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届高考化学一轮复习铁及其化合物
第3讲 铁及其化合物
[考纲要求] 1.了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。
2.以Fe2+、Fe3+的相互转化为例,理解变价金属元素的氧化还原反应。
3.能鉴别溶液中的Fe2+、Fe3+。
考点一 用物质分类思想认识铁及其重要化合物
1.铁的存在
2.铁的性质
(1)物理性质
纯铁具有金属的共性,如具有银白色金属光泽和良好的延展性,是电和热的良导体,具有能被磁铁吸引的特性,纯铁有很强的抗腐蚀能力。
(2)化学性质:
铁是较活泼的金属,发生化学反应时可生成+2、+3两种价态的化合物。
用化学方程式或离子方程式表示下列变化
Fe+H2O(g)
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
3.铁的氧化物和氢氧化物
(1)铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化合价
+2
+3
+2,+3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
(2)铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
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,反应方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
4.亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐:
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+既有________性,又有________性,Fe2+与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为_______________________________________________________
__________________,___________________________________________________。
(2)铁盐:
①氧化性:
含有Fe3+的溶液呈______色,Fe3+具有氧化性,Fe3+与Fe、Cu反应的离子方程式分别为______________________________,______________________________。
②特性:
含有Fe3+的盐溶液遇到________时变成血红色。
③易水解:
FeCl3滴入沸水中的离子方程式:
________________________________。
答案
(1)氧化 还原 Zn+Fe2+===Zn2++Fe 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(2)①棕黄色 2Fe3++Fe===3Fe2+ 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ ②KSCN ③Fe3++3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3H+
深度思考
1.铁有很强的抗腐蚀能力,为什么日常生活中的铁制品容易生锈?
答案 主要因为铁不纯,往往含有碳等杂质,当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电解质溶液(如食盐水)时会发生电化学腐蚀。
2.铁、铝遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化,是物理变化还是化学变化?
答案 常温下铁、铝遇冷的浓HNO3、浓H2SO4时表面会生成一层致密的氧化物薄膜,化学上称为钝化,属于化学变化。
3.FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取?
答案 都可以。
2Fe+3Cl2
2FeCl3
2FeCl3+Fe===3FeCl2
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
4.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。
答案 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+S
FeS,2H++Fe===Fe2++H2↑,Cu2++Fe===Fe2++Cu。
(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。
答案 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+3Cl2
2FeCl3,Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,2Fe+6H2SO4(浓)
Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O。
题组一 铁及其化合物的性质
1.铁屑溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止,得到红棕色残渣,上述沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3 Fe2O3B.Fe(OH)2 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.Fe(OH)2 Fe3O4
答案 B
解析 铁与稀硫酸反应生成FeSO4,再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2,在空气中加热Fe(OH)2,铁元素被氧化为+3价,最后所得红棕色残渣为Fe2O3。
2.在高温条件下铁与水能发生反应。
资料显示,在不同温度下,还原铁粉与水蒸气反应的产物是不同的,温度低于570℃时,生成FeO,高于570℃时,生成Fe3O4。
老师用右图所示实验装置,完成还原铁粉与水蒸气反应的演示实验。
(1)实验中使用肥皂液的作用是__________________________________________。
(2)某同学设计下列实验方案以确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4。
确定是否存在Fe3O4需要测定并记录的实验数据是____________________________
________________________。
答案
(1)检验反应中生成的H2
(2)固体样品质量和红棕色固体的质量
解析 本题主要考查实验设计与探究,意在考查学生分析处理实验数据并得出合理结论的能力。
为了确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4,必须测定实验后固体中铁与氧的物质的量之比,因黑色粉末溶解时有少量气泡产生,故一定含有金属铁,只有当黑色粉末中
≤1时,才一定含有Fe3O4,因此该同学实验中必须测定固体样品质量和红棕色固体(Fe2O3)的质量,以确定铁与氧的物质的量之比。
题组二 铁及其化合物的定量计算
3.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。
①Fe3+ ②Fe2+ ③Fe、Fe2+④Fe2+、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)①
(2)④ (3)③
解析 向稀HNO3中加入铁粉,开始时稀HNO3过量应生成Fe3+,随加入铁粉量的增加,HNO3反应完全后,发生反应2Fe3++Fe===3Fe2+,最后全部转化为Fe2+。
4.由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物,测得其中铁元素与氧元素的质量比为21∶8,则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是( )
A.1∶2∶1B.2∶1∶1
C.1∶3∶1D.1∶1∶3
答案 D
解析 可用平均组成法来求解:
在混合物中铁原子和氧原子物质的量之比为(21/56)∶(8/16)=3∶4,则混合物的平均组成为Fe3O4,在三种组合中Fe3O4则不必多考虑,应注意FeO和Fe2O3混合后也应符合n(Fe)∶n(O)=3∶4,所以在混合物中它们的物质的量之比必须是1∶1。
5.向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150mL4mol·L-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解,放出2.24LNO(标准状况),往所得溶液中加入KSCN溶液,无血红色出现。
若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物,所得到的铁的物质的量为
( )
A.0.21molB.0.25mol
C.0.3molD.0.35mol
答案 B
解析
n(HNO3)=0.6mol,n(NO)=0.1mol,反应后铁元素的存在形式为Fe(NO3)2,根据元素守恒,可知反应后溶液中的n(NO
)=0.5mol,n(Fe2+)=0.25mol,即n(Fe)=0.25mol。
归纳总结
1.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(稀)===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(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。
2.在铁及其化合物的计算中能用“守恒法”的很多,常用到的有质量守恒、电子守恒等。
如第5题中用到N原子守恒、Fe原子守恒以及溶液中Fe2+、NO
的电荷守恒。
题组三 有关铁及其化合物的实验探究
6.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
答案 ①②③⑤
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Fe2+,与电解水产生的OH-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。
反思归纳
成功制备Fe(OH)2的关键
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:
①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质;
②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。
考点二 “铁三角”的转化关系及应用
“铁三角”的转化关系
深度思考
1.用离子方程式实现下列转化:
Fe2+
Fe3+
①2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;
②3Fe2++4H++NO
===3Fe3++2H2O+NO↑;
③2Fe3++Fe===3Fe2+;
④Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。
2.如何除去括号中的杂质
(1)Fe2+(Fe3+):
加过量铁粉,过滤;
(2)FeCl3(FeCl2):
加氯水或H2O2;
(3)FeCl2(CuCl2):
加过量铁粉,过滤;
(4)Fe(Al):
加过量强碱溶液,过滤;
(5)Fe2O3(Al2O3、SiO2):
加过量强碱溶液过滤。
3.
(1)Fe2O3加入到足量的氢碘酸中,发生反应的离子方程式(用两个表示)为________________________________________________________________________,
________________________________________________________________________。
(2)Fe(OH)3加入到足量的氢碘酸中,发生反应的离子方程式(用一个表示)为________________________________________________________________________。
答案
(1)Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O 2Fe3++2I-===I2+2Fe2+
(2)2Fe(OH)3+6H++2I-===2Fe2++I2+6H2O
题组一 Fe2+与Fe3+的转化及应用
1.下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀硝酸 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液
A.①②③B.①③④C.②④⑤D.②⑤⑥
答案 D
解析 要实现Fe2+转化为Fe3+,必须加强氧化性物质,②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性,⑥NO
在酸性条件下才表现强氧化性。
2.在FeCl3、CuCl2混合溶液中,加入一定量的铁屑,反应完全后将固体滤出,下列说法中正确的是( )
A.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+
B.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,可能含Cu2+和Fe3+
C.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe3+和Fe2+,一定不含Cu2+
D.若滤出的固体中含有铁和铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+和Fe3+
答案 D
解析 氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+,加入铁粉后有固体剩余,Fe3+一定不存在;若剩余固体全部都是Cu,溶液中还可能有Cu2+,也可能恰好被完全置换;若剩余固体是Cu和Fe,则溶液中不可能有Cu2+。
不论哪种情况,Fe3+和Fe都会转化为Fe2+。
3.在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中,废液处理和资源回收的过程简述如下:
Ⅰ.向废液中投入过量铁屑,充分反应后分离出固体和滤液;
Ⅱ.向滤液中加入一定量石灰水,调节溶液pH,同时鼓入足量的空气。
(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是___________________________________________,
分离得到的固体主要成分是________________________________________________,
从固体中分离出铜需采用的方法是__________________________________________。
(3)过程Ⅱ中发生反应的化学方程式为________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
(2)反应掉FeCl3、CuCl2 Fe、Cu 加入足量稀盐酸后过滤
(3)4FeCl2+4Ca(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3+4CaCl2
解析 FeCl3溶液蚀刻铜箔的离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,得到的废液中含有FeCl3、CuCl2、FeCl2。
题组二 Fe3+、Fe2+的检验
4.为了验证Fe3+的性质,某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验,其中实验方案设计错误的是( )
A.④B.③
C.③④D.①②③④⑤
答案 C
解析 ③不反应,实验方案及现象均错;④检验的是Cl-,与Fe3+的性质无关。
5.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( )
①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A.①③B.③②C.③①D.①②③
答案 C
解析 在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液,溶液不变血红色,无Fe3+存在,再加入氯水,将Fe2+氧化成Fe3+,溶液变为血红色。
KMnO4溶液呈紫红色,溶液颜色变化不明显,所以不用KMnO4溶液。
反思归纳
检验Fe2+、Fe3+的常用方法
1.根据溶液颜色
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:
溶液
(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
(2)有关反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓(红褐色沉淀)
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓(白色沉淀)
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
题组三 涉及Fe2+、Fe3+的离子共存问题
6.下列各离子组能大量共存的是( )
A.Fe3+、NH
、H+、SO
B.Fe3+、Br-、Na+、I-
C.Fe2+、AlO
、Na+、NO
D.Fe3+、HCO
、NH
、NO
答案 A
解析 B项中Fe3+与I-易发生氧化还原反应;C项中Fe2+与AlO
发生双水解反应不能大量共存;D项中,Fe3+与HCO
发生双水解反应不能大量共存。
7.下列离子在指定溶液中能大量共存的是( )
A.1.0mol·L-1的KNO3溶液:
H+、Fe2+、Cl-、SO
B.1.0mol·L-1的FeCl2溶液:
NO
、Na+、K+、ClO-
C.使酚酞变红的溶液中:
Na+、Cl-、SO
、Fe3+
D.酸性溶液中:
NO
、SO
、Fe3+、Mg2+
答案 D
解析 A项中KNO3在酸性条件下能氧化Fe2+;B项中ClO-能氧化Fe2+;C项中Fe3+在碱性条件下易水解,只能存在于酸性溶液中。
反思归纳
Fe3+、Fe2+的离子共存问题
(1)Fe2+、Fe3+均水解,与HCO
、AlO
、CO
等因水解相互促进,在溶液中不能大量共存。
(2)Fe3+与S2-、I-、HS-、SO
,Fe2+与NO
(H+)、ClO-、MnO
(H+)在溶液中因发生氧化还原反应不能大量共存。
(3)Fe3+与SCN-发生络合反应不能大量共存。
探究高考 明确考向
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)向FeBr2溶液中通入足量氯气:
2Fe2++4Br-+3Cl2===2Fe3++2Br2+6Cl-( )
(2013·海南,10C)
(2)将水蒸气通过灼热的铁粉,铁与水在高温下反应,粉末变红( )
(2013·广东理综,23D)
(3)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+( )
(2013·江苏,13D)
(4)Fe3+有氧化性,所以FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜( )
(2012·广东理综,12D)
(5)在“硫酸亚铁铵的制备”实验中,为了得到硫酸亚铁铵晶体,应小火加热蒸发皿,直到有大量晶体析出时停止加热( )
(2012·浙江理综,8C)
(6)过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液,溶液呈血红色,说明稀HNO3将Fe氧化为Fe3+( )
(2011·安徽理综,10A)
(7)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3( )
(2012·天津理综,2D)
(8)Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同( )
(2011·重庆理综,7A)
(9)Fe与S混合加热生成FeS2( )
(2012·重庆理综,7A)
答案
(1)√
(2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×(7)× (8)× (9)×
解析
(2)4H2O(g)+3Fe
Fe3O4+4H2,粉末变黑。
(4)原理为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
(5)硫酸亚铁铵是通过降温结晶的方法来制备的,其制备过程是先制成高温饱和溶液,然后冷却,而不是用蒸发结晶的方法来获得的。
(6)3Fe+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,所以溶液不呈血红色,因为过量的Fe又把Fe3+还原成Fe2+。
(7)Fe在Cl2中燃烧只生成FeCl3。
(8)Fe与Cl2反应生成FeCl3,Fe与稀盐酸反应生成FeCl2。
(9)Fe与S混合加热生成FeS。
2.[2012·新课标全国卷,26
(1)
(2)]铁是应用最广泛的金属,铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
(1)要确定铁的某氯化物FeClx的化学式,可用离子交换和滴定的方法。
实验中称取0.54g的FeClx样品,溶解后先进行阳离子交换预处理,再通过含有饱和OH-的阴离子交换柱,使Cl-和OH-发生交换。
交换完成后,流出溶液的OH-用0.40mol·L-1的盐酸滴定,滴至终点时消耗盐酸25.0mL。
计算该样品中氯的物质的量,并求出FeClx中x的值:
__________________(列出计算过程)。
(2)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品,采用上述方法测得n(Fe)∶n(Cl)=1∶2.1,则该样品中FeCl3的物质的量分数为__________。
在实验室中,FeCl2可用铁粉和__________反应制备,FeCl3可用铁粉和__________反应制备。
答案
(1)n(Cl)=0.0250L×0.40mol·L-1=0.010mol
0.54g-0.010mol×35.5g·mol-1=0.185g
n(Fe)=0.185g/56g·mol-1≈0.0033mol
n(Fe)∶n(Cl)=0.0033∶0.010≈1∶3,x=3
(2)0.10 盐酸 氯气
解析 解答此题的关键是明确阴离子交换柱交换出的OH-的物质的量等于Cl-的物质的量,从而求出FeClx中x的值。
(1)首先明确阳离子交换柱和阴离子交换柱的作用,根据离子等量交换,溶液中OH-的物质的量等于FeClx中Cl-的物质的量。
通过中和滴定知n(OH-)=n(H+)=0.40mol·L-1×25.0×10-3L=0.010mol,故n(Cl-)=0.010mol。
FeClx中Fe元素的质量为0.54g-35.5g·mol-1×0.010mol=0.185g
FeClx中Fe元素与Cl元素的物质的量之比为
∶0.010mol≈1∶3,故x=3。
(2)根据题意可设该混合物的组成为FeCl2.1,利用十字交叉法可得样品中FeCl3的物质的量分数为0.10。
注意制备FeCl2选用弱氧化剂,制备FeCl3选用强氧化剂。
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