第三章第三讲铁及重要化合物.docx
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第三章第三讲铁及重要化合物
第三讲 铁及其重要化合物
[2017高考导航]
考纲要求
真题统计
命题趋势
1.了解铁的主要性质及其应用。
2.了解铁的重要化合物的主要性质及其应用。
3.以Fe2+、Fe3+的相互转化为例,理解变价金属元素的氧化还原反应。
4.能鉴别溶液中的Fe2+、Fe3+。
2015,卷Ⅰ10T(AB)、27T
(2);
2015,卷Ⅱ26T(4)、28T(4);
2014,卷Ⅰ8T(D)、37T
(2);
2014,卷Ⅱ7T(D);
2013,卷Ⅱ10T(A)
本部分在高考中以铁及其重要化合物知识为载体,考查对化学基本概念、基本理论的掌握。
主要涉及铁及其重要化合物与生产、生活密切联系的地方,如铁的腐蚀、水的净化等,题型有选择题、非选择题,选择题一般较易,非选择题难度中等,有时稍难。
预计2017年高考中,还会以铁及其重要化合物为载体,对基本概念、基本理论进行考查。
与生产、生活联系密切的内容,也是今后高考的趋势。
复习备考时注意Fe2+、Fe3+的检验和铁及其重要化合物与实验相结合的考查。
考点一 铁及其重要化合物[学生用书P64]
1.铁的存在形式
2.铁的物理性质
纯铁具有金属的共性,如具有银白色金属光泽,具有导电、导热和延展性,具有能被磁铁吸引的特征。
3.铁的化学性质(用化学方程式表示)
铁单质性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
(1)与非金属单质的反应
①与O2的反应
常温:
铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为Fe2O3。
点燃:
3Fe+2O2
Fe3O4。
②与Cl2的反应:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
③与S的反应:
Fe+S
FeS。
(2)与水的反应:
常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
(3)与酸的反应
①与非氧化性酸反应的离子方程式:
Fe+2H+===Fe2++H2↑。
②与氧化性酸反应:
遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化,与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应,但无H2产生。
(4)与盐溶液的反应
①与CuSO4溶液反应的离子方程式:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
②与FeCl3溶液反应的离子方程式:
Fe+2Fe3+===3Fe2+。
4.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化合价
+2
+3
+2,+3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
5.铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热分解
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱溶液反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的关系
在空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,反应方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸。
( )
(2)将一定量的铁、铜的混合物加入到100mL0.1mol·L-1的FeCl3溶液中,充分反应后,溶液中有固体剩余,则剩余的固体中一定含有铜,可能含有铁。
( )
(3)(2014·高考全国卷Ⅱ,7-D)用含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封包装,此过程没有发生化学反应。
( )
(4)Fe与Cl2、Br2、I2反应均生成+3价的Fe。
( )
(5)Fe与稀HNO3反应,无论生成Fe(NO3)3,还是Fe(NO3)2,还是二者混合物,被还原的HNO3总是占参与反应HNO3的
。
( )
(6)将水蒸气通过灼热的铁粉,铁与水在高温下反应,粉末变红。
( )
(7)1molCl2和Fe反应生成FeCl3转移电子数为3NA。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)×
2.(高考组合题)下列说法正确的是( )
A.(2014·高考山东卷)中性溶液中可能大量存在Fe3+、K+、Cl-、SO
B.(2014·高考江苏卷)氧化铁能与酸反应,因此可用于制作红色涂料
C.(2015·高考江苏卷)Fe2O3
FeCl3(aq)
无水FeCl3能一步实现
D.(2015·高考四川卷)铁粉作食品袋内的脱氧剂是起还原作用
解析:
选D。
A项,中性溶液中Fe3+因水解,不能大量存在,错误;B项,氧化铁用作红色涂料是利用了其颜色呈红棕色,与其能与酸反应的性质无关,错误;C项,氯化铁能够发生水解反应,因此蒸发氯化铁溶液不可能得到无水氯化铁,错误;D项,铁粉作食品袋内的脱氧剂,防止食品被氧化,起还原作用,正确。
名师点拨
(1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的氯化物不同,Fe与Cl2反应生成FeCl3,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。
(2)铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
(3)铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3;铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。
(4)Fe3O4的组成可理解为FeO·Fe2O3,与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时生成Fe2+和Fe3+;与氧化性酸(如HNO3)反应时生成Fe3+;与还原性酸(如HI)反应时生成Fe2+。
(2016·金考卷选粹)把22.4g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中,如反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO,下列说法正确的是( )
A.反应后生成的盐只为Fe(NO3)3
B.反应后生成的盐只为Fe(NO3)2
C.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为1∶3
D.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为3∶1
[解析] 由于铁的物质的量为
=0.4mol,所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8mol(此时只产生Fe2+)和1.2mol(此时只产生Fe3+)之间,又产生0.3molNO2和0.2molNO,即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3mol×(5-4)+0.2mol×(5-2)=0.9mol,所以对应的产物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2。
设前者的物质的量为x,后者的物质的量为y,则由铁原子守恒可得x+y=0.4mol,由得失电子守恒得3x+2y=0.9mol,解得x=0.1mol,y=0.3mol。
[答案] C
铁元素是典型的变价金属元素,它在化合物中主要表现为+2价和+3价,请归纳总结:
(1)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成+2价?
(2)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成+3价?
答案:
(1)Fe→Fe2+:
铁与氧化性比较弱的非金属单质(如S、I2)、非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)和不活泼金属的盐溶液(如CuSO4溶液)反应,都可实现这种转化。
例如:
Fe+S
FeS、2H++Fe===Fe2++H2↑、Cu2++Fe===Fe2++Cu。
(2)Fe→Fe3+:
铁与强氧化剂(如Cl2、HNO3)在一定条件下反应可实现这种转化。
例如:
2Fe+3Cl2
2FeCl3、Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O。
数轴法分析铁与稀HNO3反应的产物
一是明确哪种物质过量,二是根据两种物质的量分析讨论判断,根据反应方程式:
HNO3过量:
Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O;
Fe过量:
Fe+2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2;
两者相加得总方程式:
3Fe+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,可以用数轴表示:
解题时需注意量的范围。
即:
①
≤
,产物仅有Fe(NO3)3,稀HNO3可能有剩余;②
≥
,产物仅有Fe(NO3)2,Fe可能有剩余;③
<
<
,产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,Fe和稀HNO3都反应完全。
题组一 铁及其化合物的性质及计算
1.(2015·高考北京卷)在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:
2NO+O2===2NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化
解析:
选C。
A.铁放入稀HNO3中发生反应Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,NO逸出,遇到O2生成NO2,气体由无色变为红棕色。
B.铁放入浓HNO3中,在常温下会钝化,即在Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应。
C.浓HNO3的氧化性强于稀HNO3。
D.在铁、铜之间连接一个电流计,根据电子的流向(与电流方向相反),可判断铁是否被氧化。
若电子由铁移动到铜,则铁被氧化。
2.(2016·安徽江淮名校第二次联考)5.6g铁粉与一定量的硫黄混合,在空气中加热发生剧烈反应,冷却后用足量的盐酸溶解反应后的残留固体,产生了2.0L气体(标准状况),通过分析可知其小于应生成的气体量,其最可能的原因是( )
A.硫黄量不足
B.生成了FeS
C.生成了Fe2S3
D.有部分Fe被空气中的氧气氧化了
解析:
选D。
当此混合物反应完全后,加入足量的盐酸时,如果铁过量,1mol铁对应1mol氢气,如果硫过量,硫化亚铁与盐酸反应,1mol硫化亚铁对应1mol硫化氢气体,故5.6g铁反应,对应的气体为2.24L,但是实际产生的气体体积偏小,故可能原因是部分Fe被空气中的氧气氧化了。
3.向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150mL4mol·L-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解,放出2.24LNO(标准状况),往所得溶液中加入KSCN溶液,无红色出现。
若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物,所得到的铁的物质的量为( )
A.0.21mol B.0.25mol
C.0.3molD.0.35mol
解析:
选B。
Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物与稀硝酸恰好反应后,溶液中只有Fe(NO3)2,根据N元素守恒关系知反应后溶液中n(NO
)=0.15L×4mol·L-1-
=0.5mol,则n(Fe)=0.25mol。
题组二 Fe(OH)2的制备实验探究
4.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
解析:
因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生反应:
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。
①、②原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解NaCl溶液产生的OH-结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于带入空气中的氧气,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
答案:
①②③⑤
制备Fe(OH)2的关键与方法
由于Fe(OH)2具有很强的还原性,易被氧化为Fe(OH)3,在实验室中制备Fe(OH)2,并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态,成为物质制备实验探究的热点。
制备原理:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
(1)成功关键
①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质;
②制备过程中,保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。
(2)制备Fe(OH)2时常采用的方法
①采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2+易被空气中的氧气氧化成Fe3+);
②将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解的氧气);
③将碱直接加到亚铁盐溶液的底部[使生成的Fe(OH)2与空气隔离];
④在亚铁盐溶液的液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小而又不溶于水的有机溶剂)。
考点二 亚铁盐、铁盐的化学性质[学生用书P67]
1.Fe2+的氧化性和还原性
Fe2+处于铁的中间价态,既有氧化性,又有还原性。
在中学阶段接触Fe2+的氧化还原反应中其主要表现还原性,如Fe2+遇Br2、Cl2、H2O2、NO
(H+)等均表现还原性。
2.Fe3+的氧化性
Fe3+处于铁的高价态,表现较强的氧化性,如Fe3+能氧化Fe、Cu、HI、H2S等。
3.Fe2+与Fe3+的相互转化
用离子方程式实现下列转化:
Fe2+
Fe3+
①2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;
②3Fe2++4H++NO
===3Fe3++2H2O+NO↑;
③2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;
④2Fe3++Fe===3Fe2+;
⑤Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。
4.检验Fe2+、Fe3+的常用方法
(1)溶液颜色
含有Fe2+的溶液显浅绿色;含有Fe3+的溶液显(棕)黄色。
(2)用KSCN溶液和氯水
涉及的反应:
Fe3++3SCN-
Fe(SCN)3(红色)
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(3)用NaOH溶液
涉及的反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓(红褐色沉淀)
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓(白色沉淀)
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
1.写出下列转化的主要离子方程式:
(1)Fe2+ClO-(少量)、H+,Fe3+:
______________________________________________;
(2)Fe3+
Fe2+:
_______________________________________________________;
(3)FeCl3溶液与过量Na2S溶液的反应:
______________________________________。
答案:
(1)2Fe2++ClO-+2H+===2Fe3++Cl-+H2O
(2)2Fe3++S2-===2Fe2++S↓
(3)2Fe3++3S2-(过量)===2FeS↓+S↓
2.在FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的是( )
A.加入KSCN溶液一定不变红色
B.溶液中一定含Fe2+
C.溶液中一定含Cu2+
D.剩余固体中一定含Cu
解析:
选C。
铁粉与FeCl3、CuCl2的反应依次为2Fe3++Fe===3Fe2+、Cu2++Fe===Fe2++Cu。
充分反应后的固体可能为Cu或Fe和Cu的混合物,又由于2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,所以无论反应后的固体为Cu还是Fe和Cu的混合物,Fe3+一定不存在,A对;由以上分析知B、D均对;若反应后固体为Cu和Fe的混合物,溶液一定无Cu2+,C错。
名师点拨
(高考组合题)下列说法正确的是( )
A.(2015·高考全国卷Ⅰ,10-A)将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液,现象是有气体生成,溶液呈红色,原因是稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
B.(2015·高考全国卷Ⅰ,10-B)将铜粉加入1.0mol/LFe2(SO4)3溶液中,现象是溶液变蓝、有黑色固体出现,原因是金属铁比铜活泼
C.(2014·高考全国卷Ⅰ,8-D)FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作是因为FeCl3能从含Cu2+的溶液中置换出铜
D.(2014·高考大纲卷改编)室温下,能将浓硫酸盛放在铁桶中
[解析] A项,过量铁粉与稀硝酸充分反应后铁元素转化为Fe2+,滴加KSCN溶液后不出现红色;B项,铜粉与Fe2(SO4)3溶液发生反应2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,溶液变蓝但不会有黑色固体出现;C项,FeCl3与Cu2+不反应,制作线路板的原理为Fe3+能腐蚀铜,发生反应2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+;D项,室温下,Fe遇浓H2SO4钝化,可用铁桶盛放浓H2SO4。
[答案] D
1.在浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀盐酸时,溶液颜色变化应是( )
A.颜色变浅 B.逐渐变深绿
C.没有改变D.变棕黄色
解析:
选D。
Fe(NO3)2溶液中加入盐酸时发生反应:
3Fe2++4H++NO
===3Fe3++NO↑+2H2O,有棕黄色的Fe3+生成。
2.下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀硝酸
⑤盐酸
A.①②③ B.①③④
C.②④⑤D.②⑤
解析:
选D。
要实现Fe2+转化为Fe3+,必须加强氧化性物质,②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性。
题组一 Fe2+与Fe3+的转化
1.(2016·北京重点中学第一次月考)用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,向所得的溶液中加入铁粉。
对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是( )
A.若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+
B.若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出
C.若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+
D.若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出
解析:
选C。
无固体剩余,说明铜全部以铜离子形式存在,加入的铁粉没有与Cu2+反应,全部与Fe3+反应,溶液中一定含有Fe2+,可能含有Fe3+,A错误;若溶液中有Cu2+,加入的铁粉不足,可能只与Fe3+反应,也可能与Fe3+反应后剩余的铁粉与部分Cu2+反应生成铜,所以可能有固体析出,B错误;若有固体存在,固体中一定有铜,可能有铁,溶液中一定含有Fe2+,C正确;当加入的铁粉较少时,只发生Fe+2Fe3+===3Fe2+时,不会有铜析出,D错误。
2.(2015·高考四川卷)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O===15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。
请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择________(填字母编号)。
A.KMnO4溶液
B.K3[Fe(CN)6]溶液
C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除尽。
通入空气引起溶液pH降低的原因是________________________________________________________________________
________________________________________。
解析:
(1)碱性氧化物(Fe2O3)与酸(H2SO4)反应生成盐[Fe2(SO4)3]和水,离子方程式为Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。
(2)Fe3+的检验应选择KSCN溶液,C项正确;A、B项均为检验Fe2+的试剂。
(3)通入空气引起溶液pH降低的原因:
Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+。
答案:
(1)Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
(2)C
(3)Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+
题组二 Fe2+、Fe3+的检验
3.(教材改编)要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+进行如下实验操作时,最佳顺序为( )
①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A.①③ B.③②
C.③①D.①②③
解析:
选C。
在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液,溶液不变红色,无Fe3+存在,再加入氯水,将Fe2+氧化成Fe3+,溶液变为红色。
KMnO4溶液呈紫红色,溶液颜色变化不明显,所以不用KMnO4溶液。
4.向某晶体的溶液中加入含Fe2+的溶液无明显变化,当滴加几滴溴水后,混合液出现红色,由此得出下列的结论错误的是( )
A.Fe3+的氧化性比溴的氧化性强
B.该晶体中一定含有SCN-
C.Fe2+与SCN-不能形成红色化合物
D.Fe2+被溴氧化成Fe3+
解析:
选A。
某晶体的溶液中没有与Fe2+发生反应的离子,当加入溴水后,Fe2+一定被氧化成Fe3+,此时溶液出现红色,说明原晶体是含有SCN-的盐,很明显判断出B、C、D均正确;在Br2与Fe2+反应中,Fe3+是氧化产物,Br2是氧化剂,所以Br2的氧化性应比Fe3+的氧化性强,选项A符合题意。
1.Fe3+、Fe2+的离子共存问题
(1)Fe2+、Fe3+均易水解,与HCO
、AlO
、CO
等因水解相互促进,在溶液中均不能大量共存。
(2)Fe3+与S2-、I-、HS-、SO
、HSO
,Fe2+与NO
(H+)、ClO-、MnO
(H+)在溶液中均因发生氧化还原反应不能大量共存。
(3)Fe3+与SCN-发生络合反应不能大量共存。
2.Fe3+水解能力强,实际上pH>3.7时,Fe3+几乎完全水解生成Fe(OH)3沉淀。
欲除去某溶液中含有的Fe2+杂质时,一般先向溶液中加入氧化剂(如H2O2),使Fe2+被氧化为Fe3+,然后加碱或盐调节pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。
例如:
除去MgCl2中的少量FeCl3的方法是向溶液中加入Mg[或MgO、Mg(OH)2、MgCO3]再过滤。
3.关于Fe2+和Fe3+检验问题
(1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液;当溶液浓度较稀时,利用观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe2+和Fe3+的存在。
(2)检验Fe2+和Fe3+混合溶液时,要分两次分别检验Fe2+和Fe3+,检验Fe2+时要选择酸性高锰酸钾溶液,检验Fe3+时最好选择KSCN溶液。
具体方法如下:
①Fe3+的检验
溶液变红色,说明含有Fe3+
②Fe2+的检验
酸性KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2