資源簡介

課程基本信息
課題
鐵
金屬材料復習
教科書
書名：
化學
必修
第一冊
出版社：人民教育出版社
出版日期：2020年7
月
學生信息
姓名
學校
班級
學號
課后練習
1.下列各組物質反應后，滴入KSCN溶液，顯紅色的是
(　　)
A.鐵與稀鹽酸反應
B.鐵粉與氯化銅溶液反應
C.氯水與氯化亞鐵溶液反應
D.過量鐵粉與三氯化鐵溶液反應
2.
某補鐵劑的主要成分是葡萄糖酸亞鐵，為檢驗其是否變質，可以使用的最佳試劑是
(　　)
A.NaOH溶液
B.鐵片
C.KSCN溶液
D.氯水
4.將氯化鈉、氯化亞鐵、氯化鐵、氯化鎂四種溶液，通過一步實驗就能加以區別，并只用一種試劑,這種試劑是
(　　)
A.
KSCN溶液
B.
BaCl2溶液
C.
NaOH溶液
D.
HCl溶液
3.把一定量鐵粉放入氯化鐵溶液中，完全反應后,所得溶液中Fe2+和Fe3+的物質的量濃度之比為1∶2。則已反應的Fe3+和未反應的Fe3+的物質的量之比為
(　　)
A.
1∶1
B.
1∶2
C.
1∶3
D.
2∶3
5.鐵和氧化鐵的混合物共2
mol，加鹽酸后固體全部溶解，共收集到0.5
mol
H2，且溶液中加入KSCN溶液不顯紅色，則原混合物中鐵的物質的量為
(　　)
A.
0.5
mol
B.
1.5
mol
C.
0.75
mol
D.
1.25
mol
6.請嘗試利用鐵及其化合物，設計五種實驗方案，制備氫氧化亞鐵
(原料不限，路線可一步、兩步、三步……)課程基本信息
課題
鐵
金屬材料復習
教科書
書名：
化學
必修
第一冊
出版社：人民教育出版社
出版日期：2020年7月
教學目標
教學目標：
1.通過設計實驗驗證墨粉中鐵的氧化物種類，應用鐵及其氧化物的性質及轉化解決實際問題。
2.應用鐵及其氧化物的性質及轉化，從物質類別和元素價態兩個視角認識物質間轉化關系，鞏固研究物質化學性質的認知模型。
3.結合物質的量在化學方程式中的計算，設計實驗方案，定量測定墨粉中鐵的氧化物含量。
教學重點：設計實驗方案，定性分析和定量測定鐵的氧化物。
教學難點：應用鐵及其氧化物的性質及轉化設計實驗。
教學過程
時間
教學
環節
主要師生活動
0’
2’
5’
8’
11’
15’
任務一
請設計實驗方案檢驗墨粉中是哪一種鐵的氧化物
任務一
請設計實驗方案檢驗墨粉中是哪一種鐵的氧化物
引入：打印機大家很熟悉了，疫情期間，我們需要它來打印各種學習的材料，可是打印機使用一段時間后，打出來的字逐漸變淺，這是因為打印機硒鼓中的黑色墨粉快沒有了，需要更換硒鼓或者添加墨粉，大家知道墨粉的成分嗎？墨粉的成分有炭黑，一種鐵的氧化物、粘結樹脂、電荷調節劑、添加劑等。
今天我們看看能否通過所學知識，定性檢驗和定量分析墨粉中鐵的氧化物成分？
過渡：請同學們設計實驗方案，檢驗墨粉中是哪一種鐵的氧化物。
學生思考：物質檢驗可分為物理方法和化學方法，首先用物理方法，黑色的氧化亞鐵、四氧化三鐵，紅棕色的氧化鐵由于黑色炭黑的干擾，不能通過顏色來鑒別。
其中四氧化三鐵有磁性，可以拿一塊磁鐵試一試。
過渡：除了物理方法，化學方法也是物質檢驗中不可缺少的重要方法，我們可以將鐵的氧化物轉化為離子，再進行檢驗。
思考1
你了解Fe3O4中鐵元素的化合價嗎
？
學生：四氧化三鐵中鐵元素有正二價和正三價兩種價態，正二價和正三價的鐵元素質量比為1:2
過渡：向四氧化三鐵中加入稀硫酸溶液或者鹽酸溶液，可以得到含有亞鐵離子和鐵離子的混合溶液。向墨粉中加酸溶解鐵的氧化物，得到含有亞鐵離子的溶液，或者含有鐵離子的溶液，或者兩鐘離子都有的混合溶液。
思考2
如何鑒別Fe2+和Fe3+
？
學生：如果溶液中只含有一種含鐵的離子，可以加入氫氧化鈉溶液，生成紅褐色沉淀，或者加入KSCN溶液，發生絡合反應，溶液變紅，這兩種現象都說明溶液中含有鐵離子。
如果先加入KSCN溶液，不變紅，再加入氯水或過氧化氫等氧化劑，溶液變紅，可證明溶液中含有亞鐵離子。
如果溶液有可能是含有亞鐵離子和鐵離子的混合溶液，鐵離子可以用KSCN溶液檢測。為了避免干擾亞鐵離子檢驗，具有氧化性的紫色高錳酸鉀酸性溶液是最佳的選擇。
思考3
完整敘述實驗操作流程，并得出結論。
教師：通過剛才的分析，你能夠完整敘述實驗操作流程，并根據現象得出結論嗎？
學生：取適量墨粉，加入稀硫酸溶解，充分反應后，過濾，將濾液分為兩份，一份加入紫色的高錳酸鉀溶液，溶液褪色，說明濾液中存在亞鐵離子；一份加入KSCN溶液，溶液變紅，說明溶液中存在鐵離子：兩種化合價的鐵離子同時存在，說明墨粉中的某一種鐵的氧化物是四氧化三鐵。
特別說明，由于第一步需要加入足量稀硫酸，所以高錳酸鉀溶液不需要格外加入酸進行酸化，所以只需要加入高錳酸鉀溶液就可以滿足要求。
思考4
有的同學設計加入鹽酸溶解墨粉，是否可行？
學生：不能加入鹽酸來溶解鐵的氧化物，這是因為鹽酸中的氯離子在后續加入高錳酸鉀溶液時，也會與之發生反應，干擾亞鐵離子的鑒別，所以不能用鹽酸來溶解墨粉，只能選擇稀硫酸來溶解墨粉中鐵的氧化物。這也說明我們平時所說的高錳酸鉀酸性溶液，是加入硫酸進行酸化，而不是加入鹽酸酸化的。
17’
20’
24’
28’
33’
36’
任務二
測定墨粉中四氧化三鐵的含量
任務二
測定墨粉中四氧化三鐵的含量
任務2
測定墨粉中四氧化三鐵的含量
過渡：激光打印機原理視頻播放，了解墨粉中四氧化三鐵的作用。（自選）
在打印時，四氧化三鐵在磁輥的磁力吸引下，可攜帶碳粉吸附在磁輥上，在樹脂，電荷調節劑等組分共同作用下，滲入紙張，形成最終牢固的圖像。墨粉中四氧化三鐵的含量是衡量墨粉質量的重要指標。如何利用所學知識，測定墨粉中四氧化三鐵的含量呢？
借助鐵及其化合物的知識網絡圖可知，含鐵化合物之間可以互相轉化，可以通過一系列轉化，將墨粉中的四氧化三鐵轉化為亞鐵離子和鐵離子，進一步將其轉化為氫氧化鐵沉淀，受熱分解再生成氧化鐵，測量氧化鐵的質量，通過鐵元素守恒可求算出四氧化三鐵的質量。
其中對應比例關系如下：1mol四氧化三鐵中加酸溶解得到1mol亞鐵離子、2mol鐵離子，都轉化為3mol氫氧化鐵，進而分解可得到1.5mol氧化鐵，由鐵元素守恒可算出2mol四氧化三鐵對應3mol氧化鐵。
也可以將亞鐵離子轉化為鐵離子，然后再加入氫氧化鈉溶液，生成氫氧化鐵沉淀，再受熱分解為氧化鐵，并測量氧化鐵的質量。
根據轉化關系分析，嘗試用流程圖的形式，寫出操作及轉化流程。
學生：取一定質量的墨粉，加入足量稀硫酸，充分振蕩后過濾，向濾液中加入足量氫氧化鈉溶液，使亞鐵離子和鐵離子全部沉淀后，攪拌，并放置足夠時間，保證氫氧化亞鐵全部氧化為氫氧化鐵，再將沉淀過濾、洗滌、干燥，最后灼燒，得到干燥純凈的氧化鐵。
補充：也可以做一點調整，向濾液中加入足量氧化劑，充分反應，使亞鐵離子完全轉化為正三價鐵離子，再加入足量氫氧化鈉溶液，保證氫氧化鐵沉淀完全。
教師：用沉淀法通過元素守恒將鐵元素轉化為氧化鐵來計算四氧化三鐵的量，還可以通過已知物質的量濃度溶液的體積消耗量，來計算得出溶液中離子的物質的量。最常使用的就是已知濃度的高錳酸鉀酸性溶液滴定含有還原劑的溶液。可以將高錳酸鉀酸性溶液滴入亞鐵離子的溶液中，再根據化學或離子方程式求算出亞鐵離子的物質的量。
引導：可是四氧化三鐵溶于稀硫酸后，會生成含有三價鐵離子和亞鐵離子的混合溶液，你打算怎么處理呢？請大家認真思考，嘗試書寫操作流程圖。
學生：根據剛才的思路寫出操作的具體流程圖，取a克墨粉，加入足量的稀硫酸，充分反應后過濾后，向濾液中加入足量還原劑，使正三價鐵離子完全轉化為亞鐵離子后，再用c
mol/L的高錳酸鉀溶液滴定，消耗高錳酸鉀溶液V
L
。
思考1
如何選擇還原劑，確保后續反應無干擾？
教師：現在又出現一個新的問題，如何選擇還原劑，確保后續反應無干擾。我們常用鐵、鋅、銅等金屬單質，或者碘離子做還原劑，將鐵離子還原為亞鐵離子。
再次提醒同學們，第一步溶解墨粉中的四氧化三鐵時，加入了足量的稀硫酸，保證了溶液的酸性，所以高錳酸鉀溶液不用再加酸酸化了。
學生：鐵離子還原為亞鐵離子。鐵單質會使溶液體系中的鐵元素增多，造成數據偏大。
過量的鋅單質會使亞鐵離子繼續還原為鐵單質，使溶液體系中的鐵元素減少。
碘離子不會影響鐵元素的量，但由于是溶液中的反應，過量的碘離子如果不除掉，在下一步反應中，其會與高錳酸鉀溶液發生反應，消耗過多的高錳酸鉀酸溶液，造成測量數據偏大。
以上三種還原劑都會影響數據的測量，所以最佳選擇是銅粉做還原劑。
因為過量的銅粉不能繼續和亞鐵離子反應，可過濾除去，溶液中的產物銅離子也不會與高錳酸鉀溶液反應，所以銅粉是該流程中最好的還原劑。所以修正我們的流程圖，向濾液中加入過量銅粉，充分反應后過濾，再進行下一步操作即可。
思考2
設計實驗，確定銅粉與濾液中Fe3+已反應完全？
教師：那么新問題又來了，濾液中的Fe3+是否已轉化完全，請你設計實驗，確定銅粉與Fe3+反應完全。
學生：確定銅粉與濾液中Fe3+已反應完全，其實就是確定溶液中是否還剩余Fe3+，具體操作如下：取反應后溶液適量，加入KSCN溶液，若溶液不變紅，則證明濾液中Fe3+與銅粉已反應完全。
思考3
已知墨粉a克，通過方案3充分反應，消耗c
mol/L
KMnO4溶液V
L，請計算墨粉中四氧化三鐵的含量？
學生：先寫出化學方程式或者離子方程式。
再求算出對應比例關系，一份四氧化三鐵對應1份二價鐵、兩份三價鐵，轉化可生成三份二價鐵，而在第三個離子方程式中5份二價鐵對應一份高錳酸根，兩個關系式聯立可知，5份四氧化三鐵對應3份高錳酸根。
因為要求算四氧化三鐵的質量，已知四氧化三鐵的摩爾質量為232
g/mol，可以在四氧化三鐵下面寫上5乘以232
g，對應的高錳酸根離子為3
mol，已知高錳酸鉀溶液物質的量濃度為c
mol/L，消耗體積為V
L，可知消耗高錳酸鉀為c乘以V即為cV
mol，列比例式，可求出四氧化三鐵質量，最后用四氧化三鐵質量在除以墨粉質量，就可求出墨粉中四氧化三鐵的質量百分數。
求算圖示如下：
40’
42
任務三
制備四氧化三鐵
過渡：四氧化三鐵這么重要，那么四氧化三鐵是如何制備的？
學生：鐵絲在純氧中燃燒，可生成黑色的四氧化三鐵；還原鐵粉與水蒸氣在高溫條件下反應也可以生成四氧化三鐵。
引導：你覺得這兩種方法適用于工業生產嗎？
工業制備物質需要考慮環保，經濟，原料來源、制備難度等諸多因素，這兩種方法都不適用于工業制備四氧化三鐵
，所以需要查詢資料來尋找工業制備四氧化三鐵的方法。請看資料，這是其中一種制備四氧化三鐵的方法
學生閱讀：采用化學共沉淀法制備納米磁性Fe3O4方法：將亞鐵鹽和鐵鹽溶液按照一定比例混合，將堿性沉淀劑快速加入到上述混合鹽溶液中，攪拌、反應一段時間后，即可得到納米磁性Fe3O4粒子。
思考1：該反應是否為氧化還原反應？
學生：原料中需要的二價鐵和三價鐵按照一定比例混合，最終得到四氧化三鐵，沒有加入額外的氧化劑或者還原劑，也沒有發生元素化合價變化，所以該反應不是氧化還原反應。
思考2：你能嘗試推測(Fe2+):(Fe3+):(OH-)的理論物質的量比嗎？
學生：需要書寫離子方程式，原料為Fe2+、Fe3+、OH-，因為已知四氧化三鐵中正二價鐵與正三價鐵的比例為1比2，所以沒有化合價變化，只需要電荷守恒來配平OH-的化學計算數即可，最后比例為1比2比8。
45’
歸納
總結
從墨粉中Fe3O4驗證、測定、制備,看物質轉化
歸納：從墨粉中四氧化三鐵的定性檢驗、定量測定、制備等過程，總結物質轉化的特點，
1.含鐵元素的物質多種多樣，從物質類別角度看有鐵單質，三種鐵的氧化物，兩種化合價的含鐵鹽和兩種氫氧化物
；從元素化合價角度來看鐵元素有零價，正二價，正三價；可以看出元素的存在形式多樣。
2.物質轉化是有規律的，不同含鐵物質間可以通過氧化還原反應
、復分解反應（包括酸堿反應和沉淀反應）等相互轉化。
3.物質轉化是多途徑的，同種元素的不同物質間可以設計多條轉化路線，制得目標產物
4.
物質轉化是有條件的，也是可調控的，我們可以設計多條路線，再根據根據原料、環保、安全、成本等多種實際因素，選擇合理路線用于工業制備。課程基本信息
課題
鐵
金屬材料復習
教科書
書名：
化學
必修
第一冊
出版社：人民教育出版社
出版日期：2020年
7月
學生信息
姓名
學校
班級
學號
學習目標
通過復習鐵及其化合物，應用物質類別和元素價態的兩個角度，實現鐵及其化合物物質的多途徑轉化，從定性檢驗、定量測定兩個方面豐富研究物質性質及轉化的思路與方法。
課前學習任務
熟練掌握鐵及其化合物的知識網絡圖，熟記鐵及其化合物的轉化的化學方程式或者離子方程式。
課上學習任務
【學習任務一】
已知某品牌墨粉的成分如下：炭黑、某一種鐵的氧化物（20～30%）、
粘結樹脂、電荷調節劑、添加劑等
任務一
請設計實驗方案，檢驗墨粉中是哪一種鐵的氧化物。
方案1：
方案2：
思考1
你了解Fe3O4中鐵元素的化合價嗎？
思考2
如何鑒別Fe2+和Fe3+？
思考3
設計實驗方案檢驗墨粉中是哪一種鐵的氧化物，并完整敘述實驗操作流程，根據得出結論。
思考4
有的同學設計加入鹽酸溶解墨粉，是否可行？
【學習任務二】
任務二
測定墨粉中四氧化三鐵的含量
設計思路：沉淀法測定墨粉中四氧化三鐵的含量
方案1：
方案2：
設計思路：滴定法測定墨粉中四氧化三鐵的含量
方案3：
思考1
如何選擇還原劑，確保后續反應無干擾？
思考2
設計實驗，確定銅粉與Fe3+已反應完全？
思考3
已知墨粉a克，通過方案3充分反應，消耗c
mol/L
KMnO4溶液V
L，請計算墨粉中四氧化三鐵的含量？
你還有其他方案嗎？
【學習任務三】
任務三
制備四氧化三鐵
方案1：
方案2：資料閱讀工業上采用化學共沉淀法制備納米磁性Fe3O4方法：將二價鐵鹽和三價鐵鹽溶液按照一定比例混合，將堿性沉淀劑快速加入到上述混合鹽溶液中，攪拌、反應一段時間后，即可得到納米磁性Fe3O4粒子。
思考1
該反應是否為氧化還原反應？
思考2
你能嘗試推測(Fe2+):(Fe3+):(OH-)的理論物質的量比嗎？
【學習任務四】從墨粉中Fe3O4驗證、測定、制備,看物質轉化
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2．激光打印機原理
3.四氧化三鐵的工業制備方法

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