高考化学一轮复习第三章金属及其化合物第三节铁及其化合物学案新人教版Word文件下载.docx
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与H+反应
Fe+2H+===Fe2++H2↑
与稀HNO3
反应
HNO3
过量
Fe+4H++NO
===Fe3++NO↑+2H2O
少量
3Fe+8H++2NO
===3Fe2++2NO↑+4H2O
与浓H2SO4、
浓HNO3反应
常温下钝化,加热分别生成SO2、NO2
④与盐(Cu2+、Fe3+)反应
Fe+Cu2+===Fe2++Cu、Fe+2Fe3+===3Fe2+
3.铁的氢氧化物
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色
状态
白色固体
红褐色固体
与盐酸
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
与氧化性
酸反应
(稀HNO3)
3Fe(OH)2+10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O
与还原性
酸(HI)反
应
Fe(OH)2+2HI===FeI2+2H2O
2Fe(OH)3+6HI===2FeI2+I2+6H2O
受热分解
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱溶液反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的
关系
在空气中,Fe(OH)2能够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
4.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
俗名
铁红
磁性氧化铁
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体(有磁性)
溶解性
难溶于水
铁的化
合价
+2
+3
+2、+3
稳定性
不稳定
稳定
与盐酸反
应的离子
方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
(续表)
3FeO+10HNO3===3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O
Fe2O3+6HNO3===2Fe(NO3)3+3H2O
3Fe3O4+28HNO3===9Fe(NO3)3+NO↑+14H2O
(如HI)
FeO+2HI===FeI2+H2O
Fe2O3+6HI===2FeI2+I2+3H2O
Fe3O4+8HI===3FeI2+I2+4H2O
与还原
剂反应
FeO+CO
Fe+CO2
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
Fe3O4+4CO
3Fe+4CO2
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)
1.铁位于元素周期表中第四周期第ⅧB族( ×
)
提示:
周期表中不存在第ⅧB族。
2.氧化铁能与酸反应,所以可用于制作红色染料( ×
氧化铁作红色燃料与其颜色有关,而与其化学性质无关。
3.根据铁与Cl2、S反应的条件可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱( ×
铁与氯气在点燃条件下反应生成氯化铁,铁与硫加热反应生成硫化亚铁,根据反应产物可判断硫元素和氯元素非金属性的强弱。
4.铁的化学性质比较活泼,所以铁在自然界中全部以化合态存在( ×
铁在自然界中存在游离态,如陨石中铁以单质形式存在。
5.水溶液中Fe2+、H+、CO
、ClO-可以共存( ×
Fe2+能被ClO-氧化,且H+与CO
、ClO-不能共存。
6.活泼金属与水反应时,均生成氢氧化物和H2( ×
铁与水蒸气反应生成Fe3O4和H2。
7.饱和FeCl3溶液为红褐色,Fe(OH)2为灰绿色( ×
饱和FeCl3溶液为棕黄色,Fe(OH)2为白色。
8.Fe3O4可写作FeO·
Fe2O3,所以Fe3O4是FeO和Fe2O3的混合物( ×
Fe3O4可写成FeO·
Fe2O3,但Fe3O4是纯净物,并非FeO和Fe2O3的混合物。
1.常利用氧化铁的颜色将其配成涂料,同时利用了Fe2O3在空气中性质稳定的性质。
2.铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
3.铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3;
铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。
4.Fe3O4可以用FeO·
Fe2O3表示,所以可以与强酸反应生成盐。
但不能认为是二者的混合物。
反应规律为:
与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时生成Fe2+和Fe3+;
与氧化性酸(如HNO3)反应时生成Fe3+;
与还原性酸(如HI)反应时生成Fe2+。
1.(2020·
湖南长郡中学月考)我国清代《本草纲目拾遗》中叙述了“铁线粉”:
“粤中洋行有舶上铁丝,……日久起销,用刀刮其销,……,所刮下之销末,名铁线粉”。
这里的“铁线粉”是指( D )
A.FeB.FeCl3
C.FeOD.Fe2O3
解析:
铁在空气中容易发生吸氧腐蚀,根据题意“舶上铁丝,……日久起销”,说明销是铁锈,铁锈的主要成分为Fe2O3,D项正确。
2.某同学欲探究铁及其化合物的性质,下列实验方案可行的是( D )
A.将铁粉加入热的浓硫酸中:
探究铁的活泼性
B.将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中:
制备Fe(OH)3胶体
C.在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液:
制备FeSO4·
6H2O晶体
D.将铜粉加入FeCl3溶液中:
验证Fe3+的氧化性强于Cu2+
由于浓硫酸具有强氧化性,铁与其反应生成Fe2(SO)3和SO2,无法说明铁的活泼性,故A方案不可行;
将NaOH加入FeCl3溶液中,得到Fe(OH)3沉淀,无法得到Fe(OH)3胶体,B方案不可行;
在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液,一方面氧气可将FeSO4氧化,另一方面会得到不含结晶水的化合物,故C方案不可行;
将铜粉加入FeCl3溶液中,发生反应:
Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,该反应说明Fe3+的氧化性强于Cu2+,故D方案可行。
3.下列反应最终能生成Fe3+的化合物的是( D )
①过量Fe与稀HNO3溶液反应
②铁丝在硫蒸气中燃烧
③向FeBr2溶液中通入少量Cl2
④铁与CuCl2溶液反应
⑤Fe(OH)2露置于空气中
A.①②③B.①③⑤
C.③④D.③⑤
①过量Fe与稀HNO3溶液反应生成Fe(NO3)2、NO和H2O;
②Fe与硫蒸气反应生成FeS;
③由于Fe2+的还原性强于Br-,向FeBr2溶液中通入少量Cl2,先氧化Fe2+生成Fe3+;
④铁与CuCl2溶液发生置换反应,生成FeCl2和Cu;
⑤Fe(OH)2露置于空气中,被空气中O2氧化,最终转化为Fe(OH)3。
4.(2020·
洛阳模拟)中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁,在核磁共振造影及医药上有广泛用途,其生产过程的部分流程如下图所示。
FeCl3·
6H2O
FeOOH
纳米四氧化三铁
下列有关叙述不合理的是( B )
A.纳米四氧化三铁具有磁性,可作为药物载体用于治疗疾病
B.纳米四氧化三铁可分散在水中,它与FeCl3溶液的分散质直径大小相等
C.在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解
D.反应②的化学方程式是6FeOOH+CO===2Fe3O4+3H2O+CO2
纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料,可作为药物载体用于疾病的治疗,A正确;
纳米四氧化三铁分散在适当的分散剂中形成的分散系属于胶体,不同于溶液中溶质微粒的直径,B错误;
反应①中环丙胺不参加反应,但加入环丙胺后FeCl3发生水解生成FeOOH,即环丙胺会促进氯化铁的水解,C正确;
由制备过程可知,反应②的反应物为FeOOH和CO,由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知,反应为6FeOOH+CO===2Fe3O4+3H2O+CO2,D正确。
5.(2020·
武汉高三质检)铁的常见化合价有+2价和+3价。
据研究,铁在浓HNO3中发生钝化时,可生成一种化学式为Fe8O11的化合物,它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。
该化合物可以表示为( B )
A.FeO·
3Fe2O3B.2FeO·
3Fe2O3
C.FeO·
2Fe2O3D.2FeO·
化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物,设化学式为nFeO·
mFe2O3,则
解得n=2,m=3,该化合物可以表示为2FeO·
3Fe2O3。
素养一 含铁物质的相关计算
1.铁与稀硝酸反应的有关计算
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:
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:
①
≤
,产物仅有Fe(NO3)3,HNO3可能有剩余;
②
≥
,产物仅有Fe(NO3)2,Fe可能有剩余;
③
<
,产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,Fe和HNO3都反应完全。
2.确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n,
则氧化物中n(Fe)∶n(O)=
∶
=a∶b,
若a∶b=1∶1,则铁的氧化物为FeO;
若a∶b=2∶3,则铁的氧化物为Fe2O3;
若a∶b=3∶4,则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1∶1,Fe3O4为任意值)。
长春模拟)向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入120mL4mol·
L-1的稀硝酸,恰好使混合物完全溶解,放出1.344LNO(标准状况),往所得溶液中加入KSCN溶液,无红色出现。
若用足量的CO在加热下还原相同质量的混合物,能得到铁的物质的量为( B )
A.0.24molB.0.21mol
C.0.16molD.0.14mol
根据题意知反应后的溶液为Fe(NO3)2溶液,根据氮原子守恒可知n(Fe)=
×
(0.12×
4mol-
mol)=0.21mol,故相同质量的混合物与足量CO反应生成的Fe为0.21mol。
2.把22.4g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中,如反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO,下列说法正确的是( C )
A.反应后生成的盐只为Fe(NO3)3
B.反应后生成的盐只为Fe(NO3)2
C.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为1∶3
D.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为3∶1
由于铁的物质的量为
=0.4mol,所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8mol(此时只产生Fe2+)和1.2mol(此时只产生Fe3+)之间,又产生0.3molNO2和0.2molNO,即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3mol×
(5-4)+0.2mol×
(5-2)=0.9mol,所以对应的产物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2。
设前者的物质的量为x,后者的物质的量为y,则由铁原子守恒可得x+y=0.4mol,由得失电子守恒得3x+2y=0.9mol,解得x=0.1mol,y=0.3mol。
3.向含有1molHNO3和1molH2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量,溶液中金属阳离子a、b与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。
下列有关判断不正确的是( C )
A.a表示Fe3+的关系曲线
B.n1=0.75
C.P点时,n(Fe2+)=0.5625mol
D.向P点溶液中加入铜粉,最多可溶解14.4g
该反应可以看作两步:
①Fe+4H++NO
===Fe3++NO↑+2H2O,硝酸根过量,氢离子不足;
②2Fe3++Fe===3Fe2+。
a表示Fe3+的关系曲线,A正确;
溶液中共有3molH+参加反应,消耗铁为0.75mol,B正确;
P点n(Fe2+)=n(Fe3+),二者均为0.45mol,C错误,剩余0.45molFe3+,消耗0.225mol铜,质量为14.4g,D正确。
素养二 铁元素变价的理解、Fe(OH)2制备
1.铁元素变价的理解
(1)单质铁
①生成+2价:
铁与S、H+、Cu2+、I2等反应生成+2价。
如Fe+S
FeS、Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
②生成+3价:
铁与Cl2、Br2等反应生成+3价。
如2Fe+3Cl2
2FeCl3。
③生成+2、+3价:
铁与H2O、O2反应生成Fe3O4。
如3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
④铁与HNO3反应:
当Fe过量生成+2价,3Fe+8H++2NO
===3Fe2++2NO↑+4H2O;
当Fe不足时生成+3价,Fe+4H++NO
===Fe3++NO↑+2H2O。
(2)铁的化合物:
FeO、Fe3O4、Fe2O3、Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe2+、Fe3+等。
+2价铁具有还原性,与强氧化剂如HNO3、Cl2等发生氧化还原反应:
如3FeO+10HNO3===3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O。
+3价铁具有氧化性,与强还原剂如:
HI、Fe、Cu、I-、S2-等发生氧化还原反应,如Fe2O3+6HI===2FeI2+I2+3H2O,2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
2.氢氧化亚铁的制备原理和方法
(1)制备原理
①制备原理:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。
②成功关键:
溶液中不含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。
(2)常用方法
①有机层隔离法
a.反应在试管底部进行(这是唯一一种把胶头滴管插入反应溶液的实验)。
b.加隔氧剂,如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂[如图,由于苯的液封作用,可防止生成的Fe(OH)2被氧化,因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀]。
②还原性气体保护法
该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液,并利用产生的H2排尽整个装置中的空气,待检验H2的纯度后,再关闭止水夹K,利用H2产生的压力把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。
③电解法
该方法中铁作电解池的阳极,电极反应为Fe-2e-===Fe2+,阴极反应为2H++2e-===H2↑,生成的氢气可以赶走溶液中的氧气,溶液中c(OH-)增大,与Fe2+结合生成Fe(OH)2沉淀,汽油起“液封”作用。
电解时,在两极间最先观察到白色沉淀。
天津南开中学月考)在硫酸铁溶液中,加入ag铜完全溶解后再加入bg铁,充分反应后得到cg残余固体,下列说法中正确的有( D )
①若a>
c,则残余固体是铁和铜的混合物
②若a>
c,则最终溶液中一定有Fe2+和Cu2+
③若a>
c,则最终溶液中一定没有Fe3+
④若a<
c,则最终溶液中可能有Cu2+
⑤若a<
c,则最终溶液中一定有Fe2+
A.0项 B.1项 C.2项 D.3项
在硫酸铁溶液中,加入ag铜完全溶解可发生反应2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,再加入bg铁,充分反应后得到cg残余固体,Fe3+优先发生反应2Fe3++Fe===3Fe2+,这一步的反应铁若不足,则没有固体剩余,题中有固体剩余,必然发生反应Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
若a>
c,则铜没有被完全置换出来,故剩余固体为铜,溶液中存在的阳离子为Fe2+和Cu2+,溶液中一定不存在Fe3+,若a<
c,则铜全部析出,且还有铁剩余,故剩余固体为铁和铜,溶液中一定存在的阳离子为Fe2+,一定不存在的阳离子为Fe3+、Cu2+。
故②③⑤正确。
2.(2020·
广东第二次联测)用硫酸厂产生的烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)为原料制备高纯氧化铁(软磁αFe2O3)的生产流程如图所示,下列说法不正确的是( D )
A.酸溶时,常将烧渣粉碎,并加入过量H2SO4,其目的是提高铁元素的浸出率,同时抑制Fe3+水解
B.反应②的离子方程式为FeS2+14Fe3++8H2O===15Fe2++2SO
+16H+
C.检验FeCO3是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液少量于试管中,滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若无沉淀生产,说明洗涤干净
D.煅烧时空气中的氧气作氧化剂,若用氯气代替空气也可得到高纯氧化铁
酸浸时,将烧渣粉碎,可提高铁元素的浸出率,加入过量H2SO4,可抑制Fe3+水解,A项正确;
FeS2将Fe3+还原为Fe2+,离子方程式为FeS2+14Fe3++8H2O===15Fe2++2SO
+16H+,B项正确;
滤液中有硫酸铵,检验FeCO3是否洗净可以检验最后一次洗涤液中是否含有SO
,C项正确;
用氯气代替空气会生成氯化铁,D项错误。
3.(2020·
绵阳第三次理综)从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下图,则下列说法正确的是( C )
A.试剂a是铁、试剂b是稀硫酸
B.操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同
C.试剂c是氯气,相应的反应为:
2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否还有Fe2+
试剂a为过量的铁,操作Ⅰ为过滤,得到滤渣Y为Fe、Cu,滤液氯化亚铁溶液,滤渣Y中加入试剂b为盐酸溶解过量的铁生成氯化亚铁溶液,铜不溶,操作Ⅱ过滤得到铜和滤液Z为氯化亚铁溶液,滤液Z和X合并通入氯气,氧化亚铁离子为氯化铁溶液,蒸发结晶,过滤洗涤干燥得到氯化铁晶体,由最终得到FeCl3及其流程图可以知道,b为盐酸,若为硫酸会引入硫酸根杂质离子,故A错误;
上述分析可以知道,操作Ⅰ、Ⅱ是过滤,操作Ⅲ是蒸发结晶,过滤,所用仪器不同,故B错误;
滤液X,滤液Z中均含有FeCl2,c为氯气或过氧化氢,可氧化氯化亚铁生成氯化铁,所以C选项是正确的;
亚铁离子、氯离子都可以被高锰酸钾溶液氧化,用酸性KMnO4溶液不能检验溶液W中是否还有Fe2+,故D错误。
4.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溶液,A中应预先加入的药品是铁屑。
A中反应的离子方程式是Fe+2H+===Fe2++H2↑。
(2)实验开始时先将止水夹a打开(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程待A装置反应一段时间后关闭止水夹a,产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应。
(4)实验完毕,打开b处止水夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生的反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
Fe+2H+===Fe2++H2↑,产生的H2将Fe2+压入B中,Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓;
因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
[规律小结]
防止FeOH2氧化的方法
1将配制溶液的蒸馏水煮沸,驱除溶液中的氧气。
2将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部,并慢慢挤出NaOH溶液。
3在亚铁盐溶液上面充入保护气,如H2、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Fe2+与OH-反应制取。
知识点二 铁盐、亚铁盐性质
1.亚铁盐
含有Fe2+的溶液,呈浅绿色,既有氧化性,又有还原性。
(1)氧化性:
Fe2+与Zn反应的离子方程式为
Zn+Fe2+===Fe+Zn2+。
(2)还原性:
Fe2+与Cl2反应的离子方程式为
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
2.铁盐
含Fe3+的溶液,呈黄色,Fe3+具有较强的氧化性。
Fe3+与Cu、I-反应的离子方程式为2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+,2Fe3++2I-===2Fe2++I2。
(2)特性:
含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。
(3)FeCl3易水解:
将其饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3+3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
3.Fe2+与Fe3+的相互转化
用离子方程式实现下列转化:
Fe2+
Fe3+
①2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;
②3Fe2++4H++NO
===3Fe3++2H2O+NO↑;
③2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;
④5Fe2++MnO
+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O;
⑤2Fe3++Fe===3Fe2+;
⑥Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+;
⑦2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
4.重要的铁盐
(1)绿矾(FeSO4·
7H2O):
一种重要的还原剂,可用作补血剂及植物的补铁剂。
(2)高铁酸钾(K2FeO4):
深紫色晶体,具有强氧化性,可用作水处理剂和高能电池。
(3)铁铵矾[NH4Fe(SO4)2·
12H2O]:
无色晶体,易溶于水,常用作化学分析试剂、药物和织物媒染剂。
(4)硫酸亚铁铵又称莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2·
6H2O],蓝绿色晶体、常用作化学分析试剂。
(5)铁氰化钾又称赤血盐[K3Fe(CN)6]:
红色晶体,易溶于水,常用于检验Fe2+,生成蓝色沉淀。
(6)亚铁氰化钾,又称黄血盐[K4Fe(CN)6]黄色晶体,用于Fe3+检验,生成蓝色沉淀。
5.Fe2+、Fe3+检验
(1)Fe2+的检
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- 高考 化学 一轮 复习 第三 金属 及其 化合物 三节 新人