高中化學(xué)必修1：3.1 鐵的多樣性

高中化學(xué)必修課程PAGEPAGE1第1節(jié)鐵的多樣性[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.能從物質(zhì)類別和鐵元素化合價(jià)的角度認(rèn)識(shí)鐵及其化合物的性質(zhì)，理清鐵元素不同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，增強(qiáng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的能力。2.會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)制備氫氧化亞鐵，檢驗(yàn)Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性與還原性，增強(qiáng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。一、亞鐵鹽和鐵鹽1.預(yù)測(cè)鐵鹽和亞鐵鹽的性質(zhì)(1)鐵鹽(如氯化鐵)中鐵元素的化合價(jià)為＋3價(jià)，為鐵元素的最高價(jià)態(tài)，只具有氧化性，能與鐵、銅、鋅、碘化鉀溶液等還原劑反應(yīng)。(2)亞鐵鹽(如硫酸亞鐵)中鐵元素的化合價(jià)為＋2價(jià)，為鐵元素的中間價(jià)態(tài)。既有還原性，能與氯水、酸性高錳酸鉀溶液等氧化劑反應(yīng)；又有氧化性，能與鋅等還原劑反應(yīng)。(3)鐵離子(Fe3＋)的特性：遇硫氰酸鉀(KSCN)溶液呈紅色，常用硫氰酸鉀溶液檢驗(yàn)Fe3＋的存在。如果你預(yù)測(cè)某物質(zhì)具有氧化性，就應(yīng)該尋找具有還原性的另一物質(zhì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)兩者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)來(lái)檢驗(yàn)?zāi)愕念A(yù)測(cè)。相應(yīng)地，如果你預(yù)測(cè)某物質(zhì)具有還原性，就應(yīng)該尋找具有氧化性的另一物質(zhì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)?zāi)愕念A(yù)測(cè)。2.實(shí)驗(yàn)探究鐵鹽和亞鐵鹽的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象加入KSCN溶液后溶液呈紅色，加入足量鐵粉后，溶液變?yōu)闇\綠色加入KSCN溶液后，溶液無(wú)明顯變化，再加入氯水后，溶液變紅色溶液由淺綠色變?yōu)闊o(wú)色實(shí)驗(yàn)結(jié)論鐵鹽中的Fe3＋與鐵粉反應(yīng)生成了Fe2＋，說(shuō)明Fe3＋具有氧化性亞鐵鹽中的Fe2＋與氯水反應(yīng)生成了Fe3＋，說(shuō)明Fe2＋具有還原性亞鐵鹽中的Fe2＋與鋅反應(yīng)生成單質(zhì)鐵，說(shuō)明Fe2＋具有氧化性3.鐵鹽和亞鐵鹽的化學(xué)性質(zhì)寫(xiě)出下列反應(yīng)的離子方程式：(1)為什么在配制硫酸亞鐵時(shí)，通常要在溶液中加入鐵釘或鐵粉？提示Fe2＋易被氧化為Fe3＋，加入鐵粉或鐵釘，發(fā)生反應(yīng)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，可防止硫酸亞鐵溶液被氧化，而不發(fā)生變質(zhì)。(2)如何除去氯化鐵中的Fe2＋，寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式。提示加入新制的氯水，2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。二、其他含有鐵元素的物質(zhì)1.鐵單質(zhì)的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)純凈的鐵是光亮的銀白色金屬，密度較大，熔點(diǎn)為1

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℃。純鐵的抗腐蝕能力很強(qiáng)，具有良好的延展性和導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性比銅、鋁差，能被磁鐵吸引。(2)化學(xué)性質(zhì)寫(xiě)出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式：(3)在如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中：①試管中濕棉花的作用是加熱時(shí)產(chǎn)生水蒸氣與鐵粉反應(yīng)。②若用火柴點(diǎn)燃肥皂泡，可能發(fā)生的現(xiàn)象是聽(tīng)到爆鳴聲。③該反應(yīng)體現(xiàn)鐵單質(zhì)具有還原性。2.鐵的氧化物氧化物氧化亞鐵氧化鐵(鐵紅)四氧化三鐵化學(xué)式FeOFe2O3Fe3O4顏色狀態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色固體鐵的價(jià)態(tài)＋2＋3＋2、＋3溶解性都不溶于水，但都能溶于酸溶液化學(xué)性質(zhì)都能與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，生成相應(yīng)的鹽和水都具有氧化性，都能被CO、H2、Al等還原為鐵單質(zhì)FeO不穩(wěn)定，在空氣中加熱生成穩(wěn)定的Fe3O4(1)分別寫(xiě)出鹽酸與下列鐵的氧化物反應(yīng)的離子方程式：①氧化亞鐵：FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O；②氧化鐵：Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O；③磁性氧化鐵：Fe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O。(2)氧化鐵與鋁粉在高溫下可發(fā)生鋁熱反應(yīng)，其化學(xué)方程式為2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋Al2O3，該反應(yīng)常用于焊接鋼軌，它體現(xiàn)了氧化鐵的氧化性。1Fe3O4的組成可用FeO·Fe2O3表示，但不代表Fe3O4是由FeO和Fe2O3組成的混合物，F(xiàn)e3O4有固定的組成，是一種純凈物。2由于Fe3O4與非氧化性酸反應(yīng)，生成鐵鹽和亞鐵鹽，故Fe3O4不屬于堿性氧化物，而FeO、Fe2O3屬于堿性氧化物。3.鐵的氫氧化物的性質(zhì)與制備(1)鐵的氫氧化物的性質(zhì)氫氧化鐵氫氧化亞鐵化學(xué)式Fe(OH)3Fe(OH)2顏色狀態(tài)紅褐色固體白色固體溶解性難溶于水難溶于水穩(wěn)定性不穩(wěn)定，受熱易分解不穩(wěn)定，在空氣中易被氧化與鹽酸反應(yīng)生成鐵鹽和水生成亞鐵鹽和水(2)鐵的氫氧化物的制備實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化鐵和氫氧化亞鐵如下圖所示：①圖甲實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是有紅褐色沉淀生成，反應(yīng)的離子方程式是Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。②圖乙實(shí)驗(yàn)中先觀察到有白色沉淀生成，在空氣中迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，有關(guān)反應(yīng)的方程式是：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。(3)氫氧化亞鐵制備注意事項(xiàng)在實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化亞鐵時(shí)，一定要用新制的亞鐵鹽和先加熱驅(qū)趕氧氣后的氫氧化鈉溶液，且滴管末端插入試管內(nèi)的液面下，再慢慢擠出氫氧化鈉溶液，也可以在反應(yīng)液面上滴加植物油或苯等物質(zhì)進(jìn)行液封，以防止氫氧化亞鐵與氧氣接觸。(1)鐵能與水蒸氣反應(yīng)，為什么在日常生活中常用鐵壺?zé)?？提示鐵只能在高溫下與水蒸氣反應(yīng)，與冷水、熱水都不能反應(yīng)，所以在日常生活中常用鐵壺?zé)?2)如何檢驗(yàn)Fe3O4中鐵元素的價(jià)態(tài)？提示取少量固體于試管中，加入稀硫酸(不能用鹽酸)溶解，將溶液分成兩份，一份加入酸性高錳酸鉀溶液，溶液紫紅色褪去，說(shuō)明溶液中含有Fe2＋；另一份加入KSCN溶液，溶液顯紅色，說(shuō)明溶液中含F(xiàn)e3＋。(3)在空氣中，F(xiàn)e(OH)3受熱分解生成Fe2O3，F(xiàn)e(OH)2受熱能否分解生成FeO?提示Fe(OH)2在空氣中加熱不能得到FeO，因Fe(OH)2在空氣中易被氧化。4.鐵元素的存在與應(yīng)用(1)鐵元素在自然界中的存在：既有游離態(tài)，如隕鐵；又有化合態(tài)如黃鐵礦(主要成分為FeS2)、赤鐵礦(主要成分為Fe2O3)、磁鐵礦(主要成分為Fe3O4)等。(2)含鐵物質(zhì)在日常生活中的應(yīng)用含鐵物質(zhì)鐵單質(zhì)氧化鐵四氧化三鐵亞鐵鹽日常用途鐵制工具、用品、鐵鍋等炊具油漆、涂料、油墨和紅色顏料激光打印機(jī)墨粉補(bǔ)鐵保健品三、鐵及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系1.鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化知識(shí)結(jié)構(gòu)圖寫(xiě)出圖中序號(hào)所示反應(yīng)的離子方程式：①Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O；②Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓；③Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O；④Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；⑤2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－；⑥2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。(其他合理均可)(1)Fe只具有還原性，可被弱氧化劑(H＋、Cu2＋、Fe3＋、I2、S等)氧化為Fe2＋；被強(qiáng)氧化劑[O2、Cl2、Br2、HNO3、KMnO4(H＋)等]氧化為Fe3＋。(2)Fe2＋既有氧化性，又有還原性?？杀粡?qiáng)氧化劑[Cl2、Br2、O2、ClO－、KMnO4(H＋)、HNO3、H2O2等]氧化為Fe3＋；可被還原劑(Al、Zn、CO、C等)還原為Fe。(3)Fe3＋只具有氧化性，可被弱還原劑(Fe、Cu等)還原為Fe2＋，被強(qiáng)還原劑(Al、Zn、CO等)還原為Fe。2.根據(jù)性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系推斷物質(zhì)金屬單質(zhì)A可發(fā)生以下反應(yīng)。試推斷：(1)寫(xiě)出下列物質(zhì)的化學(xué)式(B寫(xiě)主要成分)：A

、B

、C

、D

、E

。(2)寫(xiě)出反應(yīng)③和⑤的離子方程式：③

；⑤

。[答案](1)FeFe2O3Fe3O4CuH2(2)Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋CuFe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑思維啟迪推斷題的解題思路：根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)(特別是色、態(tài))和化學(xué)性質(zhì)(相互轉(zhuǎn)化關(guān)系、反應(yīng)條件等)，找出具有特征條件的物質(zhì)，再由相互轉(zhuǎn)化關(guān)系逐步推斷。3.補(bǔ)鐵劑中鐵元素價(jià)態(tài)的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論補(bǔ)鐵口服液中加入硫氰酸鉀溶液，溶液顏色無(wú)變化；加入足量的氯水后，溶液變?yōu)榧t色補(bǔ)鐵口服液中含有Fe2＋(1)該實(shí)驗(yàn)方案中，不同價(jià)態(tài)鐵元素之間轉(zhuǎn)化的離子方程式是2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－；該轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖抢肍e3＋的特征反應(yīng)，檢驗(yàn)補(bǔ)鐵口服液中含有的鐵元素的價(jià)態(tài)(Fe2＋)。(2)若在補(bǔ)鐵口服液中加入氫氧化鈉溶液，觀察到的現(xiàn)象是有白色沉淀生成，迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色。1.所含鐵元素既有氧化性又有還原性的物質(zhì)是()A.FeB.FeCl2C.FeCl3D.Fe2O3[答案]B2.(2018·蘭州一中高一月考)下列關(guān)于Fe2＋和Fe3＋的敘述中，錯(cuò)誤的是()A.Fe2＋的水溶液為淺綠色B.Fe3＋的水溶液為黃色C.Fe3＋具有氧化性，F(xiàn)e2＋具有還原性D.Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，立即出現(xiàn)紅色沉淀[答案]D[解析]常見(jiàn)水溶液有顏色的離子有Fe2＋(淺綠色)、Fe3＋(黃色)、Cu2＋(藍(lán)色)、MnOeq\o\al(－,4)(紫色)，故A、B項(xiàng)正確；通常情況下，鐵的化合價(jià)有0價(jià)、＋2價(jià)、＋3價(jià)，F(xiàn)e2＋處于中間價(jià)態(tài)，既能得電子，又能失電子，所以既有氧化性，又有還原性，一般認(rèn)為Fe3＋處于最高價(jià)，因此具有氧化性，C項(xiàng)正確；Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，生成紅色可溶性物質(zhì)，不是紅色沉淀，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.下列反應(yīng)中，鐵只能生成＋3價(jià)化合物的是()A.少量鐵與稀硫酸反應(yīng)B.鐵絲在氧氣中燃燒C.過(guò)量鐵粉在氯氣中燃燒D.Fe投入到CuSO4溶液中[答案]C[解析]C項(xiàng)，雖然鐵粉過(guò)量，但因?yàn)椴皇窃谌芤褐羞M(jìn)行的反應(yīng)，只能生成FeCl3。4.下列關(guān)于鐵與水蒸氣反應(yīng)的敘述不正確的是()A.是氧化還原反應(yīng)B.鐵是還原劑C.需在高溫條件下進(jìn)行D.產(chǎn)物是氧化鐵和氫氣[答案]D[解析]在高溫下，鐵與水蒸氣發(fā)生的置換反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，生成四氧化三鐵和氫氣，鐵做還原劑。5.下列有關(guān)鐵及其化合物的敘述正確的是()A.鐵在自然界中只能以化合態(tài)的形式存在B.純凈的鐵為光亮的銀白色金屬，熔、沸點(diǎn)較高C.鐵的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，均為黑色D.單質(zhì)鐵具有磁性，而鐵的氧化物沒(méi)有該性質(zhì)[答案]B[解析]自然界中存在單質(zhì)鐵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；Fe2O3為紅棕色，C項(xiàng)錯(cuò)誤；Fe3O4具有磁性，D項(xiàng)錯(cuò)誤。6.鐵有＋2價(jià)和＋3價(jià)兩種價(jià)態(tài)，下列反應(yīng)中不涉及鐵元素價(jià)態(tài)變化的是()A.用還原鐵粉除去氯化亞鐵溶液中的少許氯化鐵雜質(zhì)B.鐵在氧氣中燃燒，其產(chǎn)物溶于鹽酸中可得到兩種鹽C.氫氧化亞鐵是白色固體，在空氣中迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色D.氫氧化鐵受熱分解[答案]D[解析]氫氧化鐵受熱分解得到氧化鐵和水，是非氧化還原反應(yīng)，鐵元素價(jià)態(tài)不變。其他選項(xiàng)都涉及氧化還原反應(yīng)，鐵元素價(jià)態(tài)發(fā)生變化。7.(2018·西安校級(jí)期中)將下列四種鐵的化合物溶于稀鹽酸，滴加KSCN溶液沒(méi)有顏色變化，再加入氯水即呈紅色的是()A.FeO B.Fe2O3C.Fe3O4 D.Fe(OH)3[答案]A[解析]A項(xiàng)，F(xiàn)eO溶于鹽酸得到Fe2＋，滴加KSCN溶液顏色沒(méi)有變化，加入氯水后Cl2將Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液變紅。8.下列物質(zhì)之間有如下反應(yīng)關(guān)系：已知E轉(zhuǎn)化成C的現(xiàn)象是白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色?；卮穑?1)寫(xiě)出下列物質(zhì)的化學(xué)式：A

，B

，D

，甲

，乙

，丙

。(2)寫(xiě)出E→C反應(yīng)的化學(xué)方程式：