2019—2020学年新教材课标版高中化学必修第一册教师用书：3-实验活动2　铁及其化合物的性质 WORD版含答案.docx

1、实验活动 2 铁及其化合物的性质实验名称铁及其化合物的性质。实验目的1认识铁及其化合物的重要化学性质。2学会铁离子的检验方法。3认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。实验仪器试管、胶头滴管。实验药品CuSO4 溶液、FeCl3 稀溶液，FeCl2 溶液、FeSO4 溶液、KMnO4酸性溶液、KSCN 溶液、KI 溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。实验步骤实验步骤现象解释(用方程式表示)1.铁及其化合物的性质(1)铁单质的还原性在一支试管中加入 2 mL CuSO4 溶液，再将一段铁丝放入 CuSO4溶液中。过一会儿，取出铁丝，观察现象并加以解释。铁丝上

2、附着红色物质FeCuSO4=FeSO4Cu，Cu 为红色物质(2)铁盐的氧化性取 3 mL FeCl3 稀溶铜片逐渐溶解，溶液由黄色变为蓝绿色Cu2FeCl3=2FeCl2液加入试管中，加入几小块铜片，振荡，过一会儿，观察现象。CuCl2在一支盛有 3 mL水的试管中滴加几滴FeCl3 稀溶液，再滴加3 滴 KI 溶液，观察现象。然后向溶液中滴加 2 滴淀粉溶液，观察现象。溶液由黄色变为棕褐色，加入淀粉后显蓝色2Fe32I=2Fe2I2，I2 单质遇淀粉变蓝(3)亚铁盐的氧化性和还原性取 3 mL FeCl2 溶液加入试管中，加入几小块锌片，振荡，过一会儿，观察现象。Zn 片形状发生变化，溶液

3、颜色变浅ZnFeSO4=ZnSO4Fe在一支试管中加入少量 KMnO4 酸性溶液，然后向试管中加入少量 FeSO4 溶液，观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时，再滴加 2 滴 KSCN溶液，观察现象。当滴加 KSCN 后，溶液出现血红色5Fe2MnO4 8H=5Fe3Mn24H2OFe33SCN=Fe(SCN)32.铁离子的检验(1)在一支试管中加入2 mL 蒸馏水，再滴加几滴 FeCl3 稀溶液，然后再滴加几滴 KSCN溶液变为血红色FeCl33KSCN=3KClFe(SCN)3溶液，观察现象。(2)在一支试管中加入少量 FeCl3 稀溶液，然后加入适量铁粉，轻轻振荡片刻，再滴加几滴 KSC

4、N 溶液，观察现象。无血红色出现Fe2FeCl3=3FeCl2，Fe2与 KSCN 混合无现象问题和讨论以铁屑为原料，如何制备硫酸亚铁晶体？答案 FeH2SO4=FeSO4H2，铁粉要稍过量，防止 Fe2被氧化为 Fe3。练习一 在盛有 2 mL 氯化铁溶液的试管中，加入少量铁粉，振荡试管。充分反应后滴入几滴硫氰化钾溶液 5 mL，观察到的现象是_，反应的离子方程式为_；把上层清液倒入另一试管，再加入几滴氯水，又观察到的现象是_，反应的离子方程式是_。解析 铁粉与氯化铁反应生成氯化亚铁，Fe2与硫氰化钾溶液无明显现象；上层清液倒入另一试管，再加入几滴氯水，Fe2被氧化成 Fe3，Fe3与硫氰化

5、钾溶液反应生成红色物质，观察到溶液变为红色。答案 溶液无明显现象 2Fe3Fe=3Fe2 溶液出现红色 2Fe2Cl2=2Fe32Cl练习二 三氧化二铁和氧化亚铜都是红色粉末，常用作颜料。某校化学实验小组试图通过实验来探究某红色粉末是 Fe2O3、Cu2O或二者的混合物。探究过程如下：【查阅资料】Cu2O 能溶于稀硫酸生成 Cu 和 CuSO4，在空气中加热生成 CuO。【提出假设】假设 1：红色粉末是 Fe2O3；假设 2：红色粉末是 Cu2O；假设 3：红色粉末是 Fe2O3 和 Cu2O 的混合物。【设计实验】取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中滴加 KSCN 溶液。(1)若假设 1

6、 成立，则实验现象是_。(2)若滴加 KSCN 溶液后不变血红色，则证明原固体粉末中一定不含 Fe2O3。你认为这种说法_(填“合理”或“不合理”)，理由是(不需写出反应方程式)_ _。【探究延伸】经实验分析，确定红色粉末为 Fe2O3 和 Cu2O 的混合物。(3)实验小组欲用加热法测定 Cu2O 的质量分数。取 a g 固体粉末在空气中充分加热，待质量不再变化时，称其质量为 b g(ba)，则混合物中 Cu2O 的质量分数为_。解析(1)Fe3与 SCN反应使溶液显血红色。(2)不合理，若红色粉末是二者的混合物，因 Cu2O 与稀硫酸反应生成 Cu 和 CuSO4，Cu 可将 Fe3还原为

7、 Fe2，Fe2不能与 SCN反应使溶液显血红色。(3)加热时只发生反应 2Cu2OO2=4CuO，所以增加的质量(ba)g 为参加反应的 O2 的质量，依据化学方程式可求出 a g 混合物中含有 Cu2O 的质量为 9(ba)g。答案(1)溶液变为血红色，且无固体残留(2)不合理 若原固体粉末为 Fe2O3 和 Cu2O 的混合物，加入稀硫酸，Cu2O 与稀硫酸反应产生的 Cu 能与 Fe3反应，若 Fe3完全转变为 Fe2，滴加 KSCN 溶液，则溶液不变血红色(3)9baa100%章末整合提升一、铁及其化合物1铁单质 2铁的化合物 二、铝及铝合金 突破点一 Fe3、Fe2、Cu、Fe 之

8、间的转化【典例 1】已知 Cu2Fe3=Cu22Fe2，Zn2Fe3=Zn22Fe2，现把等物质的量的 CuSO4、FeCl3 和 Zn 三种物质置于盛有水的容器中，充分反应后，容器中除 SO24、Cl外还有()AZn2、Cu、Fe2BZn2、Cu2、Fe、Fe2CZn2、Cu2、Fe2DZn2、Cu2、Cu、Fe2思路启迪(1)切入点：要考虑到一种金属与多种阳离子发生反应时，阳离子按氧化性由强到弱的顺序发生反应。按发生反应的先后排序，结合题中的“量”推算反应的最终产物。(2)关键点：正确分析反应的先后顺序。在同一溶液中，当发生氧化还原反应时，一定是氧化性最强的物质先与还原剂反应。另外在求解过

9、程中还要考虑各反应物之间量的关系。解析 设 CuSO4、FeCl3 和 Zn 的物质的量均为 1 mol，由题中所给的反应式可得出氧化性：Fe3Cu2，所以 Zn 先与 Fe3反应，1 mol Fe3消耗 0.5 mol Zn；剩余的 0.5 mol Zn 能置换出 0.5 mol Cu，溶液中还剩余 0.5 mol Cu2，即充分反应后，容器中还含有 Fe2、Zn2、Cu2、Cu。答案 D判断化学反应先后顺序的方法(1)一种氧化剂与多种还原剂反应，还原性强的还原剂优先发生反应。如向含等物质的量浓度的碘化亚铁、溴化亚铁溶液中缓慢通入氯气，发生反应的先后顺序为 I、Fe2、Br。(2)一种还原剂

10、与多种氧化剂反应，氧化性强的氧化剂优先发生反应。如在含等物质的量浓度的 H、Fe2、Fe3、Cu2、Zn2的溶液中加入镁粉，反应的先后顺序为 Fe3、Cu2、H、Fe2、Zn2。(3)一种碱与多种阳离子反应，生成物越难电离，越先发生反应。如在含等物质的量浓度的 H、Fe3、NH4 的溶液中滴加氢氧化钠溶液，发生反应的先后顺序为 H、Fe3、NH4。针对训练 1 向氧化铁、氧化铜、铁、铜的混合粉末中加入过量的稀盐酸，充分反应后，仍有红色粉末存在，则关于溶液中阳离子的判断正确的是()A只有 Fe2和 Cu2B一定有 Fe2、Cu2，可能有 Fe3C一定有 Fe2，可能有 Cu2D只有 Fe2解析

11、混合粉末中加入过量的稀盐酸反应后，仍有红色固体铜存在，溶液中一定有 Fe2，一定不可能有 Fe3，可能有 Cu2。答案 C学科素养 利用 Fe2、Fe3之间的转化，培养学生变化观念。突破点二 Fe(OH)2 的制备【典例 2】用下面两种方法可以制得白色的 Fe(OH)2 沉淀。方法一：用 FeSO4 溶液与不含 O2 的蒸馏水配制的 NaOH 溶液反应制备。(1)除去蒸馏水中溶解的 O2 常采用_的方法。(2)生成白色 Fe(OH)2 沉淀的操作是用长滴管吸取不含 O2 的NaOH 溶液，插入 FeSO4 溶液液面下，再挤出 NaOH 溶液。这样操作的理由是_。方法二：在如图所示装置中，用不含

12、 O2 的 NaOH 溶液、铁屑和稀硫酸制备。(1)在试管里加入的试剂是_。(2)在试管里加入的试剂是_。(3)为了制得白色 Fe(OH)2沉淀，在试管和试管中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是_。(4)这样生成的 Fe(OH)2 沉淀能较长时间保持白色，其理由是_。思路启迪(1)切入点：熟悉 Fe(OH)2 的制备原理是 Fe22OH=Fe(OH)2。(2)关键点：要特别注意 Fe(OH)2 在空气中极易被氧化为 Fe(OH)3，所以制备时一定要保证为无氧环境。解析 方法一：(1)气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的 O2 变少。(2)避免生成的 Fe(OH

13、)2 被空气(氧气)氧化。方法二：试管是开口式，无法利用产生的气体将溶液压入试管中，所以制取 FeSO4 应在试管中进行，而在试管中应加入不含 O2 的NaOH 溶液。当把 Fe 与稀硫酸放入试管后，产生的 H2 可通过试管内的短导管排出试管内的空气，然后经过止水夹进入试管中，再排尽试管内的空气，最后关闭止水夹，试管内产生的 H2 无法逸出，H2 产生的压强将试管内生成的 FeSO4 溶液通过长导管压入试管内，在此过程中，液体都处于 H2 环境中，从而避免了空气中的 O2 将反应生成的 Fe(OH)2 氧化成 Fe(OH)3。答案 方法一：(1)煮沸(2)避免生成的 Fe(OH)2 沉淀接触

14、O2而被氧化方法二：(1)稀硫酸、铁屑(2)NaOH 溶液(3)检验试管出口处排出的 H2 的纯度，当排出的 H2 纯净时，再夹紧止水夹(4)试管中反应生成的 H2 充满了试管和试管，且外界空气不容易进入装置(1)Fe2极易被氧化，所以 FeSO4 溶液要现用现配。(2)为了防止 Fe2被氧化，配制 FeSO4 溶液的蒸馏水和 NaOH 溶液要煮沸，尽可能除去 O2。(3)为了防止滴加 NaOH 溶液时带入空气，可将吸有 NaOH 溶液的长滴管伸入 FeSO4 溶液的液面下，再挤出 NaOH 溶液。(4)为防止 Fe2被氧化，还可以向盛有 FeSO4 溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水

15、而不溶于水的有机物，以隔绝空气。针对训练 2(1)实验室用 FeSO4 溶液和稀氨水制备Fe(OH)2，试写出该反应的离子方程式：_。(2)向 FeCl2 溶液中加入 Na2O2，预测最终的实验现象：_。反应的化学方程式为_。解析(1)NH3H2O 是弱碱，书写离子方程式时不能拆开写。(2)把 Na2O2 加入到 FeCl2 溶液后，Na2O2 与水反应生成 NaOH 和 O2，NaOH 再与 FeCl2 反应生成 Fe(OH)2，Fe(OH)2 被氧化为 Fe(OH)3。答案(1)Fe22NH3H2O=Fe(OH)22NH4(2)剧烈反应，有气泡产生，最终生成红褐色沉淀2Na2O22H2O=

16、4NaOHO2、2NaOHFeCl2=Fe(OH)22NaCl、4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3学科素养 能利用氢氧化亚铁的性质，设计其制备方案，以培养学生科学探究与创新意识素养水平。突破点三 有关铝与酸反应的相关计算【典例 3】将盛有等质量等浓度稀盐酸的甲、乙两个烧杯分别放在托盘天平的两边，调节天平，使天平达到平衡。然后在甲、乙烧杯中分别投入 a mol Mg 和 b mol Al，充分反应。(1)若甲、乙两烧杯中酸均过量，则甲、乙两烧杯中净增量分别为_g，_g。(2)若甲、乙两烧杯中酸均用完，金属均过量，且天平仍保持平衡，则甲、乙两烧杯中产生 H2 的质量_(填“相等”或“不

17、相等”)，由此推出 ab_。思路启迪(1)切入点：要考虑到金属镁、铝均能与盐酸发生反应，且使溶液质量增加。(2)关键点：依据反应方程式能灵活运用差量法进行相关计算，尤其注意反应物过量问题。解析(1)酸过量时金属完全反应，则：甲烧杯中 Mg2HCl=MgCl2H2 m124 2 2224a g 22a g乙烧杯中 2Al6HCl=2AlCl33H2 m254 6 4827b g 24b g则充分反应后甲增重 22a g，乙增重 24b g。(2)两烧杯中金属均过量，酸均反应完，则产生 H2 的量相等，天平保持平衡，则加入的 Mg 和 Al 的质量也相等，故 24a27b，ab98。答案(1)22

18、a 24b(2)相等 98解答铝与酸反应题的常用守恒法包括原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒等。如根据得失电子守恒，1 mol Al 不论与酸还是与碱反应失去的电子都是 3 mol，生成的H2 均为32 mol，即 n(H2)12n(e)12n(金属)化合价。反过来，生成11.2 L(标准状况)H2，一定转移 1 mol 电子。针对训练 3 完成下面有关钠、镁、铝的计算及判断。(1)分别取 a g 钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是_。(2)分别取 0.1 mol 钠、镁、铝与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是_。(3)若产生相同体积(同温同压)的氢气，所需钠

19、、镁、铝三种金属的物质的量之比是_；质量比是_。解析(1)a g Na、Mg、Al 的物质的量分别为 a23 mol、a24 mol、a27 mol，由三者与足量盐酸反应的化学方程式：2Na2HCl=2NaClH2，Mg2HCl=MgCl2H2，2Al6HCl=2AlCl33H2，可得关系式：2NaH2，MgH2,2Al3H2，所以 a g Na、Mg、Al生成 H2 的体积之比为 a46 a24 a18 123 11219。解答本题也可由电子守恒知产生氢气的体积之比即为金属转移的电子数之比：a g23 gmol11 a g24 gmol12 a g27 gmol13，直接得出答案。(2)0.

20、1 mol 钠、镁、铝与足量盐酸反应，转移电子数之比为(0.1 mol1)(0.1 mol2)(0.1 mol3)123，即产生 H2 体积之比为 123。(3)与前两问恰好反过来，氢气的体积相等，转移的电子数相等，即为金属失去的电子数相等。答案(1)123 11219(2)123(3)11213(或 632)23129学科素养 通过学习金属与酸的反应，提高学生证据推理与模型认识。突破点四 守恒法、差量法等在计算题中的应用【典例 4】现有两种 Na2CO3 与 NaHCO3 的混合物 X 和 Y。已知 Na2CO3 受热难分解，而 NaHCO3 受热易分解：2NaHCO3=Na2CO3CO2H

21、2O。(1)现取 5.00 g 混合物 X，充分加热后混合物质量减少了 0.31 g，则原混合物中碳酸钠的质量为_。(2)现取 5.00 g 混合物 Y，充分加热至恒重，把放出的气体通入足量澄清石灰水中，生成 2.00 g 沉淀，则原混合物中碳酸氢钠的质量分数为_。思路启迪(1)切入点：要考虑到两种盐对热稳定性不同，NaHCO3 受热分解，但 Na2CO3 受热不分解。(2)关键点：正确分析混合物受热时固体质量减少量为 CO2 和H2O 之和，再依据方程式求解。解析(1)2NaHCO3=Na2CO3H2OCO2 m284 g 62 gm(NaHCO3)0.31 g284 gmNaHCO3 62

22、 g0.31 g解得 m(NaHCO3)0.84 g，原混合物中 Na2CO3 的质量为 5.00 g0.84 g4.16 g。(2)2NaHCO3=Na2CO3 H2O CO2，Ca(OH)2 CO2=H2OCaCO3，由此得关系式：2NaHCO3CO2CaCO32845.00 gwNaHCO3 1002.00 g解得 w(NaHCO3)67.2%。答案(1)4.16 g(2)67.2%根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓的“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量的差、气体体积差等，该差量与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系求解的方法。针对训练 4 在 2 L

23、 硫酸铜和硫酸铁的混合溶液中，加入 30 g铁粉，最后得到 2 L 0.25 molL1 的硫酸亚铁溶液及 26 g 固体沉淀物。分别求原混合溶液中硫酸铁和硫酸铜的物质的量浓度。解析 设硫酸铁、硫酸铜的物质的量分别为 x 和 y。根据反应前后铁和铜的质量和相等得：56 gmol12x64 gmol1y30 g2 L0.25 molL156 gmol126 g再由反应前后硫酸根离子的物质的量守恒得：3xy2 L0.25 molL1联立解得 x0.1 mol，y0.2 mol。因此硫酸铁、硫酸铜的物质的量浓度分别为：005 molL1 和 0.1 molL1。答案 0.05 molL1 0.1 m

24、olL1学科素养 通过学习守恒法、差量法等在计算题中的应用，培养学生利用所学知识解决问题的能力。一、铁及其化合物易错点1.铁的氧化物的物理性质。2铁的氢氧化物的制备。3易混淆 Fe2、Fe3的检验方法顺序。4不清楚铁的化合物之间的相互转化。5常见合金和金属材料的选用。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)Fe2O3 难溶于水，也不与水反应，因此无法通过化合反应制取Fe(OH)3()(2)Fe3O4 中的铁元素有2 价和3 价，Fe3O4 是混合物()(3)向某溶液中加入 NaOH 溶液得白色沉淀，又观察到沉淀颜色逐渐变为红褐色，说明原溶液中含有 Fe2，不含有 Mg2()(4)某溶液通氯

25、气后，再加入 KSCN 溶液，溶液变为红色，可以判断原溶液中一定存在 Fe2()(5)向 FeCl3 溶液中滴加 KSCN 溶液后产生红色沉淀()(6)FeSO4 溶液久置后显黄色()(7)青铜比纯铜硬度低()(8)镁铝熔合成合金的过程是化学变化()答 案 (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)二、铝及氧化铝易错点1.易混淆铝跟酸、碱反应的产物。2铝跟酸、碱反应的氧化还原过程分析不透彻。3忽视铝跟酸、碱反应过程中，物质的用量问题。4氧化铝的性质。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的产物相同()(2)少量的铝与足量的氢氧化钠溶液反应时，生成氢氧化铝沉淀()(3)铝和盐酸、氢氧化钠溶液的反应中，铝作还原剂()(4)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应放出的氢气物质的量相等()(5)等体积等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液与过量铝反应，产生氢气的质量相等()(6)铝与氢氧化钠溶液反应，每转移 3 mol e，生成 1.5 mol 氢气()(7)用氢氧化钠溶液可以除去铝片表面的氧化膜()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)