D.铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe2O3
答案 C
解析 A项,铁在常温下与浓硫酸反应形成致密的氧化膜;B项,Fe与I2只能生成FeI2;D项,均得到Fe3O4。
3.关于铁及其化合物,下列说法正确的是( )
A.灼热的Fe与Cl2反应生成FeCl2
B.氢氧化亚铁溶于稀硝酸中:
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
C.Fe(OH)2暴露在空气中会变为红褐色
D.向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液可得到纯净的Fe(OH)2沉淀
答案 C
解析 Cl2氧化性强,灼热的Fe与Cl2反应生成FeCl3,故A错误;氢氧化亚铁具有还原性,会被具有氧化性的稀硝酸氧化变为Fe3+,B错误。
题组二 铁的氧化物的性质与组成确定
4.(2020·营口期末)铁的氧化物有很多,在中学化学中经常提到的有FeO、Fe2O3和Fe3O4,而且在一定条件下它们之间是可以相互转化的,例如:
在1400℃以上的温度下加热Fe2O3时,Fe2O3会部分失去氧,生成Fe3O4。
下列有关说法正确的是( )
A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体
B.Fe3O4常写成FeO·Fe2O3,其中既有+2价的Fe,又有+3价的Fe,所以Fe3O4是一种混合物
C.热稳定性:
Fe2O3>Fe3O4
D.FeO、Fe2O3和Fe3O4均可与盐酸反应,且反应类型均为复分解反应
答案 D
解析 FeO和Fe3O4均为黑色固体,Fe2O3为红棕色固体,故A错误;Fe3O4是一种纯净物,化合价是一种复合化合价,故B错误;在1400℃以上的温度下加热Fe2O3时,Fe2O3会部分失去氧,生成Fe3O4,说明Fe3O4比Fe2O3稳定,故C错误;FeO、Fe2O3和Fe3O4均可与盐酸反应生成盐和水,反应过程中无元素化合价变化,反应类型均为复分解反应,故D正确。
5.准确称取某种铁的氧化物2.88g,用足量的CO进行还原,将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收,得到沉淀4.00g,则这种铁的氧化物为( )
A.Fe3O4B.Fe2O3
C.FeOD.以上都不是
答案 C
解析 4.00gCaCO3沉淀的物质的量为0.04mol,则CO、CO2的物质的量也为0.04mol,增加的氧元素为0.04mol,质量为0.04mol×16g·mol-1=0.64g,铁的氧化物中氧元素的质量为0.64g,铁元素质量为2.88g-0.64g=2.24g,铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为
∶0.04mol=1∶1,则这种铁的氧化物的化学式为FeO。
6.(2019·舟山质检)有一块铁的“氧化物”样品,用140mL5.0mol·L-1盐酸恰好将之完全溶解,所得溶液还能吸收0.025molCl2,恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+,则该样品可能的化学式为( )
A.Fe2O3B.Fe3O4C.Fe4O5D.Fe5O7
答案 D
解析 根据2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)=0.025mol×2=0.05mol,根据电荷守恒得2n(Fe2+)+3n(Fe3+)=n(Cl-),则n(Fe3+)=0.2mol,故n(Fe2+)∶n(Fe3+)=0.05∶0.2=1∶4,故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3,即Fe5O7。
确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n,
则氧化物中n(Fe)∶n(O)=
∶
=a∶b,
若a∶b=1∶1,则铁的氧化物为FeO;
若a∶b=2∶3,则铁的氧化物为Fe2O3;
若a∶b=3∶4,则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1∶1,Fe3O4为任意值)。
题组三 铁与水蒸气反应的实验探究
7.某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水蒸气反应”的实验,并检验产物的性质,下列说法正确的是( )
A.实验时,应先点燃B处的酒精喷灯,再点燃A处的酒精灯
B.B中发生反应的化学方程式是:
2Fe+3H2O(g)
Fe2O3+3H2
C.B中生成1molH2时,E处有1molCuO被还原
D.碱石灰的作用是吸收水蒸气
答案 D
解析 实验时,应先点燃A处的酒精灯,再点燃B处的酒精灯,防止铁被氧气氧化,故A错误;B中发生反应的化学方程式是:
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2,故B错误;B中生成1molH2时,由于H2要先排出装置内空气,再与CuO反应,因此E处CuO被还原的物质的量小于1mol,故C错误;碱石灰的作用是吸收水蒸气,干燥H2,故D正确。
8.铁与水蒸气反应,通常有以下两种装置,请回答下列问题:
装置一
装置二
(1)装置二中湿棉花的作用为______________________________________________________。
(2)实验完毕后,取出装置一的少量固体,溶于足量稀盐酸,再滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,试解释原因:
_______________________________________(用离子方程式表示)。
答案
(1)提供水蒸气
(2)Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O、2Fe3++Fe===3Fe2+
考点二 Fe2+和Fe3+的性质及其检验
1.亚铁盐
(1)Fe2+的氧化性和还原性
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+处于铁的中间价态,既有氧化性,又有还原性,其中以还原性为主,遇Br2、Cl2、H2O2、NO
(H+)等均表现为还原性。
Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(2)可水解
Fe(OH)2是弱碱,含Fe2+的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。
配制硫酸亚铁溶液时常加少量硫酸抑制Fe2+的水解,加少量铁屑防止Fe2+被氧化。
2.铁盐的性质及应用
(1)氧化性:
含有Fe3+的溶液呈棕黄色,Fe3+处于铁的高价态,遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。
①Fe3+与S2-、I-、HS-、SO
等具有较强还原性的离子不能大量共存。
②Fe3+可腐蚀印刷电路板上的铜箔,反应的离子方程式为2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+。
(2)易水解:
Fe(OH)3是很弱的碱,且溶度积很小,因而Fe3+极易水解,只能存在于酸性较强的溶液中。
利用Fe3+易水解的性质,实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体,反应的化学方程式:
FeCl3+3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
3.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe2+、Fe3+的检验
溶液变红色,说明含有Fe3+。
KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+。
(4)Fe2+的特征检验方法
溶液
产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
(1)金属阳离子只有氧化性,不可能有还原性(×)
错因:
Fe2+具有还原性。
(2)氢氧化铁与HI溶液反应仅能发生中和反应(×)
错因:
Fe3+与I-会发生氧化还原反应。
(3)中性溶液中可能大量存在Fe3+、Cl-、K+、SO
(×)
错因:
在溶液呈中性时,Fe3+转化为Fe(OH)3,不能大量存在。
(4)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2(×)
错因:
Cl-也能与KMnO4反应,使其褪色。
(5)能通过化合反应制取FeCl2(√)
1.在Fe2(SO4)3溶液中,加入ag铜,完全溶解后,再加bg铁,充分反应后得到cg残余固体,且a>c。
试分析残留固体的成分为________,所得溶液中阳离子为________。
答案 Cu Cu2+、Fe2+
2.混合溶液中除去Fe3+、Fe2+的常用方法
已知:
沉淀的pH
化合物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mg(OH)2
Cu(OH)2
pH
1.14~3.0
5.8~8.3
8.4~10.8
4.2~6.7
(1)除去Mg2+中混有的Fe3+的方法
向混合溶液中加入________、____________、__________其中之一,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。
(2)除去Mg2+中混有的Fe2+的方法
先加入氧化剂(如______)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按
(1)的方法除去溶液中的Fe3+。
(3)请设计实验方案:
除去CuCl2溶液中混有的少量FeCl2。
答案
(1)MgO MgCO3 Mg(OH)2
(2)H2O2
(3)先通入适量Cl2(或加入H2O2),再向混合溶液中加入足量CuO[或CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3其中之一],充分反应后过滤。
题组一 Fe2+、Fe3+的性质及应用
1.《新修本草》中关于“青矾”的描述:
“本来绿色,新出窟未见风者,正如琉璃,烧之赤色”。
《物理小识》中说:
“青矾厂气熏人,衣服当之易烂,栽木不茂”,下列相关叙述不正确的是( )
A.赤色固体可能是Fe2O3
B.青矾宜密闭保存,防止氧化变质
C.青矾燃烧过程中发生了电子转移
D.“青矾厂气”可能是CO和CO2
答案 D
解析 根据《新修本草》关于青矾的描述可知为FeSO4·7H2O,其分解产生的气体二氧化硫有刺激性气味,三氧化硫有腐蚀性,不可能产生CO和CO2。
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+和Fe3+。
3.下列有关Fe3+、Fe2+的性质及应用的说法正确的是____________(填序号)。
①Fe2(SO4)3易溶于水,所以可用作净水剂
②向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉,可制得硫酸亚铁溶液
③室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,则说明Fe3+的氧化性比I2的强
④Fe2+与H2O2在酸性溶液中的反应:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
⑤硫酸亚铁片和维生素C同时服用,能增强治疗缺铁性贫血的效果
答案 ②③④⑤
解析 Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体,可用于净水,与Fe2(SO4)3是否易溶于水无对应关系,①错误;2Fe3++Fe===3Fe2+,②正确;Fe3+将I-氧化成I2,依据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,可知Fe3+的氧化性强于I2,③正确;H2O2具有强氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,④正确;维生素C具有还原性,能防止硫酸亚铁片中的Fe2+被氧化,⑤正确。
题组二 Fe2+、Fe3+的检验
4.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加入足量酸性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,溶液不变红色,证明无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,所以不能用酸性KMnO4溶液检验。
5.(2020·济南质检)将0.2mol·L-1的KI溶液和0.05mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合充分反应后,取混合液分别完成下列实验,能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2的是( )
A.向混合液中滴入KSCN溶液,溶液变红色
B.向混合液中滴入AgNO3溶液,有黄色沉淀生成
C.向混合液中滴入K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀生成
D.向混合液中滴入淀粉溶液,溶液变蓝色
答案 A
解析 0.2mol·L-1的KI溶液和0.05mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合,KI过量,向混合液中滴入KSCN溶液,溶液变红色,说明溶液中仍含有Fe3+,能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2,A项正确;KI过量,溶液中存在I-,B项错误;该反应生成Fe2+,向混合液中滴入K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀生成,只能说明溶液中含有Fe2+,C项错误;该反应生成I2,向混合液中滴入淀粉溶液,溶液变蓝色,说明溶液中含有碘单质,D项错误。
检验Fe2+和Fe3+时的注意事项
(1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入足量的新制氯水中(新制氯水能氧化SCN-)。
(2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原酸性KMnO4,有干扰)。
(3)检验Fe2+、Fe3+的其他方法
检验Fe3+也可用苯酚(C6H5OH);检验Fe2+最好用K3[Fe(CN)6]溶液。
1.正误判断
(1)向H2O2溶液中滴加少量FeCl3,2Fe3++H2O2===O2↑+2H++2Fe2+( )
(2020·全国卷Ⅲ,11C)
(2)室温下,Fe与浓H2SO4反应生成FeSO4( )(2020·江苏,6D)
(3)Fe在稀硝酸中发生钝化( )(2019·江苏,6A)
(4)将废铁屑加入FeCl2溶液中,可除去工业废气中的Cl2( )(2019·天津,3A)
(5)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中,产生白色沉淀,随后变为红褐色,该颜色的变化与氧化还原反应无关( )(2018·北京,9A)
(6)向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液显红色( )(2018·江苏,6A)
(7)给定条件下,能实现转化:
Fe
FeCl2
Fe(OH)2( )(2017·江苏,7A)
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
2.(高考选项组合题)有关铁及其化合物的说法正确的是( )
A.将NaOH浓溶液滴加到饱和的FeCl3溶液中,制备Fe(OH)3胶体(2016·全国卷Ⅱ,13A)
B.FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板,说明铁比铜金属性强(2016·全国卷Ⅲ,7B)
C.配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释(2016·全国卷Ⅰ,10C)
D.Fe与Cl2反应生成FeCl3,推测Fe与I2反应生成FeI3(2016·上海,21C)
答案 C
解析 A项,制备Fe(OH)3胶体,应将饱和氯化铁溶液滴入沸水中,错误;B项,铁离子与铜反应生成铜离子和亚铁离子,说明铜的还原性比亚铁离子的还原性强,无法证明金属性的强弱,错误;C项,在溶液中铁离子极易发生水解反应,产生难溶性的氢氧化铁,为了抑制铁离子的水解,应该先将氯化铁溶解在较浓的盐酸中,然后再加水稀释到相应的浓度,正确;D项,因I2的氧化性较弱,故与铁反应生成FeI2,错误。
3.(2020·江苏,19)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。
其主要实验流程如下:
(1)酸浸。
用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。
若其他条件不变,实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有________(填序号)。
A.适当升高酸浸温度
B.适当加快搅拌速度
C.适当缩短酸浸时间
(2)还原。
向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉,使Fe3+完全转化为Fe2+。
“还原”过程中除生成Fe2+外,还会生成______________(填化学式);检验Fe3+是否还原完全的实验操作是____________________________________________________________________________。
(3)沉铁。
将提纯后的FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应,生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的离子方程式为______________________________________________。
②设计以FeSO4溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液为原料,制备FeCO3的实验方案:
____________________________________________________________________________。
[FeCO3沉淀需“洗涤完全”,Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5]
答案
(1)AB
(2)H2 取少量清液于试管中,向其中滴加几滴KSCN溶液,观察溶液颜色是否呈红色
(3)①Fe2++HCO
+NH3·H2O===FeCO3↓+NH
+H2O(或Fe2++HCO
+NH3===FeCO3↓+NH
)
②在搅拌条件下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水-NH4HCO3混合溶液,控制溶液pH不大于6.5;静置后过滤,所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次;取最后一次洗涤后的滤液,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,不出现白色沉淀
解析
(1)其他条件不变,实验中适当升高酸浸温度、适当加快搅拌速度都能提高铁元素浸出率,缩短酸浸时间会降低铁元素浸出率,故应选A、B项。
(2)铁泥的主要成分为铁的氧化物,加入一定浓度的H2SO4溶液“酸浸”,滤液中含有Fe3+、Fe2+、H+、SO
等,加入过量铁粉,Fe3+、H+均与Fe发生反应,故除生成Fe2+外,还会生成H2。
可利用KSCN溶液检验Fe3+是否被完全还原,实验操作为取少量清液,向其中滴加几滴KSCN溶液,观察溶液颜色是否呈红色,若不变色,证明Fe3+被完全还原。
(3)①FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应,Fe2+与CO
结合生成FeCO3沉淀,促进了HCO
的电离,离子方程式为Fe2++HCO
+NH3·H2O===FeCO3↓+NH
+H2O或Fe2++HCO
+NH3===FeCO3↓+NH
。
②Fe(OH)2开始沉淀的pH=