铁和铁的化合物知识结构

1、铁和铁的化合物知识结构【基础知识】一、铁元素在元素周期表中位置及铁原子结构铁元素位于元素周期表第四周期第族属于过渡元素铁原子结构简图:铁元素常见化合价: 。铁元素的+3价化合物稳定。铁元素是典型的变价元素。二、铁单质的性质1、物理性质: 纯铁是银白色金属, 密度为7.86克 / 厘米3(属于黑色金属、重金属类)、质硬、熔点高(1535)有可塑性、传导性、易磁化和去磁。2、化学性质: 金属性(还原性)Fe2+(离子结构简图)Fe3+(离子结构简图)注意: 离子的最外电子层电子数不全是八电子结构3、铁的氧化物氧化亚铁氧化铁四氧化三铁分子式FeOFe2O3Fe3O4化合价俗称铁红(红土)磁性氧化铁分

2、类碱性氧化物碱性氧化物色态黑色粉末红棕色粉末磁性黑色晶体溶解性不溶于水不溶于水不溶于水与非氧化性强酸反应Fe3O4 + 8H+= Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O 氧化性还原性还原性4FeO + O22Fe2O3还原性氧化性FeO + COFe + CO2氧化性Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2氧化性存在赤铁矿磁铁矿4、铁的氢氧化物氢氧化亚铁氢氧化铁分子式Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体溶解性不溶于水不溶于水与非氧化性强酸反应Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2OFe(OH)3 + 3H+ = Fe3+ + 3H2O不稳定性Fe(OH)2FeO

3、+ H2O2Fe(OH)3Fe2O3 + 3H2O还原性4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3白色沉淀®灰绿色沉淀®红褐色沉淀制法可溶性亚铁盐溶液与可溶性碱反应Fe2+ + 2OH = Fe(OH)2¯Fe2+ + 2NH3·H2O = Fe(OH)2¯ + 可溶性铁盐溶液与可溶性碱反应Fe3+ + 3OH = Fe(OH)3¯Fe3+ + 3NH3·H2O = Fe(OH)3¯ + 5、Fe3+的检验鉴别试剂KSCN溶液或NH4SCN溶液现象: 血红色溶液离子方程式6、铁及其化合物的系列实

4、验实验内容现象化学方程式、离子方程式(1)铁钉溶解生成无色气体, 试管口红棕色气体, 加稀硝酸后溶液呈黄色加入KSCN溶液后溶液呈血红色Fe + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + NO­ + 2H2O2NO + O2 = 2NO2(2)加入KSCN溶液后无明显变化; 加入浓HNO3后溶液呈血红色3FeSO4 + 6HNO3(浓)= Fe2(SO4)3 + Fe(NO3)3 + 3NO2­ + 3H2O(3) 加入KSCN溶液后无明显变化; 加入Cl2水后溶液呈血红色6FeSO4 + 3Cl2 = 2Fe2(SO4)3 + 2FeCl3(4)加入FeSO4溶液后,

5、紫色高锰酸钾酸性溶液褪色; 加入KSCN溶液后溶液呈血红色10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O5Fe2+ + + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O (5)加入KI溶液后, 液体颜色变深加淀粉液后, 液体变蓝色2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KClI2遇淀粉液呈蓝色(6)铜丝变细溶解溶液变为绿色Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2Cu + 2Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+(7)Fe溶解溶液颜色变浅出现淡绿色2FeCl3 + Fe = 3

6、FeCl22Fe3+ + Fe = 3Fe2+(8)对比实验加入KSCN溶液后无明显变化; 加入稀HNO3溶液后, 溶液呈血红色整个过程无明显变化3FeSO4 + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + NO­ + 2H2O结论:说明Fe2+、离子不能共存(酸性条件下发生氧化还原反应)Fe2+、离子可以共存7、铁三角关系(1)通过弱氧化剂可以实现: 如I2、S、非氧化性酸(H+)铜盐溶液(Cu2+)银盐溶液(Ag+)等。通过强氧化剂可以实现: 如Cl2、Br2、硝酸、浓H2SO4等。通过强氧化剂可以实现: Cl2、硝酸、O2等。通过还原剂可以实现: 如Al

7、、C、CO、H2等。通过还原剂可以实现: 如碘化物、硫化物、Cu、Fe等。(2)常见氧化剂: KMnO4(H+)高锰酸钾的酸性溶液、硝酸、浓H2SO4、高氯酸(HClO4)、FeCl3、CO2、K2Cr2O7(H+)重铬酸钾酸性溶液、无氧酸、稀H2SO4、KNO3(H+)硝酸钾的酸性溶液、Cl2、Br2、I2、O2、HClO、H2O2、Na2O2、KNO3(固体)等。(3)常见还原剂: H2S、Na2S、KI、HI、CO、NH3、H2、C某些金属单质等。(4)无氧酸性质(5)铁及其化合物间的转化关系: (书写有关化学方程式或离子方程式) 8、关于铁的变价计算铁是重要的变价金属, 无论是单质,

8、还是化合物, 在一定条件下参加化学反应时都可能发生变价, 因此铁的变价计算是重点内容。(1)铁单质参加反应产生两种价态化合物例1、在含a克HNO3的溶液里放入b克铁, 铁完全溶解, 假设有克HNO3被还原, 且放出的气体是NO。试回答: 反应溶液中的溶质是什么？并求与溶质对应的的值(要求写计算过程)？分析: 稀硝酸是强氧化剂, 铁单质成Fe(NO3)3, 硝酸被还原成一氧化氮(NO)。当HNO3与Fe的量取不同值时, 反应后溶液中的溶质会有不同: 如果硝酸过量, 铁单质只被氧化成Fe(NO3)3。如果Fe过量, 由Fe(NO3)3有较强的氧化性, 可以氧化Fe单质产生Fe(NO3)2。如果Fe

9、过量的不多, 此时反应后溶液中的溶质应为Fe(NO3)2和Fe(NO3)3, 涉及到化学反应方程式为:解题方法: 选用极值讨论法假设反应后溶液中溶质皆为Fe(NO3)3, 满足条件Fe与HNO3均适量56g4×63gbgag当反应后溶液中的溶质应为Fe(NO3)3假设反应后的溶液中的溶质皆为Fe(NO3)2满足条件Fe与HNO3均适量(题目中条件铁完全溶解)应用总方程式讨论:总化学方程式3×56g 8×63g6g ag 当反应后溶液中的溶质为Fe(NO3)2假设Fe过量的不多, 2Fe(NO3)3 + Fe = 3Fe(NO3)2反应中Fe(NO3)3不能全部变为

10、Fe(NO3)2, 此时反应后溶液中为Fe(NO3)2和Fe(NO3)3从中不难得出当 反应后溶液中的溶质应为Fe(NO3)2和Fe(NO3)3说明Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO­ + 2H2O n物质的量3Fe + 8HNO3 = 3Fe(NO3)2 + 2NO­ + 4H2O上述两个反应中, 皆为被还原(符合题意)例2、现有10.42克纯净铁粉, 溶于过量的稀硫酸中, 在所得的溶液中加入5.05克硝酸钾后共热, 充分反应后部分Fe2+离子氧化。溶液中剩余Fe2+离子恰好被24毫升, 0.3摩 / 升的酸性高锰酸钾溶液所氧化(被还原为Mn2+)试通过

11、计算确定反应中硝酸钾被还原后的产物。用图解法分析题意解题方法：此题如根据分步反应进行化学方程式计算显然麻烦，特别是书写本题涉及氧化还原反应离子方程式也有较大难度，因此是不可取解题方法。此题应根据关系式及电子得失数守恒法解题。解：设Fe粉溶于过量的稀H2SO4后Fe2+的物质的量为x。FeFe2+56g 1mol10.42gxFe2+Fe3+eMn2+5e0.186mol0.186mol1mol5mol0.024×0.3mol5×0.024×0.3mol设硝酸钾被还原产生中氮元素化合价为y。（5y）e101g(5y)mol5.05g依据电子得失数守恒y = +2还原

12、产物为NO。（2）铁的化合物参加化学反应变价例1、在2升Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中，加入30克纯铁粉，充分反应后得到2升0.25摩 / 升的FeSO4溶液以及26克固体沉淀物，求原混和溶液中Fe2(SO4)3和CuSO4的摩尔浓度。分析：此题是有关混合物计算，及判断反应物是否过量的计算。解题关键要分析清楚反应物铁粉是否过量，26克固体沉淀物是混合物还是纯净物。混合物的计算一般可采用代数法列方程求解。解：通过极值法讨论30克铁粉是否过量。依据题意假设FeSO4皆由反应而得 求m(Fe) = ?设需Fe质量为x56g3molx0.5mol假设FeSO4皆由CuSO4 + Fe =

13、FeSO4 + Cu反应而得求m(Fe) = ?设需Fe质量为y56g1moly0.5mol通过、讨论30g铁粉分别与CuSO4和Fe2(SO4)3反应需铁粉质量< 30g铁粉过量，26g固体应为余Fe与生成Cu质量总和依据题意，设原混合溶液中含Fe2(SO4)3物质的量为x含 CuSO4的物质的量为yFe2(SO4)3 + Fe = 3FeSO4CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu x x3x yyyy 例2、将铁和三氧化二铁的混合物2.72克，加入50毫升1.6摩 / 升的盐酸中恰好完全反应，滴入KSCN溶液后不显红色。若忽略化学反应中溶液体积变化，则在所得溶液中Fe2+离子的物质的量浓度为多少？分析：审题是关键。依据题意完全反应后溶液中滴入KSCN溶液不显红色说明溶液中无Fe3+，因此涉及到反应为本题属混合物的计算，可用代数法列方程求解解、设混合物中Fe物质的量为x，Fe2O3物质的量为y。(xy) 2(xy)(xy) y 6y2y2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 2yy 3y解、上述解法较为复杂，如巧用电荷守恒法可使计算大为简化反应物恰好完全反应，溶液中有下列关系Fe2+2Cl9、工业生产：炼铁、炼钢炼铁炼钢原料铁矿石、石灰石、焦炭、空气生铁、生石灰、氧气设