化学第1节 铁的多样性学案

铁的氧化物和铁的氢氧化物铁及其化合物之间的转化关系

一、铁的氧化物

说明：(1)FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，Fe3O4为复杂的氧化物。

(2)FeO、Fe2O3、Fe3O4、MnO2、WO3、V2O5等难熔金属氧化物与铝粉的反应也叫铝热反应，常用KClO3和镁条引发该反应。

　(1)四氧化三铁中铁元素的化合价是＋价吗？

[提示]　不是。四氧化三铁中铁元素的化合价是＋2价和＋3价。

(2)(情境思考)日常生活中铁制品生锈的现象很常见，依据所学知识分析铁锈的主要成分是什么？怎样除去衣物上的铁锈？

[提示]　铁锈呈红棕色，因此铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O。根据Fe2O3的性质，可以选用酸性物质除去衣物上的铁锈，如食用醋、草酸或柠檬汁。

二、铁的氢氧化物

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Fe2＋在溶液中呈浅绿色，因此Fe(OH)2沉淀为灰绿色 (　　)

(2)可以利用FeCl3溶液和NaOH溶液通过复分解反应制Fe(OH)3胶体 (　　)

(3)Fe(OH)2非常不稳定，在空气中易转化为Fe(OH)3 (　　)

(4)为防止Fe(OH)2被氧化，在制备时，常采用新制的FeSO4溶液和煮沸的NaOH溶液制取 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√

三、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

[答案]　

2．补铁剂中铁元素价态的检验

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(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的转化必须通过氧化还原反应实现 (　　)

(4)食用富含维生素C的食物利于人体对铁元素吸收，是利用维生素C的氧化性 (　　)

(5)向补铁口服液中滴加KSCN溶液，溶液变为红色，则补血口服液中铁的价态只有＋3价 (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×

用下图所示的密封反应装置来制备氢氧化亚铁。

B　　A

具体操作：注射器A吸入NaOH溶液后用硅胶塞封口，再用注射器B将FeSO4溶液缓慢推入注射器A中，使两溶液混合反应。为保证实验的顺利进行，对反应液进行了如下处理：

[问题1]　用硅胶塞封口的原因是什么？

[提示]　防止空气中的O2进入。

[问题2]　配制硫酸亚铁溶液加入维生素C(100 mL溶液中加入半片维生素C)，其目的是什么？

[提示]　维生素C具有还原性，可以防止Fe2＋被氧化。

[问题3]　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。

氢氧化亚铁的制备

1．制备Fe(OH)2的注意事项

(1)Fe2＋必须是新制的，并放入铁粉，以防Fe2＋被氧化成Fe3＋；

(2)除去溶液中溶解的O2，其方法是加热煮沸NaOH溶液；

(3)滴管末端插入液面以下；

(4)必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。

2．Fe(OH)2的制备方法

(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植物油(不能用CCl4，它的密度大于水)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图1所示。

图1　　　　　　　　图2

(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。

1．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溶液的上面加一层植物油，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

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的生成在无氧的环境里，故A项正确；在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层植物油，以隔绝空气防止氧气溶入，故B项正确；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中的氧气，故C项错误；产生Fe(OH)2沉淀后，若振荡试管，会增大沉淀与空气接触的机会，使沉淀更易被氧化，故D项正确。]

2．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。

A　　　　　B

填写下列空白：

(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是____________，A中反应的离子方程式为__________________。

(2)实验开始时应先将止水夹a________(填“打开”或“关闭”)。

(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程_____________________________。

(4)实验完毕，打开b处止水夹，放入一部分空气，此时B中发生反应的化学方程式为___________________________________________。

(5)图中________(填“能”或“不能”)较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。

[解析]　A为氢气的发生装置，B为产生Fe(OH)2沉淀的装置，当a打开时，H2通过a进入B中排出B内氧气，a关闭时，A内气体压强增大，使A中FeSO4、H2SO4混合液进入B中与NaOH溶液反应产生Fe(OH)2沉淀。

[答案]　(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　(2)打开　(3)首先打开止水夹a，让分液漏斗中酸液流下，使A中产生的H2通入B中，一段时间后关闭止水夹a，A中液体沿导管流入B中，产生少量白色沉淀　(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　(5)能

[问题1]　怎样用化学方法检验FeSO4试剂是否变质？

[提示]　FeSO4变质就是Fe2＋被空气中的氧气氧化为Fe3＋，可用KSCN溶液检验是否含有Fe3＋。

[问题2]　先向溶液中滴加少量氯水，再加KSCN溶液，溶液变为红色，能否证明原溶液中含有Fe2＋？

[提示]　不能证明原溶液中含有Fe2＋，因为若原溶液中含有Fe3＋，溶液也变红色，干扰Fe2＋的检验。

[问题3]　如何检验溶液中既含Fe2＋又含Fe3＋？

[提示]　取一份待检液，滴入几滴KSCN溶液，溶液呈红色，说明含Fe3＋；另取一份待检液，滴入几滴酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去，说明含Fe2＋。

Fe3＋、Fe2＋的检验

1．观察溶液颜色法

2．KSCN溶液和氯水法

3．NaOH溶液法

4．酸性KMnO4溶液法

1．为了检验某FeCl2溶液是否变质，可向溶液中加入(　　)

A．NaOH溶液 B．铁片

C．KSCN溶液   D．石蕊溶液

C　[FeCl2变质会被氧化为FeCl3，Fe3＋遇KSCN溶液变红色，故可用KSCN溶液检测溶液是否变红色，来判断FeCl2溶液是否变质。]

2．将铁的化合物溶于盐酸，滴加KSCN溶液不发生颜色变化，再加入适量氯水，溶液立即呈红色，该铁的化合物是(　　)

A．Fe2O3   B．FeCl3

C．Fe2(SO4)3   D．FeO

D　[由题意可知溶于盐酸后溶液中只有Fe2＋没有Fe3＋，只有FeO溶解在盐酸中能得到Fe2＋：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O。]

3．下列离子的检验方法合理的是(　　)

A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2＋

B．向某溶液中通入Cl2，然后加入KSCN溶液，溶液变为红色，说明原溶液中含有Fe2＋

C．向某溶液中加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋

D．向某溶液中加入NaOH溶液生成白色沉淀，又观察到沉淀颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋

C　[向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液呈红色，证明存在Fe3＋，不能证明没有Fe2＋，故A项错误；若原溶液中不含Fe2＋，含有Fe3＋，通入Cl2，加入KSCN溶液，溶液也变为红色，故B项错误；加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋，故C项正确；若存在Mg2＋，生成的氢氧化镁为白色沉淀，氢氧化铁沉淀的红褐色可掩盖氢氧化镁沉淀的白色，故D项错误。]

1．下列各组物质反应后，再滴入KSCN溶液，显红色的是(　　)

A．向CuCl2溶液中加入铁粉

B．向FeO粉末中加入稀硫酸

C．Fe与过量稀盐酸反应后的溶液中再加入少量氯水

D．Fe(OH)3与过量稀盐酸反应后的溶液中再加入过量铁粉

C　[A项，铁粉与CuCl2溶液反应生成FeCl2，溶液中不存在Fe3＋，滴入KSCN溶液，溶液不会显红色，错误；B项，向FeO粉末中加入稀硫酸，反应生成FeSO4和水，不含有Fe3＋，滴入KSCN溶液，溶液不会显红色，错误；C项，Fe与过量稀盐酸反应生成FeCl2和氢气，FeCl2与氯气反应生成FeCl3，溶液中存在Fe3＋，滴入KSCN溶液，溶液显红色，正确；D项，Fe(OH)3与过量稀盐酸反应生成FeCl3和水，FeCl3与过量铁粉反应生成FeCl2，溶液中不存在Fe3＋，滴入KSCN溶液，溶液不会显红色，错误。]

2．鉴别Fe2＋和Fe3＋可用下列试剂中的(　　)

①NaOH溶液　②稀H2SO4　③KSCN溶液　④铜片　⑤KI淀粉溶液

A．①②③　 B．①③④⑤

C．③④⑤   D．②③④

B　[①向Fe2＋溶液中加入NaOH溶液后，观察到生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；Fe3＋与OH－反应，生成红褐色Fe(OH)3沉淀；②稀硫酸和Fe2＋及Fe3＋都不反应，不能区别Fe2＋和Fe3＋；③加入KSCN溶液，Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，溶液立即呈红色，证明含有Fe3＋；④2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，铜片溶解，溶液由黄色变成蓝绿色，Fe2＋与铜片不反应；⑤2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，碘遇淀粉溶液变蓝色。]

3．下列说法正确的是(　　)

A．Fe在一定条件下与水反应生成H2和Fe(OH)3

B．Fe3O4溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液，溶液不会显红色

C．工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁

D．Fe3＋具有氧化性，据此可用KSCN溶液鉴别Fe3＋

C　[高温下铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，故A项错误；Fe3O4溶于盐酸生成Fe3＋和Fe2＋，Fe3＋与KSCN反应得到红色溶液，故B项错误；一般炼铁的过程就是用CO还原Fe2O3生成Fe，故C项正确；用KSCN溶液鉴别Fe3＋主要是利用了Fe3＋与KSCN溶液反应显示红色，而非Fe3＋的氧化性，故D项错误。]

4．下列叙述不正确的是(　　)

D　[A项发生反应：2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，正确；B项发生反应：Fe＋2FeCl3===3FeCl2，正确；C项银与盐酸不反应，而Fe与盐酸反应，正确；D项混合物在空气中灼烧时，Fe(OH)3最终转变为Fe2O3，错误。]

5．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中阳离子的方法为_____________________________________。

(3)写出下列转化的离子方程式或化学方程式。

①E→F：__________________________________________________。

②C→D：___________________________________________________。

[解析]　根据F是红褐色沉淀知F是Fe(OH)3，从而推知A为Fe，B为Fe3O4，C为FeCl2，D为FeCl3，E为Fe(OH)2，F为Fe(OH)3，G为Fe2O3，X为H2。

[答案]　(1)Fe　FeCl2　Fe(OH)3　Fe2O3

(2)取D溶液少许于洁净试管中，加入几滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含Fe3＋(合理即可)

(3)①4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

②2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－