資源簡介

9.2第2課時　反應條件的控制
【學習目標】
1.了解鐵的氫氧化物的顏色和化學性質。
2.了解鐵鹽和亞鐵鹽的轉化。
3.認識反應條件的變化對化學反應的影響。
【合作探究】
任務1　鐵及其化合物轉化
【新知生成】
反應條件對化學反應的　　　　、　　　　和　　　　都會有不同程度的影響。
【答案】方向　速率　限度
【核心突破】
典例1　資料顯示,在不同溫度下,納米級Fe粉與水蒸氣反應的固體產物不同,溫度低于570 ℃時生成FeO,高于570 ℃時生成Fe3O4。甲同學用如圖1所示裝置進行納米級Fe粉與水蒸氣反應的實驗,乙同學用如圖2所示裝置進行納米級Fe粉與水蒸氣的反應并驗證產物的實驗。下列說法錯誤的是(　　)。
圖1
圖2
A.裝置圖2實驗時應該先點燃C處酒精燈
B.裝置圖1中濕棉花提供水蒸氣,肥皂液用于反應產生的氣體的收集和后續檢驗
C.裝肥皂液的儀器的名稱為蒸發皿,該儀器應用于氯化鈉溶液蒸發結晶中時不可加熱至溶液蒸干
D.將裝置圖2反應后得到的黑色粉末(假定為均勻的)取出少量放入另一試管中,加入少量鹽酸,微熱,再滴加幾滴KSCN溶液,振蕩,溶液沒有出現血紅色,則裝置A的產物為FeO
【答案】D
【解析】圖2實驗中C處提供水蒸氣,為防止Fe與氧氣反應,應先點燃C處酒精燈,用水蒸氣排出空氣,A項正確;圖1中濕棉花提供水蒸氣,高溫下與Fe反應生成氫氣可吹肥皂液,點燃可檢驗氫氣,則肥皂液用于反應產生的氣體的收集和后續檢驗,B項正確;裝肥皂液的儀器的名稱為蒸發皿,蒸發皿可進行蒸發實驗,該儀器還可用于氯化鈉的蒸發結晶,不能蒸干,利用余熱加熱,出現大量固體時停止加熱,C項正確;若生成四氧化三鐵,且Fe剩余時,加入少量鹽酸,微熱,再滴加幾滴KSCN 溶液,振蕩,溶液沒有出現血紅色,則乙中產物不一定為FeO,D項錯誤。
【歸納總結】
Fe只具有還原性,可以被氧化劑氧化為Fe2+、Fe3+
如Fe+SFeS;Fe+2Fe3+3Fe2+;Fe+Cu2+Cu+Fe2+;2Fe+3Cl22FeCl3。
鐵及其化合物的轉化——“鐵三角”
鐵元素有三種常見價態:0價、+2價和+3價,這三種價態的鐵在一定條件下可相互轉化,我們稱之為“鐵三角”。
訓練1　已知A是一種常見金屬,F是一種紅褐色沉淀。試根據圖中轉化關系,回答下列問題:
(1)寫出A、C、F、G的化學式:
A　　　　　　　　　　;C　　　　　　　　　　;
F　　　　　　　　　　;G　　　　　　　　　　。
(2)檢驗D中陽離子的方法為　　 　　　　　　。
(3)保存C溶液時要加固體A的原因是　 　　　　　。
(4)寫出下列轉化的離子方程式:
①D→C:　 。
②C→D:　 。
(5)寫出E→F反應的化學方程式：　　　　 　　。
【答案】(1)Fe　FeCl2　Fe(OH)3　Fe2O3　(2)取D溶液少許于試管中,加入幾滴KSCN溶液,溶液變紅色,證明含Fe3+　(3)防止Fe2+被O2氧化　(4)①2Fe3++Fe3Fe2+　②2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-　(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
【解析】根據F是紅褐色沉淀知F是Fe(OH)3,從而推知A為Fe,B為Fe3O4,C是FeCl2,D是FeCl3,E為Fe(OH)2,F為Fe(OH)3,G為Fe2O3,X為H2。
任務2　鐵的氫氧化物
【新知生成】
制備氫氧化亞鐵時,生成物應盡量避免與空氣中的　　　　接觸,防止發生反應:　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】氧氣　4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
【核心突破】
典例2　下列各圖示實驗中能較長時間觀察到Fe(OH)2白色沉淀的是(　　)。
①　②　③
A.①② B.①③ C.②③ D.①②③
【答案】B
【解析】因為Fe(OH)2在空氣中易被氧化成Fe(OH)3,故要長時間觀察到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除裝置中的空氣或氧氣。裝置①是先用鐵與稀硫酸反應生成的H2將裝置中的空氣排盡,并使生成的Fe(OH)2處在氫氣的保護中,③中液面上加苯阻止了生成的Fe(OH)2與空氣接觸;②由于能接觸空氣中的O2,故不能較長時間觀察到白色沉淀。
【歸納總結】
氫氧化亞鐵制備注意事項
在實驗室制備氫氧化亞鐵時,一定要用新制的亞鐵鹽和先加熱驅趕氧氣后的氫氧化鈉溶液,且滴管末端插入試管內的液面下,再滴加氫氧化鈉溶液,也可以在反應液面上滴加植物油或苯等物質進行液封,以防止氫氧化亞鐵與氧氣接觸。
訓練2　在如圖所示的裝置中,用NaOH溶液、鐵屑、稀硫酸等試劑制備Fe(OH)2沉淀。
(1)在試管Ⅰ中加入的試劑是　　　　　　。
(2)在試管Ⅱ中加入的試劑是　　　　　　。
(3)為了制得白色Fe(OH)2沉淀,在試管Ⅰ和Ⅱ中加入試劑,打開止水夾,塞緊塞子,后續的實驗步驟是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時間保持白色,理由是　 。
【答案】(1)稀硫酸、鐵屑　(2)NaOH溶液　(3)檢驗試管Ⅱ出口處排出氫氣的純度,當排出的H2純凈時,再夾緊止水夾　(4)試管Ⅰ中反應生成的H2充滿了試管Ⅰ和Ⅱ,且外界空氣不容易進入
【解析】該制備方法的原理是利用稀硫酸和鐵屑產生氫氣,先趕盡裝置中的空氣。確定空氣趕盡后,再夾緊止水夾,通過H2產生的壓強將試管Ⅰ中產生的FeSO4溶液壓入試管Ⅱ的NaOH溶液中,從而使產生的白色Fe(OH)2沉淀在H2的還原性氣體中得以較長時間保持。
【課堂小結】
【隨堂檢測】
1.下列敘述正確的是(　　)。
A.可以通過化合反應得到FeCl2、Fe3O4、FeCl3
B.實驗室在保存Fe2(SO4)3溶液時,常在試劑瓶中加入少量的鐵屑
C.Fe2O3不可與水反應生成Fe(OH)3,所以不能通過化合反應制Fe(OH)3
D.除去Fe2(SO4)3溶液中的FeSO4,獲得Fe2(SO4)3溶液,可以選用酸性KMnO4溶液
【答案】A
【解析】Fe與氧氣反應生成四氧化三鐵,Fe與氯化鐵反應生成氯化亞鐵,Fe與氯氣反應生成氯化鐵,都可以通過化合反應生成,A項正確;硫酸鐵溶液中加入鐵粉會反應生成硫酸亞鐵,B項錯誤;能通過化合反應4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3制取Fe(OH)3,C項錯誤;除去Fe2(SO4)3溶液中的FeSO4,獲得Fe2(SO4)3溶液,選用酸性KMnO4溶液作氧化劑,會引入鉀離子、錳離子等雜質離子,D項錯誤。
2.鐵屑溶于過量的稀硫酸,過濾后向濾液中加入過量的硝酸,再加入過量的氨水,有紅褐色沉淀生成。過濾、加熱沉淀物至質量不再發生變化,得到紅棕色的殘渣。上述沉淀和殘渣分別是(　　)。
A.Fe(OH)3;Fe2O3
B.Fe(OH)2;FeO
C.Fe(OH)2;Fe(OH)3、Fe3O4
D.Fe2O3;Fe(OH)3
【答案】A
【解析】FeSO4可被HNO3氧化,加入氨水后發生反應Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N,紅褐色沉淀為Fe(OH)3,加熱Fe(OH)3,使其分解得到紅棕色固體Fe2O3。
3.K2FeO4具有強氧化性,酸性條件下,其氧化性強于Cl2、KMnO4,其制備的流程如圖:
已知:K2FeO4能溶于水,微溶于濃KOH溶液,“轉化1”時有Fe生成。下列有關說法正確的是(　　)。
A.K2FeO4中鐵元素的化合價是+3
B.“轉化1”發生反應的離子方程式為2Fe3++3ClO-+5H2O2Fe+3Cl-+10H+
C.“轉化2”能進行的原因是該條件下K2FeO4的溶解度比Na2FeO4小
D.所得濾液含有大量的Na+、H+、Fe、Cl-
【答案】C
【解析】化合物中各種元素化合價代數和為0,在K2FeO4中,K為+1價,O為-2價,則鐵元素的化合價是+6,A項錯誤;由于加入過量氫氧化鈉溶液,溶液顯堿性,在堿性溶液中不可能大量存在H+,B項錯誤;“轉化2”發生反應:Na2FeO4+2KOHK2FeO4↓+2NaOH,反應能夠進行是由于在該條件下K2FeO4的溶解度比Na2FeO4小,C項正確;由于加入了過量飽和的KOH溶液,溶液顯堿性,不可能大量產生H+,D項錯誤。
4.如圖所示裝置可用來制取Fe(OH)2和觀察Fe(OH)2在空氣中被氧化時的顏色變化,實驗提供的試劑:鐵屑、6 mol·L-1硫酸溶液、NaOH溶液,下列說法不正確的是(　　)。
A.A中加入鐵屑和6 mol·L-1硫酸溶液,B中盛有NaOH溶液
B.實驗時應先將活塞E關閉,反應一段時間后再打開活塞E
C.生成 Fe(OH)2的操作為關閉E,使A中溶液壓入B瓶中
D.取下裝置B中的橡皮塞,使空氣進入,顏色最終變成紅褐色
【答案】B
【解析】制取硫酸亞鐵需要鐵屑,所以A中應預先加入的試劑是鐵屑和稀硫酸,B中盛有NaOH溶液,A項正確;稀硫酸和鐵反應生成硫酸亞鐵和氫氣,應先打開活塞E,將裝置中空氣排出,B項錯誤;鐵和硫酸反應有氫氣生成,關閉活塞E,導致A裝置中氫氣所產生的壓強逐漸增大使FeSO4溶液被壓入B瓶中進行反應生成氫氧化亞鐵,所以操作為關閉活塞E,使FeSO4溶液被壓入B瓶中進行反應,C項正確;氫氧化亞鐵不穩定,容易被空氣中的氧氣氧化生成紅褐色的氫氧化鐵,反應的化學方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,D項正確。
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