10铁和铁的化合物

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1、铁和铁的化合物【学习目标】1 铁单质的化学性质2. 铁的重要化合物的氧化还原性；3. Fe（ n）、Fe（川）的相互转化是高考的热点。【聚焦重难点】一、铁的结构和性质主要化合价:1. 铁是26号元素，位于第四周期第忸族，属于过渡元素。 原子结构示意图：+2, +3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/ cm 3,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸弓也能被磁化。还原 铁粉为黑色粉末。2. 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+2O 2 = Fe 3C4 2Fe+3CI 2 =2Fe

2、Cb Fe+S= FeSFe+I2= Fel 2 跟水反应：3Fe+4H 2C= Fe3C4+4H2 f 跟酸作用：Fe+2H=Fe2+HJ （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+）2+2+3+2+ 与部分盐溶液反应：Fe+Cu =Fe +Cu Fe+2Fe =3Fe3. 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

3、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%勺铁的合金叫做钢。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。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、 脱氧剂化学原理在咼温卜用还原剂从铁矿石 里还原出来在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳

4、和 其它氧化为气体或炉清除去主 要 反 应 还原剂的生成C+ COCO+C高温 2CO 铁的还原Fe2Q+3CC高温 2Fe+3CO 炉渣的生成CaCO高温 CaO+COCaO+SiO高温 CaSiQ 氧化：2Fe+Q高温2FeOFeO氧化铁水里的 Si、Mn C等。女口 C+FeO 高温Fe+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+Si高温 2Fe+SiO2主要设备高炉转炉二、铁的氧化物和氢氧化物1.铁的氧化物的比较铁的氧 化物FeOFezQFesQ俗称铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末黑色晶体红棕色粉末铁的价态+2+3+2、

5、+3水溶性难溶于水稳定性不稳定性6FeO+O=2Fe3O稳定稳定与酸的反 应FeO+2A=Fe2+O+3+Fe2Q+6H=2Fe+3H2O+3+Fe3C4+8H=2Fe +2+Fe +4HO与CO的反应FexQ+yCO=xFe+yCO制取高温熔融，过量的 铁与氧气反应2Fe+Q=2FeOFe(OH)3的分解2Fe(OH)3=Fe2Q+3H2O铁在氧气中燃烧3Fe+2Q=Fe3C42.铁的氢氧化物的比较Fe(OH)2Fe(OH)3物理性质白色，难溶于水的固体红褐色，难溶于水的固体化学性质(1)与非氧化性强酸反应+ 2+Fe(OH)2+2H=Fe +2H2O(2)与氧化性酸反应3Fe(OH)2+1

6、OHNO=3Fe(NQ) 3+NO f +8H2O(3)空气中放置被氧化4Fe(OH)2+2H2O+O=4Fe(OH)3(1) 与酸反应Fe(OH)3+3H=Fe3+3H2O(2) 受热分解2Fe(OH)3=FezO+3HO制备 煮沸蒸馏水，赶走溶解的氧气 煮沸NaOH溶液，赶走溶解的氧气配制FeSQ溶液，加少量 的还原铁粉用长滴管将NaOH溶液送入FeSO溶液液面以下Fe2+2OH=Fe(OH)2 J将 NaOH溶液滴入 Fe2(SO4)3溶液中Fe3+3OH=Fe(OH)3 J1 ) Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在FesO晶体中有1/3的Fe是+2价，有2/3的Fe是+3价，可看

7、成FeOFe2O3,实际应写成Fe(FeQ) 2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。2) Fe(OH)2和Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色 沉淀。而Fe(OH)2极不稳定，易被氧化成Fe(OH)3，反应现象是：白色宀灰绿色宀红褐色。若要观察到白色的 Fe(OH)2沉淀，需要创造以下条件： 排除亚铁盐溶液里的 Fe3子，以免Fe3+离子直接与OH结合生成Fe(OH)3。 尽量排除溶液中溶解的氧气(绝对排除是办不到的)，以减慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止 Fe3+离子产生。亚铁盐溶液与碱溶液在

8、混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。2+3+三、Fe、Fe和Fe之间相互转化及检验从Fe、Fe2H Fe3+的结构可知:Fe只有还原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性 又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化，如下图(常称为铁三角)：(溶液为绿色)(溶液为棕黄色)1. Fe2+和Fe3+的相互转化2+3+Fe有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe :Mn Q+5Fe2+8H+=MrT+5Fe3+4

9、HOCr2O7-+6Fe +14H=2Cr +6Fe +7H0HbO2+2Fe2+2H+=2F3+2IHO在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2+氧化：4Fe2+Q+4H+=4Fe3+2H2O在碱性溶液中，Fe2+的还原性更强，它能把NO3和NO2还原成NH,能把Cu2+还原成金属铜.Fe3+具有氧化性，它能把I-氧化成丨2：2Fe3+2I -=2Fe2+l2在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式是：2Fe3+Cu=2Fd+Cif+因此，铜在氯化铁溶液中能作还原剂，而FeCb是氧化剂.Fe3酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe2+:2Fe3+S

10、=2Fe2+Sj +2H3+ _ 2+2+ _ 4+2F +Sn =2Fe + SnFe3+能被金属铁还原:3+2+2Fe +Fe=3Fe在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止2.Fe2+和Fe3+的颜色2+Fe在水溶液中通常以水合离子Fe2+被氧化为Fe3+.2Fe(H2O)6形式存在，呈淡绿色，并存在下列平衡:2 + +Fe(H2O)6 +H : Fe(H2O)5OH +HO这个平衡的pK=9.5，水解的程度很小，溶液近于中性.Fe3酸性溶液中，通常以淡紫色的Fe(H2O)6 3+形式存在.三氯化铁以及其他+3价铁盐溶于水后都发生显著的水解，实质是 +3价水合铁离子的水解.只有在PH=0左右时，才有

11、:Fe(H2O)6 3+存在(但由于有阴离子的存在，会生成其他的络离子，影响淡紫色的观察).当PH为23时，水解趋势很明显.它们的水解平衡如下：:Fe(H2O)6 3+H : Fe(H2O)5(OH) 2+hOk=io3.052+ +:Fe(H2O)5(OH): +Ha : Fe(H2O)4(OH)2 +H0-3.26K=10生成的碱式离子呈黄色，它可聚合成二聚体：2 : Fe(H2O)6 3+ : Fe2(H2O)8(OH)2 4+2HOK=102.91二聚体是借OH-为桥把2个Fe3+连结起来形成的多核络离子 .溶液的PH越高，水解聚合的倾 向越大，最后逐渐形成胶体，析出红综色水合氧化铁沉

12、淀。【例题精讲】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 Cif+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Fe3H Cu2+,过量的铁又与Fe2H cf+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 2OOmLFe(SO4)3和CuSO的混合 溶液中 充分反应 后得 到 200mL0.5mol/L 的 FeSQ溶液和 5.2g 固体，求:(1) 反应后生成铜多少克？(2) 加

13、入铁粉前Fe2(SO4)3物质的量浓度。思路:在Fe2(SO4)3和CuSO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+Cif+，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FeSO为(6g十56g/mol ) x 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+的反应，此时的Fe是否有剩余呢？也就是余 5.2g固体

14、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=3FeSOFe+CuSO=Cu+FeSO两个反应共生成 FeSQ 为：0.2L x 0.5mol/L=0.1mol观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO,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 FeSO 41mol 1mola0.1mola=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 CuSO的物质的量分别为 x和yFe+Fe2(SO) 3=3FeSQFe+CuSO4=Cu+FeSOX x 3xy y y y由题意得3x+y=0.1mol6g-56g/molx (x+y)+64g/mol x y=5.2g解得：x=0.02moly=0.04mol则生成铜：0.04mol x 64g/mol=2.56g原 Fe2(SO4)3和物质的量浓度为 0.02mol/0.2L=0.1mol/