铁及其化合物

第第 4 4 讲讲 铁及其化合物铁及其化合物 考点一 变价金属 铁的性质 1 纯铁具有金属的共性 如具有 色金属光泽和良好的延展性 是电和热的良导体 具有能被 吸引的特性 纯铁有很强的抗腐蚀能力 2 用化学方程式或离子方程式表示下列变化 1 铁元素是典型的变价金属元素 它在化合物中主要表现为 2 价和 3 价 请归纳总结 1 Fe 单质通常与哪些氧化剂反应生成 2 价 写出有关反应的化学方程式或离子方程式 2 Fe 单质通常与哪些氧化剂反应生成 3 价 写出有关反 应的化学方程式 2 在一定量的稀 HNO3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 Fe3 Fe2 Fe Fe2 Fe2 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 3 铁与水蒸气反应 通常有以下两种装置 请思考以下问题 装置一装置二 实验装置 1 方法一中 装置 A 的作用 方法二中 装湿棉花的作用 2 实验完毕后 取出装置一的少量固体 溶于足量稀盐酸 再滴加 KSCN 溶液 溶液颜色无明显变化 试解释原因 分析铁与稀 HNO3反应的关键 一是明确哪种物质过量 二是根据两种物质的量分析讨论判断 根据反应方程式 HNO3过量 Fe 4HNO3 Fe NO3 3 NO 2H2O Fe 过量时 Fe 2Fe NO3 3 3Fe NO3 2 两者相加得总方程式 3Fe 8HNO3 3Fe NO3 2 2NO 4H2O 可以用数轴表示 解题时需注意量的范围 即 产物仅有 Fe NO3 3 HNO3可能有剩余 产物仅有 Fe NO3 2 Fe n HNO3 n Fe 4 1 n HNO3 n Fe 8 3 可能有剩余 产物为 Fe NO3 3和 Fe NO3 2 Fe 和 HNO3都反应完全 8 3 n HNO3 n Fe 4 1 考点二 铁的氧化物 氢氧化物 1 三种氧化物 化学式FeOFe2O3Fe3O4 俗名 色态 铁元素价态 与盐酸反应 生成的离子 2 两种氢氧化物 Fe OH 2Fe OH 3 色态 与盐酸反应 受热分解 制法 二者的关系 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 色 最后变 成 反应方程式为 4 FeO 分别溶于足量稀盐酸 稀硝酸 写出反应的离子方程式 5 向一定量的 FeO Fe Fe3O4的混合物中加入 100 mL 1 mol L 1的盐酸 恰好使混合物完全溶解 放出 224 mL 标准状况 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 2 g B 5 6 g C 2 8 g D 无法计算 特别提醒 四氧化三铁可以用氧化物表示为 Fe2O3 FeO 但其是纯净物 而不是混合物 6 写出 Fe OH 3和 HI 反应的离子方程式 考点三 铁三角 及其应用 7 Fe2 处于铁的中间价态 既有氧化性又有还原性 通常以还原性为主 你知道哪些物质能使 Fe2 转化为 Fe3 用离子方程式表示 8 Fe3 处于铁的高价态 能与许多强还原性的物质发生反应 请用离子方程式列举你知道的能实现 Fe3 Fe2 的反应 9 如何除去括号中的杂质 1 Fe2 Fe3 2 FeCl3 FeCl2 3 FeCl2 CuCl2 4 Fe Al 5 Fe2O3 Al2O3 SiO2 归纳总结 1 判断离子共存 Fe2 Fe3 均水解 与 HCO AlO CO等因水解相互促进 在 3 22 3 溶液中不能大量共存 Fe3 与 S2 I HS SO Fe2 与 NO H ClO MnO H 在 2 3 3 4 溶液中因发生氧化还原反应不能大量共存 2 盐溶液的配制与保存 Fe2 的盐溶液 加少量铁粉 防 止 Fe2 被氧化 加少量相应的酸 防止 Fe2 水解 Fe3 的盐溶液 加少量相应的酸防止 Fe3 水解 考点四 检验 Fe2 Fe3 的常用方法 1 溶液颜色 含有 Fe2 的溶液显浅绿色 含有 Fe3 的溶液显黄色 2 用 KSCN 溶液和氯水 1 流程 2 有关反应 Fe3 3SCN Fe SCN 3 血红色 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl 3 用 NaOH 溶液 1 流程 溶液 加NaOH溶液 2 有关反应 Fe3 3OH Fe OH 3 红褐色 Fe2 2OH Fe OH 2 白色沉淀 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 10 要证明某溶液中不含 Fe3 而可能含有 Fe2 进行如下实验操作时 最佳顺序为 加入足量氯水 加入足量 KMnO4溶液 加入少量 NH4SCN 溶液 A B C D 实验报告的补充和完善 例 1 某化学小组欲探究铁及其化合物的氧化性和还原性 请回答下列问题 1 除胶头滴管外 你认为本实验必不可少的一种玻璃仪器是 2 请帮他们完成以下实验报告 实验目的 试剂 铁粉 FeCl3溶液 FeCl2溶液 氯水 锌片 铜片 实验记录 划斜线部分不必填写 序号实验内容实验现象离子方程式实验结论 在 FeCl2溶液 中滴入适量氯 水 溶液由浅绿色 变为棕黄色 Fe2 具有还原 性 在 FeCl2溶液 中加入锌片 Zn Fe2 Zn2 Fe 在 FeCl3溶液 中加入足量铁 粉 Fe 2Fe3 3 Fe2 Fe3 具有氧化 性 Fe3 具有氧化 性 实验结论 Fe 只有还原性 Fe3 只有氧化性 Fe2 既有氧化性 又有还原性 联想发散 简述 Fe2 的检验方法 将 FeCl2溶液加热蒸干并灼烧 最后得到的固体物质是 原因是 例 2 某同学为了验证 Fe3 是否能将 H2SO3氧化成 SO 他用 50 mL 0 1 mol L 1 FeCl3溶液吸收制取 2 4 SO2气体的尾气后 进行以下实验 1 检验吸收液中的 SO 证明 Fe3 能够把 H2SO3氧化成 SO 2 4 2 4 2 请配平并完成上述反应中的化学方程式 2FeCl3 SO2 H2SO4 反应中的氧化产物是 写化学式 3 吸收液中除了含有 H Cl SO以外 对其它成分 Fe3 Fe2 H2SO3 的可能组合进行探究 2 4 提出假设 假设 1 溶液中存在 Fe3 Fe2 假设 2 溶液中存在 设计方案 进行实验 验证假设 请写出实验步骤以及预期现象和结论 可不填满 限选实验试剂和 仪器 试管 滴管 0 1 mol L 1 KMnO4溶液 0 1 mol L 1 KSCN 溶液 品红稀溶液 实验步骤预期现象和结论 步骤 1 用试管取样品溶液 2 3 mL 并滴入 若出现血红色 则假设 1 成立 若未 出现血红色 则假设 1 不成立 或假设 2 成立 步骤 2 步骤 3 Fe OH 2的制备与实验方案的设计 由于 Fe OH 2具有很强的还原性 易被氧化为 Fe OH 3 在实验室中制备 Fe OH 2 并使 Fe OH 2长时 间保持白色沉淀状态 成为物质制备实验探究的热点 制备原理 Fe2 2OH Fe OH 2 成功关键 溶液中不含 Fe3 和 O2等氧化性物质 制备过程中 保证生成的 Fe OH 2在密闭的隔绝空气的体系中 下面是几种典型的制备方法 方法一 隔绝空气的复分解反应法 例 3 用不含 Fe3 的 FeSO4溶液与不含 O2的蒸馏水配制的 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 生成 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 氢气氛围中的复分解反应法 例 4 在如图所示的装置中 用 NaOH 溶液 铁屑 稀 H2SO4等试 剂制备 1 在试管 中加入的试剂是 2 在试管 中加入的试剂是 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 例 5 如图所示制备氢氧化亚铁的改进实验 1 按图所示组装 仪器 向一支小的具支试管中加入 2 mL 左 右的稀盐酸 再加入 2 mL 左右的煤油 玻璃管下端粘住钠 粒 用滤纸吸干表面煤油 切去氧 化层 2 将铁丝浸入盐酸 反应放出氢气 待试管内空气排尽后 向上提拉铁丝 使铁丝脱离液面 并关闭弹簧夹 用另一根细铁丝 沿玻璃管内将钠粒捣入液体中 请回答下列问题 1 写出该实验中发生反应的化学方程式 2 如何检验试管内空气已排尽 回答具体操作 3 捣入钠粒后 预测具支试管中的现象 4 已知钠粒的质量约 0 05 g 实验室现有以下两种不同浓度的盐酸 你选择 填 A 或 B A 1 1 mol L 1 B 10 mol L 1 方法三 电解法 例 6 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 填编号 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 为了在较短时间内看到白色沉淀 可采取的措施是 填编号 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 高考题组一 有关铁及其化合物所参与的离子 反应 1 判断下列说法是否正确 正确的划 错误的划 1 FeCl3溶液与 Cu 的反应 Cu Fe3 Cu2 Fe2 2 铁溶于稀硝酸 溶液变黄 3Fe 8H 2NO 3Fe2 2NO 4H2O 3 3 将 FeCl2溶液与稀 HNO3混合 Fe2 4H NO Fe3 2H2O NO 3 4 Fe3O4与稀 HNO3反应 Fe3O4 18H 6Fe3 H2 8H2O 5 FeSO4溶液中加入用 H2SO4酸化的 H2O2溶液 Fe2 2H H2O2 Fe3 2H2O 6 向 Fe OH 2中加入足量稀 HNO3 Fe OH 2 2H Fe2 2H2O 7 Fe OH 3溶于氢碘酸 Fe OH 3 3H Fe3 3H2O 高考题组二 铁的冶炼腐蚀及综合应用 2 2011 上海 8 高炉炼铁过程中既被氧化又被还原的元素是 A 铁 B 氮 C 氧 D 碳 3 铁是用途最广的金属材料之一 为探究铁的化学性质 某同学将盛有 生铁屑的试管塞上蓬松的棉花 然后倒置在水中 如图所示 数天后 他观察到的现象是 A 铁屑不生锈 试管内液面上升 B 铁屑不生锈 试管内液面高度不变 C 铁屑生锈 试管内液面上升 D 铁屑生锈 试管内液面高度不变 4 2010 安徽理综 12 右图是三种稀酸对 Fe Cr 合金随 Cr 含量 变化的腐蚀性实验结果 下列有关说法正确的是 A 稀硝酸对 Fe Cr 合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱 B 稀硝酸和铁反应的化学方程式是 Fe 6HNO3 稀 Fe NO3 3 3NO2 3H2O C Cr 含量大于 13 时 因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大 所以对 Fe Cr 合金的腐蚀性最强 D 随着 Cr 含量增加 稀硝酸对 Fe Cr 合金的腐蚀性减弱 5 2009 台湾 23 已知铁锈的化学式为 Fe OH 3 在常温常压下 铁生锈除了需要氧 还必须有下列哪一 种物质的存在 A 水 B 盐 C 氮 D 氧 E 臭氧 6 2009 北京理综 26 以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下 部分操作和条件略 从废液中提纯并结晶出 FeSO4 7H2O 将 FeSO4 7H2O 配制成溶液 FeSO4溶液与稍过量的 NH4HCO3溶液混合 得到 FeCO3的浊液 将浊液过滤 用 90 热水洗涤沉淀 干燥后得到 FeCO3固体 煅烧 FeCO3 得到 Fe2O3固体 已知 NH4HCO3在热水中分解 1 中 加足量的铁屑除去废液中的 Fe3 该反应的离子方程式是 2 中 需加一定量硫酸 运用化学平衡原理简述硫酸的作用 3 中 生成 FeCO3的离子方程式是 若 FeCO3浊液长时间暴露在空气中 会有部分固体表面变为红褐色 该变化的化学方程式是 4 中 通过检验 SO来判断沉淀是否洗涤干净 检验 SO操作是 2 4 2 4 答案 基础再现 深度思考 考点一 1 银白 磁铁 2 1 3Fe 2O2Fe3O4 点燃 2Fe 3Cl22FeCl3 点燃 Fe SFeS 2 3Fe 4H2O g Fe3O4 4H2 3 Fe 2H Fe2 H2 Fe 4H NO Fe3 NO 2H2O 3 考点二 1 从左至右 从上至下 铁红 磁性氧化铁 黑色 粉末 红棕色粉末 黑色晶体 2 3 2 3 2 Fe3 3OH Fe OH 3 灰绿 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 深度思考 1 1 Fe Fe2 铁与氧化性比较弱的非金属单质 如 S I2 非氧化性酸 如盐酸 稀硫酸 不活 泼金属的盐溶液 如 CuSO4溶液 反应 都可实现 这种转化 如 Fe SFeS 2H Fe Fe2 H2 Cu2 Fe Fe2 Cu 2 Fe Fe3 铁与强氧化剂 如 Cl2 HNO3 浓 硫酸 在一定条件下反应都会实现这种转化 例 如 2Fe 3Cl22FeCl3 Fe 4HNO3 稀 点燃 Fe NO3 3 NO 2H2O 2Fe 6H2SO4 浓 Fe2 SO4 3 3SO2 6H2O 2 1 2 3 3 1 提供水蒸气 提供水蒸气 2 在溶液中 Fe3 被未反应的铁粉完全还原为 Fe2 4 FeO 2H Fe2 H2O 3FeO 10H NO 3Fe3 NO 5H2O 3 5 C 6 2Fe OH 3 6H 2I 2Fe2 6H2O I2 7 Fe2 Fe3 亚铁盐遇到强氧化剂 如 Cl2 Br2 O2 HNO3 H2O2等 都会被氧化为铁盐 1 2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl 2 2Fe2 Br2 2Fe3 2Br 3 4Fe2 O2 4H 4Fe3 2H2O 4 3Fe2 4H NO 3Fe3 2H2O NO 3 5 2Fe2 H2O2 2H 2Fe3 2H2O 8 Fe3 Fe2 1 2Fe3 S2 2Fe2 S 2Fe3 H2S 2Fe2 2H S 2 2Fe3 SO2 2H2O 2Fe2 4H SO2 4 3 2Fe3 Fe 3Fe2 Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 4 2Fe3 2I 2Fe2 I2 9 1 加过量铁粉过滤 2 加氯水或 H2O2 3 加过 量铁粉过滤 4 加过量强碱溶液过滤 5 加过 量强碱溶液过滤 10 C 规律方法 解题指导 例 1 1 试管 2 实验目的 探究铁及其化合物的氧化性和还 原性 实验记录 Cl2 2Fe2 2Cl 2Fe3 Fe2 具有氧化性 铁粉逐渐溶解 溶液由棕黄色变为浅绿色 在 FeCl3溶液中加入铜片 联想发散 取适量待测液于试管中 滴加少量 KSCN 溶液 无血红色出现 向混合液中滴入少 量氯水 溶液变为血红色 则证明有 Fe2 或其 他合理答案 Fe2O3 在 FeCl2溶液中存在平衡 FeCl2 2H2O Fe OH 2 2HCl 加热时 HCl 挥发 平衡右移 生成的氢氧化亚铁很快被氧化 成氢氧化铁 灼烧时氢氧化铁分解生成 Fe2O3 例 2 1 取少量样品溶液于试管中 先滴入足 量的稀盐酸 再滴入氯化钡溶液 如果有白色沉 淀生成 2 2H2O 2FeCl2 2HCl H2SO4 3