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4.3 Fe²⁺与Fe³⁺的转化

铁及其重要化合物 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 Fe²⁺与Fe³⁺通过得失电子实现相互转化,本质是铁元素化合价升降的氧化还原反应。

从哪来 基于5.1 概念与原理中氧化还原反应的本质(电子转移)及化合价升降规律,结合铁元素价态变化逻辑。

为什么 铁原子最外层有2个电子,次外层有1个电子,因此铁既有+2价也有+3价。 1. Fe²⁺ → Fe³⁺:Fe²⁺失去1个电子,化合价升高,发生氧化反应,需要氧化剂(如Cl₂、HNO₃、H₂O₂等)。 2. Fe³⁺ → Fe²⁺:Fe³⁺得到1个电子,化合价降低,发生还原反应,需要还原剂(如Fe、Cu、I⁻等)。 这是由铁原子电子排布决定的固有化学性质,遵循“升失氧,降得还”的基本原理。

类比法:银行账户模型** * **适合学生
抽象思维较弱,喜欢具象化理解的学生。 * 讲解:把电子比作“钱”。Fe²⁺是“存款2元”的状态,Fe³⁺是“存款3元”的状态。 * 变成Fe³⁺:需要“存入”1元(失去1个电子,因为电子带负电,失去负电荷相当于正电荷增加,这里用“失去电子”对应“化合价升高”更准确,建议修正比喻:把化合价比作“负债”。Fe²⁺欠2元,Fe³⁺欠3元。 * 修正比喻:把化合价比作“等级”。Fe²⁺是2级,Fe³⁺是3级。 * 升级(2→3):需要“能量”或“外力”推动,即加入氧化剂(如氯水),让铁“升级”。 * 降级(3→2):需要“保护”或“还原”,即加入还原剂(如铁粉),让铁“降级”。 * *注:此法侧重记忆方向,需配合电子守恒计算。*
电子守恒法:数学平衡模型** * **适合学生
逻辑性强,擅长计算和推导的学生。 * 讲解: * 核心公式:$n(\text{氧化剂}) \times \text{得电子数} = n(\text{还原剂}) \times \text{失电子数}$。 * Fe²⁺ → Fe³⁺:每个Fe失去1e⁻。 * Fe³⁺ → Fe²⁺:每个Fe得到1e⁻。 * 强调:无论中间过程多复杂,只要确定始态和终态,电子得失总数必须相等。这是解决混合溶液计算题的“万能钥匙”。
实验现象法:颜色变化模型** * **适合学生
感性认识强,依赖实验现象记忆的学生。 * 讲解: * 浅绿色 (Fe²⁺):像淡绿色的薄荷水。 * 黄色/棕黄色 (Fe³⁺):像浓茶或生锈的颜色。 * 转化1:向浅绿色FeCl₂溶液中滴加氯水,溶液迅速变黄。口诀:“绿遇氯,变黄了”(Fe²⁺被氧化)。 * 转化2:向黄色FeCl₃溶液中加入铁粉,振荡,黄色褪去变浅绿。口诀:“黄遇铁,变绿了”(Fe³⁺被还原)。 * 通过颜色变化直观判断反应方向和产物。
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练一道
基础题
向含有FeCl₂的溶液中滴加新制氯水,写出离子方程式。
变式
向100mL 1mol/L FeCl₂溶液中通入标准状况下224mL Cl₂,反应后溶液中Fe³⁺的物质的量浓度是多少?(假设溶液体积不变)
试试手自己判
检测题
某溶液中含有Fe²⁺和Fe³⁺,加入足量铁粉后,Fe³⁺完全转化为Fe²⁺。若原溶液中Fe³⁺浓度为0.2 mol/L,Fe²⁺浓度为0.1 mol/L,反应后溶液中Fe²⁺的浓度是多少?(忽略体积变化)
看答案和判分标准
答案:0.5 mol/L
判对标准:
1. 正确写出反应:$2Fe^{3+} + Fe = 3Fe^{2+}$。
2. 正确计算生成的Fe²⁺:$n(Fe^{3+}) = 0.2V$,生成 $n(Fe^{2+})_{new} = \frac{3}{2} \times 0.2V = 0.3V$。
3. 正确计算总Fe²⁺:$n(Fe^{2+})_{total} = 0.1V + 0.3V = 0.4V$。
4. 正确计算浓度:$c = \frac{0.4V}{V} = 0.4 mol/L$。
* *等等,重新计算*:
* 反应:$2Fe^{3+} + Fe \rightarrow 3Fe^{2+}$
* 初始:$c(Fe^{3+})=0.2$, $c(Fe^{2+})=0.1$
* 变化:$Fe^{3+}$减少0.2,根据系数比2:3,$Fe^{2+}$增加 $0.2 \times \frac{3}{2} = 0.3$。
* 最终:$c(Fe^{2+}) = 0.1 + 0.3 = 0.4 mol/L$。
* *修正答案*:0.4 mol/L。
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