铁及其重要化合物

第三节 铁及其重要化合物,三年11考 高考指数:,1.了解铁的主要性质及应用。,2.了解铁的重要化合物的主要性质及应用。,一、铁的主要性质及应用,1.铁的物理性质,铁具有金属的共性，具有能被_吸引的特性。,2.铁的化学性质,铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为+2价和+3价。,磁体,(1)与非金属单质的反应,与O,2,的反应,常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为_。,点燃：_。,与Cl,2,的反应：_。,与S的反应：_。,(2)与水的反应,常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应,_,Fe,2,O,3,3Fe+2O,2,Fe,3,O,4,点燃,=,2Fe+3Cl,2,2FeCl,3,点燃,=,Fe+S FeS,=,3Fe+4H,2,O(g) Fe,3,O,4,+4H,2,高温,=,(3)与酸的反应,与非氧化性酸反应的离子方程式：,_。,与氧化性酸,遇冷的浓硫酸或浓硝酸_，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应无H,2,产生。,(4)与某些盐溶液的反应,与CuSO,4,溶液反应的离子方程式：_,与FeCl,3,溶液反应的离子方程式：_,Fe+2H,+,=Fe,2+,+H,2,Fe+Cu,2+,=Fe,2+,+Cu,Fe+2Fe,3+,=3Fe,2+,钝化,二、铁的重要化合物的主要性质及应用,1.铁的氧化物,(1)物理性质,化学式,FeO,Fe,2,O,3,Fe,3,O,4,俗称,_,_,色态,_,_,_,铁的价态,_,_,_,铁红,磁性氧化铁,黑色粉末,红棕色粉末,黑色晶体,+2价,+3价,+2价，+3价,(2)化学性质,FeO、Fe,2,O,3,、Fe,3,O,4,分别与盐酸反应的离子方程式：,_、,_、,Fe,3,O,4,+8H,+,=2Fe,3+,+Fe,2+,+4H,2,O。,FeO与硝酸反应的化学方程式：,3FeO+10HNO,3,=3Fe(NO,3,),3,+NO+5H,2,O,。,FeO,、,Fe,2,O,3,分别与,HI,溶液反应的化学方程式：,_,、,Fe,2,O,3,+6HI=2FeI,2,+I,2,+3H,2,O,。,FeO+2H,+,=Fe,2+,+H,2,O,Fe,2,O,3,+6H,+,=2Fe,3+,+3H,2,O,FeO+2HI=FeI,2,+H,2,O,2.,铁的氢氧化物,Fe(OH),2,Fe(OH),3,颜色,状态,_,_,水溶性,_,_,稳定性,易氧化为,_,，空气中加热得不到,FeO,较稳定：,2Fe(OH),3,Fe,2,O,3,+3H,2,O,白色固体,红褐色固体,不溶,不溶,Fe(OH),3,=,Fe(OH),2,Fe(OH),3,与酸的反应,_,_,_,二者,的关系,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：_。,化学方程式为：_,Fe(OH),2,+2H,+,=Fe,2+,+2H,2,O,Fe(OH),3,+3H,+,=,Fe,3+,+3H,2,O,白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色,4Fe(OH),2,+O,2,+2H,2,O=4Fe(OH),3,1.在点燃的条件下，过量的铁与氯气反应生成氯化亚铁。( ),【分析】,铁还原三价铁离子需在溶液中进行，铁与固态氯化铁不发生反应。,2.用铁制容器可以运输浓硝酸和稀硝酸。( ),【分析】,由于冷的浓硝酸与铁发生钝化，可以用铁制容器运输浓硝酸；而冷的稀硝酸与铁发生反应，不能用铁制容器运输稀硝酸。,3.根据Cl,2,、S与铁的反应可以判断氯元素和硫元素的非金属性,强弱。( ),【分析】,Fe与Cl,2,反应生成的产物中铁显+3价，铁与S反应生成的产物中铁显+2价，可说明Cl元素的非金属性比S元素的非金属性强。,4.氢氧化铁与HI溶液仅发生中和反应。( ),【分析】,氢氧化铁具有氧化性，HI具有还原性，两者发生氧化还原反应。,5.FeCl,3,溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为：Fe,3+,+3SCN,-,=Fe(SCN),3,。( ),【分析】,Fe(SCN),3,是可溶性物质，而不是沉淀，正确的离子方程式为：Fe,3+,+3SCN,-,=Fe(SCN),3,。,“铁三角”及其重要应用,1.“铁三角”中的转化关系,2.重要应用,(1)判断离子共存,Fe,3+,与 等相互促进水解而不能大量共存。,Fe,2+,与 ，Fe,3+,与S,2-,、I,-,、HS,-,、,在溶液中因发生氧化还原反应而不能大量共存。,(2)除杂方法(括号内为杂质),Fe,2+,(Fe,3+,)：加过量铁粉过滤,FeCl,3,(FeCl,2,),：加氯水或,H,2,O,2,FeCl,2,(CuCl,2,)：加过量铁粉过滤,Fe(Al)、Fe,2,O,3,(Al,2,O,3,、SiO,2,)：加过量强碱溶液过滤,(3)盐溶液的保存,含Fe,2+,的溶液：,加入少量铁粉(或铁钉、铁屑)，防止Fe,2+,被氧化；加入少量相应的酸，防止Fe,2+,水解Fe(NO,3,),2,例外。,含Fe,3+,的溶液：,加入少量相应的酸，防止Fe,3+,水解。,(4)物质制备,制备无水FeCl,3,在HCl气流中加热蒸干FeCl,3,溶液。,制备Fe(OH),3,胶体,向沸水中加入饱和FeCl,3,溶液,并煮沸至有红褐色胶状物出现,为止。,【高考警示钟】,在书写或判断铁与氧化剂反应的产物时，易出现错误，如认为铁与硫化合生成Fe,2,S,3,、铁与盐酸反应生成FeCl,3,和H,2,、铁与单质碘化合生成FeI,3,、过量的铁与稀硝酸反应生成Fe(NO,3,),3,、铁与FeCl,3,溶液不发生反应等。,【典例1】A、B、C为中学常见单质，其中一种为金属，通常情况下，A为固体，B为黄绿色气体，C为无色气体。D、E、F、G、H、X均为化合物，其中X常温下是无色气体，其水溶液是一种强酸，E为黑色固体，H在常温下为液体。它们之间的转化关系如图所示(其中某些反应条件和部分反应物已略去)：,FeCl,2,H,2,O,+A,FeCl,3,点燃,Cl,2,红色,溶液,+A、,+B,+X,+F,A,B,C,E,G,H,D,Fe,O,2,Fe,3,O,4,请回答下列问题：,(1)写出下列物质的化学式：,A_，D _ ，E _ ，X _ 。,(2)在反应中，不属于氧化还原反应的是_(填编号)。,(3)反应的离子方程式是_,_。,(4)反应的化学方程式是_,_；,该反应中每消耗0.3 mol的A，可转移电子_ mol。,(5)写出D的溶液与小苏打溶液反应的离子方程式是： _,_。,(6)除去D溶液中混有的少量G的方法是：_,_。,(7)在D溶液中制备无水D固体的方法是：_,_。,【解题指南】,解答本题应注意以下三点：,(1)根据B的颜色状态确定B应为Cl,2,；,(2)根据D与G之间的相互转化关系确定A为变价金属；,(3)利用突破口结合转化关系综合分析。,【解析】,由“B为黄绿色气体单质”知，B为Cl,2,；由D与G之间,的相互转化关系知，A为变价金属单质，则A为Fe，D为,FeCl,3,，G为FeCl,2,；由“D+F红色溶液”知，F为KSCN；由“E,与X的相互转化关系及E为黑色固体化合物、X的水溶液是一种,强酸”知，E为Fe,3,O,4,，X为HCl，H为H,2,O；由“C为无色气体单,质及A+CE”知，C为O,2,。(3)反应的离子方程式为：,2Fe,3+,+Fe=3Fe,2+,。(4)反应的化学方程式为：3Fe+4H,2,O(g),Fe,3,O,4,+4H,2,，由化合价的变化值知，当3 mol的Fe反应时,可转移电子8 mol。(5)D溶液与小苏打溶液反应的离子方程式,为：,高温,=,(6)除去FeCl,3,溶液中混有的少量FeCl,2,的方法是：向混合液中通入足量的氯气(或加入足量的H,2,O,2,)。,(7)在FeCl,3,溶液中制备无水FeCl,3,固体的方法是：在HCl气流中加热蒸干FeCl,3,溶液。,答案,：,(1)Fe FeCl,3,Fe,3,O,4,HCl,(2) (3)2Fe,3+,+Fe=3Fe,2+,(4)3Fe+4H,2,O(g),Fe,3,O,4,+4H,2,0.8,(5),(6),向混合液中通入足量的氯气,(,或加入足量的,H,2,O,2,),(7),在,HCl,气流中加热蒸干,FeCl,3,溶液,高温,=,【互动探究】,(1)配制G溶液时应注意什么事项？,提示：,加入少量的铁钉(或铁粉、铁屑)，防止Fe,2+,被氧化；加入少量的盐酸，防止Fe,2+,水解。,(2)试写出反应的离子方程式。,提示：,由于Fe,2+,具有还原性，Cl,2,具有氧化性，两者反应的离子方程式为：2Fe,2+,+Cl,2,=2Fe,3+,+2Cl,-,。,【变式备选】,下列物质反应后一定没有+3价铁离子的是( ),A.过量的铁丝在氯气中点燃,B.Fe(NO,3,),2,溶液中加少量盐酸,C.过量的铁与稀硝酸反应,D.铁与氧化铁的混合物溶于盐酸中,【解析】,选C。A项，由于铁与固态FeCl,3,不发生反应，所以，,过量的铁丝在氯气中点燃只生成FeCl,3,；B项，发生反应：,；C项，发生反应：,；D项，由于发生反,应：,，若FeCl,3,过量，则含有Fe,3+,。故选C项。,Fe,2+,和Fe,3+,的检验,1.根据溶液颜色,溶液呈浅绿色Fe,2+,；溶液呈黄色Fe,3+,。,2.用KSCN溶液和氯水,(1)流程:,(2)有关反应：,溶,液,加KSCN溶液,无明显现象,加氯水,溶液变红色,Fe,2+,溶液变红色,Fe,3+,3.用NaOH溶液,(1)流程：,(2)有关反应：,溶,液,加NaOH溶液,白色沉淀,灰绿色,Fe,2+,红褐色沉淀,Fe,3+,红褐色,【高考警示钟】,(1)检验Fe,2+,时不能先加氯水后加KSCN溶液；当溶液的浓度较稀时，利用观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe,2+,和Fe,3+,的存在。,(2)检验Fe,2+,和Fe,3+,混合溶液时，要分两次分别检验Fe,2+,和Fe,3+,，检验Fe,2+,时要选择酸性高锰酸钾溶液，检验Fe,3+,时最好选择KSCN溶液。,【典例2】证明某溶液含有Fe,2+,而不含有Fe,3+,的实验方法是,( ),先加氯水，后加KSCN溶液后显红色；,先加KSCN溶液，不显红色，再加氯水后显红色；,滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后呈红褐色；,只滴加KSCN溶液不显红色。,A. B. C. D.,【解题指南】,解答本题应注意以下两点：,(1)Fe,2+,与SCN,-,不显色，Fe,3+,与SCN,-,显红色；,(2)检验Fe,2+,时不能先加氯水后加KSCN溶液。,【解析】,选B。不能排除Fe,3+,的干扰；先加KSCN溶液不显红色，排除了Fe,3+,的干扰，再加氯水后显红色，证明一定含有Fe,2+,；滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后呈红褐色，证明一定含有Fe,2+,；只滴加KSCN溶液不显红色，证明一定不含有Fe,3+,，但无法证明是否含有Fe,2+,，故选B项。,【技巧点拨】,检验Fe,3+,的其他方法,(1)Fe,3+,与过量的铁反应，溶液变为浅绿色。,(2)Fe,3+,与过量的铜反应，溶液变为蓝绿色。,(3)Fe,3+,与淀粉KI溶液反应，溶液变为蓝色。,(4)Fe,3+,与NaHCO,3,溶液反应，放出气体，产生红褐色沉淀。,【变式训练】,下列离子的检验方法合理的是( ),A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe,2+,B.向某溶液中通入Cl,2,，然后再加入KSCN溶液变红色，说明原溶液中含有Fe,2+,C.向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe,3+,D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe,2+,，不含有Mg,2+,【解析】,选C。向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明含Fe,3+,，但无法确定是否含Fe,2+,；向某溶液中通入Cl,2,，然后再加入KSCN溶液变红色，说明此时含Fe,3+,，但Cl,2,有氧化性，无法确定原来溶液中是Fe,2+,还是Fe,3+,；向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe,3+,；向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中含有Fe,2+,，但由于红褐色的掩盖，无法说明是否含有Mg,2+,。,【解题技巧4】极值法解决数据不足类计算问题,1优点,极值法是一种重要的数学思想和分析方法。化学上所谓“极值法”就是对数据不足而感到无从下手的计算或判断混合物组成的题目，采用极端假设(即假设全为某一成分或者恰好完全反应)的方法以确定混合体系中各物质的名称、质量分数、体积分数，这样使一些抽象的复杂的问题具体化、简单化，可达到事半功倍的效果。,2解题关键,极值法解题的关键是紧扣题设的可能趋势，选好极端假设的落点，将问题合理假设成某种“极值状态”。即根据题目给定的条件和化学反应原理，确定不确定条件的范围，计算相应条件下的最大值或最小值，综合分析得出正确答案。,3.常见类型,(1)用极值法确定混合气体的平均相对分子质量,混合气体的平均相对分子质量肯定介于各组分气体相对分子质量的最大值和最小值之间，但这个范围太大，依据题目内在关系和极值法可使范围更加准确。,(2)用极值法确定物质的质量,在物质组成明确、列方程缺少关系式无法解题时，可以根据物质组成进行极端假设得到有关极值，再结合平均值原则确定正确答案。,(3)用极值法确定物质的成分,根据物质的性质及组成进行极端假设得到有关的极值，再结合平均值(平均相对分子质量、平均物质的量等)原则得到正确的答案。,(4)用极值法确定可逆反应中反应物、生成物的取值范围,由于可逆反应总是不能完全进行到底，故在可逆反应中，分析反应物、生成物的量的取值范围时利用极值法能达到目标明确、方法简便、范围正确的目的。,(5)用极值法确定杂质的成分,在分析混合物杂质成分时，可以将主要成分与杂质成分极值化考虑，然后与实际情况比较，那么就能迅速判断出杂质的成分。,1.在一容积固定的密闭容器中进行反应：2SO,2,(g)O,2,(g),2SO,3,(g)。已知反应过程中某一时刻SO,2,、O,2,、SO,3,的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L。当反应达到平衡时，各物质的浓度可能存在的数据是( ),ASO,2,为0.4 mol/L，O,2,为0.2 mol/L,BSO,2,为0.25 mol/L,CSO,2,和SO,3,均为0.15 mol/L,DSO,3,为0.4 mol/L,【解析】,选B。本题可根据极值法进行分析。假设平衡向正反应,方向移动使反应完全进行，此时SO,3,的浓度最大为0.4 mol/L，,而SO,2,和O,2,的浓度最小为0；假设平衡向逆反应方向移动使反应,完全进行，此时SO,3,的浓度最小为0，而SO,2,和O,2,的最大浓度分别,为0.4 mol/L、0.2 mol/L。因该反应为可逆反应，反应不能向,任何一个方向进行到底，因此平衡时SO,3,、O,2,、SO,2,的浓度范围应,分别为0c(SO,3,)0.4 mol/L,0c(O,2,)0.2 mol/L，0c(SO,2,),0.4 mol/L。SO,2,反应转化成SO,3,，而SO,3,分解则生成SO,2,，那么,c(SO,3,)c(SO,2,)0.2 mol/L0.2 mol/L0.4 mol/L。对照,各选项，只有B项符合题意。,2在含有a g HNO,3,的稀硝酸溶液中，加入b g铁粉充分反,应，铁全部溶解并生成NO，有 g HNO,3,被还原，则ab 不,可能为( ),A21 B31,C41 D92,【解析】,选A。Fe与HNO,3,反应时，根据铁的用量不同，反应可分为两种极端情况。,(1)若Fe过量，发生反应：,3Fe,8HNO,3,(,稀,)=3Fe(NO,3,),2,2NO,4H,2,O,则有： ，解得：,此为ab的最小值。,(2)若HNO,3,过量，发生反应：,Fe,4HNO,3,(,稀,)=Fe(NO,3,),3,NO,2H,2,O,则有： ，解得：,此为ab的最大值。,所以ab的取值范围为： ，即ab的比值在此范围内均合理。,1.纯净铁的物理性质有( ),光亮的银白色 黑色,在潮湿空气中易腐蚀 有延展性,能导电导热,硬而脆,能被磁铁吸引，易被磁化,密度比铝小,A. B.,C. D.全部,【解析】,选B。通常情况下，纯净的铁是一种银白色金属，具有金属的通性(导电性、导热性和延展性)，密度比铝的大，能够被磁铁吸引产生磁性。在潮湿空气中易生锈而被腐蚀，但该性质属于化学性质，故不合题意。通常我们所见的铁是灰黑色的，所以在冶金工业上被称为“黑色金属”。,2.为了检验某FeCl,2,溶液是否变质时可向溶液中加入( ),A.NaOH溶液 B.铁片,C.KSCN溶液 D.石蕊溶液,【解析】,选C。由于FeCl,2,具有还原性，易被空气中的氧气氧化为FeCl,3,，所以检验FeCl,2,溶液是否变质时可向溶液中加入KSCN溶液，故选C项。,3.要除去氯化亚铁溶液中的少量氯化铁，可行的办法是( ),A.滴入KSCN溶液 B.通入氯气,C.滴入NaOH溶液 D.加入铁粉,【解析】,选D。A项，KSCN溶液常用来检验Fe,3+,而不是用来除去Fe,3+,；B项，通入Cl,2,是除去FeCl,3,溶液中的FeCl,2,；C项，滴入NaOH溶液可将两者均沉淀出来；D项，由于发生反应：Fe+ 2FeCl,3,=3FeCl,2,，所以加入铁粉既除去杂质又未引入新杂质，故选D项。,4.在FeCl,3,和CuCl,2,混合液中，加入过量的铁粉，充分反应后，溶液中的金属离子是( ),A.Fe,2+,B.Fe,3+,和Fe,2+,C.Cu,2+,和Fe,2+,D.Cu,2+,【解析】,选A。由于发生反应：Fe+2FeCl,3,=3FeCl,2,和Fe+CuCl,2,=FeCl,2,+Cu，当加入过量的铁粉时，FeCl,3,和CuCl,2,均完全反应，所以反应后溶液中的金属离子只有Fe,2+,，故选A项。,5.某校探究性学习小组用已部分生锈的废铁屑制作印刷电路板的腐蚀剂，并回收铜。探究过程如下：,请回答下列问题：,(1)步骤中先加入热的Na,2,CO,3,溶液除油污，操作甲的名称是_。,(2)步骤中，除发生反应Fe+2HCl=FeCl,2,+H,2,外，其他可能反应的离子方程式为：_。,(3)溶液C的颜色是_，溶液D中可能含有的金属阳离子有_。,(4)可以验证溶液B中是否含有Fe,2+,的一种试剂是_(填选项序号)。,a.稀硫酸 b.铁,c.硫氰化钾 d.酸性高锰酸钾溶液,(5)操作乙的名称是_，步骤产生金属铜的化学方程式为：_。,【解析】,(1)用热的Na,2,CO,3,溶液除去废铁屑上的油污后，将两者分离的方法是过滤。,(2)由于铁锈的主要成分是Fe,2,O,3,，还发生反应的离子方程式可能有：Fe,2,O,3,+6H,+,=2Fe,3+,+3H,2,O、 Fe+2Fe,3+,=3Fe,2+,。,(3)由BC发生的反应为：2FeCl,2,+Cl,2,=2FeCl,3,，FeCl,3,溶液呈棕黄色。向FeCl,3,溶液中加入印刷电路铜板，发生的反应为：2FeCl,3,+Cu=2FeCl,2,+CuCl,2,，若Cu不足量，则溶液D中可能含有的金属阳离子有Fe,2+,、Cu,2+,、Fe,3+,；若Cu足量，则溶液D中可能含有的金属阳离子有Fe,2+,、Cu,2+,，所以溶液D中可能含有的金属阳离子有Fe,2+,、Cu,2+,、Fe,3+,。,(4)由于Fe,2+,具有较强的还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以可用酸性高锰酸钾溶液验证溶液B中是否含有Fe,2+,。,(5)由“DE+氯气+铜”知，操作乙是电解过程，反应产生金属铜的化学方程式：CuCl,2,Cu+Cl,2,。,答案：,(1)过滤,(2),(3)棕黄色 Fe,2+,、Cu,2+,、Fe,3+,(4)d,(5)电解 CuCl,2,Cu+Cl,2,电解,=,电解,=,