1、第3讲 铁及其化合物 【最新考纲】1.了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。2.以Fe2、Fe3的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应。3.能鉴别溶液中的Fe2、Fe3。考点一 铁及其重要化合物1铁元素在周期表中位于第四周期族，原子结构示意图为。2铁的性质(1)物理性质。铁具有导电、导热和延展性，具有能被磁铁吸引的特性。(2)化学性质。铁单质性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为2价和3价。与非金属单质的反应。a与 O2 的反应。常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为 Fe2O3。点燃：3Fe2O2=点燃 Fe3O4。b与 Cl2 的反应：2Fe3Cl2=点燃 2FeCl3。c与 S
2、的反应：FeS=FeS。与水反应。常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：3Fe4H2O(g)Fe3O44H2。与酸的反应。a与非氧化性酸反应的离子方程式：Fe2H=Fe2H2。b与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应，但无H2产生。与某些盐溶液的反应。a与CuSO4溶液反应的离子方程式：FeCu2=Fe2Cu。b与FeCl3溶液反应的离子方程式：Fe2Fe3=3Fe2。3铁的氧化物和氢氧化物(1)铁的氧化物(1)Fe3O4 中的 3 个 Fe 原子的化合价可看作 2 个为3价，1 个为2 价，可表示为 FeOFe2O3，平均价态为83价。在
3、发生氧化还原反应时，对应价态的铁参与相关反应，如 Fe3O4 与 HNO3 反应时只有2 价铁被氧化。(2)铁的氢氧化物。4亚铁盐和铁盐(1)亚铁盐。含有Fe2的溶液呈浅绿色，Fe2既有氧化性，又有还原性，Fe2与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为ZnFe2=Zn2Fe、2Fe2Cl2=2Fe32Cl。(2)铁盐。氧化性：含有Fe3的溶液呈棕黄色，Fe3具有氧化性，Fe3与Fe、Cu反应的离子方程式分别为2Fe3Fe=3Fe2、2Fe3Cu=2Fe2Cu2。特性：含有Fe3的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。易水解：FeCl3滴入沸水中的离子方程式：Fe33H2O Fe(OH)3(胶体)3H。F
4、eCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取？若能，写出其对应的化学方程式。思 考 提 示：都 可 以。2Fe 3Cl2 2FeCl3；2FeCl3 Fe=3FeCl2；4Fe(OH)2 O2 2H2O=4Fe(OH)3。(1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的氯化物不同，Fe与Cl2反应生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。(2)铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。(3)铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。(4)Fe3O4的组成可理解为FeOFe2O3，与非氧化性酸
5、(如盐酸、稀硫酸)反应时生成Fe2和Fe3；与氧化性酸(如HNO3)反应时生成Fe3；与还原性酸(如HI)反应时生成Fe2。【典例 1】(高考选项组合题)下列说法正确的是()A中性溶液中可能大量存在 Fe3、K、Cl、SO24B氧化铁能与酸反应，因此可用于制作红色涂料C转化 Fe2O3盐酸 FeCl3(aq)蒸发 无水 FeCl3 能一步实现D铁粉作食品袋内的脱氧剂是起还原作用解析：中性溶液中Fe3因水解完全不能大量存在，A项错误；B项，氧化铁用作红色涂料是利用了其颜色呈红棕色，与其能与酸反应的性质无关，错误；C项，氯化铁溶液蒸发最终得到的产物是氧化铁，因为铁离子在加热时水解程度不断加大，错误
6、；D项，铁粉可以消耗食品袋内的氧气，铁粉自身被氧化，起还原作用，正确。答案：D由于Fe3易水解，实际上在pH3.7时就几乎完全水解为Fe(OH)3了，因此无论Fe3溶液的配制还是从FeCl3溶液中制得无水FeCl3，都需要考虑抑制水解的措施，在此类问题的考查中，一般以实验题为主，主要是配制Fe3溶液的操作措施，或是从FeCl3溶液获得无水FeCl3的操作之类的文字表述题。在涉及NA的说法辨析中，有时也会出现Fe3水解的情况，此外，Fe(OH)3胶体的制备方法也是利用了FeCl3的水解性质，要熟练掌握。题组一 铁和铁的化合物的性质及其应用1(2014山东卷)等质量的下列物质与足量稀硝酸反应，放出
7、NO物质的量最多的是()AFeOBFe2O3CFeSO4DFe3O4解析：Fe2O3不具有还原性，与稀HNO3反应不生成NO，另外三种等质量的物质中，含Fe2物质的量越多，与稀HNO3反应失去的电子越多。根据得失电子守恒，则生成NO的物质的量越多，经计算比较等质量的FeO、FeSO4、Fe3O4中FeO含有Fe2物质的量最多，故选A。答案：A2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：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
8、淀，就要排除装置中的氧气或空气。、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；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，能防止空气进入；中液面加苯阻止了空气进入；由于带入空气中的氧气，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：【归纳提升】成功制备Fe(OH)2的关键与方法 由于Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3，在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成为物质制备实验探究的热点。制备原理：Fe22OH=Fe(OH)2。(1)制备Fe(
9、OH)3成功的关键。溶液中不含Fe3和O2等氧化性物质。制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。(2)制备Fe(OH)2时常采用的方法。采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2易被空气中的氧气氧化成Fe3)。将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解的氧气)。将 碱 直 接 加 到 亚 铁 盐 溶 液 的 底 部 使 生 成 的Fe(OH)2与空气隔离。在亚铁盐溶液的液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水的小而又不溶于水的有机溶剂)。题组二 铁及其化合物的实验探究3(2016溆浦一中高三测试)某研究性学习小组请你参与“研究铁与水蒸气反应所得固体物质的成分、性质及再利用”实验探究，并共同解答下
10、列问题：探究一 设计如图所示装置进行“铁与水蒸气反应”的实验(1)硬 质 玻 璃 管 B 中 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式 为_。(2)反应前A中投放碎瓷片的目的是_。(3)装置E中的现象是_。探究二 设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管B中黑色固体的成分(4)待硬质玻璃管B冷却后，取少许其中的固体物质溶于_后，将所得溶液分成两份。(5)一份滴加几滴KSCN溶液。若溶液变血红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为_(填序号，下同)；若溶液未变血红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为_。一定有Fe3O4 一定有Fe 只有Fe3O4 只有Fe(6)另 一 份 用 _(填 仪 器 名 称
11、)加 入_，可以证明溶液中存在Fe2。探究三 设计如下流程测定反应后硬质玻璃管B中固体含铁元素的质量分数固体28.8 g 稀盐酸 淡黄色溶液试剂a 淡红色溶液新制氯水血红色溶液过量试剂b 过滤 强热 红棕色固体32 g(7)试剂b的化学式是_。(8)计算反应后B装置中铁元素的质量分数为_。解析：探究二 在验证反应后黑色固体的成分时，检验 Fe3，最佳试剂为 KSCN 溶液；在确定存在 Fe3时，检验 Fe2，可用酸性 KMnO4溶液。由于酸性 KMnO4 溶液与盐酸发生反应，所以在溶解反应后的固体时，不能用盐酸和硝酸，可以用稀硫酸。探究三 由红棕色固体知，该物质为 Fe2O3，则：FeCl3N
12、aOH Fe(OH)3和 NaCl 及过量 NaOH过滤 Fe(OH)3强热 Fe2O3，所以试剂 b 为NaOH 溶液。m(Fe2O3)32 g，则 n(Fe2O3)0.2 mol，则 n(Fe)0.4 mol，则 反 应 后 B 装 置 中 铁 元 素 的 质 量 分 数 为 0.45628.8100%77.8%。答案：(1)3Fe4H2O(g)=高温 Fe3O44H2(2)防止暴沸(3)黑色固体变红，右端管壁有水珠(4)稀硫酸(5)(6)胶头滴管 酸性 KMnO4 溶液，溶液褪色(7)NaOH(8)77.8%考点二“铁三角”的转化关系及应用1“铁三角”中的转化关系2重要应用(1)物质除杂
13、。主要物质杂质除杂方法FeCl3FeCl2通入适量氯气、加入氯水或 H2O2Fe2Cu2加入过量铁粉后过滤Mg2Fe3加入 MgO 或 Mg(OH)2 调节 pH 值后过滤Cu2Fe2先加入氧化剂(如 H2O2)，将 Fe2氧化为 Fe3，再加入CuO、Cu(OH)2 或 Cu2(OH)2CO3 调节 pH 值后过滤Fe2O3Al2O3加过量强碱(如 NaOH)溶液后过滤(2)判断离子共存。发生氧化还原反应而不能大量共存。Fe2与强氧化剂不能共存：NO3(H)、ClO、MnO4(H)。Fe3与强还原剂不能共存：S2、I、HS、SO23。发生非氧化还原反应不能大量共存。Fe2、Fe3与 OH、H
14、CO3、CO23、AlO2 等发生复分解或水解相互促进不能大量共存。Fe3与 SCN发生络合反应不能大量共存。(3)盐溶液的配制和保存。含Fe2的溶液：如配制FeSO4溶液时加入稀硫酸防止Fe2的水解，加入铁粉防止Fe2被氧化。含Fe3的溶液：如配制Fe2(SO4)3溶液，应将Fe2(SO4)3固体溶于H2SO4，再加水稀释到指定浓度。(4)Fe2、Fe3的检验。观察法：根据溶液颜色。含有Fe2的溶液显浅绿色；含有Fe3的溶液显黄色。用KSCN溶液和氯水检验。【典例1】(高考选项组合题)下列说法正确的是()A将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液，反应现象是有气体产生，溶液呈血红色
15、，原因是稀硝酸将Fe氧化为Fe3B将铜粉加入1.0 molL1 Fe2(SO4)3溶液中，会有溶液变蓝、黑色固体出现的现象，这是因为金属铁比铜活泼CFeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作是因为FeCl3能从含Cu2的溶液中置换出铜D室温下，能将浓硫酸盛放在铁桶中解析：A项，过量铁粉与稀硝酸充分反应后铁元素转化为Fe2，滴加KSCN溶液后不出现血红色；B项，铜粉与Fe2(SO4)3溶液发生反应2Fe3Cu=2Fe2Cu2，溶液变蓝但不会有黑色固体出现；C项，FeCl3与Cu2不反应，制作线路板的原理为Fe3能腐蚀铜，发生反应为2Fe3Cu=2Fe2Cu2，解释错误；D项，常温下，Fe遇浓H2SO
16、4钝化，可用铁桶盛放浓H2SO4，正确。答案：DFe2、Fe3相互转化中的两个关系(1)Fe2与强氧化剂(O2、Cl2、Br2、H2O2、Na2O2、KMnO4、浓硫酸、HNO3、NO2、K2Cr2O7 等)反应时，被氧化为Fe3。如 2Fe2H2O22H=2Fe32H2O、6Fe2Cr2O27 14H=2Cr36Fe37H2O。(2)Fe3与 Fe、Cu、S2(H2S)、I(HI)等还原剂反应时生成Fe2。如 2Fe3 H2S=2Fe2 S2H、2Fe3 Fe=3Fe2、2Fe3Cu=2Fe2Cu2(三价铁盐腐蚀印刷电路板)。注意：氧化性：AgFe3Cu2Fe2，还原性：S2IFe2BrCl
17、。题组一 Fe2与Fe3的转化及其应用1下列试剂中，不能使Fe2转化为Fe3的是()氯气 NaCl溶液 KMnO4溶液 稀硝酸 盐酸 NaNO3溶液ABCD解析：要实现 Fe2转化为 Fe3，必须加入强氧化性物质，NaCl、HCl 均没有强氧化性，NO3 在酸性条件下才表现强氧化性。答案：D2(2015四川成都高三模拟)某溶液中可能存在Mg2、Fe2、Fe3，加入NaOH溶液，开始时有白色絮状沉淀生成，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，下列结论正确的是()A一定有Fe2，一定没有Fe3、Mg2B一定有Fe3，一定没有Fe2、Mg2C一定有Fe3，可能有Fe2，一定没有Mg2D一定有Fe2
18、，可能有Mg2，一定没有Fe3解析：加入NaOH溶液，开始时有白色絮状沉淀生成，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的现象是溶液中含有亚铁离子的特性，若有Fe3，则产生的氢氧化铁的红褐色沉淀会掩盖Fe(OH)2的白色，所以不可能存在，而Mg(OH)2是白色，有可能存在。答案：D【归纳提升】(1)牢记1个转化关系：铁三角(Fe、Fe2、Fe3)之间的转化。(2)熟记2个特殊现象：Fe(OH)2Fe(OH)3是白色灰绿色红褐色；Fe3遇SCN，溶液变红色。(3)记住4种颜色：Fe2浅绿色，Fe3棕黄色，Fe2O3红棕色，Fe(OH)3红褐色。(4)掌握8个化学反应方程式。4Fe(OH)2O22H
19、2O=4Fe(OH)3Fe2H=Fe2H2 2Fe3Cu=2Fe2Cu2 2Fe2Cl2=2Fe32Cl FexOyyCO=高温 xFeyCO2 3FexOy2yAl=高温 yAl2O33xFe 3Fe8H2NO3=3Fe22NO4H2O 3Fe24HNO3=3Fe3NO2H2O 题组二 Fe2与Fe3的检验3要证明某溶液中不含Fe3而可能含有Fe2进行如下实验操作时，最佳顺序为()加入足量氯水 加入足量KMnO4溶液 加入少量NH4SCN溶液ABCD解析：在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变红色，无Fe3存在，再加入氯水，将Fe2氧化成Fe3，溶液变为红色。KMnO4溶液呈紫红色，
20、溶液颜色变化不明显，所以不用KMnO4溶液。答案：C4(2016浙江瑞安高三四校联考)下列离子的检验方法合理的是()A向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色，说明不含Fe2B用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2C向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3D向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2，不含有Mg2解析：A项，只能说明含有Fe3，而不能说明不含Fe2，不合理；B项中Cl也能使KMnO4溶液褪色，不合理；D项中氧化后生成的红褐色沉淀Fe(OH)3也可能掩盖了白色沉淀Mg(OH)2，不合理。答案：C【归纳提升】Fe2、Fe3检验的注意事项(1)检验Fe2时不能先加氯水后加KSCN溶液；当溶液的浓度较稀时，利用观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe2和Fe3的存在。(2)检验Fe2和Fe3混合溶液时，要分两次分别检验Fe2和Fe3，检验Fe2时要选择酸性高锰酸钾溶液，检验Fe3时最好选择KSCN溶液。具体方法如下：Fe3的检验。往混合溶液中滴加KSCN溶液，溶液变红色，说明含有Fe3。Fe2的检验。往混合溶液中滴加酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2。
