铁及其化合物.docx
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铁及其化合物
铁及其化合物
1.铁的存在
铁在自然界中分布较广。
在地壳中含量约5%，仅次于Al。
分布在地壳中的铁均以化合态存在，游离态的铁只能在陨石中得到。
铁矿石的种类较多，重要的有赤铁矿（Fe2O3），磁铁矿（Fe3O4），褐铁矿（2Fe2O3。
3H2O）和菱铁矿（FeCO3）.
2.铁的性质
（1）原子结构特征及在元素周期表中的位置
铁位于元素周期表中第四周期第
族，是典型的过渡元素。
铁是26号元素，有四个电子层，最外层有2个电子，通常显+2价或+3价，其化合物及其水溶液往往带有颜色。
（2）物理性质
纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大（7.86g/cm3），熔沸点较高，抗腐蚀力强，有较好的导电、传热性，有较好的延展性，铁能被磁体吸引，自身在磁场中能被磁化。
有杂质的铁易生锈。
铁在金属分类中属于黑色金属，还属于常见金属。
（3）化学性质
与非金属单质反应（O2，Cl2,I2，S等）
Fe+S
FeSFe+I2====FeI2
3Fe+O2
Fe3O42Fe+3Cl2
2FeCl3
铁是中等活泼的金属，它跟不同的氧化剂反应，生成物不同。
在高温下，铁还能与碳、硅、磷等化合，例如铁跟碳化合而生成一种灰色的十分脆硬而又难熔的碳化铁Fe3C
与水反应
在常温下，铁不和水反应。
但在水和空气里的氧气，二氧化碳气体的共同作用下，铁很容易生锈而被腐蚀。
高温下，铁可以和水蒸气直接反应：
3Fe+4H2O
Fe3O4+4H2
与酸反应
A.与非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）
现象：
溶液变为（）色，有气体产生
B.与氧化性酸
常温下，铁在浓硫酸、浓硝酸中钝化，但加热时可以反应
2Fe+6H2SO4（浓）
Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O
Fe+6HNO3（浓）
Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O
常温下，铁和稀硝酸可以反应，反应物的量不同，产物不同：
（数轴法表示稀硝酸与铁的反应情况）
与盐反应
Fe+Cu2+=====Fe2++Cu
Fe+2Fe3+=====3Fe2+
注意：
2.铁的重要化合物
（1）铁的氧化物的性质比较
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
+2价
+3价
1/3的+2价,2/3的+3价
水溶性
不溶
不溶
不溶
稳定性
不稳定：
6FeO+O2
2Fe3O4
稳定
稳定
与非氧化性酸反应
FeO+2H+==Fe2++H2O
Fe2O3+6H+=2Fe3++
3H2O
Fe3O4+8H+=2Fe3++Fe2+
4H2O
与氧化性酸反应
3FeO+10HNO3（稀）==
3Fe（NO3）3+NO↑+5H2O
Fe2O3+6H+=2Fe3++
3H2O
Fe3O4+28HNO3（稀）==9Fe（NO3）3+NO↑+14H2O
共性
高温时，都能与C、CO、H2、Al反应，被还原生成Fe单质
存在
赤铁矿
磁铁矿
例1由FeO，Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得混合物中铁元素与氧元素的质量之比为21:
8，则此混合物中FeO，Fe2O3，Fe3O4的物质的量之比为（）
A.1：
2：
1B.2：
1：
1C.1:
1:
1D.1:
1:
3
（2）铁的氢氧化物的性质比较
化学式
Fe（OH）2
Fe（OH）3
实验室制法
原理
Fe2++2OH-===Fe（OH）2↓
Fe3++3OH-===Fe（OH）3↓
现象
产生白色沉淀
产生红褐色沉淀
与酸反应
HCl
Fe（OH）2+2H+===Fe2++2H2O
Fe（OH）3+3H+===Fe3++3H2O
稀HNO3
3Fe（OH）2+10H++NO3-===3Fe3++
NO↑+8H2O
Hl
同盐酸
2Fe（OH）3+6Hl==Fel2+l2+6H2O
稳定性
4Fe（OH）2+O2+2H2O===4Fe（OH）3↓白色沉淀→灰绿色→红褐色沉淀
2Fe（OH）3
Fe2O3+3H2O
例2下列说法正确的是（）
A.红热的铁与水反应可生成氧化铁和氢气
B.工业上可用金属铝与氧化镁熔融反应制备金属镁
C.纯净的氢气可以在氯气中安静的燃烧，发出苍白色火焰
D.将二氧化碳通入到紫色石蕊试液中，试液先变红后褪色
例3金属铁可分别与卤素单质化合成卤化铁，当把一定量的铁粉与碘粉混合一起研磨，生成一种Fe3l8的化合物，根据元素化合物知识，试判断在此产物中的铁元素化合价是（）
A.+2B.+3C.+2，+3都有D.无法判断
3.铁盐和亚铁盐
（1）Fe3+的氧化性、Fe2+的还原性
①Fe3+的氧化性：
向FeCl3溶液中加入铁粉，现象是溶液由棕黄色变为浅绿色
化学反程式2FeCl3+Fe=2FeCl2对应离子方程式：
2Fe3+（棕黄色）+Fe=3Fe2+（浅绿色）
Fe3+还可以与Cu、HI、H2S等反应
2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2对应离子方程式：
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
2FeCl3+2HI=2FeCl2+2HCl+I2对应离子方程式：
2Fe3++2I-=2Fe2++I2
2FeCl3+H2S=2FeCl2+2HCl+S↓对应离子方程式：
2Fe3++H2S=2Fe2++2H++S↓
②Fe2+的还原性：
Fe2+在较强的氧化剂的作用下会被氧化为Fe3+
向FeCl2溶液中通入氯气，现象是溶液由浅绿色变为棕黄色
化学反程式：
2FeCl2+Cl2=2FeCl3对应离子方程式：
2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
除杂:
FeCl3（FeCl2）滴加氯水FeCl2（FeCl3）加入铁粉
（2）．亚铁盐、铁盐溶液的保存
FeCI2、FeSO4等亚铁盐溶液保存时，要加入少量铁屑（防止Fe2+被氧化）和滴入少量相应的酸溶液（抑制Fe2+水解）。
另外要注意，保存Fe（NO3）2溶液时，只要加铁屑防止氧化即可，不能加HNO3来防止水解。
FeCl3、Fe2（SO4）3等铁盐溶液保存时，要加少量相应的酸溶液（抑制Fe3+水解）。
（3）．Fe3+盐的水解
Fe3+为典型的弱碱阳离子，通常情况下，在水溶液中只有少部分发生水解。
但在一定条件（如加热，遇AlO2－、CO32－、CIO－等）下，水解程度会增大，甚至会发生彻底的双水解。
如：
Fe3++3AlO2－+6H2O==Fe（OH）3↓+3AI（OH）3↓
2Fe3++3CO32－+3H2O==2Fe（OH）3↓+3CO2↑
Fe3++3ClO－+3H2O==Fe（OH）3↓+3HCIO
另外，加热并蒸干FeCI3的水溶液，由于FeCl3+3H2O
Fe（OH）3+3HCl为一吸热反应，且HCl易挥发，加热会使平衡不断向右移动，FeCl3最终变成Fe（OH）3，再灼烧，2Fe（OH）3
Fe2O3+3H2O，最后留下的物质为Fe2O3。
而加热并蒸干Fe2（SO4）3的水溶液，由于Fe2（SO4）3水解产生的H2S04难挥发，加热不会使平衡不断右移，只能使水份减少，酸度增强，最后仍留下Fe2（SO4）3。
（4）：
FeSO4溶液是否变质的检验
⑴加KSCN溶液不变红，另取样再加酸性KMnO4溶液紫色褪色，说明未变质。
⑵加KSCN溶液变红，另取样再加酸性KMnO4溶液紫色褪色，说明部分变质。
⑶加KSCN溶液变红，另取样再加酸性KMnO4溶液紫色不褪色，说明全部变质。
4．钢铁的腐蚀
钢铁在潮湿的空气中发生电化腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜。
当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为Fe-2e－==Fe2+，正极反应为2H2O+O2+4e－==4OH－；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为Fe-2e－==Fe2+，正极反应为2H++2e－==2H2↑。
钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。
铁锈的形成：
Fe2++2OH－==Fe（OH）2↓，4Fe（OH）2+2H2O+O2==4Fe（OH）3↓，红褐色的Fe（OH）3失去部分水便得到铁锈（Fe2O3·nH2O）。
也可表示成4Fe+3O2+nH2O==2Fe2O3·nH2O。
重点解读----“铁三角”的转化关系及应用
1.Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化
强氧化剂：
Cl2Br2HNO3浓H2SO4
弱氧化剂：
I2SFe3+Cu2+H2SO4HCl
还原剂：
CH2COAlZn
2.Fe2+、Fe3+的鉴别常用方法
（1）Fe3+的检验:
Fe3+盐溶液中滴加KSCN溶液。
现象是溶液变红色，反应方程式：
FeCl3+3KSCN=Fe（SCN）3+3KCl
Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3（红色）
向Fe3+盐溶液中滴加NaOH溶液。
现象是产生红褐色沉淀，反应方程式：
FeCl3+3NaOH=Fe（OH）3↓+3NaCl
Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓（红褐色）
向Fe3+盐溶液中滴加苯酚溶液。
现象是溶液变为紫色，则证明溶液中含有Fe3+。
（2）Fe2+的检验:
向Fe2+盐溶液中滴加KSCN溶液，再滴加氯水（硝酸、H2O2等）。
现象是先无现象，加氯水后溶液呈红色
反应方程式：
2FeCl2+Cl2=2FeCl3FeCl3+3KSCN=Fe（SCN）3+3KCl
向Fe2+盐溶液中滴加NaOH溶液。
现象是产生白色沉淀迅速转变为灰绿色，最后变成红褐色沉淀
反应方程式：
FeCl2+2NaOH=Fe（OH）2↓+2NaCl
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3（红褐色）
例4向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入120ml4mol/L的稀硝酸，恰好使混合溶液完全溶解，放出1.344LNO（标准状况），向所得溶液中加入KSCN溶液，无血红色出现。
若用足量的氢气在加热条件下还原相同质量的混合物，能得到铁的物质的量为（）
A.0.24molB.0.21molC.0.16molD.0.14mol
难点解读----氢氧化亚铁的制取
Fe（OH）2易被氧化，在制备时应注意：
⑴FeSO4晶体中不能有Fe3+；⑵配制后的FeSO4溶液中要加入少量铁粉；⑶配制溶液的蒸馏水以及所用NaOH溶液均须煮沸以除去其中溶解的氧气；
实验:
FeSO4溶液中加NaOH.
①现象：
生成白色沉淀，后又迅速转变为灰绿色，最后生成红褐色
②Fe2+容易被氧化,所以FeSO4溶液要新配制.
③为了防止滴加NaOH时带入空气,可将吸收NaOH的长滴管伸入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液.
④为了防止Fe2+被氧化,还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量煤油或其它密度比水小但不溶于水的有机物以隔绝空气.
化学方程式：
FeSO4+2NaOH=Fe（OH）2↓+Na2SO4Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓（白色）
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3（红褐色）
（白色→灰绿色→红褐色）
注：
Fe（OH）3胶体的制备
向加热沸腾的蒸馏水中加入FeCI3溶液，待出现红褐色时，停止加热，便可得到Fe（OH）3胶体。
制备时要注意：
⑴不可长时间加热，因为加热会使胶体凝聚；⑵不能用自来水，因为自来水中的电解质也可使胶体凝聚。
铁及其化合物习题
1．下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是（ ）
A
B
C
D
X
FeCl2溶液
FeCl3溶液
Fe
Na2SO4溶液
Y
FeCl3
CuCl2
Al
Na2CO3
Z
Cl2
Fe
NaOH溶液
BaCl2溶液
2．把一铁片插入下列溶液中，过一段时间取出，发现铁片的质量减小，且没有气体产生，此溶液是（ ）
A．FeSO4B．Fe2（SO4）3C．H2SO4D．CuSO4
3．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在高温下还原相同质量的此混合物，能得到铁的质量是（ ）
A．11.2g B．5.6gC．2.8gD．无法计算
4．在硫酸铁溶液中加入ag铜，完全溶解后，再加入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．残余固体全部是铜
B．残余固体可能为铁和铜的混合物
C．残余固体是铁，溶液中一定不含Cu2＋
D．最后得到的溶液中可能含Fe3＋
5．将一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入到250mL2mol·L－1的硝酸溶液中，反应完全后，无固体剩余，生成1.12LNO气体（标准状况），再向反应后的溶液中加入1mol·L－1的NaOH溶液，要使铁元素全部沉淀下来，所加NaOH溶液的体积最少为（ ）
A．450mLB．500mLC．400mLD．无法确定
6．下列叙述不正确的是（ ）
A．硝酸银溶液通常保存在棕色试剂瓶中，是因为硝酸银见光易分解
B．乙醇的沸点比甲醚（CH3—O—CH3）高，主要原因是乙醇分子间能形成氢键
C．反应AgCl＋NaBr===AgBr＋NaCl能在水溶液中进行，是因为AgBr比AgCl更难溶于水
D．常温下浓硫酸可贮存于铁制或铝制容器中，说明常温下铁和铝与浓硫酸不反应
7．某500mL溶液中含0.1molFe2＋、0.2molFe3＋，加入0.2mol铁粉，待Fe3＋完全还原后，溶液中Fe2＋的物质的量浓度为（假设反应前后体积不变）（ ）
A．0.4mol·L－1B．0.6mol·L－1C．0.8mol·L－1D．1.0mol·L－1
8．下列各组物质，不能按
（“→”表示反应一步完成）关系转化的是（ ）
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al（OH）3
B
NO
NO2
HNO3
C
FeCl2
Fe（OH）2
Fe（OH）3
D
CH2==CH2
CH2BrCH2r
CH
CH
9．下列物质能通过化合反应直接制得的是（ ）
①FeCl2 ②H2SO4 ③NH4NO3 ④HCl
A．只有①②③ B．只有②③C．只有①③④D．全部
10．元素X的单质及X与Y形成的化合物能按下图所示的关系发生转化：
下列说法不正确的是（ ）
A．X可能是金属
B．X可能是非金属
C．n可以等于2或3
D．XYm与XYn的相互转化是可逆反应
11.下图是无机物A～M在一定条件下的转化关系（部分产物及反应条件未列出）。
其中，I是由第三周期元素组成的单质中熔点最高的金属，K是一种红棕色气体。
请填写下列空白：
（1）在周期表中，组成单质G的元素位于第________周期第________族。
（2）在反应⑦中氧化剂与还原剂的物质的量之比为______。
（3）在反应②③⑥⑨中，既属于化合反应又属于非氧化还原反应的是________（填写序号）。
（4）反应④的离子方程式是__________________________________________
（5）将化合物D与KNO3、KOH共融，可制得一种“绿色”环保高效净水剂K2FeO4（高铁酸钾），同时还生成KNO2和H2O。
该反应的化学方程式是____________________________。
12.铁单质及其化合物在生活、生产中应用广泛。
请回答下列问题：
（1）钢铁在空气中发生吸氧腐蚀时，正极的电极反应式为_________________________。
（2）由于氧化性Fe3＋>Cu2＋，氯化铁溶液常用作印刷电路铜板腐蚀剂，反应的离子方程式是____________________。
（3）硫酸铁可作絮凝剂，常用于净水，其原理是____________________（用离子方程式表示）。
在使用时发现硫酸铁不能使酸性废水中的悬浮物沉降而除去，其原因是___________________________________________________________。
（4）磁铁矿是工业上冶炼铁的原料之一，其原理是Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2，若有1.5molFe3O4参加反应，转移电子的物质的量是____________。
（5）下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是________（填字母）。
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铁是地壳中含量最高的金属元素
铁是人类最早使用的金属材料
Ⅰ对；Ⅱ对；有
B
常温下铁与稀硫酸反应生成氢气
高温下氢气能还原氧化铁得到铁
Ⅰ对；Ⅱ对；无
C
铁属于过渡元素
铁和铁的某些化合物可用作催化剂
Ⅰ错；Ⅱ对；无
D
在空气中铁的表面能形成致密的氧化膜
铁不能与氧气反应
Ⅰ对；Ⅱ对；有
13.有A、B、C三种单质常温下A是固体,B是液体,C是气体,X、Y、Z是均含同一种元素的化合物,Y溶于水得到无色溶液,Y的水溶液能跟A反应,它们之间的相互转化关系如图所示,其中X的化学式为
14、有一种工业废水,已知其中含有大量硫酸亚铁,少量Ag+和Na+。
今设计一种既经济又合理的方法,回收银和硫酸亚铁。
设计方案如下图所示
（1）药品①是
（2）沉淀是
（3）药品②是
（4）母液中除Fe2+外还存在的阳离子：
________
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