《第二單元-探究鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化》參考課件

專題9

金屬與人類文明第二單元探究鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.能依據(jù)金屬及其化合物的性質(zhì)提出物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化思路。2.能從多個(gè)方面對(duì)可能的轉(zhuǎn)化路徑進(jìn)行優(yōu)選。3.能運(yùn)用變量控制方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理。

一、反應(yīng)的合理選擇1．轉(zhuǎn)化路徑的設(shè)計(jì)思路首先必須明確

，然后依據(jù)產(chǎn)物特性選擇

和可能的

，確定反應(yīng)的類型和反應(yīng)條件，依據(jù)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物分離的要求合理選擇反應(yīng)的裝置等。反應(yīng)路徑目標(biāo)產(chǎn)物反應(yīng)原料基礎(chǔ)知識(shí)填充2．物質(zhì)制備反應(yīng)路線的選擇以鐵屑為原料制取氯化鐵路徑1.Fe→FeCl3，在點(diǎn)燃條件下氯氣將鐵轉(zhuǎn)化為＋3價(jià)的鐵化合物，從反應(yīng)爐中排出，經(jīng)冷凝后得到固體三氯化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

。2Fe＋3Cl22FeCl3鹽酸

路徑2.Fe→FeCl2→FeCl3，用

溶解鐵，生成的FeCl2在溶液中被Cl2氧化為FeCl3，分離提純后得到產(chǎn)物，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

、

。路線3.Fe→Fe2O3→FeCl3，在一定條件下用空氣將鐵氧化為氧化鐵，再將氧化鐵溶解在鹽酸中得到氯化鐵，分離提純后得到產(chǎn)物。Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑2FeCl2＋Cl2===2FeCl3微點(diǎn)撥：實(shí)際制備物質(zhì)時(shí)，必須根據(jù)反應(yīng)原料、反應(yīng)條件、反應(yīng)步驟、產(chǎn)物要求、反應(yīng)裝置、環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)成本等因素進(jìn)行綜合判斷，選擇合適、可控的反應(yīng)路徑。方法Fe3＋(1)觀察法棕黃色(2)加堿法(NaOH)①現(xiàn)象：紅褐色沉淀②離子反應(yīng)方程式：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(紅褐色)(3)加鹽法(SCN－)①現(xiàn)象：加入KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色②離子反應(yīng)方程式：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(紅色)3．Fe3＋的檢驗(yàn)4.Fe2＋、Fe3＋的轉(zhuǎn)化(1)Fe2＋在溶液中容易被一些氧化劑(如氯水中的

、空氣中的O2、H2O2等)氧化為Fe3＋。如Fe2＋與H2O2反應(yīng)的離子方程式為：_________________________________________。(2)Fe3＋具有較強(qiáng)的氧化性可被Fe、Cu等還原為Fe2＋。如Fe3＋與Fe、Cu反應(yīng)的離子方程式分別為：_____________________、_____________________________。Cl22Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋氯化鐵是一種很重要的鐵鹽，為黑棕色結(jié)晶，也有薄片狀，熔點(diǎn)306℃、沸點(diǎn)315℃，易溶于水并且有強(qiáng)烈的吸水性，能吸收空氣里的水分而潮解。氯化鐵的一個(gè)重要用途是五金蝕刻，蝕刻產(chǎn)品有：眼鏡架、鐘表、電子元件、標(biāo)牌銘牌等。你能寫出用氯化鐵在銅板上刻字時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？[提示]

2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。二、反應(yīng)條件影響的探究(1)實(shí)驗(yàn)探究鐵的氫氧化物的生成與轉(zhuǎn)化取兩支試管分別編為A、B，向A試管中加入3mL0.1mol/LFe2(SO4)3溶液，向B試管中加入3mL0.05mol/LFeSO4溶液。然后向兩支試管中分別逐滴加入0.1mol/LNaOH溶液。①向A試管中滴入NaOH溶液，生成

沉淀，原因是：___________________________(填反應(yīng)的離子方程式)。②向B試管中滴入NaOH溶液，生成

沉淀，原因是：_____________-___---------------_____________(填反應(yīng)的離子方程式)；沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色沉淀，原因是：_______________________________________(填反應(yīng)的化學(xué)方程式)。紅褐色

白色

Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

Fe(OH)2Fe(OH)3顏色和溶解性穩(wěn)定性在空氣中易轉(zhuǎn)化為_______

2Fe(OH)3

Fe2O3＋3H2O紅褐色固體，不溶于水白色固體，不溶于水(2)Fe(OH)2、Fe(OH)3的比較Fe(OH)3△與鹽酸反應(yīng)Fe(OH)2＋2H＋==_____________Fe(OH)3＋3H＋==__________制備Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓轉(zhuǎn)化化學(xué)方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3現(xiàn)象：白色沉淀迅速變?yōu)?/p>

色，最終變?yōu)?/p>

色紅褐灰綠Fe2＋＋2H2OFe3＋＋3H2O1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)用酸性KMnO4溶液檢驗(yàn)FeCl3溶液中是否含有FeCl2。 ()(2)檢驗(yàn)綠礬晶體(FeSO4·7H2O)是否已氧化變質(zhì)，可將綠礬晶體

溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液，再觀察溶液是否變紅。 ()(3)向FeCl3溶液中滴加適量的KSCN溶液，會(huì)產(chǎn)生紅色沉淀。()(4)Fe2＋可以被Cl2氧化為Fe3＋，說明Fe2＋具有氧化性。 ()×

×

×

√

即時(shí)驗(yàn)證2．隨著人們生活節(jié)奏的加快，方便的小包裝食品已被廣泛接受。為了延長食品的保質(zhì)期，防止食品氧化變質(zhì)，在包裝袋中可以放入的化學(xué)物質(zhì)是(

)A．無水硫酸銅 B．硫酸亞鐵C．食鹽 D．生石灰B

[無水硫酸銅能吸收水分，不能防止食物被氧化；硫酸亞鐵具有還原性，能防止食品氧化變質(zhì)；食鹽不能吸收水分；生石灰能防止食品受潮，但不能防止食品被氧化。]3．A、B、C、D四種物質(zhì)(或離子)均含有同一種元素，其中A是常見單質(zhì)，它們之間存在如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系：若B、C均屬于鹽類，B溶液呈黃色，遇氨水能形成紅褐色沉淀；D是一種不溶性堿；B、C中的陰離子均是Cl－，則A只有與________(填分子式)反應(yīng)才能得到B；實(shí)驗(yàn)室制備的D物質(zhì)不穩(wěn)定，相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________________________________________________________________________。[解析]

由B的性質(zhì)知其是FeCl3，故A是鐵，C是FeCl2，D是Fe(OH)2；鐵只有與氯氣反應(yīng)才能得到FeCl3；Fe(OH)2在空氣中易變質(zhì)生成Fe(OH)3。[答案]

Cl2

4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3重難點(diǎn)1Fe2＋、Fe3＋、Fe的相互轉(zhuǎn)變——“鐵三角”(素養(yǎng)養(yǎng)成——變化觀念與平衡思想)[問題1]能夠共存的離子之間不能發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)上述知識(shí)分析，F(xiàn)e3＋與I－、S2－、HS－、SO32-、HSO3-等還原性離子能否大量共存？[提示]

Fe3＋具有較強(qiáng)的氧化性，被I－、S2－、HS－、

SO32-、HSO3-等還原為Fe2＋而不能大量共存。[問題2]利用離子間的轉(zhuǎn)化分析，怎樣除去FeCl3溶液中含有的FeCl2雜質(zhì)？[提示]

向混合溶液中加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。[問題3]根據(jù)Fe2＋的性質(zhì)分析，實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)該怎樣保存亞鐵鹽溶液？[提示]

向亞鐵鹽溶液中加入鐵粉，防止Fe2＋被氧化。核心突破1．Fe只具有還原性，可被氧化為Fe2＋或Fe3＋如：Fe＋SFeS，F(xiàn)e＋2Fe3＋3Fe2＋，F(xiàn)e＋Cu2＋Cu＋Fe2＋；2Fe＋3Cl22FeCl3；3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。點(diǎn)燃高溫2．Fe2＋既具有氧化性又具有還原性如：2Fe2＋＋Cl22Fe3+＋2Cl_，F(xiàn)e2＋＋ZnZn2＋＋Fe，F(xiàn)eO＋COFe＋CO2

。3．Fe3＋具有較強(qiáng)氧化性，可被還原為Fe2＋或Fe如：2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋，F(xiàn)e2O3＋3CO2Fe＋3CO2，F(xiàn)e2O3＋2Al2Fe＋Al2O3

。高溫高溫1．硫酸亞鐵溶液含有硫酸銅和硫酸鐵雜質(zhì)，為除去雜質(zhì)，提純硫酸亞鐵，應(yīng)該加入下列物質(zhì)中的(

)A．鋅粉 B．鎂粉C．鐵粉 D．鋁粉C

[鐵粉可將硫酸鐵轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵，將硫酸銅轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵和單質(zhì)銅，然后過濾即可提純硫酸亞鐵，鋅、鎂、鋁都有可能將亞鐵離子置換成鐵，并且會(huì)引入鋅離子、鎂離子或鋁離子等新的雜質(zhì)。]對(duì)點(diǎn)練習(xí)2．電子工業(yè)中，常用FeCl3溶液腐蝕絕緣板上的銅箔，制造印刷電路板。某同學(xué)為了從腐蝕廢液中回收銅，并重新獲得FeCl3溶液，設(shè)計(jì)如下流程圖。

請(qǐng)回答下列問題：(1)FeCl3溶液腐蝕銅箔反應(yīng)的離子方程式為______________________________________________________。(2)固體A的成分是________，氣體C的化學(xué)式為_________。(3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)FeCl3溶液中的金屬陽離子________。(4)反應(yīng)消耗鐵粉11.2g，則廢液中Fe3＋的物質(zhì)的量濃度是________。[解析]

由工藝流程可知，廢液中應(yīng)該含有FeCl3、FeCl2、CuCl2，在廢液中加入過量的鐵粉，F(xiàn)eCl3溶液與Fe反應(yīng)生成FeCl2，F(xiàn)e與CuCl2反應(yīng)生成Cu，即固體A是Fe和Cu的混合物，液體A是FeCl2。固體A中加入鹽酸，F(xiàn)e與鹽酸反應(yīng)生成FeCl2，過濾得到的6.4g固體即為金屬Cu，溶液B是FeCl2，再通入氣體C得到FeCl3，即氣體C可以是Cl2。反應(yīng)消耗的鐵粉分別為與FeCl3和CuCl2的反應(yīng)，

[答案]

(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

(2)Fe、Cu

Cl2

(3)取少量溶液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，出現(xiàn)紅色(4)0.4mol/L重難點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)室制備Fe(OH)2裝置的改進(jìn)(素養(yǎng)養(yǎng)成——科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí))制備Fe(OH)2裝置的改進(jìn)[問題1]改進(jìn)后裝置①制備Fe(OH)2時(shí)為什么能較長時(shí)間觀察到白色沉淀？[提示]配制溶液的蒸餾水煮沸，除去溶解的氧氣；然后用苯液封，防止空氣溶解；把裝有NaOH溶液的膠頭滴管插入液面下慢慢擠出溶液。這些操作均能防止Fe(OH)2與氧氣接觸，避免其被氧化，因此能較長時(shí)間觀察到白色沉淀。[問題2]改進(jìn)后裝置②能較長時(shí)間觀察到白色沉淀的原因是什么？[提示]鐵粉與稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣排盡裝置內(nèi)的空氣，同時(shí)試管內(nèi)剩余的氫氣起到保護(hù)氣的作用，防止了Fe(OH)2與氧氣接觸，避免其被氧化，因此能較長時(shí)間觀察到白色沉淀。[問題3]利用改進(jìn)后的裝置③進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，組裝好儀器，裝好藥品，止水夾a應(yīng)怎樣操作才能順利實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?？[提示]首先打開止水夾，讓生成的氫氣經(jīng)過試管A、B，排盡裝置中的空氣；然后夾好止水夾，試管A中壓強(qiáng)增大，將生成的FeSO4溶液壓入試管B，在試管B中生成白色沉淀。由于空氣已經(jīng)排凈，所以能較長時(shí)間觀察到白色沉淀。防止Fe(OH)2氧化的方法：(1)將配制溶液的蒸餾水煮沸，去除溶液中的氧氣。(2)將盛有NaOH溶液的膠頭滴管尖端插入試管中亞鐵鹽溶液底部，并慢慢擠出NaOH溶液。(3)在亞鐵鹽溶液上面充入保護(hù)氣，如H2、N2、稀有氣體等。(4)在亞鐵鹽溶液上面加保護(hù)層，如苯、植物油等。核心突破3．下列關(guān)于氫氧化亞鐵及其制備方法的敘述中不正確的是(

)A．氫氧化亞鐵易被氧氣氧化B．氫氧化亞鐵為灰綠色絮狀沉淀C．可利用如圖所示的裝置制備氫氧化亞鐵D．實(shí)驗(yàn)中所用氫氧化鈉溶液應(yīng)預(yù)先煮沸對(duì)點(diǎn)練習(xí)B

[氫氧化亞鐵(純凈的)是白色絮狀沉淀，在空氣中易被氧氣氧化。實(shí)驗(yàn)室可利用亞鐵鹽溶液與堿溶液反應(yīng)制備氫氧化亞鐵，例如用FeSO4溶液與NaOH溶液反應(yīng)來制備Fe(OH)2。為了防止Fe(OH)2被空氣中的氧氣氧化，所用氫氧化鈉溶液應(yīng)預(yù)先煮沸將氧氣排出；然后利用題給裝置制備Fe(OH)2，且滴加NaOH溶液的膠頭滴管應(yīng)插入FeSO4溶液中；當(dāng)制得的Fe(OH)2部分被氧化時(shí)呈灰綠色。故A、C、D項(xiàng)均正確。]4．如下圖所示裝置可用來制備Fe(OH)2，并觀察其在空氣中被氧化時(shí)顏色的變化。實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用鐵屑和6mol·L－1的硫酸，其他試劑任選。填寫下列空白：(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中應(yīng)預(yù)先加入的試劑是________，A中反應(yīng)的離子方程式是__________________________。(2)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先將止水夾E________(填“打開”或“關(guān)閉”)，C中收集到氣體的主要成分是________。(3)簡述生成Fe(OH)2的操作過程：_____________。(4)拔去裝置B中的橡皮塞，使空氣進(jìn)入，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______。[解析]

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先打開止水夾E，讓H2把A、B裝置中的空氣排出，讓Fe(OH)2在H2氣氛中生成，以便較長時(shí)間觀察Fe(OH)2的顏色。H2充滿B后關(guān)閉止水夾E，A中的FeSO4溶液沿豎直長導(dǎo)管進(jìn)入B瓶，與NaOH反應(yīng)。[答案]

(1)鐵屑Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

(2)打開H2

(3)關(guān)閉止水夾E，使FeSO4溶液壓入B瓶中進(jìn)行反應(yīng)(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3情景素材[問題1]試劑1的主要成分是什么？為什么淡紅色溶液加入新制氯水后溶液變?yōu)樯罴t色？寫出上述過程中涉及的離子方程式。(素養(yǎng)角度——宏觀辨識(shí)與微觀探析)[提示]

Fe3＋與KSCN溶液反應(yīng)生成紅色Fe(SCN)3，所以試劑1的主要成分是KSCN。淡紅色溶液中還含有較多的Fe2＋，向其中加入新制氯水時(shí)，Cl2將Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液中Fe3＋濃度增大，生成的Fe(SCN)3濃度也增大，溶液顏色加深。相關(guān)離子方程式為：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。[問題2]該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中加入了過量氯水，放置一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)深紅色褪去，現(xiàn)對(duì)褪色原因進(jìn)行探究。從有色物質(zhì)中所含元素的化合價(jià)分析褪色的可能原因，提出假設(shè)2；并設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行驗(yàn)證。(素養(yǎng)角度——科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí))提出假設(shè)假設(shè)1.溶液中的＋3價(jià)鐵被氧化為更高價(jià)態(tài)的鐵；假設(shè)2.___________________________________。設(shè)計(jì)方案

[提示]

實(shí)驗(yàn)中加入過量氯水，放置一段時(shí)間后，深紅色褪去，說明Fe(SCN)3逐漸消失，而Fe(SCN)3的生成與Fe3＋、SCN－有關(guān)。根據(jù)假設(shè)1，溶液中的＋3價(jià)鐵被Cl2氧化為更高價(jià)態(tài)的鐵，分析SCN－中各元素的化合價(jià)可知，S為－2價(jià)，C為＋4價(jià)，N為－3價(jià)，所以SCN－也具有還原性，故也可能是SCN－被過量的氯水氧化導(dǎo)致深紅色褪去。假設(shè)2為Fe3＋沒有被氧化，而是SCN－被氧化。只要向褪色后的溶液中補(bǔ)充SCN－，若出現(xiàn)紅色，說明假設(shè)2成立；若不出現(xiàn)紅色，說明假設(shè)2不成立。1．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D

[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。]隨堂檢測(cè)2．除去FeCl2溶液中少量的FeCl3，最好的辦法是(

)A．加入氫氧化鈉溶液 B．通入氯氣C．加入銅粉 D．加入鐵粉D

[要實(shí)現(xiàn)“Fe3＋→Fe2＋”的轉(zhuǎn)化，需要加入還原劑，且不引入新的雜質(zhì)離子，最好的辦法是加入足量鐵粉充分反應(yīng)后過濾，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。]3．用FeCl3溶液腐蝕印刷電路板上的銅，然后在所得溶液中加入鐵粉。對(duì)加入鐵粉充分反應(yīng)后的溶液分析合理的是(

)A．若無固體剩余，則溶液中一定有Fe3＋B．若有固體存在，則溶液中一定有Fe2＋C．若溶液中有Cu2＋，則一定沒有固體析出D．若溶液中有Fe2＋，則一定有Cu析出B

[FeCl3溶液腐蝕印刷電路板上銅的反應(yīng)為2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，所得的溶液中存在FeCl2和CuCl2，還可能有過量的FeCl3溶液，加入鐵粉充分反應(yīng)后：A項(xiàng)中若無固體剩余，說明原溶液中含有Fe3＋，反應(yīng)后不一定還含有；B項(xiàng)中不管固體是鐵粉還是銅粉，溶液中一定含有Fe2＋；C項(xiàng)中若溶液中有Cu2＋，可以有部分銅固體析出；D項(xiàng)中若溶液中有Fe2＋，不一定有Cu