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1、第8講鐵及其化合物一、鐵的存在與性質一、鐵的存在與性質1.鐵位于元素周期表中第四四周期第族,是一種應用最廣泛的過渡金屬元素;鐵元素是一種變價金屬元素,通常顯+2價、+3價,其原子結構示意圖為。教材研讀教材研讀2.物理性質物理性質鐵是銀白銀白色金屬,熔沸點較高較高,抗腐蝕性強,能被磁鐵吸引,具有金屬的一般物理性質。3.化學性質化學性質Fe自測自測1判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。(1)用鐵制容器可以運輸濃硝酸和濃硫酸()(2)將一定量的鐵、銅的混合物加入100mL0.1molL-1的FeCl3溶液中,充分反應后,溶液中有固體剩余,則剩余的固體中一定含有銅,可能含有鐵()(3)Fe與Cl2、

2、Br2、I2反應均生成+3價的Fe()(4)Fe與Cl2在點燃條件下反應,Cl2過量時生成FeCl3,Fe過量時生成FeCl2( )(5)Fe與稀HNO3反應,無論生成Fe(NO3)3、Fe(NO3)2,還是二者的混合物,被還原的HNO3總是占參與反應的HNO3的()(6)將水蒸氣通過灼熱的鐵粉,鐵與水在高溫下反應,粉末變紅( )(7)1molCl2和Fe反應生成FeCl3轉移電子數為3NA( )14自測自測2鐵元素是典型的變價金屬元素,它在化合物中主要表現為+2價和+3價,請歸納總結:(1)Fe單質通常與哪些氧化劑反應生成+2價?(2)Fe單質通常與哪些氧化劑反應生成+3價?答案答案(1)F

3、eFe2+:鐵與氧化性比較弱的非金屬單質(如S、I2)、非氧化性酸(如鹽酸、稀硫酸)和不活潑金屬的鹽溶液(如CuSO4溶液)反應,都可實現這種轉化。例如:Fe+SFeS、2H+FeFe2+H2、Cu2+FeFe2+Cu。(2)FeFe3+:鐵與強氧化劑(如Cl2、HNO3)在一定條件下反應可實現這種轉化。例如:2Fe+3Cl22FeCl3、Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO+2H2O。二、鐵的重要化合物二、鐵的重要化合物1.鐵的氧化物鐵的氧化物2.鐵的氫氧化物鐵的氫氧化物3.亞鐵鹽和鐵鹽亞鐵鹽和鐵鹽(1)亞鐵鹽含有Fe2+的溶液呈淺綠色,Fe2+既有氧化性,又有還原性,Fe2+與Zn

4、、Cl2反應的離子方程式分別為Zn+Fe2+Zn2+Fe,2Fe2+Cl22Fe3+2Cl-。(2)鐵鹽a.氧化性含有Fe3+的溶液呈棕黃棕黃色,Fe3+具有氧化性,Fe3+與Fe、Cu反應的離子方程式分別為2Fe3+Fe3Fe2+,2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+。b.特性含有Fe3+的溶液遇到KSCN溶液時變成紅紅色。自測自測3判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。(1)磁性氧化鐵溶于稀硝酸:3Fe2+4H+N3Fe3+NO+2H2O( )(2)因為Fe3+具有氧化性,所以可以用KSCN溶液鑒別Fe3+( )(3)因為Fe3+有氧化性,所以FeCl3溶液可用于回收廢舊電路板中的銅()(4)

5、在“硫酸亞鐵銨的制備”實驗中,為了得到硫酸亞鐵銨晶體,應小火加熱蒸發(fā)皿,直到有大量晶體析出時停止加熱( )(5)Fe在足量Cl2中燃燒生成FeCl2和FeCl3( )(6)過量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反應后,滴入KSCN溶液,溶液呈紅色,說明稀HNO3將Fe氧化為Fe3+( )3O自測自測4(1)除去FeCl3溶液中的Fe2+有哪些措施?(2)Fe3+轉化為Fe2+的實驗方法有哪些?(3)Fe2+與N能否大量共存?若向其中再加入少量鹽酸,情況如何?(4)如何證明Fe3O4中既有+2價鐵又有+3價鐵?3O答案答案(1)通入氯氣或氧氣;加入氯水;加入H2O2等。(2)加入鐵粉或銅粉;加入Na

6、I溶液;加入Na2S溶液等。(3)在中性條件下,Fe2+與N能大量共存,但在酸性條件下,N能將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,分別取該溶液于兩支試管中,一支試管中加入KSCN溶液,溶液變紅,說明含有Fe3+,證明Fe3O4中有+3價鐵;另一支試管中加入酸性KMnO4溶液,紫紅色褪去,說明含有Fe2+,證明Fe3O4中有+2價鐵。3O3O考點突破考點突破考點一鐵及其化合物之間的相互轉化考點一鐵及其化合物之間的相互轉化考點三考點三Fe(OH)Fe(OH)2 2的制備方法的制備方法( (教師用書專用教師用書專用) )考點二考點二FeFe2+2+與與

7、FeFe3+3+的檢驗的檢驗1.“鐵三角”轉化關系(1)FeFe2+鐵與氧化性比較弱的非金屬單質(如S、I2)、非氧化性酸溶液(如鹽酸、考點一鐵及其化合物之間的相互轉化考點一鐵及其化合物之間的相互轉化稀H2SO4)、不活潑金屬的鹽溶液(如CuSO4溶液)反應:Fe+SFeSFe+2H+Fe2+H2Fe+CuSO4Cu+FeSO4(2)Fe2+Fe3+亞鐵鹽與強氧化劑如Cl2、Br2、HNO3、濃硫酸、KMnO4(H+)、H2O2等反應。2Fe2+Cl22Fe3+2Cl-2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O3Fe2+4H+N3Fe3+NO+2H2O(3)Fe3+Fe3O可通過較強還原劑實

8、現,如Al、CO、H2等。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3(4)FeFe3+鐵與強氧化劑(如Cl2、HNO3)在一定條件下反應可實現該轉化。2Fe+3Cl22FeCl3(5)Fe3+Fe2+鐵鹽溶液與某些還原劑(如Fe、Cu、I-、S2-等)反應。2Fe3+S2-2Fe2+S2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+2Fe3+Fe3Fe2+2Fe3+2I-2Fe2+I2(6)Fe2+Fe亞鐵化合物與比較活潑的金屬(如Al、Zn)、CO、H2、C等反應。FeCl2+ZnZnCl2+FeFeO+H2Fe+H2O2.“鐵三角鐵三角”的應用的應用(1)判斷離子共存Fe2+N

9、(H+)、ClO-、Mn(H+)(因氧化還原反應)。Fe3+S2-、I-、S、HS-(因氧化還原反應)。Fe2+、Fe3+HC、C、Al等(因雙水解反應)。(2)除雜(括號中為雜質)3O4O23O3O23O2OFe2+(Fe3+):加過量鐵粉,過濾。FeCl3(FeCl2):加氯水或H2O2溶液。FeCl2(CuCl2):加過量鐵粉,過濾。Fe(Al)、Fe2O3(Al2O3、SiO2):加過量強堿溶液,過濾。Cu2+(Fe3+):加CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3調節(jié)pH至3.7左右。(3)鹽溶液的保存(4)物質制備特別提示特別提示Fe2+具有較強的還原性;Fe3+水解能力強,

10、pH3.7時,Fe3+幾乎完全水解生成Fe(OH)3沉淀。欲除去某溶液中含有的Fe2+雜質,一般先向溶液中加入氧化劑(如H2O2),將Fe2+氧化為Fe3+,然后加堿或鹽調節(jié)pH,使Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀除去。典例典例1實驗:0.005molL-1FeCl3溶液和0.015molL-1KSCN溶液各1mL混合得到紅色溶液a,均分溶液a置于b、c兩支試管中;向b中滴加3滴飽和FeCl3溶液,溶液顏色加深;再向上述b中溶液中滴加3滴1molL-1NaOH溶液,溶液顏色變淺且出現渾濁;向c中逐漸滴加1molL-1KSCN溶液2mL,溶液顏色先變深后變淺。下列分析不正確的是()A.實驗中增大

11、Fe3+濃度使平衡Fe3+3SCN-Fe(SCN)3正向移動B.實驗中發(fā)生反應:Fe3+3OH-Fe(OH)3C.實驗和中溶液顏色變淺的原因相同D.實驗、均可說明濃度改變對平衡移動的影響C答案答案C中OH-消耗Fe3+,使Fe3+濃度減小,導致平衡逆向移動,溶液顏色變淺;中加入KSCN溶液,引入了SCN-和水,開始時SCN-濃度增大為主要因素,平衡右移,溶液顏色加深,一段時間后,溶液體積變化為主要因素,因此溶液顏色又變淺。1-1下列說法正確的是()A.將稀硝酸加入過量鐵粉中,充分反應后滴加KSCN溶液,現象是有氣體生成,溶液呈紅色,原因是稀硝酸將Fe氧化為Fe3+B.將銅粉加入1.0mol/L

12、Fe2(SO4)3溶液中,現象是溶液變藍、有黑色固體出現,原因是金屬鐵比銅活潑C.FeCl3溶液可用于銅質印刷電路板制作,是因為FeCl3能從含Cu2+的溶液中置換出銅D.室溫下,能將濃硫酸盛放在鐵桶中D答案答案DA項,過量鐵粉與稀硝酸充分反應后,鐵最終轉化為Fe2+,滴加KSCN溶液后不出現紅色;B項,銅粉與Fe2(SO4)3溶液發(fā)生反應2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+,不會有黑色固體出現;C項,FeCl3與Cu2+不反應,制作電路板的原理為Fe3+能腐蝕銅,發(fā)生反應2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+;D項,室溫下,Fe遇濃H2SO4鈍化,可用鐵桶盛放濃H2SO4。1-2用FeCl3溶液腐蝕印

13、刷電路板上的銅,向所得的溶液中加入鐵粉。對加入鐵粉充分反應后的溶液分析合理的是()A.若無固體剩余,則溶液中一定有Fe3+B.若溶液中有Cu2+,則一定沒有固體析出C.若有固體存在,則溶液中一定有Fe2+D.若溶液中有Fe2+,則一定有Cu析出C答案答案CA項,無固體剩余,說明銅全部以銅離子形式存在,加入的鐵粉沒有與Cu2+反應,全部與Fe3+反應,溶液中一定含有Fe2+,可能含有Fe3+;B項,若溶液中有Cu2+,加入的鐵粉不足,可能只與Fe3+反應,也可能與Fe3+反應后剩余的鐵粉與部分Cu2+反應生成銅,所以可能有固體析出;C項,若有固體存在,固體中一定有銅,可能有鐵,溶液中一定含有Fe

14、2+;D項,當加入的鐵粉較少,只發(fā)生反應Fe+2Fe3+3Fe2+時,不會有銅析出。1.直接觀察顏色直接觀察顏色含Fe2+的溶液呈淺綠色,含Fe3+的溶液呈棕黃色。2.利用顯色反應利用顯色反應(1)(2)(3)考點二考點二FeFe2+2+與與FeFe3+3+的檢驗的檢驗3.利用生成的氫氧化物沉淀的顏色利用生成的氫氧化物沉淀的顏色4.利用利用Fe3+的氧化性的氧化性(1)(2)(3)5.利用利用Fe2+的還原性的還原性(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,測定混合后溶液pH隨混合前溶液中c(S)/c(Fe3+)變化的曲線如下圖所示。實驗發(fā)現:

15、23O.a點溶液澄清透明,向其中滴加NaOH溶液后,立即產生灰白色沉淀,滴入KSCN溶液顯紅色;.c點和d點溶液中產生紅褐色沉淀,無氣體逸出。取其上層清液滴加NaOH溶液后無明顯現象,滴加KSCN溶液顯紅色。下列分析合理的是()A.向a點溶液中滴加BaCl2溶液,無明顯現象B.b點較a點溶液pH升高的主要原因:2Fe3+S+H2O2Fe2+S+2H+C.c點溶液中發(fā)生的主要反應:2Fe3+3S+6H2O2Fe(OH)3+3H2SO3D.向d點上層清液中滴加KSCN溶液,溶液變紅;再滴加NaOH溶液,紅色加深23O24O23OC答案答案CA項,向a點溶液中加入NaOH溶液后有灰白色沉淀生成,說明

16、a點溶液中含有Fe2+,即S和Fe3+發(fā)生了氧化還原反應,S被氧化為S ,S能與BaCl2反應生成白色沉淀BaSO4;B項,a點到b點pH升高,若反應生成H+,會使pH降低;C項,由中信息可知,c點溶液中含有Fe3+,且有Fe(OH)3生成,所以發(fā)生的反應為可逆反應;D項,滴加NaOH溶液,溶液中Fe(SCN)3濃度降低,紅色變淺。23O23O24O24O2-1要證明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,進行如下實驗操作時的最佳順序為()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,無明顯現象,證明原溶液中不含Fe3+;再加

17、入足量氯水,溶液變?yōu)榧t色,則證明原溶液中含有Fe2+,否則不含Fe2+。若溶液中含有Fe2+,第二步加入足量KMnO4溶液時,溶液顏色變化不明顯,所以不選用KMnO4溶液。2-2下列有關物質檢驗方法不合理的是()A.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不變色,滴加氯水后溶液顯紅色,該溶液中一定含有Fe2+B.用酸性KMnO4溶液檢驗FeCl3溶液中是否含有FeCl2C.檢驗綠礬晶體是否已氧化變質,可將綠礬晶體溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液,再觀察溶液是否變紅色D.向某溶液中加入NaOH溶液產生紅褐色沉淀,說明溶液中含有Fe3+B答案答案BB項,Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色。Fe(OH)2

18、在空氣中易被氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。在實驗室制取Fe(OH)2時,一定要用新制的亞鐵鹽溶液和加熱驅趕O2后的NaOH溶液,用膠頭滴管吸取NaOH溶液且將滴管末端插入亞鐵鹽溶液的液面下,再加入NaOH溶液。也可以在反應液上面滴加植物油或苯等物質進行液封,以減少Fe(OH)2與O2的接觸?？键c三考點三Fe(OH)Fe(OH)2 2的制備方法的制備方法( (教師用書專用教師用書專用) )典例典例3由于Fe(OH)2具有很強的還原性,易被氧化為Fe(OH)3,故在實驗室中制備Fe(OH)2,并使Fe(OH)2長時間保持白色沉淀狀態(tài),成為物質制備實驗探究的熱點。下列各圖示

19、中能較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀的是(填序號)。解析解析因為Fe(OH)2在空氣中很容易被氧化為紅褐色的Fe(OH)3,即發(fā)生反應:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,因此要較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排出裝置中的氧氣或空氣。、原理一樣,都是先用氫氣將裝置中的空氣排盡,并使生成的Fe(OH)2處在氫氣的保護中;的原理為鐵作陽極產生Fe2+,陰極產生OH-,二者結合生成Fe(OH)2,且用汽油液封,能防止空氣進入;中加苯液封阻止了空氣進入;未隔絕空氣或氧氣,因此不能較長時間看到白色沉淀。方法指導方法指導成功制備Fe(OH)2的關鍵(1)溶液中不含O2,如在配制溶液

20、時,可把蒸餾水加熱煮沸,除去溶解在水中的氧氣。(2)制備過程中,保證生成的Fe(OH)2處于密閉的隔絕氧氣的體系中,如可在溶液表面加植物油或苯以隔絕氧氣,滴加液體時,可將膠頭滴管伸入到液面以下防止氧氣進入,也可用鐵粉和稀硫酸反應產生的氫氣排盡裝置中的空氣。3-1用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:用不含Fe3+的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應制備。(1)用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時還需加入。(2)除去蒸餾水中溶解的O2常采用的方法。(3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再擠出NaOH溶液。

21、這樣操作的理由是。答案答案(1)稀硫酸、鐵屑(2)加熱煮沸(3)避免生成的Fe(OH)2與氧氣接觸而被氧化解析解析(1)FeSO4易水解、易被氧化,因此配制FeSO4溶液時需加入稀H2SO4抑制其水解,加入鐵屑防止其被氧化。3-2根據下圖所示裝置和操作,回答下列有關問題。(1)按圖所示裝置,用兩種不同的操作分別進行實驗,觀察B試管中的現象。操作1:先夾緊止水夾a,再使A試管內開始反應,實驗中B試管中觀察到的現象是。操作2:打開止水夾a,使A試管內反應一段時間后再夾緊止水夾a,實驗中在B試管中觀察到的現象是。請說明造成兩種操作現象不同的原因(如兩種現象相同,此小題不用回答)。(2)上述實驗結束后

22、,取A試管內反應所得的溶液,隔絕空氣小心蒸干后,再高溫煅燒(有關裝置和操作均已略去),最后剩下紅色固體,將分解時產生的氣體按圖所示裝置依次通過洗氣裝置,結果試管甲內出現白色沉淀,試管乙內品紅溶液紅色褪去?；卮?用化學方程式表示試管甲內產生白色沉淀的原因。根據實驗現象寫出A試管內溶液蒸干后,在高溫煅燒分解時所發(fā)生反應的化學方程式。圖中丙裝置的作用是。實驗結束時,在裝置丙中觀察到的現象是。答案答案(1)液面升高且生成白色沉淀,白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色,最后變?yōu)榧t褐色液面上升,有白色沉淀生成,且保持較長時間不變色操作2開始產生的H2將系統(tǒng)內的空氣趕盡,避免了Fe(OH)2被氧化(2)SO3+H2O+B

23、aCl2BaSO4+2HCl2FeSO4Fe2O3+SO3+SO2吸收剩余的SO2氣體導管中形成一段液柱解析解析當夾緊止水夾a且使A試管中的反應進行時,產生的氣體會將生成的FeSO4溶液壓入B試管內,與NaOH溶液反應生成白色的Fe(OH)2沉淀,但由于裝置中有空氣存在,生成的Fe(OH)2立即被空氣中的O2氧化為Fe(OH)3,出現一系列的顏色變化。先使A試管內的反應進行一段時間后再夾緊止水夾a,由于產生的H2將系統(tǒng)中的空氣趕盡,生成的Fe(OH)2不易被氧化。由于A試管內H2SO4不過量,最后所得溶液中的溶質應為FeSO4,由題目所給信息知,FeSO4的分解產物有SO3、SO2和Fe2O3。