内容正文:
第二单元 铁及其重要化合物
复习目标
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解铁及其重要化合物的主要性质。
2.了解铁及其重要化合物在生产、生活中的应用。
3.了解铁及其重要化合物的制备方法。
考点一 铁及其氧化物
[对应学生用书P51]
1.铁的单质
(1)铁在元素周期表中位置及自然界的存在
(2)铁的物理性质
颜色、状态
导电性、导热性
特性
熔点
银白色固体
良好
能被磁铁吸引
1 535 ℃
(3)铁的化学性质
铁的原子结构示意图为,最外层有2个电子,在反应中易失去电子,故铁具有较强的还原性。
①与非金属的反应
与O2反应
常温
铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)
点燃
3Fe+2O2Fe3O4
与Cl2反应
点燃
2Fe+3Cl22FeCl3
与S、I2反应
Fe+SFeS、Fe+I2FeI2
②与水的反应
常温下,铁与水不反应,在高温下,铁与水蒸气发生反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。
③与酸的反应(写出离子方程式)
与H+反应
Fe+2H+===Fe2++H2↑
与稀硝酸反应(与氧化性酸反应一般不产生氢气)
硝酸过量
Fe+4H++NO===Fe3++NO↑+2H2O
硝酸少量
3Fe+8H++2NO===3Fe2++2NO↑+4H2O
与浓硫酸、浓硝酸反应
常温下钝化,加热分别生成SO2、NO2
④与某些盐的反应(写出离子方程式)
铁与CuSO4溶液反应:Fe+Cu2+===Fe2++Cu(湿法炼铜的原理),铁与FeCl3溶液的反应:Fe+2Fe3+===3Fe2+。
铁是变价金属元素,与弱氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2+,与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓硫酸等)反应时被氧化为Fe3+。
2.铁的三种氧化物
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
化合价
+2价
+3价
+2价、+3价
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与非氧化性酸(H+)反
应的离子方程式
FeO+2H+===
Fe2++H2O
Fe2O3+6H+
===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
共性
高温时,都能被C、CO、Al等还原剂还原,生成单质铁
①FeO、Fe3O4与HNO3反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe2+被HNO3氧化成Fe3+。
②Fe2O3、Fe3O4与HI反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe3+被I-还原为Fe2+。
(1)铁与稀盐酸、少量Cl2反应均生成FeCl3( × )
(2)常温下,可以用铁质容器储存、运输浓硝酸和浓硫酸( √ )
(3)铁在氧气中燃烧或在高温下与水蒸气反应均生成Fe3O4( √ )
(4)铁是较活泼的金属,与卤素单质(X2)反应均生成卤化铁(FeX3)( × )
(5)在给定条件下能实现转化:Fe2O3(s)Fe(s)FeCl3(aq)( × )
考向1 铁与酸、水蒸气的反应
【例1】 某同学设计如下装置进行铁与水蒸气反应的实验,虚线框处的装置用来检验生成的气体。下列说法正确的是( )
A.实验后,装置B中生成红棕色固体
B.虚线框C处应该选择装置甲
C.实验时将螺旋状铜丝加热变黑后再趁热迅速伸入试管中,可观察到铜丝由黑变红
D.实验后,将装置B中的固体溶于足量稀硫酸,所得溶液中一定含有Fe3+
C 解析:铁与水蒸气在高温下反应生成黑色的Fe3O4固体,A错误;氢气的密度小于空气的密度,故虚线框C处应选择装置乙,B错误;实验时将螺旋状铜丝加热变黑后再趁热迅速伸入试管中,H2将CuO还原为Cu,观察到铜丝由黑变红,C正确;实验后,将装置B中的固体溶于足量稀硫酸,由于可能发生反应Fe+2Fe3+===3Fe2+,故所得溶液中不一定含有Fe3+,D错误。
考向2 铁的氧化物的性质及转化
【例2】 中学化学中经常提到的铁的氧化物有FeO、Fe2O3和Fe3O4,在一定条件下它们之间可以相互转化,在超过1 400 ℃的温度下加热Fe2O3时,Fe2O3会部分失去氧,生成Fe3O4。下列说法错误的是( )
A.热稳定性:Fe3O4>Fe2O3
B.Fe2O3俗称铁红,可作油漆的红色颜料
C.Fe3O4为黑色固体,其中+2价铁与+3价铁的物质的量之比为1∶2
D.由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物中,铁元素与氧元素的质量比可能为7∶3
D 解析:在超过1 400 ℃的温度下加热Fe2O3时,Fe2O3会部分失去氧,生成Fe3O4,则热稳定性:Fe3O4>Fe2O3,A正确;Fe2O3颜色是红棕色,俗称铁红,可作油漆的红色颜料,B正确;Fe3O4为黑色固体,可以写成FeO·Fe2O3,则+2价铁与+3价铁的物质的量之比为1∶2,C正确;在FeO中,铁元素与氧元素的质量比为7∶2,在Fe2O3中,铁元素与氧元素的质量比为7∶3,在Fe3O4中,铁元素与氧元素的质量比为21∶8,则FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物中,铁元素与氧元素的质量比在7∶2和7∶3之间,D错误。
(1)铁与不同氧化剂反应生成+2价或+3价铁的规律
(2)从物质类别和元素价态两个维度认识铁的氧化物
1.铁及其化合物应用广泛,下列说法不正确的是( )
A.FeCl3溶液作为制作电路板的腐蚀液
B.在酱油中加入铁强化剂,可以减少缺铁性贫血问题的发生
C.氧化铁常用作油漆、涂料的红色原料
D.合金钢的用途广泛,它只含Fe、C两种元素
D 解析:Cu可被氯化铁溶液氧化,则FeCl3溶液作为制作电路板的腐蚀液,故A正确;亚铁离子有利于血红蛋白的合成,则在酱油中加入铁强化剂,可以减少缺铁性贫血问题的发生,故B正确;氧化铁为红棕色,则氧化铁常用作油漆、涂料的红色原料,故C正确;合金钢主要含Fe、C元素,合金钢是在碳素钢中加入一种或几种合金元素,使组织结构发生变化,具有特殊的性质,故D错误。
2.(双选)纳米级Fe3O4可用于以太阳能为热源分解水制H2,过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.过程 Ⅰ 的反应:2Fe3O4===6FeO+O2↑,Fe3O4表现氧化性和还原性
B.过程 Ⅱ 的反应:2H2O ===2H2↑+O2↑,FeO表现还原性
C.两个转化过程都发生了氧化还原反应
D.过程 Ⅰ 中FeO是还原产物,过程 Ⅱ 中FeO是氧化剂
BD 解析:由图可知,过程 Ⅰ 中Fe3O4分解为FeO和O2,发生反应:2Fe3O4===6FeO+O2↑,A正确;过程 Ⅱ 中FeO和H2O反应生成Fe3O4和H2,发生反应:3FeO+H2O===Fe3O4+H2↑,FeO为还原剂,表现还原性,B错误;过程Ⅰ中Fe、O元素化合价变化,过程 Ⅱ 中Fe、H元素化合价变化,故均为氧化还原反应,C正确;过程Ⅰ中部分Fe元素由+3价变为+2价,则FeO是还原产物,过程 Ⅱ 中部分Fe元素由+2价变为+3价,则FeO是还原剂,D错误。
考点二 铁的氢氧化物
[对应学生用书P53]
1.Fe(OH)3和Fe(OH)2的比较
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应(写离子方程式)
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++ 3H2O
热稳定性
—
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
2.Fe(OH)3和Fe(OH)2的制备及转化
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
制备原理
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↓
二者转化
在空气中,Fe(OH)2能够被氧气氧化成Fe(OH)3,白色絮状沉淀逐步变成灰绿色,最后变成红褐色:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
①Fe(OH)2与稀硝酸反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe2+与NO、H+发生氧化还原反应。
②Fe(OH)3与HI反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe3+被I-还原为Fe2+。
(1)Fe(OH)2与稀硝酸发生中和反应,生成Fe(NO3)2和H2O( × )
(2)Fe(OH)3与稀硫酸发生反应,生成Fe2(SO4)3和H2O( √ )
(3)FeCl3溶液中加入足量氨水,可得到Fe(OH)3沉淀( √ )
(4)在空气中Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3,说明Fe(OH)3比Fe(OH)2稳定( √ )
考向1 Fe(OH)3和Fe(OH)2的性质及转化
【例1】 某同学向一新制的FeSO4溶液中逐滴滴加NaOH溶液直至过量,生成的白色沉淀逐步变成灰绿色,一段时间后,有红褐色物质生成。下列说法正确的是( )
A.灰绿色沉淀为Fe(OH)2
B.红褐色物质灼烧后可得到铁单质
C.在隔绝空气的条件下进行上述实验,可长时间观察Fe(OH)2沉淀的颜色
D.向上述白色沉淀中加入稀硝酸,得到浅绿色溶液
C 解析:Fe(OH)2为白色沉淀,A错误;红褐色物质是Fe(OH)3,灼烧后可得到Fe2O3,B错误;Fe(OH)2易被空气中的氧气氧化,在隔绝空气的条件下进行上述实验,可长时间观察Fe(OH)2沉淀的颜色,C正确;白色沉淀为Fe(OH)2,加入稀硝酸发生氧化还原反应,生成Fe(NO3)3、NO和H2O,溶液变成棕黄色,D错误。
考向2 实验探究Fe(OH)2的制备
【例2】 在实验室里用以下方法制备并较长时间保存Fe(OH)2,能成功的是( )
C 解析:NaOH溶液滴入FeSO4溶液中,二者在FeSO4溶液液面处生成Fe(OH)2,迅速被O2氧化,不能较长时间保存Fe(OH)2,A错误;NaOH溶液与FeCl3溶液反应生成红褐色沉淀Fe(OH)3,不能制取Fe(OH)2,B错误;先滴加稀硫酸,铁粉与稀硫酸反应生成H2,利用产生的H2排出装置内空气,再滴加NaOH溶液,反应生成白色沉淀Fe(OH)2,C正确;NaOH溶液通过长胶头滴管滴入FeSO4溶液中,在液体内部生成Fe(OH)2,未隔绝空气,不能较长时间保存Fe(OH)2,D错误。
[深度思考]若对装置D进行改进,如何操作可达到预期实验目的?
答案:预先将NaOH溶液煮沸、冷却,并在FeCl2溶液表面加少量煤油、苯等有机物隔绝空气。
(1)制备Fe(OH)2防氧化常用的三种方法
①有机物覆盖层法
将吸有NaOH溶液的长胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图所示
②还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,可长时间观察到白色沉淀,如图所示
③电解法
用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯或煤油,如图所示
(2)实验室制备Fe(OH)2的注意事项
1.实验室可以用如图所示装置制备氢氧化亚铁,下列说法错误的是( )
A.实验前应把稀硫酸和氢氧化钠溶液均煮沸处理
B.实验开始阶段,应把弹簧夹C和D都打开
C.一段时间后,关闭弹簧夹C和D,在B中生成白色絮状沉淀
D.实验结束后关闭弹簧夹D,可以长时间保存氢氧化亚铁
C 解析:实验前,把稀硫酸和氢氧化钠溶液均煮沸处理,排出溶液中溶解的O2,防止Fe(OH)2被氧化,A正确;实验开始阶段,把弹簧夹C和D都打开,利用装置A中产生的H2排出装置内的空气,B正确;一段时间后,关闭弹簧夹C,将装置A中生成的FeSO4溶液压入装置B中,在装置B中生成白色絮状沉淀,不能关闭弹簧夹D,否则装置A中溶液不能进入装置B,C错误;实验结束后关闭弹簧夹D,空气不能进入装置B,可以长时间保存氢氧化亚铁,D正确。
2.某同学设计如图所示装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答下列问题:
(1)仪器1的名称:______________。装置5的作用:______________________。
(2)实验开始时,关闭K2,打开K1,反应一段时间后,再打开K2,关闭K1,发现装置3中溶液不能进入装置4中。请为装置作一处改进,使溶液能进入装置4中__________________。
(3)装置改进后,将装置3中反应后溶液压入装置4中,在装置4中析出灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因: ___________________________________。
答案:(1)分液漏斗 液封,防止空气进入装置4
(2)在装置2、3之间添加控制开关
(3)装置4内的空气没有排尽
解析:(1)Fe(OH)2易被空气中氧气氧化,故装置5的作用是防止空气进入装置4中。
(2)由于产生的H2能够从装置2逸出,从而不能将液体压入装置4中,故需要在装置2、3之间加一个控制开关,阻止H2的逸出。
(3)反应开始时,应通过产生的H2将装置3、4中的空气完全排出,防止生成的Fe(OH)2被氧化。
考点三 铁盐和亚铁盐
[对应学生用书P55]
1.铁盐
2.亚铁盐
3.具体应用
(1)盐溶液的配制与保存
(2)物质制备
(1)FeCl3、FeCl2均可通过化合反应制取( √ )
(2)中性溶液中可能大量存在Na+、Fe3+、Cl-、SO( × )
(3)在pH=1的溶液中可能大量存在K+、Fe2+、Cl-、NO( × )
(4)FeSO4片剂与维生素C同时服用能增强治疗缺铁性贫血的效果( √ )
考向1 铁盐、亚铁盐的性质及转化
【例1】 某兴趣小组用油性笔在一小块覆铜板上写上“化学”,然后浸入盛有FeCl3溶液的小烧杯中,过一段时间后,取出覆铜板,用水洗净并晾干(如图)。对反应后的溶液进行分析,溶液中c(Fe3+)与c(Cu2+)之比为2∶3。下列说法不正确的是( )
A.反应后的溶液中:c(Fe3+)∶c(Fe2+)=1∶1
B.反应的离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
C.反应后的溶液中:c(Cl-)>c(Fe2+)>c(Cu2+)>c(Fe3+)
D.反应后的溶液再生为FeCl3:加入足量铁粉,过滤,滤液中通入足量Cl2
A 解析:FeCl3溶液腐蚀覆铜板发生反应:2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2,离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,B正确;测得溶液中c(Fe3+)∶c(Cu2+)=2∶3,结合反应推知,溶液中c(Fe2+)∶c(Cu2+)=2∶1,从而推知溶液中c(Fe3+)∶c(Fe2+)=1∶3,A错误;结合A项分析可知,反应后的溶液中:c(Cl-)>c(Fe2+)>c(Cu2+)>c(Fe3+),C正确;反应后的溶液含有FeCl2、CuCl2、FeCl3,加入足量铁粉置换出Cu,过滤,滤液中通入足量Cl2,将FeCl2氧化生成FeCl3,实现腐蚀液的再生,D正确。
考向2 Fe2+、Fe3+的检验方法及原理
【例2】 某课外活动小组探究某食品包装袋中还原性铁粉是否变质,分别取少量样品溶于盐酸,然后进行下列实验。下列说法正确的是( )
A.若滴加NaOH溶液,无红褐色沉淀产生,说明铁粉未变质
B.若滴加KSCN溶液,溶液变红,说明铁粉变质
C.若先滴加氯水,再滴加KSCN溶液,溶液变红,说明铁粉全部变质
D.若滴加NaOH溶液,无白色沉淀产生,说明铁粉全部变质
B 解析:若滴入的NaOH少,盐酸未被中和完,即使铁变质了,也不会有红褐色沉淀产生,若滴加NaOH溶液,无红褐色沉淀产生,不能说明铁粉未变质,故A错误;若滴加KSCN溶液,溶液变红,证明溶液中存在铁离子,说明铁粉变质,故B正确;若先滴加氯水,不变质的亚铁离子会被氧化生成铁离子,再滴加KSCN溶液,溶液变红,不能说明铁粉全部变质,故C错误;由于Fe(OH)2很容易被氧化,滴入NaOH溶液无白色沉淀,不能说明原溶液中无Fe2+,故D错误。
(1)Fe2+和Fe3+检验的常用方法
①Fe2+的检验
方法1
样品溶液无现象溶液变血红色,证明含有Fe2+
方法2
样品溶液产生白色絮状沉淀,逐步变成灰绿色,最后变为红褐色,证明含有Fe2+
方法3
样品溶液生成蓝色沉淀,证明含有Fe2+
②Fe3+的检验
方法1
样品溶液溶液变为血红色,证明含有Fe3+
方法2
样品溶液产生红褐色沉淀,证明含有Fe3+
(2)检验Fe2+和Fe3+的三个易错点
1.硫酸亚铁的用途广泛,可以制备如图所示物质,下列说法错误的是( )
A.Fe4(OH)2(SO4)5属于碱式盐,可用作净水剂
B.与足量NH4HCO3反应的离子方程式为HCO+Fe2+===FeCO3↓+H+
C.可用稀硫酸和K3[Fe(CN)6]溶液检验铁红中是否含有FeCO3
D.“冷却结晶”后的操作是过滤,“煅烧”操作的主要仪器有酒精灯、坩埚、玻璃棒
B 解析:Fe4(OH)2(SO4)5由Fe3+、OH-和SO构成,属于碱式盐,溶于水后Fe3+发生水解反应得到Fe(OH)3胶体,可以吸附水中悬浮的杂质,起到净水作用,A正确;FeSO4溶液与足量NH4HCO3溶液发生反应生成FeCO3并放出CO2,反应的离子方程式为2HCO+Fe2+===FeCO3↓+CO2↑+H2O,B错误;铁红中若含有FeCO3,加入稀硫酸溶解后所得溶液中含Fe2+,再滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,若不产生蓝色沉淀,则不含FeCO3,C正确;高温下煅烧FeCO3固体要在坩埚中进行,D正确。
2.向硫酸铁溶液中通入少量SO2气体,要证明该过程发生了氧化还原反应,加入下列试剂一定可行的是( )
A.KSCN溶液、氯水 B.K3[Fe(CN)6]
C.NaOH溶液 D. BaCl2溶液
B 解析:KSCN检验Fe3+,因为通入的SO2较少,所以反应后的溶液中仍然存在Fe3+,不能检验Fe2+,故A错误;向硫酸铁溶液中通入少量SO2气体,如果发生氧化还原反应则生成FeSO4,要证明该过程发生了氧化还原反应,实际上是检验Fe2+,Fe2+和铁氰化钾反应生成蓝色沉淀,所以应该选择的试剂是K3[Fe (CN)6],故B正确;NaOH溶液和Fe2+生成白色沉淀、和Fe3+生成红褐色沉淀,生成的白色沉淀较少,红褐色沉淀掩盖白色沉淀,故C错误;BaCl2溶液用于检验硫酸根离子,硫酸铁过量,所以不能用氯化钡检验生成的硫酸根离子,故D错误。
[对应学生用书P56]
角度 铁及其化合物的性质与应用
1.(2021·江苏卷)下列有关物质的性质与用途不具有对应关系的是( )
A.铁粉能与O2反应,可用作食品保存的吸氧剂
B.纳米Fe3O4能与酸反应,可用作铁磁性材料
C.FeCl3具有氧化性,可用于腐蚀印刷电路板上的Cu
D.聚合硫酸铁能水解并形成胶体,可用于净水
B 解析:铁粉能与空气中O2反应,故可用作食品保存的吸氧剂,A正确;纳米Fe3O4具有磁性,可用作铁磁性材料,与其能和酸反应无关,B错误;FeCl3与Cu反应生成FeCl2和CuCl2,主要利用其氧化性,C正确;聚合硫酸铁能水解并形成Fe(OH)3胶体,具有吸附性,可用于净水,D正确。
(判断下列说法的正误)
(1)(2022·广东卷)铁与H2O高温下会反应,工人将模具干燥后再注入熔融钢水( √ )
(2)(2023·新课标全国卷)古壁画颜料中所用的铁红,其成分为Fe2O3( √ )
(3)(2023·浙江1月选考卷)工业上煅烧黄铁矿(FeS2)生产SO2( √ )
(4)(2022·浙江6月选考卷)浓硝酸与铁在常温下不能反应,所以可用铁质容器贮运浓硝酸( × )
(5)(2021·广东卷)H2O(g)通过灼热铁粉:3H2O(g)+2Fe===Fe2O3+3H2( × )
角度 Fe2+、Fe3+的性质及检验
2.(2023·江苏卷)室温下,探究0.1 mol/LFeSO4溶液的性质,下列实验方案能达到探究目的的是 ( )
探究目的
实验方案
A
溶液中是否含有Fe3+
向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴新制氯水,再滴加KSCN溶液,观察溶液颜色变化
B
Fe2+是否有还原性
向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴酸性KMnO4溶液,观察溶液颜色变化
C
Fe2+是否水解
向2 mL FeSO4溶液中滴加2~3滴酚酞试液,观察溶液颜色变化
D
Fe2+能否催化H2O2分解
向2 mL 5% H2O2溶液中滴加几滴FeSO4溶液,观察气泡产生情况
B 解析:检验溶液中是否含有Fe3+应直接向待测液中滴加KSCN溶液,向待测液中滴加氯水会将Fe2+氧化为Fe3+干扰实验,A错误;向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴酸性KMnO4溶液,若观察溶液紫色褪去,说明Fe2+有还原性,B正确;Fe2+发生水解反应Fe2++2H2O⥫⥬2H++Fe(OH)2使溶液显酸性,应向2 mL FeSO4溶液中滴加2~3滴石蕊试液,观察溶液颜色变化,C错误;H2O2具有氧化性,能氧化Fe2+,向2 mL 5% H2O2溶液中滴加几滴FeSO4溶液,若产生气泡有可能是Fe3+的催化作用,D错误。
(判断下列说法的正误)
(1)(2023·辽宁卷)月壤中的“嫦娥石[(Ca8Y)Fe(PO4)7]”其成分属于无机盐( √ )
(2)(2023·辽宁卷)用KSCN溶液检验FeSO4是否变质( √ )
(3)(2023·北京卷)向沸水中滴入饱和FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体( √ )
(4)(高考题改编)探究KI与FeCl3反应的限度:取5 mL 0.1 mol/L KI溶液于试管中,加入1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液,充分反应后滴入5滴15% KSCN溶液,若溶液变红色,则KI与FeCl3的反应有一定限度( √ )
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