第3讲 铁及其化合物学案Word格式.docx
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Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
(2)铁的氢氧化物
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:
________________________________。
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?
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?
3.FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取?
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。
(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。
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
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____________________________________________。
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。
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
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.0.25molC.0.3molD.0.35mol
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)。
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:
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
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+):
;
(2)FeCl3(FeCl2):
(3)FeCl2(CuCl2):
(4)Fe(Al):
(5)Fe2O3(Al2O3、SiO2):
。
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________________________________________________________________________。
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
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+
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________________________________________
________________________________________________________________________。
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.③C.③④D.①②③④⑤
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
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
溶液
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
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:
、SO
、Fe3+、Mg2+
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·
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。
3.[2013·
天津理综,9节选]FeCl3在现代工业生产中应用广泛。
某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。
Ⅰ.经查阅资料得知:
无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。
他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下:
①检验装置的气密性;
②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气;
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;
④……
⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封。
请回答下列问题:
(1)装置A中反应的化学方程式为_________________________________________。
(2)第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A右端。
要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是__________________________________。
(3)操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号)____________。
(4)装置B中冷水浴的作用为______________________________________________;
装置C的名称为________;
装置D中FeCl2全部反应后,因失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂:
__________________________________________。
Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;
过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。
(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为_________________________________________________________。
(7)电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应式为____________________________。
(8)综合分析实验Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点:
①H2S的原子利用率为100%;
②________________________________________________________________________。
练出高分
1.铁是人类应用较早,当前应用量最大的金属元素。
下列有关铁及其化合物的有关说法中正确( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C.除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入铁粉,然后过滤
D.Fe3+与KSCN产生血红色沉淀
2.下列中学常见实验的现象或表述正确的是( )
A.过量的铁投入到一定量的稀硝酸中,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液显血红色
B.制备氢氧化亚铁时,向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液,边加边搅拌,即可制得白色的氢氧化亚铁
C.检验红砖中的氧化铁成分,向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液2~3滴即可
D.向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后,将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸一会,然后冷却、过滤,滤纸上的物体为“蓝色固体”
3.在含有Fe3+、Fe2+、Al3+、NH
的稀溶液中加入足量Na2O2固体,充分反应后,再加入过量稀盐酸,完全反应,则离子数目没有变化的是( )
A.Fe3+、Al3+B.Al3+
C.Fe2+、NH
D.Fe3+
4.下列说法正确的是( )
A.Fe在一定条件下与水反应生成H2和Fe(OH)3
B.Fe3O4溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液,溶液显血红色
C.FeCl2溶液蒸干灼烧后得到FeCl2固体
D.将FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液中可制备Fe(OH)3胶体
5.在含有下列离子组的溶液中,加入Fe(NO3)2固体后,仍然能够大量共存的离子组是( )
A.K+、SO
B.K+、Ba2+、OH-、Cl-
C.Na+、H+、Cl-、SO
D.Na+、Mg2+、Cl-、NO
6.铁及其化合物是中学化学中的一类重要物质,下列关于铁元素的叙述中正确的是( )
A.2Fe3++Fe===3Fe2+成立说明氧化性:
Fe3+>Fe2+
B.25℃,pH=0的溶液中,Al3+、NH
、Fe2+可以大量共存
C.5.6g铁与足量的氯气反应失去电子为0.2mol
D.硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液:
Fe2++2H2O2+4H+===Fe3++4H2O
7.在含有FeCl3和BaCl2的酸性溶液中,通入足量的SO2后有白色沉淀生成,过滤后,向溶液中滴加KSCN溶液,无明显现象,下列叙述不正确的是( )
A.白色沉淀是BaSO4和BaSO3B.溶液的酸性增强
C.白色沉淀是BaSO4D.FeCl3全部被还原为FeCl2
8.通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。
对下列实验事实的解释正确的是( )
操作、现象
解释
A
向KI淀粉溶液中加入FeCl3溶液,溶液变蓝
Fe3+能与淀粉发生显色反应
B
把生铁放置于潮湿的空气中,铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C
向稀硝酸中加入少量铁粉,有气泡产生
说明Fe置换出硝酸中的氢,生成了氢气
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间,白色物质变成了红褐色
说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
9.将3.48g四氧化三铁完全溶解在100mL1mol·
L-1的硫酸中,然后加入K2Cr2O7溶液25mL,恰好使溶液中的Fe2+全部转化为Fe3+,Cr2O
全部转化为Cr3+,则K2Cr2O7溶液的物质的量浓度是( )
A.0.05mol·
L-1B.0.1mol·
L-1
C.0.2mol·
L-1D.0.3mol·
10.某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,若向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如下图所示。
则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为( )
A.1∶1∶1B.1∶3∶1
C.3∶3∶8D.1∶1∶4
11.根据下列框图回答问题(答题时,方程式中的M、E用所对应的元素符号表示):
(1)写出M溶于稀硫酸和H2O2混合液的化学方程式________________________。
(2)某同学取X的溶液,酸化后加入KI淀粉溶液,变为蓝色。
写出与上述变化过程相关的离子方程式________________________、________________________。
(3)写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式________________________________。
12.碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂,在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。
工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下。
已知:
部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示。
沉淀物
Al(OH)3
开始沉淀
2.3
7.5
3.4
完全沉淀
3.2
9.7
4.4
回答下列问题。
(1)加入少量NaHCO3的目的是调节pH,使溶液中的________沉淀,该工艺中“搅拌”的作用是__________。
(2)在实际生产中,反应Ⅱ中常同时通入O2以减少NaNO2的用量,O2与NaNO2在反应中均作________。
若参与反应的O2有11.2L(标准状况),则相当于节约NaNO2的物质的量为________.
(3)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2+可部分水解生成聚合离子Fe2(OH)
。
该水解反应的离子方程式为__________________。
(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的