激光打印机墨粉中铁元素的探究

徽州一中 程来生

一、教学目标

1、知识与技能：复习巩固铁的化合物性质；从酸性、碱性、氧化性、还原性认识铁的化合物性质及相互转化途径。

2、过程与方法：通过归纳铁的化合物间的转化关系，学会从二维角度构建物质转化关系网络图；培养学生运用归纳和演绎方法解决实际问题的能力。

3、情感、态度与价值观：通过运用所学知识解决实际问题，使学生体会常见元素化合物知识的价值和意义；加强学生将化学知识用于实践的意识。

二、教学重、难点

重点：检验四氧化三铁并测定其含量的实验设计；铁的化合物间的转化关系。 难点：测定四氧化三铁含量的实验方案设计。 三、教学过程 教学环节 引入：展示学生构建的铁及其化合物网络图。 教师活动 讲评作业，强调“铁三角”之间的转化和铁及其氧化物之间的转化规律体现了物质的氧化还原性，要选择合适的氧化剂或还原剂实现转化，而铁的氧化物、铁盐和铁的化合物之间的转化体现物质的酸碱性，要选择合适的酸碱实现转化。 自主探究： 讨论检验打印机墨粉中四氧化三铁的实验方案。 1．展示网络新闻：“打印机致癌？”说明事情原委、提供墨粉成分说明书、实物； 2．提出问题：用什么化学方法可以确定墨粉中含有四氧化三铁？ 观看、思考、讨论、明确要利用具有明显现象提出解决问题的方案； 评价实验方法，最终得出最佳方案； 的反应来检验物质，进行定性实验； 不能直接检验的物质要通过物质的转化进行检验； 学生活动 思考 设计意图 明确转化关系的实质。 3．演示验证实验。 4．小结物质转化关系。 协作学习：讨论测定墨粉中四氧化三铁含量的实验方案。 1．提出问题：如何测定墨粉中四氧化三铁的含量？如何能更准确的测量四氧化三铁的含量？ 2．组织学生研讨； 3．评价几种测定方法； 4．回忆旧知识：测定混合物中某种物质含量的方法有哪些？ 5．小结物质转化关系。 小结：测定物质含量的实验方法 自主学习：2010年四川理综29. 总结 从物质类别和化合价角度认识物质性质，从二维角度构建铁的化合物网络图。 1．比较几种方法的优劣； 2．留思考题：能否用气体法测定墨粉中四氧化三铁的含量？ 启发学生结合本节内容进行解题 完成学案。 强化物质之间转化关系。 分组研讨； 讲述小组方案； 质疑、评价； 完成学案； 回顾定量实验的方法和原则； 完善铁的化合物间的转化关系，并能熟练应用； 明确实验设计不仅要关注物质的性质和转化关系，还要考虑具体的实验操作问题。 思考问题。 拓展知识，为后续学习留出空间。 研讨完成本题 培养学生知识运用能力 了解高考相关信息。 进一步完善铁的化合物网络图，认识二维网络图的特点，能应用到其它化合物的复习过程中。 创新提升：完善用氧化还原滴定法测定四氧化三铁含量1．提出问题： 用滴定法测量四氧化三铁的含量时，应该注意哪些问题？ 2．提供题目（见学案），学生解决思考、交流、完成学案。 扩展物质转化关系。 明确除了全面掌握所学知识，还要学会查阅资料，提取有用信息解决问题。 的实验方案。 问题。 【课前学案】

知识复习

1．铁的氧化物 名称（俗名） 化学式 铁的化合价 颜色 溶解性 与H+反应 与氧化性酸反应 在空气中的稳定性 生成方法 共性 2．铁的氢氧化物

制备 颜色 Fe(OH)2 化学性质 转化

3．Fe2+、Fe3+

溶液颜色 Fe2+ Fe3+ Fe(OH)3 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁 溶液配制方法 检验方法 方法1 方法2 方法3 方法4 4、网络关系 （1）请在箭头上填上适当的物质及反应类型，完成“铁三角”。

（2）请在方框内和箭头上填上适当物质，完成铁及其化合物（氧化物、盐、碱）转化关系图。

《激光打印机墨粉中铁元素的探究》学案

自主探究：验证墨粉中含有Fe3O4

实 验 流 程 离 子 方 程 式 协作学习：测定墨粉中Fe3O4的含量

实 验 流 方 案 一 程 离 子 方 程 式 实 验 流 方 案 二 程 离 子 方 程 式 实 验 流 其 程 他 离 方 子 案 方 程 式

任务三：在滴定法测定四氧化三铁的含量时，同学们提出用KI溶液滴定Fe3+的溶液，但在讨论如何观察滴定终点时遇到了问题，经过查找资料，同学发现碘水与硫代硫酸钠溶液可以发生如下反应： I2＋2S2O32- ＝ 2I - ＋S4O62-，于是设计了以下实验流程，请帮助该同学完善实验设计方案并解决相关问题。

（1）试剂②是__________________，加入试剂②的目的是____________________，步骤②的具体操作方法是______________________________________________________________________；

（2）写出步骤③所涉及的化学反应的离子方程式_______________________________________；

（3）试剂④是______________________，加入试剂④的目的是_____________________，步骤④实验现象是_______________________________________________________________________；

（4）在整个实验过程中需要记录___________数据，可以计算出墨粉中四氧化三铁的含量。

实战演练

2010年四川理综29.（16分）四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：

请回答下列问题：

（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是_____________________________________________。 （2）向滤液I中加入铁粉，发生反应的离子方程式为：________________、_________________。 （3）在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_______________ ________________。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，

将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、__________________、_________________、________________（填化学式），减少废物排放。

（4）A可用于生产红色颜料（Fe2O3），其方法是：将556a kgA（摩尔质量为278 g/mol）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336b kg A和112c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料_______________________kg。

强化练习

1．四氧化三铁在生产和生活中有着广泛的应用，人们工作中常用的打印机、复印机使用的墨粉主要成分就是Fe3O4，下图是某企业用氧化沉淀法生产Fe3O4的工艺流程：

已知：① 工业绿矾中Fe3O4的含量为52.5%，其中的杂质不参与反应；

② Fe(OH)2＋2Fe(OH)3＝Fe3O4·4H2O

请回答下列问题：

（1）铁的常见氧化物有_________________________________________________；

（2）Fe3O4与稀硝酸反应的离子方程式是____________________________，检验反应后的溶液中含Fe3+的方法________________________________________________________________；

（3）在工艺流程中，通入适量空气“氧化”时的化学方程式是___________；

（4）流程图中所示的副产品是_____________________________，提取该副产品还需要的的操作依次是 ___________（填写序号）

a．过滤 b．加热浓缩 c．冷却 d．结晶 e．洗涤

（5）在生产过程中，若工业绿矾的投料速率是12.16 kg/h，为使产品较纯，鼓入空气的速率应为___________ m3/h（假设反应在标准状态下进行，空气中O2占20%）。

2．2008宁夏理综27.（15分）

为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验（以下数据为多次平行实验测定结果的平均值）：

方案一：将a g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为580 mL（标准状况）；

方案二：将g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用0.02000 mol·L-1 的KMnO4溶

液滴定，达到终点时消耗了25.00 mL KMnO4溶液。

请回答下列问题：

（1）配平下面的化学方程式（将有关的化学计量数填入答题卡的横线上）： □KMnO4+□FeSO4+□H2SO4 = □Fe2(SO4)3+□MnSO4+□K2SO4+□H2O

（2）在滴定实验中不能选择 式滴定管，理由是 ；

（3）根据方案一和方案二测定的结果计算，铁片中铁的质量分数依次为 和 ；（铁的相对原子质量以55.9计）

（4）若排除实验仪器和操作的影响因素，试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析。 ①方案一 （填“准确”“不准确”“不一定准确”），理由是 ； ②方案二 （填“准确”“不准确”“不一定准确”），理由是 。 3．2009广东化学21.(12分)

三草酸合铁酸钾晶体 K3 [Fe(C2O4 )3]·3H2O 可用于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解，对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。

限选试剂：浓硫酸、1.0 mol·L-1 HNO3、1.0 mol·L-1 盐酸、1.0 mol·L-1 NaOH、3% H2O2、0.1mol·L-1 KI、0.1 mol·L-1 CuSO4、20% KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。

（1）将气体产物依次通过澄清石灰水（A）浓硫酸、灼热氧化铜（B）澄清石灰水（C）观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是___________。

（2）该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是___________，现象是___________。 （3）固体产物中铁元素存在形式的探究。

①提出合理假设：假设1：___________；假设2：___________；假设3：___________。 ②设计实验方案证明你的假设（不要在答题卡上作答）。 ③实验过程：

根据②中方案进行实验。在答题卡上按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。

实验步骤 预期现象与结论 步骤1： 步骤2： 步骤3： ...... 4．研究表明，高铁酸盐是一种新型、高效、多功能水处理剂，应用前景广阔。其中制备高铁酸盐的一种方法是次氯酸盐氧化法（湿法），反应原理：先制备次氯酸钾饱和溶液，再加入三价铁盐，合成高铁酸钾。请写出此过程涉及的离子方程式____________________________________________。