铁元素专题复习铁及其化合物专题复习.docx

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铁元素专题复习铁及其化合物专题复习

铁和铁的化合物

一、铁的结构和性质

1.铁是26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，属于过渡元素。

原子结构示意图：

主要化合价：

+2，+3

2.铁在金属的分类中属于黑色金属，重金属，常见金属。

纯净的铁是光亮的银白色金属，密度为7.86g/㎝3,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。

还原铁粉为黑色粉末。

3.铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。

①跟非金属反应：

点燃点燃△

3Fe+2O2==Fe3O42Fe+3Cl2==2FeCl3Fe+S=FeS

Fe+I2=FeI2

②跟水反应：

3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑

③跟酸作用：

Fe+2H+=Fe2++H2↑（遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，且氧化性酸过量时生成Fe3+）

④与部分盐溶液反应：

Fe+Cu2+=Fe2++CuFe+2Fe3+=3Fe2+

3.生铁与钢的比较

铁的合金

生铁

钢

含碳量

2%～4.3%

0.03%～2%

其它杂质

含硅、锰、硫、磷较多

含硅、锰少量，硫和磷几乎没有

机械性能

硬而脆、无韧性

硬而韧、有弹性

机械加工

可铸不可锻

可铸、可锻、可压延

4.炼铁和炼钢的比较

炼铁

炼钢

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

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：

高炉

（4）生产过程

①还原剂的生成

C+O2

CO2CO2+C

2CO

②铁矿石还原成铁

Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2↑

③除脉石、炉渣的形成

CaCO3

CaO+CO2↑

SiO2+CaO

CaSiO3

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

2FeO

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

2FeO+Si

2Fe+SiO2

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

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

+3H2O

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

Fe2+Cl2、O2、HNO3、KMnO4、H2O2Fe3+

（溶液为绿色）（溶液为棕黄色）

Fe、Cu、I-、S2-、H2S

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：

方法一：

滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即变为血红色。

方法二：

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+.

【】久置于空气中的下列物质，因被氧化而呈黄色的是（）

A．浓硝酸　　B．氯化亚铁溶液　　C．氯化铁溶液　　　　　D．溴化银

【】、Na、Mg、Al、Fe四种金属中两种组成的混合物12g，与足量盐酸反应放出H20.5g，则混合物中必定含有的金属是（）

A．钠B．镁C．铝D．铁

【】、将Na2O2投入FeCl2溶液中,可观察到的现象是（）

A．生成白色沉淀B．生成红褐色沉淀C．有气泡产生D．无变化

【】向某晶体的水溶液中加入Fe2+的溶液后，无明显变化，当滴加几滴溴水后，混合液出现血红色。

那么，由此得出下列的结论错误的是（）

A．该晶体中一定含有SCN－B．Fe3+的氧化性比Br2的氧化性强

C．Fe2+被Br2氧化为Fe3+D．Fe2+与SCN－不能形成血红色的化合物

【】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+

【】.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。

【】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?

【】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：

1：

1D.1：

1：

3

【】.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

【】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）.

【】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

【】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

【】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）

【】：

氯化铜（CuCl2·2H2O）中含FeCl2杂质.为制得纯净氯化铜晶体，首先将其制成水溶液，然后按下面所示操作步骤进行提纯.

↓蒸发结晶

CuCl2·2H2O（纯）

（1）加入氧化剂X的目的是

（2）下列氧化剂中最适合本实验的是

A.H2O2B.KMnO4C.NaClOD.K2Cr2O7

（3）物质Y和沉淀Z的化学式分别是和.

（已知完全成氢氧化物所需PH值：

Fe3+为3.7，Cu2+为6.4，Fe2+为9.6.）

【】：

向含有0.8mol的稀硝酸溶液中慢慢加入22.4g的铁粉.假设反应分为两个阶段.第一阶段为：

Fe+HNO3

Fe（NO3）3+NO↑+H2O

（1）写出这两个阶段反应的离子方程式.

（2）求这两个阶段反应中，加入铁粉的物质的量和溶液中铁元素存在的形式.

（3）在图中画出溶液中Fe2+、

离子的物质的量随加入铁粉的物质的量变化的关系图像（纵坐标是溶液中离子的物质的量）.

作业

一、选择题

1.（2002年全国高考题）铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加入过量的氨水，有红褐色沉淀生成。

过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣。

上述沉淀和残渣分别为

A.Fe（OH）3;Fe2O3B.Fe（OH）2;FeO

C.Fe（OH）2、Fe（OH）3;Fe3O4D.Fe2O3;Fe（OH）3

2.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.③②

C.③①D.①②③

3.在氯化铁、氯化铜和盐酸混合液中加入铁粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是

A.Cu2＋B.Fe3＋

C.Fe2＋D.H＋

4.在FeCl3,CuCl2,FeCl2的混合溶液中，Fe3＋,Cu2＋和Fe2＋的物质的量之比为3∶2∶1,现加入适量铁粉，使溶液中三种离子物质的量浓度之比变化为1∶2∶4,则参加反应的铁粉与原溶液Fe3＋的物质的量之比为

A.2∶1B.1∶2

C.1∶3D.1∶4

5.在浓度均为3　mol·L－1的盐酸和硫酸各100　ｍL中，分别加入等质量的铁粉，反应完毕后生成气体的质量比为3∶4，则加入铁粉的质量为

A．5.6　ｇB．8.4　ｇ

C．11.2　ｇＤ．1.8　ｇ

6.把ag铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液。

过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧，得到的红色粉末的质量仍为ag，则原合金中铁的质量分数为

A.70%B.52.4%

C.47.6%D.30%

7.制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3＋Cｕ===2FeCl2＋CｕCl2。

向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是

A.烧杯中有铜无铁B.烧杯中有铁无铜

C.烧杯中铁、铜都有D.烧杯中铁、铜都无

8.某溶液中含有大量的Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和NH

，其c（H＋）=10－2mol·L－1，在该溶液中可以大量存在的阴离子是

A.SO

B.NO

C.SCN－D.CO

9.某强酸性溶液中可能存在NO

、Cl－、I－、Fe3＋中的一种或几种。

向该溶液中加入溴水，单质溴被还原，由此推断溶液中

A.不含NO

、也不含Fe3＋B.含有NO

、I－、Cl－

C.含I－，但不能确定是否含Cl－D.含有Fe3＋

10.用足量的稀硫酸溶解FeS和Fe（OH）3的混合物28．3　ｇ，最终得到沉淀1．6　ｇ，则原混合物中FeS的质量可能是

A．4．4　ｇB．7．8　ｇ

C．13．5　ｇD．17．6　ｇ

二、非选择题（共50分）

11.（6分）在烧制砖瓦时，用粘土做成的坯经过烘烧后，铁的化合物转化成而制得红色砖瓦。

若烘烧后期从窑顶向下慢慢浇水，窑内会产生大量的气体，它们把该红色物质还原成的黑色化合物是，同时还有未烧的碳颗粒，而制得了青色砖瓦。

12.（6分）有关物质间有下图所示的转化关系。

其中：

A的浓溶液与单质B在加热时才发生反应①；A的稀溶液与足量B发生反应②。

据此填写下列空白：

（1）反应④的现象是。

（2）写出反应②的离子方程式。

（3）根据题示信息判断，A的浓溶液和单质B加热时能否产生G，说明理由（写出化学方程式回答）：

。

13.（6分）室温下，单质A、B、C分别为固体、黄绿色气体、无色气体，在合适反应条件下，它们可以按下图进行反应。

又知E溶液是无色的，请回答：

反应流程

（1）A是，B是，

C是。

（请填化学式）

（2）反应①的化学方程式为：

。

（3）反应③的化学方程式为：

。

（4）反应④的化学方程式为：

。

14.（10分）A、B、C、D、E分别是铁的单质或铁的化合物。

其相互反应关系如下图所示：

根据上图所示变化，要求回答：

（1）推断A、B、C、D、E各是什么物质

A、B、C、D、E；

（2）写出各步反应的化学方程式：

①;

②;

③;

④;

⑤;

⑥;

⑦;

⑧。

15.（10分）将一生锈的铁片置于稀HNO3中充分反应后，共收集到11.2L（标准状况）NO气体，溶液中还剩余5g固体残渣，在过滤后的滤液中通入35.5g氯气，恰好使溶液中的Fe2＋全部氧化。

求原带锈铁片的质量和铁锈的质量分数（铁锈成分以Fe2O3计）。

16.（12分）（2001年全国高考卷）已知Fe2O3在高炉中有下列反应：

Fe2O3＋CO

2FeO＋CO2

反应形成的固体混合物（含Fe2O3和FeO）中，元素铁和氧的质量比用m（Fe）∶m（O）表示。

（1）上述固体混合物中，m（Fe）∶m（O）不可能是（选填a、b、c多选扣1分）。

a.21∶9b.21∶7.5c.21∶6

（2）若m（Fe）∶m（O）=21∶8，计算Fe2O3被CO还原的百分率。

（3）设Fe2O3被CO还原的百分率为A%，则A%和混合物中m（Fe）∶m（O）的关系式为［用含m（Fe）、m（O）的代数式表示］A%=。

请在下图中画出A%和m（Fe）∶m（O）关系的图形。

（4）如果Fe2O3和CO的反应分两步进行：

3Fe2O3＋CO

2Fe3O4＋CO2Fe3O4＋CO

3FeO＋CO2

试分析反应形成的固体混合物可能的组成及相应的m（Fe）∶m（O）［令m（Fe）∶

m（O）=21∶a，写出a的取值范围］。

将结果填入下表。

混合物组成（用化学式表示）

a的取值范围