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1、第8講鐵及其化合物一、鐵的存在與性質(zhì)一、鐵的存在與性質(zhì)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(jié)構示意圖為。教材研讀教材研讀2.物理性質(zhì)物理性質(zhì)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(zhì)。3.化學性質(zhì)化學性質(zhì)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(zhuǎn)移電子數(shù)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(xiàn)為+2價和+3價,請歸納總結(jié):(1)Fe單質(zhì)通常與哪些氧化劑反應生成+2價?(2)Fe單質(zhì)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(zhì)(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(xiàn)這種轉(zhuǎn)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(xiàn)這種轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化考點一鐵及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化關系(1)FeFe2+鐵與氧化性比較弱的非金屬單質(zhì)(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(zhuǎn)化考點一鐵及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)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(xiàn),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(xiàn)該轉(zhuǎn)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(zhì))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(diào)節(jié)pH至3.7左右。(3)鹽溶液的保存(4)物質(zhì)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(zhì),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(diào)節(jié)pH,使Fe3+轉(zhuǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)象是溶液變藍、有黑色固體出現(xiàn),原因是金屬鐵比銅活潑C.FeCl3溶液可用于銅質(zhì)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(zhuǎn)化為Fe2+,滴加KSCN溶液后不出現(xiàn)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(xiàn);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F(xiàn)e2+的溶液呈淺綠色,含F(xiàn)e3+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(xiàn):

15、23O.a點溶液澄清透明,向其中滴加NaOH溶液后,立即產(chǎn)生灰白色沉淀,滴入KSCN溶液顯紅色;.c點和d點溶液中產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)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F(xiàn)e3+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(xiàn)象,證明原溶液中不含F(xiàn)e3+;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F(xiàn)e2+。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(zhì)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(zhì),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(chǎn)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(qū)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)生Fe2+,陰極產(chǎn)生OH-,二者結(jié)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(chǎn)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F(xiàn)e3+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(jù)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(xiàn)象。操作1:先夾緊止水夾a,再使A試管內(nèi)開始反應,實驗中B試管中觀察到的現(xiàn)象是。操作2:打開止水夾a,使A試管內(nèi)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(xiàn)象是。請說明造成兩種操作現(xiàn)象不同的原因(如兩種現(xiàn)象相同,此小題不用回答)。(2)上述實驗結(jié)束后

22、,取A試管內(nèi)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(chǎn)生的氣體按圖所示裝置依次通過洗氣裝置,結(jié)果試管甲內(nèi)出現(xiàn)白色沉淀,試管乙內(nèi)品紅溶液紅色褪去?；卮?用化學方程式表示試管甲內(nèi)產(chǎn)生白色沉淀的原因。根據(jù)實驗現(xiàn)象寫出A試管內(nèi)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(jié)束時,在裝置丙中觀察到的現(xiàn)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(chǎn)生的H2將系統(tǒng)內(nèi)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(chǎn)生的氣體會將生成的FeSO4溶液壓入B試管內(nèi),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(xiàn)一系列的顏色變化。先使A試管內(nèi)的反應進行一段時間后再夾緊止水夾a,由于產(chǎn)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(nèi)H2SO4不過量,最后所得溶液中的溶質(zhì)應為FeSO4,由題目所給信息知,FeSO4的分解產(chǎn)物有SO3、SO2和Fe2O3。