2022年魯科版高中化學(xué)必修1第2章 第3節(jié) 第3課時鐵及其氧化物的氧教學(xué)設(shè)計2

2022年魯科版高中化學(xué)必修1第2章 第3節(jié) 第3課時鐵及其氧化物的氧教學(xué)設(shè)計2【教學(xué)目標(biāo)】【知識與技能】：通過金屬鐵、氯化亞鐵、氯化鐵的氧化性和還原性的探究實驗，使學(xué)生掌握金屬鐵、氯化亞鐵、氯化鐵之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系；了解Fe3+的檢驗方法；培養(yǎng)學(xué)生的操作技能、觀察能力、和分析問題的能力。 【過程與方法】：通過金屬鐵、氯化亞鐵、氯化鐵的氧化性或還原性的探究實驗，使學(xué)生學(xué)會預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)設(shè)計實驗方案進(jìn)行實驗并進(jìn)行觀察分析實驗現(xiàn)象，得出結(jié)論的科學(xué)探究方法。通過預(yù)測與假設(shè)、方案設(shè)計、實驗記錄、分析歸納。 【情感、態(tài)度和價值觀】：使學(xué)生學(xué)會預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)，并通過實驗探究得到證實，體驗科學(xué)探究成功的喜悅；同時培養(yǎng)他們善于與他人合作的良好心理品質(zhì)。并通過“身邊的化學(xué)”等內(nèi)容，認(rèn)識鐵在促進(jìn)人體健康中的作用，了解化學(xué)知識在豐富人類生活方面的重要作用。.【教學(xué)過程】一、探究鐵及其化合物的氧化性和還原性1.鐵元素的存在形態(tài)：游離態(tài)：隕鐵化合態(tài)：鐵元素主要以2價和3價的化合態(tài)存在。在地殼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.65，處于第四位，僅次于氧、硅和鋁。2.按不同標(biāo)準(zhǔn)給鐵及其化合物分類（1）按單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽給上述物質(zhì)分類。單質(zhì)：鐵；氧化物：FeO、Fe2O3、Fe3O4；堿： Fe(OH)2、Fe(OH)3；鹽：FeCl2、FeCl3、FeSO4、Fe2(SO4)3（2）按鐵元素的化合價給上述物質(zhì)分類。0價：Fe；+2價：FeO、FeCl2、FeSO4、Fe(OH)2；+3價：Fe2O3、FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(OH)33.鐵在氧化物FeO、Fe2O3、Fe3O4性質(zhì)的比較FeOFe2O3Fe3O4俗名鐵紅磁性氧化鐵色態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體水溶性難溶難溶難溶化合價232、3與CO、H2反應(yīng)FeOCO FeCO2FeOH2FeH2OFe2O33CO2Fe3CO2Fe2O33H22Fe3H2OFe3O44CO3Fe4CO2Fe3O44H23Fe4H2O與稀硫酸反應(yīng)FeOH2SO4FeSO4H2OFe2O33H2SO4Fe2(SO4)33H2OFe3O44H2SO4Fe2(SO4)3FeSO44H2O4鐵的氫氧化物4Fe(OH)2和4Fe(OH)3性質(zhì)的比較（1）氫氧化亞鐵：制備：FeCl22NaOHFe(OH)22NaCl物理性質(zhì)：白色難溶的弱堿化學(xué)性質(zhì)：與強(qiáng)酸反應(yīng)還原性：易被氧化劑所氧化。如：4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3思考：實驗室在制備Fe(OH)2時，為防止被氧化，可以采取哪些措施？提示：實驗室制備氫氧化亞鐵時，因氫氧化亞鐵在空氣中極易與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化鐵，更要注意隔絕空氣。其方法是：亞鐵鹽需新制（用足量鐵與稀硫酸反應(yīng)或還原氯化鐵溶液）；將所用氫氧化鈉溶液煮沸以趕盡溶于其中的空氣（O2）；使用長滴管吸入氫氧化鈉溶液后將滴管伸至氯化亞鐵溶液的液面以下，慢慢擠壓乳膠頭使氫氧化鈉與氯化亞鐵接觸。（2）氫氧化鐵：制備：FeCl33NaOHFe(OH)33NaCl物理性質(zhì)：紅褐色難溶固體化學(xué)性質(zhì)：與強(qiáng)酸反應(yīng)。Fe(OH)3 3H2SO4 Fe2(SO4)33H2O二、探究鐵及其化合物的氧化性和還原性預(yù)測：鐵元素顯0價時，只有還原性；顯+3價時，只有氧化性；顯+2價時，既有氧化性，又有還原性。1.Fe的還原性：與H+、Cu2+、Fe3+、Cl2等反應(yīng)Fe2H+ Fe2+H2、FeCu2+ Fe2+Cu、2Fe3+ Fe 3Fe2+、2Fe3Cl2 2FeCl32.Fe3+的氧化性：與Fe、Cu、Zn反應(yīng)2Fe3+ Fe 3Fe2+、2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+、3Zn2Fe3+ 3Zn2+2Fe3.Fe2+的氧化性： 與鋅反應(yīng) ZnFe2+ Zn2+Fe4.Fe2+的還原性：與氯水等反應(yīng)2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl5.鐵及其化合物的相互轉(zhuǎn)化示意圖三、Fe2+與Fe3+的鑒別1.直接觀察顏色：Fe2+的溶液呈淺綠色，F(xiàn)e3+的溶液呈棕黃色。2.利用顯色反應(yīng)：Fe2+的溶液KSCN或NH4SCN溶液，溶液不呈紅色；Fe3+的溶液+KSCN或NH4SCN溶液，溶液呈血紅色。有關(guān)離子方程式：Fe3+SCNFe(SCN)2+3.利用鐵化合物沉淀的顏色：Fe2+的溶液NaOH溶液，出現(xiàn)白色沉淀，迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色；Fe3+的溶液NaOH溶液，出現(xiàn)紅褐色沉淀。有關(guān)反應(yīng)式：Fe2+2OHFe(OH)2、4Fe(OH)22H2OO24Fe(OH)3； Fe3+3OHFe(OH)34.利用Fe3+的氧化性：（1）Fe2+的溶液Cu片，無明顯現(xiàn)象；Fe3+的溶液Cu片，銅被腐蝕，溶液變?yōu)樗{(lán)綠色。有關(guān)離子方程式：2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+（2）Fe2+的溶液淀粉KI試紙，試紙不變藍(lán)；Fe3+的溶液淀粉KI試紙，試紙變藍(lán)。有關(guān)離子方程式：2Fe3+2I2Fe2+I25.利用Fe2+的還原性：（1）Fe2+的溶液酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液紫色褪去；Fe3+的溶液酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液紫色不褪。（2）Fe2+的溶液氯水，溶液變?yōu)樽攸S色；Fe3+的溶液氯水，無明顯現(xiàn)象。有關(guān)離子反應(yīng)式：2Fe2+Cl22Fe3+2Cl（3）注意：以上方法以KSCN溶液鑒別最常用。四、小結(jié):氧化還原反應(yīng)概念之間的關(guān)系上述關(guān)系也可總結(jié)成：升(價升高)失(電子)氧(被氧化)還(還原劑，具有還原性)降(價降低)得(電子)還(被還原)氧(氧化劑，具有氧化性)五、Fe3 + 具有一定的氧化性 可被Fe、 I、S2- 、Cu等還原為Fe22Fe3 + + F = 3Fe2 + (在Fe3 + 溶液中,加入Fe,Fe溶解而無氣體)2Fe3 + + Cu = 2Fe2 + + Cu2 + (用FeCl3溶液腐蝕銅,印刷電路)2Fe3 + + 2I = Fe2 + + I2 (Fe3 + 能使KI淀粉試紙變藍(lán))六、Fe2 + 具有一定的還原性，可被H2SO4、HNO3、Cl2、O2等氧化為Fe3 +2Fe2 + + Cl2 = 2Fe3 + + 2Cl(Cl2、Br2可氧化Fe2 + )5Fe2 + + MnO4 + 8H + = 5Fe3 + + 5Mn2 + + 4H2O(Fe2 + 可使KMnO4溶液褪色)4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 (Fe(OH)2不穩(wěn)定)2Fe2 + + H2O2 + 2H + = 2Fe3 + + 2H2O (雙氧水可氧化Fe2 + )12FeSO4 + 3O2 = 2Fe2O3 + 4Fe2(SO4)3 (久置的FeSO4被氧化) 弱氧化劑：H+、Cu2+、Fe3+等Fe Fe2 + 還原劑：Zn等 強(qiáng)氧化劑：如稀HNO3、Cl2、O2等Fe Fe3 + 還原劑 ： 如Zn等強(qiáng)氧化劑:Cl2,Br2,O2,HNO3,濃H2SO4,KMnO4,H2O2,Na2O2,NaClO等Fe2+ Fe3+七、檢測題1. 將下列四種鐵的化合物溶于稀鹽酸，滴加KSCN溶液沒有顏色變化，再加入氯水即呈紅色的是（ ）AFeO BFe2O3 CFeCl3 DFe2(SO4)32.根據(jù)反應(yīng)式2Fe32I2Fe2I2Br22Fe22Br2Fe3可判斷離子還原性由強(qiáng)到弱的順序為（ ）ABr、Fe2、I BI、Fe2、BrCBr、I、Fe2 DFe2、I、Br3. 下列物質(zhì)反應(yīng)后一定有+3價鐵生成的是（ ）過量的Fe與Cl2反應(yīng)；Fe與過量稀H2SO4反應(yīng)后，再向其中加KNO3；Fe(NO3)2溶液中加少量鹽酸；Fe和Fe2O3的混合物溶于鹽酸中。A只有 B只有 C只有 D全部4. 兩種金屬混合物30g，投入足量的稀鹽酸中，反應(yīng)后生成氣體0.5mol，則混合物中的兩種金屬為（ ）A鎂與鐵 B鋁與鐵 C銅與鋁 D鎂與鋅5. 鐵酸鈉（Na2FeO4）是水處理過程中使用的一種新型凈水劑，已知它的氧化性強(qiáng)于KMnO4，在反應(yīng)中被還原為Fe3+，將它溶入渾濁的泥水中，既能起殺菌消毒作用，又能使泥沙沉降，試回答：（1）制取鐵酸鈉的反應(yīng)方程式為：2Fe(NO3)316NaOH3Cl22Na2FeO46NaNO36NaCl8H2O該反應(yīng)的氧化劑是 ，氧化產(chǎn)物是 ；（2）鐵酸鈉能沉降泥沙的原因是。6. 用下面兩種方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用不含F(xiàn)e3的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應(yīng)制備。（1）用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時還需加入稀H2SO4和 ；（2）除去蒸餾水中溶解的O2常采用 的方法；（3）生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再擠出NaOH溶液。這樣操作的理由是 。方法二：在如圖裝置中，用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備。（1）在試管里加入的試劑是 ；（2）在試管里加入的試劑是 ；（3）為了制得白色Fe(OH)2沉淀，在試管和中加入試劑，打開止水夾，塞緊塞子后的實驗步驟是 ；（4）這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時間保持白色，其理由是 。檢測題參考答案1. 【解析】由題意可知，A中的Fe2+與SCN結(jié)合沒有顏色改變，但通入Cl2后發(fā)生下列反應(yīng)，生成Fe3+，溶液變?yōu)榧t色。2Fe2+Cl22Fe3+2Cl，F(xiàn)e3+SCN Fe(SCN)2+?！敬鸢浮緼2. 【解析】首先確定各反應(yīng)的還原劑(為I，為Fe2)和還原產(chǎn)物(為Fe2為Br)，其次是根據(jù)還原劑的還原性強(qiáng)于還原產(chǎn)物的還原性，推出還原性：IFe2，F(xiàn)e2Br，最后綜合給出離子還原性強(qiáng)弱順序為：IFe2Br?！敬鸢浮緽3. 【解析】中的Cl2氧化性強(qiáng)，它能將鐵氧化為+3價，由于不是在溶液中反應(yīng)，因此過量的鐵不會將氯化鐵還原。中Fe與稀H2SO4反應(yīng)只能生成Fe2+，但要注意，由于稀H2SO4過量，加入KNO3后，H+、硝酸根離子能將Fe2+氧化成Fe3+。從表面上看不會發(fā)生反應(yīng)，但實際上發(fā)生了Fe2+被H+和硝酸根離子氧化的反應(yīng)。中首先發(fā)生Fe與鹽酸生成FeCl2、Fe2O3與鹽酸生成FeCl3的反應(yīng)，但題中未給出反應(yīng)物間相對量的關(guān)系，若鐵是足量的，則能將生成的FeCl3全部還原為FeCl2。本題涉及0價鐵變?yōu)?3價鐵、+2價鐵變?yōu)?3價鐵及+3價鐵變?yōu)?2價鐵，應(yīng)從氧化劑的強(qiáng)弱、反應(yīng)條件及反應(yīng)物間的相對量進(jìn)行分析。鐵的0價、+2價、+3價在一定條件下均可相互轉(zhuǎn)化，在分析具體問題時，應(yīng)善于抓住轉(zhuǎn)化的條件，挖掘出隱含的反應(yīng)?！敬鸢浮緾4. 【解析】本題考察的知識點是混合物成分的確定假設(shè)30g全為鎂、鐵、鋁、銅、鋅，生成氣體的物質(zhì)的量分別為大于0.5mol，大于0.5mol，大于0.5mol，0mol，小于0.5mol，混合物中的組成為大于0.5mol和小于0.5mol之間解答此題目的關(guān)鍵點是熟悉金屬與酸反應(yīng)制取氫氣的化學(xué)方程式。解題方法一般為極值法，即假設(shè)混合物中的成分為單一的一種，計算出所求值，則混合時所得量在最大值與最小值之間。當(dāng)遇到混合物種類確定的計算題型時，可以考慮這種方法，使解題過程簡化?！敬鸢浮緾、D5. 【解析】（1）上述反應(yīng)雖然比較復(fù)雜，但只要我們熟練掌握氧化還原反應(yīng)中各個概念，即可順利解答。反應(yīng)物中，Cl2中Cl元素的價態(tài)是0價，而在生成物NaCl中Cl元素的價態(tài)是1價（化合價降低），因此，Cl2是氧化劑；Fe(NO3)3中的Fe元素由3價升高到6價（Na2FeO4），Na2FeO4是Fe(NO3)3被氧化以后的產(chǎn)物，即氧化產(chǎn)物。（2）本題要求較高，但聯(lián)想到我們第1節(jié)學(xué)到的有關(guān)Fe(OH)3膠體的制備及性質(zhì)，也就不難回答了。大家都知道，自來水必須經(jīng)過消毒、凈化之后才能飲用。最常用的消毒劑是氯氣，但由于氯氣對人體也有一定危害，人們正在積極尋找高效、低毒的殺菌消毒劑，Na2FeO4就是其中的一種。Na2FeO4中的Fe元素為非常規(guī)的6價，因而具有很強(qiáng)的殺菌消毒能力，而其還原產(chǎn)物Fe3+還能與水作用生成Fe(OH)3膠體，能起到“凈水”的作用，真是一舉兩得?！敬鸢浮浚?）NaCl （2）還原產(chǎn)物Fe3+水解生成Fe(OH)3可凈水。6. 【解析】方法一：（1）由于Fe2+具有較強(qiáng)的還原性易被氧化為Fe3+，故在配好的溶液中常加一枚鐵釘或適量鐵屑以防止其氧化。（2）由于氣體的溶解度隨溫度升高而迅速減小，故可用加熱的方法除去蒸餾水中溶解的O2。（3）空氣中含有大量的O2，為防止生成的Fe（OH）2沉淀與空氣接觸，需將吸取的NaOH溶液的試管放入液面以下后再擠出。方法二：（1）由所給試劑及裝置特點知，試管為封閉系統(tǒng)，應(yīng)為產(chǎn)生H2并趕盡溶液中的空氣及液面上方空氣的裝置，故中加入的試劑為鐵和稀H2SO4。（2）試管中加入的試劑為NaOH。（3）為確保實驗在無氧狀態(tài)下進(jìn)行，必須把系統(tǒng)中的O2排除干凈，故接下來的操作應(yīng)為檢驗試管出口處排出的氫氣純度，當(dāng)產(chǎn)生氫氣較純時再夾緊止水夾。（4）由于試管中產(chǎn)生的H2充滿了、兩支試管，外界空氣不易進(jìn)入即Fe（OH）2是在H2的還原性氣氛中產(chǎn)生的，故Fe(OH)2的白色沉淀可保持較長的時間。此題所考察的是氫氧化亞鐵的實驗室制備原理和操作方法，及選擇操作方法的依據(jù)。并依此為基礎(chǔ)考察學(xué)生設(shè)計和完成實驗的能力。由此題我們可以看出，要提高設(shè)計和完成實驗的能力，同學(xué)們必須扎扎實實做好以下六項工作：分析實驗的目的。分析實驗所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理。分析實驗的裝置和儀器及使用注意事項。分析實驗的基本操作步驟，為什么要這樣操作，不這樣操作行不行，有什么樣的后果。分析實驗后面所附的問題和討論，真正理解相關(guān)問題。從安全性，環(huán)保性（減少污染），節(jié)約性（不浪費藥品），效果性（現(xiàn)象明顯）等角度出發(fā)，分析還能對該實驗進(jìn)行怎樣的改進(jìn)。【答案】方法一：（1）鐵屑 （2）煮沸 （3）避免生成的Fe(OH)2沉淀接觸O2方法二（1）稀H2SO4、鐵屑 （2）NaOH溶液 （3）檢驗試管出口處排出的氫氣的純度。當(dāng)排出的H2純凈時，再夾緊止水夾。（4）試管中反應(yīng)生成的H2充滿了試管和試管，且外界空氣不容易進(jìn)入。