B.铁是较活泼的金属,它与卤素(X2)反应的生成物均为FeX3
C.氢氧化铁与氢碘酸反应:
Fe(OH)3+3HI===FeI3+3H2O
D.将FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液中可制备Fe(OH)3胶体
A [铁与单质碘化合生成的是FeI2,选项B不正确;铁离子能把碘离子氧化成单质碘,选项C不正确;D项,得到的是Fe(OH)3沉淀,因而不正确。
]
3.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
解析:
因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排出装置中的氧气或空气。
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。
答案:
①②③⑤
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,如题中的③⑤。
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,如题中的①②。
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),如题中的③。
总之:
Fe(OH)2制备的关键
①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质;
②制备过程中,保证生成的Fe(OH)2在密闭隔绝空气的体系中。
考法2 Fe与HNO3反应的产物判断
4.把22.4g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中,若反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO,下列说法正确的是( )
A.反应后生成的盐只为Fe(NO3)3
B.反应后生成的盐只为Fe(NO3)2
C.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为1∶3
D.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为3∶1
C [由于铁的物质的量为
=0.4mol,所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8mol(此时只产生Fe2+)和1.2mol(此时只产生Fe3+)之间,又产生0.3molNO2和0.2molNO,即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3mol×(5-4)+0.2mol×(5-2)=0.9mol,所以对应的产物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2,设前者的物质的量为x,后者的物质的量为y,则由铁原子守恒可得x+y=0.4mol,由得失电子守恒得3x+2y=0.9mol,解得x=0.1mol,y=0.3mol。
]
5.在一定量的稀硝酸中慢慢加入铁粉,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。
(4)AB段与BC段所需Fe的质量比为________。
解析:
向稀硝酸中加入铁粉,开始时稀硝酸过量应生成Fe3+,随加入铁粉量的增加,HNO3反应完全后,发生反应:
2Fe3++Fe===3Fe2+,最后Fe3+全部转化为Fe2+。
答案:
(1)①
(2)④ (3)③ (4)2∶1
考点二|铁盐、亚铁盐的性质及应用
1.亚铁盐(Fe2+)和铁盐(Fe3+)
(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:
Fe2++Zn===Fe+Zn2+。
②还原性
a.向FeCl2溶液中滴入几滴KSCN溶液,再加入氯水(或通入Cl2),若溶液变红色,证明Fe2+具有还原性。
反应原理用离子方程式表示为2Fe2++Cl2===
2Fe3++2Cl-。
b.向FeCl2溶液中滴入双氧水,溶液变黄,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
c.向少量酸性KMnO4溶液中加入FeCl2溶液,若溶液紫红色褪去,证明
Fe2+具有还原性。
反应原理用离子方程式表示为MnO
+5Fe2++8H+===5Fe3++Mn2++4H2O。
提醒:
(1)能氧化Fe2+的常见氧化剂有X2(Cl2、Br2)、NO
(H+)、H2O2、MnO
。
(2)Fe2+水解使溶液呈酸性;(3)亚铁盐溶液保存时应加入铁粉防止Fe2+被氧化,加入相应酸防止水解。
(2)铁盐
①氧化性:
含Fe3+的溶液呈黄色,Fe3+具有较强的氧化性。
a.向FeCl3溶液中滴入几滴KSCN溶液,再加入过量活泼金属(如Fe),若溶液红色褪去,证明Fe3+具有氧化性。
反应原理用离子方程式表示为2Fe3++Fe===3Fe2+。
b.向FeCl3溶液中加入淀粉KI溶液,若溶液变成蓝色,证明Fe3+具有氧化性。
反应原理用离子方程式表示为2Fe3++2I-===I2+2Fe2+。
c.向FeCl3溶液中通入H2S气体,若出现黄色浑浊,证明Fe3+具有氧化性。
反应原理为2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
②易水解:
A.配制FeCl3溶液时,应将FeCl3溶于稀盐酸中,然后稀释。
b.将FeCl3饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3+3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
c.除去CuCl2溶液中的Fe3+,可向溶液中加入足量CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,调节pH,使Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀。
d.因Fe3+易水解,故制备无水的FeCl3应在HCl气流中使结晶FeCl3失去H2O。
2.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
溶液变红色,说明含有Fe3+;
溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+。
(4)Fe2+的特征检验方法
溶液K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,离子方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)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+。
( )
(2)FeCl3溶液中加入KSCN溶液,有红色沉淀生成。
( )
(3)除去Fe2(SO4)3中的Fe2+可加入适量H2O2或氯水。
( )
(4)除去ZnCl2溶液中的Fe3+可加入足量ZnCO3,然后过滤。
( )
答案:
(1)√
(2)× (3)× (4)√
2.欲探究浓硫酸与Fe共热反应后铁元素的价态,设计下列实验,请填空:
将反应后试管中的溶液稀释。
取少量溶液,滴入3~5滴____溶液,若溶液呈红色,则证明含有Fe3+,否则不含Fe3+;取少量溶液,滴入3~5滴______溶液,若溶液褪色,则证明含有Fe2+,否则不含Fe2+。
若实验证明反应后的溶液中只含有Fe3+,则反应的化学方程式是___________
____________________________________________________________。
答案:
KSCN 酸性KMnO4
2Fe+6H2SO4(浓)
Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O
考法1 Fe2+、Fe3+的检验、性质及应用
1.将铜和氧化铁的混合物溶于足量稀盐酸中,向所得溶液中滴入2滴KSCN溶液后出现红色。
下列有关说法错误的是( )
A.容器中可能有固体残渣
B.所得溶液中一定存在Fe2+
C.反应过程中水的电离程度增大
D.再加入铜后,溶液红色逐渐褪去
A [所得溶液中滴入KSCN溶液后变红色,说明会有Fe3+,则Cu不存在。
]
2.(2017·北京高考)某小组在验证反应“Fe+2Ag+===Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取出少量黑色固体,洗涤后,_____________________________
_________________________________________________________(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有________。
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是_________________________________
____________________________________________________________(用离子方程式表示)。
针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。
同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀;溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀,较3min时量少;溶液红色较3min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀,较30min时量少;溶液红色较30min时变浅
(资料:
Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②对Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设a:
可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;
假设b:
空气中存在O2,由于________________________________
(用离子方程式表示),可产生Fe3+;
假设c:
酸性溶液中的NO
具有氧化性,可产生Fe3+;
假设d:
根据________现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。
解析:
(1)①若黑色固体中含有Ag,可先加入硝酸,加热使之溶解,再加入盐酸,能产生白色沉淀AgCl。
②K3[Fe(CN)6]溶液是常见的检验Fe2+的试剂。
取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明含有Fe2+。
(2)Fe3+具有较强的氧化性,可与Fe发生氧化还原反应:
Fe+2Fe3+===3Fe2+。
②Fe2+与O2可发生氧化还原反应:
4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O,生成Fe3+。
加入KSCN溶液后产生白色沉淀,说明溶液中含有
Ag+,Ag+可将Fe2+氧化为Fe3+。
答案:
(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀 ②Fe2+
(2)2Fe3++Fe===3Fe2+
②4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O 加入KSCN溶液后产生白色沉淀
考法2 涉及Fe及其化合物的化工流程综合试题
3.(2019·贵阳模拟)α铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛,用赤铁矿石(含Fe2O3、FeO,也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下:
已知部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如表所示:
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
开始沉淀时的pH
3.7
2.3
7.6
5.4
完全沉淀时的pH
5.2
3.2
9.7
6.7
回答以下问题:
(1)实验流程中首先对赤铁矿进行“碾碎”,目的是____________
____________________________________________________________。
(2)固体A的成分是________(填写化学式),在滤液A中加H2O2的目的是______________________________________________________(用离子方程式进行说明)。
(3)步骤②中需调节pH的范围是____________________________。
(4)步骤③中灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、____________(填写三种仪器),发生反应的化学方程式为_________________________
___________________________________________________________。
解析:
(1)对赤铁矿进行碾碎,可以增大接触面积,从而加快反应速率,提高矿石的浸出率。
(2)赤铁矿中只有MnO2与稀硫酸不反应,故固体A为MnO2。
滤液A中加H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+。
(3)步骤②调节pH的目的是将Fe3+与Al3+、Cu2+分离,即完全沉淀Fe3+,而不沉淀Al3+、Cu2+,故需调节3.2≤pH<3.7。
(4)步骤③为灼烧Fe(OH)3,需要用到的仪器还有坩埚、泥三角、坩埚钳。
灼烧Fe(OH)3时发生分解反应:
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O。
答案:
(1)增大接触面积,从而加快反应速率,提高矿石的浸出率
(2)MnO2 2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O
(3)3.2≤pH<3.7
(4)泥三角、坩埚、坩埚钳 2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
(1)回收Cu和制备FeCl3的流程
(2)废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3、CuSO4·5H2O的流程
专项突破(九) “铁三角”关系及其应用
1.“铁三角”中的转化关系
2.“铁三角”的重要应用
(1)离子共存分析
与Fe2+、Fe3+因发生氧化还原反应不能共存的粒子:
①Fe2+
NO
(H+)、ClO-、MnO
、H2O2、Cl2、Br2、Cr2O
等。
②Fe3+
S2-、I-、SO
、HS-、HSO
、H2SO3、H2S等。
提醒:
Fe2+、Fe3+
HCO
、CO
、AlO
等水解相互促进的离子。
(2)常见的离子除杂方法
溶液
杂质
除杂方法
FeCl2
FeCl3
加过量铁粉后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2
FeCl2
CuCl2
加过量铁粉后过滤
MgCl2
FeCl2
先加氯水或H2O2,然后加MgO或Mg(OH)2调pH
[综合体验]
1.A、B、C三种物质中均含有同一种元素M,它们之间有如图所示的转化关系。
A为一种金属单质,其产量直接关系国民经济命脉。
反应①②③均为化合反应,反应④为置换反应。
下列有关说法不正确的是
( )
A.①中所加试剂可能是氯气
B.③中需要加具有氧化性的试剂
C.A与稀硝酸反应一定能实现元素M在①中发生的价态变化
D.元素M在②中发生的价态变化也能通过加碘化钾溶液实现
C [Fe与稀硝酸反应,当Fe过量时生成Fe2+,当Fe少量时生成
Fe3+。
]
2.(2019·长沙模拟)在Fe2(SO4)3溶液中,加入ag铜,完全溶解后,再加bg铁,充分反应后得到cg残余固体,且a>c,则下列说法正确的是( )
A.残余固体是铜和铁
B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+
C.将残余固体加入稀硫酸中,有气泡产生
D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+
B [因为a>c,说明bg铁完全反应,溶液中含Cu2+、Fe2+,不含
Fe3+。
]
3.(2018·洛阳一模)下列各组离子一定能大量共存的是( )
A.在含大量Fe3+的溶液中:
NH
、Na+、Cl-、S2-
B.澄清透明的溶液中:
Cu2+、Fe3+、SO
、NO
C.含有I-的溶液中:
K+、Fe3+、SO
、Fe2+
D.常温下在pH=1的溶液中:
K+、Fe2+、Cl-、NO
B [A项,Fe3+氧化S2-;C项,Fe3+氧化I-;D项,酸性条件NO
氧化
Fe2+。
]
4.下列除杂的操作不正确的是( )
A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入足量镁充分反应后过滤
B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入过量铁粉充分反应后过滤
C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入足量锌粉充分反应后过滤
D.CaCl2溶液中混有少量FeCl2:
先加入H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,再加入CaCO3充分反应后过滤
C [FeCl3溶液中存在水解平衡:
FeCl3+3H2O
Fe(OH)3+3HCl,加入Mg与H+反应,平衡右移,使Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,A正确;加入过量铁粉,FeCl3与Fe反应生成FeCl2而达到除杂的目的,B正确;C项中加入足量锌粉,Cu2+、Fe3+均与Zn反应,不符合除杂要求,错误;先用H2O2将Fe2+氧化成
Fe3+,再利用FeCl3的水解,加入CaCO3与H+反应将Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,D正确。
]
课堂反馈 真题体验
[一题串知,落实考法]
(2016·全国卷Ⅱ,改编)某班同学用如下实验探究Fe、Fe2+、Fe3+的性质及转化。
(1)将Fe投入足量稀硝酸中,溶液变为________色,其离子方程式为_____________________________________________。
[考查Fe的性质]
(2)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中的现象为____________________
___________________________________________________________,
有关化学方程式为_____________________________________________
___