第三章 自然界中的元素
第1節 鐵的多樣性
【學習目標】
1.認識科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動。
2．了解科學探究過程包括提出問題和假設、設計方案、實施實驗、獲取證據、分析解釋或建構模型、形成結論及交流評價等核心要素。
3．結合真實情景中的應用實例或通過實驗探究，了解亞鐵鹽和鐵鹽的主要性質，了解它們在生產、生活中的應用。
【知識清單】
1．鐵元素含量：在地殼中的含量僅次於1(□)________三種元素。
2．鐵元素在自然界中的存在形態
(1)游離態：存在於2(□)________中；
(2)化合態：主要以3(□)________的化合態存在於礦石中。自然界中含有鐵元素的礦石有4(□)________、5(□)________、6(□)________等。
3．日常生活用品中含有鐵元素的物質有許多，如鐵鍋的主要成分是7(□)________，補鐵保健品中含有8(□)________，粉刷牆壁的紅色塗料中含有9(□)___________，雷射印表機的墨粉中含有10(□)___________等。
自我校對：
1(□)氧、矽、鋁 2(□)隕鐵 3(□)＋2價或＋3價 4(□)黃鐵礦
5(□)赤鐵礦 6(□)磁鐵礦 7(□)鐵單質 8(□)亞鐵鹽 9(□)三氧化二鐵 10(□)四氧化三鐵
亞鐵鹽和鐵鹽
1．亞鐵鹽是組成中含有1(□)________的鹽，如2(□)________、3(□)________、4(□)________等；鐵鹽是組成中含有5(□)________的鹽，如6(□)________、7(□)________、8(□)________等。
2．亞鐵鹽與鐵鹽性質的預測與假設
3．實驗方案
(1)證明9(□)______具有較強氧化性，需加入10(□)______劑，如鐵、銅、鋅等。
(2)證明11(□)______只具有還原性，需加入12(□)______劑，如稀硫酸、硫酸銅溶液等。
(3)證明13(□)______具有氧化性，需加入14(□)______劑，如Zn等；證明其有還原性，需加入15(□)______劑，如氯水、酸性KMnO4溶液等。
4．實驗內容、現象和結論
已知：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3，Fe3＋與SCN－反應使溶液顯紅色。
(1)Fe3＋(以FeCl3為例)的氧化性實驗探究
實驗內容
實驗現象
結論
鐵粉溶解，溶液由棕黃色變為淺綠色
Fe3＋具有氧化性，Fe具有還原性，離子方程式：16(□)_______________
銅片溶解，溶液由棕黃色變為藍色
Fe3＋具有氧化性，離子方程式：17(□)______________________________
(2)Fe的還原性實驗探究
實驗內容
實驗現象
結論
鐵釘逐漸溶解，有18(□)________生成，溶液變為淺綠色
Fe具有還原性，離子方程式：19(□)________________________
有20(□)______色固體析出，溶液變為淺綠色
Fe具有還原性，離子方程式：21(□)_________________________
(3)Fe2＋的氧化性和還原性實驗探究
實驗內容
實驗現象
結論
溶液由淺綠色變為22(□)__________色
Fe2＋具有還原性，離子方程式：23(□)____________________________
溶液由紫紅色變為棕黃色
Fe2＋具有還原性，離子方程式：24(□)_______________________
溶液由25(□)____________色變為無色
Fe2＋具有氧化性，離子方程式：26(□)______________________________
5.Fe2＋、Fe3＋的檢驗方法
(1)Fe2＋的檢驗
滴加KSCN溶液(――→)27(□)________滴加氯水溶液變28(□)________，證明含有Fe2＋。
(2)Fe3＋的檢驗
滴加KSCN溶液(――→)溶液變29(□)________，證明含有Fe3＋。
自我校對：
1(□)Fe2＋ 2(□)FeSO4 3(□)FeCl2 4(□)Fe(NO3)2 5(□)Fe3＋ 6(□)Fe2(SO4 )3 7(□)FeCl3 8(□)Fe(NO3)3 9(□)Fe3＋ 10(□)還原
11(□)Fe 12(□)氧化 13(□)Fe2＋ 14(□)還原 15(□)氧化 16(□)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ 17(□)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ 18(□)氣體
19(□)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 20(□)紅 21(□)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 22(□)紅 23(□)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
24(□)5Fe2＋＋MnO4(－)＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
25(□)淺綠 26(□)Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋ 27(□)無明顯現象
28(□)紅 29(□)紅
【對點訓練】
1．成語是中華民族燦爛文化中的瑰寶，許多成語中蘊含著豐富的化學原理，下列成語中涉及氧化還原反應的是( )
A．木已成舟 B．百鍊成鋼
C．鐵杵成針 D．滴水成冰
解析：選B。木已成舟、鐵杵成針、滴水成冰只是物質形狀發生了變化，沒有新物質生成，不涉及化學變化，故A、C、D錯誤；因生鐵含碳量為2%～4.3%，鋼的含碳量為0.03%～2%，生鐵中的含碳量比鋼高，經過高溫，生鐵中的碳和氧氣反應生成二氧化碳，由此降低含碳量，多次冶煉精度更高，由此得到鋼，故B正確。
2．證明Fe3＋具有氧化性的物質可以是( )
A．Cu單質 B．FeCl2溶液
C．NaOH溶液 D．氯氣
解析：選A。若要證明Fe3＋的氧化性，需加入具有還原性的物質，綜合分析，應選擇A項。
3．鐵是目前世界上用量最大的金屬材料，有關鐵及其化合物的說法不正確的是( )
A．磁鐵礦的主要成分是Fe3O4
B．Fe3＋遇KSCN溶液顯紅色
C．Fe可在純氧中燃燒
D．Fe2＋可被還原劑還原為Fe3＋
解析：選D。A項，磁鐵礦的主要成分是Fe3O4，故A正確；B項，Fe3＋遇KSCN溶液顯紅色，故B正確；C項，Fe在純氧中燃燒生成四氧化三鐵，故C正確；D項，Fe2＋可被氧化劑氧化為Fe3＋，故D錯誤。
4．下列關於實驗基本操作、藥品保存、使用的說法不正確的是( )
A．實驗剩餘的藥品都不能放回原試劑瓶
B．運輸濃硫酸的槽車貼上標籤
C．向試管中傾倒液體藥品
D．保存硫酸亞鐵溶液時常在其中加顆鐵釘
解析：選A。A項，做金屬鈉實驗時，剩餘藥品要放回原試劑瓶，一般剩餘藥品不能放回原試劑瓶，以防汙染，A錯誤；B項，濃硫酸具有很強的腐蝕性，選項中是腐蝕品標誌，B正確；C項，取用液體時：①試劑瓶瓶口要緊挨試管口，防止液體流出；②標籤向著手心，防止液體流出腐蝕標籤；③瓶塞倒放在桌面上，防止汙染瓶塞，從而汙染藥品，圖中操作正確，C 正確；D項，亞鐵離子具有較強的還原性，很容易被氧化成鐵離子，所以保存硫酸亞鐵溶液時需要放入鐵釘，D正確。
5．將鐵放入下列溶液中，鐵溶解而溶液質量減輕的是( )
A．FeCl2溶液 B．稀H2SO4
C．熱的NaOH溶液 D．CuSO4溶液
解析：選D。A項，鐵與FeCl2溶液不反應，鐵不溶解，溶液質量不變；B項，鐵與稀H2SO4反應生成硫酸亞鐵，溶液質量增加；C項，鐵與熱的NaOH溶液不反應，鐵不溶解，溶液質量不變；D項，鐵與CuSO4溶液發生置換反應，生成硫酸亞鐵溶液，由於硫酸亞鐵的摩爾質量比硫酸銅小，所以溶液質量減輕。
等級性測試[學生用書P92(單獨成冊)]
1．(2019·西安長安區第一中學高一期中)下列離子檢驗的方法正確的是( )
A．某溶液中加入KSCN溶液呈紅色，說明原溶液中不含Fe2＋
B．某溶液中先通入氯氣，再加入KSCN溶液呈紅色，說明原溶液中一定含有Fe3＋
C．某溶液中加入氫氧化鈉溶液生成紅褐色沉澱，說明原溶液中一定含有Fe3＋
D．某溶液中加入稀硫酸溶液產生無色氣體，說明原溶液中一定含有CO3(2－)
解析：選C。A項，如果該溶液既含Fe3＋，又含Fe2＋，滴加KSCN溶液，溶液呈紅色，能證明存在Fe3＋而不能證明沒有Fe2＋，故A錯誤； B項，先通入Cl2，Cl2將Fe2＋氧化成Fe3＋，即使原溶液不含Fe3＋，滴加KSCN溶液後也呈紅色，無法證明原溶液是否含有Fe3＋，故B錯誤；C項，加入NaOH溶液，得紅褐色沉澱，說明原溶液中含有Fe3＋，故C正確；D項，加入稀硫酸溶液產生無色氣體，若含有HCO3(－)，也能產生無色氣體，不能說明原溶液中一定含有CO3(2－)，故D錯誤。
2．(2019·北京東城區高一期末)FeCl3、CuCl2混合溶液中加入鐵粉，充分反應後仍有固體存在，則下列判斷不正確的是( )
A．加入KSCN溶液一定不變紅
B．溶液中一定含有Fe3＋
C．溶液中可能含有Cu2＋
D．
剩餘固體中一定含有銅
解析：選B。Fe3＋的氧化性強於Cu2＋，加入鐵粉，根據氧化還原反應中先後規律，反應的順序為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，銅與鐵離子不能共存：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu。A項，因為有固體存在，該固體可能是Fe、Cu的混合物，也可能是Cu，無論哪種情況，都能判斷出溶液中一定不含Fe3＋，因此加入KSCN溶液後，溶液不變紅，A項正確；B項，根據A選項分析可知，溶液中一定不含Fe3＋，B項錯誤；C項，如果鐵粉與Cu2＋反應，鐵粉不足，溶液中有Cu2＋剩餘，固體為Cu單質，符合題意，C項正確；D項，根據上述分析可知，剩餘固體中一定含有銅，D項正確。
3．下列物質反應後，最終可以不含＋3 價鐵的是( )
①過量的Fe 與 Cl2反應 ②Fe 與過量稀硫酸反應
③FeI2溶液中通入一定量的 Cl2 ④Fe和 Fe2O3 的混合物溶於鹽酸中
A．①②④ B．②③
C．②③④ D．①②③④
解析：選C。①過量的Fe與Cl2反應，Cl2是強氧化劑，發生反應2Fe＋3Cl2點燃(=====)2FeCl3，產物與反應物用量無關，故①一定含＋3價鐵；②Fe與過量稀硫酸反應，發生置換反應，氫離子的氧化性弱，只能把鐵氧化為＋2價鐵，故②不含＋3價鐵；③因為還原性順序為I－>Fe2＋>Cl－，當FeI2溶液中通入少量Cl2時，發生反應：2I－＋Cl2===2Cl－＋I2；當FeI2溶液中通入過量Cl2時，發生反應：2Fe2＋＋4I－＋3Cl2===2Fe3＋＋2I2＋6Cl－，故③可以不含＋3價鐵；④Fe和Fe2O3的混合物溶於鹽酸中，Fe2O3溶於鹽酸生成氯化鐵，如果鐵足量，可發生Fe＋2FeCl3===3FeCl2，所以最終不一定含有＋3價鐵，故④可以不含＋3價鐵。所以最終可以不含＋3 價鐵的是②③④。
4．要證明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋，則進行如下實驗操作的最佳順序為( )
①加入少量氯水 ②加入少量酸性KMnO4溶液 ③加入少量KSCN
A．①③ B．③②
C．③① D．①②③
解析：選C。因為KSCN與Fe3＋作用使溶液顯紅色，與Fe2＋作用無此現象，可以先滴加KSCN溶液，不顯紅色，說明原溶液不含Fe3＋，再滴加氯水後顯紅色，說明滴加氯水後溶液中含有Fe3＋，說明原溶液中含有Fe2＋，即最佳順序為③①。KMnO4溶液呈紫色，對實驗有幹擾，故不能選②。
5．為了檢驗某氯化亞鐵溶液是否變質，可向溶液中加入( )
A．稀H2SO4 B．鐵片
C．硫氰酸鉀溶液 D．酸性KMnO4溶液
解析：選C。FeCl2易被氧化為FeCl3而變質。Fe3＋與稀H2SO4不反應，故A項不符合；FeCl2溶液中若含有Fe3＋，加入鐵片，Fe與Fe3＋反應時，溶液顏色變化不明顯，故B項不符合；Fe2＋與SCN－不反應，但Fe3＋與SCN－反應使溶液變紅，故C項符合；KMnO4隻與Fe2＋反應，不與Fe3＋反應，故D項不符合。
6．將過氧化鈉投入氯化亞鐵溶液中，可觀察到的現象是( )
A．最終生成白色沉澱 B．最終生成紅褐色沉澱
C．有黃綠色氣體產生 D．無變化
解析：選B。Na2O2具有強氧化性，能將Fe2＋氧化成Fe3＋，又Na2O2與水反應有OH－生成，則Fe3＋與OH－反應生成紅褐色的Fe(OH)3沉澱，Na2O2與水反應還產生O2，無黃綠色氣體產生。
7．某水體中含有較多的泥沙及其他懸浮物，下列物質中不能用來淨化此水的是( )
A．KCl B．Fe2(SO4)3
C．KAl(SO4)2 D．FeCl3
解析：選A。Fe2(SO4)3、FeCl3可產生Fe(OH)3膠體，能用於淨水，KAl(SO4)2可產生Al(OH)3膠體，也可用於淨水。
8．有關鐵的化合物的說法中，不正確的是( )
A．赤鐵礦主要成分是Fe2O3，Fe2O3是紅棕色的，常用作紅色油漆和塗料
B．Fe3O4是黑色晶體，其中3(1)的鐵顯＋2價，3(2)的鐵顯＋3 價
C．磁鐵礦的主要成分是Fe3O4
D．FeCl3·6H2O是綠色固體，其中鐵元素的化合價為＋2 價
解析：選D。FeCl3·6H2O是黃色固體，其中鐵元素的化合價為＋3價。
9．(2019·西安長安區第一中學高一期中)下列試劑中，不能使Fe2＋轉化為Fe3＋的是( )
①氯氣 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀硝酸
⑤鹽酸 ⑥NaNO3溶液
A．①②③ B．①③④
C．②④⑤ D．②⑤⑥
解析：選D。①氯氣具有強氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子；②NaCl溶液不具有氧化性，不能氧化亞鐵離子生成鐵離子；③KMnO4溶液具有強氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子；④稀硝酸具有強氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子；⑤鹽酸不具有強氧化性，不能氧化亞鐵離子生成鐵離子；⑥NaNO3溶液不具有強氧化性，不能氧化亞鐵離子生成鐵離子，故②⑤⑥符合題意。
10．制印刷電路時常用FeCl3溶液腐蝕銅，向盛有FeCl3溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，反應結束後，下列結果不可能出現的是( )
A．燒杯中有銅無鐵 B．燒杯中有鐵無銅
C．燒杯中銅、鐵都有 D．燒杯中銅、鐵都沒有
解析：選B。向盛有FeCl3溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，由於鐵比銅活潑，鐵的還原性比銅強，鐵優先與氯化鐵反應，如果氯化鐵不足，則可能鐵和銅都有剩餘；如果鐵完全反應後氯化鐵沒有了，或只有少量剩餘，則銅可能有剩餘；如果氯化鐵足量，則鐵和銅都可以完全溶解。綜上所述，反應結束後，不可能出現有鐵無銅的現象。
11．下列有關鐵及其化合物的有關說法中正確的是( )
A．FeCl2溶液呈黃色
B．鐵與鹽酸的反應產物為FeCl3和H2
C．除去FeCl3溶液中的FeCl2雜質可以向溶液中通入氯氣
D．Fe3＋與KSCN反應產生紅色沉澱
解析：選C。 A項，FeCl2溶液呈淺綠色，故A錯誤；B項，鐵與鹽酸反應的產物為FeCl2和H2，故B錯誤；C項，FeCl2能被氯氣氧化為氯化鐵，因此可以除去氯化亞鐵，故C正確；D項，Fe3＋與KSCN反應產生紅色絡合物，不是沉澱，故D錯誤。
12．為檢驗某溶液中是否含有Fe3＋，可以選擇的試劑是( )
A．KSCN溶液 B．AgNO3溶液
C．酸性KMnO4溶液 D．BaCl2溶液
解析：選A。檢驗溶液中是否含有Fe3＋的方法為向溶液中加入KSCN溶液，然後觀察現象，若溶液變紅，說明溶液中存在Fe3＋，否則沒有Fe3＋，故選A。
13．為了檢驗某未知溶液是否為FeCl2溶液，一位同學設計了以下實驗方案加以證明。
方案：向一隻裝有該未知溶液的試管中先通入氯氣，再滴加KSCN溶液，溶液變紅，證明該未知溶液為FeCl2溶液。
回答下列問題：
(1)你認為此方案是否合理？________(填「合理」或「不合理」)。若不合理，要檢驗Fe2＋應如何操作？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(若合理，則此空可不答)。
(2)實驗室在保存FeCl2溶液時為了防止FeCl2溶液變質，經常向其中加入鐵粉，其原因是
________________________________________________________________________
(用離子方程式表示)。
解析：(1)先通入氯氣，可氧化亞鐵離子，試劑的加入順序不合理，應先加KSCN溶液，若無現象，再通入氯氣，溶液變紅，則說明原溶液含有Fe2＋。
(2)由於氯化亞鐵易被氧化為氯化鐵，因此保存FeCl2溶液時，為了防止FeCl2溶液變質，經常向其中加入鐵粉，其原因是2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
答案：(1)不合理 先加KSCN溶液，無明顯現象，再加入氯水，溶液變成紅色，證明該未知溶液為FeCl2溶液
(2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
14．已知A、B、C均為單質，A是生產生活中用量最大的金屬，室溫下B是一種黃綠色氣體，C是最輕的無色氣體，也是一種良好的高能燃料，在合適的反應條件下，它們可以按下列框圖進行反應。又知E溶液是無色的。
(1)試寫出下列物質的化學式：
A____________，B____________，C____________。
(2)反應①的化學方程式： __________________________________________________。
(3)反應②的化學方程式： __________________________________________________。
(4)反應③的離子方程式： __________________________________________________。
解析：已知A、B、C均為單質， A是生產生活中用量最大的金屬，則A為Fe；室溫下B是一種黃綠色氣體，則B為Cl2，二者反應生成的D為FeCl3；C是最輕的無色氣體，也是一種良好的高能燃料，則C為H2，H2與Cl2反應生成的E為HCl；Fe與HCl反應生成的F為FeCl2。(1)A、B、C的化學式分別為Fe、Cl2、H2；(2)反應①的化學方程式為2Fe＋3Cl2點燃(=====)2FeCl3；(3)反應②的化學方程式為H2＋Cl2點燃(=====)2HCl；(4)反應③的離子方程式為Fe＋2H＋ === Fe2＋＋H2↑。
答案：(1)Fe Cl2 H2
(2)2Fe＋3Cl2點燃(=====)2FeCl3
(3)H2＋Cl2點燃(=====)2HCl
(4)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑