2019届高考化学一轮复习精编课件：3.3铁及其重要化合物.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 H2SO4Fe 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 8HNO33Fe NO3 2 2NO 4H2O 少量铁与足量稀HNO3反应的化学方程式为Fe 4HNO3Fe 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 CuSO4FeSO4 Cu Fe 2FeCl33FeCl2 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 2H2O4Fe 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1Fe 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 Fe3Fe2 Cu2 FeCu Fe2 2Au3 3Fe2Au 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 Fe Fe3 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 3Cl22FeCl3 Fe 4HNO3 稀 Fe NO3 3 NO 2H2O 4Fe OH 2 2H2O O24Fe OH 3 2FeCl2 Cl22FeCl3 2 Fe Fe2 需要较弱的氧化剂 如S Cu2 CuSO4 H 稀H2SO4 盐酸 等 Fe CuSO4FeSO4 Cu Fe 2HClFeCl2 H2 注意Fe与O2 H2O的反应 3Fe 2O2Fe3O4 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 FeSO4Zn 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 2FeCl3CuCl2 2FeCl2 H2S 2FeCl32FeCl2 S 2HCl 2KI 2FeCl3FeCl2 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 3CO2Fe 3CO2 铝热反应也是这种转化的实例 如 Fe2O3 2AlAl2O3 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 Cl22Fe3 2Cl D项中电荷不守恒 B项正确 答案 B 考点2Fe2 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 3mol L 1H2SO4 3 H2O2 6mol L 1HNO3 0 01mol L 1KMnO4 NaOH稀溶液 0 1mol L 1KI 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 Cl22Fe3 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 2H2O4Fe 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6mol L 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 2H2O4Fe 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 2H2O4Fe 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pH 4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FeCl3 6H2O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 加入过量稀盐酸充分反应 过滤 简述检验滤液中Fe3 的操作方法