内容正文:
第9讲 铁及其重要化合物
1.了解铁及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解铁及其重要化合物的制备方法。
考点1 铁的单质、氧化物和氢氧化物
➢ 对应学生用书P43
1.铁的单质
(1)位置
(2)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。
①Fe与Cl2、S反应的化学方程式:2Fe+3Cl22FeCl3;Fe+SFeS。
②Fe与水蒸气反应的化学方程式:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。
③Fe与氧化性酸(如HNO3)的反应(写离子方程式,下同)
Fe与过量稀HNO3的反应:Fe+N+4H+Fe3++NO↑+2H2O;
Fe与少量稀HNO3的反应:3Fe+2N+8H+3Fe2++2NO↑+4H2O;
④Fe与FeCl3溶液的反应:Fe+2Fe3+3Fe2+。
2.铁的氧化物
(1)物理性质
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
—
铁红
磁性氧化铁
色、态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
+2价
+3价
+2价、+3价
(2)化学性质
①FeO不稳定,在空气里受热,能迅速被氧化成Fe3O4。
②FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式:
FeO+2H+Fe2++H2O;
Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O;
Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O。
③FeO与稀硝酸反应的化学方程式:3FeO+10HNO33Fe(NO3)3+NO↑+5H2O。
④FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式:
FeO+2HIFeI2+H2O;Fe2O3+6HI2FeI2+I2+3H2O。
3.铁的氢氧化物(是离子反应的写离子方程式)
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色、态
白色固体
红褐色固体
与盐酸
反应
Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
受热分解
—
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
制法
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↓
二者的
关系
在空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
易丨错丨易丨混
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
1.铁的化学性质比较活泼,所以铁在自然界中全部以化合态形式存在。 ( × )
2.Fe分别与Cl2和盐酸反应所得氯化物相同。 ( × )
3.常温下可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸。 ( √ )
4.铁是较活泼的金属,它与卤素单质(X2)反应生成物为FeX2。 ( × )
5.铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4。 ( √ )
6.在空气中,白色的Fe(OH)2迅速转变成灰绿色,最终变成红褐色。 ( √ )
7.Fe(OH)2与HNO3发生反应的离子方程式为Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O。 ( × )
题组一 铁及其化合物的性质
1.(2025·吉林省白城实验高级中学高三期末考试)把足量的铁粉投入硫酸和硫酸铜的混合溶液中,充分反应后过滤,所得金属粉末的质量与原铁粉的质量相等,则原溶液中H+与SO的物质的量浓度之比为( )
A.1∶4 B.2∶7
C.1∶2 D.3∶8
解析 设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别为x、y。
Fe + CuSO4===FeSO4+Cu Δm(固体质量增加)
56 g 1 mol 64 g 8 g
56y g y 64y g 8y g
Fe + H2SO4===FeSO4+H2↑ Δm(固体质量减少)
56 g 1 mol 5 g
56x g x 56x g
因为在反应前后固体质量相等,所以Δm(减)=Δm(增),即:56x=8y,===,则==,故合理选项是A。
答案 A
2.关于铁的三种氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)的下列叙述中正确的是 ( )
A.铁的三种氧化物中铁元素的化合价完全相同
B.都是碱性氧化物,都能与盐酸反应生成氯化铁和水
C.氧化亚铁在空气中加热可生成更稳定的四氧化三铁
D.四氧化三铁中铁元素有+2价和+3价,它是一种混合物
解析 A项,FeO中铁元素的化合价为+2价,Fe2O3中铁元素的化合价为+3价,Fe3O4为复杂的氧化物,其中铁的化合价可以看作是由+2、+3价组成,故A错误;B项,FeO、Fe2O3为碱性氧化物,FeO与盐酸反应:FeO+2HClFeCl2+H2O,Fe2O3与盐酸反应Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O,Fe3O4不属于碱性氧化物,与盐酸反应:Fe3O4+8HClFeCl2+2FeCl3+4H2O,故B错误;C项,氧化亚铁在空气中加热可生成更稳定的四氧化三铁,故C正确;D项,四氧化三铁是复杂的化合物,属于纯净物,故D错误。
答案 C
题组二 氢氧化亚铁的制备
3.(2024·山东枣庄三中月考)有关铁的化合物的说法中,错误的是( )
A.Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化转变为红褐色
B.由图示操作可制取Fe(OH)2
C.Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得
D.Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应
解析 Fe(OH)2是一种白色固体,A错误;煤油能减少FeSO4溶液与氧气接触,可以避免试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化,B正确;铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4,可通过化合反应4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3来制取Fe(OH)3,C正确;Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应,D正确。
答案 A
4.(2022·哈尔滨模拟)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 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+2H2O===4Fe(OH)3,因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的空气或氧气。①②原理一样,都是先用铁与稀硫酸反应产生的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;③的原理为铁做阳极产生Fe2+,与阴极产生的OH-结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
答案 ①②③⑤
防止Fe(OH)2被氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸,去除溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部,并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气,如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层,如苯、植物油等。
(5)用Fe做阳极,石墨做阴极,电解NaOH溶液,在溶液上面加苯、汽油等保护层,利用新产生的Fe2+与溶液中的OH-反应制取Fe(OH)2。
考点2 铁及其化合物的转化关系及应用
➢ 对应学生用书P45
1.铁及其化合物的相互转化
(1)亚铁盐
①氧化性和还原性
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+处于铁元素的中间价态,既有氧化性,又有还原性,其中以还原性为主,如遇Br2、Cl2、H2O2、N(H+)等均表现还原性。
Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。
FeCl2溶液与稀HNO3反应的离子方程式为3Fe2++N+4H+3Fe3++NO↑+2H2O。
②易水解
Fe(OH)2是弱碱,含Fe2+的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。配制硫酸亚铁溶液时常加少量硫酸抑制Fe2+的水解,加少量铁屑防止Fe2+被氧化。
(2)铁盐
①氧化性:含有Fe3+的溶液呈棕黄色,Fe3+处于铁元素的高价态,遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现氧化性。
Fe3+可腐蚀印刷电路板上的铜箔,反应的离子方程式为2Fe3++CuCu2++2Fe2+。
向FeCl3溶液中滴入淀粉KI溶液,溶液变蓝,离子方程式为2I-+2Fe3+I2+2Fe2+。
②易水解:Fe(OH)3是很弱的碱,且溶度积很小,因而Fe3+极易水解,只能存在于酸性较强的溶液中。
a.利用Fe3+易水解的性质,实验室可将饱和FeCl3溶液滴入沸水中制取氢氧化铁胶体,反应的化学方程式为FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl。
b.利用Fe3+易水解的性质,工业上常用调节pH的方法除去溶液中的铁离子。
c.利用Fe3+易水解的性质,实验室配制氯化铁溶液,通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中,然后再稀释至所需浓度。
d.Fe3+与 HCO、[Al(OH)4]-、C、ClO-等水解呈碱性的离子不能大量共存。
2.Fe2+、Fe3+的检验
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe2+、Fe3+的检验
混合溶液溶液变红色,说明含有Fe3+;
混合溶液酸性KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+。
(4)Fe2+的特征检验方法
待检溶液产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,反应的离子方程式为Fe2++K++[Fe(CN)6]3-KFe[Fe(CN)6]↓。
易丨错丨易丨混
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
1.Fe3+有氧化性,所以FeCl3溶液可用于回收旧电路板中的铜。( √ )
2.将FeCl3溶液蒸干可得到FeCl3晶体。 ( × )
3.在溶液中加KSCN溶液,溶液显红色,证明原溶液中有Fe3+,无Fe2+。 ( × )
4.检验Fe(NO3)2晶体是否氧化变质的方法是将Fe(NO3)2样品溶于稀H2SO4后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变红。 ( × )
5.Fe2(SO4)3和KI溶液反应的离子方程式:2Fe3++2I-===2Fe2++I2。( √ )
6.(NH4)2Fe(SO4)2溶液与过量NaOH溶液反应制Fe(OH)2的离子方程式:Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。( × )
题组一 Fe2+ 和Fe3+的检验
1.(2023·山东枣庄开学考)向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,当再滴入几滴新制氯水后,混合溶液变成红色。则下列结论错误的是( )
A.该溶液中一定含有SCN-
B.氧化性:Fe3+>Cl2
C.Fe2+与SCN-不能形成红色物质
D.Fe2+能被氧化为Fe3+
解析 能使含Fe3+的溶液变为红色,说明原溶液中一定含有SCN-,故A正确;溶液中的Fe2+被新制氯水氧化为Fe3+,反应的离子方程式为
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,故氧化性:Fe3+<Cl2,故B错误,D正确;因原溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,说明Fe2+与SCN-不能形成红色物质,故C正确。
答案 B
2.在铁粉与水蒸气反应后的残留固体X中,加入足量的稀硫酸,充分反应后得到溶液Y。下列说法正确的是 ( )
A.若X中含有铁,则反应时一定有气泡
B.若向Y中滴入KSCN溶液显红色,则X中无铁
C.Y一定能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D.Y中滴入NaOH溶液,一定有沉淀产生
解析 铁和水蒸气反应生成Fe3O4和氢气,残留固体为Fe3O4或Fe3O4和Fe的混合物。加入足量的稀硫酸,Fe3O4和硫酸反应:Fe3O4+4H2SO4FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O,若有铁剩余,由于氧化性:Fe3+>H+,所以还会依次发生反应:Fe+Fe2(SO4)33FeSO4,Fe+H2SO4FeSO4+H2↑。若X中含有铁,但铁全部和Fe2(SO4)3反应,则没有气泡,故A错误;若向Y中滴入KSCN溶液显红色,说明Y中含Fe3+,可能X中无铁,也可能X中铁不足以将Fe2(SO4)3全部转化为FeSO4,故B错误;不论X是Fe3O4,还是Fe3O4和Fe的混合物,和硫酸反应后都有Fe2+,所以一定能使酸性高锰酸钾溶液褪色,故C正确;若硫酸过量,则向Y中滴入NaOH溶液,硫酸消耗了NaOH,则没有沉淀产生,故D错误;故选C。
答案 C
题组二 “铁三角”转化及应用
3.(2024·湖南永州模拟)自来水厂利用铁屑及FeCl2溶液处理泄漏的Cl2。下列有关说法不正确的是( )
A.Cl2和水反应的离子方程式为H2O+Cl2HClO+H++Cl-
B.吸收泄漏氯气的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Cl-+2Fe3+
C.铁屑的作用是将FeCl3还原为FeCl2,使吸收液获得再生
D.铁屑耗尽时溶液中可能大量存在:Fe2+、Fe3+、ClO-、Cl-
解析 溶于水的Cl2部分与水反应生成HCl和HClO,该反应是可逆反应,HClO是弱酸不可拆,A正确;泄漏的Cl2被FeCl2溶液吸收,反应生成FeCl3,离子方程式为2Fe2++Cl2===2Cl-+2Fe3+,B正确;吸收Cl2后FeCl2转化为FeCl3,铁屑可将FeCl3还原为FeCl2,使吸收液获得再生,C正确;Fe2+具有还原性,ClO-具有较强氧化性,二者发生氧化还原反应,不能大量共存,D错误。
答案 D
4.将铁置于FeCl3、CuCl2的混合溶液中,下列说法正确的是( )
A.若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+
B.若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+
C.若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出
D.若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出
解析 向混合溶液中加入铁粉,依次发生反应,2FeCl3+Fe===3FeCl2,Fe+CuCl2===FeCl2+Cu。若无固体剩余,则溶液中可能有Fe3+未被完全还原而存在,也可能恰好完全被还原而不存在,A项错误;若有固体存在,则溶液中一定有Fe3+被还原生成Fe2+,B项正确;若溶液中有Cu2+,则可能Cu2+未被还原或部分被还原,则固体中一定不存在Fe,但可能存在Cu,C项错误;若溶液中有Fe2+,则可能是Cu2+被还原有单质Cu析出或Cu2+未被还原而没有固体析出,D项错误。故选B。
答案 B
[对应学生用书P46]
1.(2024·高考安徽卷)下列选项中的物质能按图示路径在自然界中转化,且甲和水可以直接生成乙的是( )
选项
甲
乙
丙
A
Cl2
NaClO
NaCl
B
SO2
H2SO4
CaSO4
C
Fe2O3
Fe(OH)3
FeCl3
D
CO2
H2CO3
Ca(HCO3)2
解析 A.Cl2和水反应生成HClO和HCl,无法直接生成NaClO,A错误;B.SO2与水反应生成亚硫酸而不是硫酸,B错误;C.氧化铁与水不反应,不能生成氢氧化铁沉淀,C错误;D.CO2与水反应生成碳酸,碳酸与碳酸钙反应生成碳酸氢钙,碳酸氢钙受热分解生成二氧化碳气体,D正确。故选D。
答案 D
2.(2024·高考新课标卷)实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气反应。下列说法错误的是( )
A.反应为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更好
C.用木柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
解析 A.铁和水蒸气在高温下发生反应生成Fe3O4和H2,该反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,A正确;B.酒精灯放在铁粉下方加热可以产生高温,且不影响水的蒸发,若移至湿棉花下方则难以产生高温,则实验效果不好,B错误;C.用木柴点燃肥皂泡,若产生尖锐的爆鸣声,则可检验生成的气体为氢气,C正确;D.由于该实验中的反应要在高温下发生,因此要使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉,D正确。故选B。
答案 B
3.(2022·高考河北卷)以焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe(NH4)Fe(CN)6颜料。工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)红渣的主要成分为________(填化学式,下同),滤渣①的主要成分为________。
(2)黄铁矿研细的目的是________________________________。
(3)还原工序中,不生成S单质的反应的化学方程式为_____________________。
(4)工序①的名称为________________,所得母液循环使用。
(5)沉铁工序产生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合价为________,氧化工序发生反应的离子方程式为_________________________________________。
(6)若用还原工序得到的滤液制备Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4,所加试剂为________和________。(填化学式,不引入杂质)
解析 已知黄铁矿高温煅烧生成Fe2O3,反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,故产生的红渣主要成分为Fe2O3和SiO2;将红渣粉碎后加入足量的50 %的H2SO4溶液加热,反应为Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O,过滤出滤渣①,主要成分为SiO2,向滤液中加入黄铁矿进行还原,将Fe3+还原为Fe2+,由(3)小问可知不生成S单质,则硫元素被氧化为SO,反应为14Fe3++FeS2+8H2O15Fe2++2SO+16H+,然后进行工序①(即蒸发浓缩、冷却结晶、过滤),得到FeSO4晶体和母液,母液中主要含有FeSO4溶液和H2SO4,加水溶解FeSO4晶体,向所得溶液中加入(NH4)2SO4、K4[Fe(CN)6]并用H2SO4调节溶液的pH为3,进行沉铁,反应原理为Fe2++2NH+[Fe(CN)6]4-===Fe(NH4)2Fe(CN)6↓,然后过滤出沉淀,洗涤后加入H2SO4和NaClO3进行氧化,反应为6Fe(NH4)2Fe(CN)6+ClO+6H+6Fe(NH4)Fe(CN)6+Cl-+3H2O+6NH,过滤、洗涤、干燥即制得Fe(NH4)Fe(CN)6,据此分析解题。
答案 (1)Fe2O3和SiO2 SiO2 (2)增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率
(3)7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O15FeSO4+8H2SO4 (4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤
(5)+2 6Fe(NH4)2Fe(CN)6+ClO+6H+6Fe(NH4)Fe(CN)6+Cl-+3H2O+6NH
(6)H2O2 NH3·H2O
4.(2021·高考河北卷)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺,该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料,不产生废弃物,实现了Cr-Fe-Al-Mg的深度利用和Na+内循环。工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是 (填元素符号)。
(2)工序①的名称为 。
(3)滤渣的主要成分是 (填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程式为 。
(5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH,此时发生的主要反应的化学方程式为 ,可代替NaOH的化学试剂还有 (填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序 (填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
解析 由题给流程可知,铬铁矿、氢氧化钠和空气在高温下连续氧化,在熔融氢氧化钠作用下,Fe(CrO2)2被氧气高温氧化生成铬酸钠和氧化铁,氧化铝与熔融氢氧化钠反应转化为四羟基合铝酸钠,氧化镁不反应;将氧化后的固体加水溶解,过滤得到含有氧化镁、氧化铁的滤渣Ⅰ和含有过量氢氧化钠、铬酸钠、四羟基合铝酸钠的滤液;将滤液在介稳态条件下分离得到铬酸钠溶液、氢氧化钠溶液和四羟基合铝酸钠溶液;向铬酸钠溶液中通入过量的二氧化碳得到重铬酸钠和碳酸氢钠淀;向四羟基合铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体得到氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠;向滤渣Ⅰ中通入二氧化碳和水蒸气,氧化镁与二氧化碳和水蒸气反应转化为碳酸氢镁溶液;碳酸氢镁溶液受热分解得到碳酸镁固体和二氧化碳、水蒸气,二氧化碳、水蒸气可以在工序②循环使用;碳酸镁高温煅烧得到氧化镁。
(1)由分析可知,高温连续氧化工序中被氧化的元素是铁元素和铬元素;
(2)由分析可知,工序①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质;
(3)由分析可知,滤渣Ⅰ的主要成分是氧化铁和氧化镁;
(4)工序③中发生的反应为铬酸钠溶液与过量的二氧化碳反应生成重铬酸钠和碳酸氢钠沉淀,反应的离子方程式为2Na++2Cr+2CO2+H2OCr2+2NaHCO3↓;
(5)碳酸氢钠代替高温连续氧化工序中的氢氧化钠发生的主要反应为高温下,Fe(CrO2)2与氧气和碳酸氢钠反应生成铬酸钠、氧化铁、二氧化碳和水,反应的化学方程式为4Fe(CrO2)2+7O2+16NaHCO38Na2CrO4+2Fe2O3+16CO2+8H2O;若将碳酸氢钠换为碳酸钠也能发生类似的反应;
(6)热解工序产生的混合气体为二氧化碳和水蒸气,将混合气体通入滤渣Ⅰ中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液,则混合气体最适宜返回工序为工序②。
答案 (1)Fe、Cr
(2)溶解浸出
(3)MgO、Fe2O3
(4)2Na++2Cr+2CO2+H2OCr2+2NaHCO3↓
(5)4Fe(CrO2)2+7O2+16NaHCO38Na2CrO4+2Fe2O3+16CO2+8H2O Na2CO3 (6)②
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