化學必修 第一冊實驗活動2 鐵及其化合物的性質(zhì)導學案

這是一份化學必修 第一冊實驗活動2 鐵及其化合物的性質(zhì)導學案，共7頁。學案主要包含了實驗目的，實驗用品，實驗步驟，問題討論，拓展練習，實驗探究等內(nèi)容，歡迎下載使用。
【實驗目的】
1．認識鐵及其化合物的重要化學性質(zhì)。
2．學會鐵離子的檢驗方法。
3．認識可通過氧化還原反應實現(xiàn)含有不同價態(tài)同種元素的物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化。
【實驗用品】
1．儀器：試管、膠頭滴管。
2．試劑：CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸餾水、鋅片、銅片、鐵粉、鐵絲。
【實驗步驟】
1．鐵及其化合物的性質(zhì)
(1)鐵單質(zhì)的還原性
(2)鐵鹽的氧化性
續(xù) 表
(3)亞鐵鹽的氧化性和還原性
2.鐵離子的檢驗
【問題討論】
1．實驗室保存硫酸亞鐵溶液時，往往加入一定量的鐵粉，目的是什么？
答案：防止硫酸亞鐵溶液被空氣中的氧氣氧化，加入鐵粉將被氧化生成的Fe3＋重新還原成Fe2＋，發(fā)生的反應為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
2．以鐵屑為原料，如何制備硫酸亞鐵晶體？
答案：(1)將鐵屑放入燒杯中，加入適量碳酸鈉溶液，加熱煮沸，除去鐵屑表面的油污，冷卻、過濾、洗滌。
(2)把鐵屑取出放入燒杯中，加入足量稀硫酸，加熱，攪拌，使之充分反應。
(3)蒸發(fā)濃縮(2)所得到的溶液，然后冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌，即得到硫酸亞鐵晶體。
【拓展練習】
1．通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析推理得出正確的結(jié)論是化學學習的方法之一。對下列實驗事實的解釋正確的是( )
解析：選D。A項中Fe3＋將I－氧化為I2，淀粉遇碘單質(zhì)變藍；B項中紅棕色斑點是Fe2O3；C項中鐵與鹽酸反應生成Fe2＋。
2．已知Fe3O4是一種復雜的化合物，其化學式可改寫為FeO·Fe2O3。對于Fe與水蒸氣反應后的黑色物質(zhì)，有三個學習小組提出了三種不同的猜想，以下是小組同學進行的實驗猜想與探究，請你根據(jù)小組的思路與提示完成相關(guān)填空。
【猜想】甲組：黑色物質(zhì)是FeO；
乙組：黑色物質(zhì)是Fe3O4；
丙組：_______________________________________________________________。
【實驗探究】
(1)丙組認為一種簡單定性的方法即可判斷甲組的正誤：取生成的黑色物質(zhì)少許于燒杯中，加稀鹽酸使其完全溶解，再加________溶液以檢驗Fe3＋，觀察溶液有無出現(xiàn)________現(xiàn)象即可判斷。
(2)乙組認為可通過定量測定來確定生成的黑色物質(zhì)的組成，以驗證該組猜想正確。取生成的黑色物質(zhì)2.32 g溶解于適量稀鹽酸后，加入新制氯水，加入氯水后反應的離子方程式為________________________，再加入足量NaOH溶液后，過濾、洗滌、烘干、灼燒、稱量，若稱得固體質(zhì)量為________，即可判斷乙組同學猜想正確。
解析：【猜想】Fe的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，其中Fe2O3是紅棕色固體，F(xiàn)eO、Fe3O4是黑色物質(zhì)；黑色物質(zhì)若為純凈物，可能為FeO，也可能為Fe3O4，若是混合物，則為FeO和Fe3O4的混合物。
【實驗探究】(1)Fe3＋遇含SCN－的溶液變?yōu)榧t色，所以向溶液中加入KSCN溶液，若觀察到溶液無紅色現(xiàn)象出現(xiàn)，即可判斷無Fe3＋，即原黑色物質(zhì)為FeO。
(2)金屬氧化物溶于鹽酸后，向該溶液中通入Cl2，由于氯氣具有氧化性，會與溶液中的Fe2＋發(fā)生氧化還原反應：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；向反應后的溶液中加入足量的NaOH溶液，發(fā)生沉淀反應：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，將沉淀過濾、洗滌、烘干、灼燒，發(fā)生分解反應：2Fe(OH)3eq \(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O。若乙組同學猜想正確，則2.32 g黑色物質(zhì)全為Fe3O4，其物質(zhì)的量為n(Fe3O4)＝eq \f(2.32 g,232 g·ml－1)＝0.01 ml，根據(jù)鐵元素守恒，可得 n(Fe2O3)＝(0.01 ml×3)÷2＝0.015 ml，稱得固體質(zhì)量為m(Fe2O3)＝0.015 ml×160 g·ml－1＝2.4 g。
答案：【猜想】黑色物質(zhì)是FeO和Fe3O4的混合物
【實驗探究】(1)KSCN 紅色
(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ 2.4 g
3．同學們用如下實驗探究Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)。請回答下列問題：
(1)分別取一定量氯化鐵、氯化亞鐵固體，均配制成0.1 ml·L－1 的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量鐵屑，其目的是_________________________________________________。
(2)甲同學取2 mL FeCl2溶液，加入幾滴氯水，再加入1滴 KSCN溶液，溶液變紅，說明Cl2可將Fe2＋氧化。FeCl2溶液與氯水反應的離子方程式為________________________
________________________________________________________________________。
(3)乙同學認為甲同學的實驗不夠嚴謹，該同學在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入1滴 KSCN溶液和幾滴氯水，溶液變紅，煤油的作用是____________________________。
(4)丙同學取10 mL 0.1 ml·L－1KI溶液，加入6 mL 0.1 ml·L－1 FeCl3溶液混合。取2 mL此溶液于試管中，加入1 mL CCl4充分振蕩、靜置，CCl4層顯紫色，發(fā)生反應的離子方程式為________________________________________________________________________。
(5)丁同學向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，發(fā)生反應的離子方程式為__________________________________________________________。
解析：(1)鐵和氯化鐵反應生成氯化亞鐵，在FeCl2溶液中需加入少量鐵屑，其目的是防止氯化亞鐵被氧化。
(2)氯氣具有氧化性，能將氯化亞鐵氧化為氯化鐵，反應的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(3)煤油不溶于水，密度比水小，分層后可以避免氯化亞鐵溶液與空氣接觸，排除氧氣對實驗的影響。
(4)CCl4層顯紫色說明有單質(zhì)碘生成，這是由于鐵離子氧化碘化鉀生成了碘，發(fā)生反應的離子方程式為2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。
(5)向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，說明過氧化氫將亞鐵離子氧化為鐵離子，反應的離子方程式為H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。
答案：(1)防止Fe2＋被氧化
(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)隔絕空氣(或排除氧氣對實驗的影響)
(4)2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
(5)H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
4．(2020·黃山高一檢測)某學習小組的同學對氯氣與鐵的反應及產(chǎn)物進行了如下探究：
(1)裝置的連接順序為a→________→________→________→________→b→c→f。
(2)硬質(zhì)玻璃管與收集器之間沒有用導管連接，這樣做的優(yōu)點是__________________。
(3)反應一段時間，熄滅酒精燈，冷卻后，將收集器及硬質(zhì)玻璃管中的物質(zhì)快速轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，加入過量的稀鹽酸和少許植物油(反應過程中不振蕩)，充分反應后，進行如下實驗：
eq \a\vs4\al(\x(\a\al(固體,產(chǎn)物))\(――→,\s\up7(過量稀鹽酸),\s\d5(少許植物油))淡黃色,溶液)eq \(――→,\s\up7(試劑X))eq \x(\a\al(淡紅色,溶液))eq \(――→,\s\up7(新制氯水))eq \x(\a\al(深紅色,溶液))Ｋ
試劑X中溶質(zhì)的化學式為________；固體產(chǎn)物的成分可能為________(填字母)。
A．Fe和FeCl3
B．FeCl2和FeCl3
C．Fe、FeCl2和FeCl3
D．Fe和FeCl2
(4)加入少許植物油的作用是________________________________________，加入新制氯水后溶液紅色加深的原因：____________________________________________
________________________________________________________________________(用離子方程式表示)。
(5)現(xiàn)有一含F(xiàn)eCl2和FeCl3混合物的樣品，用離子交換法測得n(Fe)∶n(Cl)＝1∶2.1，則該樣品中FeCl3的物質(zhì)的量分數(shù)為____________(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
解析：(1)濃硫酸具有吸水性，能做氯氣的干燥劑，堿石灰具有堿性可吸收氯氣，飽和食鹽水吸收氯化氫氣體且抑制氯氣的溶解。裝置的連接順序為氣體的制取→洗氣(除雜)→干燥→氯氣和鐵的反應→尾氣處理。
(2)Fe在氯氣中燃燒生成棕褐色煙，冷卻易生成固體，導管口較細，易堵塞，所以硬質(zhì)玻璃管與收集器之間沒有用導管連接。
(3)Fe3＋用KSCN溶液檢驗，F(xiàn)e3＋和KSCN反應生成絡合物硫氰化鐵而使溶液呈紅色，所以試劑X為KSCN溶液；Fe粉和氯氣反應時可能沒有完全反應，剩余的Fe和稀鹽酸、氯化鐵反應生成氯化亞鐵，所以固體產(chǎn)物的成分可能為Fe和FeCl3，A選項正確。
(4)Fe2＋不穩(wěn)定易被氧化，所以植物油的作用是隔絕空氣，防止Fe2＋被氧氣氧化；加入新制氯水后，F(xiàn)e2＋被氯氣氧化生成Fe3＋，從而增大了Fe3＋的濃度，F(xiàn)e3＋、SCN－反應生成Fe(SCN)3，從而增大了絡合物濃度，溶液顏色加深，F(xiàn)e2＋與Cl2反應的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(5)設含F(xiàn)eCl2和FeCl3混合物的樣品中FeCl2的物質(zhì)的量為x，F(xiàn)eCl3的物質(zhì)的量為y，則(x＋y)∶(2x＋3y)＝1∶2.1，解得x∶y＝9∶1，則該樣品中氯化鐵的物質(zhì)的量分數(shù)為eq \f(1,9＋1)×100%＝10%。
答案：(1)g h d e
(2)防止堵塞
(3)KSCN A
(4)隔絕空氣，防止Fe2＋被氧氣氧化 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(5)0.10(或10%)
實驗
操作
在一支試管中加入2 mL CuSO4溶液，再將一段鐵絲放入CuSO4溶液中。過一會兒，取出鐵絲
實驗
現(xiàn)象
鐵絲表面有紅色物質(zhì)生成
解釋
鐵的還原性強于銅，能將銅從其鹽溶液中置換出來，離子方程式為Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
實驗
操作
取3 mL FeCl3稀溶液加入試管中，加入幾小塊銅片，振蕩，過一會兒，觀察現(xiàn)象
在一支盛有3 mL蒸餾水的試管中滴加幾滴FeCl3稀溶液，再滴加3滴KI溶液，觀察現(xiàn)象。然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象
實驗現(xiàn)象
銅片逐漸溶解，溶液由棕黃色逐漸變?yōu)闇\綠色
溶液棕黃色加深，加入淀粉溶液后，溶液變?yōu)樗{色
解釋
Fe3＋具有氧化性，能氧化銅單質(zhì)，離子方程式為2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Fe3＋具有氧化性，I－具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應，離子方程式為2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
實驗
操作
取3 mL FeCl2溶液加入試管中，加入幾小塊鋅片，振蕩，過一會兒，觀察現(xiàn)象
在一支試管中加入少量酸性KMnO4溶液，然后向試管中加入少量FeSO4 溶液，觀察溶液的顏色變化。當溶液紫色褪去時，再滴加2滴KSCN溶液，觀察現(xiàn)象
實驗
現(xiàn)象
溶液由淺綠色逐漸變?yōu)闊o色
酸性KMnO4溶液褪色或變淺，再滴加KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色
解釋
Fe2＋具有氧化性，離子方程式為Fe2＋＋Zn===Zn2＋＋Fe
Fe2＋具有還原性，與高錳酸鉀溶液發(fā)生反應，使酸性KMnO4溶液褪色或變淺，離子方程式為MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O
實驗
操作
在一支試管中加入2 mL蒸餾水，再滴加幾滴FeCl3稀溶液，然后滴加幾滴KSCN溶液，觀察現(xiàn)象
在一支試管中加入少量FeCl3稀溶液，然后加入適量鐵粉，輕輕振蕩片刻，再滴加幾滴KSCN溶液，觀察現(xiàn)象
實驗
現(xiàn)象
溶液變?yōu)榧t色
加入足量鐵粉后，溶液變?yōu)闇\綠色，再加入KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象
解釋
含F(xiàn)e3＋的溶液遇到KSCN溶液時，溶液變?yōu)榧t色
Fe3＋具有氧化性，離子方程式為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
選項
操作、現(xiàn)象
解釋
A
向淀粉-KI溶液中加入FeCl3溶液，溶液變藍
Fe3＋能與淀粉發(fā)生顯色反應
B
把生鐵放置于潮濕的空氣中，鐵表面有一層紅棕色的斑點
鐵在潮濕的空氣中易生成Fe(OH)3
C
向鹽酸中加入少量鐵粉，有氣泡產(chǎn)生
Fe被氧化為Fe3＋
D
新制Fe(OH)2露置于空氣中一段時間，白色物質(zhì)變成了紅褐色
Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3