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1、第8讲铁及其化合物一、铁的存在与性质一、铁的存在与性质1.铁位于元素周期表中第四四周期第族,是一种应用最广泛的过渡金属元素;铁元素是一种变价金属元素,通常显+2价、+3价,其原 子 结 构示 意 图 为。教材研读教材研读2.物理性质物理性质铁是银白银白色金属,熔沸点较高较高,抗腐蚀性强,能被磁铁吸引,具有金属的一般物理性质。3.化学性质化学性质Fe自测自测1判断正误,正确的划“”,错误的划“”。(1)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸()(2)将一定量的铁、铜的混合物加入100mL0.1molL-1的FeCl3溶液中,充分反应后,溶液中有固体剩余,则剩余的固体中一定含有铜,可能含有铁()(3)F
2、e与Cl2、Br2、I2反应均生成+3价的Fe()(4)Fe与Cl2在点燃条件下反应,Cl2过量时生成FeCl3,Fe过量时生成FeCl2( )(5)Fe与稀HNO3反应,无论生成Fe(NO3)3、Fe(NO3)2,还是二者的混合物,被还原的HNO3总是占参与反应的HNO3的 ()(6)将水蒸气通过灼热的铁粉,铁与水在高温下反应,粉末变红( )(7)1molCl2和Fe反应生成FeCl3转移电子数为3NA( )自测自测2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?(2)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成+3价?答案答
3、案(1)FeFe2+: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)和不活泼金属的盐溶液(如CuSO4溶液)反应,都可 实 现 这 种 转 化 。 例 如 : F e + SFeS、2H+FeFe2+H2、Cu2+FeFe2+Cu。(2)FeFe3+:铁与强氧化剂(如Cl2、HNO3)在一定条件下反应可实现这种转化。例如:2Fe+3Cl22FeCl3、Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO+2H2O。二、铁的重要化合物二、铁的重要化合物1.铁的氧化物铁的氧化物2.铁的氢氧化物铁的氢氧化物3.亚铁盐和铁盐亚铁盐和铁盐(1)亚铁盐含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+
4、既有氧化性,又有还原性,Fe2+与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为Zn+Fe2+Zn2+Fe,2Fe2+Cl22Fe3+2Cl-。(2)铁盐a.氧化性含有Fe3+的溶液呈棕黄棕黄色,Fe3+具有氧化性,Fe3+与Fe、Cu反应的离子方程式分别为2Fe3+Fe3Fe2+,2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+。b.特性含有Fe3+的溶液遇到KSCN溶液时变成红红色。自测自测3判断正误,正确的划“”,错误的划“”。(1)磁性氧化铁溶于稀硝酸:3Fe2+4H+N3Fe3+NO+2H2O( )(2)因为Fe3+具有氧化性,所以可以用KSCN溶液鉴别Fe3+( )(3)因为Fe3+有氧化性,所以FeCl3溶
5、液可用于回收废旧电路板中的铜()(4)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( )(5)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3( )(6)过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液,溶液呈红色,说明稀HNO3将Fe氧化为Fe3 +( )自测自测4(1)除去FeCl3溶液中的Fe2+有哪些措施?(2)Fe3+转化为Fe2+的实验方法有哪些?(3)Fe2+与N能否大量共存?若向其中再加入少量盐酸,情况如何?(4)如何证明Fe3O4中既有+2价铁又有+3价铁?答案答案(1)通
6、入氯气或氧气;加入氯水;加入H2O2等。(2)加入铁粉或铜粉;加入NaI溶液;加入Na2S溶液等。(3)在中性条件下,Fe2+与N能大量共存,但在酸性条件下,N能将Fe2+氧化成Fe3+而不能大量共存。(4)取一定量Fe3O4溶于稀硫酸,形成溶液,分别取该溶液于两支试管中,一支试管中加入KSCN溶液,溶液变红,说明含有Fe3+,证明Fe3O4中有+3价铁;另一支试管中加入酸性KMnO4溶液,紫红色褪去,说明含有Fe2+,证明Fe3O4中有+2价铁。考点突破考点突破考点一铁及其化合物之间的相互转化考点一铁及其化合物之间的相互转化考点三考点三Fe(OH)Fe(OH)2 2的制备方法的制备方法( (
7、教师用书专用教师用书专用) )考点二考点二FeFe2+2+与与FeFe3+3+的检验的检验1.“铁三角”转化关系(1)FeFe2+铁与氧化性比较弱的非金属单质(如S、I2)、非氧化性酸溶液(如盐酸、考点一铁及其化合物之间的相互转化考点一铁及其化合物之间的相互转化稀H2SO4)、不活泼金属的盐溶液(如CuSO4溶液)反应:Fe+SFeSFe+2H+Fe2+H2Fe+CuSO4Cu+FeSO4(2)Fe2+Fe3+亚铁盐与强氧化剂如Cl2、Br2、HNO3、浓硫酸、KMnO4(H+)、H2O2等反应。2Fe2+Cl22Fe3+2Cl-2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O3Fe2+4H+N3
8、Fe3+NO+2H2O(3)Fe3+Fe可通过较强还原剂实现,如Al、CO、H2等。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3(4)FeFe3+铁与强氧化剂(如Cl2、HNO3)在一定条件下反应可实现该转化。2Fe+3Cl22FeCl3(5)Fe3+Fe2+铁盐溶液与某些还原剂(如Fe、Cu、I-、S2-等)反应。2Fe3+S2-2Fe2+S2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+2Fe3+Fe3Fe2+2Fe3+2I-2Fe2+I2(6)Fe2+Fe亚铁化合物与比较活泼的金属(如Al、Zn)、CO、H2、C等反应。FeCl2+ZnZnCl2+FeFeO+H2Fe+H2O2
9、.“铁三角铁三角”的应用的应用(1)判断离子共存Fe2+N(H+)、ClO-、Mn(H+)(因氧化还原反应)。Fe3+S2-、I-、S、HS-(因氧化还原反应)。Fe2+、Fe3+HC、C、Al等(因双水解反应)。(2)除杂(括号中为杂质)Fe2+(Fe3+):加过量铁粉,过滤。FeCl3(FeCl2):加氯水或H2O2溶液。FeCl2(CuCl2):加过量铁粉,过滤。Fe(Al)、Fe2O3(Al2O3、SiO2):加过量强碱溶液,过滤。Cu2+(Fe3+):加CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3调节pH至3.7左右。(3)盐溶液的保存(4)物质制备特别提示特别提示Fe2+具有较强
10、的还原性;Fe3+水解能力强,pH3.7时,Fe3+几乎完全水解生成Fe(OH)3沉淀。欲除去某溶液中含有的Fe2+杂质,一般先向溶液中加入氧化剂(如H2O2),将Fe2+氧化为Fe3+,然后加碱或盐调节pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。典例典例1实验:0.005molL-1FeCl3溶液和0.015molL-1KSCN溶液各1mL混合得到红色溶液a,均分溶液a置于b、c两支试管中;向b中滴加3滴饱和FeCl3溶液,溶液颜色加深;再向上述b中溶液中滴加3滴1molL-1NaOH溶液,溶液颜色变浅且出现浑浊;向c中逐渐滴加1molL-1KSCN溶液2mL,溶液颜色先变深后变浅。下列分
11、析不正确的是()A.实验中增大Fe3+浓度使平衡Fe3+3SCN-Fe(SCN)3正向移动B.实验中发生反应:Fe3+3OH-Fe(OH)3C.实验和中溶液颜色变浅的原因相同D.实验、均可说明浓度改变对平衡移动的影响C答案答案C中OH-消耗Fe3+,使Fe3+浓度减小,导致平衡逆向移动,溶液颜色变浅;中加入KSCN溶液,引入了SCN-和水,开始时SCN-浓度增大为主要因素,平衡右移,溶液颜色加深,一段时间后,溶液体积变化为主要因素,因此溶液颜色又变浅。1-1下列说法正确的是()A.将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液,现象是有气体生成,溶液呈红色,原因是稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
12、B.将铜粉加入1.0mol/LFe2(SO4)3溶液中,现象是溶液变蓝、有黑色固体出现,原因是金属铁比铜活泼C.FeCl3溶液可用于铜质印刷电路板制作,是因为FeCl3能从含Cu2+的溶液中置换出铜D.室温下,能将浓硫酸盛放在铁桶中D答案答案DA项,过量铁粉与稀硝酸充分反应后,铁最终转化为Fe2+,滴加KSCN溶液后不出现红色;B项,铜粉与Fe2(SO4)3溶液发生反应2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+,不会有黑色固体出现;C项,FeCl3与Cu2+不反应,制作电路板的原理为Fe3+能腐蚀铜,发生反应2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+;D项,室温下,Fe遇浓H2SO4钝化,可用铁桶盛放浓H2SO4
13、。1-2用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,向所得的溶液中加入铁粉。对 加 入 铁 粉 充 分 反 应 后 的 溶 液 分 析 合 理 的 是()A.若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+B.若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出C.若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+D.若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出C答案答案CA项,无固体剩余,说明铜全部以铜离子形式存在,加入的铁粉没有与Cu2+反应,全部与Fe3+反应,溶液中一定含有Fe2+,可能含有Fe3+;B项,若溶液中有Cu2+,加入的铁粉不足,可能只与Fe3+反应,也可能与Fe3+反应后剩余的铁粉与部分Cu2+反应生成铜,所以可能有固体析出
14、;C项,若有固体存在,固体中一定有铜,可能有铁,溶液中一定含有Fe2+;D项,当加入的铁粉较少,只发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+时,不会有铜析出。1.直接观察颜色直接观察颜色含Fe2+的溶液呈浅绿色,含Fe3+的溶液呈棕黄色。2.利用显色反应利用显色反应(1)(2)(3)考点二考点二FeFe2+2+与与FeFe3+3+的检验的检验3.利用生成的氢氧化物沉淀的颜色利用生成的氢氧化物沉淀的颜色4.利用利用Fe3+的氧化性的氧化性(1)(2)(3)5.利用利用Fe2+的还原性的还原性(1)(2)典例典例2(2017北京海淀二模,12)向FeCl3溶液中加入Na2SO3溶液,测定混合后溶液pH随混
15、合前溶液中c( S)/c(Fe3+)变化的曲线如下图所示。实验发现:.a点溶液澄清透明,向其中滴加NaOH溶液后,立即产生灰白色沉淀,滴入KSCN溶液显红色;.c点和d点溶液中产生红褐色沉淀,无气体逸出。取其上层清液滴加NaOH溶液后无明显现象,滴加KSCN溶液显红色。下列分析合理的是()A.向a点溶液中滴加BaCl2溶液,无明显现象B.b点较a点溶液pH升高的主要原因:2Fe3+S+H2O2Fe2+S+2H+C.c点溶液中发生的主要反应:2Fe3+3S+6H2O2Fe(OH)3+3H2SO3D.向d点上层清液中滴加KSCN溶液,溶液变红;再滴加NaOH溶液,红色加深C答案答案CA项,向a点溶
16、液中加入NaOH溶液后有灰白色沉淀生成,说明a点溶液中含有Fe2+,即S和Fe3+发生了氧化还原反应,S被氧化为S ,S能与BaCl2反应生成白色沉淀BaSO4;B项,a点到b点pH升高,若反应生成H+,会使pH降低;C项,由中信息可知,c点溶液中含有Fe3+,且有Fe(OH)3生成,所以发生的反应为可逆反应;D项,滴加NaOH溶液,溶液中Fe(SCN)3浓度降低,红色变浅。2-1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的最 佳 顺 序 为()加入足量氯水加入足量KMnO4溶液加入少量NH4SCN溶液A.B.C.D.C答案答案C先加入少量NH4SCN溶液,无明显现象,证
17、明原溶液中不含Fe3+;再加入足量氯水,溶液变为红色,则证明原溶液中含有Fe2+,否则不含Fe2+。若溶液中含有Fe2+,第二步加入足量KMnO4溶液时,溶液颜色变化不明显,所以不选用KMnO4溶液。2-2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FeCl3溶液中是否含有FeCl2C.检验绿矾晶体是否已氧化变质,可将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液,再观察溶液是否变红色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+B答案答案BB项,Cl-也能使酸性KMn
18、O4溶液褪色。Fe(OH)2在空气中易被氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。在实验室制取Fe(OH)2时,一定要用新制的亚铁盐溶液和加热驱赶O2后的NaOH溶液,用胶头滴管吸取NaOH溶液且将滴管末端插入亚铁盐溶液的液面下,再加入NaOH溶液。也可以在反应液上面滴加植物油或苯等物质进行液封,以减少Fe(OH)2与O2的接触。考点三考点三Fe(OH)Fe(OH)2 2的制备方法的制备方法( (教师用书专用教师用书专用) )典例典例3由于Fe(OH)2具有很强的还原性,易被氧化为Fe(OH)3,故在实验室中制备Fe(OH)2,并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态,成为物质制
19、备实验探究的热点。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)。解析解析因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排出装置中的氧气或空气。、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;的原理为铁作阳极产生Fe2+,阴极产生OH-,二者结合生成Fe(OH)2,且用汽油液封,能防止空气进入;中加苯液封阻止了空气进入;未隔绝空气或氧气,因此不能较长时间看到白色沉淀。方法指导方法指导成功制备Fe(OH)2的关键(1)
20、溶液中不含O2,如在配制溶液时,可把蒸馏水加热煮沸,除去溶解在水中的氧气。(2)制备过程中,保证生成的Fe(OH)2处于密闭的隔绝氧气的体系中,如可在溶液表面加植物油或苯以隔绝氧气,滴加液体时,可将胶头滴管伸入到液面以下防止氧气进入,也可用铁粉和稀硫酸反应产生的氢气排尽装置中的空气。3-1用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入。(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用的方法。(3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液
21、液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是。答案答案(1)稀硫酸、铁屑(2)加热煮沸(3)避免生成的Fe(OH)2与氧气接触而被氧化解析解析(1)FeSO4易水解、易被氧化,因此配制FeSO4溶液时需加入稀H2SO4抑制其水解,加入铁屑防止其被氧化。3-2根据下图所示装置和操作,回答下列有关问题。(1)按图所示装置,用两种不同的操作分别进行实验,观察B试管中的现象。操作1:先夹紧止水夹a,再使A试管内开始反应,实验中B试管中观察到的现象是。操作2:打开止水夹a,使A试管内反应一段时间后再夹紧止水夹a,实验中在B试管中观察到的现象是。请说明造成两种操作现象不同的原因(如两种现象相同,此小题不用
22、回答)。(2)上述实验结束后,取A试管内反应所得的溶液,隔绝空气小心蒸干后,再高温煅烧(有关装置和操作均已略去),最后剩下红色固体,将分解时产生的气体按图所示装置依次通过洗气装置,结果试管甲内出现白色沉淀,试管乙内品红溶液红色褪去。回答:用化学方程式表示试管甲内产生白色沉淀的原因。根据实验现象写出A试管内溶液蒸干后,在高温煅烧分解时所发生反应的化学方程式。图中丙装置的作用是。实验结束时,在装置丙中观察到的现象是。答案答案(1)液面升高且生成白色沉淀,白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色液面上升,有白色沉淀生成,且保持较长时间不变色操作2开始产生的H2将系统内的空气赶尽,避免了Fe(OH)2被
23、氧化(2)SO3+H2O+BaCl2BaSO4+2HCl2FeSO4Fe2O3+SO3+SO2吸收剩余的SO2气体导管中形成一段液柱解析解析当夹紧止水夹a且使A试管中的反应进行时,产生的气体会将生成的FeSO4溶液压入B试管内,与NaOH溶液反应生成白色的Fe(OH)2沉淀,但由于装置中有空气存在,生成的Fe(OH)2立即被空气中的O2氧化为Fe(OH)3,出现一系列的颜色变化。先使A试管内的反应进行一段时间后再夹紧止水夹a,由于产生的H2将系统中的空气赶尽,生成的Fe(OH)2不易被氧化。由于A试管内H2SO4不过量,最后所得溶液中的溶质应为FeSO4,由题目所给信息知,FeSO4的分解产物有SO3、SO2和Fe2O3。
