是 ( )
A.Na B.Fe C.Zn D.Cu
【解析】选B。呈红色是由于铁元素被氧化后生成了Fe2O3的原因。
4.(2019·潍坊高一检测)将Fe(OH)2露置在空气中加热灼烧所得的产物为
( )
A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Fe(OH)3
【解析】选B。Fe(OH)2极易被空气中的氧气氧化。当露置于空气中时,Fe(OH)2首先转化为Fe(OH)3,然后加热灼烧,Fe(OH)3分解生成Fe2O3。
5.下列关于Fe(OH)2的制备能够成功的是 ( )
A.向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液
B.向FeSO4溶液中逐滴加入氨水
C.先将装有NaOH溶液的长滴管插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液可制得Fe(OH)2白色沉淀
D.取适量新配制的FeSO4溶液于试管中,再加入一层植物油(密度小于水,且不溶于水),然后向试管内逐滴加入NaOH溶液
【解析】选C。Fe(OH)2可用含Fe2+的盐溶液与碱反应制得,但由于Fe(OH)2具有还原性,容易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3,所以制备时要特别注意隔绝空气。
6.某同学利用铁与水蒸气反应后的固体物质进行了如下实验:
固体淡黄色溶液淡红色溶液深红色溶液溶液褪色
(1)根据加入试剂1后的现象,可知试剂1是什么?由现象可知淡黄色溶液中含有什么离子?
(2)加入新制氯水后溶液红色加深的原因是什么?
(3)结合铁的化合物类型及实验现象可推测铁与水蒸气反应后的固体物质是什么?写出该固体物质溶于稀盐酸的化学方程式。
【解析】(1)三价铁离子与KSCN溶液反应,生成Fe(SCN)3,溶液变红色;(2)加入新制氯水后,亚铁离子被氧化成三价铁离子,则溶液红色加深;(3)由实验现象可知淡黄色溶液中含有Fe3+和Fe2+,可知固体为Fe3O4,溶于盐酸的化学方程式为Fe3O4+8HCl2FeCl3+FeCl2+4H2O。
答案:(1)KSCN Fe3+
(2)加入新制氯水后,亚铁离子被氧化成三价铁离子,则溶液红色加深
(3)Fe3O4 Fe3O4+8HCl2FeCl3+FeCl2+4H2O
课堂检测·素养达标
1.欲除去FeSO4溶液中含有的CuSO4和Fe2 (SO4)3等少量杂质,应选用的试剂是
( )
A.氨水 B.铝粉
C.铁粉 D.NaOH溶液
【解析】选C。加入铁可将Fe3+还原为Fe2+,与Cu2+发生置换反应,而除去杂质离子。
2.(教材改编题)将铁屑溶于过量的稀盐酸后,再加入下列物质,会有Fe3+生成的是 ( )
A.硫酸 B.氯水
C.硫酸锌 D.氯化铜
【解析】选B。将Fe溶于稀盐酸得Fe2+,若生成Fe3+应加入合适的氧化剂,氯水正确。
3.(2019·聊城高一检测)下列有关铁及其化合物的说法中正确的是 ( )
A.可以采用加热的方法除去Fe2O3中的Fe(OH)3
B.铁只有与水蒸气反应才能得到Fe3O4
C.不能通过化合反应生成FeCl2和Fe(OH)3
D.氯化铁溶液有较强氧化性,故可用作净水剂
【解析】选A。Fe(OH)3加热分解生成Fe2O3,A正确;铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4,B错误;可以通过化合反应2FeCl3+Fe3FeCl2生成FeCl2,可以通过化合反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3生成Fe(OH)3,C错误;FeCl3作净水剂是利用了Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体的吸附作用,而不是氧化性,D错误。
【补偿训练】
氧化亚铁溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止,得到红棕色残渣,上述白色沉淀和残渣分别是 ( )
A.Fe(OH)3 Fe2O3 B.Fe(OH)2 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3 D.Fe(OH)2 Fe3O4
【解析】选B。反应过程为FeOFe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3。
4.“百炼成钢”是指反复将炽热的生铁在空气中锤打,转化为坚硬的钢,其实质是对生铁的不断除杂过程。下列叙述不正确的是 ( )
选项
被提纯物质
杂质
除杂试剂或方法
A
FeCl3溶液
FeCl2
通入适量Cl2
B
FeCl2溶液
FeCl3
加入过量铁粉并过滤
C
铜粉
铁粉
加入过量稀硫酸并过滤
D
Fe(OH)3溶液
Fe(OH)2
在空气中灼烧
【解析】选D。A项发生反应:2FeCl2+Cl22FeCl3,正确;B项发生反应: Fe+2FeCl33FeCl2,正确;C项发生反应:Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,而Cu不与稀硫酸反应,正确;D项混合物在空气中灼烧时会发生分解,最终生成Fe2O3,错误。
5.某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是什么?
(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,说明什么?写出有关反应的离子方程式。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在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,煤油的作用是什么?
【解析】(1)亚铁离子具有还原性,能被空气中的氧气氧化,所以在配制的FeCl2溶液中加入少量铁屑的目的是防止Fe2+被空气氧化。
(2)Cl2可将Fe2+氧化成Fe3+,自身得电子生成Cl-,反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。
(3)防止空气中的氧气将Fe2+氧化,产生干扰,所以煤油的作用是隔绝空气。
答案:(1)防止Fe2+被氧化
(2) Cl2可将Fe2+氧化 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
【补偿训练】
(2019·邯郸高一检测)如图,已知有以下物质相互转化:
(1)写出下列物质的化学式:
B________,D________,E________,J________。
(2)向C溶液中先加入KSCN溶液,再滴加氯水,现象是________________。
(3)写出由D转变成C的离子方程式:____________________________。
(4)写出G生成H的化学反应方程式:?______________________________。
【解析】根据各物质的转化关系,白色沉淀G在空气中可转化为红褐色沉淀H,可知G为Fe(OH)2,H为Fe(OH)3,C为含Fe2+的溶液,由H→D→C的转化关系可知A为Fe;因F溶液加入AgNO3和稀硝酸后生成白色沉淀J和溶液K,可知J为AgCl,K溶液焰色反应呈紫色,故F为KCl,C为FeCl2,D为FeCl3,B为HCl,X为Cl2,E为KOH。
答案:(1)HCl FeCl3 KOH AgCl
(2)开始不变色,加入氯水后显红色
(3)Fe+2Fe3+3Fe2+
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3?
课时素养评价 十三
亚铁盐和铁盐
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.(2019·临沂高一检测)据相关报道,2018年12月中国进口铁矿石到港量9097万吨。下列关于铁矿石的说法正确的是 ( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.铁矿石的主要成分与铁锈的主要成分相同
C.磁铁矿粉末溶于盐酸后,加入KSCN溶液,溶液变红色
D.黄铁矿与磁铁矿的主要成分相同
【解析】选C。A项,赤铁矿的主要成分为Fe2O3;B项,铁矿石有很多种,不一定与铁锈的主要成分(含Fe2O3)相同;C项,磁铁矿的主要成分为Fe3O4,溶于盐酸可产生+3价铁;D项,磁铁矿的主要成分为Fe3O4,黄铁矿的主要成分为FeS2。
2.下列可用于检验实验室久置的FeSO4溶液是否含有Fe3+的试剂是 ( )
A.石蕊试液 B.酚酞试液
C.新制氯水 D.KSCN溶液
【解析】选D。Fe3+与KSCN反应生成红色溶液。
3.下列关于Fe2+和Fe3+的叙述中,错误的是 ( )
A.Fe2+的水溶液为浅绿色
B.Fe3+的水溶液为棕黄色
C.Fe3+具有氧化性,Fe2+既具有氧化性又具有还原性
D.向含Fe3+的溶液中滴入含SCN-的溶液,立即出现红色沉淀
【解析】选D。含有Fe2+的水溶液为浅绿色,含有Fe3+的水溶液为棕黄色,A、B正确;Fe3+具有氧化性,Fe2+既具有氧化性又具有还原性,C正确;向含Fe3+的溶液中滴入含SCN-的溶液,溶液变红色,不是出现红色沉淀,D错误。
4.(2019·邢台高一检测)下列叙述正确的是 ( )
A.向某溶液中加入KSCN后无明显现象,证明溶液中不含有Fe3+
B.FeCl2无法直接通过化合反应而得到
C.向某溶液中通入Cl2,再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+
D.因为在金属活动性顺序表中,Cu排在Fe后面,故把铜粉加入FeCl3溶液中不发生反应
【解析】选A。FeCl2可由化合反应Fe+2FeCl33FeCl2而得到;判断溶液中含有Fe2+的正确方法是先加入KSCN溶液,溶液不变色(无Fe3+),再通入Cl2后变为红色,从而证明有Fe2+;Fe3+具有较强氧化性,可与Cu发生反应:Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+。
【易错提醒】本题易错选C。其原因是考虑问题不全面,加入KSCN溶液后变红色,说明溶液中此时一定含有Fe3+,但是该Fe3+可能是原溶液中含有的Fe2+在通入Cl2后氧化而生成的,也可能是原溶液中本来就含有的。
5.在FeCl3和CuCl2的混合液中,加入过量的铁粉,充分反应后,溶液中的金属离子是 ( )
A.Fe2+ B.Fe3+和Fe2+
C.Cu2+和Fe2+ D.Cu2+
【解析】选A。氧化性:Fe3+>Cu2+,加入过量铁粉,发生反应:2Fe3++Fe3Fe2+, Fe+Cu2+Cu+Fe2+,则溶液中金属离子只有Fe2+。
【互动探究】(1)上述反应最后剩余的固体是什么?
提示:Fe、Cu。Fe与CuCl2反应生成Cu,Fe过量,则剩余固体Fe、Cu。
(2)若将铁粉换为铜片,则答案选哪个?
提示:选C。将铁粉换为铜片,只发生反应Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,溶液中的金属离子是Cu2+和Fe2+。
6.(2019·成都高一检测)将Cu片放入下列溶液中,Cu片质量减轻的是
( )
A.CuCl2 B.AgNO3
C.Fe2(SO4)3 D.H2SO4(稀)
【解析】选C。CuCl2和H2SO4(稀)不与Cu反应;AgNO3与Cu反应,Cu片质量增加,因为析出了Ag;而2Fe3++CuCu2++2Fe2+,故Fe2(SO4)3可使Cu片溶解且质量减轻。
7.(2019·武汉高一检测)下列能与Fe3+反应,且能够证明Fe3+具有氧化性的物质是 ( )
①KSCN ②Fe
③FeCl2 ④Cu
⑤NaOH
A.④⑤ B.①②③
C.①③ D.②④
【解析】选D。Fe3+遇KSCN溶液呈红色,没有发生氧化还原反应;Fe3+与FeCl2溶液不反应;Fe3+与NaOH溶液反应生成Fe(OH)3,不是氧化还原反应;Fe和Cu能够与Fe3+反应:2Fe3++Fe3Fe2+,2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,Fe3+作氧化剂。
8.(2019·广州高一检测)下列试剂可用于检验Fe2(SO4)3溶液中是否含有Fe2+的是
( )
A.NaOH溶液 B.KSCN溶液
C.酸性KMnO4溶液 D.氯水
【解析】选C。加NaOH溶液时,若有Fe2+存在而生成Fe(OH)2,也会被生成的Fe(OH)3的红褐色掩盖,现象不明显;加KSCN溶液可检验Fe3+无法检验Fe2+;加入氯水无明显现象,故A、B、D均不对;滴加少量酸性KMnO4溶液,若紫红色褪去,则证明有Fe2+存在。
9.(2019·九江高一检测)在下列有FeCl3溶液参加的反应中,与Fe3+的氧化性无关的是 ( )
A.FeCl3溶液与Fe反应
B.FeCl3溶液使淀粉KI溶液变蓝
C.FeCl3溶液滴入沸水中制得Fe(OH)3胶体
D.FeCl3溶液用于腐蚀电路板
【解析】选C。A、B、D中Fe3+分别将Fe、I-、Cu氧化为Fe2+、I2和Cu2+,表现氧化性;C的离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+ 3H+,Fe3+的化合价没有变化,没有表现氧化性。
10.(原创题)取某含铁元素的固体A进行如下实验:
根据以上转化关系,下列叙述不正确的是 ( )
A.试剂1是KSCN溶液
B.试剂2可以是新制氯水
C.溶液B中只有Fe3+无Fe2+
D.溶液C到溶液F红色加深的原因是溶液中的Fe2+被氧化剂氧化成Fe3+,使Fe3+浓度增大
【解析】选C。从框图可知,A和稀盐酸反应生成棕黄色溶液,加入试剂1变成淡红色溶液C,可以推断溶液B中含有Fe3+,加入KSCN溶液后生成Fe(SCN)3;加入试剂2得到深红色溶液F,可知试剂2为强氧化剂,溶液B中含有Fe2+,加入试剂2(强氧化剂),Fe2+被氧化为Fe3+,并进一步转化为Fe(SCN)3,所以溶液红色加深,故C错误。
二、非选择题(本题包括2小题,共20分)
11.(8分)写出除去下列杂质(括号内)所用的试剂或方法,并写出对应的离子方程式(无离子方程式的写化学方程式)。
编号
物质
试剂
(或方法)
离子
方程式
①
FeCl3溶液(FeCl2)
②
FeCl2溶液(FeCl3)
③
FeCl2溶液(CuCl2)
④
Cu粉(Fe粉)
【解析】①向溶液中通入Cl2发生反应2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,除去FeCl2;②向溶液中加入适量Fe粉,发生反应2Fe3++Fe3Fe2+,过滤得到纯净的FeCl2溶液;③向溶液中加入适量Fe粉,发生反应Cu2++FeFe2++Cu,过滤得到纯净的FeCl2溶液; ④向固体中加入足量的稀盐酸(或稀硫酸),发生反应Fe+2H+Fe2++H2↑,过滤得到纯净的铜。
答案:①通入Cl2 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
②Fe粉 2Fe3++Fe3Fe2+
③Fe粉 Cu2++FeFe2++Cu
④稀盐酸(或稀硫酸)
Fe+2H+Fe2++H2↑
12.(12分)为了“探究铁及其化合物的氧化性或还原性”,某同学甲设计了如下的实验方案。
(1)实验前甲同学预测:Fe2+肯定既有还原性又有氧化性。你认为甲同学预测的依据是什么?
(2)甲同学欲用实验证明他的预测。实验室提供了下列试剂:3%的H2O2溶液、锌粒、铜片、0.1 mol·L-1 FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水。
①若甲同学计划在0.1 mol·L-1 FeCl2溶液中滴入新制氯水,探究Fe2+的还原性,你预计可能发生的反应及现象是什么?
②实验中,甲同学发现现象不太明显,老师分析可能是产物的含量太低,建议可以通过检验Fe2+被氧化的产物Fe3+的存在以获取证据。你认为如何证明甲同学的观点和实验方案都是正确的?
③对于证明Fe2+具有氧化性,甲同学认为金属单质都具有还原性,并分别将铜片、锌粒投入FeCl2溶液中,结果铜片没变化,锌粒逐渐变小。由此说明三种金属的还原性由强到弱的顺序如何?
【解析】Fe2+中铁元素化合价处于中间价态,可以升高也可以降低,既可被氧化又可被还原;新制氯水可将Fe2+氧化成棕黄色的Fe3+;检验Fe3+用KSCN溶液;在氧化还原反应中还原剂的还原性强于还原产物。
答案:(1)Fe2+中铁元素化合价处于中间价态,可以升高也可以降低。
(2)①Cl2+2Fe2+2Cl-+2Fe3+;溶液变为棕黄色 ②向溶液中滴入KSCN溶液,溶液呈红色。 ③Zn>Fe>Cu
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题7分,共14分)
13.(2019·西安高一检测)将足量铁粉放入由盐酸、MgCl2溶液、FeCl3溶液、CuCl2溶液组成的混合液中,充分反应后,铁粉有剩余,则溶液中含有的阳离子是
( )
A.Cu2+和Fe2+ B.Fe2+和Mg2+
C.Fe3+和Fe2+ D.H+和Cu2+
【解析】选B。放入足量铁粉所发生的反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,Fe+Cu2+Cu+Fe2+, 2H++FeFe2++H2↑,铁粉有剩余,则溶液中无H+、Fe3+、Cu2+。
【补偿训练】
当向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,反应结束后,烧杯底部不可能出现的是 ( )
A.有铜无铁 B.有铁无铜
C.有铁有铜 D.无铁无铜
【解析】选B。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,因为铁的还原性比铜强,Fe3+先与铁反应,铁消耗完后才能与铜反应。所以可能出现四种情况,只消耗部分铁、消耗全部铁、消耗全部铁和部分铜、消耗全部铁和全部铜,不可能出现只消耗铜而余下铁的情况。
14.已知下列四个实验均能发生化学反应:
①
②
③
④
将铁钉放入硫酸铜溶液中
向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水
将铜丝放入氯化铁溶液中
向FeCl2溶液中滴入KSCN溶液,无明显现象,再滴入氯水,变红
下列判断正确的是 ( )
A.实验①中铁钉只作氧化剂
B.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性
C.实验③中发生的是置换反应
D.上述实验证明:氧化性:Fe3+>Cu2+>Fe2+,Fe2+遇KSCN溶液无红色物质生成
【解析】选D。①中发生反应Fe+Cu2+Fe2++Cu,其中铁作还原剂,A错;②中发生反应2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,其中Fe2+作还原剂,表现还原性,B错;③中反应为Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+,不属于置换反应,C错;氧化性:由①知Cu2+>Fe2+,由③知Fe3+>Cu2+,即Fe3+>Cu2+>Fe2+,由④可知,Fe2+遇KSCN溶液不生成红色物质,D对。
【补偿训练】
(2019·北京四中高一检测)常温下,下列离子能与H+、Cl-、Fe3+在同一溶液中大量共存的是 ( )
A.Fe2+ B.ClO- C.Ag+ D.HC
【解析】选A。Fe2+与H+、Cl-、Fe3+不反应,在溶液中能够大量共存,故A正确;ClO-与H+发生反应,在溶液中不能大量共存,故B错误;Ag+与Cl-发生反应,在溶液中不能大量共存,故C错误;HC与H+、Fe3+发生反应,在溶液中不能大量共存,故D错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
15.(2019·西安高一检测)阅读下列材料后,回答相应问题。
铁在生活中分布较广,占地壳含量的4.75%,纯铁是柔韧而延展性较好的银白色金属,用于制发电机和电动机的铁芯,铁及其化合物还用于制磁铁、药物、墨水、颜料、磨料等。另外人体中也含有铁元素,+2价的亚铁离子是血红蛋白的重要组成成分,用于氧气的运输。在我国,从战国时期到东汉初年,铁器的使用开始普遍起来,成为了我国最主要的金属。铁的化合物四氧化三铁就是磁铁矿,是早期司南的材料。
(1)服用维生素C可将人体中的Fe3+转化成Fe2+,这说明维生素C具有什么性质?
(2)新配制的FeCl2溶液应加入什么物质可以防止FeCl2转化为FeCl3?
(3)在制作印刷电路板的过程中常利用铜与氯化铁溶液的反应,写出反应的离子方程式。
(4)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?
(5)某同学为检验某未知溶液是否为FeCl2溶液,采取如下实验方案加以验证:
取少许未知溶液于试管中溶液呈红色(证明含有FeCl2),你认为此方案是否合理?若不合理,如何改进?
【解析】(1)铁元素的化合价降低,维生素C具有还原性。
(2)新配制的FeCl2溶液应加入铁粉可以防止FeCl2转化为FeCl3。
(3)在制作印刷电路板的过程中的反应为Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+。
(4)向含有铁粉的FeCl2溶液中通入Cl2,发生反应2Fe2++Cl22Fe3++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。
(5)当原溶液中含Fe3+时,向溶液中先通氯气,再加KSCN溶液,溶液也会变红,所以此方案不合理;正确的实验操作:取少量未知溶液,先加入KSCN溶液,不变红色,再加入氯水,若溶液变红色,则溶液中含Fe2+。
答案:(1) 还原性 (2)铁粉
(3)Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+
(4)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,Fe+2Fe3+3Fe2+ 铁粉
(5)不合理 取少量未知溶液,先加入KSCN溶液,溶液不变红,再加入氯水,溶液变成红色,则证明原溶液中有Fe2+
课时素养评价 十五
铁及其化合物之间的转化关系
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.(2019·滨州高一检测)下列物质反应后一定有+3价铁生成的是 ( )
①过量的Fe与Cl2反应
②Fe与过量稀硫酸反应
③Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A.只有① B.①② C.①②③ D.①③
【解析】选A。虽然铁粉过量,但铁与Cl2发生反应的产物为FeCl3,故①中有+3价铁生成;Fe与稀硫酸反应生成FeSO4,故②中只有+2价铁生成;Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中时,若铁粉很多,则过量的铁粉与生成的FeCl3发生反应生成FeCl2,而使溶液中无Fe3+,故③中不一定有+3价铁生成,A正确。
【补偿训练】
(2019·邯郸高一检测)下列反应结束后,向其中滴加KSCN溶液,溶液变成红色的是 ( )
A.铁锈与过量稀盐酸
B.FeCl3溶液与过量铜片
C.FeCl3溶液与过量铁粉
D.FeCl2溶液与过量Zn粉
【解析】选A。铁锈与过量稀盐酸反应生成FeCl3,溶液中存在Fe3+,向其中滴加KSCN溶液,溶液变成红色,故A正确;FeCl3溶液与过量铜片反应生成FeCl2,溶液中不存在Fe3+,向其中滴加KSCN溶液,溶液不变红,故B错误;FeCl3溶液与过量铁粉反应生成FeCl2,溶液中不存在Fe3+,向其中滴加KSCN溶液,溶液不变红,故C错误;FeCl2溶液与过量Zn粉反应生成ZnCl2和Fe,溶液中不存在Fe3+,向其中滴加KSCN溶液,溶液不变红,故D错误。
【互动探究】(1)上题反应结束后,过滤,向溶液中滴加KSCN溶液无明显现象,再加入氯水溶液变成红色的是________。?
提示:B、C。由现象可知,溶液中含有Fe2+,不含Fe3+。
(2)上题反应结束后,向溶液中再加入淀粉KI溶液,溶液变蓝的是________。?
提示:A。铁锈与过量稀盐酸反应生成FeCl3,溶液中存在Fe3+,Fe3+具有氧化性,将KI氧化为I2,使淀粉变蓝。
2.用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液在铜片上写“化学”两个字,放置片刻,用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中,下列说法正确的是 ( )
A.烧杯中的溶液呈棕黄色
B.铜片无任何变化
C.铜片上有凹陷的“化学”两个字
D.发生反应:Fe3++CuCu2++Fe2+
【解析】选C。FeCl3溶液与铜的反应为Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2,反应后的溶液中含有Cu2+、Fe2+,A项错误;FeCl3溶液与铜反应,铜片上反应掉的部分会有凹陷,B项错误,C项正确;该反应的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,D项错误。
【补偿训练】
(2019·扶余高一检测)下列不能证明Fe3+的氧化性的事实是 ( )
A.硫酸铁溶液可溶解铁粉
B.常用氯化铁溶液溶解含铜的印刷电路板
C.含Fe3+的溶液遇到KSCN溶液时变成红色
D.往氯化铁溶液中通入H2S可出现浑浊(生成单质S)
【解析】选C。硫酸铁溶液可溶解铁粉,反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+,属于氧化还原反应,Fe3+作氧化剂,表现氧化性,故A正确;氯化铁溶液溶解含铜的印刷电路板,反应的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,属于氧化还原反应,Fe3+作氧化剂,表现氧化性,故B正确;含Fe3+的溶液遇到KSCN溶液时生成Fe(SCN)3而变成红色,此反应并非氧化还原反应,故C错误;往氯化铁溶液中通入H2S可出现浑浊,反应的化学方程式为2FeCl3+H2S2FeCl2+S↓+2HCl,属于氧化还原反应,Fe3+作氧化剂,表现氧化性,故D正确。
3.把铁片分别放入下列物质的溶液中,充分反应后,溶液质量比反应前减轻的是
( )
A.CuSO4 B.Fe2(SO4)3
C.HCl D.FeSO4
【解析】选A。铁把铜置换出来,溶液质量减轻,A对;铁和Fe2(SO4)3反应,溶液质量增加,B错;Fe置换出H,溶液质量增加,C错;Fe与FeSO4不反应,溶液质量不变,D错。
【补偿训练】
下列变化中,加入铁粉不可能实现的是 ( )
A.Ag+→Ag B.Fe3+→Fe2+
C.H+→H2 D.Fe(OH)2→Fe(OH)3
【解析】选D。铁粉具有还原性,而Fe(OH)2→Fe(OH)3中,Fe(OH)2被氧化。
4.(2019·北京顺义区高一检测)某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个实验。从分类角度分析,下列说法正确的是 ( )
A.实验①、②所涉及的物质均为电解质
B.实验①、③发生的均为离子反应
C.实验②、③均未发生氧化还原反应
D.实验①、③反应制得的物质均为纯净物
【解析】选C。实验①中铁与氯气都是单质,不是电解质,故A错误;实验①中铁与氯气反应生成氯化铁,不是离子间发生的反应,不属于离子反应,故B错误;实验②中氯化铁溶于水为物理变化,实验③中氯化铁水解生成氢氧化铁胶体,没有化合价变化,不属于氧化还原反应,故C正确;实验③得到氢氧化铁胶体,属于混合物,故D错误。
5.(2019·攀枝花高一检测)下列实验现象描述错误的是
( )
选项
实验
现象
A
将水蒸气通过灼热的铁粉
黑色粉末变为红褐色
B
在FeCl2溶液中加入足量氯水
溶液由浅绿色变为棕黄色
C
在FeCl2溶液中滴入NaOH溶液
生成白色沉淀,沉淀很快变为灰绿色,最后变为红褐色
D
加热放在坩埚中的小块钠
钠先熔化成光亮的小球,燃烧时,火焰为黄色,燃烧后,生成淡黄色固体
【解析】选A。水蒸气通过灼热的铁粉,生成黑色的四氧化三铁固体,不是红褐色,A错误;在FeCl2溶液中加入足量氯水,Fe2+被氧化为Fe3+,溶液由浅绿色变为棕黄色,B正确;在FeCl2溶液中滴入NaOH溶液,发生复分解反应,产生氢氧化亚铁白色沉淀,该物质不稳定,容易被空气氧化为红褐色的氢氧化铁,因此会看到首先生成白色沉淀,白色沉淀很快变为灰绿色,最后变为红褐色,C正确;加热放在坩埚中的小块钠,则钠首先熔化成光亮的小球,钠燃烧时,火焰呈黄色,燃烧后,生成淡黄色过氧化钠固体,D正确。
【补偿训练】
(2019·湛江高一检测)将铁和氧化铁的混合物5.44 g加入50 mL 3.2 mol·L-1的盐酸,恰好完全反应,滴入KSCN溶液后不显红色。若忽略溶液体积的变化,则在所得溶液中Fe2+的浓度约为 ( )
A.0.2 mol·L-1 B.0.4 mol·L-1
C.0.8 mol·L-1 D.1.6 mol·L-1
【解析】选D。加入KSCN不显红色,则说明Fe恰好完全转化为FeCl2,由Cl-守恒可知,FeCl2的浓度为Cl-浓度的一半,即1.6 mol·L-1。
6.(2019·太原高一检测)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象。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.铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①
B.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
C.由图可预测:高铁酸盐(Fe)具有强氧化性
D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水溶解可实现转化③
【解析】选C。铁与高温水蒸气反应生成Fe3O4,A错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,生成Fe3O4,B错误; 由图可预测:高铁酸盐(Fe)中铁的化合价高,具有强氧化性,C正确;加热Fe(OH)3发生转化⑥生成Fe2O3,但Fe(OH)3不溶于水,D错误。
【补偿训练】
(2019·雅安高一检测)下图是物质间发生化学反应时颜色的变化情况,下列选项中正确的是 ( )
M
N
P
Q
A
NH3·H2O
Ba(OH)2
铜
石蕊
试液
B
Na
BaCl2
FeO
KSCN
C
NaOH
Ba(NO3)2
锌粉
KSCN
D
NaHCO3
MgCl2
Fe
石蕊
试液
【解析】选C。硫酸铁与Ba(OH)2反应生成硫酸钡白色沉淀和Fe(OH)3红褐色沉淀,硫酸铁与铜反应不会出现浅绿色,A项错误;硫酸铁与FeO不反应,且FeO难溶于水,B项错误;物质间发生化学反应时颜色的变化情况符合图示,C项正确;硫酸铁与MgCl2溶液不反应,D项错误。
7.(2019·济南高一检测) 实验室在含Fe3+的溶液中加入铜粉与铁粉,充分反应后发现溶液中有Cu2+存在,下列说法错误的是 ( )
A.容器中已肯定无Fe粉存在
B.容器中肯定无Cu粉存在
C.溶液中Fe2+比Cu2+多
D.溶液中可能存在Fe3+
【解析】选B。由于铁的还原性比铜的强,因而铁粉先与Fe3+反应,Fe3+的氧化性大于Cu2+,Cu 和Fe3+可以发生反应,溶液中有Cu2+存在,说明铁粉反应完全,铜粉也发生了反应,但不能判断铜粉过量或不足,溶液中发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+、Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,则容器中已肯定无Fe粉存在,A正确;容器中肯定无Cu粉存在,不能判断,B错误;根据反应方程式可知,溶液中Fe2+比Cu2+多,C正确;溶液中可能存在Fe3+,D正确。
【补偿训练】
将金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应,下列对反应情况设想的评价正确的是
( )
选项
反应情况设想
评价
A
当铁、铜均不剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,一定无Fe3+
正确,Fe3+和Fe、Cu均可反应
B
当铁、铜均有剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,无Fe3+
正确,Fe和Cu与Fe3+都反应,故有Fe2+和Cu2+,无Fe3+
C
当铜有剩余,铁无剩余时,溶液中一定只有Fe2+,无Cu2+
正确,Cu有剩余,故无Cu2+
D
当铁有剩余,铜无剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+
不正确,不可能有Fe剩余,而Cu不剩余,因为Fe比Cu优先与Fe3+反应
【解析】选D。当铁、铜的量比较少时,溶液中可能有Fe3+存在,A错误;当铁过量时,铜不与Fe3+反应,无Cu2+生成,溶液中不存在Cu2+和Fe3+,B错误;铜有剩余,则溶液中一定无Fe3+,可能有Cu2+,C错误;铁比铜活泼,不可能铁剩余而无铜剩余,D的评价正确。
二、非选择题(本题包括2小题,共28分)
8.(12分)(2019·衡水高一检测)某同学利用如图1所示装置进行铁跟水蒸气反应的实验,并继续研究铁及其化合物的部分性质。
(1)图1试管中发生反应的化学方程式为?__________________________
?______________________________________________________________。?
(2)该同学欲确定反应一段时间后试管中固体物质的成分,设计了如下方案:
①待试管冷却,取其中固体少许溶于稀盐酸得溶液B;
②取少量溶液B滴加KSCN溶液,若溶液变红,则试管中固体是________(只有一个选项符合题意),若溶液未变红,则试管中固体是________(只有一个选项符合题意)。?
A.一定有Fe3O4,可能有Fe
B.只有Fe(OH)3
C.一定有Fe3O4和Fe
D.一定有Fe(OH)3,可能有Fe
E.只有Fe3O4
(3)该同学按上述方案进行了实验,溶液未变红色,原因是?____________?
____________________________________________ (用化学方程式表示)。?
(4)该同学马上另取少量溶液B,使其跟NaOH溶液反应。若按如图2所示的操作,可观察到生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色的现象,请写出与上述现象相关的反应的化学方程式?___________________________________。?
【解析】(1)Fe在加热条件下可与H2O(g)反应生成Fe3O4和H2。(2)(3)根据Fe与H2O(g)的反应可知,试管中固体的成分可能为Fe3O4或Fe3O4与Fe的混合物,与盐酸发生反应Fe3O4+8HClFeCl2+2FeCl3+4H2O,可能的反应为2FeCl3+Fe3FeCl2, Fe+2HClFeCl2+H2↑;取溶液B滴加KSCN溶液,若溶液变红,则试管中固体一定有Fe3O4,可能含少量Fe;若不变红,则试管中一定有Fe3O4和Fe。(4)FeCl2溶液与NaOH溶液反应生成Fe(OH)2白色沉淀,Fe(OH)2易被氧化,使沉淀颜色发生变化。
答案:(1)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
(2)A C
(3)2FeCl3+Fe3FeCl2
(4)FeCl2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaCl;
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
9.(16分)某同学根据铁元素价态特点,提出这样一个观点:氯气与铁粉反应,当Cl2足量时生成FeCl3,当铁粉足量时产物是FeCl2,为验证该观点是否正确,该同学将一定质量的铁粉与Cl2恰好完全反应得到一固体物质,然后通过实验确定其成分。探究过程如下:
①提出假设:
假设1:该固体物质是FeCl2。
假设2:该固体物质是FeCl3。
②设计实验方案:
取少量固体物质于烧杯中,加适量水溶解,得到溶液A,然后取两份A溶液分别进行实验,结论如下表:(完成下表)
实验方法
实验现象
结论
固体物质中有FeCl3
固体物质中不含FeCl2
【解析】Cl2与铁粉反应,产物可能是FeCl3或FeCl2,加入KSCN溶液呈红色可证明有Fe3+,加入酸性KMnO4溶液,若溶液紫红色不褪去或不变浅,证明不含Fe2+。
答案:
实验方法
实验现象
结论
在A溶液中加KSCN溶液
溶液呈红色
固体物质中有FeCl3
在A溶液中加少量酸性KMnO4溶液
酸性KMnO4溶液颜色无明显变化
固体物质中不含FeCl2
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括1小题,共10分)
10.铁的氧化物极为复杂。为测定一种铁的氧化物样本X的化学式,实验过程如下:
根据实验结果,该氧化物X的化学式为 ( )
A.Fe2O3 B.Fe3O4 C.Fe4O5 D.Fe5O7
【解析】选D。铁的氧化物X加稀硫酸溶解,用过量的氯气氧化,再加氢氧化钠生成氢氧化铁沉淀,过滤、洗涤、干燥、灼烧,最后得到氧化铁,则生成的氧化铁的物质的量为n(Fe2O3)===0.025 mol,则Fe的物质的量为n(Fe)= 2n(Fe2O3)=2×0.025 mol=0.05 mol,Fe的质量为m(Fe)=n(Fe)×M=0.05 mol×
56 g·mol-1=2.8 g,氧化物X中O的质量为m(O)=3.92 g-2.8 g=1.12 g, n(O)===0.07 mol,n(Fe)∶n(O)=0.05 mol∶0.07 mol=5∶7,所以氧化物X的化学式为Fe5O7。选项D合理。
【补偿训练】
电子工业常用FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。某研究小组同学为了从腐蚀废液中回收铜,并重新获得FeCl3溶液,设计了如图流程:
下列有关叙述不正确的是 ( )
A.FeCl3溶液与铜箔的反应过程中有2 mol电子发生转移,会有64 g铜溶解
B.①②的实验操作属于过滤
C.气体C的化学式是Cl2
D.①中反应消耗铁粉11.2 g,废液中Fe3+的物质的量浓度是0.2 mol·L-1
【解析】选D。Cu和FeCl3发生的反应为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,反应中电子转移2 mol,反应铜1 mol,质量为64 g,A正确;过滤是分离固体和溶液的实验操作,B正确;向废液中加入过量Fe粉,发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+、Cu2++FeCu+Fe2+,然后过滤,固体A中含有Fe、Cu,溶液A中含有FeCl2,向固体A中加入过量稀盐酸,Fe与盐酸发生反应生成FeCl2,然后过滤,得到的6.4 g固体B是Cu,溶液B中含有HCl、FeCl2,将滤液混合,然后通入Cl2,将FeCl2氧化,得到氯化铁溶液,C正确;
①中反应消耗铁粉11.2 g,物质的量为0.2 mol,铜离子物质的量= =0.1 mol,消耗铁0.1 mol,则和铁离子反应的铁为0.1 mol,消耗Fe3+物质的量0.2 mol,废液中Fe3+的物质的量浓度==0.4 mol·L-1,D错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共20分)
11.常见的治疗缺铁性贫血的方法是服用补铁药物,市场上一种常见的补铁药物的名称是速力菲。
该药品的正式名称是琥珀酸亚铁薄膜片,为棕黄色薄膜衣片,除去薄膜衣后显暗黄色,药片中Fe2+的含量约为34.0%～36.0%。该药片在水和乙醇中的溶解度不大。
某学校化学实验小组为了检测“速力菲”药片中Fe2+的存在,设计了如下几组实验:
理论设计方案:
(1)甲组:药片白色沉淀灰绿色沉淀红褐色沉淀
甲组同学按照设计的方案完成实验,但遗憾的是他们没有得到预期的实验结果。甲组实验失败的可能原因是什么?
(2)乙组同学在参考书上查得如下资料:
a.人体胃液中有大量盐酸,能溶解多种物质。
b.H2O2不稳定,光照、加热和微量杂质会促使其分解;H2O2中氧元素为-1价,它既有氧化性又有还原性。
他们认真思考了甲组实验失败的原因,模拟药服用后在人体中溶解的变化过程,重新设计并完成下列实验:
乙组:药片淡黄色浑浊液淡红色溶液红色加深,有气体产生,后又褪色
①试剂1、试剂2分别是什么?加入试剂2后,溶液显淡红色的原因是什么?
②加双氧水后,红色加深的原因是什么?
③根据氧化还原反应中化合价变化情况,试写出在酸性条件下Fe2+与双氧水反应的离子方程式。
【解析】(1)该药片在水中的溶解度不大,少量药片溶解后的溶液中几乎不存在Fe2+,所以得不到预期的实验结果。
(2)首先加入盐酸溶解补铁药物,再加入KSCN溶液检验是否含有Fe3+,再加入氧化剂H2O2,若含有Fe2+则被氧化为Fe3+,红色加深;Fe2+被氧化为Fe3+,H2O2被还原为H2O,根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。
答案:(1)该药片在水中的溶解度不大,少量药片溶解后的溶液中几乎不存在Fe2+,所以得不到预期的实验结果(其他答案合理也可)。
(2)①盐酸、KSCN溶液;有少量Fe2+已经被氧化为Fe3+,与SCN-结合成浓度较小的红色Fe(SCN)3。 ②加入的H2O2能将Fe2+氧化为Fe3+,导致溶液中Fe3+浓度增大,Fe(SCN)3浓度也随之增大,所以红色加深。 ③2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。
课时素养评价 十四
铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.我国科学家参与研制的阿尔法磁谱仪已随美国发现号航天飞船升入太空,开始了探索宇宙中是否存在“反物质”的研究工作。根据你所学的知识推测用于制造阿尔法磁谱仪的核心部件的材料是 ( )
A.FeO B.Fe2O3
C.Fe3O4 D.Fe(OH)3
【解析】选C。根据磁谱仪所用物质具有磁性确定为Fe3O4。
【补偿训练】
下列物质的主要成分正确的是 ( )
A.赤铁矿:Fe3O4 B.铜绿:Cu2(OH)2CO3
C.磁铁矿:Fe2O3 D.明矾:KAl(SO4)2
【解析】选B。赤铁矿的主要成分是Fe2O3,磁铁矿的主要成分是Fe3O4,明矾的主要成分为KAl(SO4)2·12H2O。
2.(2019·聊城高一检测)下列物质能通过化合反应直接制得的是 ( )
①FeCl2 ②FeCl3 ③Fe(OH)3 ④HCl
A.只有①②③ B.只有②③
C.只有①③④ D.全部
【解析】选D。①氯化亚铁可以由氯化铁和铁化合得到;②氯化铁可以由铁和氯气化合得到;③氢氧化铁可以由氢氧化亚铁和氧气和水化合得到;④氯化氢可以由氢气和氯气化合得到。
【补偿训练】
生活中铁质物品生锈的现象很常见,如图生锈的铁质雕塑、铁链等。
某同学把生锈的铁钉放入足量稀盐酸中,可能发生的反应是 ( )
A.只有置换反应
B.只有复分解反应
C.置换和复分解反应
D.置换和分解反应
【解析】选C。铁锈的主要成分是Fe2O3,Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O,属于复分解反应,Fe+2HClFeCl2+H2↑,属于置换反应,Fe+2Fe3+3Fe2+,属于氧化还原反应。
3.(2019·浏阳高一检测) 下列有关说法不正确的是 ( )
A.Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2和+3
B.FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均与盐酸反应
C.Fe(OH)2不稳定,具有较强的氧化性
D.Fe(OH)3比Fe(OH)2稳定
【解析】选C。Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2和+3,A正确;FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均与盐酸反应分别生成亚铁盐、铁盐,B正确;Fe(OH)2具有较强的还原性,易被氧化为Fe(OH)3, C错误,D正确。
【补偿训练】
下列叙述正确的是 ( )
①铁能被磁铁吸引
②在人体内的血红蛋白中含铁元素
③Fe在纯氧中燃烧可得Fe2O3
④Fe2O3不可与水反应得Fe(OH)3,所以Fe2O3不是碱性氧化物
⑤Fe(OH)2在空气中加热,可得FeO
A.①② B.②④
C.②③④⑤ D.①②⑤
【解析】选A。①铁能被磁铁吸引,这是铁的特性。②在人体内的血红蛋白中含有Fe2+。③Fe在纯氧中燃烧生成Fe3O4。④Fe2O3不溶于水,不与水反应,但它是碱性氧化物。⑤Fe(OH)2在空气中加热,+2价的Fe首先被氧化为+3价的铁,再加热得到Fe2O3。
4.(2019·邯郸高一检测)下列关于铁及其化合物的说法正确的是 ( )
A.铁是地壳中含量最多的金属元素,因此在日常生活中应用最广
B.FeCl2溶液存放时,在溶液中放入少量的铁粉,目的是防止Fe2+被氧化
C.隔绝空气的情况下,往FeCl2溶液中加入Na2O2后得到红棕色沉淀Fe(OH)3
D.FeO、Fe2O3、Fe3O4均为铁的氧化物,并且都是黑色
【解析】选B。地壳中含量最多的金属元素是铝,A错;Fe(OH)3沉淀为红褐色,C错;铁的氧化物中Fe2O3为红棕色,D错。
【补偿训练】
(2019·大连高一检测)实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2,为了使生成的产物不容易被氧化,下列说法不正确的是 ( )
A.配制FeCl2和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
B.可在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气
C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管内
D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管
【解析】选C。FeCl2和烧碱溶液要现用现配,且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气,确保Fe(OH)2的生成是在无氧的环境里,故A正确;在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油,以隔绝空气防止氧气溶入,故B正确;向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中,防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气,故C错误;产生Fe(OH)2沉淀后,若振荡试管,会增大沉淀与空气的接触机会,使沉淀更易被氧化,故D正确。
5.铝热反应在工业上有广泛应用:Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。下列说法不正确的是
( )
A.该反应中,作为氧化剂的物质是Fe2O3
B.该反应中,铝作为还原剂
C.该反应需要持续加热
D.若反应中生成了2 mol Fe,则需转移6 mol电子
【解析】选C。铝元素化合价升高,被氧化,Al为还原剂,铁元素化合价降低,被还原,Fe2O3为氧化剂,A、B正确;该反应放出大量的热,可以保证后续反应需要的热量,反应发生后不必持续加热,C错误;Fe2O3中铁为+3价,反应后变为0价,故生成了2 mol Fe,则需转移6 mol电子,D正确。
6.(2019·重庆高一检测)如图装置进行铁与水蒸气反应的实验,下列说法错误的是 ( )
A.烧瓶a中加入碎瓷片的作用是防止液体暴沸
B.b中的反应方程式为2Fe+3H2O(g)Fe2O3+3H2
C.b中石棉绒的主要作用是增大铁粉与水蒸气的接触面积,使反应更加充分
D.c中可以是碱石灰
【解析】选B。由题图可知,加热烧瓶a产生水蒸气,a中应加入碎瓷片防止液体暴沸,A说法正确;b中石棉绒可增大铁粉与水蒸气的接触面积,发生的反应为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,B说法错误,C说法正确;干燥管中可加入碱石灰吸收未反应的水蒸气,D说法正确。
【补偿训练】
等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应,则在相同的条件下,产生氢气的体积比是 ( )
A.1∶1 B.3∶4
C.2∶3 D.4∶3
【解析】选B。铁与足量的盐酸和水蒸气反应的化学方程式分别是Fe+2HClFeCl2+H2↑、3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,则相同的条件下,产生氢气的体积比为3∶4。
7.建筑用的红砖和青砖,其颜色是由其中含有的不同价态的铁的氧化物所致。
我国古代砖瓦建筑能够保存到现在的,几乎无一例外是由青砖建成。有人提出以下可能的原因:
①青砖中含的是FeO;②青砖中含的是Fe3O4;③Fe2O3长期遇酸雨侵蚀会风化溶解使砖瓦强度降低;④Fe3O4性质稳定。你认为有道理的是 ( )
A.①③ B.②③④
C.③ D.①②③④
【解析】选A。青砖根据颜色可知含有的是FeO,红砖中主要含有的是Fe2O3。若遇酸雨,Fe2O3与酸发生反应而使砖瓦强度降低。
【补偿训练】
1.将a g铁棒插入100 mL CuSO4溶液中,一段时间后取出,洗净、干燥、称量为b g,则反应后溶液中FeSO4的物质的量浓度为(忽略溶液体积变化) ( )
A. mol·L-1
B. mol·L-1
C. mol·L-1
D. mol·L-1
【解析】选C。设反应生成的FeSO4的物质的量为x,
则Fe+CuSO4FeSO4+Cu Δm
1 mol (64-56) g
x (b-a) g
=,解得x= mol,则溶液中FeSO4的物质的量浓度为=
mol·L-1,选项C符合题意。
2. (2019·锦州高一检测)向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100 mL浓度为1.0 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,有气体放出,所得溶液中加入KSCN溶液后无红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物,能得到铁的质量是 ( )
A.11.2 g B.5.6 g
C.2.8 g D.1.4 g
【解析】选C。Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O;Fe+2FeCl33FeCl2。由题意“恰好使混合物完全溶解”及“加入KSCN溶液后无红色出现”,可知溶液中无Fe3+,为FeCl2溶液,即Fe、FeO、Fe2O3中的Fe全部转化到FeCl2中,因n(Cl)=0.1 L×1.0 mol·L-1 =0.1 mol,所以n(Fe)=0.05 mol,则m(Fe)=0.05 mol×56 g·mol-1=2.8 g。
二、非选择题(本题包括2小题,共28分)
8.(12分)(2019·郑州高一检测)某同学欲在实验室中完成Fe与水蒸气反应的实验,装置如图甲、乙。
已知B中放入的是铁粉与石棉绒的混合物,C中放的是干燥剂,E为酒精喷灯,G为带有铁丝网罩的酒精灯。
对比两装置,回答下列问题:
(1)如何检查乙装置的气密性??________________________________。?
(2)乙装置中湿沙子的作用是__________________________________。?
(3)B处发生反应的化学方程式为______________________________。?
(4)该同学认为欲在乙装置的导管口处点燃反应产生的气体,装置H必不可少,H的作用是__________________________________________________。?
(5)对比甲、乙两装置的B和K,B的优点是?_____________________。?
【解析】(1)检查装置的气密性,常用“微热法”,应该先将装置中气体密封起来,本题即先向H中加入水没过导管口,再微热K。
(2)湿沙子受热时,水蒸发产生水蒸气。
(3)Fe与水蒸气反应生成Fe3O4和H2。
(4)潮湿的氢气很难燃烧,故H的作用是干燥氢气。
(5)装置B中使用石棉绒可以增大水蒸气与铁粉的接触面积,使反应充分进行。
答案:(1)向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热K,若H中导管口出现气泡,停止加热后导管中出现水柱,证明气密性良好(其他合理答案也可) (2)提供水蒸气
(3)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
(4)干燥氢气 (5)使用石棉绒,增大水蒸气与铁粉的接触面积,使反应充分进行
【互动探究】(1)装置甲中点燃酒精灯、酒精喷灯的顺序如何?
提示:先点燃酒精灯产生大量水蒸气后,再点燃酒精喷灯,防止加热的铁粉与氧气反应。
(2)装置乙中,点燃气体之前的操作是什么?
提示:点燃可燃性气体之前,必须先检验气体的纯度。
9.(16分)铁是日常生活中最常见的金属。
某班同学在学习铁的知识时,有下列问题:
问题1:铁为何称为黑色金属?
问题2:CuO在高温下可分解为Cu2O和O2,Fe2O3在高温下可分解为FeO和O2吗?
(1)对于问题1,同学们上网查寻,有两种解释:
A.因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物,所以叫黑色金属。
B.因为铁的粉末为黑色,铁的氧化物也均为黑色,所以叫黑色金属。
①你认为哪种说法正确?
②若有一黑色粉末,你如何鉴别是铁粉,还是Fe3O4粉末?
③若有一黑色粉末,为Fe和Fe3O4的混合物,你如何证明其中有Fe3O4?
(2)对于问题2,同学们准备实验探究,他们设想了两种方法:
A:将Fe2O3高温灼烧,看灼烧前后颜色是否变化。
B:将Fe2O3高温灼烧,看灼烧前后质量是否变化。
①方法A中,如果高温灼烧后颜色由红棕色变为黑色,说明Fe2O3确实发生了变化。能说明生成的一定为FeO吗?说明理由。
②方法B中,如果发生了预期的反应,固体高温灼烧前后质量比应为10∶9,但是,实验结果为固体灼烧前后质量比为30∶29,则高温灼烧后生成物是什么?
③比较两种方法,你认为较好的方法是哪种?
【解析】(1)①铁的氧化物中Fe2O3为红棕色,B的说法是错误的。
②可以利用Fe、Fe3O4与稀盐酸或稀硫酸反应现象的不同来鉴别两种物质。
③检验Fe和Fe3O4的混合物中Fe3O4的存在,实质是检验混合物中O的存在,可以用干燥的氢气或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应,然后检验产物中是否有水或二氧化碳产生。
(2)①方法A中,如果高温灼烧后颜色由红棕色变为黑色,说明Fe2O3确实发生了变化。但不能说明生成的一定为FeO,因为若生成Fe3O4,颜色也由红棕色变为黑色。
②方法B中,如果发生了预期的反应,固体高温灼烧后由Fe2O3变为FeO,质量比应为10∶9。若固体灼烧前后质量比为30∶29,则高温灼烧后的生成物是Fe3O4。
③比较上述两种方法可知,方法B的准确性较高。
答案:(1)①A
②取黑色粉末少许于试管中,加适量稀盐酸或稀硫酸,有气泡产生的原黑色粉末为铁粉,若无气泡产生,则原粉末为Fe3O4(其他合理答案亦可)
③用干燥的氢气与黑色粉末加热反应,用无水硫酸铜检测有水产生或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应,用澄清石灰水检测有二氧化碳产生(其他合理答案亦可)
(2)①不能 也可能为Fe3O4 ②Fe3O4 ③B
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题7分,共14分)
10.“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。同是由黏土烧制的砖瓦,有的是黑色的,有的却是红色的,你猜测其中的原因可能是 ( )
A.土壤中含有铁粉、二氧化锰等
B.黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑,红砖瓦则是添加了红色耐高温染料
C.土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色CuO和红色Cu
D.土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色的Fe3O4或FeO和红棕色的Fe2O3
【解析】选D。黏土中含有铁元素,在烧制砖瓦时,与O2反应,生成氧化物,铁元素的氧化物有3种,FeO与Fe3O4为黑色,Fe2O3为红棕色,故D项正确。
【补偿训练】
(2019·西安高一检测)下列说法正确的是 ( )
A.把生铁放置于潮湿的空气中,铁表面有一层红棕色的斑点,是生成了Fe(OH)3
B.铁表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化
C.将试管①中铁粉与水蒸气加热,试管②中肥皂水冒泡,说明铁与水蒸气在加热条件下发生了反应
D.Fe2O3是红棕色粉末,俗称铁红,常用作红色油漆和涂料
【解析】选D。红棕色斑点是Fe2O3·xH2O,A错误;铁表面的氧化层疏松,不能阻止铁的进一步氧化,B错误;因加热试管①时,试管①中气体受热膨胀,在试管②处也会有气泡产生,所以试管②中肥皂水冒泡不能说明铁与水蒸气发生了反应,C错误。
11.如图所示装置,可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。下列有关叙述错误的是
( )
A.B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是铁屑
B.实验开始时应先将活塞a关闭
C.关闭活塞a,使FeSO4溶液被压入B中,即可生成Fe(OH)2
D.实验完毕,打开b处活塞,放入一部分空气,白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色
【解析】选B。本题实验的原理是利用Fe和稀硫酸反应产生H2,先排净装置中的空气,确定排净空气后再夹紧活塞,通过H2产生的压强将FeSO4溶液压入NaOH溶液中,从而产生Fe(OH)2沉淀,且在H2的氛围中Fe(OH)2不易被氧化,所以可保存较长时间。装置A中应事先放入铁屑,A正确;实验开始时应先将活塞a打开,用于排尽装置内的空气,B错误;关闭活塞a,使FeSO4溶液被压入B中,即可生成Fe(OH)2,C正确;实验完毕,打开b处活塞,放入一部分空气,发生反应4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3,白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
12.(2019·北京朝阳区高一检测)实验小组研究二价铁的还原性,设计如下实验。
序号
实验方案
现象
Ⅰ
现象a:生成白色沉淀,3 min后沉淀基本变为红褐色
Ⅱ
现象b:生成白色沉淀,3 min后沉淀颜色几乎不变
(1)实验所用的FeSO4溶液由Fe2(SO4)3溶液和足量铁粉反应制得,反应的离子方程式是________________________________________________________。?
(2)实验Ⅰ中沉淀变为红褐色的化学方程式是_____________________。?
(3)关于实验Ⅱ中白色沉淀的组成,小组同学展开研究。① 已知Fe(HCO3)2在水中不存在。对沉淀组成作出如下假设,请补充完整。
假设a:依据NaHCO3溶液显________性,推测白色沉淀可能为Fe(OH)2;?
假设b:白色沉淀可能为________。?
② 研究白色沉淀组成的实验如下:
i.取少量白色沉淀,充分洗涤,向其中加入稀硫酸,沉淀完全溶解,产生无色气泡;
ii.向所得溶液中滴入KSCN试剂,溶液几乎不变红;
iii.向ii溶液中再滴入少量H2O2,溶液立即变为红色。
由此说明,白色沉淀中一定含有____________(填离子)。?
③ 研究过程中发现白色沉淀在空气中久置,最终变为红褐色。则该沉淀比实验Ⅰ中所得的Fe(OH)2______(填“难”或“易”)被空气氧化。?
(4)对比实验Ⅰ,研究酸碱性对二价铁还原性的影响,设计实验Ⅲ,如图,将实验方案补充完整。
(5)根据以上实验,为避免二价铁被空气氧化,可采取的措施是___________________________________________________。?
【解析】(1)Fe2(SO4)3与Fe反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+。
(2)实验Ⅰ中的沉淀为Fe(OH)2,其变为红褐色的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。
(3)①NaHCO3为小苏打,溶液显碱性,故可推测沉淀可能为Fe(OH)2;另一种猜测是生成了FeCO3沉淀。
②由于溶于H2SO4后产生无色气泡,滴入KSCN溶液不变红,加入H2O2后变红,则证明白色沉淀中一定含有Fe2+和C。
③由于白色沉淀久置变红褐色,故该沉淀难被空气氧化。
(4)由于实验Ⅰ、Ⅱ均为碱性条件下的实验,故实验Ⅲ应为酸性条件下的实验,故实验方案为加入稀硫酸。
(5)根据实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及对应的实验现象可知,酸性条件下Fe2+不易被氧化,故采取的措施为控制溶液为酸性环境,使Fe2+以碳酸盐的形式沉淀。
答案:(1)2Fe3++Fe3Fe2+
(2)4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
(3)①碱 FeCO3 ②Fe2+和C ③难
(4)滴加H2SO4溶液 (5)控制溶液为酸性环境,使二价铁以碳酸盐的形式沉淀
