高考化学导学案第三章金属及其化合物33dWord下载.docx

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＋2，＋3

稳定性

不稳定

稳定

与H＋反应

FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O

Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O

Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O

Fe3O4是碱性氧化物吗？

Fe3O4可写作FeO·

Fe2O3，能否认为Fe3O4是FeO和Fe2O3的混合物？

提示　Fe3O4与非氧化性酸反应生成的是两种盐和水，不符合碱性氧化物的概念，所以不是碱性氧化物（FeO、Fe2O3是碱性氧化物）。

Fe3O4中有

的Fe是＋2价，有

的Fe是＋3价，可写成：

·

，但不能认为Fe3O4是FeO和Fe2O3的混合物，实际上，Fe3O4是纯净物。

与非氧化性酸（如盐酸）、氧化性酸（如稀HNO3）反应方程式分别为Fe3O4＋8HCl===FeCl2＋2FeCl3＋4H2O；

3Fe3O4＋28HNO3===9Fe（NO3）3＋NO↑＋14H2O。

三、铁的氢氧化物和盐类

1．用化学方程式或离子方程式表示下列变化

①4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3；

②Fe（OH）2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O

③Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓；

④Fe（OH）3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O

⑤Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓；

⑥2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

⑦2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。

2．以上反应属于氧化还原反应的是①、⑥、⑦，说明＋2价Fe与＋3价Fe之间在氧化剂、还原剂的作用下可以相互转化，Fe2＋具有还原性，Fe3＋具有氧化性。

Fe（OH）2不稳定，容易被空气中的O2氧化生成Fe（OH）3。

3．反应②、④说明了Fe（OH）2、Fe（OH）3具有碱性，能与酸反应生成盐和水。

4．反应③、⑤说明了Fe（OH）2、Fe（OH）3的制备方法。

5．FeCl2、FeCl3的水溶液显酸性，说明Fe2＋、Fe3＋具有水解性。

6．检验溶液中是否有Fe3＋的方法是：

向溶液中加入KSCN溶液，现象是溶液显红色。

7．Fe（OH）2、Fe（OH）3的颜色分别是白色、红褐色，Fe2＋、Fe3＋在水溶液中的颜色分别是浅绿色、棕黄色。

Fe（OH）3分别与足量的HCl、HI反应有何异同？

提示　Fe（OH）3作为一种碱与酸反应生成盐和水，但Fe3＋有较强的氧化性，若酸为还原性酸（如H2S、HI）则再发生氧化还原反应，故与HCl反应只是中和反应，而与HI反应的方程式如下：

2Fe（OH）3＋6HI===2FeI2＋I2＋6H2O。

铁的三角关系

五个措施

实验室制备氢氧化亚铁的防氧化措施

（1）将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶解的氧气。

（2）将盛有氢氧化钠溶液的胶头滴管尖端插入试管里的亚铁盐溶液底部，再慢慢挤出NaOH溶液。

（3）在亚铁盐溶液上面加保护层，例如苯或植物油等。

（4）充入保护气，如氢气、氮气、稀有气体等。

（5）用铁作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液或NaCl溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。

六种方法

1．Fe2＋的检验方法：

（1）含有Fe2＋的溶液呈浅绿色。

（2）向待检溶液中滴加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＋。

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，溶液呈红色，说明含Fe3＋。

我的警示

①Fe2＋具有氧化性和还原性，但主要表现还原性；

Fe3＋具有较强的氧化性，与S2－、I－、SO

等能发生氧化还原反应。

②Fe3＋是典型的弱碱阳离子，与CO

、AlO

等在溶液中发生水解相互促进反应。

③亚铁盐、铁盐的存放方法：

亚铁盐溶液——加入少量铁屑以防止Fe2＋被氧化。

铁盐溶液——加入少量相应的酸溶液以防止Fe3＋水解。

考点1Fe2＋、Fe3＋的性质应用

1．判断离子共存

（1）Fe2＋、Fe3＋均水解，与HCO

、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＋）在溶液中因氧化还原反应不能大量共存。

2．盐溶液的配制与保存

（1）Fe2＋的盐溶液：

加少量铁粉，防止Fe2＋被氧化；

加少量相应的酸，防止Fe2＋水解。

（2）Fe3＋的盐溶液：

加少量相应的酸，防止Fe3＋水解。

3．制取Fe（OH）3胶体

Fe3＋＋3H2O（沸水）

Fe（OH）3（胶体）＋3H＋

4．制备无水FeCl3

FeCl3·

6H2O

FeCl3＋6H2O

5．氧化性、还原性关系

氧化性：

Cl2>

Br2>

Fe3＋>

I2>

S

还原性：

Cl－<

Br－<

Fe2＋<

I－<

S2－

6．除杂方法

（1）Fe2＋（Fe3＋）：

加Fe粉，过滤；

（2）FeCl3（FeCl2）：

加氯水或H2O2；

（3）FeCl2（CuCl2）：

加Fe粉，过滤。

【典例1】►将1.12g铁粉加入25mL2mol·

L－1的氯化铁溶液中，充分反应后，其结果是（　　）。

A．铁粉有剩余，溶液呈浅绿色，Cl－基本保持不变

B．往溶液中滴入无色KSCN溶液，溶液变红色

C．Fe2＋和Fe3＋物质的量之比为5∶1

D．氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶5

解析　n（Fe）＝

＝0.02mol，n（Fe3＋）＝0.025L×

2mol·

L－1＝0.05mol，由反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋可知Fe3＋过量，加入KSCN显红色；

溶液中n（Fe2＋）＝3n（Fe）＝0.06mol，溶液中n（Fe3＋）＝0.05mol－2n（Fe）＝0.01mol，即Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为6∶1，氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2。

答案　B

【应用1】►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数为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，则由铁守恒可得x＋y＝0.4，由得失电子守恒得3x＋2y＝0.9mol，解得x＝0.1mol，y＝0.3mol。

答案　C

【应用2】►取少量MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3的混合粉末，加入过量盐酸，充分反应后过滤，得到沉淀X和滤液Y。

下列叙述正确的是（　　）。

A．上述四种氧化物对应的水化物中，Al（OH）3酸性最强

B．向沉淀X中逐滴加入硝酸，沉淀慢慢溶解

C．溶液Y中的阳离子主要是Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋

D．溶液Y中加入过量氨水，所得沉淀为Fe（OH）3和Mg（OH）2

解析　MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O，Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O，Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O，SiO2不与HCl反应，SiO2也不与HNO3反应，B错误；

溶液X中阳离子有Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋，C正确；

加入NH3·

H2O时，生成Mg（OH）2、Al（OH）3、Fe（OH）3沉淀，D错误。

考点2

一、Fe2＋、Fe3＋的鉴别

鉴别方法

Fe2＋

Fe3＋

直接观色

浅绿色

黄色

利用显色反应

与KSCN溶液

无现象

显红色

与苯酚

显紫色

利用Fe3＋的氧化性

与铜片

Cu溶解，溶液变蓝绿色

与KI淀粉溶液

溶液变蓝

利用Fe2＋的还原性

与溴水

溴水褪色

与酸性KMnO4溶液

紫色褪去

利用沉淀反应

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓

白色→灰绿色→红褐色

Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓红褐色沉淀

二、常见铁的重要化合物的制备与保存

1．制备FeSO4溶液时通常采用的方法

（1）用FeSO4·

7H2O制备，先在烧杯中加入少量稀硫酸然后加入适量的FeSO4·

7H2O晶体，然后加水溶解。

（2）用稀H2SO4与Fe反应制备。

2．实验室保存FeSO4需采取的措施

酸要过量，以防止Fe2＋水解，在溶液中加入铁钉以防止Fe2＋被氧化。

3．制备FeCl3溶液和FeCl3晶体

由于Fe3＋水解能力较强，当pH>

4时，Fe3＋即可形成Fe（OH）3沉淀。

在配制FeCl3溶液时，应先将固体盐溶于少量相应的酸中抑制Fe3＋水解，再加水稀释至所需浓度。

在制FeCl3固体时，加热浓缩FeCl3稀溶液时应在HCl氛围中进行。

【典例2】►（2012·

淄博质检）化学研究性学习小组拟通过实验探究“新制的还原性铁粉和过量盐酸反应生成FeCl2还是FeCl3”。

请你参与探究并回答有关问题：

（1）一位同学用向反应后的溶液中滴加NaOH溶液的方法来验证溶液中含有Fe2＋。

①可观察到的实验现象是________________，②反应过程中发生反应的化学方程式是______________________。

（2）另一位同学向反应后的溶液中先滴加KSCN溶液，再向其中滴加新制氯水，溶液呈现红色，但当滴加过量新制氯水时，却发现红色褪去。

为了弄清溶液红色褪去的原因，同学们查到如下资料：

Ⅰ.铁有一种化合物称为铁酸盐（含有FeO

）。

Ⅱ.SCN－的电子式为[

C⋮⋮N

]－

Ⅲ.氯水具有很强的氧化性。

于是同学们提出两种假设：

①第一种假设是：

Cl2可将Fe3＋氧化为FeO

，请写出该离子反应方程式________________________________________________________________________。

②第二种假设是：

____________，提出该假设的理论依据是_____________________

________________________________________________________________________。

解析　

（1）向含有Fe2＋的溶液中滴加NaOH溶液，先生成白色的Fe（OH）2沉淀，后迅速变灰绿色，最终变成红褐色的Fe（OH）3沉淀。

（2）红色褪去的原因可能是氯水的加入氧化了Fe3＋或SCN－。

①根据得失电子守恒、质量守恒和电荷守恒配平该离子方程式。

②第二种假设可能是SCN－被Cl2氧化。

答案　

（1）①产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变成红褐色　②FeCl2＋2NaOH===Fe（OH）2↓＋2NaCl、4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

（2）①2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO

＋6Cl－＋16H＋　②SCN－被Cl2氧化　从电子式分析，SCN－中S为负二价，N为负三价，均为最低价有被氧化的可能

【应用3】►某校化学小组学生利用下图所列装置进行“铁与水反应”的实验，并利用产物进一步制取FeCl3·

6H2O晶体。

（图中夹持及尾气处理装置均已略去）

（1）装置B中发生反应的化学方程式是__________________________________________。

（2）装置E中的现象是______________________________________________________。

（3）停止反应，待B管冷却后，取其中的固体，加入过量稀盐酸充分反应，过滤。

简述检验滤液中Fe3＋的操作方法：

____________________________________________________。

（4）该小组学生利用上述滤液制取FeCl3·

6H2O晶体，设计流程如下：

滤液

FeCl3溶液,ⅡFeCl3·

6H2O晶体

①步骤Ⅰ中通入Cl2的作用是___________________________________________________。

②步骤Ⅱ从FeCl3稀溶液中得到FeCl3·

6H2O晶体的主要操作包括：

③该流程中需保持盐酸过量，主要原因是（结合离子方程式简要说明）__________________。

解析　装置中各部分的作用及可能发生的反应：

A．产生水蒸气，碎瓷片起防止暴沸的作用；

B．水蒸气在高温下与Fe反应，3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2；

C．缓冲、冷却气流，使气体中的H2O部分冷凝；

D．干燥生成的H2；

E．H2在加热条件下还原CuO，H2＋CuO

Cu＋H2O；

Fe3O4溶于盐酸：

Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O，其中Fe3＋能与SCN－反应，生成红色溶液：

Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3。

在溶液中通入Cl2能将Fe2＋转变成Fe3＋：

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。

答案　

（1）3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

（2）黑色固体变红，右端管壁有液珠

（3）取少量滤液，滴入几滴KSCN溶液，观察溶液是否变红色

（4）①将Fe2＋氧化成Fe3＋　②加热浓缩，冷却结晶，过滤　③Fe3＋＋3H2O

Fe（OH）3＋3H＋，过量盐酸抑制Fe3＋水解

【应用4】►将几滴KSCN（SCN－是“类卤离子”）溶液加入酸性的含有Fe3＋的溶液中，溶液变成红色，将该红色溶液分为两份，①一份中加入适量KMnO4溶液，红色褪去；

②向另一份中通入SO2，红色也褪去。

下列说法不正确的是（　　）。

A．①红色褪去的原因是KMnO4将SCN－氧化，使Fe（SCN）3消失

B．②红色褪去的原因是SO2将Fe3＋还原为Fe2＋

C．②红色褪去的原因是SO2将SCN－还原

D．SCN－在适当条件下可失去电子被氧化剂氧化为（SCN）2

解析　由于SCN－是“类卤离子”，与卤素离子性质相似，可以被KMnO4（H＋）氧化为（SCN）2，而使红色消失。

Fe3＋具有氧化性，可被SO2还原为Fe2＋，也可使红色消失。

综上分析可知C项错误。

考向1（5年6考）铁及其化合物的性质

1.（2011·

福建）下表各选项中，不能利用置换反应通过Y得到W的一组化合物是（　　）。

选项

化合物　　　

A

B

C

D

Y

CO2

C2H5OH

FeCl3

W

MgO

Al2O3

C2H5ONa

CuCl2

解析　A项，Mg与CO2反应可生成MgO；

B项，Al与Fe2O3反应可生成Al2O3；

C项，C2H5OH与Na反应可生成C2H5ONa；

D项，虽然FeCl3与Cu反应可以得到CuCl2但该反应不是置换反应。

答案　D

2．判断正误：

（1）向含有少量FeCl3的MgCl2溶液中加入足量Mg（OH）2粉末，搅拌一段时间后过滤，目的是除去MgCl2溶液中少量的FeCl3（√）（2010·

江苏－10B）

（2）相同条件下，溶液中Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的氧化性依次减弱（√）（2010·

江苏－8D）

（3）铁溶于稀硝酸，溶液变黄：

3Fe＋8H＋＋2NO

===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O（×

）

（2010·

北京理综－10C）

（4）用FeCl3溶液腐蚀铜线路板：

Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋（√）

（2010·

天津理综－5A）

（5）向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸：

Fe（OH）2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O（×

四川理综－9B）

3．（2010·

全国理综Ⅰ）能正确表示下列反应的离子方程式是（　　）。

A．将铁粉加入稀硫酸中：

2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑

B．将磁性氧化铁溶于盐酸：

Fe3O4＋8H＋===3Fe3＋＋4H2O

C．将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合：

Fe2＋＋4H＋＋NO

===Fe3＋＋2H2O＋NO↑

D．将铜屑加入Fe3＋溶液中：

2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

解析　A项，铁与稀硫酸反应，铁元素被氧化为＋2价，正确的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；

B项，磁性氧化铁中有三分之二的三价铁、三分之一的二价铁，故其正确的离子方程式为Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O；

C项，因为硝酸具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为三价铁离子，但该方程式没配平，各物质在方程式中的化学计量数应分别为3、4、1、3、2、1；

D项，三价铁离子具有强氧化性，能将铜氧化，自身被还原为二价铁离子，D正确。

考向2（5年5考）铁的化合物在化学实验及其工业生产中的应用

1．（2010·

安徽理综）右图是三种稀酸对Fe—Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是（　　）。

A．稀硝酸对Fe—Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱

B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：

Fe＋6HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋3NO2↑＋3H2O

C．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对Fe－Cr合金的腐蚀性最强

D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe—Cr合金的腐蚀性减弱

解析　根据题图可知，Cr的含量不同，三种酸对Fe—Cr合金的腐蚀性不同，当w（Cr）较小时，稀硝酸对其腐蚀性最强，A不正确；

铁与稀硝酸反应生成的是NO而不是NO2，B错；

三种酸的质量分数相同，盐酸中的氢离子浓度最大，C错；

根据图中稀HNO3的曲线变化，可知D正确。

2．（2010·

福建）硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。

工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：

（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是________________________________________________。

（2）完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：

Fe（OH）2＋

__________＋

__________===

Fe（OH）3＋

Cl－

（3）针铁矿（Goethite）是以德国诗人歌德（Goethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是________。

（4）根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为________。

Mg（OH）2

Zn（OH）2

MgCO3

CaCO3

开始沉淀的pH

10.4

6.4

－

沉淀完全的pH

12.4

8.0

开始溶解的pH

10.5

Ksp

5.6×

10－12

6.8×

10－6

2.8×

10－9

（5）工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是________（选填序号）。

a．大理石粉b．石灰乳c．纯碱溶液d．烧碱溶液

（6）“滤液4”之后的操作依次为________、________、过滤、洗涤、干燥。

（7）分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于________。

解析　解答该题的关键是对题目有个整体的认识，清楚各步操作的目的。

粉碎菱锌矿是为了使反应更充分。

滤液1调pH是为了中和过量的盐酸生成Fe（OH）2沉淀，加漂白粉是为了将Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3以除去，滤液2调pH是为了将Zn2＋转化为Zn（OH）2沉淀，滤液3中含有Mg2＋、Ca2＋，滤液4是纯净的ZnSO4溶液。

（5）从滤液3中提取MgO，首先应将Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀，a项大理石不起作用，c项溶液会将Ca2＋转化为CaCO3沉淀，故b、d两项合适。

（7）ZnCO3　～　ZnO

125g　　　81g

x　　　　　m2

x＝

kg

则菱镁矿粉中ZnCO3的质量分数为：

。

答案　

（1）增大反应物接触面积或增大反应速度或使反应更充分

（2）

ClO－＋

H2O===

（3）FeO（OH）（或其他合理答案）

（4）8.0≤pH<

10.4（或其他合理答案）

（5）b、d

（6）蒸发浓缩　冷却结晶（或其他合理答案）

（7）125m2/（81m1）（或其他合理答案）

3．（2009·

北京理综）以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下（部分操作和条件略）：

Ⅰ.从废液中提纯并结晶出FeSO4·

7H2O。

Ⅱ.将FeSO4·

7H2O配制成溶液。

Ⅲ.FeSO4溶液与稍过量的NH4HCO3溶液混合，得到含FeCO3的浊液。

Ⅳ.将浊液过滤，用90℃热水洗涤沉淀，干燥后得到FeCO3固体。

Ⅴ.煅烧FeCO3，得到Fe2O3固体。

已知：

NH4HCO3在热水中分解。

（1）Ⅰ中，加足量的铁屑除去废液中的Fe3＋，该反应的离子方程式是____________________。

（2）Ⅱ