高三化学知识点之铁及其化合物.docx
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高三化学知识点之铁及其化合物
精品小班课程辅导讲义
讲义编号2014暑假12HX01
辅导科目：
化学年级：
新高三
课题
铁及其化合物
教学目标
1、复习铁及其化合物的性质，及其转化关系。
2、掌握铁离子的检验方法。
3、掌握铁及其化合物有关的应用与计算。
教学重点、难点
教学内容
一、考纲要求
铁
铁的物理性质
A
铁的化学性质
B
（1）铁与氧气、硫、氯气、盐酸、硫酸铜溶液、水的反应
（2）铁在浓硫酸中的钝化现象
铁合金及其用途
A
（1）合金的概念及其优良特点
（2）铁合金的性能及其用途
钢铁的冶炼
炼铁
B
（1）炼铁、炼钢中氧化剂、还原剂的选择及有关的氧化还原反应
炼钢
A
二、知识梳理
1.金属键和金属晶体
1）金属键：
金属阳离子和自由电子之间所形成的强作用力就是金属键。
2）金属晶体：
通过金属键所形成的晶体叫金属晶体。
（1）构成微粒：
金属阳离子和自由电子
（2）元素种类：
金属
（3）微粒间作用力：
金属键
（4）熔沸点：
一般较高
（5）典型实例：
Cu、Fe等金属以及合金
3）金属的物理通性
（1）金属表面一般都有光泽，黄金、白银、铂金等饰品就是利用了这一性质。
（2）金属具有导电性。
（3）金属具有导热性。
（4）金属具有良好的延展性。
2.铁单质的物理性质和化学性质
1）铁在地壳中的含量：
铁在地壳中的含量居第四位，仅次于氧、硅和铝．
铁元素的原子结构：
铁的原子序数为26，位于元素周期表第四周期Ⅶ族，属过渡元素．铁原子的最外层电子数为2个，可失去2个或3个电子而显+2价或+3价，但+3价的化合物较稳定．
2）物理性质：
⑴纯铁是光亮银白色金属；⑵纯铁的抗蚀力相当强；⑶有延展性、导热性和导电性；⑷具有铁磁性，能被磁铁吸引，在磁场的作用下，自身也能产生磁性。
3）化学性质：
能与非金属化合，能与水蒸气、酸反应，在冷的浓H2SO4、浓HNO3中钝化、能与盐溶液反应。
①Fe
Fe2+②Fe
Fe3+
③Fe2+
Fe3+④Fe3+
Fe2+
3．铁的氧化物
铁的氧化物
氧化亚铁
氧化铁
四氧化三铁
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
溶名
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
化合价
+2
+3
+2，+3
水溶性
不溶
⑴跟酸反应：
FeO+2H+→Fe2++2H2OFe3O4+8H+→Fe2++2Fe3++4H2O
3FeO+10HNO3（稀）→3Fe（NO3）3+NO↑+5H2OFe2O3+6HI→2FeI2+I2+3H2O
⑵氧化亚铁不稳定性：
6FeO+O2
2Fe3O4
⑶具有氧化性：
FexOy+yCO△xFe+yCO28Al+3Fe3O4高温4Al2O3+9Fe
4．铁的氢氧化物
名称
氢氧化亚铁
氢氧化铁
化学式
Fe（OH）2
Fe（OH）3
颜色
白色
红褐色
水溶性
不溶
不溶
与酸反应
Fe（OH）2+2HCl→FeCl2+2H2O
3Fe（OH）2+10HNO3（稀）→
3Fe（NO3）3+NO↑+8H2O
Fe（OH）3+3HCl→FeCl3+3H2O
2Fe（OH）3+6HI→
2FeI2+I2+6H2O
加热分解
6Fe（OH）2+O2
2Fe3O4+6H2O
2Fe（OH）3
Fe2O3+3H2O
还原性
4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3
制法
Fe2++2OH-→Fe（OH）2↓
Fe3++3OH-→Fe（OH）3↓
5．Fe2+与Fe3+的检验：
（1）Fe2＋的检验方法：
①含有Fe2＋的溶液呈浅绿色；
②向待检液中滴加NaOH溶液或氨水，产生白色絮状沉淀，露置在空气中一段时间后，沉淀变为灰绿色，最后变为红褐色，说明含Fe2＋．
③向待检液中先滴加KSCN溶液，无变化，再滴加新制的氯水，溶液显红色，说明含Fe2＋．有关的离子方程式为：
2Fe2＋+Cl2→2Fe3＋+2Cl－Fe3＋+3SCN-→Fe（SCN）3
（2）Fe3＋的检验方法：
①含有Fe3＋的溶液呈黄色；
②向待检液中滴加NaOH溶液或氨水，产生红褐色沉淀，说明含Fe3＋．
③向待检液中滴加KSCN溶液，溶液呈血红色，说明含Fe3＋．
6．Fe3＋和Fe2＋的相互转化
例如：
2Fe3＋+Fe→3Fe2＋
应用：
①除去亚铁盐（含Fe2＋）溶液中混有的Fe3＋；②亚铁盐很容易被空气中的O2氧化成铁盐，为防止氧化，可向亚铁盐溶液中加入一定量的铁屑．
例如：
2Fe2＋+Cl2→2Fe3＋+2Cl－
应用：
氯化铁溶液中混有氯化亚铁时，可向溶液中通入足量氯气或滴加新制的氯水，除去Fe2＋离子．
Fe2＋
Fe3＋
7．进行铁及其化合物的计算时应注意的事项：
（1）铁元素有变价特点，要正确判断产物；
（2）铁及其化合物可能参加多个反应，要正确选择反应物及反应的化学方程式；
（3）反应中生成的铁化合物又可能与过量的铁反应，因此要仔细分析铁及其化合物在反应中是过量、适量，还是不足量；
（4）当根据化学方程式或离子方程式计算时，找出已知量与未知量的关系，列出方程式或方程式组；
（5）经常用到差量法、守恒法．
8．金属的冶炼
1、概念：
金属从矿石里提炼出来的过程，叫金属的冶炼。
2、步骤：
矿石的富集、冶炼、精炼。
3、方法：
（1）热分解法：
适合Hg与Ag的冶炼
2HgO
2Hg+O2↑
（2）热还原法：
适合金属活动性顺序表中位于Zn与Cu之间的金属的冶炼
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3；Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
（3）电解法：
适合活泼金属Mg、K、Na、Al的冶炼。
2NaCl（熔融）
Na+Cl2↑；2Al2O3（熔融）
4Al+3O2↑
（4）炼铁和炼钢
炼铁
炼钢
原料
铁矿石、焦炭、石灰石、空气
生铁、空气（或纯氧、氧化铁）、生石灰、脱氧剂
化学原理
在高温下用还原剂从铁矿石里还原出来
在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化为气体或炉渣除去
主要反应
①还原剂的生成
C+O2→CO2
CO2+C
2CO
②铁的还原
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
③炉渣的生成
CaCO3
CaO+CO2
CaO+SiO2
CaSiO3
①氧化：
2Fe+O2
2FeO
FeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。
如C+FeO
Fe+CO↑
②造渣：
生成的硅锰氧化物与铁水里的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。
③脱氧，并调整Mn、Si含量
2FeO+Si
2Fe+SiO2
主要设备
高炉
转炉
三、典型例题
【例1】把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子是（）
A．只有Fe2+B．只有Fe3+C．有Fe2+和Cu2+D．有Fe3+和Cu2+
【解析】本题主要考查金属与浓硝酸的反应。
浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe3+和Cu2+，过量的铁又与Fe3+和Cu2+反应生成Fe2+和Cu，所以充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子为Fe2+，本题答案为A。
【例2】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：
1C．1：
1：
1D．1：
1：
3
【解析】本题主要考查铁的氧化物。
可用平均组成法来求解：
在混合物中Fe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Fe3O4，所以在混合物中它们的物质的量之比必须是1：
1。
答案：
C、D．
【例3】在下列所指的各溶液中，分别滴加NH。
SCN溶液后，溶液不呈血红色的是（）
A．加入足量镁粉的Fe2（SO4）3溶液
B．加入过量铁粉的稀硝酸溶液
C．铁丝在足量的氯气中燃烧后，所得产物的溶液
D．长期暴露在空气中的绿矾溶液
【解析】实验室鉴定Fe3+的方法是利用KSCN溶液，它们相遇会呈血红色，若利用NH4SCN溶液，实质是一样的：
Fe3++SCN-→[Fe（SCN）]2+，Fe3+可以结合1～6个SCN-，产物皆为血红色。
A．足量的镁粉可以使Fe3+转化为Fe2+或Fe，因为反应后不再有Fe3+，所以加入SCN-后，不会出现血红色。
B．过量的铁与稀硝酸进行如下反应：
Fe+4HNO3→Fe（NO3）3+NO↑+2H2O
2Fe3++Fe→3Fe2+
因为反应后无Fe3+所以加入SCN-后，也不会出现血红色。
C．Fe在Cl2中燃烧的产物是FeCl3，它的水溶液中存在着大量的Fe3+，所以加入SCN-后，会出现血红色。
D．FeSO4溶液中的Fe2+因暴露在空气中会被空气中的氧气氧化成Fe3+：
4FeSO4+O2+2H2SO4→2Fe2（SO4）3+2H2O
所以加入SCN-后，会出现血红色。
答案：
AB。
【例4】在由Fe、FeO和Fe2O3组成的混合物中加入100mL2mol／L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，并放出448mL气体（标准状况），此时溶液中无Fe3+离子．则下列判断正确的是（）．
A．混合物里三种物质反应时消耗盐酸的物质的量之比为1：
1：
3
B．反应后所得溶液中的Fe2+离子与Cl-离子的物质的量之比为1：
2
C．混合物里，FeO的物质的量无法确定，但Fe比Fe2O3的物质的量多
D．混合物里，Fe2O3的物质的量无法确定，但Fe比FeO的物质的量多
【解析】根据Fe、FeO和Fe2O3均能与盐酸反应，假如三者物质的量相等，则消耗HCl的物质的量之比为1：
1：
3；但因反应后溶液中无Fe3+，即发生了隐蔽反应：
2Fe3++4Fe→3Fe2+，则有定量关系：
Fe2O3～2Fe3+～Fe，所以Fe比FFe2O3的物质的量多；由于反应后溶液中最终只有一种溶质FeCl2，则n（Fe2+）：
n（C1-）=l：
2（此乃终态分析法）；若设FeO和Fe2O3分别有xmol、ymol，则Fe有（y+0.02）tool，据Cl-守恒得：
（y+0.02+x+2y）×2=0.1×2，仅由此式无法确定FeO和Fe2O3的物质的量．
答案：
BC。
【例5】agFe和含bgHNO3的稀溶液恰好完全反应生成NO，若a：
b=1：
3，则被还原的HNO3的质量可能为_____________或_____________．
【解析】HNO3过量时：
Fe+4HNO3（稀）→Fe（NO3）3+NO↑+2H2O；
Fe过量时：
3Fe+8HNO3（稀）→3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O．
由此可知Fe与稀HNO3反应生成NO时，无论是生成Fe3+盐、Fe2+盐或Fe3+与Fe2+两种盐，被还原的HNO3与被消耗的HNO3的质量比均为1：
4（此乃对应关系法）．
答案：
b／4g；3a／4g．
【归纳】在解答有关铁及其化合物之间转化的推断分析或计算问题时，要注意应用Fe与Fe2+、Fe3+之间存在的“铁三角”转化关系（如右图）；并能选用相应的巧解方法，如终态分析法、守恒法、平均值法、十字交叉法、对应关系法等．
【例6】用下面两种方法可以制得白色的Fe（OH）2沉淀．
方法一：
用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备．
（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入_____________。
（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用_____________的方法．
（3）生成白色Fe（OH）2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液．这样操作的理由是__________________________。
方法二：
在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备．
（1）在试管I里加入的试剂是_____________。
（2）在试管Ⅱ里加入的试剂是_____________。
（3）为了制得白色Fe（OH）2沉淀，在试管I和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是_____________。
（4）这样生成的Fe（OH）2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_____________。
【解析】制备白色的Fe（OH）2沉淀是教材中安排的一个不易做成功的实验．方法一是再现教材中的实验．方法二则是延伸教材的创新实验，应依题意，弄清相关原理，如“打开止水夹”则可放出氢气，只有用氢气排尽了装置内的氧气后，再夹紧止水夹时，试管I生成的FeSO4溶液就能在氢气的压力下倒吸进入试管Ⅱ，与不含O2的NaOH溶液反应生成Fe（OH）2．
答案：
方法一：
（1）稀H2SO4、铁屑；
（2）煮沸；（3）避免生成的Fe（OH）2沉淀接触O2．
方法二：
（1）稀H2SO4、铁屑；
（2）NaOH溶液；（3）检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度；当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹．（4）试管I中反应生成的H2充满了试管I和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入．
四、基础训练
1、铁和铁合金是生活中常用的材料，下列说法正确的是（）
A．不锈钢是铁合金，只含金属元素B．一定条件下，铁粉可与水蒸气反应
C．铁与盐酸反应，铁合金不与盐酸反应D．在空气中，铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
2、亚硝酸钠（NaNO2）可将人体血红蛋白中的Fe2+离子转化为Fe3+离子，生成高铁血红蛋白而丧失与氧气结合的能力，误食亚硝酸钠中毒，可服维生素C缓解，下列叙述中表现严硝酸钠和维生素C的性质正确的是（）
A．氧化性和还原性 B．还原性和氧化性
C．氧化性和酸性 D．还原性和碱性
3、在下列溶液中，各组离子一定能够大量共存的是（）
A.含有大量Fe3+的溶液：
H+、I－、K+、Cl－
B．常温下c（H+）/c（OH－）=1012的溶液：
Fe2+、Mg2+、NO3－、Cl－
C．使紫色石蕊试液变红的溶液：
Fe2+、Mg2+、NO3-、Cl-
D．pH=1的溶液中：
K+、Fe2+、NO3－、MnO4－
E．Fe3+NO3-I-SO42-
4、铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加入过量的氨水，有红褐色沉淀生成。
过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣。
上述沉淀和残渣分别为（）
A．Fe（OH）3;Fe2O3B．Fe（OH）2;FeO
C．Fe（OH）2、Fe（OH）3;Fe3O4D．Fe2O3;Fe（OH）3
答案：
1、B2、A3、E4、A思路：
Fe
Fe2＋
Fe3+
Fe（OH）3
Fe2O3。
5、某兴趣小组对如何延长硫酸亚铁溶液的保质期展开了研究。
（1）制备硫酸亚铁溶液，最合适的试剂组为___________（填编号）；
a．过量铁屑和稀硫酸b．过量稀硫酸和铁屑c．过量硫酸铁溶液和铁屑
（2）实验室保存硫酸亚铁溶液的一般方法是_____________________________________；
该兴趣小组取等体积的硫酸亚铁溶液分别加入三个烧杯中，各滴入3滴KSCN试剂，然后进行如下实验：
烧杯编号
①
②
③
加入试剂
铁粉0.1g
铁粉0.1g，0.1mol/LH2SO43mL
0.1mol/LH2SO43mL
红色出现时间（天）
1天
4天左右
8天以上
（3）在烧杯②中加入2种试剂后，即可观察到的现象为_____________________________；
（4）通过比较上述3组实验，可以得出的结论为___________________________________；
（5）硫酸亚铁溶液在空气中易氧化，氧化产物易水解生成Fe（OH）3，导致溶液酸性增大。
①试用一个离子方程式表示上述反应过程中的变化_________________________；
②硫酸亚铁溶液在空气中变质的反应为可逆反应，试用化学平衡理论解释烧杯③出现红色最晚的原因____________________________________________________。
答案：
（1）a
（2）加入铁钉（或铁屑，合理即可）（以及少量硫酸）
（3）有气泡产生，铁粉溶解
（4）溶液酸度越大，硫酸亚铁越不易被氧化
（5）①4Fe2++O2+10H2O→4Fe（OH）3+8H+
②Fe2+在氧化变质的过程生成H+，所以加入硫酸有利于抑制反应正向进行
6、硫酸亚铁晶体（FeSO4·7H2O）在医药上作补血剂。
某课外小组测定该补血剂中铁元素的含量。
实验步骤如下：
请回答下列问题：
（1）证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是先滴加KSCN溶液，再滴加，该过程的现象为：
。
（2）步骤②加入过量H2O2的目的：
。
（3）步骤③中反应的离子方程式：
。
（4）步骤④中一系列处理的操作步骤：
过滤、、灼烧、、称量。
（5）若实验无损耗，则每片补血剂含铁元素的质量g。
（6）该小组有些同学认为用KMnO4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定。
（5Fe2++MnO4—+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O）
①实验前，首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO4溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻棒、烧杯、胶头滴管外，还需。
②上述实验中的KMnO4溶液需要酸化，用于酸化的酸是。
a.稀硝酸b.稀硫酸c.稀盐酸d.浓硝酸
③滴定到终点时的颜色为色。
（7）正常人每天应补充14mg左右的铁。
其中绝大部分来自于食物。
如果全部通过服用含FeSO4·7H2O的片剂。
来补充铁，则正常人每天服需用含mgFeSO4·7H2O为片剂。
答案：
（1）氯水（或双氧水、稀硝酸等合理氧化剂）现象：
或溶液由浅绿色变为血红色
（2）将Fe2+全部氧化为Fe3+
（3）Fe3++3OH—→Fe（OH）3↓（或Fe3++3NH3·H2O→Fe（OH）3+3NH4+）
（4）洗涤、冷却
（5）0.07a
（6）①250mL容量瓶②b③紫（或紫红）
（7）69.5mg
7、合成氨工业生产中所用的α－Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3
（1）某FeO、Fe2O3混合物中，铁、氧的物质的量之比为4︰5，其中Fe2＋与Fe3＋物质的量之比为___________。
（2）当催化剂中Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为1︰2时，其催化活性最高，此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为___________（用小数表示，保留2位小数）。
（3）以Fe2O3为原料制备上述催化剂，可向其中加入适量炭粉，发生如下反应：
2Fe2O3＋C
4FeO＋CO2↑。
为制得这种活性最高的催化剂，应向480gFe2O3粉末中加入炭粉的质量为_________g。
答案：
（1）2︰1
（2）0.72（3）6克
8、一包重41.6g的固体样品，其成分是硫和铁的化合物，将它充分煅烧后，硫和铁分别被氧化成SO2和Fe2O3，其中SO2在标准状况下为13.44L。
试求：
（1）样品中硫元素与铁元素的物质的量之比：
。
（2）样品化合物的成分是：
（3）样品中化合物的物质的量各为多少？
（写出计算过程）
答案：
（1）3∶2（1分）
n（S）=n（SO2）=13.44/22.4=0.6moln（Fe）=m（Fe）/56=（41.6-0.6×32）/56=0.4mol
∴n（S）:
n（Fe）=0.6:
0.4=3:
2
（2）FeS和FeS2（2分）
FeS中n（Fe）/n（S）=1/1FeS2中n（Fe）/n（S）=1/2∴为FeS和FeS2或Fe2S3
（3）设：
FeS为xmolFeS2为ymol
x+y=0.4（1分）
x+2y=0.6（1分）
x=0.2y=0.2即FeS为0.2mol（1分），FeS2为0.2mol（1分）
（答案合理即给分）
五、拓展训练
1、下列有关铁元素的叙述中正确的是（）
A．铁是较活泼的金属，它与卤素（X2）反应的生成物都为FeX3
B．氢氧化铁与氢碘酸反应：
Fe（OH）3+3HI→FeI3+3H2O
C．氢氧化铁可以由相关物质通过化合反应而制得
D．铁元素位于周期表的第四周期第ⅧB族
2、某500mL溶液中含0.1molFe2+、0.2molFe3+，加入0.2mol铁粉，待Fe3+完全还原后，溶液中Fe2+的物质的量浓度为（假设反应前后体积不变）（）
A．0.4mol/LB．0.6mol/L
C．0.8mol/LD．1.0mol/L
3、向含有Fe2+、I-、Br-的溶液中通入适量氯气，溶液中各种离子的物质的量变化如下图所示。
有关说法正确的是（）
A．线段BC代表Cl-数目的变化情况
B．原混合溶液中c（FeBr2）=6mol/L
C．当通入Cl22mol时，溶液中已发生的离子反应可表示为：
2Fe2++2I-+2Cl2→2Fe3++I2+4Cl-
D．原溶液中n（Fe2+）：
n（I-）：
n（Br-）=2：
1：
3
4、下列离子方程式正确的是（）
A．三氯化铁溶液跟过量氨水反应：
Fe3++3NH3·H2O→Fe（OH）3↓+3NH4+
B．向Fe（OH）3悬浊液中加入氢碘酸：
Fe（OH）3+3H+→Fe3++3H2O
C．将标准状况下1．12L氯气通入10mL1mol/L的溴化亚铁溶液中：
2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2→2Fe3＋＋6Cl－＋2Br2
D．在碘化亚铁溶液中滴入几滴溴水：
2Fe2++Br2→2Fe3++2Br-
E．Fe2O3溶于过量的氢碘酸：
Fe2O3＋6H＋→2Fe3＋＋3H2O
F．向氯化铁溶液中加入铜粉：
Fe3++Cu→Fe2+＋Cu2＋
G．向Fe2（SO4）3的酸性溶液中通入足量HI：
2Fe3++2I-→2Fe2++I2
H．FeI2溶液中通入C12至Fe2+恰好完全被氧化：
2Fe2++C12→2Fe3++2C1－
5、由5molFe2O3、4molFe3O4和3molFeO组成的混合物,加入纯铁1mol并在高温下和Fe2O3反应。
若纯铁完全反应，则反应后混合物中FeO与Fe2O3的物质的量之比可能是（）
A．4:
3B．3:
2C．3：
1D．2：
l
6、在Fe2（SO4）3溶液中，加入agCu，完全溶解后，又加入bgFe，充分反应后得到cg残余固体，且a>c，则下列判断不正确的是（）
A．最后溶液中一定不含Fe3+B．残余固体可能是Fe、Cu的混合物
C．最后溶液中一定含Fe2+D．残余固体一定是Cu
答案：
1、C2、C3、CD4、ACG5、BC6、B
7、聚合硫酸铁
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