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1、第二节 铁和铁的化合物要点巧记精讲一、铁的结构和性质【巧记】1. 铁是26号元素，位于第四周期第族，属于过渡元素。原子结构示意图：主要化合价：+2，+32.铁在金属的分类中属于黑色金属，重金属，常见金属。纯净的铁是光亮的银白色金属，密度为7.86g/3,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。还原铁粉为黑色粉末。3.铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。跟非金属反应： 点燃 点燃 3Fe+2O2 = Fe3O4 2Fe+3Cl2 =2FeCl3 Fe+S= FeS Fe+I2= FeI2跟水反应： 3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2跟酸作用：Fe+2H+
2、=Fe2+H2(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，且氧化性酸过量时生成Fe3+)与部分盐溶液反应：Fe+Cu2+=Fe2+Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+3.生铁与钢的比较铁的合金生铁钢含碳量2%4.3%0.03%2%其它杂质含硅、锰、硫、磷较多含硅、锰少量，硫和磷几乎没有机械性能硬而脆、无韧性硬而韧、有弹性机械加工可铸不可锻可铸、可锻、可压延4.炼铁和炼钢的比较炼铁炼钢原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、空气（或纯氧、氧化铁）、生石灰、脱氧剂化学原理在高温下用还原剂从铁矿石里还原出来在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和其它氧化为气体或炉清除去主要反应还原剂的生成C+O2CO2
3、CO2+C2CO铁的还原Fe2O3+3CO2Fe+3CO2炉渣的生成CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO3氧化：2Fe+O22FeOFeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。如C+FeOFe+CO造渣：生成的硅锰氧化物得铁水里的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。脱氧，并调整Mn、Si含量2FeO+Si2Fe+SiO2主要设备高炉转炉【精讲】 1.过渡元素位于周期表中中部从BB族十个纵行，分属于第四周期至第七周期。过渡元素都是金属，又叫过渡金属。过渡金属的密度一般比较大，熔沸点较高，有较高的硬度、较好的延展性和机械加工性能，较好的导电、导热性能和耐腐蚀性能。过渡元素的原子最外层电子数不超
4、过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去电子，因此过渡元素有可变化合价。所以当Fe与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的2个电子，形成Fe2+；当Fe与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成Fe3+。这就是铁在其化合物中通常显+2价或+3价的原因。则Fe发生化学反应能得到+2价还是+3价，需看参加反应的氧化剂的强弱，有时还要看反应物的量之间的关系。例如：铁在O2中燃烧的，一定要在集气瓶低留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被炸裂；Fe与S反应中Fe只能失去其最外层的2个电子而变成+2价，反应开始后撤去酒精灯，反应可以继续进行，说明反应放热；Fe在Cl2中燃烧时不但能失去最外层的2
5、个电子，而且还可失去次外层的1个电子后成+3价，说明氧化性Cl2S；在高温时能与C、P、Si等化合。2.铁的合金一般地说，含碳量在2%4.3%的铁的合金叫做生铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。一般地说，含碳量在0.03%2%的铁的合金叫做钢。钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、压延，也可以铸造。钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢就是普通的钢。合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能
6、。3.炼铁(1)反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石里还原出来。(2)原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气(3)设备：高炉(4)生产过程还原剂的生成C+O2 CO2 CO2+C 2CO铁矿石还原成铁Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2除脉石、炉渣的形成CaCO3CaO+CO2SiO2+CaOCaSiO34.炼钢(1)设备：氧气顶吹转炉(2)主要原料：炼钢生铁、生石灰、氧气。(3)反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化为气体或炉渣除去。(4)炼钢时的主要反应：氧化剂的生成，热能的来源 2Fe+O22FeO降低碳的含量 C+Fe
7、OCO+Fe除去S、P等杂质加硅铁、锰铁、铝除剩余FeO脱氧2FeO+Si2Fe+SiO2典型例题巧解例1.把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子是 （ ）A.只有Fe2+ B.只有Fe3+C.有Fe2+和Cu2+ D.有Fe3+和Cu2+思路与解析：浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe3+和Cu2+，过量的铁又与Fe2+和Cu2+反应生成Fe2+和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金属阳离子为Fe2+，故选A。例2.将6g纯铁粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中充分反应后得到200mL0.5mol/L的FeSO
8、4溶液和5.2g固体，求：（1）反应后生成铜多少克？（2）加入铁粉前Fe2(SO4)3物质的量浓度。思路：在Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中投入铁粉后，Fe3+和Cu2+均可与铁发生反应，但由于氧化性Fe3+Cu2+，所以Fe应首先还原Fe3+，即首先发生反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，但不可以只发生此反应，原因有二：第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余，则不可能有5.2g不溶物；第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO4为（6g56g/mol）3=0.32mol0.1mol。通过以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe3+还原后，不发生了还原Cu2+的反
9、应，此时的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固体中肯定有Cu，是否含Fe呢？这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。解析：发生反应的化学方程式为：Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4两个反应共生成FeSO4为：0.2L0.5mol/L=0.1mol观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO4，式消耗的铁更多。假设0.1molFeSO4全部为式产生，则此时消耗的铁将达最大量为a。 Fe FeSO4 1mol 1mol a 0.1mola=0.1mol，即铁为5.6g，则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe，设原溶液的Fe2(SO4)3和CuSO4的物质的量分
10、别为x和y。Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4X x 3x y y y y由题意得 3x+y=0.1mol 6g-56g/mol(x+y)+64g/moly=5.2g解得：x=0.02mol y=0.04mol则生成铜：0.04mol64g/mol=2.56g原Fe2(SO4)3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L例3.mg 铁粉与一定量的HNO3在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况nL氧气混合,恰好能被水完全吸收,m和n的关系是什么?思路此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因HNO3的浓度和用量不同,生成Fe(NO3)3还
11、是Fe(NO3)2不能确定,HNO3的还原产物是NO还是NO2也不能确定。所以消耗的氧气也无从下手求出.但是从始态和终态来看,HNO3的还原产物与氧气混合后,最终还是生成HNO3,这样消耗的氧气相当于把mg铁粉氧化成+2价或+3价化合物,用极端思考法很容易求出。 解析:假设HNO3为稀的,铁与HNO3反应后的价态是+2, 则有: 3 Fe +8 HNO3= 3 Fe(NO3)2 + 2 NO+ 4 H2O (1) 4NO +3O2 +2H2O=4HNO3 (2)(1)2 +(2)得：2Fe + O2 +4HNO3= 2Fe(NO3)2 +2H2O 可改写为 ： 2Fe + O2 +4HNO3
12、= 2FeO + 4HNO3 即： 2Fe + O2 =2FeO 同理可得 ： 4Fe +3O2=2Fe2O3 问题便得以解决即 ：当铁被氧化为+2价时，由电子得失守衡得： m/562=n/22.44 n=O.2m当铁被氧化为=+3价时，由电子得失守衡得： m/563=n/22.44 n=O.3m 则m与n的关系是：O.2mnO.3m小结此题在解题过程中，巧妙得使用了始态和终态，使复杂的问题简单化。氧化还原反应中，电子得失守衡的使用，避免了繁琐的计算，在应试中赢得了时间，思维训练方面堪称是一道好题。目标分级训练【知识能力训练】1.下列关于铁的叙述正确的是 （ ）铁能被磁铁吸引，但纯铁易锈蚀人体
13、内的血红蛋白中含有铁元素位于元素周期表中第四周期第B族铁能在氧气中剧烈燃烧，但不能在水蒸汽中燃烧铁与强氧化剂硝酸反应的产物只能是Fe(NO3)3.A. B. C. D.全部2.把铁片放入下列溶液中，溶液的质量增加且无气体放出的是（ ）A.CuSO4溶液 B.稀H2SO4C.Fe2(SO4)3溶液 D.MgSO4溶液3.铁与稀硝酸反应时，若二者消耗的物质的量之比为4：10，且生成Fe(NO3)3,则反应中生成的还原产物可能是 （ ）A.N2 B.N2O C.NO D.NH4NO34.将11.2g铁粉溶液在500mL稀硝酸中，完全溶解后，再加入6.4g铜粉，铜粉完全溶解且无气体产生，则原硝酸的物质的量浓度为 （ ）A.1.2mol/L B.1.6mol/LC.1.8mol/L D.2mol/L5.把足量的铁粉投入到H2SO4 和CuSO4溶液，充分反应后，剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等，则原溶液
