ok第三章 第3讲 铁及其化合物.docx

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ok第三章第3讲铁及其化合物

第3讲　铁及其化合物

[考纲要求]　

1.了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。

2.以Fe2＋、Fe3＋的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应。

3.能鉴别溶液中的Fe2＋、Fe3＋。

【考点分布】

考点一　用物质分类思想认识铁及其重要化合物

考点二　＋2、＋3价铁的化学性质

考点三　铁及其化合物的综合应用

高考方向与练习

考点一　用物质分类思想认识铁及其重要化合物

1．铁的存在

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：

铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成＋2、＋3两种价态的化合物。

用化学方程式或离子方程式表示下列变化

Fe＋

Fe＋H2O（g）

④3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

Fe—

3．铁的氧化物和氢氧化物

（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

稳定性

不稳定

稳定

稳定

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

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灰绿色，最后变成红褐色，反应方程式为4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

【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？

答案：

主要因为铁不纯，往往含有碳等杂质，当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电解质溶液（如食盐水）时会发生电化学腐蚀。

2．铁、铝遇浓硫酸或浓硝酸发生钝化，是物理变化还是化学变化？

答案：

常温下铁、铝遇冷的浓HNO3、浓H2SO4时表面会生成一层致密的氧化物薄膜，化学上称为钝化，属于化学变化。

3．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。

答案：

Fe→Fe2＋：

铁与氧化性比较弱的非金属单质（如S、I2），非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸），不活泼金属的盐溶液（如CuSO4溶液）反应，都可实现这种转化。

如：

Fe＋S

FeS,2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu。

（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。

答案：

Fe→Fe3＋：

铁与强氧化剂（如Cl2、HNO3、浓硫酸）在一定条件下反应都会实现这种转化。

例如：

2Fe＋3Cl2

2FeCl3，Fe＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O,

2Fe＋6H2SO4（浓）

Fe2（SO4）3＋3SO2↑＋6H2O。

4．FeCl3、FeCl2和Fe（OH）3是否都可以通过化合反应制取？

答案　都可以。

2Fe＋3Cl2

2FeCl32FeCl3＋Fe===3FeCl24Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

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（　B　）

A．Fe（OH）3　Fe2O3B．Fe（OH）2　Fe2O3

C．Fe（OH）2　Fe（OH）3D．Fe（OH）2　Fe3O4

2．铁与水蒸气反应，通常有以下两种装置，请思考以下问题：

装置一

装置二

实验装置

（1）方法一中，装置A的作用______________________________________________。

方法二中，装湿棉花的作用______________________________________________。

（2）实验完毕后，取出装置一的少量固体，溶于足量稀盐酸，再滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，试解释原因：

________________________________________。

答案：

（1）提供水蒸气　提供水蒸气　

（2）在溶液中Fe3＋被未反应的铁粉完全还原为Fe2＋

题组二　铁及其化合物的定量计算

3．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（　D　）

A．1∶2∶1B．2∶1∶1C．1∶3∶1D．1∶1∶3

解析：

可用平均组成法来求解：

在混合物中铁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须是1∶1。

4．含有Cu（NO3）2、Zn（NO3）2、Fe（NO3）3、AgNO3各0.1mol的混合溶液中加入0.1mol铁粉，充分搅拌后，Fe溶解，溶液中不存在Fe3＋，同时析出0.1molAg，下列结论错误的是（　B　）

A．溶液质量减轻B．溶液中Cu2＋与Fe2＋的物质的量比为1∶1

C．Fe3＋的氧化性大于Cu2＋D．1molFe可还原2molFe3＋

解析：

由溶液析出0.1molAg，溶解0.1mol铁粉可知溶液质量减轻；依信息可知只有Ag析出，Cu2＋没有参加反应，Ag＋全部被铁还原，2Ag＋＋Fe===2Ag＋Fe2＋，消耗Fe为0.05mol，生成0.05molFe2＋；溶液中不含Fe3＋，余下的0.05molFe恰好完全反应，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，生成0.15molFe2＋；溶液中的Cu2＋与Fe2＋的物质的量比为1∶2。

5．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。

答案：

（1）①　

（2）④　（3）③

【归纳总结】

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===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===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，可以用数轴表示：

解题时需注意量的范围。

即：

①

≤

，产物仅有Fe（NO3）3，HNO3可能有剩余；

②

≥

，产物仅有Fe（NO3）2，Fe可能有剩余；

③

<

<

，产物为Fe（NO3）3和Fe（NO3）2，Fe和HNO3都反应完全。

考点二　＋2、＋3价铁的化学性质

1．Fe2＋的氧化性和还原性

Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性。

在中学阶段接触Fe2＋的氧化还原反应中其主要表现还原性，如：

Fe2＋遇Br2、Cl2、H2O2、NO

（H＋）等均表现还原性。

2．Fe3＋的氧化性

Fe3＋处于铁的高价态，表现较强的氧化性，如：

它能氧化Fe、Cu、HI、H2S等。

3．Fe2＋与Fe3＋的相互转化

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＋。

题组一　根据试剂判断Fe2＋、Fe3＋的转化

1．下列试剂中，不能使Fe2＋转化为Fe3＋的是（　D　）

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．将铁屑溶于过量盐酸后，再加入下列物质，会有三价铁生成的是（　D　）

①硫酸　②氯水　③硝酸锌　④氯化铜

A．①③B．②④C．③④D．②③

3．在含有Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、NH

的稀溶液中加入足量Na2O2固体，充分作用后，再加入过量稀盐酸，完全反应，则离子数目没有变化的是（　B　）

A．Fe3＋、Al3＋B．Al3＋C．Fe2＋、NH

D．Fe3＋

题组二　实现转化时试剂的选择

4．硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁，为除去杂质，提纯硫酸亚铁，应该加入下列物质中的

（C）

A．锌粉B．镁粉C．铁粉D．铝粉

5．如何除去括号中的杂质

（1）Fe2＋（Fe3＋）：

加过量铁粉过滤；

（2）FeCl3（FeCl2）：

加氯水或H2O2；

（3）FeCl2（CuCl2）：

加过量铁粉过滤；（4）Fe（Al）：

加过量强碱溶液过滤；

（5）Fe2O3（Al2O3、SiO2）：

加过量强碱溶液过滤。

题组三　Fe3＋、Fe2＋的检验

6．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

（　C　）

A．④B．③C．③④D．①②③④⑤

解析：

③不反应，实验方案及现象均错；④检验的是Cl－，与Fe3＋的性质无关。

7．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（　C　）

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

8．下列离子的检验方法合理的是（　C　）

A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色，说明不含Fe2＋

B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变血红色，说明原溶液中含有Fe2＋

C．向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋

D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋

考点三　铁及其化合物的综合应用

“铁三角”的转化关系及应用举例

【归纳总结】　

（1）判断离子共存

①Fe2＋、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。

②Fe3＋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。

（2）盐溶液的配制与保存

①Fe2＋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。

②Fe3＋的盐溶液：

加少量相应的酸防止Fe3＋水解。

【深度思考】

根据铁及其化合物的重要性质思考如下几个问题

（1）请设计由FeSO4制取Fe2O3的最佳方案。

答案：

向FeSO4溶液中加入过量NaOH溶液，过滤、洗涤、加热灼烧即可得到Fe2O3。

（2）加热蒸干FeCl2、FeCl3溶液并灼烧，最终得到的固体是（Fe2O3）。

题组一　实验探究——Fe（OH）2的制备

1．用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。

（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入__________________________________。

（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。

（3）生成Fe（OH）2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液，这样操作的理由是________________________________________________。

答案：

（1）稀H2SO4、铁屑　

（2）煮沸　（3）避免生成的Fe（OH）2沉淀接触O2而被氧化

解析：

Fe2＋易水解，要加入稀H2SO4防止其水解；Fe2＋易被空气中的O2氧化，要加铁粉，将被氧化生成的Fe3＋还原成Fe2＋。

气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2减少。

优点：

装置简单。

缺点：

难以控制FeSO4、NaOH中不含氧气。

即使加热煮沸FeSO4、NaOH溶液，在冷却和实验过程中还会有少量氧气溶解。

2.下列各图示中能较长时间看到Fe（OH）2白色沉淀的是①②③⑤（填序号）。

解析：

①、②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe（OH）2处在氢气的保护中；③的原理为铁作阳极产生Fe2＋，与电解水产生的OH－结合生成Fe（OH）2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe（OH）2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。

题组二　含铁化合物的框图推断

3．A、B、C为中学常见单质，其中一种为金属，通常情况下，A为固体，B为黄绿色气体，C为无色气体。

D、E、F、G、H、X均为化合物，其中X常温下是无色气体，其水溶液是一种强酸，E为黑色固体，H在常温下为液体。

它们之间的转化关系如下图所示（其中某些反应条件和部分反应物已略去）。

请回答下列问题：

（1）写出下列物质的化学式：

A__________、D__________、E__________、X_________。

（2）在反应①～⑦中，不属于氧化还原反应的是__________（填编号）。

（3）反应④的离子方程式是_____________________________________________；

（4）反应⑦的化学方程式是_____________________________________________；

该反应中每消耗0.3mol的A，可转移电子______mol。

（5）写出D的溶液与小苏打溶液反应的离子方程式是_______________________________________。

（6）除去D溶液中混有的少量G的方法是_________________________________________________。

（7）在D溶液中制备无水D固体的方法是_________________________________________________。

答案：

（1）Fe　FeCl3　Fe3O4　HCl　

（2）③⑥（3）2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋

（4）3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2　0.8

（5）Fe3＋＋3HCO

===Fe（OH）3↓＋3CO2↑

（6）向混合液中通入足量的氯气（或加入足量的H2O2）

（7）在HCl气流中加热蒸干FeCl3溶液

4.

请回答下列问题：

（1）B中所含元素位于周期表中第________周期，________族。

（2）A在B中燃烧的现象是____________________________________________。

（3）D＋E―→B的反应中，被氧化与被还原的物质的物质的量之比是__________。

（4）G＋J―→M的离子方程式是__________________________________________。

（5）Y受热分解的化学方程式是___________________________________________。

答案：

（1）三　ⅦA　

（2）产生苍白色火焰　（3）2∶1

（4）3AlO

＋Fe3＋＋6H2O===3Al（OH）3↓＋Fe（OH）3↓（5）4Fe（NO3）3

2Fe2O3＋12NO2↑＋3O2↑

题组三　实验探究题

5．某同学为了验证Fe3＋是否能将H2SO3氧化成SO

，他用50mL0.1mol·L－1FeCl3溶液吸收制取SO2气体的尾气后，进行以下实验：

（1）检验吸收液中的SO

：

__________________，证明Fe3＋能够把H2SO3氧化成SO

。

（2）请配平并完成上述反应中的化学方程式：

2FeCl3＋SO2＋_______===_______＋H2SO4＋______，反应中的氧化产物是________（写化学式）。

（3）吸收液中除了含有H＋、Cl－、SO

以外，对其他成分（Fe3＋、Fe2＋、H2SO3）的可能组合进行探究：

①提出假设。

假设1：

溶液中存在Fe3＋、Fe2＋；假设2：

溶液中存在______________。

②设计方案，进行实验，验证假设。

请写出实验步骤以及预期现象和结论（可不填满）。

限选实验试剂和仪器：

试管、滴管、0.1mol·L－1KMnO4溶液、0.1mol·L－1KSCN溶液、品红稀溶液。

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

用试管取样品溶液2～3mL，并滴入_______________________________________

若出现血红色，则假设1成立；若未出现血红色，则假设1不成立（或假设2成立）

步骤2：

答案：

（1）取少量样品溶液于试管中，先滴入足量的稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，如果有白色沉淀生成

（2）2H2O　2FeCl2　2HCl　H2SO4（3）①Fe2＋、H2SO3

②

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

1～2滴0.1mol·L－1KSCN溶液

步骤2:

另取2～3mL样品溶液于试管中，滴入1～2mL品红稀溶液

若品红溶液红色褪去，则假设2成立；若品红溶液不褪色，则假设2不成立（或假设1成立）

解析：

（3）验证“假设2”不能使用KMnO4溶液，因它可以同时氧化Fe2＋和H2SO3。

由于用FeCl3溶液吸收制取SO2气体的尾气，Fe3＋可以氧化H2SO3，故Fe3＋与H2SO3不能大量共存，溶液中有H2SO3就一定有Fe2＋。

所以用品红验证了H2SO3的存在就不必再验证Fe2＋。

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）Fe3＋有氧化性，所以FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜（√）

（2）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（×）

解析：

硫酸亚铁铵是通过降温结晶的方法来制备的，其制备过程是先制成高温饱和溶液，然后冷却，而不是用蒸发结晶的方法来获得的。

（3）Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3（×）

（4）Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同（×）

（5）Fe与S混合加热生成FeS2（×）

（6）

实验Ⅲ：

试管中溶液颜色变为红色（√）

（7）Fe2O3

FeCl3（aq）

无水FeCl3（×）

2．（2009·江苏，16）以氯化钾和钛白厂的副产品硫酸亚铁为原料生产硫酸钾、过二硫酸铵和氧化铁红颜料，原料的综合利用率较高。

其主要流程如下：

（1）反应Ⅰ前需在FeSO4溶液中加入____（填字母），以除去溶液中的Fe3＋。

A．锌粉B．铁屑C．KI溶液D．H2

（2）反应Ⅰ需控制反应温度低于35℃，其目的是__________________________________________。

（3）工业生产上常在反应Ⅲ的过程中加入一定量的醇类溶剂，其目的是_______________________

_________________________________________________________________。

（4）反应Ⅳ常被用于电解生产（NH4）2S2O8（过二硫酸铵）。

电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为_______________________________________________________。

答案：

（1）B　

（2）防止NH4HCO3分解（或减少Fe2＋的水解）

（3）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出（4）2SO

－2e－===S2O

解析：

（3）K2SO4在醇中的溶解度比在水中的还小，加入醇类溶剂的目的是降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4的析出。

（4）由题中主要流程图可知：

反应Ⅱ中主要物质是（NH4）2SO4，电解（NH4）2SO4，发生反应Ⅳ得H2和（NH4）2S2O8，阳极发生氧化反应，即2SO

－2e－===S2O

。

3．[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。

答案：

（1）n（Cl）＝0.0250L×0.40mol·L－1＝0.010mol

0.54g－0.010mol×35.5g·mol－1＝0.185g

n（Fe）＝0.185g/56g·mol－1≈0.0033mol

n（Fe）∶n（Cl）＝0.0033∶0.010≈1∶3，x＝3

（2）0.10　盐酸　氯气

解析：

解答此题的关键是明确阴离子交换柱交换出的OH－的物质的量等于Cl－的物质的量，从而求出FeClx中x的值。

（2）根据题意可设该混合物的组成为FeCl2.1，利用十字交叉法可得样品中FeCl3的物质的量分数为0.10。

注意制备FeCl2选用弱氧化剂，制备FeCl3选用强氧化剂。

1．铁是人类应用较早，当前应用量最大的金属元素。

下列有