第三章 金属及其化合物第3讲 铁及其化合物.docx

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第三章金属及其化合物第3讲铁及其化合物

第3讲　铁及其化合物

[考纲要求]　1.了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。

2.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。

3.能鉴别溶液中的Fe2＋、Fe3＋。

考点一　用物质分类思想认识铁及其重要化合物

1．铁的存在

2．铁的性质

（1）物理性质

纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。

（2）化学性质：

铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成＋2、＋3两种价态的化合物。

用化学方程式或离子方程式表示下列变化

Fe＋H2O（g）

3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

3．铁的氧化物和氢氧化物

（1）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

（2）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

4．亚铁盐和铁盐

（1）亚铁盐：

含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋既有________性，又有________性，Fe2＋与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为_______________________________________________________

__________________，___________________________________________________。

（2）铁盐：

①氧化性：

含有Fe3＋的溶液呈______色，Fe3＋具有氧化性，Fe3＋与Fe、Cu反应的离子方程式分别为______________________________，______________________________。

②特性：

含有Fe3＋的盐溶液遇到________时变成血红色。

③易水解：

FeCl3滴入沸水中的离子方程式：

________________________________。

答案　

（1）氧化　还原　Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

（2）①棕黄色　2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋　2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋　②KSCN　③Fe3＋＋3H2O

Fe（OH）3（胶体）＋3H＋

深度思考

1．铁有很强的抗腐蚀能力，为什么日常生活中的铁制品容易生锈？

答案　主要因为铁不纯，往往含有碳等杂质，当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电解质溶液（如食盐水）时会发生电化学腐蚀。

2．铁、铝遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化，是物理变化还是化学变化？

答案　常温下铁、铝遇冷的浓HNO3、浓H2SO4时表面会生成一层致密的氧化物薄膜，化学上称为钝化，属于化学变化。

3．FeCl3、FeCl2和Fe（OH）3是否都可以通过化合反应制取？

答案　都可以。

2Fe＋3Cl2

2FeCl3

2FeCl3＋Fe===3FeCl2

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

4．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？

写出有关反应的化学方程式或离子方程式。

答案　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），不活泼金属的盐溶液（如CuSO4溶液）反应，都可实现这种转化。

如：

Fe＋S

FeS,2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu。

（2）Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成＋3价？

写出有关反应的化学方程式。

答案　Fe→Fe3＋：

铁与强氧化剂（如Cl2、HNO3、浓硫酸）在一定条件下反应都会实现这种转化。

例如：

2Fe＋3Cl2

2FeCl3，Fe＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O,2Fe＋6H2SO4（浓）

Fe2（SO4）3＋3SO2↑＋6H2O。

题组一　铁及其化合物的性质

1．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣，上述沉淀和残渣分别是（　　）

A．Fe（OH）3　Fe2O3B．Fe（OH）2　Fe2O3

C．Fe（OH）2　Fe（OH）3D．Fe（OH）2　Fe3O4

答案　B

解析　铁与稀硫酸反应生成FeSO4，再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe（OH）2，在空气中加热Fe（OH）2，铁元素被氧化为＋3价，最后所得红棕色残渣为Fe2O3。

2．在高温条件下铁与水能发生反应。

资料显示，在不同温度下，还原铁粉与水蒸气反应的产物是不同的，温度低于570℃时，生成FeO，高于570℃时，生成Fe3O4。

老师用右图所示实验装置，完成还原铁粉与水蒸气反应的演示实验。

（1）实验中使用肥皂液的作用是__________________________________________。

（2）某同学设计下列实验方案以确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4。

确定是否存在Fe3O4需要测定并记录的实验数据是____________________________

________________________。

答案　

（1）检验反应中生成的H2

（2）固体样品质量和红棕色固体的质量

解析　本题主要考查实验设计与探究，意在考查学生分析处理实验数据并得出合理结论的能力。

为了确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4，必须测定实验后固体中铁与氧的物质的量之比，因黑色粉末溶解时有少量气泡产生，故一定含有金属铁，只有当黑色粉末中

≤1时，才一定含有Fe3O4，因此该同学实验中必须测定固体样品质量和红棕色固体（Fe2O3）的质量，以确定铁与氧的物质的量之比。

题组二　铁及其化合物的定量计算

3．在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量（纵坐标）与所加铁粉的物质的量（横坐标）的关系如图所示。

请将正确答案的序号填在相应的横线上。

①Fe3＋　②Fe2＋　③Fe、Fe2＋④Fe2＋、Fe3＋

（1）AB段铁元素以__________形式存在。

（2）BC段铁元素以__________形式存在。

（3）CD段铁元素以__________形式存在。

答案　

（1）①　

（2）④　（3）③

解析　向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。

4．由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21∶8，则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是（　　）

A．1∶2∶1B．2∶1∶1

C．1∶3∶1D．1∶1∶3

答案　D

解析　可用平均组成法来求解：

在混合物中铁原子和氧原子物质的量之比为（21/56）∶（8/16）＝3∶4，则混合物的平均组成为Fe3O4，在三种组合中Fe3O4则不必多考虑，应注意FeO和Fe2O3混合后也应符合n（Fe）∶n（O）＝3∶4，所以在混合物中它们的物质的量之比必须是1∶1。

5．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，无血红色出现。

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．0.21molB．0.25mol

C．0.3molD．0.35mol

答案　B

解析　

n（HNO3）＝0.6mol，n（NO）＝0.1mol，反应后铁元素的存在形式为Fe（NO3）2，根据元素守恒，可知反应后溶液中的n（NO

）＝0.5mol，n（Fe2＋）＝0.25mol，即n（Fe）＝0.25mol。

归纳总结

1．分析铁与稀HNO3反应的关键

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过量时：

Fe＋2Fe（NO3）3===3Fe（NO3）2，两者相加得总方程式：

3Fe＋8HNO3（稀）===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。

2．在铁及其化合物的计算中能用“守恒法”的很多，常用到的有质量守恒、电子守恒等。

如第5题中用到N原子守恒、Fe原子守恒以及溶液中Fe2＋、NO

的电荷守恒。

题组三　有关铁及其化合物的实验探究

6．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）。

答案　①②③⑤

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＋，与电解水产生的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。

反思归纳

成功制备Fe（OH）2的关键

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↓

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。

考点二　“铁三角”的转化关系及应用

“铁三角”的转化关系

深度思考

1．用离子方程式实现下列转化：

Fe2＋

Fe3＋

①2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；

②3Fe2＋＋4H＋＋NO

===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑；

③2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；

④Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。

2．如何除去括号中的杂质

（1）Fe2＋（Fe3＋）：

加过量铁粉，过滤；

（2）FeCl3（FeCl2）：

加氯水或H2O2；

（3）FeCl2（CuCl2）：

加过量铁粉，过滤；

（4）Fe（Al）：

加过量强碱溶液，过滤；

（5）Fe2O3（Al2O3、SiO2）：

加过量强碱溶液过滤。

3．

（1）Fe2O3加入到足量的氢碘酸中，发生反应的离子方程式（用两个表示）为________________________________________________________________________，

________________________________________________________________________。

（2）Fe（OH）3加入到足量的氢碘酸中，发生反应的离子方程式（用一个表示）为________________________________________________________________________。

答案　

（1）Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O　2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋

（2）2Fe（OH）3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O

题组一　Fe2＋与Fe3＋的转化及应用

1．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　⑥NaNO3溶液

A．①②③B．①③④C．②④⑤D．②⑤⑥

答案　D

解析　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，⑥NO

在酸性条件下才表现强氧化性。

2．在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是（　　）

A．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋

B．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，可能含Cu2＋和Fe3＋

C．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3＋和Fe2＋，一定不含Cu2＋

D．若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋和Fe3＋

答案　D

解析　氧化性Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，加入铁粉后有固体剩余，Fe3＋一定不存在；若剩余固体全部都是Cu，溶液中还可能有Cu2＋，也可能恰好被完全置换；若剩余固体是Cu和Fe，则溶液中不可能有Cu2＋。

不论哪种情况，Fe3＋和Fe都会转化为Fe2＋。

3．在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液处理和资源回收的过程简述如下：

Ⅰ.向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液；

Ⅱ.向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液pH，同时鼓入足量的空气。

（1）FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为______________________________________

________________________________________________________________________。

（2）过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是___________________________________________，

分离得到的固体主要成分是________________________________________________，

从固体中分离出铜需采用的方法是__________________________________________。

（3）过程Ⅱ中发生反应的化学方程式为________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（2）反应掉FeCl3、CuCl2　Fe、Cu　加入足量稀盐酸后过滤

（3）4FeCl2＋4Ca（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3＋4CaCl2

解析　FeCl3溶液蚀刻铜箔的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，得到的废液中含有FeCl3、CuCl2、FeCl2。

题组二　Fe3＋、Fe2＋的检验

4．为了验证Fe3＋的性质，某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验，其中实验方案设计错误的是（　　）

A．④B．③

C．③④D．①②③④⑤

答案　C

解析　③不反应，实验方案及现象均错；④检验的是Cl－，与Fe3＋的性质无关。

5．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．①③B．③②C．③①D．①②③

答案　C

解析　在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变血红色，无Fe3＋存在，再加入氯水，将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液变为血红色。

KMnO4溶液呈紫红色，溶液颜色变化不明显，所以不用KMnO4溶液。

反思归纳

检验Fe2＋、Fe3＋的常用方法

1．根据溶液颜色

含有Fe2＋的溶液显浅绿色

含有Fe3＋的溶液显黄色

2．用KSCN溶液和氯水

（1）流程：

溶液

（2）有关反应：

Fe3＋＋3SCN－Fe（SCN）3（血红色）

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

3．用NaOH溶液

（1）流程：

溶液

（2）有关反应：

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

题组三　涉及Fe2＋、Fe3＋的离子共存问题

6．下列各离子组能大量共存的是（　　）

A．Fe3＋、NH

、H＋、SO

B．Fe3＋、Br－、Na＋、I－

C．Fe2＋、AlO

、Na＋、NO

D．Fe3＋、HCO

、NH

、NO

答案　A

解析　B项中Fe3＋与I－易发生氧化还原反应；C项中Fe2＋与AlO

发生双水解反应不能大量共存；D项中，Fe3＋与HCO

发生双水解反应不能大量共存。

7．下列离子在指定溶液中能大量共存的是（　　）

A．1.0mol·L－1的KNO3溶液：

H＋、Fe2＋、Cl－、SO

B．1.0mol·L－1的FeCl2溶液：

NO

、Na＋、K＋、ClO－

C．使酚酞变红的溶液中：

Na＋、Cl－、SO

、Fe3＋

D．酸性溶液中：

NO

、SO

、Fe3＋、Mg2＋

答案　D

解析　A项中KNO3在酸性条件下能氧化Fe2＋；B项中ClO－能氧化Fe2＋；C项中Fe3＋在碱性条件下易水解，只能存在于酸性溶液中。

反思归纳

Fe3＋、Fe2＋的离子共存问题

（1）Fe2＋、Fe3＋均水解，与HCO

、AlO

、CO

等因水解相互促进，在溶液中不能大量共存。

（2）Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO

，Fe2＋与NO

（H＋）、ClO－、MnO

（H＋）在溶液中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。

探究高考　明确考向

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）向FeBr2溶液中通入足量氯气：

2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2===2Fe3＋＋2Br2＋6Cl－（　　）

（2013·海南，10C）

（2）将水蒸气通过灼热的铁粉，铁与水在高温下反应，粉末变红（　　）

（2013·广东理综，23D）

（3）向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，该溶液中一定含有Fe2＋（　　）

（2013·江苏，13D）

（4）Fe3＋有氧化性，所以FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜（　　）

（2012·广东理综，12D）

（5）在“硫酸亚铁铵的制备”实验中，为了得到硫酸亚铁铵晶体，应小火加热蒸发皿，直到有大量晶体析出时停止加热（　　）

（2012·浙江理综，8C）

（6）过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液，溶液呈血红色，说明稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋（　　）

（2011·安徽理综，10A）

（7）Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3（　　）

（2012·天津理综，2D）

（8）Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同（　　）

（2011·重庆理综，7A）

（9）Fe与S混合加热生成FeS2（　　）

（2012·重庆理综，7A）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）√　（5）×　（6）×（7）×　（8）×　（9）×

解析　

（2）4H2O（g）＋3Fe

Fe3O4＋4H2，粉末变黑。

（4）原理为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

（5）硫酸亚铁铵是通过降温结晶的方法来制备的，其制备过程是先制成高温饱和溶液，然后冷却，而不是用蒸发结晶的方法来获得的。

（6）3Fe＋8HNO3（稀）===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，所以溶液不呈血红色，因为过量的Fe又把Fe3＋还原成Fe2＋。

（7）Fe在Cl2中燃烧只生成FeCl3。

（8）Fe与Cl2反应生成FeCl3，Fe与稀盐酸反应生成FeCl2。

（9）Fe与S混合加热生成FeS。

2．[2012·新课标全国卷，26

（1）

（2）]铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。

（1）要确定铁的某氯化物FeClx的化学式，可用离子交换和滴定的方法。

实验中称取0.54g的FeClx样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH－的阴离子交换柱，使Cl－和OH－发生交换。

交换完成后，流出溶液的OH－用0.40mol·L－1的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0mL。

计算该样品中氯的物质的量，并求出FeClx中x的值：

__________________（列出计算过程）。

（2）现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品，采用上述方法测得n（Fe）∶n（Cl）＝1∶2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为__________。

在实验室中，FeCl2可用铁粉和__________反应制备，FeCl3可用铁粉和__________反应制备。

答案　

（1）n（Cl）＝0.0250L×0.40mol·L－1＝0.010mol

0．54g－0.010mol×35.5g·mol－1＝0.185g

n（Fe）＝0.185g/56g·mol－1≈0.0033mol

n（Fe）∶n（Cl）＝0.0033∶0.010≈1∶3，x＝3

（2）0.10　盐酸　氯气

解析　解答此题的关键是明确阴离子交换柱交换出的OH－的物质的量等于Cl－的物质的量，从而求出FeClx中x的值。

（1）首先明确阳离子交换柱和阴离子交换柱的作用，根据离子等量交换，溶液中OH－的物质的量等于FeClx中Cl－的物质的量。

通过中和滴定知n（OH－）＝n（H＋）＝0.40mol·L－1×25.0×10－3L＝0.010mol，故n（Cl－）＝0.010mol。

FeClx中Fe元素的质量为0.54g－35.5g·mol－1×0.010mol＝0.185g

FeClx中Fe元素与Cl元素的物质的量之比为

∶0.010mol≈1∶3，故x＝3。

（2）根据题意可设该混合物的组成为FeCl2.1，利用十字交叉法可得样品中FeCl3的物质的量分数为0.10。

注意制备FeCl2选用弱氧化剂，制备FeCl3选用