铁和铁的化合物Word文档下载推荐.docx
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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氧化为气体或炉清除去
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：
生成的硅锰氧化物得铁水里的硫、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
1.过渡元素位于周期表中中部从ⅢB～ⅡB族十个纵行，分属于第四周期至第七周期。
过渡元素都是金属，又叫过渡金属。
过渡金属的密度一般比较大，熔沸点较高，有较高的硬度、较好的延展性和机械加工性能，较好的导电、导热性能和耐腐蚀性能。
过渡元素的原子最外层电子数不超过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去电子，因此过渡元素有可变化合价。
所以当Fe与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的2个电子，形成Fe2+；
当Fe与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成Fe3+。
这就是铁在其化合物中通常显+2价或+3价的原因。
则Fe发生化学反应能得到+2价还是+3价，需看参加反应的氧化剂的强弱，有时还要看反应物的量之间的关系。
例如：
①铁在O2中燃烧的，一定要在集气瓶低留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被炸裂；
②Fe与S反应中Fe只能失去其最外层的2个电子而变成+2价，反应开始后撤去酒精灯，反应可以继续进行，说明反应放热；
③Fe在Cl2中燃烧时不但能失去最外层的2个电子，而且还可失去次外层的1个电子后成+3价，说明氧化性Cl2>
S；
④在高温时能与C、P、Si等化合。
2.铁的合金
一般地说，含碳量在2%～4.3%的铁的合金叫做生铁。
生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。
根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。
一般地说，含碳量在0.03%～2%的铁的合金叫做钢。
钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、
压延，也可以铸造。
钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢就是普通的钢。
合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。
合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能。
3.炼铁
（1）反应原理：
利用氧化——还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO）把铁从铁矿石里还原出来。
（2）原料：
铁矿石、焦炭、石灰石和空气
（3）设备：
（4）生产过程
CO2CO2+C
2CO
②铁矿石还原成铁
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2↑
③除脉石、炉渣的形成
CaO+CO2↑
SiO2+CaO
4.炼钢
（1）设备：
氧气顶吹转炉
（2）主要原料：
炼钢生铁、生石灰、氧气。
（3）反应原理：
利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化为气体或炉渣除去。
（4）炼钢时的主要反应：
①氧化剂的生成，热能的来源2Fe+O2
②降低碳的含量C+FeO
CO+Fe
③除去S、P等杂质
④加硅铁、锰铁、铝除剩余FeO——脱氧
二、铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的氧化物的比较
铁的氧
化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
铁红
磁性氧化铁
色、态
黑色粉末
黑色晶体
红棕色粉末
铁的价态
+2
+3
+2、+3
水溶性
难溶于水
稳定性
不稳定性
6FeO+O2=2Fe3O4
稳定
与酸的反应
FeO+2H+=Fe2++H2O
Fe2O3+6H+=2Fe3+
+3H2O
Fe3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O
与CO的反应
FexOy+yCO=xFe+yCO2
制取
高温熔融，过量的铁与氧气反应
2Fe+O2=2FeO
Fe（OH）3的分解
2Fe（OH）3=Fe2O3
铁在氧气中燃烧
3Fe+2O2=Fe3O4
2.铁的氢氧化物的比较
Fe（OH）2
Fe（OH）3
物理性质
白色，难溶于水的固体
红褐色，难溶于水的固体
化学性质
（1）与非氧化性强酸反应
Fe（OH）2+2H+=Fe2++2H2O
（2）与氧化性酸反应
3Fe（OH）2+10HNO3=3Fe（NO3）3+NO↑+8H2O
（3）空气中放置被氧化
4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3
（1）与酸反应
Fe（OH）3+3H+=Fe3++3H2O
（2）受热分解
2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O
制备
①煮沸蒸馏水，赶走溶解的氧气②煮沸NaOH溶液，赶走溶解的氧气③配制FeSO4溶液，加少量的还原铁粉④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下
Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓
将NaOH溶液滴入Fe2（SO4）3溶液中
Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓
1.Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是+2价，有2/3的Fe是+3价，可看成FeO·
Fe2O3，实际应写成Fe（FeO2）2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。
2.Fe（OH）2和Fe（OH）3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀。
而Fe（OH）2极不稳定，易被氧化成Fe（OH）3，反应现象是：
白色→灰绿色→红褐色。
若要观察到白色的Fe（OH）2沉淀，需要创造以下条件：
（1）排除亚铁盐溶液里的Fe3+离子，以免Fe3+离子直接与OH-结合生成Fe（OH）3。
（2）尽量排除溶液中溶解的氧气（绝对排除是办不到的），以减慢生成的Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3的速度。
反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止Fe3+离子产生。
亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。
三、Fe、Fe2+和Fe3+之间相互转化及检验
从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:
Fe只有还原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有还原性。
上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化，如下图（常称为铁三角）：
Fe
Cl2
COFe3+COO2
ZnCu2+H2HNO3
I-、I2、SAlKMnO4
Cl2、O2、HNO3、KMnO4、H2O2
Fe2+Fe、Cu、I-、S2-、H2SFe3+
（溶液为绿色）（溶液为棕黄色）
1.学习铁及其化合物的性质要注意：
（1）抓价态：
从铁元素三种价态的相互转化（铁三角关系）去认识铁及其化合物间的氧化—还原反应规律.
（2）想属类：
如铁是一种比较活泼的过渡金属，氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物，氢氧化亚铁、氢氧化铁为不溶性弱碱，氯化铁为强酸弱碱盐，由此去分析理解它们各自所具有的性质.
2.铁元素的原子在化学反应中，当遇弱氧化剂（如S、H+、Cu2+、I2等）时，铁只能失去最外层的两个电子，而生成+2价铁的化合物，当遇到强氧化剂（如Cl2、Br2、HNO3等）时，铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3价铁的化合物.
3.具体反应有：
（1）Fe2+→Fe3+
①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-（在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色）。
②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O（亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是：
12FeSO4+3O2=4Fe2（SO4）3+2Fe2O3）
③3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++2H2O+NO↑
④5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+
如在FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液由浅绿色变棕黄色，在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液，溶液由紫红变棕黄。
⑤2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
（2）Fe3+→Fe2+
①2Fe3++S2+=2Fe2++S,如在FeCl3溶液中滴加适量的Na2S溶液,溶液变浑浊，滤去沉淀则滤液为浅绿色；
如加入过量的Na2S溶液，，则又有黑色沉淀生成（FeS），向Fe3+溶液中通入H2S气体的离子方程式为：
2Fe2++H2S=2Fe3++2H++S↓。
②2Fe3++SO32－+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+
③2Fe3++Fe=3Fe2+,在FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2+被氧化为Fe3+。
④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,电路板的制作是利用FeCl3溶液与裸露的铜反应。
⑤2Fe3++2I－=2Fe2++I2
4.Fe2+和Fe3+的检验
（1）Fe2+的检验：
方法一：
滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。
方法二：
滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。
（2）Fe3+的检验：
滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即变为血红色。
滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。
1.Fe2+和Fe3+的相互转化
Fe2+有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe3+：
MnO-4+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O
+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
H2O2+2Fe2++2H+=2F3++2H2O
在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2+氧化：
4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O
在碱性溶液中，Fe2+的还原性更强，它能把NO-3和NO-2还原成NH3，能把Cu2+还原成金属铜.Fe3+具有氧化性，它能把I-氧化成I2：
2Fe3++2I-=2Fe2++I2
在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式是：
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
因此，铜在氯化铁溶液中能作还原剂，而FeCl3是氧化剂.
Fe3+在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe2+：
2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+
2F3++Sn2+=2Fe2++Sn4+
Fe3+还能被金属铁还原：
2Fe3++Fe=3Fe2+
在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe2+被氧化为Fe3+.
2.Fe2+和Fe3+的颜色
Fe2+在水溶液中通常以水合离子［Fe（H2O）6］2+形式存在，呈淡绿色，并存在下列平衡：
［Fe（H2O）6］2++H2O
［Fe（H2O）5OH］++H2O+
这个平衡的pK=9.5，水解的程度很小，溶液近于中性.
Fe3+在酸性溶液中，通常以淡紫色的［Fe（H2O）6］3+形式存在.三氯化铁以及其他+3价铁盐溶于水后都发生显著的水解，实质是+3价水合铁离子的水解.只有在PH=0左右时，才有［Fe（H2O）6］3+存在（但由于有阴离子的存在，会生成其他的络离子，影响淡紫色的观察）.当PH为2～3时，水解趋势很明显.它们的水解平衡如下：
［Fe（H2O）6］3++H2O
［Fe（H2O）5（OH）］2++H3O+
K=10-3.05
［Fe（H2O）5（OH）］2++H2O
［Fe（H2O）4（OH）2］++H3O+
K=10-3.26
生成的碱式离子呈黄色，它可聚合成二聚体：
2［Fe（H2O）6］3+
［Fe2（H2O）8（OH）2］4++2H3O+
K=10-2.91
二聚体是借OH-为桥把2个Fe3+连结起来形成的多核络离子.溶液的PH越高，水解聚合的倾向越大，最后逐渐形成胶体，析出红综色水合氧化铁沉淀。
3．例题精讲
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+
思路与解析：
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Fe2+和Cu2+反应生成Fe2+和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金属阳离子为Fe2+，故选A。
例2.将6g纯铁粉加入200mLFe2（SO4）3和CuSO4的混合溶液中充分反应后得到200mL0.5mol/L的FeSO4溶液和5.2g固体，求：
（1）反应后生成铜多少克？
（2）加入铁粉前Fe2（SO4）3物质的量浓度。
[思路]：
在Fe2（SO4）3和CuSO4的混合溶液中投入铁粉后，Fe3+和Cu2+均可与铁发生反应，但由于氧化性Fe3+>
Cu2+，所以Fe应首先还原Fe3+，即首先发生反应：
Fe+2Fe3+=3Fe2+，但不可以只发生此反应，原因有二：
第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余，则不可能有5.2g不溶物；
第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO4为（6g÷
56g/mol）×
3=0.32mol>
0.1mol。
通过以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe3+还原后，不发生了还原Cu2+的反应，此时的Fe是否有剩余呢？
也就是余5.2g固体中肯定有Cu，是否含Fe呢？
这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。
[解析]：
发生反应的化学方程式为：
①Fe+Fe2（SO4）3=3FeSO4②Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
两个反应共生成FeSO4为：
0.2L×
0.5mol/L=0.1mol
观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO4，②式消耗的铁更多。
假设0.1molFeSO4全部为②式产生，则此时消耗的铁将达最大量为a。
Fe～FeSO4
1mol1mol
a0.1mol
a=0.1mol，即铁为5.6g，则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe，设原溶液的Fe2（SO4）3和CuSO4的物质的量分别为x和y。
Fe+Fe2（SO4）3=3FeSO4Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
Xx3xyyyy
由题意得3x+y=0.1mol
6g-56g/mol×
（x+y）+64g/mol×
y=5.2g
解得：
x=0.02moly=0.04mol
则生成铜：
0.04mol×
64g/mol=2.56g
原Fe2（SO4）3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L
例3.mg铁粉与一定量的HNO3在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况nL氧气混合,恰好能被水完全吸收,m和n的关系是什么?
[思路]此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因HNO3的浓度和用量不同,生成Fe（NO3）3还是Fe（NO3）2不能确定,HNO3的还原产物是NO还是NO2也不能确定。
所以消耗的氧气也无从下手求出.但是从始态和终态来看,HNO3的还原产物与氧气混合后,最终还是生成HNO3,这样消耗的氧气相当于把mg铁粉氧化成+2价或+3价化合物,用极端思考法很容易求出。
[解析]:
假设HNO3为稀的,铁与HNO3反应后的价态是+2,
则有:
3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O
（1）
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
（2）
（1）×
2+
（2）得：
2Fe+O2+4HNO3=2Fe（NO3）2+2H2O
可改写为：
2Fe+O2+4HNO3=2FeO+4HNO3
即：
2Fe+O2=2FeO
同理可得：
4Fe+3O2=2Fe2O3问题便得以解决
即：
当铁被氧化为+2价时，由电子得失守衡得：
m/56×
2=n/22.4×
4n=O.2m
当铁被氧化为=+3价时，由电子得失守衡得：
3=n/22.4×
4n=O.3m
则m与n的关系是：
O.2m≤n≤O.3m
[小结]此题在解题过程中，巧妙得使用了始态和终态，使复杂的问题简单化。
氧化还原反应中，电子得失守衡的使用，避免了繁琐的计算，在应试中赢得了时间，思维训练方面堪称是一道好题。
例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：
1C.1：
1D.1：
3
可用平均组成法来求解：
[解析]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需是1：
1.故答案应选C、D。
例5.某铁的“氧化物”样品，用5mol/L的盐酸140mL恰好完全溶解，所得溶液还能吸收标准状况下0.56L氯气，使其中Fe2+全部转化为Fe3+。
该样品可能的化学式是（）
A.Fe2O3B.Fe3O4C.Fe4O5D.Fe5O7
利用正、负电荷相等列方程可快速解题。
[解析]设铁的氧化物中含O2-为xmol，则其化学式为FexOy，由O2-个数守恒有：
2yH++FexOy=yH2O+xFe+（2y/x）
2ymolymol
0.7molamol
2y：
y=0.7：
aa=0.35（mol）
设FexOy中含Fe2+bmol,则：
2Fe2++Cl2=Fe3＋+2Cl-
2mol22.4L
bmol0.56L
b=22.4：
0.56b=0.05（mol）
设样品FexOy中含Fe3+为cmol,则由电荷守恒可得：
（2×
0.05mol）×
3cmol=2×
0.35mol
解之得c=0.2mol
故样品FexOy中：
x：
y=（0.05+0.02）：
0.35=5：
7
即样品“氧化铁”化学式为：
Fe5O7。
例6：
试样x由氧化亚铁和氧化铜组成.取质量相等的两份试样，按下图所示进行实验.
（1）请写出步骤③中所发生的全部反应的离子方程式.
（2）若全部的溶液y和全部的粉末Z充分反应后，生成的不溶物的质量是m，则每份试样x中氧化铜的质量为（用m表示）.
本题第一问比较简单.发生的反应为：
Fe+Cu2+=Fe2++Cu，Fe+2H+=Fe2++H2↑
第二问是考查思维的严密性和敏捷性.由题意，反应后溶液中不含Cu2+，所以两份试样中的铜元素全部转化为单质铜，而溶液是强酸性，则固体物中无Fe,所以m为铜的质量.故一份试样中氧化铜的质量为
×
MCuO=
m=
m.
（1）Fe+Cu2+=Fe2++CuFe+2H+=Fe2+H2↑
（2）
m
例7.在下列所指的各溶液中，分别滴加NH4SCN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
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↑+H2O2Fe3++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。
选A、B。
例8.将8gFe2O3投入150mL某浓度的稀硫酸中，再投入7g铁粉收集到1.68LH2（标准状况），同时，Fe和Fe2O3均无剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀，共消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。
则原硫酸的物质的量浓度为（）。
A.1.5mol/LB.0.5mol/L
C.2mol/LD.1.2mol/L
粗看题目，这是一利用关系式进行多步计算的题目，操作起来相当繁琐，但如能仔细阅读题目，挖掘出隐蔽条件，不难发现，反应后只有Na2SO4存在于溶液中，且反应过程中SO42-并无损耗，根据Na+守恒，非常易求得SO42-即原硫酸的物质的量浓度为：
2mol/L，故选C。
例9．金属铜能被FeCl3的浓溶液腐蚀，其化学反应是：
Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2。
现将有铜的印刷线路板浸入120mLFeCl3的浓溶液中，有9.6gCu被腐蚀掉。
取出印刷线路板，向溶液中加入8.4g铁粉，经充分反应，溶液中还存在4.8g不溶物。
则：
（1）溶液中存在那些离子？
（2）离子的浓度各是多少？
（设溶液体积不变）
存在的不溶物有两种可能：
一可能是铁、铜混合物，二可能只是铁。
若为铁、铜混合物，则溶液中的Cu2+必然全部析出，即不溶物的质量大于9.6g，显然错误，故不溶物为Cu。
（1）溶液中存在的离子为：
Fe2+、Cu2+、Cl-。
（2）溶液中n（Cu2+）=（9.6g-4.8g）÷
64g/mol=0.075
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