第二章 元素与物质世界
第3节 氧化剂和还原剂
第2课时 探究铁及其化合物的氧化性和还原性
1．了解铁及其化合物的主要化学性质，理解其氧化性、还原性的特点。
2．了解Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的相互转化。
3．掌握Fe2＋、Fe3＋的检验方法。
4．了解铁与人体健康的关系，认识化学知识与人类生活的密切联系。
一、铁和铁的化合物的存在
1．铁元素在自然界中的含量和存在形态：铁元素在地壳中的质量分数为4.65%，处于第四位，仅次于氧、硅和铝。在自然界里铁元素有两种存在形态——游离态和化合态。游离态的铁存在于陨铁中，而更多的是以＋2价和＋3价的化合态存在。
2．铁的化合物在自然界中主要以矿石的形式存在，如黄铁矿(主要成分是FeS2)、赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、磁铁矿(主要成分是Fe3O4)。
二、Fe3＋的检验
1．试剂：硫氰酸钾。
2．操作及现象：向含Fe3＋的溶液中加入KSCN溶液后，溶液变为红色。
3．离子方程式为：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
三、铁及化合物的氧化性或还原性
1．预测与假设。
(1)只具有还原性的微粒：Fe。
(2)既有氧化性又有还原性的微粒：Fe2＋。
(3)只具有氧化性的微粒：Fe3＋。
2．实验方案。
(1)验证预测(1)的正确性需加入氧化剂，如稀硫酸、硫酸铜、FeCl3溶液等。
实验步骤
实验现象
铁钉变细，有气泡生成
有红色固体析出
反应原理
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
(2)验证预测(2)的正确性，Fe2＋有氧化性，需加入还原剂，如锌；Fe2＋有还原性，需加入氧化剂如氯水、稀硝酸等。
性质
氧化性
还原性
实验
步骤
性质
氧化性
还原性
实验现象
溶液颜色由浅绿色变为无色
加入氯水后溶液颜色变红
反应原理
Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)验证预测(3)的正确性，需加入还原剂，如铁、铜等。
实验：
实验步骤
实验现象
加入KSCN溶液溶液变为红色；
再加铁粉溶液变为浅绿色
加入KSCN，溶液变为红色；加入足量铜片后，溶液变为蓝色
反应原理
2Fe3＋＋_Fe===3Fe2＋
Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
实验室在保存FeSO4溶液时，常在试剂瓶中加入少量的铁屑，为什么？
答案：Fe2＋具有较强的还原性，易被O2氧化，在试剂瓶中加入少量铁屑，铁有更强的还原性，能够防止Fe2＋被氧化。
如何利用Fe3＋的性质检验某溶液中是否含有Fe2＋？
答案：在被检验的溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，再通入Cl2,若变成红色溶液，证明有Fe2＋存在。
四、铁元素与人体健康
铁元素是生物体中含量最高的生命必需的微量元素。如果人体缺铁，就会出现贫血症状；如果因为某原因使血红蛋白分子中的Fe2＋被氧化成Fe3＋，这种血红蛋白分子就会丧失载氧功能，使人出现缺氧症状，而危及生命。
1．将铁片放入下列各溶液中，反应后溶液质量增加，但无气体产生的是()
A．CuCl2溶液B．AgNO3溶液C．Fe2(SO4)3溶液D．稀硫酸
C解析：A项Fe与CuCl2溶液反应，每溶解56gFe，生成64gCu，溶液质量减轻，错误。B项Fe与AgNO3溶液反应，每溶解56gFe，生成gAg，溶液质量减轻，错误。C项Fe与Fe2(SO4)3溶液反应，Fe溶解溶液质量增加且无气体放出，正确。D项Fe与稀H2SO4反应，每溶解56gFe，生成2gH2，溶液质量增加，但有气体放出，错误。
2．下列有关铁及其化合物的说法中正确的是()
A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C．除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入铁粉，然后过滤
D．Fe3＋与KSCN溶液产生红色沉淀
C解析：A项为Fe2O3，B项为Fe3O4，D项生成的不是沉淀。
3．下列四种铁的化合物溶于稀盐酸，滴加KSCN溶液后，没有颜色变化，再加入氯水即呈红色的是()
A．FeOB．Fe2O3C．FeCl3D．Fe2(SO4)3
A解析：由题意可知，A中的Fe2＋遇SCN－没有颜色改变，但滴加氯水后，生成Fe3＋，溶液变为红色。发生下列反应：FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O，2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
1．纯净铁的物理性质有()
①光亮的银白色 ②黑色 ③在潮湿空气中易腐蚀 ④有延展性 ⑤能导电导热 ⑥硬而脆 ⑦能被磁铁吸引，易被磁化 ⑧密度比铝小
A．①③④⑤⑦B．①④⑤⑦C．①③⑤⑦D．全部
B
2．下列物质能通过化合反应直接制得的是()
①FeCl2 ②FeCl3 ③Fe(OH)3 ④HCl
A．只有①②③B．只有②③C．只有①③④D．全部
D解析：Fe＋2FeCl3===3FeCl2、2Fe＋3Cl2点燃(=====)2FeCl3、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3、H2＋Cl2点燃(=====)2HCl。
3．下列物质与铁反应只生成＋3价铁的化合物的是()
A．Cl2B．盐酸C．O2D．CuSO4
A解析：Fe―→Fe3＋的转化需强氧化剂。O2与Fe反应生成的是Fe3O4，盐酸、CuSO4与Fe发生置换反应，生成的是＋2价铁的化合物。
4．将足量铁粉放入由盐酸、MgCl2溶液、FeCl3溶液、CuCl2溶液组成的混合液中，充分反应后，铁粉有剩余，则溶液中含有大量的阳离子是()
A．Cu2＋和Fe2＋B．Fe2＋和Mg2＋C．Fe3＋和Fe2＋D．H＋和Cu2＋
B解析：放入足量铁粉所发生的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，铁粉有剩余，则溶液中无H＋、Fe3＋、Cu2＋。
5．(双选)下列离子方程式书写不正确的是(
)
A．铁跟稀H2SO4反应Fe＋2H＋===2Fe2＋＋H2↑
B．向氯化亚铁溶液中通入氯气Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－
C．向氯化铁溶液中加入适量铁粉2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
D．三氯化铁溶液跟过量氨水反应Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3
BD解析：B中电荷不守恒、D中NH3·H2O为弱电解质，应写化学式。
6．(双选)已知下述四个实验均能发生化学反应：
①
②
③
④
将铁钉放入硫酸铜溶液中
向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水
将铜丝放入氯化铁溶液中
向FeCl2溶液中滴入KSCN溶液，无明显现象，再滴入氯水，变红
下列判断正确的是()
A．实验①中铁钉只作还原剂
B．实验②中Fe2＋既显氧化性又显还原性
C．实验③中发生的是置换反应
D．上述实验证明：氧化性：Fe3＋Cu2＋Fe2＋，Fe2＋遇KSCN溶液无红色物质生成
AD解析：①中发生反应Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，其中铁作还原剂，A对；②中发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，其中Fe2＋作还原剂，表现还原性，B错；③中反应为Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋，不属于置换反应，C错；氧化性：由①知Cu2＋Fe2＋，由③知Fe3＋Cu2＋，即Fe3＋Cu2＋Fe2＋，由④可知Fe2＋遇KSCN溶液不生成红色物质，D对。
7．印刷电路板是由塑料和铜箔复合而成的，刻制印刷电路时要用FeCl3溶液作为“腐蚀液”生成CuCl2和FeCl2，其反应的化学方程式如下：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
(1)若有1molCu参加反应时，转移电子的物质的量为__________。
(2)该反应的氧化剂是__________。
(3)写出FeCl3的电离方程式是___________________________________。
(4)使用过的腐蚀液会失效，但还可以回收利用，其中有一步需要将Fe2＋转化为Fe3＋，下列试剂能实现上述变化的是________(填序号)。
A．氯气B．铁C．铜D稀硫酸
答案：(1)2mol；(2)FeCl3；(3)FeCl3==Fe3＋＋3Cl－；(4)A。
8．
(1)除去铜粉中混有的铁粉，可选用的试剂为________。
A．FeCl3溶液B．H2SO4溶液C．CuSO4溶液D．NaOH溶液
涉及反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(2)为了检验某未知溶液是否是FeCl2溶液，一位同学设计了以下实验方案加以证明。
方案：向一支装有该未知溶液的试管中先通入氯气，再滴加KSCN溶液，溶液呈现红色，证明该未知溶液是FeCl2溶液。回答以下问题：
你认为此方案是否合理______________(填“合理”或“不合理”)，若不合理，要检验Fe2＋应如何操作？______________________________________________________________________________________(若填“合理”，则此空不答)。
(3)现向一支装有FeCl2溶液的试管中滴加氢氧化钠溶液，可观察到的现象是___________________________________________，
有关的化学方程式为_________________________________________，____________________________________________。
(4)实验室在保存FeCl2溶液时为了防止FeCl2溶液变质，经常向其中加入铁粉，其原因是_______________________________________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。
解析：(1)由于FeCl3不仅与Fe反应，而且与Cu反应，故A项不符；H2SO4和CuSO4溶液均与Fe反应而不与Cu反应，故可除去铜粉中混有的铁粉；NaOH与Cu、Fe均不反应，无法除杂。
(2)Fe2＋的检验要注意排除Fe3＋的干扰，若先通Cl2再滴加KSCN溶液，溶液呈现红色说明溶液中有Fe3＋，但无法说明Fe3＋来源于Fe2＋还是原溶液。
(3)FeCl2与NaOH发生反应生成的Fe(OH)2最终转化为Fe(OH)3。
(4)FeCl2中的Fe2＋易被氧化成Fe3＋，有铁粉可防止Fe3＋生成。
答案：(1)BC 2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
(2)不合理 先加KSCN溶液，无现象，再通入氯气，溶液变红色，则原溶液含有Fe2＋
(3)出现白色沉淀，马上变成灰绿色，最终变成红褐色 FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 (4)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
9．在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01mol的混合溶液中，加入0.mol的铁粉，经充分搅拌后，产生的变化是()
A．铁溶解，没有任何金属生成B．铁溶解，析出银，且溶液中不含有Fe3＋
C．析出0.01molAg和0.01molCuD．析出0.01molAg和0.molCu
D解析：在上述混合溶液中加入的铁粉，依次发生如下反应：2Ag＋＋Fe===Fe2＋＋2Ag，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。首先，0.01molAg全部析出，消耗0.molFe;然后，0.01molFe3＋全部反应生成Fe2＋，又消耗0.molFe；最后，剩余的0.molFe完全反应，置换出0.molCu。
10．
(1)铁是人体必需的微量元素，目前市售补铁营养品较多，某研究性学习小组对补铁剂中铁的含量进行了测定。
提供药品：FeCl2溶液(浅绿色)、FeCl3溶液(黄色)、铁粉、铜粉、KSCN溶液、氯水。
仪器自选。
①将补铁剂中的Fe2＋转化成Fe3＋，结合你所选的试剂写出相关的离子方程式：______________________________________。
②若将Fe3＋转化成Fe2＋，结合你所选的试剂写出相关的离子方程式：_________________________________________________。
(2)“服用维生素C，可使食物中的三价铁离子还原成二价铁离子”这句话指出维生素C在这一反应中做________剂，具有________性。
(3)某同学根据铁元素价态特点，提出这样一个观点：氯气与铁粉反应，当Cl2足量时生成FeCl3，当铁粉足量时产物是FeCl2，为验证该观点是否正确，该同学将一定质量铁粉与Cl2恰好完全反应得到一固体物质，然后通过实验确定其成分。探究过程如下：
①提出假设：
假设1：该固体物质是FeCl2。
假设2：该固体物质是________________________________________________________________________。
②设计实验方案：
取少量固体物质于烧杯中，加适量水溶解，得到溶液A，然后取两份A溶液分别进行实验，实验现象与结论如下表：
实验方法
实验现象
结论
在A溶液中加KSCN溶液
_____________
固体物质中有FeCl3
酸性KMnO4溶液颜色无明显变化
固体物质中不含________
在酸性KMnO4溶液中加少量A溶液
③根据上述实验结论，写出Cl2与铁粉加热时发生反应的化学方程式________________________________________________________________________。
解析：(1)将Fe2＋转化成Fe3＋，需用氧化剂Cl2，将Fe3＋转化成Fe2＋加入铁粉或铜粉均可以实现。
(2)维生素C将＋3(Fe)→＋2(Fe)，说明维生素C具有还原性，做还原剂。
(3)Cl2与铁粉反应产物是FeCl3还是FeCl2，可通过加入KSCN溶液呈红色可证明有Fe3＋，加入酸性KMnO4溶液，若红色不退去，证明不含Fe2＋。
答案：(1)①2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ ②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋或2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2)还原 还原
(3)①FeCl3 ②溶液呈红色 FeCl2 ③2Fe＋3Cl2△(=====)2FeCl3