高中化學人教版學案第三章第一節(jié)第3課時利用“價態(tài)二維圖”認識鐵及其化合物的關系（提升課時）

第3課時利用“價態(tài)二維圖”認識鐵及其化合物的關系(提升課時)鐵及其化合物的關系1．鐵及其化合物的“價—類”二維圖：2．鐵及其化合物之間的主要轉(zhuǎn)化關系：3．從物質(zhì)分類的角度理解鐵及其化合物的性質(zhì)(1)Fe2O3、FeO都是堿性氧化物，能與酸反應生成鹽和水。Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O；FeO＋2H＋=H2O＋Fe2＋。(2)FeSO4和FeCl3都屬于鹽類，能和堿反應生成Fe(OH)2及Fe(OH)3。Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓；Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。(3)Fe(OH)2和Fe(OH)3均屬于堿，能與酸反應生成鹽和水。Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2O；Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O。4．從化合價的角度理解鐵及其化合物的氧化性和還原性：(1)Fe單質(zhì)中鐵元素化合價為0價，僅具有還原性Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋CuFe＋2H＋=H2↑＋Fe2＋2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2FeCl33Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2(2)Fe2O3中的鐵元素為高價態(tài)，具有氧化性，因而可用還原劑將其還原為鐵單質(zhì)。例：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。(3)Fe2＋化合價可以升高到＋3價，表現(xiàn)為還原性，也可以降低到0價，表現(xiàn)為氧化性。(4)Fe3＋是鐵元素的高價態(tài)，可以被還原劑還原為＋2或0價，具有氧化性。eq\a\vs4\al(Fe3＋,（氧化性）)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(Fe),\s\do5()))eq\a\vs4\al(2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(Cu),\s\do5()))eq\a\vs4\al(2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(I－),\s\do5()))eq\a\vs4\al(2Fe3＋＋2I－=I2＋2Fe2＋)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(C),\s\do5()))2Fe2O3＋3Ceq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())4Fe＋3CO2↑(5)Fe(OH)2具有還原性，能被氧化為Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。【典例】如圖為鐵及其化合物的“價－類”二維圖。(1)填寫二維圖缺失的類別①______________和化學式②____________。(2)某同學利用以下試劑研究FeCl3性質(zhì)，進行了如下預測：①Cl2②Fe③NaOH④H2SO4⑤AgNO3從物質(zhì)類別上看，F(xiàn)eCl3屬于________，可能與________發(fā)生反應(填序號)；從化合價角度看，F(xiàn)e3＋具有________性，可能與________________發(fā)生反應(填序號)。(3)某工廠用FeCl3溶液腐蝕鍍有銅的絕緣板生產(chǎn)印刷電路，其化學原理為如下反應：Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2①用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移：_____________________________。②反應中FeCl3作________劑，理由是_________________________。③寫出該反應的離子方程式______________________________________?！窘馕觥?1)Fe為金屬單質(zhì)，則①為單質(zhì)；鐵的氫氧化物有Fe(OH)2和Fe(OH)3兩種，則②為Fe(OH)3；(2)從物質(zhì)類別上看，F(xiàn)eCl3屬于鹽，可能與氫氧化鈉和硝酸銀反應；從化合價角度看，F(xiàn)e3＋化合價處于最高價態(tài)，具有氧化性，可發(fā)生還原反應，可能與鐵發(fā)生反應；(3)反應Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2為氧化還原反應，Cu失電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應，作還原劑；Fe元素化合價由＋3價降低到＋2價，得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應，F(xiàn)eCl3作氧化劑，①用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移為Cu＋2F2e－eCl3=CuCl2＋2FeCl2；②反應中FeCl3中Fe元素化合價由＋3價降低到＋2價，得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應，作氧化劑；③反應的離子方程式為Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋。答案：(1)單質(zhì)Fe(OH)3(2)鹽③⑤氧化②(3)①Cu＋2F2e－eCl3=CuCl2＋2FeCl2②氧化鐵元素的化合價由＋3價變?yōu)椋?價③Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋某工程師為了從上題(3)使用過的腐蝕廢液中回收銅，并獲得氯化鐵晶體，準備采用下列步驟：①試劑a是__________(用化學式表示)；操作Ⅰ用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和____________。②上述流程中操作Ⅲ包括蒸發(fā)濃縮、__________、過濾、洗滌。【解析】①要回收腐蝕廢液中的銅，需加入還原劑，且不能引入新的雜質(zhì)，故試劑a是鐵(Fe)；固液分離采用過濾操作，操作Ⅰ為過濾，用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗；②上述流程中操作Ⅲ為從溶液中得到晶體，操作包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌。答案：①Fe漏斗②冷卻結晶化合價和物質(zhì)類別是整理元素及化合物知識的兩個要素，可表示為“價—類”二維圖。鐵元素的“價—類”二維圖如圖所示，下列說法正確的是()A.工業(yè)上用CO還原Fe2O3煉鐵，該反應為置換反應B．Fe3O4中鐵元素為＋4價C．維生素C能將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，該過程中維生素C作還原劑D．Fe(OH)2濁液露置于空氣中，由白色立即變?yōu)榧t褐色【解析】選C。用CO還原Fe2O3，反應物中沒有單質(zhì)，故該反應不是置換反應，A項錯誤；Fe3O4中部分鐵元素顯＋3價，部分鐵元素顯＋2價，B項錯誤；維生素C將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，使Fe元素發(fā)生還原反應，維生素C表現(xiàn)出還原性，作還原劑，C項正確；Fe(OH)2濁液露置于空氣中易被空氣氧化，白色迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色，D項錯誤。(2021·大連高一檢測)某“鐵基脫氧劑”的主要成分是還原Fe粉，使用一段時間后部分Fe粉會變質(zhì)為Fe2O3。將一包使用過一段時間后的脫氧劑用稀鹽酸浸泡，浸泡過程中粉末表面有大量細小無色氣泡產(chǎn)生。(1)溶液中的反應有：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O、____________________________________________。(2)甲同學用如下方法驗證了溶液中Fe2＋的存在：取少量上層清液，加入某試劑X，出現(xiàn)白色沉淀，并很快變?yōu)榛揖G色，將沉淀傾倒在濾紙上，沉淀逐漸變?yōu)榧t褐色。試劑X為______________。濾紙上沉淀變化反應的化學方程式為_________________________。(3)乙同學另取少量上層溶液，滴加氯水后溶液呈棕黃色，再滴加KSCN溶液，溶液變紅。滴加氯水后溶液變棕黃的離子方程式為___________。丙同學認為Fe3＋不一定是由氯水反應得到的，理由是_____________________，改進方案是_____________________________________?！窘馕觥?1)使用過一段時間的脫氧劑含F(xiàn)e和Fe2O3，用稀鹽酸浸泡發(fā)生的反應有Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；(2)白色沉淀很快變?yōu)榛揖G色，逐漸變?yōu)榧t褐色，是白色的Fe(OH)2被氧化成紅褐色的Fe(OH)3的過程，則試劑X為NaOH溶液或氨水等。濾紙上沉淀變化的反應方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3；(3)據(jù)(1)中反應可知，上層溶液中有Fe2＋、可能有Fe3＋，滴加氯水后溶液呈棕黃色的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－，再滴加KSCN溶液變紅，F(xiàn)e3＋可能是原溶液中的，也可能是由氯水和Fe2＋反應生成的。若先滴加KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，后滴加氯水溶液變紅，則可證明Fe3＋是氯水氧化Fe2＋生成的。答案：(1)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋(2)NaOH溶液(或氨水等)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(3)2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－原上層溶液中可能含有Fe3＋先滴加KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，后滴加氯水，溶液變紅【魯科版】P84【研究物質(zhì)性質(zhì)的兩個基本角度】在研究物質(zhì)的性質(zhì)時，可以從物質(zhì)類別、物質(zhì)所含核心元素的化合價這兩個基本角度預測物質(zhì)可能具有的性質(zhì)，并通過實驗進行驗證?！爵斂瓢妗縋87【鐵及其化合物之間存在兩種轉(zhuǎn)化關系】含有相同價態(tài)鐵元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，可借助復分解反應等實現(xiàn)；含有不同價態(tài)鐵元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，可借助氧化還原反應實現(xiàn)。(2021·無錫高一檢測)某化學興趣小組利用下列試劑：鐵粉、鋅粉、0.1mol·L－1FeCl3溶液、0.1mol·L－1FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水，探究Fe2＋、Fe3＋的氧化性、還原性，并利用實驗結論解決一些問題。(1)用所給試劑寫出體現(xiàn)Fe2＋具有還原性的反應的化學方程式_______________________________________。(2)設計實驗方案，完成下列表格。探究內(nèi)容實驗方案實驗現(xiàn)象探究Fe3＋具有氧化性取少量0.1mol·L－1FeCl3溶液，往溶液中加入足量鐵粉，再加入少量KSCN溶液加入鐵粉后，溶液顏色變?yōu)開_______。加入KSCN溶液后，溶液___________(3)該興趣小組為說明“Fe2＋具有氧化性”，提出了向FeCl2溶液中加入鋅粉，觀察實驗現(xiàn)象的方案，該反應的離子方程式為_________________________。(4)某反應中反應物與生成物有Fe3＋、Mn2＋、H＋、MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))、H2O和一種未知離子X，已知MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))在反應中得到電子，則X離子是______________?！窘馕觥?1)在反應中Fe2＋作還原劑，體現(xiàn)其還原性，因此應選擇氧化劑，所以選用氯水，反應為2FeCl2＋Cl2=2FeCl3。(2)向FeCl3溶液中加入鐵粉，發(fā)生的反應為2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，所以溶液由棕黃色變?yōu)闇\綠色。向FeCl2溶液中滴加硫氰化鉀溶液不變紅。(3)向FeCl2溶液中加入鋅粉，離子反應為Zn＋Fe2＋=Fe＋Zn2＋。(4)已知MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))得電子，故MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))是氧化劑，Mn2＋為還原產(chǎn)物，則題目提供的Fe3＋是氧化產(chǎn)物，故還原劑為Fe2＋，即X為Fe2＋。答案：(1)2FeCl2＋Cl2=2FeCl3(2)淺綠色不變色(3)Fe2＋＋Zn=Zn2＋＋Fe(4)Fe2＋1.(水平1·教材習題改編)用毛筆蘸取少量30%的FeCl3溶液在銅片上寫“化學”兩個字，放置片刻，用少量水將銅片上的溶液沖到小燒杯中，下列說法正確的是()A．燒杯中的溶液呈棕黃色B．銅片無任何變化C．銅片上有凹陷的“化學”兩個字D．發(fā)生反應：Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋Fe2＋【解析】選C。FeCl3溶液與銅的反應為Cu＋2FeCl3=2FeCl2＋CuCl2，反應后的溶液中含有Cu2＋、Fe2＋，A錯誤；FeCl3溶液與銅反應，銅片上反應掉的部分會有凹陷，B錯誤，C正確；該反應的離子方程式為2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋，D錯誤。2．(水平1)鐵及其化合物不僅存在于地球上，火星上也存在鐵隕石及其他鐵的化合物。下列關于鐵及其化合物的離子方程式，正確的是()A．鐵與鹽酸反應：2Fe＋6H＋=2Fe3＋＋3H2↑B．氯氣與氯化亞鐵溶液反應：2FeCl2＋Cl2=2FeCl3C．氯化鐵溶液與鐵反應：Fe3＋＋Fe=2Fe2＋D．氯化鐵溶液與氫氧化鈉溶液反應：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓【解析】選D。A項，應為Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；B項，應為2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－；C項，應為2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。3．(水平2)下列關于鈉、鐵及其化合物的敘述正確的是()A．鐵單質(zhì)只具有還原性，其陽離子只有氧化性，且可用KSCN溶液檢驗其陽離子是否存在于某溶液中B．因為鐵的活潑性大于Cu，故Cu與FeCl3不反應C．Na2O2、Fe(OH)3、FeCl2均可經(jīng)化合反應一步得到D．Fe在足量Cl2中燃燒生成FeCl2和FeCl3【解析】選C。Fe2＋處于中間價態(tài)，既有氧化性又有還原性，用KSCN溶液只能檢驗鐵離子，不能檢驗亞鐵離子，A錯誤；Cu可將FeCl3還原為FeCl2，B錯誤；2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))Na2O2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，F(xiàn)e＋2FeCl3=3FeCl2，C正確；Fe在足量Cl2中燃燒只生成FeCl3，D錯誤。4．(水平2)某赤鐵礦是我國一種重要的沉積型鐵礦資源，氧化物主要含有Fe2O3，還含有少量Al2O3、CaO、SiO2(SiO2不與硫酸反應)等。以該赤鐵礦為原料制備純度較高的鐵紅，其流程如圖所示。已知Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]生成藍色沉淀，下列說法錯誤的是()A．鐵紅可用于油漆、油墨、建筑物著色劑B．酸浸液遇K3[Fe(CN)6]溶液生成藍色沉淀C．洗滌濾渣時要用玻璃棒不斷攪拌D．氧化時可以選用試劑H2O2溶液【解析】選C。鐵紅的主要成分是氧化鐵，為紅棕色，可用于油