第12讲 铁及其重要化合物
考纲要求 1.掌握铁及其重要化合物的主要性质及其应用。2.了解铁及其化合物的制备方法。
考点一 铁及其重要化合物的性质
1.铁
铁位于元素周期表中第四周期Ⅷ族,是一种应用最广泛的过渡金属元素；铁元素是一种典型的变价金属元素。 (1)结构
(2)铁的物理性质
银白色固体,熔点较高,具有良好的导热、导电、延展性,能被磁铁吸引。 (3)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。
按要求书写下列反应的方程式: ①Fe与Cl2、S反应的化学方程式: 2Fe＋3Cl2=====2FeCl3； Fe＋S=====FeS。 ②Fe与水蒸气的反应:
3Fe＋4H2O(g)=====Fe3O4＋4H2。
③与氧化性酸(如HNO3)的反应(写离子方程式)。 Fe与过量稀HNO3的反应:
Fe＋NO3＋4H===Fe3＋NO↑＋2H2O。
－
＋
＋
点燃
△
高温
Fe与少量稀HNO3的反应:
3Fe＋2NO3＋8H===3Fe2＋2NO↑＋4H2O。
－
＋
＋
④Fe与FeCl3溶液的反应(写离子方程式): Fe＋2Fe3===3Fe2。
＋
＋
2.铁的氧化物
化学式 俗名 颜色状态 溶解性 铁的化合价 稳定性 与H反应的 离子方程式 3.铁的氢氧化物
(1)Fe(OH)2是白色絮状物,易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3,颜色由白色变为灰绿色,最后变为红褐色,方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
(2)Fe(OH)3是红褐色、难溶于水的固体,在空气中久置会部分失水生成铁锈(Fe2O3·xH2O),受热易分解,方程式为2Fe(OH)3=====Fe2O3＋3H2O；制取Fe(OH)3用可溶性铁盐与碱反应,离子方程式:Fe3＋3OH===Fe(OH)3↓。
＋
－
＋FeO 黑色粉末 难溶于水 ＋2 不稳定 FeO＋2H===Fe2＋H2O ＋＋Fe2O3 铁红 红棕色粉末 难溶于水 ＋3 稳定 Fe2O3＋6H===2Fe3＋＋Fe3O4 磁性氧化铁 黑色晶体(有磁性) 难溶于水 ＋2,＋3 稳定 Fe3O4＋8H===Fe2＋＋＋3H2O ＋2Fe3＋4H2O ＋△
4.亚铁盐
(1)Fe2的氧化性和还原性
＋
含有Fe2的溶液呈浅绿色,Fe2处于铁的中间价态,既有氧化性,又有还原性,其中以还原性为主,
＋
＋
如:遇Br2、Cl2、H2O2、NO3(H)等均表现为还原性。
Fe2的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式:2Fe2＋H2O2＋2H===2Fe3＋2H2O。
＋
＋
＋
＋
－＋
(2)可水解
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。
＋
＋
5.铁盐的性质及应用
(1)氧化性:含有Fe3的溶液呈棕黄色,Fe3处于铁的高价态,遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧＋
＋
化性。
①Fe3与S2、I、HS、SO23等具有较强还原性的离子不能大量共存。
＋
－
－
－
－
②Fe3可腐蚀印刷电路板上的铜箔,反应的离子方程式为2Fe3＋Cu===Cu2＋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。
①利用Fe3易水解的性质,实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体,反应的化学方程
＋
式:FeCl3＋3H2O=====Fe(OH)3(胶体)＋3HCl。
②利用Fe3易水解的性质,工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。
＋
△
③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。
④Fe3与HCO3、AlO2、CO23、ClO等水解呈碱性的离子不能大量共存。
＋
－
－
－
－
(1)铁位于元素周期表中第四周期ⅧB族( )
(2)铁的化学性质比较活泼,所以铁在自然界中全部以化合态存在( ) (3)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2( ) (4)Fe分别与氯气、盐酸反应得到相同的氯化物( )
(5)Fe3O4中Fe的化合价有＋2价和＋3价,因而Fe3O4是FeO与Fe2O3的混合物( ) (6)FeCl3可与铜发生置换反应( )
【参考答案】：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
1.铁有＋2、＋3价两种价态,单质铁与________(填下列编号,下同)反应时只生成＋3价铁；与______________反应时只生成＋2价铁；与________反应时既生成＋2价铁也生成＋3价铁。 所选试剂:①Cl2 ②O2 ③H2O(g) ④S ⑤盐酸 ⑥稀硝酸(足量) ⑦稀硫酸 ⑧CuSO4溶液 ⑨FeCl3溶液
【参考答案】：①⑥ ④⑤⑦⑧⑨ ②③
2.FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取？用化学方程式举例说明。 【参考答案】：都可以。2Fe＋3Cl2=====2FeCl3； 2FeCl3＋Fe===3FeCl2；
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
点燃
题组一 铁及其化合物的性质及应用
1.(2018·南通三模)下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是( ) A.工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁 B.铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4 C.工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸 D.氯化铁溶液有较强氧化性,故可用作净水剂
【参考答案】：D
【试题解析】：常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化现象,阻止反应进行,工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸,故C正确；氯化铁有氧化性,但不是用作净水剂的原因,净水是利用铁离子水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性,能吸附悬浮的杂质净水,故D错误。 2.(2018·崇明县二模)下列各组物质反应产生的气体分别通入FeSO4溶液中,能与FeSO4发生反应的是( ) A.Na2O2和H2O C.食盐和浓硫酸共热 【参考答案】：A
【试题解析】：反应产生的气体分别通入FeSO4溶液中,能与FeSO4发生反应,说明气体具有氧化性,把硫酸亚铁氧化为硫酸铁。过氧化钠和水反应生成氧气,氧气能氧化硫酸亚铁生成硫酸铁,故A正确；铝和氢氧化钠溶液反应生成氢气,氢气与硫酸亚铁不反应,故B错误；食盐和浓硫酸加热反应生成氯化氢气体,氯化氢气体不与硫酸亚铁发生反应,故C错误；铜和浓硫酸加热反应生成二氧化硫气体,二氧化硫具有还原性和氧化性,但氧化性弱于铁离子,不能和硫酸亚铁发生反应,故D错误。
题组二 用守恒思想判断物质的组成
3.(2019·武汉高三质检)铁的常见化合价有＋2价和＋3价。据研究,铁在浓HNO3中发生钝化时,可生成一种化学式为Fe8O11的化合物,它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为( ) A.FeO·3Fe2O3 C.FeO·2Fe2O3 【参考答案】：B
【试题解析】：化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物,设化学式为
??n＋2m＝8nFeO·mFe2O3,则?
?n＋3m＝11?
B.Al和NaOH溶液 D.铜片和浓硫酸共热
B.2FeO·3Fe2O3 D.2FeO·Fe2O3
解得n＝2,m＝3,该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。
4.准确称取某种铁的氧化物2.88 g,用足量的CO进行还原,将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收,得到沉淀4.00 g,则这种铁的氧化物为( ) A.Fe3O4 B.Fe2O3 C.FeO D.以上都不是 【参考答案】：C
【试题解析】：4.00 g CaCO3沉淀的物质的量为0.04 mol,则CO、CO2的物质的量也为0.04 mol,增加的氧元素为0.04 mol,质量为0.04 mol×16 g·mol1＝0.64 g,铁的氧化物中氧元素质量为
－
0.64 g,铁元素质量为2.88 g－0.64 g＝2.24 g,铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为2.24 g
－∶0.04 mol＝1∶1,则这种铁的氧化物的化学式为FeO。
56 g·mol15.(2018·营口质检)有一块铁的“氧化物”样品,用140 mL 5.0 mol·L
＋
－1
盐酸恰好将之完全溶解,
所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2,恰好使其中的Fe2全部转变为Fe3,则该样品可能的化学式
＋
为( )
A.Fe2O3 B.Fe3O4 C.Fe4O5 D.Fe5O7 【参考答案】：D
【试题解析】：根据2Fe2＋Cl2===2Fe3＋2Cl,可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得
＋
＋
－
溶液中n(Fe2)＝0.025 mol×2＝0.05 mol,根据电荷守恒得2n(Fe2)＋3n(Fe3)＝n(Cl),则n(Fe3
＋
＋
＋
－
＋
)＝0.2 mol,故n(Fe2)∶n(Fe3)＝0.05∶0.2＝1∶4,故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3,即Fe5O7。
＋
＋
确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n, mn
则氧化物中n(Fe)∶n(O)＝∶＝a∶b,
5616若a∶b＝1∶1,则铁的氧化物为FeO； 若a∶b＝2∶3,则铁的氧化物为Fe2O3；
若a∶b＝3∶4,则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1∶1,Fe3O4为任意值)。 题组三 氢氧化亚铁制备方法的改进
6.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)。
【参考答案】：①②③⑤
【试题解析】：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,就要排除装置中的氧气或空气。①②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；③的原理为铁作阳极产生Fe2,与电解水产生的OH结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防
＋
－
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