高三化學(xué)教案：《過渡元素》教學(xué)設(shè)計

　　過渡元素

　　1.NO3-與Fe2+在酸性條件下，不能共存。

　　2.過量的Fe與硝酸作用，或在Fe和Fe2O3的混合物中加入鹽酸，要注意產(chǎn)生的Fe3+還可以氧化單質(zhì)Fe這一隱含反應(yīng)：Fe+2Fe3+=3Fe2+。

　　3.注意FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得剩余固體的區(qū)別。

　　FeCl3溶液加熱濃縮時，因Fe3+水解和HCl的揮發(fā)，得到的固體為Fe(OH)3，如灼燒后得到紅色的Fe2O3固體。但Fe2(SO4)3溶液蒸干時，因硫酸是難揮發(fā)性酸，將不能得到Fe(OH)3固體。

　　4.忽視亞鐵鹽及Fe(OH)2易被空氣中氧氣氧化成三價鐵的化合物。如某溶液中加入堿溶液后，最終得到紅褐色沉淀，并不能斷定該溶液中一定含有Fe3+，而也可能含有Fe2+。

　　5.忽視鐵單質(zhì)與強氧化性物質(zhì)反應(yīng)時，也有生成二價鐵化合物的可能性。反應(yīng)中若鐵為足量，最終鐵元素將以二價鐵形式存在，因為2Fe3++Fe=3Fe2+。

　　【典型例題評析】

　　例1久置于空氣中的下列物質(zhì)，因被氧化而呈黃色的是(2000年全國高考題)

　　A.濃HNO3B.氯化亞鐵溶液C.溴苯D.溴化銀

　　思路分析：本題考查的是常見的“黃色體系”有四種固體：溴化銀、硫、過氧化鈉、三硝基甲苯;外加幾種黃色溶液：濃HNO3(因溶液中有NO2氣體)、工業(yè)鹽酸(含F(xiàn)e3+離子)、不純的硝基苯(因溶有NO2)、亞鐵鹽溶液(因含F(xiàn)e3+離子)等。對于該題除考查物質(zhì)的物理性質(zhì)顏色之外，還附加了一個條件：“因被氧化”，因此，只能考慮B選項。

　　答案：B

　　方法要領(lǐng)：本題是“氧化”概念與化合物的物理、化學(xué)性質(zhì)的結(jié)合。該題看似簡單，但很容易選錯，關(guān)鍵注意答題時要看清題目的限制條件，并把握全面。抓住“氧化”這一特征便可。

　　例2某溶液中有NH4+、Mg2+、Fe2+和Al3+4種離子，若向其中加入過量的NaOH溶液，微熱并攪拌，再加入過量的鹽酸，溶液中大量減少的陽離子是(1996年全國高考題)

　　A.NH4+B.Mg2+C.Fe2+D.Al3+

　　思路分析：各離子在加入NaOH溶液和HCl的變化過程中，離子變化為：NH4+→NH3;Mg2+→Mg(OH)2→Mg2+;Fe2+→Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe3+;Al3+→AlO2-→Al3+。只有A和C的離子數(shù)減小。

　　答案：A、C

　　方法要領(lǐng)：題中涉及多種陽離子在強酸、強堿溶液中的發(fā)生的變化。分析各離子的變化過程，從而搞清數(shù)目是否改變。注意試劑的用量及反應(yīng)條件，如微熱。

　　本題考查了兩個知識點：(1)NH4+在堿性受熱條件下不穩(wěn)定;(2)Fe2+易變質(zhì)，特別在堿性條件下Fe(OH)2→Fe(OH)3速率極快。

　　例3將鐵屑溶于過量鹽酸后，再加入下列物質(zhì)，會有三價鐵生成的是(1998年全國高考題)

　　A.硫酸B.氯水C.硝酸鋅D.氯化銅

　　思路分析：本題考查Fe2+與Fe3+相互轉(zhuǎn)化。其中A項中加入硫酸，無任何反應(yīng);若加入B項中氯水，因2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-，故有Fe3+生成;C項中加入Zn(NO3)2，因溶液中有H+，發(fā)生反應(yīng)：3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O，C正確;D項中加入CuCl2無反應(yīng)發(fā)生。

　　答案：B、C

　　方法要領(lǐng)：Fe2+有較強的還原性，易被氧化成Fe3+;對于NO3-的隱蔽氧化性，應(yīng)用時應(yīng)高度警惕;在離子共存、離子方程式正誤判斷，及還原性物質(zhì)在酸性環(huán)境中遇NO3-時，往往要考慮其氧化性。

　　例4制印刷電路時常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”：發(fā)生的反應(yīng)為2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2向盛有氯化鐵溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，反應(yīng)結(jié)束后，下列結(jié)果不可能出現(xiàn)的是

　　A.燒杯中有銅無鐵B.燒杯中有鐵無銅

　　C.燒杯中鐵、銅都有D.燒杯中鐵、銅都無

　　思路分析：向盛有FeCl3溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，由于Fe的還原性比Cu強，F(xiàn)e3+首先應(yīng)與Fe反應(yīng)，如果Fe3+有剩余，剩余的Fe3+再與Cu反應(yīng)。鐵粉未反應(yīng)完時銅粉就不會被氧化，所以不可能出現(xiàn)燒杯中有鐵無銅的現(xiàn)象，故應(yīng)選B。其他三個選項的情況都可能再現(xiàn)。當(dāng)FeCl3過量或恰好完全反應(yīng)時，F(xiàn)e、Cu均無剩余，即選項D，反應(yīng)后溶液中有Fe3+、Fe2+、Cu2+或Fe2+、Cu2+。當(dāng)FeCl3不足量時，有兩種情況：①Fe粉有剩余，則Cu尚未參加反應(yīng)，即選項C，反應(yīng)后溶液中只有Fe2+(不考慮H+、OH-);②鐵粉無剩余，則Cu反應(yīng)了一部分或尚未參加反應(yīng)，即選項A，反應(yīng)后溶液中有Fe2+、Cu2+或只有Fe2+。

　　答案：B

　　方法要領(lǐng)：此題涉及氧化還原反應(yīng)的一個規(guī)律：當(dāng)一種氧化劑氧化幾種還原劑時，首先氧化最強的還原劑，待最強的還原劑完全氧化后，多余的氧化劑再依次氧化次強的還原劑。一種還原劑還原幾種氧化劑時與此類似。

　　金屬越活潑，還原性越強，不過對變價金屬所形成的中間價態(tài)的陽離子與高價態(tài)的陽離子其氧化性是不同的。常見的金屬陽離子氧化性順序為：

　　K+

　　由上表知，F(xiàn)e3+的氧化性比Cu2+強，才會發(fā)生題中介紹的印刷電路腐蝕原理的反應(yīng)。

　　例5在由Fe、FeO、和Fe2O3組成的混合物中加入100mL2mol/L的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，并放出448mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，此時溶液中無Fe3+離子，則下列判斷正確的是(1997年上海高考題)

　　A.混合物里3種物質(zhì)反應(yīng)時消耗鹽鹽酸的物質(zhì)的量濃度之比為1:1:3

　　B.反應(yīng)后所得溶液中的Fe2+離子與Cl-離子的物質(zhì)的量濃度之比為1:2

　　C.混合物里，F(xiàn)eO的物質(zhì)的量無法確定，但Fe比Fe2O3的物質(zhì)的量多

　　D.混合物里，F(xiàn)e2O3的物質(zhì)的量無法確定，但Fe比FeO的物質(zhì)的量多

　　思路分析：根據(jù)題意，n(HCl)=0.2mol，生成n(H2)=0.448L/22.4L.mol-1=0.02mol。

　　因氧化性：Fe3+>H+，所以Fe先與Fe3+反應(yīng)后再還原H+，由Fe+2Fe3+=3Fe2+(1molFe還原1molFe2O3)，和Fe與H+反應(yīng)放出H2，可知n(Fe)>n(Fe2O3);由反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)全為FeCl2知，n(Fe2+):n(Cl-)=1:2;至于混合物中Fe、Fe2O3及FeO之間量的關(guān)系，無從知道。

　　答案：B、C

　　方法要領(lǐng)：可用圖示分析反應(yīng)過程，以幫助理解：

　　例6下圖中的每一方格表示有關(guān)的一種反應(yīng)物或生成物,其中粗框表示初始反應(yīng)物(反應(yīng)時加入或生成的水,以及生成沉淀J時的其他產(chǎn)物均已略去)。(1994年全國高考題)

　　請?zhí)顚懴铝锌瞻?

　　(1)物質(zhì)B是、F是________、J是。

　　(2)反應(yīng)①的離子方程式是_____________________。

　　思路分析：飽和食鹽水電解的產(chǎn)物是NaOH、Cl2、H2。三者之間存在的反應(yīng)是：H2+Cl2=2HCl、2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，由圖示：B能與另外兩種生成物反應(yīng)，所以B為Cl2;又B與A反應(yīng)產(chǎn)物有兩種所以C一定為H2，A為NaOH，G為HCl;再由F+Cl2→I，F(xiàn)+HCl→H+H2，H+Cl2→I，可推知F為變價金屬，可確定為Fe;H和I分別為FeCl2和FeCl3;最后注意理解D與H、I反應(yīng)。由題知D、E為NaCl、NaClO，通過上述分析可認(rèn)定D應(yīng)NaClO，有關(guān)反應(yīng)為：I→J：Fe3++3ClO-+3H2O=Fe(OH)3↓+3HClO，發(fā)生了雙水解反應(yīng)。而H→J可理解為生成Fe(OH)2，但HClO有強氧化性而將Fe(OH)2氧化為Fe(OH)3。

　　答案：(1)Cl2(或氯氣)，F(xiàn)e(或鐵)，F(xiàn)e(OH)3(或氫氧化鐵)(2)Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O

　　方法要領(lǐng)：本題的難點，是確定F為何種物質(zhì)。其推斷方法：先推斷F為何種類型的物質(zhì)，因F+Cl2→I，F(xiàn)+HCl→H+H2，所以F必為金屬。再推斷這種金屬的特點，因I、H均為氯化物，又H+Cl2→I，所以F是變價金屬，而我們熟知的變價金屬是鐵。先確定物質(zhì)的種類，再確認(rèn)具體物質(zhì)，這是解推斷題中常用的方法。因為它能分解難點，使一步推斷的目標(biāo)更具體、更明確。思路也變得非常清晰。

　　例7Cu+在酸性溶液中不穩(wěn)定,可發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)生成Cu2+和Cu�，F(xiàn)有濃硫酸、濃硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH試紙，簡述如何用簡便的實驗方法來檢驗CuO經(jīng)氫氣還原所得紅色產(chǎn)物中是否含有堿性氧化物Cu2O。(1992年全國高考題)

　　思路分析：本題是一道信息遷移式的實驗題。題中給出一些考生未學(xué)過的新知識，要求考生認(rèn)真審題，讀懂信息，聯(lián)想已有的基礎(chǔ)知識和基本技能，運用題示信息，分析推理，設(shè)計出簡便的檢驗方案。

　　由題給信息可知，Cu2O是堿性氧化物，可溶于酸溶液：Cu2O+2H+=2Cu++H2O;而Cu+在酸溶液中不穩(wěn)定，自身歧化成Cu2+和Cu。2Cu+=Cu2++Cu。題給試劑中，濃硫酸、濃硝酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液均顯酸性，且都能與Cu反應(yīng)生成Cu2+，如果選用這些試劑，它們和樣品反應(yīng)后的溶液都呈藍(lán)色(Cu2+)，但分不清是與Cu還是與Cu2O反應(yīng)產(chǎn)生的Cu2+，故無法確證樣品中是否含有Cu2O。

　　根據(jù)以上分析，選用的試劑必須符合兩個條件，一是呈酸性，二是不能與Cu反應(yīng)。在題給試劑中只有稀硫酸符合。

　　答案：取少量待檢樣品放入稀硫酸，振蕩，若溶液變?yōu)樗{(lán)色，說明樣品中有Cu2O，若溶液不變色，說明產(chǎn)物中無Cu2O。

　　方法要領(lǐng)：如將稀硫酸換成濃硫酸、濃硝酸、稀硝酸、FeCl3溶液中任何一種，都會發(fā)生Cu-2e-=Cu2+。即使紅色產(chǎn)物無Cu+也會產(chǎn)生藍(lán)色溶液。導(dǎo)致題目錯解。

　　要搞清pH的概念及pH試紙的使用范圍。如用pH試紙測溶液的pH來判斷(理由是：因pH變大，則有Cu2O，因為Cu2O與稀硫酸反應(yīng)消耗了H+)，不知道對本實驗來說，溶液的pH變化用pH試紙是測不出的。

　　有些實驗現(xiàn)象，用肉眼看不清的。如雖選用稀硫酸，沒抓住解題關(guān)鍵，不是由溶液是否變藍(lán)確認(rèn)，而是想當(dāng)然，看紅色產(chǎn)物溶解情況，若部分溶解(因Cu不溶于稀硫酸，而Cu2O可溶)，可知有Cu2O，甚至認(rèn)為看有無Cu生成，若有Cu生成(因Cu+在酸溶液中分解成Cu2+和Cu)，則有Cu2O。

　　例8試樣X由氧化亞鐵和氧化銅組成，取質(zhì)量相等的兩份試樣按下圖所示進行實驗：(1997年全國高考題)

　　(1)請寫出步驟③中所發(fā)生的全部反應(yīng)的離子方程式。

　　(2)若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反應(yīng)后，生成的不溶物W的質(zhì)量是m，則每份試樣X中氧化銅的質(zhì)量為。(用m表示)

　　思路分析：根據(jù)題目的設(shè)定，先對溶液Y和粉末Z的組成作正確的判斷。

　�、僦蠪eO、CuO與鹽酸反應(yīng)式為：FeO+2HCl=FeCl2+H2OCuO+2HCl=CuCl2+H2O

　�、谥性嚇釉谳^高溫度下與CO反應(yīng)為：FeO+CO=Fe+CO2CuO+CO=Cu+CO2

　　由此可見，溶液Y與粉末Z混合就是FeCl2、CuCl2溶液、金屬Fe、Cu以及過量鹽酸的混合。在此混合物中，兩種金屬單質(zhì)中只有Fe可分別與CuCl2溶液和HCl反應(yīng)，離子方程式為：

　　Fe+Cu2+=Fe2++CuFe+2H+=Fe2++H2↑

　　③中反應(yīng)后的溶液呈強酸性表明HCl剩余，可判斷Fe已沒有剩余;溶液中不含Cu2+意味著CuCl2已全部參加了與Fe的置換反應(yīng)，不溶物W全部是Cu。它是由兩份試樣中的CuO轉(zhuǎn)變而來。因此，一份試樣中的CuO質(zhì)量為

　　0.5m×(CuO/Cu)=0.5m×(80/64)=5m/8。

　　答案：(1)Fe+Cu2+=Fe2++CuFe+2H+=Fe2++H2↑(2)5m/8

　　方法要領(lǐng)：題目涉及到的化學(xué)基礎(chǔ)知識有：金屬氧化物跟酸的反應(yīng)，CO的還原性，金屬單質(zhì)與鹽溶液、非氧化性酸的置換反應(yīng)，離子方程式的書寫，有關(guān)的化學(xué)計算。其中，化學(xué)計算是通過填空的形式使那些只顧方法正確而忽視結(jié)果正確的考生得不到分?jǐn)?shù)。

　　題目在敘述過程中設(shè)置了幾個障礙點，它們是：

　　1.溶液Y和粉末Z經(jīng)過反應(yīng)③后所得溶液具有強酸性，會使判斷力不強的考生不能由此對溶液中不含鐵粉作出肯定的認(rèn)定。

　　2.離子方程式歷來是考試中的難點，在鹽酸、氯化亞鐵、氯化銅、金屬鐵和金屬銅5種物質(zhì)共存時，判斷有關(guān)的離子反應(yīng)并書寫離子方程式。

　　3.m是全部不溶物的質(zhì)量，試題要求回答的是每份試樣中氧化銅的質(zhì)量，這是一種具有較大迷惑性的設(shè)問，對考生的思維嚴(yán)密性是一種深刻的檢驗。如不能通過這種檢驗，會把答案錯寫成5m/4。

　　例9“鹵塊”的主要成分為MgCl2(含F(xiàn)e2+、Fe3+、Mn2+等雜質(zhì)離子)，若以它為原料，按

　　如下工藝流程圖，即可制得“輕質(zhì)氧化鎂”。(1997年高考試測題)

　　如果要求產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)離子，而且成本較低。流程中所用試劑或pH控制可參考下列附表確定。

　　表1生成氫氧化物沉淀的pH

　　物質(zhì)開始沉淀沉淀完全

　　Fe(OH)32.73.7

　　Fe(OH)27.69.6*

　　Mn(OH)28.39.8

　　Mg(OH)29.611.1

　　*Fe2+氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化成為Fe3+，生成沉淀Fe(OH)3而除去。

　　表2工業(yè)品價格表

　　工業(yè)品規(guī)格價格(元/t)

　　漂液含NaClO25.2%450

　　過氧化氫30%2400

　　燒堿98%2100

　　純堿99.5%600

　　鹵塊含MgCl230%310

　　請?zhí)顚懸韵驴瞻?

　　(1)在步驟②中加入的物質(zhì)X，最佳選擇應(yīng)是，其作用是。

　　(2)在步驟③中加入的物質(zhì)Y應(yīng)是，之所以要控制pH=9.8的目的是。

　　(3)在步驟⑤時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是：。

　　思路分析：題目給出了生產(chǎn)的工藝流程，也是為考生提供了解題線索。

　　為除去Fe2+、Fe3+、Mn2+等雜質(zhì)離子，從表1可以看出，當(dāng)加入燒堿控制在pH=9.8時即可達到目的。此時Mg2+離子也會因生成部分Mg(OH)2而進入沉淀中,但由于鹵塊價格低廉，這點不可避免的損失還是可以承受的,其結(jié)果是保證了產(chǎn)品的純度.。

　　為將Fe2+氧化成Fe3+離子，有兩種氧化劑可以采用,即漂液和過氧化氫。從表2中的價格可看出，前者比后者便宜得多，應(yīng)選用漂液。

　　從氯化鎂制成氧化鎂，有兩條反應(yīng)路線：

　　其一，燒堿路線：

　　MgCl2Mg(OH)2MgO

　　其二，純堿路線：

　　MgCl2MgCO3MgO

　　燒堿比純堿價格昂貴，生成的中間產(chǎn)物氫氧化鎂是膠狀沉淀會造成過濾困難，更重要的是反應(yīng)過程中不能進行輕化處理，因而只能得重質(zhì)氧化鎂。由此而見，燒堿路線應(yīng)當(dāng)摒棄。

　　純堿價格較低，生成的中間產(chǎn)物碳酸鎂呈粗顆粒狀，易過濾，碳酸鎂在水中經(jīng)一定時間的加熱會有部分因水解形成了二氧化碳：

　　MgCO3+H2O=Mg(OH)2↓+CO2↑

　　由于氣體二氧化碳的產(chǎn)生，使沉淀變?yōu)槭杷�，灼燒沉淀后得到的是輕質(zhì)氧化鎂。

　　答案：(1)漂液使Fe2+氧化成為Fe3+(2)燒堿使除Mg2+以外的各種雜質(zhì)金屬離子都生成氫氧化物沉淀以便過濾除去。(3)MgCO3+H2O=Mg(OH)2↓+CO2↑

　　方法要領(lǐng)：試題強調(diào)了生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益，其立意指向了化學(xué)學(xué)習(xí)中的價值觀，將經(jīng)濟價值觀與化學(xué)反應(yīng)的選擇結(jié)合在一起考查了考生的評價能力，這是一種對思維作較深刻的考查，也是適應(yīng)商品經(jīng)濟大背景下的對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和測試。

　　解題中善于應(yīng)用數(shù)據(jù)來判斷問題、解決問題，善于調(diào)取已形成的知識網(wǎng)絡(luò)，把在暫時硬水軟化中學(xué)到的知識遷移到輕質(zhì)氧化鎂的生產(chǎn)里來。

　　解題中防止：步驟②誤選過氧化氫。根據(jù)是過氧化氫不會引入“雜質(zhì)離子”，因為在步驟⑤中，我們只需沉淀物，把濾液棄去，因而鈉離子和氯離子不會進入產(chǎn)物，步驟③誤選為純堿。根據(jù)是純堿比燒堿便宜得多，如果將步驟③中的Y改成純堿，由于純堿的堿性明顯小于燒堿，要使pH升高到9.8必須加大純堿的用量，就會形成碳酸鹽沉淀，而表中無碳酸鹽溶解度資料，無法判斷除雜的效果，而且碳酸根離子用量增大，可導(dǎo)致生成碳酸鎂沉淀，所以加入氫氧化鈉為宜。