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第五单元 金属及其化合物（2.3）


2015-11-09 11:16:09   来源：   撰稿：董啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

第五单元    金属及其化合物（2.3）

 

 

授课人：董 啸

 

①使学生对金属的性质有一个全面的了解。

教学目标：

②使学生掌握镁、铝、铁的单质及化合物的性质。

 

③使学生将元素化合物知识形成网络。

 

 

教学重点：

铝及其化合物的两性、铁的变价及有关化学反应

教学难点：

镁、铝、铁及有关化合物性质及其离子的检验

教学方法：

分析比较法

教学过程：

第三课时

基础知识精析

       三、铁及其化合物

铁为第四周期第Ⅷ族元素。纯铁为银白色金属，铁有磁性。

　　1．铁的化学性质：比较活泼的变价金属

(1)铁与弱氧化剂反应：

 铁与硫、碘、非氧化性酸(H＋)、盐溶液等弱氧化剂氧化生成Fe2＋的化合物。

Fe＋SFeS                    Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑

     Fe＋H2SO4(稀)＝FeSO4＋H2↑       Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu

 (2) 铁与弱氧化剂反应：

 铁与Cl2、Br2、硝酸等强氧化剂氧化生成Fe3＋的化合物，但过量的铁与强氧化剂反应最终生成Fe2＋的化合物，因过量的铁能把Fe3＋还原为Fe2＋。

铁与过量稀硝酸反应：

Fe＋4HNO3(稀，过量)Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O

       过量铁与稀硝酸反应：

Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O

2Fe3＋＋ Fe = 3Fe2＋

总反应：3Fe(过量)＋8HNO3(稀)3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

　　常温下，铝、铁遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化。加热下，铁能与浓硫酸、浓硝酸反应，但不放出氢气：

Fe＋6HNO3(浓)Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O

    2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O

2. 铁的氧化物

　　Fe2O3、FeO、Fe3O4，三者都能与酸反应生成盐和水。

　　① FeO还具有还原性，遇非氧化性酸发生复分解反应，生成亚铁盐，遇强氧化性酸发生氧化还原反应生成铁盐。

　　如：FeO＋2HCl=FeCl2＋H2O 

　　3FeO＋10 HNO3(稀)=3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O

　　② Fe3O4是复杂氧化物，经研究表明，Fe3O4晶体中的1/3铁呈＋2价，2/3铁呈＋3价，因此Fe3O4可写成Fe2O3 •FeO，同时具有＋2价铁和＋3价铁的性质。

　　如：Fe3O4＋8HCl= FeCl2＋2FeCl3＋4 H2O

3Fe3O4＋28 HNO3(稀)=9Fe(NO3)3＋NO↑＋14H2O

3、铁的氢氧化物：

（1）氢氧化亚铁：白色固体，不溶于水，易被氧化，能溶于酸。

Fe(OH)2＋2H+(非氧化性强酸)＝Fe2+＋2H2O

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3

（2）氢氧化铁：红褐色固体，不溶于水，能溶于酸，受热易分解。

       Fe(OH)3＋3H+(强酸)＝Fe3+＋3H2O    2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O

问题：FeO、Fe(OH)2与HNO3反应情况如何？Fe(OH)2加热分解得到FeO吗？

4、 Fe2＋、Fe3＋的相互转化

　　Fe2＋既有氧化性又有还原性，但主要表现为还原性，当遇到较强氧化剂时，转化为Fe3＋。Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为Fe2＋。

Fe3+与Fe2+的转化

①Fe2+转化为Fe3+

6FeCl2＋3Br2＝4FeCl3＋2FeBr3     Cl2＋2FeCl2＝2FeCl3

       2FeBr2＋3Cl2＝2FeCl3＋2Br2     

       3Fe(NO3)2＋4HNO3＝3Fe(NO3)3＋NO­＋2H2O

②Fe3+转化为Fe2+

    2FeCl3＋Cu＝CuCl2＋2FeCl2        2FeCl3＋3Na2S＝6NaCl＋2FeS↓＋S↓

    2FeCl3＋H2S＝2HCl＋2FeCl2＋S↓         2FeCl3＋2KI＝2FeCl2＋2KCl＋I2   

Fe＋2FeCl3＝3FeCl2                         Fe2(SO4)3＋Fe＝3FeSO4

4. Fe2＋、Fe3＋的检验

　　(1) Fe2＋的检验

方法一：滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变血红色。

方法二：加入NaOH溶液，生成白色絮状沉淀，沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。

Fe2+＋2OH- ＝Fe(OH)2↓(白色) ；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3

　　(2) Fe3＋的检验

方法一：滴加KSCN溶液，溶液立即变血红色。

方法二：加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀。

Fe3+＋3OH- ＝Fe(OH)3↓(红褐色)

方法三：加入苯酚溶液，溶液变为紫色。

四、金属的冶炼

自然界中的金属大都以化合态存在，用化学的方法把化合态的金属变成游离态的过程，叫做金属的冶炼。

1、热分解法：有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序表中，位于氢后面的某些金属的氧化物受热就能分解。

2HgO= 2Hg + O2↑    2Ag2O = 4Ag + O2↑

2．热还原法：多数金属的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等。

Fe2O3+3CO == 2Fe+3CO2     Cr2O3+2 Al == 2Cr+Al2O3

WO3+ 3 H2 == W+3H2O     

3．电解法：在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。

2Al2O3====4Al+3O2↑   2NaCl====2Na+Cl2↑

　五、比较元素金属性强弱的方法

元素的金属性是指元素的原子失电子的能力，判断元素金属性强弱只能从参加反应的某元素的原子失电子的难易程度来加以分析。

1．利用原子结构和元素周期表

在元素周期表中，同一周期从左至右元素的金属性逐渐减弱；同一主族从上到下元素的金属性逐渐增强。

2．比较单质跟氧气反应的能力

一般来说，金属单质跟氧气反应越容易，金属性越强。如把镁、铝分别在空气中点燃，镁可以燃烧，而铝则不能燃烧，所以镁的金属性比铝强。

3．根据单质跟水或酸反应置换氢的难易

一般说来，金属单质跟水或酸反应置换出氢越容易则金属性越强。如比较钠和镁金属性强弱时，可把钠和镁分别跟水反应。钠反应剧烈，镁反应缓慢，所以金属性Na＞Mg。

又如比较镁和铁的金属性时，可把镁和铁分别跟盐酸反应，实验证明镁比铁跟盐酸反应剧烈，所以镁的金属性比铁强。

4．根据元素最高氧化物水化物的碱性判断

一般说来，在元素周期表中的主族元素，金属性越强则形成相应的碱也越强。如：Ca(OH)2属强碱，Al(OH)3属两性氢氧化物，所以钙的金属性比铝强。但这一规律对过渡元素就不一定适用，如Al(OH)3和Zn(OH)2的碱性都比Fe(OH)2的碱性弱，而Al和Zn的金属性都比Fe强。这些很难用中学范围的知识加以解释。

5．根据电解时溶液中离子放电的顺序来判断

一般来说，电解相同物质的量的浓度金属离子的溶液时，金属离子在阴极光放电析出的，其金属性较弱，后放电的离子则金属性较强。如：比较铜和银金属性强弱时，可把等浓度的硝酸铜和硝酸银的混合液电解，能观察到在阴极表面先析出银，所以铜的金属性比银强。

6．根据物质间置换反应判断

一般来说，强还原剂和强氧化剂反应生成弱氧化剂和弱还原剂。如：比较铜和汞的金属性强弱时，可将铜片放入硝酸汞溶液中，在铜片表面能置换出单质汞即：Cu＋Hg2＋＝Cu2＋＋Hg，说明铜的金属性比汞强。

【知识拓展】

1、高铁酸盐

高铁酸盐是一种绿色净水剂，其有效成分是高铁酸根[（FeO42-]。这里，铁呈+6价，具有很强的氧化性，能通过氧化作用进行消毒。同时，反应过后的还原产物是氢氧化铁[Fe(OH)3]，在溶液中呈胶体，能够将水中的悬浮物聚集形成沉淀。高铁酸盐同时具有氯气和明矾[KAl(SO4)2 . 12H2O]的净水效果，是一种新型的净水剂。 高铁酸盐中较重要的是高铁酸钠Na2FeO4，其中铁元素显+6价。

①制法：Fe(OH)3或Fe2O3与一些强氧化剂（如KNO3、O2)在碱性条件下反应生成。

 3NaClO3+10NaOH+2Fe(NO3)3=2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O

湿法制备——2Fe(OH)3+3ClO－+4OH－=2FeO42-+3Cl－+5H2O

干法制备——2FeSO4 +6Na2O2=2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑

②性质：主要是强氧化性，也正是因为具有强氧化性，可以杀菌消毒，处理水，在杀菌消毒的同时，本身被还原成Fe3+，又容易水解生成Fe(OH)3，具有胶体的性质，可以吸附水中的悬浮杂质，从而起到净化水的作用。

高铁酸钠Na2FeO4，是一种新型净水剂,由于过多使用氢氧化铝会导致老年痴呆，故用它杀菌作用： FeO42- + 8H+ + 3e→ Fe3+ + 4H2O 把细菌氧化起到杀菌作用还原产物Fe3+可以水解生成Fe(OH)3胶体，吸附杂质净水：Fe3+ +3H2O→ Fe(OH)3+3H+。

【高考试题】2012全国高考26．(14分)铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。

    (1)要确定铁的某氯化物FeClx的化学式，可用离子交换和漓定的方法。实验中称取0.54 g的FeClx样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH－的阴离子交换柱，使Cl－和OH－发生交换。交换完成后，流出溶液的OH－用0.40 mol/L的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0 mL。计算该样品中氯的物质的量，并求出FeClx中，x值：———(列出计算过程)；

    (2)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品，采用上述方法测得n(Fe)：n(C1)=1：2.1，则该洋品中FeCl3的物质的量分数为__________。在实验室中，FeCl2可用铁粉和__________反应制备，FeCl3可用铁粉和__________反应制备；

    (3)FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质，该反应的离子方程式为_______；

(4)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3与KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为____。与MnO2－Zn电池类似，K2FeO4－Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为_______，该电池总反应的离子方程式为_____。

答案：

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2、高锰酸钾：化学式KMnO4

高锰酸钾常温下即可与甘油(丙三醇)等有机物反应甚至燃烧；在酸性环境下氧化性更强，能氧化负价态的氯、溴、碘、硫等离子，及二氧化硫等低价化合物，二氧化硫等可使其褪色。与较活泼金属粉末混合后有强烈燃烧性，危险。

（1）氧化性

高锰酸钾在酸性溶液中还原产物为二价锰离子，高锰酸钾在碱性溶液中还原产物一般为墨绿色的锰酸钾（K2MnO4），高锰酸钾在中性环境下还原产物为二氧化锰。

①高锰酸钾与双氧水反应制氧：

碱性环境：

\rm KMnO_4+2H_2O_2{=\!=\!=\!=\!=\!=}Mn(OH)_3+KOH+2O_2 \uparrow

酸性环境：

\rm 2KMnO_4+5H_2O_2+6HCl{=\!=\!=\!=\!=\!=}2MnCl_2+2KCl+8H_2O+5O_2 \uparrow

②与浓盐酸反应制取氯气。

高锰酸钾与浓盐酸反应的化学方程式：

\rm 2KMnO_4+ 16HCl =\!=\!=\!= 2KCl + 2MnCl_2+ 5Cl_2 \uparrow + 8H_2O

③与草酸反应，生成二氧化碳

高锰酸钾与草酸反应的化学方程式：

\rm 2KMnO_4+ 5 HOOC-COOH + 3H_2SO_4 {=\!=\!=\!=} K_2SO_4+ 2MnSO_4+ 10CO_2 \uparrow + 8H_2O

（2）不稳定性

用高锰酸钾加热分解制取氧气。

\rm 2KMnO_4\stackrel{\Delta}{=\!=\!=\!=}K_2MnO_4+MnO_2+O_2 \uparrow

K2MnO4 的高温分解反应式：

\rm 2K_2MnO_4\stackrel{high \quad temperature}{=\!=\!=\!=\!=\!=\!=\!=\!=\!=\!=\!=\!=\!=}2K_2O+2MnO_2+O_2 \uparrow

注意：若高锰酸钾用量较大，要在试管里的导管口轻轻塞一团棉花，否则氧气将高锰酸钾粉末带起堵住导管或将活塞冲出使高锰酸钾粉末进入水槽，引发危险，造成试剂浪费并污染实验器材。

（3）特殊反应

①二价锰离子在碱性或者中性溶液中，为高锰酸钾所氧化而生成二氧化锰的褐色沉淀。

\rm 2KMnO_4+3MnSO_4+2H_2O {=\!=\!=\!=\!=\!=} K_2SO_4+5MnO_2 \downarrow +2H_2SO_4

②三价铬离子在弱酸性或碱性热溶液中，被高锰酸钾所氧化，其颜色由蓝绿色变为黄色，并产生二氧化锰之水合物的褐色沉淀。

\rm Cr_2(SO_4)_3+2KMnO_4+5H_2O \stackrel{\Delta}{=\!=\!=\!=\!=\!=} 2MnO(OH)_2 \downarrow +K_2Cr_2O_7+3H_2SO_4

该反应在冷溶液中不能进行，亦即高锰酸钾不能将三价铬氧化为六价。

③三价铬离子在酸性溶液中进行下列反应：

\rm 5Cr_2(SO_4)_3+6KMnO_4+6H_2O {=\!=\!=\!=\!=\!=} 10CrO_3+3K_2SO_4+6MnSO_4+6H_2SO_4

应用：

①强氧化剂，在酸性条件下氧化性更强，可以用做消毒剂和漂白剂，和强还原性物质反应会褪色，如SO2、不饱和烃。

②维生素C的水溶液能使高锰酸钾溶液褪色，根据这一特性，就能够用高锰酸钾测定蔬菜或水果中的维生素含量。高锰酸钾造成的污渍可用还原性的草酸、维生素C等去除。

3、重铬酸钾

重铬酸钾为橙红色三斜晶体或针状晶体。可由重铬酸钠与氯化钾或硫酸钾进行复分解反应而制得。溶于水，不溶于乙醇。用于制铬矾、火柴、铬颜料、并供鞣革、电镀、有机合成等用。

(1)重铬酸钾制取光气

重铬酸钾与四氯化碳反应会产生光气和液态二氯铬酰，不是氧化还原反应。

反应方程式如下：

K2Cr2O7 + 3CCl4 = 2KCl + 2CrO2Cl2 （二氯铬酰） + 3COCl2 ↑

(2)制取过氧化铬

重铬酸钾和双氧水的反应,不是氧化还原反应。

Cr2O72-+4H2O2+2H+=2CrO5+5H2O

(3)铬酸钾与酒精的反应

橙红色的重铬酸根在酸性条件下与乙醇反应生成灰绿色的铬离子、乙酸和水。

2Cr2O72- + 3CH3CH2OH +16H+ = 4Cr3+ +3CH3COOH +11H2O

乙醇被氧化成乙酸，重铬酸根被还原成铬离子。化学酒精测试仪中就是重铬酸钾与硫酸的混合物。

〖教后记〗

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