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教材分析(必修一):铁及化合物

这节课结合复习氧化还原反应,体会物质的氧化性、还原性,特别是注意训练氧化还原反应产物的书写与方程式的配平,更有意义。

一、Fe

1、铁的存在

(1)自然界中有单质,来自于陨铁。

(2)主要以+2价和+3价的化合物存在于矿石中。

(3)在地壳中的含量排第四位:O、Si、Al、Fe。

2、物理性质:

纯铁为银白色金属固体。有延展性、导热性、导电性,能被磁铁吸引。

平时看到的黑色铁的表面有四氧化三铁等保护膜。

3、化学性质:(原子结构在选择性必修二中会学到)

反应后呈现+2价、+3价。

(1)【推理】与氧化性强的物质能生成+3价的化合物

2Fe+3Cl2教材分析(必修一):铁及化合物 2FeCl3

2Fe+3Br2教材分析(必修一):铁及化合物2FeBr3

Fe+4HNO3(稀) =Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

(2)【推理】与氧化性弱的物质能生成+2价的化合物,如S、I2、稀盐酸或稀硫酸、CuSO4溶液等。

Fe+2HCl=FeCl2+H2

Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

Fe+S教材分析(必修一):铁及化合物FeS

Fe+I2教材分析(必修一):铁及化合物 FeI2

(3)有时同时生成+2和+3价的化合物,如O2、H2O。

3Fe+2O2教材分析(必修一):铁及化合物Fe3O4

【推理与确认】3Fe+4H2O(g)教材分析(必修一):铁及化合物Fe3O4+4H2

【实验】铁与水蒸气的反应

教材分析(必修一):铁及化合物

铁丝网的作用:聚集火焰,提高加热温度。

什么是还原铁粉,为什么要用还原铁粉?

还原铁粉一般由铁的氧化物用H2或CO还原生成。呈粉末状,微观结构疏松,易于发生反应。

二、铁的氧化物

1、物理性质和俗名


FeO

Fe2O3

Fe3O4

俗名

铁红

磁性氧化铁

Fe的价态

+2

+3

+2、+3

颜色状态

黑色粉末

红棕色粉末

黑色晶体

溶解性

难溶于水

难溶于水

难溶于水

特性

不稳定

很稳定。

有磁性。比较稳定。

2、化学性质:

从物质类别和元素价态两方面分析物质的化学性质。采用推理的方式写出各方程式。

(1)FeO:【推理】

①碱性氧化物:能与强酸反应。

FeO+H2SO4=FeSO4+H2O

②Fe处于低价态,有还原性。能与强氧化性酸发生氧化还原反应。

3FeO+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O

③不稳定,在空气中受热能迅速被氧化为Fe3O4

6FeO+O2教材分析(必修一):铁及化合物2Fe3O4

(2)Fe2O3:【推理】

①碱性氧化物:能与强酸反应。

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

②Fe处于高价态,有氧化性。能与强还原性酸发生氧化还原反应。

Fe2O3+6HI=2FeI2+I2+3H2O

(3)Fe3O4:【推理】复杂氧化物,相当于FeO:Fe2O3=1:1形成的化合物。自然界中的Fe3O4很难与酸反应。

①不能叫碱性氧化物:能与强酸反应。

Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O

②Fe既有低价态,又有高价态,既有还原性,又有氧化性。能与强氧化性酸或强还原性酸发生氧化还原反应。

Fe3O4+8HI=3FeI2+I2+4H2O

3Fe3O4+28HNO3=9Fe(NO3)3+NO↑+14H2O

在潮湿环境中慢慢被空气中氧气氧化为Fe2O3

4Fe3O4+O2=6Fe2O3

(4)高炉炼铁的反应:

Fe2O3+3CO教材分析(必修一):铁及化合物2Fe+3CO2

其它的铁的氧化物也能被H2或CO还原为Fe。

三、铁的氢氧化物

1、物理性质

Fe(OH)2:白色固体,难溶于水。

Fe(OH)3:红褐色固体,难溶于水。

2、化学性质

(1)Fe(OH)2【推理】

①弱碱,与强酸能反应。Fe(OH)2+H2SO4=FeSO4+2H2O

②Fe处于低价态,有还原性。能与强氧化性酸发生氧化还原反应。

3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O

③Fe(OH)2不稳定,在空气中反应比较复杂。

(2)Fe(OH)3【推理】

①弱碱,与强酸能反应。Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O

②Fe处于高价态,有氧化性。能与强还原性酸发生氧化还原反应。

2Fe(OH)3+6HI=2FeI2+I2+6H2O

③Fe(OH)3不稳定,受热易分解。

2Fe(OH)3=Δ= Fe2O3+3H2O

3、【实验】制取Fe(OH)3、Fe(OH)2

教材分析(必修一):铁及化合物

(1)制取Fe(OH)3:用可溶性+3价Fe的盐与强碱反应制取。

FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl

【先推理,再验证】现象:有红褐色沉淀生成。

(2)制取Fe(OH)2:用可溶性+2价Fe的盐与强碱反应制取。

FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4

【先推理,再发现问题】现象:有白色沉淀生成,生成的白色沉淀迅速变成灰绿色,一段时间后沉淀出现红褐色。

Fe(OH)2会被水中溶解的氧气氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

(3)如何在水溶液中制取比较稳定的Fe(OH)2

【探究并设计】:用有机液体隔离空气与水溶液的接触,溶液中溶解氧的减少,用非氧化性气体除去周围的空气……

思考下面这些设计是如何达成目的的?

教材分析(必修一):铁及化合物

四、铁的盐

1、铁的盐包括Fe2+对应的盐,如FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等。Fe3+对应的盐,如FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等。它们的性质,主要考虑的是Fe2+、Fe3+的性质。

2、主要化学性质

(1)【推理】强碱制弱碱

都与NaOH等强碱反应

Fe2++2OH=Fe(OH)2

Fe3++3OH=Fe(OH)3

(2)【推理】Fe3+具有较强的氧化性,在水溶液中容易发生氧化还原反应。

①与金属反应:

与比铁活泼性差的金属反应生成Fe2+:2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

与比铁活泼性强的金属反应生成Fe:Fe3++Al=Fe+Al3+

应用:用Fe3+溶液溶解覆铜板。

②【背景知识】C、H2与Fe3+不反应。它们在水溶液中很难反应,一般只在气态或固态环境下反应。

③与HI溶液、KI溶液等含I(-1价)物质的反应:2Fe3++2I= 2Fe2++I2

④与SO2、NaHSO3溶液、Na2SO3溶液等含S(+4价)物质的反应:2Fe3++SO32+H2O= 2Fe2++SO42+2H

⑤与H2S、NaHS溶液、Na2S溶液等含S(-2价)物质的反应:2Fe3++S2-= 2Fe2++S↓。

(3)【推理】Fe2+具有较强的还原性,在水溶液中容易发生氧化还原反应。

①与Cl2反应:2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl

②与O2反应:

【背景知识】O2在水溶液中不存在,在酸性溶液中会和2H生成H2O,在中性或碱性溶液中会和H2O生成2OH

在强酸性环境中:4Fe2++4H+O2=4Fe3++2H2O。

只在盐溶液环境中:12Fe2++6H2O+3O2= 8Fe3++4Fe(OH)3↓。

③与H2O2反应:

在强酸性环境中:2Fe2++2H+H2O2=2Fe3++2H2O。

只在盐溶液环境中:6Fe2++3H2O2=4Fe3++2Fe(OH)3↓。

④与稀HNO3反应:3Fe2++NO3+4H=3Fe3++NO↑+2H2O。

⑤与酸性KMnO4溶液反应:5Fe2++8H+MnO4=5Fe3++Mn2++4H2O。

(4)Fe2+有一定的氧化性,在水溶液中能与容易发生氧化还原反应。

与Mg反应:Fe2++Mg=Fe Mg2+

3、与CO32等是否生成沉淀?

Fe2+、Fe3+的强酸盐与CO32等会生成沉淀。但生成沉淀的反应不是简单地生成难溶盐的反应,而是主要发生双水解反应。(关于双水解的知识在选择性必修一的第三章学习)

4、如何检验Fe2+、Fe3+

(1)检验Fe3+

教材分析(必修一):铁及化合物

FeCl3溶液(左)与加入硫氰化钾之后的溶液(右)

①【实验】用硫氰化钾(KSCN)溶液检验:遇Fe3+溶液变红色,这种方法是高中化学中最常用的方法。

②用NaOH溶液检验:生成红褐色沉淀。

用铁氰化钾检验Fe2+在选择性必修一第四章中学习,在此处不用介绍。

(2)检验Fe2+

①【实验】用硫氰化钾(KSCN)溶液和氧化剂组合检验:先加KSCN,溶液不变色,再加氧化剂(Cl2、稀HNO3、双氧水等)溶液变红色。

②用NaOH溶液检验:生成白色沉淀,然后沉淀迅速变为灰绿色,最后沉淀变为红褐色。

③用酸性KMnO4溶液检验:溶液紫色褪去,出现棕黄色。

从灵敏度上考虑,Fe2+、Fe3+用KSCN检验比用NaOH溶液检验更好。

(3)应用:菠菜中铁离子的检验。(其它一些物质中铁离子的检验也是这种方法)

①将菠菜研磨,加水溶解,过滤。

②将得到的滤液中加少量稀HNO3,再加KSCN溶液,看现象。

5、高铁酸盐的生成、性质和用途在此处可以不用介绍,学习选择性必修一第三章时介绍即可。

五、关于铁及化合物的过量问题

1、过量铁与浓硝酸反应

(1)铁与浓硝酸在常温下发生钝化现象,在加热下才会反应。

Fe+6HNO3(浓)教材分析(必修一):铁及化合物Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O

(2)当硝酸变稀时,反应变为铁与稀硝酸的反应。

Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

(3)当变为更稀的硝酸时,硝酸的产物还会有变化,如生成N2、NH4NO3等。(考查时一般会忽略这个反应过程)

(4)最后发生铁与硝酸铁的反应。

Fe+2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)2

2、过量铁与稀硝酸反应

(1)先发生铁与稀硝酸的反应。

(2)当变为更稀的硝酸时,硝酸的产物还会有变化。(考查时一般会忽略这个反应过程)

(3)最后发生铁与硝酸铁的反应。

所以,调整Fe的量溶液中会发生下列两个总反应:(忽略其它还原产物的生成)

Fe+4HNO3(稀,过量)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

3Fe+8HNO3(稀,少量)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O

3、FeBr2溶液中通入过量Cl2反应

【背景知识】Fe2+的还原性大于Br的,两者都能被Cl2氧化。

(1)随着Cl2的通入,溶液中先发生Fe2+与Cl2的反应。

2Fe2++Cl2=2Fe2++2Cl

(2)再发生Br与Cl2的反应。

2Br+Cl2=Br2+2Cl

所以,调整Cl2的量溶液中会发生下列两个总反应:

2Fe2++Cl2(少量)=2Fe3++2Cl

【化学方程式为:6FeBr2+3Cl2(少量)= 4FeBr3+2FeCl3

2Fe2++4Br+3Cl2(过量)=2Fe3++2Br2+6Cl

【化学方程式为:2FeBr2+3Cl2(过量)= 2FeCl3+2Br2

此过量问题中Cl2过量时的离子方程式书写容易出问题,Fe2+和Br要按个数比1:2书写,才是正确的。

4、FeI2溶液中通入过量Cl2反应

【背景知识】I的还原性大于Fe2+的,两者都能被Cl2氧化。

(1)随着Cl2的通入,溶液中先发生I与Cl2的反应。

2I+Cl2=I2+2Cl

(2)再发生Fe2+与Cl2的反应。

2Fe2++Cl2=2Fe2++2Cl

所以,调整Cl2的量溶液中会发生下列两个总反应:

2I+Cl2(少量)= I2+2Cl

【化学方程式为:FeI2+Cl2(少量)= FeCl2+I2

2Fe2++4I+3Cl2(过量)=2Fe3++2I2+6Cl

【化学方程式为:2FeI2+3Cl2(过量)= 2FeCl3+2I2

由于过量的Cl2在溶液中还可以与I2继续反应,所以FeI2溶液与Cl2反应的过量问题,考查的可能性在减少。

5、Fe(NO3)3溶液中滴入稀HI溶液

(1)先发生的离子反应为:

Fe3++NO3+4H+4I=Fe2++NO↑+2I2+2H2O

(2)后发生的离子反应为:

2NO3+8H+6I=2NO↑+3I2+4H2O

所以,调整HI的量溶液中会发生下列两个总反应:

Fe3++NO3+4H+4I(少量)=Fe2++NO↑+2I2+2H2O

【化学方程式为:Fe(NO3)3+4HI(少量)= Fe(NO3)2+NO↑+2I2+2H2O】

Fe3++3NO3+12H+10I(过量)=Fe2++3NO↑+5I2+6H2O

【化学方程式为:Fe(NO3)3+12HI(过量)= FeI2+3NO↑+5I2+6H2O】

(责任编辑:化学自习室)
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