铁和铁的化合物Word下载.docx

1、原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、空气（或纯氧、氧化铁）、生石灰、脱氧剂化学原理在高温下用还原剂从铁矿石里还原出来在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和其它氧化为气体或炉清除去主要反应还原剂的生成C+O2CO2CO2+C2CO铁的还原Fe2O3+3CO2Fe+3CO2炉渣的生成CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO3氧化：2Fe+O22FeOFeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。如C+FeOFe+CO造渣：生成的硅锰氧化物得铁水里的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。脱氧，并调整Mn、Si含量2FeO+Si2Fe+SiO2主要设备高炉转炉 1.过渡元素位于周期表中中部从BB族十个纵行，分

2、属于第四周期至第七周期。过渡元素都是金属，又叫过渡金属。过渡金属的密度一般比较大，熔沸点较高，有较高的硬度、较好的延展性和机械加工性能，较好的导电、导热性能和耐腐蚀性能。过渡元素的原子最外层电子数不超过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去电子，因此过渡元素有可变化合价。所以当Fe与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的2个电子，形成Fe2+；当Fe与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成Fe3+。这就是铁在其化合物中通常显+2价或+3价的原因。则Fe发生化学反应能得到+2价还是+3价，需看参加反应的氧化剂的强弱，有时还要看反应物的量之间的关系。例如：铁在O2中燃烧的，一定要在

3、集气瓶低留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被炸裂；Fe与S反应中Fe只能失去其最外层的2个电子而变成+2价，反应开始后撤去酒精灯，反应可以继续进行，说明反应放热；Fe在Cl2中燃烧时不但能失去最外层的2个电子，而且还可失去次外层的1个电子后成+3价，说明氧化性Cl2S；在高温时能与C、P、Si等化合。2.铁的合金一般地说，含碳量在2%4.3%的铁的合金叫做生铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。一般地说，含碳量在0.03%2%的铁的合金叫做钢。钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、压延，也可以铸造。钢的分类方法很多，如

4、果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢就是普通的钢。合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能。3.炼铁（1）反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO）把铁从铁矿石里还原出来。（2）原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气（3）设备：（4）生产过程 CO2 CO2+C 2CO铁矿石还原成铁Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2除脉石、炉渣的形成CaO+CO2SiO2+CaO4.炼钢（1）设备：氧气顶吹转炉（2）主要原料：炼钢生铁、生石灰、氧气。（3）反应原理：利用氧化还原反应，在高

5、温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化为气体或炉渣除去。（4）炼钢时的主要反应：氧化剂的生成，热能的来源 2Fe+O2降低碳的含量 C+FeOCO+Fe除去S、P等杂质加硅铁、锰铁、铝除剩余FeO脱氧二、铁的氧化物和氢氧化物1.铁的氧化物的比较铁的氧化物FeOFe2O3Fe3O4俗称铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末黑色晶体红棕色粉末铁的价态+2+3+2、+3水溶性难溶于水稳定性不稳定性6FeO+O2=2Fe3O4稳定与酸的反应FeO+2H+=Fe2+H2OFe2O3+6H+=2Fe3+3H2OFe3O4+8H+=2Fe3+ Fe2+4H2O与CO的反应FexOy+yCO=xFe+yCO2制取

6、高温熔融，过量的铁与氧气反应2Fe+O2=2FeOFe（OH）3的分解2Fe（OH）3=Fe2O3铁在氧气中燃烧3Fe+2O2=Fe3O42.铁的氢氧化物的比较Fe（OH）2Fe（OH）3物理性质白色，难溶于水的固体红褐色，难溶于水的固体化学性质（1）与非氧化性强酸反应Fe（OH）2+2H+=Fe2+2H2O（2）与氧化性酸反应3Fe（OH）2+10HNO3=3Fe（NO3）3+NO+8H2O（3）空气中放置被氧化4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3（1）与酸反应Fe（OH）3+3H+=Fe3+3H2O（2）受热分解2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O制备煮沸蒸馏水，赶走溶解的

7、氧气煮沸NaOH溶液，赶走溶解的氧气配制FeSO4溶液，加少量的还原铁粉用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下Fe2+2OH-=Fe（OH）2将NaOH溶液滴入Fe2（SO4）3溶液中Fe3+3OH-=Fe（OH）3 1. Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是+2价，有2/3的Fe是+3价，可看成FeOFe2O3，实际应写成Fe（FeO2）2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。2.Fe（OH）2和Fe（OH）3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀。而Fe（OH）2极不稳定，易被氧化成Fe（OH）3，反应现象是：白色灰绿色红褐色

8、。若要观察到白色的Fe（OH）2沉淀，需要创造以下条件：（1）排除亚铁盐溶液里的Fe3+离子，以免Fe3+离子直接与OH-结合生成Fe（OH）3。（2）尽量排除溶液中溶解的氧气（绝对排除是办不到的），以减慢生成的Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3的速度。反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止Fe3+离子产生。亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。三、Fe、Fe2+和Fe3+之间相互转化及检验从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:Fe只有还原性，Fe3+通常只

9、有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化，如下图（常称为铁三角）： Fe Cl2 CO Fe3+ CO O2 Zn Cu2+ H2 HNO3 I-、I2、S Al KMnO4 Cl2、O2、HNO3、KMnO4、H2O2 Fe2+ Fe、Cu、I-、S2-、H2S Fe3+ （溶液为绿色） （溶液为棕黄色） 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

10、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. 3.具体反应有： （1）Fe2+Fe3+ 2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-（在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色）。4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O（亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是：12FeSO4+3O2=4Fe2（SO4）3+2

11、Fe2O3）3Fe2+NO3-+4H+=3Fe3+2H2O+NO5Fe2+MnO4-+8H+=5Fe3+4H2O+Mn2+如在FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液由浅绿色变棕黄色，在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液，溶液由紫红变棕黄。2Fe2+H2O2+2H+=2Fe3+2H2O（2）Fe3+Fe2+2Fe3+S2+=2Fe2+S,如在FeCl3溶液中滴加适量的Na2S溶液,溶液变浑浊，滤去沉淀则滤液为浅绿色；如加入过量的Na2S溶液，则又有黑色沉淀生成（FeS），向Fe3+溶液中通入H2S气体的离子方程式为：2Fe2+H2S=2Fe3+2H+S。2Fe3+SO32+2H2O=2F

12、e2+SO42-+2H+2Fe3+Fe=3Fe2+,在FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2+被氧化为Fe3+。2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+,电路板的制作是利用FeCl3溶液与裸露的铜反应。2Fe3+2I=2Fe2+I24.Fe2+和Fe3+的检验（1）Fe2+的检验：方法一：滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。（2）Fe3+的检验：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即变为血红色。滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。1.Fe2+和Fe3+的相互转化Fe2+有还原性，

13、高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe3+：MnO-4+5Fe2+8H+=Mn2+5Fe3+4H2O+6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2OH2O2+2Fe2+2H+=2F3+2H2O在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2+氧化：4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O在碱性溶液中，Fe2+的还原性更强，它能把NO-3和NO-2还原成NH3，能把Cu2+还原成金属铜.Fe3+具有氧化性，它能把I-氧化成I2：2Fe3+2I-=2Fe2+I2在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式是：2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+因此，铜在氯化

14、铁溶液中能作还原剂，而FeCl3是氧化剂.Fe3+在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe2+：2Fe3+H2S=2Fe2+S+2H+2F3+Sn2+=2Fe2+Sn4+Fe3+还能被金属铁还原：2Fe3+Fe=3Fe2+在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe2+被氧化为Fe3+.2.Fe2+和Fe3+的颜色Fe2+在水溶液中通常以水合离子Fe（H2O）62+形式存在，呈淡绿色，并存在下列平衡：Fe（H2O）62+H2OFe（H2O）5OH+H2O+这个平衡的pK=9.5，水解的程度很小，溶液近于中性.Fe3+在酸性溶液中，通常以淡紫色的Fe（H2O）63+形式存在.三氯化铁以及其他+3价铁

15、盐溶于水后都发生显著的水解，实质是+3价水合铁离子的水解.只有在PH=0左右时，才有Fe（H2O）63+存在（但由于有阴离子的存在，会生成其他的络离子，影响淡紫色的观察）.当PH为23时，水解趋势很明显.它们的水解平衡如下：Fe（H2O）63+H2OFe（H2O）5（OH）2+H3O+K=10-3.05Fe（H2O）5（OH）2+H2OFe（H2O）4（OH）2+H3O+K=10-3.26生成的碱式离子呈黄色，它可聚合成二聚体：2Fe（H2O）63+ Fe2（H2O）8（OH） 24+2H3O+K=10-2.91二聚体是借OH-为桥把2个Fe3+连结起来形成的多核络离子.溶液的PH越高，水解聚

16、合的倾向越大，最后逐渐形成胶体，析出红综色水合氧化铁沉淀。3例题精讲例1.把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子是 （ ）A.只有Fe2+ B.只有Fe3+C.有Fe2+和Cu2+ D.有Fe3+和Cu2+思路与解析：浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe3+和Cu2+，过量的铁又与Fe2+和Cu2+反应生成Fe2+和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金属阳离子为Fe2+，故选A。例2.将6g纯铁粉加入200mLFe2（SO4）3和CuSO4的混合溶液中充分反应后得到200mL0.5mol/L的FeSO4溶液和5.2g固体，求：（1）反

17、应后生成铜多少克？（2）加入铁粉前Fe2（SO4）3物质的量浓度。思路：在Fe2（SO4）3和CuSO4的混合溶液中投入铁粉后，Fe3+和Cu2+均可与铁发生反应，但由于氧化性Fe3+Cu2+，所以Fe应首先还原Fe3+，即首先发生反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，但不可以只发生此反应，原因有二：第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余，则不可能有5.2g不溶物；第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO4为（6g56g/mol）3=0.32mol0.1mol。通过以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe3+还原后，不发生了还原Cu2+的反应，此时的Fe是否有剩余呢？也就是

18、余5.2g固体中肯定有Cu，是否含Fe呢？这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。解析：发生反应的化学方程式为：Fe+Fe2（SO4）3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4两个反应共生成FeSO4为：0.2L0.5mol/L=0.1mol观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO4，式消耗的铁更多。假设0.1molFeSO4全部为式产生，则此时消耗的铁将达最大量为a。 Fe FeSO4 1mol 1mol a 0.1mola=0.1mol，即铁为5.6g，则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe，设原溶液的Fe2（SO4）3和CuSO4的物质的量分别为x和y。Fe+Fe2（SO4）

19、3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4X x 3x y y y y由题意得 3x+y=0.1mol 6g-56g/mol（x+y）+64g/moly=5.2g解得：x=0.02mol y=0.04mol则生成铜：0.04mol64g/mol=2.56g原Fe2（SO4）3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L例3.mg 铁粉与一定量的HNO3在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况nL氧气混合,恰好能被水完全吸收,m和n的关系是什么?思路此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因HNO3的浓度和用量不同,生成Fe（NO3）3还是Fe（NO3）2不能确定,HNO

20、3的还原产物是NO还是NO2也不能确定。所以消耗的氧气也无从下手求出.但是从始态和终态来看,HNO3的还原产物与氧气混合后,最终还是生成HNO3,这样消耗的氧气相当于把mg铁粉氧化成+2价或+3价化合物,用极端思考法很容易求出。 解析:假设HNO3为稀的,铁与HNO3反应后的价态是+2, 则有: 3 Fe +8 HNO3= 3 Fe（NO3）2 + 2 NO+ 4 H2O （1） 4NO +3O2 +2H2O=4HNO3 （2）（1）2 +（2）得：2Fe + O2 +4HNO3= 2Fe（NO3）2 +2H2O 可改写为 ： 2Fe + O2 +4HNO3 = 2FeO + 4HNO3 即：

21、 2Fe + O2 =2FeO 同理可得 ： 4Fe +3O2=2Fe2O3 问题便得以解决即 ：当铁被氧化为+2价时，由电子得失守衡得： m/562=n/22.44 n=O.2m当铁被氧化为=+3价时，由电子得失守衡得：3=n/22.44 n=O.3m 则m与n的关系是：O.2mnO.3m小结此题在解题过程中，巧妙得使用了始态和终态，使复杂的问题简单化。氧化还原反应中，电子得失守衡的使用，避免了繁琐的计算，在应试中赢得了时间，思维训练方面堪称是一道好题。例4.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

22、物质的量之比是（ ）。A.1：2：1 B. 2：1：1 C. 1：1 D. 1：3可用平均组成法来求解：解析在混合物中Fe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需是1：1.故答案应选C、D。例5.某铁的“氧化物”样品，用5mol/L的盐酸140mL恰好完全溶解，所得溶液还能吸收标准状况下0.56L氯气，使其中Fe2+全部转化为Fe3+。该样品可能的化学式是 （ ）A. Fe2O3 B. Fe3O4 C. Fe4O5 D

23、. Fe5O7利用正、负电荷相等列方程可快速解题。解析设铁的氧化物中含O2-为xmol，则其化学式为FexOy，由O2-个数守恒有：2yH+ FexOy = yH2O+ xFe+（2y/x）2ymol ymol0.7mol amol2y：y=0.7：a a=0.35（mol）设FexOy中含Fe2+bmol,则：2Fe2+ Cl2 = Fe3+ 2Cl- 2mol 22.4Lbmol 0.56Lb=22.4：0.56 b=0.05（mol）设样品FexOy中含Fe3+为cmol,则由电荷守恒可得：（20.05mol）3cmol=20.35mol解之得c=0.2mol故样品FexOy中：x：y=

24、（0.05+0.02）：0.35=5：7即样品“氧化铁”化学式为：Fe5O7。例6：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）.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MCu

25、O=m=m.（1）Fe+Cu2+=Fe2+Cu Fe+2H+=Fe2+H2（2） m例7.在下列所指的各溶液中，分别滴加NH4SCN溶液后，溶液不呈血红色的是 （ ）。A.加入足量镁粉的Fe2（SO4）3溶液B.加入过量铁粉的稀硝酸溶液C.铁丝在足量的氯气中燃烧后，所得产物的溶液D.长期暴露在空气中的绿矾溶液实验室鉴定Fe3+的方法是利用KSCN溶液，它们相遇会呈血红色，若利用NH4SCN溶液，实质是一样的：Fe3+SCN-=Fe（SCN）2+Fe3+可以结合16个SCN-，产物皆为血红色。A.足量的镁粉可以使Fe3+转化为Fe2+或Fe，因为反应后不再有Fe3+，所以加入SCN-后，不会出现

26、血红色。B.过量的铁与稀硝酸进行如下反应：Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO+H2O 2Fe3+Fe=3Fe2+因为反应后无Fe3+，所以加入SCN-后，也不会出现血红色。C.Fe在Cl2中燃烧的产物是FeCl3，它的水溶液中存在着大量的Fe3+，所以加入SCN-后，会出现血红色。D.FeSO4溶液中的Fe2+因暴露在空气中会被空气中的氧气氧化成Fe3+：4FeSO4+O2+2H2SO4=2Fe2（SO4）3+2H2O所以加入SCN-后，会出现血红色。选A、B。例8.将8gFe2O3投入150mL某浓度的稀硫酸中，再投入7g铁粉收集到1.68LH2（标准状况），同时，Fe和Fe2O3均无

27、剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀，共消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。则原硫酸的物质的量浓度为 （ ）。A.1.5mol/L B.0.5mol/LC.2mol/L D.1.2mol/L粗看题目，这是一利用关系式进行多步计算的题目，操作起来相当繁琐，但如能仔细阅读题目，挖掘出隐蔽条件，不难发现，反应后只有Na2SO4存在于溶液中，且反应过程中SO42-并无损耗，根据Na+守恒，非常易求得SO42-即原硫酸的物质的量浓度为：2mol/L，故选C。例9金属铜能被FeCl3的浓溶液腐蚀，其化学反应是：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2。现将有铜的印刷线路板浸入120mLFeCl3的浓溶液中，有9.6gCu被腐蚀掉。取出印刷线路板，向溶液中加入8.4g铁粉，经充分反应，溶液中还存在4.8g不溶物。则：（1）溶液中存在那些离子？（2）离子的浓度各是多少？（设溶液体积不变）存在的不溶物有两种可能：一可能是铁、铜混合物，二可能只是铁。若为铁、铜混合物，则溶液中的Cu2+必然全部析出，即不溶物的质量大于9.6g，显然错误，故不溶物为Cu。（1）溶液中存在的离子为：Fe2+、Cu2+、Cl-。（2）溶液中n（Cu2+）=（9.6g-4.8g）64g/mol=0.075