第二章 元素與物質世界
第3節 氧化劑和還原劑
第2課時 探究鐵及其化合物的氧化性和還原性
【學習目標】
1．了解鐵及其化合物的主要化學性質，理解其氧化性、還原性的特點。
2．了解Fe、Fe2＋、Fe3＋之間的相互轉化。
3．掌握Fe2＋、Fe3＋的檢驗方法。
4．了解鐵與人體健康的關係，認識化學知識與人類生活的密切聯繫。
【知識清單】
一、鐵和鐵的化合物的存在
1．鐵元素在自然界中的含量和存在形態：鐵元素在地殼中的質量分數為4.65%，處於第四位，僅次於氧、矽和鋁。在自然界裡鐵元素有兩種存在形態——游離態和化合態。游離態的鐵存在於隕鐵中，而更多的是以＋2價和＋3價的化合態存在。
2．鐵的化合物在自然界中主要以礦石的形式存在，如黃鐵礦(主要成分是FeS2)、赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)、磁鐵礦(主要成分是Fe3O4)。
二、Fe3＋的檢驗
1．試劑：硫氰酸鉀。
2．操作及現象：向含Fe3＋的溶液中加入KSCN溶液後，溶液變為紅色。
3．離子方程式為：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
三、鐵及化合物的氧化性或還原性
1．預測與假設。
(1)只具有還原性的微粒：Fe。
(2)既有氧化性又有還原性的微粒：Fe2＋。
(3)只具有氧化性的微粒：Fe3＋。
2．實驗方案。
(1)驗證預測(1)的正確性需加入氧化劑，如稀硫酸、硫酸銅、FeCl3溶液等。
實驗步驟
實驗現象
鐵釘變細，有氣泡生成
有紅色固體析出
反應原理
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
(2)驗證預測(2)的正確性，Fe2＋有氧化性，需加入還原劑，如鋅；Fe2＋有還原性，需加入氧化劑如氯水、稀硝酸等。
性質
氧化性
還原性
實驗
步驟
性質
氧化性
還原性
實驗現象
溶液顏色由淺綠色變為無色
加入氯水後溶液顏色變紅
反應原理
Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)驗證預測(3)的正確性，需加入還原劑，如鐵、銅等。
實驗：
實驗步驟
實驗現象
加入KSCN溶液溶液變為紅色；
再加鐵粉溶液變為淺綠色
加入KSCN，溶液變為紅色；加入足量銅片後，溶液變為藍色
反應原理
2Fe3＋＋_Fe===3Fe2＋
Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
實驗室在保存FeSO4溶液時，常在試劑瓶中加入少量的鐵屑，為什麼？
答案：Fe2＋具有較強的還原性，易被O2氧化，在試劑瓶中加入少量鐵屑，鐵有更強的還原性，能夠防止Fe2＋被氧化。
如何利用Fe3＋的性質檢驗某溶液中是否含有Fe2＋？
答案：在被檢驗的溶液中滴加KSCN溶液，無明顯現象， 再通入Cl2, 若變成紅色溶液，證明有Fe2＋存在。
四、鐵元素與人體健康
鐵元素是生物體中含量最高的生命必需的微量元素。如果人體缺鐵，就會出現貧血症狀；如果因為某原因使血紅蛋白分子中的Fe2＋被氧化成Fe3＋，這種血紅蛋白分子就會喪失載氧功能，使人出現缺氧症狀，而危及生命。
【對點訓練】
1．將鐵片放入下列各溶液中，反應後溶液質量增加，但無氣體產生的是( )
A．CuCl2溶液 B．AgNO3溶液 C．Fe2(SO4)3溶液 D．稀硫酸
C 解析：A項Fe與CuCl2溶液反應，每溶解56 g Fe，生成64 g Cu，溶液質量減輕，錯誤。B項Fe與AgNO3溶液反應，每溶解56 g Fe，生成216 g Ag，溶液質量減輕，錯誤。C項Fe與Fe2(SO4)3溶液反應，Fe溶解溶液質量增加且無氣體放出，正確。D項Fe與稀H2SO4反應，每溶解56 g Fe，生成2 g H2，溶液質量增加，但有氣體放出，錯誤。
2．下列有關鐵及其化合物的說法中正確的是( )
A．赤鐵礦的主要成分是Fe3O4
B．鐵與水蒸氣在高溫下的反應產物為Fe2O3和H2
C．除去FeCl2溶液中的FeCl3雜質可以向溶液中加入鐵粉，然後過濾
D．Fe3＋與KSCN溶液產生紅色沉澱
C 解析：A項為Fe2O3，B項為Fe3O4，D項生成的不是沉澱。
3．下列四種鐵的化合物溶於稀鹽酸，滴加KSCN溶液後，沒有顏色變化，再加入氯水即呈紅色的是( )
A．FeO B．Fe2O3 C．FeCl3 D．Fe2(SO4)3
A 解析：由題意可知，A中的Fe2＋遇SCN－沒有顏色改變，但滴加氯水後，生成Fe3＋，溶液變為紅色。發生下列反應：FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O，2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
【課後練習】
1．純淨鐵的物理性質有( )
①光亮的銀白色 ②黑色 ③在潮溼空氣中易腐蝕 ④有延展性 ⑤能導電導熱 ⑥硬而脆 ⑦能被磁鐵吸引，易被磁化 ⑧密度比鋁小
A．①③④⑤⑦ B．①④⑤⑦ C．①③⑤⑦ D．全部
B
2．下列物質能通過化合反應直接製得的是( )
①FeCl2 ②FeCl3 ③Fe(OH)3 ④HCl
A．只有①②③ B．只有②③ C．只有①③④ D．全部
D 解析：Fe＋2FeCl3===3FeCl2、2Fe＋3Cl2點燃(=====)2FeCl3、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3、H2＋Cl2點燃(=====)2HCl。
3．下列物質與鐵反應只生成＋3價鐵的化合物的是( )
A．Cl2 B．鹽酸 C．O2 D．CuSO4
A 解析：Fe―→Fe3＋的轉化需強氧化劑。O2與Fe反應生成的是Fe3O4，鹽酸、CuSO4與Fe發生置換反應，生成的是＋2價鐵的化合物。
4．將足量鐵粉放入由鹽酸、MgCl2溶液、FeCl3溶液、CuCl2溶液組成的混合液中，充分反應後，鐵粉有剩餘，則溶液中含有大量的陽離子是( )
A．Cu2＋和Fe2＋ B．Fe2＋和Mg2＋ C．Fe3＋和Fe2＋ D．H＋和Cu2＋
B 解析：放入足量鐵粉所發生的反應為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，鐵粉有剩餘，則溶液中無H＋、Fe3＋、Cu2＋。
5．(雙選)下列離子方程式書寫不正確的是(
)
A．鐵跟稀H2SO4反應Fe＋2H＋===2Fe2＋＋H2↑
B．向氯化亞鐵溶液中通入氯氣Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－
C．向氯化鐵溶液中加入適量鐵粉2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
D．三氯化鐵溶液跟過量氨水反應Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3
BD 解析：B中電荷不守恆、D中NH3·H2O為弱電解質，應寫化學式。
6．(雙選)已知下述四個實驗均能發生化學反應：
①
②
③
④
將鐵釘放入硫酸銅溶液中
向硫酸亞鐵溶液中滴入幾滴氯水
將銅絲放入氯化鐵溶液中
向FeCl2溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現象，再滴入氯水，變紅
下列判斷正確的是( )
A．實驗①中鐵釘只作還原劑
B．實驗②中Fe2＋既顯氧化性又顯還原性
C．實驗③中發生的是置換反應
D．上述實驗證明：氧化性：Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋，Fe2＋遇KSCN溶液無紅色物質生成
AD 解析：①中發生反應Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，其中鐵作還原劑，A對；②中發生反應2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，其中Fe2＋作還原劑，表現還原性，B錯；③中反應為Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋，不屬於置換反應，C錯；氧化性：由①知Cu2＋>Fe2＋，由③知Fe3＋>Cu2＋，即Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋，由④可知Fe2＋遇KSCN溶液不生成紅色物質，D對。
7．印刷電路板是由塑料和銅箔複合而成的，刻制印刷電路時要用FeCl3溶液作為「腐蝕液」生成CuCl2和FeCl2，其反應的化學方程式如下：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
(1)若有1 mol Cu參加反應時，轉移電子的物質的量為__________。
(2)該反應的氧化劑是__________。
(3)寫出FeCl3的電離方程式是___________________________________。
(4)使用過的腐蝕液會失效，但還可以回收利用，其中有一步需要將Fe2＋轉化為Fe3＋，下列試劑能實現上述變化的是________(填序號)。
A．氯氣 B．鐵 C．銅 D稀硫酸
答案：(1)2mol；(2)FeCl3；(3)FeCl3==Fe3＋＋3Cl－；(4)A。
8．
(1)除去銅粉中混有的鐵粉，可選用的試劑為________。
A．FeCl3溶液 B．H2SO4溶液 C．CuSO4溶液 D．NaOH溶液
涉及反應的離子方程式為________________________________________________________________________。
(2)為了檢驗某未知溶液是否是FeCl2溶液，一位同學設計了以下實驗方案加以證明。
方案：向一支裝有該未知溶液的試管中先通入氯氣，再滴加KSCN溶液，溶液呈現紅色，證明該未知溶液是FeCl2溶液。回答以下問題：
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？______________________________________________________________________________________(若填「合理」，則此空不答)。
(3)現向一支裝有FeCl2溶液的試管中滴加氫氧化鈉溶液，可觀察到的現象是___________________________________________，
有關的化學方程式為_________________________________________，____________________________________________。
(4)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)由於FeCl3不僅與Fe反應，而且與Cu反應，故A項不符；H2SO4和CuSO4溶液均與Fe反應而不與Cu反應，故可除去銅粉中混有的鐵粉；NaOH與Cu、Fe均不反應，無法除雜。
(2)Fe2＋的檢驗要注意排除Fe3＋的幹擾，若先通Cl2再滴加KSCN溶液，溶液呈現紅色說明溶液中有Fe3＋，但無法說明Fe3＋來源於Fe2＋還是原溶液。
(3)FeCl2與NaOH發生反應生成的Fe(OH)2最終轉化為Fe(OH)3。
(4)FeCl2中的Fe2＋易被氧化成Fe3＋，有鐵粉可防止Fe3＋生成。
答案：(1)BC 2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
(2)不合理 先加KSCN溶液，無現象，再通入氯氣，溶液變紅色，則原溶液含有Fe2＋
(3)出現白色沉澱，馬上變成灰綠色，最終變成紅褐色 FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 (4)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
【綜合提升】
9．在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01 mol的混合溶液中，加入0.015 mol的鐵粉，經充分攪拌後，產生的變化是( )
A．鐵溶解，沒有任何金屬生成 B．鐵溶解，析出銀，且溶液中不含有Fe3＋
C．析出0.01 mol Ag和0.01 mol Cu D．析出0.01 mol Ag和0.005 mol Cu
D 解析：在上述混合溶液中加入的鐵粉，依次發生如下反應：2Ag＋＋ Fe===Fe2＋＋2Ag，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。首先，0.01 mol Ag全部析出，消耗0.005 mol Fe; 然後，0.01 mol Fe3＋全部反應生成Fe2＋，又消耗0.005 mol Fe；最後，剩餘的0.005 mol Fe完全反應，置換出0.005 mol Cu。
10．
(1)鐵是人體必需的微量元素，目前市售補鐵營養品較多，某研究性學習小組對補鐵劑中鐵的含量進行了測定。
提供藥品：FeCl2溶液(淺綠色)、FeCl3溶液(黃色)、鐵粉、銅粉、KSCN溶液、氯水。
儀器自選。
①將補鐵劑中的Fe2＋轉化成Fe3＋，結合你所選的試劑寫出相關的離子方程式：______________________________________。
②若將Fe3＋轉化成Fe2＋，結合你所選的試劑寫出相關的離子方程式：_________________________________________________。
(2)「服用維生素C，可使食物中的三價鐵離子還原成二價鐵離子」這句話指出維生素C在這一反應中做________劑，具有________性。
(3)某同學根據鐵元素價態特點，提出這樣一個觀點：氯氣與鐵粉反應，當Cl2足量時生成FeCl3，當鐵粉足量時產物是FeCl2，為驗證該觀點是否正確，該同學將一定質量鐵粉與Cl2恰好完全反應得到一固體物質，然後通過實驗確定其成分。探究過程如下：
①提出假設：
假設1：該固體物質是FeCl2。
假設2：該固體物質是________________________________________________________________________。
②設計實驗方案：
取少量固體物質於燒杯中，加適量水溶解，得到溶液A，然後取兩份A溶液分別進行實驗，實驗現象與結論如下表：
實驗方法
實驗現象
結論
在A溶液中加KSCN溶液
_____________
固體物質中有FeCl3
酸性KMnO4溶液顏色無明顯變化
固體物質中不含________
在酸性KMnO4溶液中加少量A溶液
③根據上述實驗結論，寫出Cl2與鐵粉加熱時發生反應的化學方程式________________________________________________________________________。
解析：(1)將Fe2＋轉化成Fe3＋，需用氧化劑Cl2，將Fe3＋轉化成Fe2＋加入鐵粉或銅粉均可以實現。
(2)維生素C將＋3(Fe)→＋2(Fe)，說明維生素C具有還原性，做還原劑。
(3)Cl2與鐵粉反應產物是FeCl3還是FeCl2，可通過加入KSCN溶液呈紅色可證明有Fe3＋，加入酸性KMnO4溶液，若紅色不退去，證明不含Fe2＋。
答案：(1)①2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ ②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋或2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2)還原 還原
(3)①FeCl3 ②溶液呈紅色 FeCl2 ③2Fe＋3Cl2△(=====)2FeCl3