第三节 铁及其化合物.docx
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第三节铁及其化合物
第三节 铁及其化合物
◆考纲考情快报◆
1.了解铁的主要性质及应用。
(5年4考)
2.了解铁的重要化合物的主要性质及应用。
(5年7考)
考点一 应用广泛的金属单质——铁
[教材知识层]
1.铁的原子结构
铁位于元素周期表中第四周期Ⅷ族,原子结构示意图为
最外层有2个电子,在化学反应中易失去2个或3个电子而表现为+2价或+3价。
铁在地壳中的含量占第4位。
自然界中铁元素主要以化合态形式存在。
2.铁的性质
(1)物理性质
纯铁具有金属的共性,如具有银白色金属光泽和良好的延展性,是电和热的良导体,具有能被磁铁吸引的特性,纯铁有很强的抗腐蚀能力。
(2)化学性质
铁元素性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
①与非金属单质的反应:
a.与O2的反应:
常温下:
铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为Fe2O3。
点燃时:
2Fe+2O2
Fe3O4。
b.与Cl2的反应:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
c.与S的反应:
Fe+S
FeS。
②与水的反应:
常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
③与酸的反应:
a.与非氧化性酸反应的离子方程式为Fe+2H+===Fe2++H2↑。
b.与氧化性酸:
遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化,与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应无H2产生。
④与某些盐溶液的反应:
a.与CuSO4溶液反应的离子方程式为Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
b.与FeCl3溶液反应的离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+。
3.铁的应用
(1)用途:
用途最广泛的是铁合金——钢,用于制造不锈钢、特种钢、钢板、钢管等。
(2)制备:
工业上冶炼铁的反应方程式为:
3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2。
[命题考查层]
命题1 铁反应后元素价态的判断
(1)铁与弱氧化剂(如S、I2、H+、Fe3+、Cu2+)等反应所得产物为Fe2+,铁元素的价态为+2价,如:
Fe+I2
FeI2。
(2)铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、浓H2SO4、硝酸等)反应所得产物为Fe3+,铁元素的价态为+3价。
如2Fe+3Br2===2FeBr3。
(3)铁在纯氧中燃烧得到的产物为Fe3O4,铁元素的价态为+2、+3价。
(4)铁与稀硝酸反应产物的判断:
①当HNO3过量时:
反应原理:
Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,
铁元素的存在形式为Fe3+,铁元素的价态为+3价。
②当Fe过量时:
反应原理:
3Fe+8HNO3===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,
铁元素的存在形式为Fe2+,铁元素的价态为+2价。
③当
<
<
时:
铁元素的存在形式为Fe2+和Fe3+,铁元素的价态为+2、+3价。
[典题示例]
1.(2016·江苏扬州质检)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
、NO
、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
[解析] pH=0的溶液呈强酸性,Fe2+、NO
、H+不能大量共存,B项不正确;C项应为0.3mol,不正确;D项电荷不守恒,不正确。
[答案] A
2.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。
[解析] 向稀硝酸中加入铁粉,开始时稀硝酸过量应生成Fe3+,故AB段铁元素以Fe3+形式存在。
随着铁粉的增加,溶液中的Fe3+与Fe反应生成Fe2+。
Fe3+全部转化成Fe2+后,铁粉不再溶解,故CD段铁元素以Fe、Fe2+形式存在。
[答案]
(1)①
(2)④ (3)③
[高考达标层]
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2014·北京高考)铁表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化( )
(2)
(2014·北京高考)将试管①中铁粉与水蒸气加热,试管②中肥皂水冒泡,说明铁与水蒸气在加热条件下发生了反应( )
(3)(2013·全国卷Ⅱ)浓盐酸与铁屑反应的离子方程式:
2Fe+6H+===2Fe3++3H2↑。
(4)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。
( )
(5)Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应。
( )
(6)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。
( )
(7)铁与硫混合共热生成FeS2。
( )
[答案]
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
2.将铁屑溶于过量的稀盐酸后,再加入下列物质,会有Fe3+生成的是( )
A.硫酸 B.氯水C.硫酸锌D.氯化铜
[解析] Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,选项中,H2SO4、ZnSO4、CuCl2均不能与FeCl2反应,但氯水中的Cl2能氧化Fe2+生成Fe3+,离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
[答案] B
考点二 铁的氧化物与氢氧化物
[教材知识层]
1.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化合价
+2
+3
+2、+3
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
2.铁的氢氧化物
化学式
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
可溶性亚铁盐与碱反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的关系
空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
[命题考查层]
命题1 铁的氧化物、氢氧化物的组成与性质
[典题示例]
1.(2014·山东理综,9)等质量的下列物质与足量稀硝酸反应,放出NO物质的量最多的是( )
A.FeOB.Fe2O3
C.FeSO4D.Fe3O4
[解析] Fe2O3与硝酸反应不产生NO,等质量的FeO、FeSO4、Fe3O4中+2价铁的物质的量最大的是FeO,失电子数最多,产生NO的物质的量最多。
[答案] A
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∶3∶1D.1∶1∶3
[解析] 混合物中,n(Fe)∶n(O)=
∶
=3∶4,故FeO与Fe2O3按物质的量1∶1混合,D项符合要求。
【方法技巧】
铁的氧化物组成的判断方法
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按物质的量比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)。
命题2 Fe(OH)2的制备
[典题示例]
1.(2016·郑州模拟)氧化亚铁溶于过量稀硫酸,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,上述白色沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3 Fe2O3 B.Fe(OH)2 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.Fe(OH)2 Fe3O4
[解析] 反应过程为FeO
Fe2+
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Fe2O3。
[答案] B
2.在如图所示的装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备Fe(OH)2。
(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是________________。
(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是________________。
(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀,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,理由是___________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] 两支试管,试管Ⅱ是开口式,无法用产生的气体将试液压入试管Ⅰ中,所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中,而在试管Ⅱ中盛不含O2的NaOH溶液。
当Fe与稀H2SO4放入试管Ⅰ后,产生的H2可以从试管Ⅰ内短管处排出,从而排尽试管Ⅰ内空气。
再经过止水夹通入试管Ⅱ中,排尽试管Ⅱ内空气。
然后关闭止水夹,试管Ⅰ内产生的H2无法逸出,造成管内压强增大,将试管Ⅰ内FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内,在此过程中,液体都处在H2环境中,从而避免了被空气中的O2氧化,使得Fe(OH)2能保存更长时间。
优点:
完全隔绝了O2与FeSO4、NaOH、Fe(OH)2的接触,能较长时间的看到白色沉淀。
缺点:
装置较复杂,实验时间长,一定要把握好关闭止水夹的时间。
[答案]
(1)稀H2SO4和铁屑
(2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度,当排出的H2已经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,故外界O2不易进
【方法技巧】
制备Fe(OH)2常用的三种方法
方法一:
有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。
方法二:
还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀。
如图2所示。
方法三:
电解法
用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯或煤油,如图3所示。
[高考达标层]
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)磁性氧化铁溶于稀硝酸的离子方程式为:
3Fe2++4H++NO
===3Fe3++NO↑+3H2O。
( )
(2)氢氧化铁与HI溶液反应的离子方程式为:
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O。
( )
(3)Fe2O3不可与水反应得到Fe(OH)3,所以不能通过化合反应制取Fe(OH)3。
( )
(4)Fe(OH)2在空气中加热,可得到FeO。
( )
(5)向硫酸亚铁溶液中滴加NaOH溶液,边加边搅拌,即可制得白色的氢氧化亚铁。
( )
(6)Fe2O3是红棕色粉末,俗称铁红,常用作红色油漆和涂料。
( )
[答案]
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
2.将下列物质的颜色和用途或性质用短线连接起来。
①Fe2O3 a.红褐色 A.具有较强的还原性
②Fe(OH)2B.红棕色B.易被氧化成灰绿色最终变成红褐色
③Fe(OH)3c.白色C.红色油漆、涂料
④Fe2+D.棕黄色D.受热分解成红棕色粉末
⑤Fe3+e.浅绿色E.具有较强的氧化性
[答案] ①—b—C;②—c—B;③—a—D;④—e—A;⑤—d—E
考点三 Fe2+、Fe3+的相互转化及检验
[教材知识层]
1.亚铁盐
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,既有氧化性,又有还原性。
(1)氧化性:
Fe2+与Zn反应的离子方程式:
Zn+Fe2+===Fe+Zn2+;
(2)还原性:
Fe2+与Cl2反应的离子方程式:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
2.铁盐
(1)氧化性:
含Fe3+的溶液呈黄色,Fe3+具有较强的氧化性。
①Fe3+与Cu反应的离子方程式:
2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+。
②Fe3+与I-反应的离子方程式:
2Fe3++2I-===2Fe2++I2。
(2)特性:
含有Fe3+的盐溶液遇KSCN溶液变成红色。
3.Fe2+与Fe3+的转化
Fe2+
Fe3+
上述转化关系中标号反应的离子方程式为:
①2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;
②3Fe2++NO
+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O;
③2Fe3++Fe===3Fe2+;
④2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
[命题考查层]
命题1 “铁三角”转化关系及应用
1.“铁三角”转化关系
2.应用
(1)除杂方法:
主要物质
杂质
除杂方法
Fe2+
Fe3+
加过量铁粉后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2
Fe2+
Cu2+
加过量铁粉后过滤
Fe
Al
加过量强碱(如NaOH)溶液后过滤
Fe2O3
Al2O3、SiO2
加过量强碱(如NaOH)溶液后过滤
(2)判断离子共存的方法:
Fe2+
NO
(H+)、ClO-、MnO
(H+)。
Fe3+
S2-、I-、SO
。
Fe2+、Fe3+
HCO
、CO
等水解相互促进的离子
(3)盐溶液的配制与保存方法:
(4)物质的制备方法:
[典题示例]
1.(2014·上海高考)用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得的溶液中加入铁粉。
对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是( )
A.若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+
B.若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+
C.若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出
D.若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出
[解析] 氧化性是Fe3+>Cu2+>Fe2+,还原性是Fe>Cu,则A.若无固体剩余,这说明铁粉完全被溶液中的铁离子氧化,但此时溶液中不一定还有Fe3+,A不正确;B.若有固体存在,则固体中一定有铜,可能还有铁,因此溶液中一定有Fe2+,B正确;C.若溶液中有Cu2+,则也可能有部分铜已经被置换出来,因此不一定没有固体析出,C不正确;D.若溶液中有Fe2+,但如果溶液中Fe3+过量,则不一定有Cu析出,D不正确。
[答案] B
2.(2014·山东理综)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,取少量铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀硫酸,滴加KSCN溶液无明显现象,________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3,理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(用离子方程式说明)。
[解析] 看到铁就要注意是否会发生氧化还原反应,如本题混合物中即使含有Fe2O3,Fe2O3溶于酸后生成的Fe3+与反应生成的Fe发生氧化还原反应也会生成Fe2+,因此不能证明反应后固体不含Fe2O3。
[答案] 不能 Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+===3Fe2+(或只写Fe+2Fe3+===3Fe2+)
【方法技巧】
混合溶液中Fe3+、Fe2+的除去方法
(1)除去Mg2+中混有的Fe3+的方法:
向混合溶液中加入Mg、MgO、MgCO3、Mg(OH)2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沉淀而除去。
(2)除去Cu2+中混有的Fe3+的方法:
向混合溶液中加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3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沉淀而除去。
(3)除去Mg2+中混有的Fe2+的方法:
先加入氧化剂(如H2O2)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+。
(4)除去Cu2+中混有的Fe2+的方法:
先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按
(2)的方法除去溶液中的Fe3+。
命题2 Fe2+、Fe3+的检验
1.Fe2+的检验
方法一:
取出少量被检验的溶液,滴加KSCN溶液,无现象,再滴加氯水,若变成红色溶液,说明有Fe2+存在(鉴别时不能先滴加氯水)。
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(红色)。
方法二:
取出少量被检验的溶液,加入NaOH溶液,产生白色絮状沉淀,白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明有Fe2+存在。
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓,
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
2.Fe3+的检验
方法一:
取出少量被检验的溶液,滴加KSCN溶液,溶液变红色,证明有Fe3+存在。
方法二:
取出少量被检验的溶液,加入NaOH溶液,产生红褐色沉淀,证明有Fe3+存在。
3.含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
(1)Fe3+的检验:
①
溶液变红色,说明含有Fe3+
②
试纸变蓝色,说明含有Fe3+
(2)Fe2+的检验:
①
KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+
②
溴水褪色,说明含有Fe2+
[典题示例]
1.(2016·上海静安期末)某溶液中可能存在Fe3+、Fe2+、I-、HCO
、Cl-、NO
六种离子中的几种。
进行下列实验:
①取少量溶液滴加KSCN溶液,溶液呈红色;
②另取少量原溶液滴加盐酸,溶液的棕黄色加深。
据此可以推断,该溶液中一定大量存在的离子是( )
A.I- B.HCO
C.Cl- D.NO
[解析] 由①可知溶液中一定含有Fe3+,有Fe3+一定无I-、HCO
;由②可知加入盐酸后又生成Fe3+,说明原溶液中含有Fe2+和NO
。
[答案] D
2.(2012·山东高考节选)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
用稀H2SO4浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在________(填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是________(注明试剂、现象)。
[解析] 滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中有Fe3+,检验溶液中还存在Fe2+时,可以利用Fe2+的还原性,加入酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去。
[答案] Fe3+ 取少量溶液,滴加KMnO4溶液,KMnO4褪色
[高考达标层]
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2014·全国卷Ⅰ)FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作的原理是FeCl3能从含Cu2+的溶液中置换出铜。
( )
(2)(2014·江苏高考)(NH4)2Fe(SO4)2溶液与过量NaOH溶液反应制Fe(OH)2:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。
( )
(3)(2014·安徽高考)Fe2(SO4)3和KI溶液反应的离子方程式:
Fe3++2I-===Fe2++I2。
(4)(2014·四川高考)检验Fe(NO3)2晶体是否氧化变质的方法是将Fe(NO3)2样品溶于稀H2SO4后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变红。
( )
(5)(2013·江苏高考)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+。
( )
(6)(2012·广东高考)Fe3+有氧化性,所以FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜。
( )
(7)(2011·安徽高考)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+。
( )
(8)(2011·江苏高考)FeCl3溶液与Cu的反应:
Fe3++Cu===Cu2++Fe2+。
[答案]
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)×
2.某学生设计了如图所示的方法,鉴定盐A的组成成分,由此分析,下列结论中正确的是( )
A.A中一定有Fe3+ B.C中一定有Fe3+
C.B为AgI沉淀D.A一定为FeBr2溶液
[解析] HNO3具有强氧化性,可氧化Fe2+,A中不一定有Fe3+,A错;AgI为黄色沉淀,C错;A可能是FeBr3溶液、FeBr2溶液或二者的混合物,D错。
[答案] B
1.特殊的颜色:
(1)固体:
Fe3O4、FeO——黑色,Fe2O3——红棕色,Fe(OH)3——红褐色
(2)溶液:
Fe2+——浅绿色,Fe3+——棕黄色
2.特殊现象:
(1)Fe(OH)2
Fe(OH)3,白色沉淀迅速变成灰绿色,最终变成红褐色
(2)Fe3+遇KSCN溶液变血红色
(3)Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成铁氰化亚铁{Fe3[Fe(CN)6]2}蓝色沉淀
3.必记五反应:
(1)Fe+2FeCl3===3FeCl2
(2)Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2
(3)2FeCl2+Cl2===2FeCl3
(4)2Fe3++2I-===I2+2Fe2+
(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
以“铁的化合物的转化”为载体
串联铁元素单质及其化合物知识
高考载体(2014·浙江高考T26)
某研究小组为了探究一种无机矿物盐X(仅含Ca、Fe、C、O四种元素)的组成和性质,设计并完成了如下实验:
[知识串联]
(1)流程图中红褐色沉淀是__________,白色沉淀2是________,由白色沉淀2转化成红褐色沉淀的化学方程式为______________________________________________________________________________________________。
【考查铁的氢氧化物的性质】
(2