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铁和铁的化合物

学科:

化学

教学内容:

铁和铁的化合物

【基础知识精讲】

1.原子结构与周期表位置:

主要化合价:

+2,+3

第四周期,第Ⅷ族

2.铁单质的性质

物理性质:

银白色,熔沸点时,导电导热性良好,有延展性,能被磁铁吸引;

化学性质:

能与非金属化合,能与水蒸气、酸反应,在冷的浓H2SO4、浓HNO3中钝化、能与盐溶液反应.

3.铁的重要化合物

氧化物:

FeO、Fe2O3、Fe3O4氢氧化物:

Fe(OH)2与Fe(OH)3

盐类:

FeSO4与FeCl3

4.Fe3+离子的检验:

加SCN-溶液呈血红色或加OH-溶液出现红棕色沉淀.铁及其化合物相互转比关系:

5.方法导引

铁是生产中应用最广泛的金属.在中学化学中是作为重要的代表元素.掌握了铁及其化合物知识,很有助于全面理解金属的性质.由于铁是变价元素,情况较复杂,学习时应注意联系已学过的基础知识如氧化还原,物质结构等,并注意和主族金属元素的性质进行比较.

铁的三种价态之间的相互转化规律可总结如下:

【重点难点解析】

重点:

(1)铁的化学性质——铁是常见的还原剂,在参与化学反应时,一般可失去2e-或3e-而变成Fe2+离子或Fe3+离子.

(2)铁盐和亚铁盐的转变——铁盐

亚铁盐.

(3)Fe3+的鉴定——一般有两种方法:

一是用碱溶液(得红褐色沉淀);一是用硫氰酸盐(得深红色溶液)

难点:

“铁三角”之间的相互转化.

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.

【难题巧解点拨】

例1:

将一定量的铁粉加入含稀HNO3、Fe(NO3)3和Cu(NO3)2的混合溶液中,充分反应后过滤,将滤出的固体物质加入稀盐酸中.

(1)若有气体放出,则滤液中存在的金属阳离子为.

(2)若无气体放出,则滤液中存在的金属阳离子为.

分析:

本题考查铁的单质及化合物的性质,分析中宜从终态考虑.

据题意

(1)剩余物是铁,因此与铁反应的微粒(或物质)均不能存在,溶液中金属阳离子只有Fe2+离子;

(2)中剩余物为铜;与铜反应的物质均不存在,溶液中阳离子一定有Fe2+离子(铁都转化为Fe2+离子),Cu2+离子有可能存在,也可能不存在.

参考答案:

(1)Fe2+

(2)一定有Fe2+,可能有Cu2+.

例2:

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).

分析:

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.

答案:

(1)Fe+Cu2+=Fe2++CuFe+2H+=Fe2+H2↑

(2)

m

例3:

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.)

分析:

本题是对一个实验问题进行理论分析.

解答本题的关键是理解题中提供的一条中学未曾接触的信息的含意.由于Fe2+沉淀为Fe(OH)2的PH值与Cu2+沉淀为Cu(OH)2的PH较大,而与Fe3+沉淀为Fe(OH)3的PH相差较大,所以可以通过先将Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液的PH使铁以Fe(OH)3沉淀形式而被除去.为了使加入的氧化剂不带入新的杂质,显然用H2O2最好.出于同样的考虑,加入y调节溶液PH值时,应选用能与H+反应,而溶解度较小的物质如CuO为好,CuO稍多不会带入新杂质也不会使PH值升高太多而使Cu2+沉淀.

答案:

(1)使溶液A中的Fe2+氧化成Fe3+;

(2)A(3)Y:

CuO或Cu(OH)2Z:

Fe(OH)3

【命题趋势分析】

常考知识点:

1.铁单质物理、化学性质属于常考知识,多为选择题或填空题,难度偏低.

2.铁的化合物性质,Fe3+离子检验和铁三角知识每年必考,选择、填空均有,难度居中.

3.综合科目考查:

可结合生物学命题,如铁元素与人体健康的关系.

4.有关实验考查.

【典型热点考题】

例1:

在氯化铁、氯化铜和盐酸的混合溶液中加入铁粉,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+

分析:

解此题要掌握单质铁有还原性能和Cu2+、H+、Fe3+反应.另外,铁能被磁铁吸引是铁的一种重要物理性质.现在Fe单质有剩余则Cu2+、H+、Fe3+分别被还原为H2、Cu、Fe2+故溶液中Fe2+最多,答案为C.

例2:

将下列四种铁的化合物溶于稀盐酸,滴加KSCN溶液没有颜色变化,再加入氯水即呈红色的是()

A.FeSB.Fe2O3C.FeCl3D.Fe2(SO4)3

分析:

由题意可知,A中的Fe2+与SCN-结合没有颜色改变,但通入Cl2后发生下列反应,生成Fe3+,溶液变为红色.2Fe2++Cl2

2Fe3++2Cl-,Fe3++SCN-

[Fe(SCN)]2+.答案为A.

例3:

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).

分析:

铁与稀硝酸反应规律

①Fe+4HNO3

Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

②3Fe+8HNO3

3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O

(1)当

时,按反应①进行;

时,按反应②进行.

时,则①②两反应都发生,且Fe、HNO3均反应完全.

(2)上述反应可以认为先发生反应①,若Fe有剩余则发生2Fe(NO3)3+Fe

3Fe(NO3)2.

答案为:

(1)Fe+4H++

Fe3++NO↑+2H2O

2Fe3++Fe

3Fe2+.

(2)①加入Fe粉为0~0.2mol时,存在形式为Fe3+.

②加入铁粉为0.2~0.3mol时,存在形式为Fe2+和Fe3+

③加Fe粉为n(Fe)≥0.3mol时,存在形式为Fe2+.

(3)如下图.

【同步达纲练习】

1.铁处于周期表的()

A.第三周期VⅢB族B.第三周期VⅢ族

C.第四周期VⅢA族D.第四周期VⅢ族

2.下列化合物中,不能通过单质直接化合生成的是()

A.FeSB.FeCl2C.FeCl3D.Na2O2

3.常温下,能用铁制容器盛放的液体是()

A.浓氨水B.CuSO4溶液

C.FeCl3溶液D.浓H2SO4

4.下列盐能使稀NaOH溶液的PH变小的是()

A.FeCl3B.K2CO3C.KClD.CuSO4

5.下列溶液长期暴露在空气中会变质的是()

A.CuSO4溶液B.Na2SiO3溶液

C.FeSO4溶液D.NaCl溶液

6.在下列溶液中,若加入过量氨水或过量的氢氧化钠溶液,都产生沉淀,若加入铁粉溶液增重的是()

A.MgCl2B.FeCl2C.AlCl3D.FeCl3

7.把过量的氯气通入FeBr2溶液中反应后生成物是()

A.FeCl2B.FeCl3和Br2

C.FeCl2和Br2D.FeCl3和FeBr3

8.能与大量Fe3+共存的是()

A.FeB.S2-C.Cu2+D.Cu

9.为除去FeSO4溶液中的Fe2(SO4)3和CuSO4杂质,可选用的试剂是()

A.NaOHB.铁粉C.氨水D.氯水

10.使Fe,Cu,Fe2+、Fe3+和Cu2+共处于同一容器内反应后铁有剩余,那么容器内还应存在()

A.Cu,Fe3+B.Fe2+,Fe3+C.Cu,Cu2+D.Fe2+、Cu

11.28克铁和100ml0.5mol/LFe(NO3)3溶液混和,则()

A.Fe完全被氧化B.Fe部分被氧化

C.溶液中有Fe3+、Fe2+D.溶液中只有Fe2+

12.由于被空气中O2氧化而变黄色的是()

A.浓HNO3久置变黄色B.FeSO4溶液久置变黄色

C.KI溶液久置变黄色D.工业盐酸呈黄色

13.下列化学方程式或离子方程式符合反应事实的是()

A.4Fe+3O2

2Fe2O3

B.Cu+2Fe3+

Cu2++2Fe2+

C.Fe+4HNO3(稀)

Fe(NO3)2+2NO2↑+H2O

D.2Fe2++4Br-+3Cl2

2Fe3++2Br2+6Cl-

14.某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论中正确的是()

A.一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+

B.一定有Fe3+存在,一定没有Fe2+、Mg2+

C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg2+

D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+

15.将大量铁粉溶于少量稀HNO3中,过滤后,所得溶液的离子浓度大小排列正确的是()

A.[

]>[Fe3+]>[H+]>[OH-]B.[

]>[Fe2+]>[H+]>[OH-]

C.[Fe3+]>[

]>[H+]>[OH-]D.[Fe2+]>[

]>[OH-]>[H+]

16.下列各组阳离子氧化性按递减顺序排列的是()

A.Cu2+、Fe2+、Ag+、Zn2+B.Fe2+、Ag+、Zn2+、Cu2+

C.Ag+、Cu2+、Fe2+、Zn2+D.Ag+、Fe2+、Cu2+、Zn2+

17.在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01mol的混和溶液中,加入0.015mol的铁粉,经充分搅拌后,产生的变化是()

A.铁溶解,没有任何金属生成

B.铁溶解,析出银,且溶液中不含有Fe3+

C.析出0.01molAg和0.01molCu

D.析出0.01molAg和0.005molCu

18.将一定量的铁粉和Fe(OH)3的混和物在O2中燃烧至质量不再改变为止,发现加热前后混和物的质量无变化,则原混和物中铁和Fe(OH)3的物质的量之比为()

A.2∶1B.3∶2C.81∶64D.28∶55

19.将镁粉撒入FeCl3溶液中可观察到的全部现象是()

①有气泡产生②有红褐色沉淀③镁粉逐渐溶解,溶液由棕黄色逐渐变成淡绿色

A.①正确B.②错误C.①②③D.以上都不对

20.用下列方法制取相同质量的Fe(NO3)3,消耗HNO3的量最少的是()

A.Fe+HNO3(稀)B.FeO+HNO3(稀)

C.Fe(OH)3+HNO3(稀)D.FeS+HNO3(稀)

21.下列物质分别和100克15%的盐酸反应后,所得溶液的物质的量浓度最小的为()

A.FeB.FeOC.Fe(OH)2D.Fe(OH)3

22.将8.4克铁粉和3.2克硫粉混和隔绝空气加热,使之充分反应,再将反应后的物质与足量的稀H2SO4反应,可得到气体体积(标况下)是()

A.1.12LB.2.24LC.3.36LD.都不对

23.由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物,测得其铁元素与氧元素的质量比为21∶8,则混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比可能是()

A.1∶2∶1B.2∶1∶1C.1∶1∶1D.2∶2∶5

24.在含有ngHNO3的稀溶液中,加入mgFe粉,充分反应后,Fe全部溶解,生成气体NO,已知有

gHNO3被还原,则n∶m不可能是()

A.4∶1B.2∶1C.3∶1D.9∶2

25.由FeSO4和Fe2(SO4)3组成的混合物中,含硫为a%,则所含铁的质量百分含量为()

A.3a%B.(100-2a)%C.1-3a%D.20%

26.A,B,C是中学化学中常见的单质,甲、乙两化合物在常温下分别为黑色晶体和无色液体.这些化合物和单质之间的关系如图所示.

据此推断:

(1)若元素A有可变化合价,则单质A的化学式为,甲的化学式为.

(2)根据金属活动顺序判断单质A和单质C活动性强弱:

Ac(填>或<=,简述甲+C

A+乙反应如何才能充分进行.

(3)甲还能与一种常见金属在一定温度下发生反应,并放出大量热,写出该反应的化学方程式.

27.在Fe(OH)3中,逐滴加入HI稀溶液,会发生一系列变化,请简述原因.

(1)固体溶解,溶液显黄色,原因是;有关离子方程式为.

(2)最后溶液颜色加深,原因是;有关离子方程式为.

28.有一黑色固体A,在氧气中焙烧,得红棕色固体B和气体C.将A加入HCl中,得到D气体和E溶液.在E溶液中加足量NaOH溶液,得到白色沉淀,将该白色沉淀取出置于空气中,然后在空气中加热,可得到B,回答下列问题:

(1)写出A、C、D的化学式:

A,C,D.

(2)白色沉淀在空气中变化的现象是:

,其化学方程式为.

29.等物质的量的稀HCl和稀H2SO4各100ml分别加入等质量的铁粉,反应完成后,生成H2的体积比为3∶4,若将H2SO4反应后的溶液稀释至200ml,测得溶液的PH值为1,试求HCl的物质的量浓度.

 

30.在100mlFeCl3溶液中通入H2S气体2.24升(标况)反应后,再加入过量铁粉,溶液中有0.6mol金属离子,求原来的FeCl3溶液的物质的量浓度.

【素质优化训练】

1.现有2mol/L的盐酸和硫酸各100ml,分别加入等质量的铁粉,反应结束时,所生成的气体质量比为2∶3,则往盐酸中加入铁粉的质量为(克)()

A.2.8B.5.6C.8.4D.16.8

2.所有氮的氧化物都能跟灼热的铁粉按下式反应:

4NxOy+3yFe

yFe3O4+2xN2.若将0.2molNXOy通过50克灼热的铁粉,反应完全后恰好生成0.1molN2和0.1molFe3O4,则NxOy的分子式为()

A.NOB.NO2C.N2OD.N2O5

3.某溶液中有NH+4、Mg2+、Fe2+和Al3+四种离子,若向其中加入过量的NaOH溶液,微热并搅拌、再加入过量盐酸,溶液中大量减少的阳离子是()

A.NH+4B.Mg2+C.Fe2+D.Al3+

4.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()

A.硫酸B.氯水C.硝酸锌D.氯化铜

5.某人设想利用①3FeCl2+4H2O

Fe3O4+6HCl+H2

②Fe3O4+

Cl2+6HCl

3FeCl3+3H2O+

O2③3FeCl3

3FeCl2+

Cl2这三个反应的联合与循环,主要用来生产能解决环境和能源问题的某种气体,该气体是()

A.O2B.Cl2C.HClD.H2

6.向一定量的FeO、Fe、Fe3O4的混合物中加入100ml1mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,放出224ml(标准状况)的气体,在所得溶液中加入KSCN溶液无血红色出现.若用足量的CO在高温下还原相同的质量的此混合物,能得到铁的质量是()

A.11.2gB.5.6gC.2.8gD.无法计算

7.把铁放入FeSO4溶液中,能保证溶液中的铁离子以+2价形式存在.含铁的FeSO4溶液在放置过程中,Fe2+的物质的量浓度(忽略溶液的挥发)()

A.增加B.减小C.不变D.无法确定

8.在浅绿色的Fe(NO3)2溶液中存在如下平衡:

Fe2++2H2O

Fe(OH)2+2H+,若向该溶液中滴加足量的盐酸,则溶液的颜色()

A.变黄B.绿色更深

C.绿色更浅D.无变化

9.为防止FeCl2溶液变质,应加入一定量的()

A.铁钉和稀H2SO4B.铁钉和稀HCl

C.铁钉D.氧化亚铁和盐酸

10.将mg铁粉和硫化亚铁组成的混合物溶解在足量盐酸中,结果得到ng沉淀,则原混合物中FeS的质量为()

A.5mB.m-5nC.m-

nD.

n

11.砖瓦是用含铁元素等杂质的粘土隔绝空气烧制而成的,当烧窑作业临近结束时,若用淋洒水的办法来降低温度,窑内处于还原性气氛,砖块中的铁以氧化亚铁的形式存在,因而砖呈青色.若用捅开窑顶自然冷却的办法,砖就变成了红色.

(1)从化学角度看,砖瓦呈红色的原因是.

(2)现有一块红砖,实验台上有浓H2SO4、3mol·L-1的盐酸、0.1mol·L-1的KSCN溶液,0.1mol·L-1的FeCl3溶液、0.01mol·L-1的NaOH溶液、蒸馏水等试剂,请选用中学化学常用仪器,设计一个实验,用最简捷的方法验证红砖中含有三价铁.(简述实验步骤,所用仪器、产生现象、所得结论)

 

12.在装有固体A的试管中加入无色溶液B,此时A未溶解.但加入一定量的水,A即逐渐溶解.并有气体C生成,溶液变为浅绿色.将C与空气的混合气体再通入该试管的溶液中,溶液颜色很快加深.请填写下列空白:

(1)B的化学式是.

(2)A加水后才溶解,其理由是.

(3)加水后A溶于B的化学方程式是.

13.A、B、C、D为四种单质,常温时,A、B是固体,C、D是气体.E、F、G、H、J为五种化合物,A与B反应其产物E不溶于水,F为气体,且极易溶于水得无色溶液,B和C反应产物H溶于水得黄色溶液.其反应的转化关系如下图所示:

(1)判断名称:

A、B、C、D

(2)写出G+H

I+A+F的离子方程式.

14.在100mlFeBr2溶液中,通入2.24L的标准状况下的Cl2,充分反应后,溶液中有

的Br-被氧化成溴单质.求原FeBr2溶液的物质的量浓度.

 

15.用6mol/L的H2SO4溶解FeS和Fe(OH)3的混和物28.3克,得到1.6克淡黄色沉淀,求所消耗的稀H2SO4溶液的体积是多少毫升?

【生活实际运用】

1.工业上用水煤气法制还原剂,反应物为焦碳与水蒸气,人如果不小心吸入生成物气体,则会导致煤气中毒,严重的会导致死亡,这是为什么?

用1mol焦炭与足够水蒸气充分反应,生成的还原剂可以还原多少克FeO和CuO的混合物(已知这种混合物的平均式量为78)?

2.希尔(HillR)将分离出的叶绿体加到草酸高铁钾盐溶液中,经过光照以后放出O2,同时草酸高铁被还原成草酸低铁.

4Fe3++2H2O

4Fe2++4H++O2↑

试回答下列问题:

(1)希尔反应(“是”或“不是”)光反应.

(2)希尔实验中每生成1molO2,电子转移数目为.

(3)希尔实验主要意义是.

3.录像带用的磁粉中有CoFe3-xO3+x,其中钴和铁可有+2、+3的各某一种价态,正确的是()

①x=1②x=2③含

④含

⑤含

⑥含

A.①③⑤B.①③⑥C.②③⑤D.②③⑥

答案为B.

4.铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中使用的一种新型净水剂,已知它的氧化性强于KMnO4,在反应中被还原为Fe3+,将它溶入浑浊的泥水中,既能起杀菌消毒作用,又能使泥沙沉降,试回答:

(1)配平制取铁酸钠的反应方程式:

Fe(NO3)3+NaOH+Cl2—Na2FeO4+NaNO3+NaCl+H2O

该反应的还原产物是.

(2)铁酸钠能沉降泥沙的原因是.

【知识验证实验】

1.“自燃”铁粉的制备

化学原理:

极细的纯铁粉遇空气能激烈发生氧化反应,放出的热量使铁粉自行“燃烧”起来.其反应的化学方程式为:

4Fe(S)+3O2(g)

2Fe2O3(S)+Q·KJ.

这种极细的纯铁粉,常采用草酸亚铁晶体隔绝空气时强热分解方法制得:

Fe(COO)2·2H2O

Fe+2CO2↑+2H2O↑

草酸亚铁晶体的制取,可用1mol/L的草酸溶液和1mol/LFeSO4溶液等体积混合,反应后可析出黄色的草酸亚铁晶体:

FeSO4+HOOC-COOH+2H2O

Fe(COO)2·2H2O↓+H2SO4

实验步骤:

①1mol/LFeSO4溶液和1mol/L草酸溶液的配制:

先称取27.8g硫酸亚铁晶体,溶解于水并配成100ml溶液.再称取12.6g草酸晶体,溶解于水也配成100毫升溶液.

②制取草酸亚铁晶体:

把配制好的草酸溶液沿烧杯壁慢慢倒入上述配制好的FeSO4溶液中,充分反应后,由抽滤法进行过滤,并用蒸馏水洗涤所得黄色晶体多次.将洗涤后的黄色晶体放入50℃烘箱中烘干、备用.

③高温加草酸亚铁晶体制取纯铁粉.

取一内径6-8mm玻璃管,在酒精喷灯上将导管一端烧至熔融呈试管状.冷却后把上述制得的草酸亚铁晶体,从玻璃管的另一管口小心倒入(约占玻璃管容积的

),然后立即用喷灯把玻璃管口烧软,并抽拉制成尖嘴状.最后用灯焰加热玻璃管有药品部位,使草酸亚铁充分反应.这时应将玻璃管口向上方,有利于生成的水蒸气和CO2排出管内.当管内粉末完全变黑,并不再有气体逸出时,立即烧熔管口封闭,即能制得能自燃的铁粉.

④铁粉自燃.

打开玻璃管口,把管内制得的极细、高纯度的铁粉倒撒在一张干净的纸上,会发生奇怪的燃烧现象.

思考问题:

①怎样保证配制的FeSO4溶液不会混有Fe3+?

 

②如果把草酸亚铁晶体放在试管内加强热分解,能否制得这种“自燃”铁粉?

为什么?

 

2.制溴化亚铁可以用图示的装置:

装置中A为CO2发生装置;D和d中均盛有液溴;E为外套电炉丝的

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