铁和铁的化合物.docx
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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;
当
≥
时,按反应②进行.
当
≤
≤
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