與鐵及其化合物相關的實驗 高考化學一輪復習強化提升課學案新人教版

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與鐵及其化合物相關的實驗【典例1】為探討化學平衡移動原理與氧化還原反應規(guī)律的聯(lián)系，某同學通過改變濃度研究“2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2”反應中Fe3＋和Fe2＋的相互轉化。實驗如下：(1)待實驗Ⅰ溶液顏色不再改變時，再進行實驗Ⅱ，目的是使實驗Ⅰ的反應達到________________________。(2)ⅲ是ⅱ的對比實驗，目的是排除ⅱ中________________________造成的影響。(3)ⅰ和ⅱ的顏色變化表明平衡逆向移動，F(xiàn)e2＋向Fe3＋轉化。用化學平衡移動原理解釋原因：_________________________________________________。(4)根據(jù)氧化還原反應的規(guī)律，該同學推測ⅰ中Fe2＋向Fe3＋轉化的原因：外加Ag＋使c(I－)降低，導致I－的還原性弱于Fe2＋，用如圖裝置(a、b均為石墨電極)進行實驗驗證。①K閉合時，指針向右偏轉，b作________極。②當指針歸零(反應達到平衡)后，向U形管左管中滴加0.01 mol·L－1AgNO3溶液，產(chǎn)生的現(xiàn)象證實了其推測，該現(xiàn)象是________________________。(5)按照(4)的原理，該同學繼續(xù)用上圖裝置進行實驗，證實了ⅱ中Fe2＋向Fe3＋轉化的原因。①轉化原因是____________________。②該實驗與(4)實驗對比，不同的操作是_______________________________。(6)實驗Ⅰ中，還原性：I－>Fe2＋；而實驗Ⅱ中，還原性：Fe2＋>I－，將(3)和(4)、(5)作對比，得出的結論是________________。【解析】(1)待實驗Ⅰ溶液顏色不再改變時，再進行實驗Ⅱ，目的是使實驗Ⅰ的反應達到化學平衡狀態(tài)。(2)實驗ⅲ加入了水，是實驗ⅱ的對比實驗，因此目的是排除因加入FeSO4溶液而將溶液稀釋引起溶液顏色的變化。(3)ⅰ中加入AgNO3，Ag＋與I－生成AgI黃色沉淀，I－濃度降低，2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2平衡逆向移動，溶液褪色；ⅱ中加入FeSO4，F(xiàn)e2＋濃度增大，平衡逆向移動，溶液顏色變淺。(4)①K閉合時，指針向右偏轉，表明b極為正極，F(xiàn)e3＋得電子；②當指針歸零(反應達到平衡)后，向U形管左管滴加0.01 mol·L－1AgNO3溶液，產(chǎn)生黃色沉淀，I－濃度減小，2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2平衡左移，指針向左偏轉。(5)①Fe2＋濃度增大，還原性增強；②與(4)實驗對比，不同的操作是當指針歸零(反應達到平衡)后，向U形管右管中滴加1 mol·L－1 FeSO4溶液。(6)將(3)和(4)、(5)作對比，得出的結論是在其他條件不變時，物質的氧化性和還原性與濃度有關，濃度的改變可影響物質的氧化性和還原性，導致平衡移動。答案：(1)化學平衡狀態(tài)　(2)溶液稀釋對顏色變化(3)ⅰ中加入Ag＋發(fā)生反應：Ag＋＋I－===AgI↓，c(I－)降低；ⅱ中加入FeSO4，c(Fe2＋)增大，平衡均逆向移動(4)①正　②左管產(chǎn)生黃色沉淀，指針向左偏轉(5)①Fe2＋隨濃度增大，還原性增強，使Fe2＋還原性強于I－②向U形管右管中滴加1 mol·L－1 FeSO4溶液(6)該反應為可逆氧化還原反應，在平衡時，通過改變物質的濃度，可以改變物質的氧化、還原能力，并影響平衡移動方向【歸納總結】根據(jù)鐵化合物的轉化進行除雜主要物質雜質除雜方法Fe2＋Fe3＋加過量鐵屑后過濾FeCl3FeCl2加氯水或H2O2溶液Fe2＋Cu2＋加過量鐵屑后過濾FeAl加過量強堿溶液后過濾Fe2O3Al2O3、SiO2加過量強堿溶液后過濾除去混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的常用方法(1)除去Mg2＋中混有的Fe3＋的方法。向混合溶液中加入MgO、MgCO3、Mg(OH)2中之一，與Fe3＋水解產(chǎn)生的H＋反應，促進Fe3＋的水解，將Fe3＋轉化為Fe(OH)3沉淀而除去。(2)除去Cu2＋中混有的Fe3＋的方法。向混合溶液中加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3中之一，與Fe3＋水解產(chǎn)生的H＋反應，促進Fe3＋的水解，將Fe3＋轉化為Fe(OH)3沉淀而除去。(3)除去Mg2＋中混有的Fe2＋的方法。先加入氧化劑(如H2O2)將溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再按(1)的方法除去溶液中的Fe3＋。(4)除去Cu2＋中混有的Fe2＋的方法。先加入氧化劑(如H2O2)將溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再按(2)的方法除去溶液中的Fe3＋。1.實驗室用圖1所示裝置制備KClO溶液，并通過KClO溶液與FeCl3溶液的反應制備高效水處理劑K2FeO4。已知K2FeO4具有下列性質：①可溶于水，微溶于飽和KOH溶液；②在0～5 ℃的強堿性溶液中比較穩(wěn)定；③在Fe3＋和Fe(OH)3催化作用下發(fā)生分解；④在酸性至弱堿性條件下，能與水反應生成Fe(OH)3和O2。回答下列問題：(1)裝置A用于產(chǎn)生氯氣，若選用圖2中的甲裝置，反應的離子方程式是____________，若選用裝置乙，其中的導管a的作用是________________________________。(2)Cl2與KOH在較高溫度下反應生成KClO3。在不改變KOH溶液的濃度和體積的條件下，控制反應在0～5 ℃進行，實驗中可采取的措施是____________；在通入氯氣的過程中，不斷攪拌的目的是_________________________________。(3)提純K2FeO4粗產(chǎn)品[含有Fe(OH)3、KCl等雜質]的實驗方案為將K2FeO4粗產(chǎn)品溶于冷的3 mol·L－1KOH溶液中后________(填操作名稱)，將濾液置于冰水浴中，再加入________，攪拌、靜置、過濾，晶體用適量乙醇洗滌2～3次后，在真空干燥箱中干燥。【解析】本題以制取K2FeO4的實驗為載體，考查離子方程式的書寫、實驗方案的設計等。(1)裝置A用于產(chǎn)生氯氣，若選用圖2中的裝置甲，則反應的離子方程式是MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；若選用裝置乙，其中的導管a的作用是平衡氣壓，使分液漏斗中的液體能順利滴下。(2)要控制反應在0～5 ℃進行，實驗中可采取的措施是將裝置C中的三頸燒瓶放在冰水浴中；在通入氯氣的過程中，不斷攪拌的目的是使氯氣與堿液充分混合反應，同時及時散熱，防止生成雜質。(3)氫氧化鐵可通過過濾除去，K2FeO4可溶于水、微溶于飽和KOH溶液，所以將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液，析出K2FeO4晶體從而除去KCl，再進行過濾，用乙醇洗滌可減少晶體的溶解損失，最后在真空干燥箱中干燥。答案：(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Cl2↑＋Mn2＋＋2H2O平衡氣壓，使分液漏斗中的液體能順利滴下(2)將裝置C中的三頸燒瓶放在冰水浴中　使氯氣與堿液充分混合反應，同時及時散熱，防止生成雜質(3)過濾　飽和KOH溶液【加固訓練——拔高】2．(2021·昆明模擬)新切開的蘋果在空氣中放置一段時間表面會變黃，最終變成褐色，這種現(xiàn)象在食品科學上通常稱為“褐變”。關于蘋果褐變的原因有以下兩種說法：說法一：蘋果中的Fe2＋被空氣中的氧氣氧化成Fe3＋。說法二：蘋果中的酚類物質被空氣中的氧氣氧化。針對上述兩種說法，某小組同學通過以下實驗進行探究：[查閱文獻]蘋果汁中含有0.001%的Fe2＋，同時也含有多酚類物質，多酚可與空氣中的氧氣反應變色；酚類物質遇FeCl3溶液常發(fā)生顯色反應而呈現(xiàn)一定顏色，如苯酚顯紫色，對苯二酚顯綠色，甲基苯酚顯藍色。[實驗探究][解釋與結論](1)實驗1驗證了蘋果汁中含有Fe2＋，該實驗試管③中觀察到的現(xiàn)象是____________________________。(2)實驗2選用的FeSO4溶液中，X＝________。上述實驗探究證明：說法________(選填“一”或“二”)是蘋果褐變的主要原因。【解析】(1)由“實驗1驗證了蘋果汁中含有Fe2＋”可知，滴入稀硝酸后蘋果汁中的Fe2＋被氧化成Fe3＋，F(xiàn)e3＋遇KSCN溶液后溶液變紅。(2)結合題中已知的查閱文獻信息可知，實驗2選用的FeSO4溶液中Fe2＋含量為0.001%，則X＝0.001，根據(jù)實驗2中試管①和②的實驗現(xiàn)象可知，蘋果褐變與Fe2＋無關，由題中實驗探究可知說法二是蘋果褐變的主要原因。答案：(1)溶液變紅　(2)0.001　二3．碳酸亞鐵(白色固體，難溶于水)是一種重要的工業(yè)原料，可用于制備補血劑乳酸亞鐵，也可用作可充電電池的電極。某研究小組通過下列實驗，尋找利用復分解反應制備FeCO3沉淀的最佳方案：(1)實驗Ⅰ中紅褐色沉淀產(chǎn)生的原因可用如下反應表示，請補全反應： Fe2＋＋____＋________＋H2O===Fe(OH)3↓＋HCO(2)實驗Ⅱ中產(chǎn)生 FeCO3的離子方程式為___________________________。(3)為了探究實驗Ⅲ中 NH所起的作用，甲同學設計了實驗Ⅳ進行探究： 操作現(xiàn)象實驗Ⅳ向 0.8 mol·L－1 FeSO4 溶液中加入①________，再加入Na2SO4固體配制成混合溶液(已知Na＋對實驗無影響，忽略混合后溶液體積變化)。再取該溶液一滴管，與 2 mL 1 mol·L－1 NaHCO3 溶液混合 與實驗Ⅲ現(xiàn)象相同實驗Ⅳ中加入Na2SO4固體的目的是②____________。對比實驗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，甲同學得出結論：NH水解產(chǎn)生H＋，降低溶液pH，減少了副產(chǎn)物Fe(OH)2的產(chǎn)生。乙同學認為該實驗方案不夠嚴謹，應補充的對比實驗操作是：③____________，再取該溶液一滴管，與 2 mL 1 mol·L－1 NaHCO3 溶液混合。 【解析】(1)Fe2＋被氧氣氧化為Fe3＋，F(xiàn)e3＋與CO發(fā)生水解生成Fe(OH)3，F(xiàn)e2＋→Fe(OH)3，鐵元素化合價升高1，O2→O2－，2個氧原子化合價降低了4，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等，F(xiàn)e2＋、Fe(OH)3前面系數(shù)為4，O2前面系數(shù)為1，再根據(jù)電荷守恒，CO和HCO前面系數(shù)為8，最后根據(jù)原子守恒，水前面系數(shù)為10，配平后為4Fe2＋＋8CO＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3↓＋8HCO。(2)根據(jù)實驗現(xiàn)象可知，F(xiàn)e2＋與HCO反應，生成FeCO3和CO2，離子方程式為Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。(3)①探究同一酸性環(huán)境下的銨根離子的作用，因此要用硫酸調控溶液的pH＝4.0。②為了保證溶液中的SO濃度不變，向溶液中加入Na2SO4來控制SO濃度。③為了增強實驗的嚴謹性，還應向0.8 mol·L－1 FeSO4溶液中加入Na2SO4固體至c(SO)＝1.6 mol·L－1，同一條件下做對比試驗，這樣結論更準確。答案：(1)4　8　CO　1　O2　10　4　8(2)Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O(3)①硫酸至pH＝4.0　②控制SO濃度一致③向0.8 mol·L－1 FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固體至c(SO)＝1.6 mol·L－14．(2021·日照模擬)浙江大學化學與材料學院對“鐵與水蒸氣反應”實驗研究的結果顯示：在80～100 ℃能產(chǎn)生穩(wěn)定水蒸氣的物質都可以作為該反應的供水劑；鐵與水蒸氣反應溫度在500 ℃左右即可順利進行。某化學興趣小組同學利用該研究結論，采用西紅柿(或洋蔥)作為供水劑，設計了如圖1裝置進行實驗，并對鐵與水蒸氣反應的產(chǎn)物進行檢驗。回答下列問題：(1)A中鐵與水蒸氣反應的化學方程式是___________________________。(2)C中堿石灰的作用是________________________________________。(3)D處實驗現(xiàn)象為______________________________________________。(4)上述實驗結束后，取出A中鐵粉反應后的少量固體(經(jīng)檢驗固體中沒有鐵單質)繼續(xù)進行圖2實驗：①加入稀硫酸發(fā)生反應的離子方程式為__________________________。②試劑A是____________________(選填字母)，現(xiàn)象2為__________________。a．NaOH溶液　b．酸性KMnO4溶液　c．酚酞　d．氯水③有同學認為：即使得到了現(xiàn)象1和現(xiàn)象2的實驗現(xiàn)象，也不能確定所得固體成分為Fe3O4。你認為該同學持此看法的理由是______________________________。④實驗室配制100 mL 0.5 mol·L－1 H2SO4溶液時，用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、量筒外，還需要______________________________________________(填儀器名稱)。下列操作使所配H2SO4溶液濃度偏大的是________(填寫字母)。A．容量瓶未干燥即用來配制溶液B．洗滌量取過濃硫酸的量筒并將洗滌液匯入容量瓶中C．濃硫酸在燒杯中稀釋后，未冷卻就立即轉移到容量瓶中D．往容量瓶轉移時，有少量液體濺出E．定容時仰視刻度線【解析】(1)鐵與水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，方程式為3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。(2)堿石灰具有吸水作用，可用于干燥氫氣。(3)D中氫氣與氧化銅反應生成銅和水，可觀察到黑色固體變紅。(4)①四氧化三鐵和硫酸反應生成硫酸鐵、硫酸亞鐵，反應的離子方程式為Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O。②試劑A是氧化劑，可氧化亞鐵離子，可以選擇酸性高錳酸鉀溶液，現(xiàn)象2為溶液的紫色褪去。③即使得到了現(xiàn)象1和現(xiàn)象2的實驗現(xiàn)象，也不能確定所得固體成分為Fe3O4，持此看法的理由是固體可能為FeO和Fe2O3的混合物。④實驗室配制100 mL 0.5 mol·L－1 H2SO4溶液時，用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、量筒外，還需要100 mL容量瓶、膠頭滴管。A.容量瓶未干燥即用來配制溶液，對實驗無影響，故不選；B.洗滌量取過濃硫酸的量筒并將洗滌液匯入容量瓶中，n偏大，硫酸濃度偏大，故選；C.濃硫酸在燒杯中稀釋后，未冷卻就立即轉移到容量瓶中，V偏小，濃度偏大，故選；D.往容量瓶轉移時，有少量液體濺出，n偏小，濃度偏小，故不選；E.定容時仰視刻度線，V偏大，濃度偏小，故不選。答案：(1)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2(2)干燥氫氣　 (3)黑色固體變紅(4)①Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O②b　溶液的紫色褪去③固體可能為FeO和Fe2O3的混合物　④100 mL容量瓶、膠頭滴管　BC