《铁及其重要化合物》PPT课件.ppt

第3讲 铁及其重要化合物,一、铁,1.铁的存在形态,在地壳中铁的含量位于第四位,在自然界中主要以 化合态存在,主要化合价为+2、+3价,其中+3价更 稳定。,2.铁的化学性质,(1)与非金属反应,(2)与水反应,Fe与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。,(3)与酸反应,与非氧化性酸反应产生氢气,Fe与稀H2SO4反应的化学方程式为 Fe+H2SO4 Fe- SO4+H2。,与氧化性酸反应不生成氢气,过量Fe与稀HNO3反应的化学方程式为 3Fe+8HNO3 3Fe(NO3)2+2NO+4H2O。,少量铁与足量稀HNO3反应的化学方程式为 Fe+4 HNO3 Fe(NO3)3+NO+2H2O。,铁遇冷的浓HNO3、浓H2SO4时表面会生成一层致密的 氧化物薄膜,化学上称之为 钝化,属于 化学(填“物 理”或“化学”)变化。,(4)与盐反应,Fe与CuSO4、FeCl3溶液反应的化学方程式分别为 Fe,+CuSO4 FeSO4+Cu、 Fe+2FeCl3 3FeCl2。,二、铁的重要化合物,1.铁的氧化物,(1)FeO是一种 黑色粉末,不稳定,在空气里受热迅速被 氧化成 Fe3O4。,(2)Fe3O4是一种复杂的化合物,是具有 磁性的 黑色 晶体,俗称 磁性氧化铁。,(3)Fe2O3是一种 红棕色的粉末,俗称 铁红,常用做,红色颜料。赤铁矿的主要成分是Fe2O3,是 炼铁的主 要原料。,互动探究1 你能确定Fe3O4中铁的化合价吗?铁的原 子序数为26,画出铁的原子结构示意图。,答案:Fe3O4中铁有+3价和+2价。铁的原子结构示意图 为 。,2.铁的氢氧化物,(1)Fe(OH)2、Fe(OH)3性质比较,(2)铁的氢氧化物的制法,Fe(OH)2、Fe(OH)3都可用相应的可溶性盐与强碱反应 来制取,离子方程式分别为:,Fe(OH)2: Fe2+2OH- Fe(OH)2。,Fe(OH)3: Fe3+3OH- Fe(OH)3。,(3)Fe(OH)2与Fe(OH)3的关系,在空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是 白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变,成红褐色,反应的化学方程式为 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。,互动探究2 教材中有关Fe(OH)2的制备方法,实际上 只能观察到瞬间的Fe(OH)2白色沉淀(几乎分辨不出来)。为什么不能观察到Fe(OH)2的白色呢?可采取哪些措 施使Fe(OH)2能够维持较长的时间不被氧化呢?,答案:Fe(OH)2极易被氧化,转化为Fe(OH)3。要想较长 时间观察到白色沉淀的生成,关键是怎样降低反应体 系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。就 教材中的实验来说,常采用的方法有:,采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2+易被空气中的氧 气氧化成Fe3+),将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解的氧气),将碱直接加到亚铁盐溶液的底部使Fe(OH)2与空气 隔离,在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比 水小,而又不溶于水的有机溶剂),考点透析,考点1 Fe、Fe2+、Fe3+相互转化,典例1 某厂的酸性工业废水中含有一定 量的Fe3+、Cu2+、Au3+等。有人设计了下图的工艺流程, 利用常用的稀硫酸、烧碱和工业生产中的废铁屑,从废 水中回收金,并生产一定量的铁红和氧化铜。,(1)图中标号处需加入的相应物质分别是, 、 、 、 、 。(填名称),(2)写出处发生反应的离子方程式: ;写出处发生反应的化学方 程式: 。,(3)铁红的化学式为 ;分别 写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途:铁红 ,氧化铜 。,【解析】由氧化铜逆推可知D为Cu(OH)2,所以为氢 氧化钠;同理由铁红逆推可知为氢氧化钠;C为Cu2+, E为Fe2+,是稀硫酸,除去沉淀A中过量的Fe,是铁 屑,可还原废水中的Cu2+、Au3+;B为Cu、Au混合物,加 入稀硝酸使Cu、Au分离。,(2)Fe+2H+ Fe2+H2,2Fe3+Fe 3Fe2+,Cu2+Fe Cu+Fe2+,2Au3+3Fe 2Au+3Fe2+;3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,(3)Fe2O3;用做红色涂料;用做制造铜盐的原料,【答案】(1)铁屑;稀硫酸;稀硝酸;氢氧化钠;氢氧化钠,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。Fe、Fe2+、 Fe3+形成三角关系:,技能归纳,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+或Fe3+。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,1.FeFe3+和Fe2+Fe3+需要较强的氧化剂,如O2、Cl2、 Br2、HNO3(浓、稀)、H2SO4(浓)、KMnO4(H+)溶液等。,2Fe+3Cl2 2FeCl3;Fe+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO+2H2O;4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3;2FeCl2+Cl2 2FeCl3。,2.FeFe2+需要较弱的氧化剂,如S、Cu2+(CuSO4)、H+ (稀H2SO4、盐酸)等。,Fe+CuSO4 FeSO4+Cu;Fe+2HCl FeCl2+H2,注意Fe与O2、H2O的反应:3Fe+2O2 Fe3O4;3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,Fe3O4可以看做是由FeO、Fe2O3所组成的化合物,其中 有 是Fe2+、 是Fe3+。,3.Fe2+Fe,在金属活动性顺序表中排在Fe前的金属,如 Zn、Al等,可以将Fe2+还原成Fe。如Zn+FeSO4 Zn- SO4+Fe。,注意:K、Ca、Na等活泼金属,由于它们在水溶液中不 能存在,所以不能作为还原剂来完成Fe2+Fe的转化。,4.Fe3+Fe2+需要较强的还原剂,如Fe、Zn、H2S(S2-)、 KI(I-)、Na2SO3(S -)等。Cu虽不是强的还原剂,但因Fe3+,具有较强的氧化性,可被Cu还原成Fe2+。,Cu+2FeCl3 CuCl2+2FeCl2;H2S+2FeCl3 2FeCl2+S+2HCl;2KI+2FeCl3 FeCl2+I2+2KCl,5.Fe3+Fe常发生在金属的热还原反应中。如高温下用 CO还原铁矿石中的铁:Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。,铝热反应也是这种转化的实例。如:Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe。,Fe2+具有氧化性和还原性,但主要表现还原性;Fe3+具 有较强的氧化性,与S2-、I-、S 等能发生氧化还原反 应。Fe3+是典型的弱碱阳离子,与C 、Al 等在溶 液中发生双水解反应。亚铁盐、铁盐的存放方法:亚 铁盐溶液加入少量铁屑以防止Fe2+被氧化;铁盐溶 液加入少量相应的酸溶液以防止Fe3+水解。,特别提醒:,B.将少量Fe(OH)3粉末加入HI溶液中:,2Fe(OH)3+6H+2I- 2Fe2+I2+6H2O,C.将少量Cl2通入FeBr2溶液中:Cl2+2Br- 2Cl-+Br2,D.向氯化铁溶液中加入铁屑:Fe+Fe3+ 2Fe2+,学以致用,1.下列离子方程式书写正确的是 ( ),A.铁粉与氢溴酸反应:2Fe+6H+ 2Fe3+3H2,【解析】A项中离子方程式应为Fe+2H+ Fe2+H2;C项中Cl2为少量,Fe2+先被氧化,离子方程式应为2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-;D项中电荷不守恒。B项正确。,【答案】B,考点2 Fe2+和Fe3+的检验,典例2 某种催化剂为铁的氧化物,化学兴 趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究。将适量稀硝酸加入少许样品中,加热溶解;取少许溶液,滴加KSCN溶液后出现红色,一位同学由此得出该催 化剂中铁元素价态为+3价的结论。,(1)请指出该结论是否合理, (填“合理”或,“不合理”),并说明理由: 。,(2)请完成对铁元素价态的探究。限选实验仪器与试 剂:烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管 夹;3 molL-1 H2SO4、3%H2O2、6 molL-1 HNO3、0.01 molL-1 KMnO4、NaOH稀溶液、0.1 molL-1 KI、20% KSCN、蒸馏水。,提出合理假设,假设1:催化剂中铁元素的价态为+3价;,假设2:催化剂中铁元素的价态为+2价;,假设3: 。,设计实验方案证明你的假设(此题不作答),实验过程,根据的实验方案,进行实验。按下表格式写出实验操 作步骤、预期现象与结论。,【解析】根据HNO3具有强氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,对铁的氧化物中铁元素价态提出全为+2价或全为+3 价或+2价和+3价共存三种假设。,实验过程:可用稀硫酸溶解铁的氧化物(要除去稀硫酸 中溶解的O2),根据溶液颜色变化,推测铁元素可能的 化合价,然后取少量上述溶液,滴加酸性KMnO4溶液, 根据KMnO4溶液是否褪色,确定是否存在+2价铁元素; 另取少量溶液,滴加KSCN溶液,根据溶液是否变红色, 确定是否存在+3价铁元素。,【答案】(1)不合理;稀硝酸有强氧化性,若该铁元素的 价态为+2价,则被氧化为+3价,同样可使KSCN溶液变 红色,(2)催化剂中铁元素的价态既有+3价,也有+2价,技能归纳,1.Fe2+的检验,方法一:在被检验的溶液中,滴加KSCN溶液,无现象,再 通入Cl2,若变成红色溶液,说明有Fe2+存在(鉴别时不能 先通氯气)。,2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-,Fe3+3SCN- Fe(SCN)3(红色),方法二:在被检验的溶液中加碱,产生白色絮状沉淀,很,快白色絮状沉淀转变成灰绿色,最终变为红褐色,证明 有Fe2+存在。,Fe2+2OH- Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,2.Fe3+的检验,方法一:加入NaOH等碱溶液,生成红褐色沉淀。,Fe3+3OH- Fe(OH)3 (红褐色),方法二:加入KSCN溶液,溶液变为红色。,学以致用,2.要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行下列实 验操作时的最佳顺序为 ( ),加入少量氯水 加入足量KMnO4 加入少量 KSCN溶液,A. B. C. D.,【解析】本题主要考查铁的性质Fe3+的检验、Fe2+的还原性,培养学生灵活迁移知识的能力和提高学生分析问题的能力。加入KSCN溶液不变红,证明无Fe3+;再加氯水,如有Fe2+存在,则可被氧化为Fe3+而使溶液变血红色。KMnO4也能氧化Fe2+,但KMnO4本身为紫色,使溶液显色不易观察。,【答案】C,考点3Fe(OH)2的制备,典例3 如图所示,此装置可用来制取和观 察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须 使用铁屑和6 molL-1的硫酸,其他试剂任选。填写下列 空白:,(1)B中盛有一定量的NaOH,A中应预先加入的药品是 ,A中反应的离子方程式是,。,(2)实验开始时先将活塞a (填“打开”或 “关闭”)。,(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程: 。,(4)实验完毕,打开b处活塞,放入一部分空气,此时B瓶中 发生的反应为 。,(5)下列各图示中 (填序号)能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。,【解析】Fe+2H+ Fe2+H2,产生H2将Fe2+压入B 中,Fe2+2OH- Fe(OH)2;Fe2+在空气中很容易被氧 化,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,就要排除装置中的氧气或空 气,并使整个装置与空气或氧气隔绝。,【答案】(1)铁屑;Fe+2H+ Fe2+H2,(2)打开,(3)关闭活塞a,使FeSO4溶液压入B中进行反应,(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,(5),技能归纳,1.实验室制备纯净的Fe(OH)2的注意事项,教材中有关Fe(OH)2制备方法,实际上只能观察到瞬间 的Fe(OH)2白色沉淀(几乎分辨不出来)。要想较长时间,观察到白色沉淀的生成,关键是怎样降低反应体系中氧 气的存在量和操作过程中氧气的引入量。常采用的方 法有:采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2+易被空气中的 氧气氧化成Fe3+);将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去 溶解的氧气);将碱直接加到亚铁盐溶液的底部使Fe (OH)2与空气隔离;在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂 (如加入苯等密度比水小,而又不溶于水的有机溶剂)。,2.实验创新,方案1:装置如图所示。,制的NaOH溶液反应制备。,(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入 。,(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用 的方法。,(3)制取Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液,这样操作的理由是 。,方法二:在如图所示的装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀 H2SO4等试剂制备。,3.用下面三种方法均可制得Fe(OH)2白色沉淀。,方法一:用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配,(1)在试管里加入的试剂是 。,(2)在试管里加入的试剂是 。,(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀,在试管和中加入试 剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验步骤是 。,(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,理由 是 。,方法三:利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉 淀。如图所示,已知两电极的材料分别为石墨和铁。,(1)a电极的材料应为 ,电极反应式为 。,(2)电解液c可以是 (填字母)。,A.纯水 B.NaCl溶液,C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液,(3)d为苯,其作用是 ,在加入苯之前对电解 液c应作何简单处理? 。,(4)为了能在较短时间内就看到白色沉淀,可采取的措 施是 (填字母)。,A.改用稀H2SO4作电解液,B.适当增大电源的电压,C.适当减小两极间的距离,D.适当降低电解液的温度,(5)若c用Na2SO4溶液,当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,另一明显现象为 。,【答案】方法一:,(1)稀H2SO4、铁屑,(2)煮沸,(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化,方法二:,(1)稀H2SO4和铁屑,(2)NaOH溶液,(3)检验试管出口处排出的H2的纯度,当排出的H2已 经纯净时再夹紧止水夹,(4)试管中反应生成的H2充满了试管和试管,且 外界O2不易进入,方法三:,(1)Fe;Fe-2e- Fe2+,(2)BC,(3)隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化;加热煮沸,排 出溶解的O2,(4)BC,(5)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色,实验探究 FeCl3的制备与实验方案的设计与评价,由于Fe3+水解能力较强,当pH4时,Fe3+即可形成Fe(OH)3 沉淀。在配制FeCl3溶液时,应先将固体盐溶于少量相 应的酸中抑制水解,再加水稀释至所需浓度。在制FeCl3固体时,加热浓缩FeCl3稀溶液时应在HCl氛围中进行。,【示例】.某校化学小组利用下图所示装置进行“铁 与水反应”的实验,并利用产物进一步制取FeCl36H2O 晶体。(图中夹持及尾气处理装置均已略去),(2)装置E中的现象是 。,(3)停止反应,待B管冷却后,取出其中的固体,加入过量 稀