第9讲铁的多样性

第9讲铁的多样性复习目标核心素养.了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。.能鉴别溶液中的Fe?+、Fe产。.宏观辨识与微观探析：认识铁及其化合物的性质，能以Fe?-、Fe3+的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应实质。.科学态度与社会责任：利用铁及其化合物的性质，科学认识铁及其化合物的分离、提纯和制备工艺流程，同时具有严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。考点一铁的单质、氧化物和氢氧化物.变价金属一铁⑴物理性质铁具有金属的共性，具有能被磁体吸引的特性。⑵化学性质按要求书写下列反应的方程式：_点燃△①Fe与Cb、S反应的化学方程式：2Fe+302^^2FeCh；Fe+S^=FeSo②Fe与水蒸气的反应：3Fe+4H2O(g)=^=FeaQ4+4H2。③与氧化性酸(如HNO»的反应(写离子方程式)。酸化学方程式或现象稀hno3Fe不足Fe+4H*'+NO?=Fe3++NOt+2H2OFe过量3Fe+8H"+2NOj=3Fe2++2NOt+4H2O浓HNO3、浓H2s04常温下坡化④与某些盐溶液的反应与CuSCh溶液反应的离子方程式：Fe+Cu2+=Fe2+4-Ciu与FcCLa溶液反应的离子方程式：Fc+2Fe*=3Fc2,(3)生铁的冶炼①原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。②设备：高炉。③主要反应a.还原剂的生成：C+O?'CO2»CO2+C12CO；b.铁的还原：Fe2O3+3CO=^=2Fe+3CO2：c.造渣反应：CaCO3=^CaO+CO2t,CaO4-SiO2=^CaSiO3o[微思考1]请写出足晟铁与氯气反应的化学方程式。解析：C由题图可知，a为Fe,b中含有Fc2+,c为Fe(0H)2,d为Fe(OH)3,e中含有Fe3\Fe+2Fe3]=3Fe2+,a可与e反应生成b,A推断合理：Fe?+既可以被氧化为Fy,也可以被还原为Fe,B推断合理；可将饱和的Fe3+溶液加入沸水中制得Fe(0H)3胶体，而不是浓诚液中，C推断不合理；可存在Fe2+」竺一Fe(0H)2一"Fe(0H)3—JFe3‘一JFe2+的循环转化关系，D推断合理。.(经典高考题节选)下列叙述正确的是()A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B.向盛有FeCL溶液的试管中加过量铁粉，充分振荡后加I滴KSCN溶液，溶液黄色逐渐消失，加氯水后溶液颜色不变C.将废铁屑加入FeCk溶液中，可用于除去工业废气中的CLD.氧化亚铁溶于稀硝酸：FeO+2H+=Fe2，+H2O答案：C.(经典高考题)磷酸亚铁锂(LiFePOj)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：下列叙述错误的是()A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC.“沉淀”反应的金属离子为FE+D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠解析：D合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，LiFePCh中含有Li和Fc元素，正极片碱溶所得滤液中含有A1元素，A、B项正确：Fe?+能被HNCh氧化为Fe3+,Fe3’遇到碱液后沉淀，而另一种金属离子(□+)遇到Na2co3后沉淀，C项正确；Li2so4易溶于水，用Na2s0’代替Na2c03,不能形成含Li沉淀，D项错误。.(2020・全国卷I,27)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。回答下列问题：⑴由FeSONHzO固体配制0.10molL「FeS04溶液,需要的仪器有药匙、玻璃棒、(从卜.列图中选择，写出名称)。(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率a。)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择作为电解质。阳尚子irxio8/(m2-s-,-v-,)阴离子1rxIO8/(m2-s-,-V-,)Li+4.07HCO?4.61Na'5.19NOJ7.40Ca2+6.59cr7.91k+7.62sor8.27(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，宏桥中的阳离子进入电极溶液中。(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中eCFe?.)增加了0.02molL「。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=°(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为，铁电极的电极反应式为。因此，验证了Fe2,氧化性小于、还原性小于。(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSCh溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是。解析：⑴由FeSO#7H2O固体配制0.固mol.L」FeSO4溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签，由FeSO4-7H2O固体配制O.IOmoML」FeSO4溶液需要的仪器有药匙、托盘天平、合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管。(2)Fe2\Fe3'能与HCO3反应，Ca?+能与SO4反应，FeSCKFeKSO/都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下NO,能与Fe2+反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO］、NO?,阳离子不可以选择Ca2',另盐桥中阴、阳离子的迁移率(，武)应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KC1作为电解质。(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中。(4)根据(3)的分析，铁电极的电极反应式为Fe—2e-=Fe2+,石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+,电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中《Fe?十)增加了0.02mol/L,根据电子守恒，石墨电极溶液中c(Fe2+)增加0.04mol/L,石墨电极溶液中c(Fe21)=0.05mol/L+0.04mol/L=0.09mol/Lo(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2,铁电极的电极反应式为Fe—2e-=Fe2+；电池总反应为Fe+2Fe3-=3F°2十，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则验证了Fe?+氧化性小于Fe3+,还原性小于Fe。(6)在FeSCh溶液中加入几滴Fe2(SCh)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化，发生的反应为Fe+Fe2(SCh)3=3FeSO4,要检验活化反应完成，只要检验溶液中不含Fe3+即可，检验活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成。答案：(1)烧杯、量筒、托盘天平(2)KC1⑶石墨(4)0.09mol/L(5)Fe3+4-e=Fe2+Fe-2e-=Fe2+Fe3+Fe(6)取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成点燃提示：2Fe+3cl2===2Fc032.铁的氧化物(1)物理性质(2)铁的氧化物与盐酸反应的离子方程式分别为:化学式FeOFezChFe.aCh俗称铁红磁性氧化铁色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体Fe元素的价态+2+3+2,+3FeO：FeO+2H+=Fe2++H?O；Fe2O3：Fe。+6H+=2F°3++3H<O；Fe3O4：F3Q4+8H'=2Fe3'+Fe?'+4HzQ。3.铁的氢氧化物[微思考2]化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体与盐酸反应Fe(OH)24-2H+=Fe2++2H2OFe(OH)34-3H*=Fe3+4-3H2O受执aw分解△,2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O二者的关系空气中，Fe(OH”能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色,化学方程式为4Fc(OH)?+O2+2H2O=4Fe(OH)3(1)将下列物质的颜色和用途或性质用短线连接起来。①FezCha.红褐色A.具有较强的还原性②Fe(OH)2b.红棕色B.易被氧化成灰绿色最终变成红褐色③Fe(OH)3c.白色C.红色油漆、涂料@Fe2+d.棕黄色D.受热分解成红棕色粉末⑤Fd+e.浅绿色E.具有较强的氧化性(2)FeCh、FeCL、Fe(OH)2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取？用化学方程式举例说明。提示：(1)①—b—C；—c—B；(3)—a—D；e—A：d—E(2)均能通过化合反应制取。FeCh：2FeCh+Fe=3FeC12；点燃FeCls：①2Fe+3C12=3=2FeCh;②2FeCh+C12=2FeC13；Fe(OH)2：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2(原电池反应)；Fe(OH)3：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3(1)铁位于元素周期表中第4周期vm族。()(2)氧化铁能与酸反应，所以可用于制作红色染料。()(3)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸。()(4)Fe2O3与NaOH溶液反应可制取Fe(OH)5o()(5)铁与过量的硫粉共热产物是Fe2s3。()(6)Fe在足量CI2中燃烧生成FeC13,在少量CI2中燃烧生成FeCb。()答案：(1)X(2)X⑶J(4)X(5)X(6)X［典例］铁是日常生活中使用最广泛的金属，下列关于铁的一些说法正确的是()A.常温下浓硫酸与铁不反应，故常温下可用铁制容器贮藏、贮运浓硫酸B.铁是较活泼的金属，它与卤素单质(X》反应的生成物均为FeX3Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,说明稳定性：Fe(OH)2>Fe(OH)3FcO、Fe2O3和FesCh均可与盐酸反应，且均为非氧化还原反应［解析］铁在常温下与浓硫酸反应形成致密的氧化膜，A项错误；Fe与L只能生成Feb,B项错误；Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,说明稳定性：Fe(OH)2<Fe(OH)3,C项错误；FeO、FezCh和Fes。」均可与盐酸反应生成盐和水，反应过程中无元素化合价变化，均为非氧化还原反应，故D正确。［答案］D［对点练1］(铁与水蒸气反应实验探究)铁与水蒸气反应，通常有以下两种装置，请I可答下列问题：⑴装置，装置A的作用：。装置，装湿棉花的作用：。⑵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：。答案：(1)提供水蒸气提供水蒸气(2)在溶液中Fe＞被未反应的铁粉完全还原为Fe2+[对点练2](铁及其化合物的性质)写出下列反应的离子方程式。(DFeO溶于足量稀硝酸中：。(2)Fe2Oi溶于足量HI溶液中：。(3)Fe(OH)3溶于足量HI溶液中：。答案：(l)3FeO+NO3+10H*=3Fe3++NOf+5H2O(2)Fe2O3+6H++2I~=2Fe2++12+3H?0(3)2Fe(OH)3+6H*+2r=2Fe2++I2+6H2O[对点练3](探究Fe(OH)2的制备方法)下列各图示中能较长时间看到Fe(OH”白色沉淀的是(填序号)。解析：因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,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。①、②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；③的原理为铁作阳极产生Fe?一,与电解水产生的OH一结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④由于带入空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。答案：①②③⑤I反思归纳I防止Fe(OH)2氧化的方法(1)将配制溶液的蒸储水煮沸，驱除溶液中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如Hz、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe?十与OH一反应制取。[对点练4](用守恒思想判断氧化物的组成)有一块铁的“氧化物”样品，用l40mL5.0molL1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025molCh,恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+,则该样品可能的化学式为()A.Fe9OjB.Fe3C)4C.Fe』€)5D.Fe.sO?解析：D根据2Fe2++Cb=2Fe3++2C「，可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)=0.025molX2=0.05mol,根据电荷守恒得2〃(Fe2+)+3〃(Fe3+)=〃(C/),则w(Fe3+)=0.2mol,故〃(Fe?+)：n(Fe3+)=0.05：0.2=1：4,故该氧化物可表示为FeO-2Fe2O3,即FcsOto考点二铁盐和亚铁盐

.亚铁盐含有Fe?'的溶液呈滤绿色，既有氧化性，又有还原性。(l)Fe2+的还原性:,+6、Ch、Bn、HNO；七3+Fe-KMnO4(H),H2O2.HCIO^，Fe'Fe”的酸性溶液与H92反应的离了•方程式：2Fe2"+HQ+2H'=2Fe3“2H2。。(2)Fe2+的弱氧化性：Fe?+与Zn反应的离子方程式为Zn+Fe?1=Fe+Z＞，2.铁盐含Fe31的溶液呈棕黄色，Fe3,具有较强的氧化性。,.Fc、cu、s2-ssor.r—F.+>pe2+SO)、H?S、HI等c写出下列转化的离子方程式：(l)Fe3+—：Fe2+：2Fe3++S*+H?O=2Fe2++S*+2H+；(2)Fe34-^—*Fe2+：2Fe3++2I-2Fe2」b。混合

溶液KMnCh溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+KMnCh3.混合

溶液KMnCh溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+KMnCh绿矶(FeSOMIhO)用作补血剂及植物补铁剂高铁酸钾(KzFeO。用作水处理剂或制作高能电池莫尔盐(或摩尔盐)[(NH4)2SO4FeSO4-6H2O]用于冶金、电镀及织物媒染剂赤血盐[KFe(CN)6]用于检验Fe2+4.Fe2\Fe3+的检验方法(1)用KSCN溶液和氯水(2)用NaOH溶液(3)含Fe2+、F/+的混合溶液中Fe3+、Fe?+的检验慢胤滴加kscn溶液错叫合有降3+|裕浓|后丹义箕幺^巴，说明3re(C「可干扰)。(4)Fe?.的特征检验方法溶液2型辿㈣”产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,有关反应离子方程式为3Fc2'+2[Fe(CN)6]L=Fc3[Fe(CN)6l21_。I微思考]⑴K3[Fe(CN)6]化学名称为，其中铁元素的化合价为。(2)铁氟化亚铁的化学式为。提示：⑴铁筑化钾+3(2)Fe3lFe(CN)6j2(1)金属阳离子只有氧化性，不可能有还原性。()(2)氢氧化铁与HI溶液反应仅能发生中和反应。()(3)中性溶液中可能大量存在Fe3+、Cl\K\SOFo()(4)FeCh溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3I。()(5)用酸性KMnCh溶液检验FeCb溶液中是否含有FeCL。()答案：(1)X(2)X⑶X(4)X(5)X题点一Fe2+与Fe3+之间的转化.硫酸亚铁是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是()A.碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体，可用作净水剂B.该温度下，(NHj)2Fe(SO4)2-6H2O在水中的溶解度比FeSO4的大C.可用KSCN溶液检验(NH02Fe(SO4)2-6H2O是否被氧化D.为防止NH4HCO3分解，生产FeCCh需在较低温度下进行解析：B碱式硫酸铁电离产生FP+,Fe3+能发生水解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附性，故碱式硫酸铁可用作净水剂，A项正确；(NH4)2Fe(SO4)2-6H2O在水中的溶解度比FeSO4的小,因此在该实验中能得到(NH4)2Fe(SO4»6H2O,B项错误;KSCN溶液遇Fe2+溶液无现象,(NH4)2Fe(SO4)2,6H2O若被氧化,则Fe?+变为Fe3+,KSCN溶液遇Fe3-溶液变红，C项正确；NHjHCCh不稳定，受热易分解，所以为了防止NH4HCO3分解，生产FeCCh需在较低温度下进行，D项正确。.在一定量的稀HN03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。①FE+②Fe2+③Fe、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。答案：(1)®⑵④(3)@题点二Fe2+、Fe3+的检验.下列有关物质检验方法不合理的是()A.向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，该溶液中一定含有Fe2+B.用酸性KMnO4溶液检验FeCla溶液中是否含有Fed，C.检验绿矶晶体是否已氧化变质，可将绿矶晶体溶于稀H2s0」后滴加KSCN溶液，再观察溶液是否变红D.向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3‘解析：BB项中的C厂也能使酸性KMnO4溶液褪色。4.已知：2Fe3++2广2Fe2++I2,用KI溶液和FeCb溶液进行如下实验。下列说法不正确的是()A.实验①中现象说明有Fe2+生成B.实验②中现象说明反应后溶液中含有Fe3+C.实验③水溶液中《Fe”)大于①中c(Fe2+)D.实验③中再加入4滴O.lmoLLTeCL溶液，振荡静置，CCL层溶液颜色无变化解析：DA.Fe?+与铁氯化钾生成蓝色沉淀，实验①中现象说明有Fe?+生成，故A正确；B.Fe3+使KSCN溶液显红色，实验②中现象说明反应后溶液中含有Fe3+,故B正确；C.实验③中生成的L萃取到CC14层，从溶液中分离出产物L,使反应2Fe3++2E2Fe2，+I2正向移动，使c(Fe2+)大于①中c(Fe2+),故C正确；D.实验③中再加入4滴O.lmolLrFeCL溶液，使反应2Fe3++2I-2Fe2++b逆向移动，生成的1浓度降低，CCL层溶液颜色变浅，故D错误。［反思归纳］检验Fe?+和Fe3+时的注意事项(1)检验Fe?+时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氮水能氧化SCN).(2)Fe3+、Fe2+、C厂同时存在时不能用酸性KMnCU溶液检验Fe2+(C「能还原酸性KMnO4,有干扰)。(3)检验Fe2\Fe'+的其他方法：检验Fe3+也可用苯酚(C6HgH)；检验Fe?+最好用Kj［Fe(CN)6］溶液。［命题分析］铁元素有多种价态，化合物种类多，特别Fe2+、Fe3+的性质多样，是命制综合实验题恰当的载体。考查内容可涉及物质性质的探究、物质的制备、成分测定、离子检验等，通过上述问题的设计，同时可考查仪器的使用、条件的控制、物质的分离提纯、实验安全等化学实验基础知识。［典例］从宏观现象探究微观本质是重要的化学学科素养。以FeCh溶液为实验对象，探究其与碱性物质之间反应的复杂多样性。实验如下：⑴①中反应的离子方程式是。(2)②中逸出的无色气体是。从物质类别的角度分析，Na2c03与Na2s03在化学性质方面的共性是(写一条)；从化合价角度分析，Na2c03与Na2s03在化学性质方面的差异是(写一条)。(3)对于③中的实验现象，同学们有诸多猜测，继续进行实验：I.甲取③中的红棕色溶液少许，滴入盐酸酸化的BaCL溶液，产生白色沉淀。甲得出结论：FeCb与Na2so3发生了氧化还原反应，离子方程式是。II.乙认为甲的实验不严谨，重新设计并进行实验，证实了甲的结论是正确的。其实验方案是(4)受以上实验的启发，同学们对pH^8的Imol/LNaF溶液与Fe03溶液混合时的现象产生了好奇并进行实验：实验操作及现象④向2mL0.2mol/LFeCh溶液中滴入2mL1mol/LNaF溶液,溶液变无色⑤向2mL0.2mol/LFcCb溶液中滴入2mL蒸储水，溶液颜色变浅I.⑤的实验FI的是。II.为探究④中溶液变无色的原因，进行如卜.实验:资料显示：FeF3溶液为无色。用平衡移动原理解释红褐色沉淀产生的原因：o(5)根据实验，FeCh溶液与碱性物质之间的反应的多样性与有关。［解析］(1)根据图中对实验现象的描述，反应①氢氧化镁沉淀转化为氢氧化铁胶体。(2)由于碳酸钠溶液显碱性，氯化铁溶液显酸性，相互促进水解，生成CO2气体和氢氧化铁沉淀。(3)加入盐酸酸化的BaCL溶液产生白色沉淀，说明③中溶液中有SOU,亚硫酸钠与氯化铁会发生氧化还原反应，即Fe3一将SOI氧化为SOH,甲中SO厂也可能是SOM被空气氧化，所以用铁寮化钾溶液检验溶液中是否生成Fe2‘更合理。(4)FeCh溶液中加入NaF溶液，颜色变浅，说明反应生成了FeF3,是可溶性的难电离物质，加入氢氧化钠溶液生成红褐色沉淀，说明OK更容易与Fe3+结合。［答案I⑴3Mg(OH)2+2Fe3+=2Fe(OH)3(胶体)+3Mg2+(2)C(>2两者都为强碱弱酸盐，能与强酸反应Na2c03中碳原子为最高正价+4,无还原性；Na2s03中硫原子为+4价，具有较强的还原性I.2Fev+SOf-|-H2O=2Fe2++SOr+2H*II.取③中的红棕色溶液少许，滴加铁银化钾溶液，出现蓝色沉淀I.排除加水稀释对溶液颜色变化的影响II.无色溶液中存在平衡：Fe3++3F-FcF3,加入NaOH后，Fe^更易与OK结