1、第三章物质的性质与转化第1节铁及其重要化合物备考要点素养要求1.结合应用实例或通过实验探究,了解铁及其重要化合物的性质及其在生产、生活中的应用。2.了解常见金属及其重要化合物的制备方法。1.宏观辨识与微观探析:认识铁及其化合物的性质,能以Fe2+、Fe3+的相互转化为例,理解变价金属元素的氧化还原反应实质。2.科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的氢氧化亚铁的制备方案,进行实验探究。考点一铁的单质、氧化物及氢氧化物必备知识自主预诊知识梳理1.铁的物理性质颜色、状态导电、导热性延展性地壳含量银白色固体良好占第位2.铁的化学性质(写出化学方程式或离子方程式)铁的化学性质活泼,有较强的还原性,
2、主要化合价为价和价。微点拨(1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同,Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。(2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。3.铁的制备方法(1)生铁的冶炼。原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石。设备:高炉。主要反应:还原剂的生成C+O2CO2、CO2+C2CO铁的还原造渣反应(2)利用铝热反应焊接无缝钢轨,以氧化铁和铝粉为铝热剂,反应的化学方程式为。4.铁的氧化物(1)物理性质。化学式FeOFe2O3Fe3O4俗称颜色、状态粉末粉末晶体铁的价态价价价(2)化学性质。Fe
3、O、Fe2O3分别与盐酸反应的离子方程式:、。FeO与稀硝酸反应的化学方程式:。FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式:、。5.铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3颜色、状态固体固体与盐酸反应受热分解制法可溶性亚铁盐与强碱溶液反应:可溶性铁盐与强碱溶液反应:二者的关系Fe(OH)2白色沉淀在空气中迅速变成色,最后变成色,反应的化学方程式为微点拨FeO、Fe3O4、Fe(OH)2与足量HNO3反应时,均发生氧化还原反应,Fe2+被HNO3氧化生成Fe3+。Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与足量HI反应时,均发生氧化还原反应,Fe3+被I-还原生成Fe2+。自我诊断1.判
4、断正误,正确的打“”,错误的打“”。(1)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。()(2)Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应。()(3)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。()(4)铁与硫混合加热生成Fe2S3。()(5)氧化铁能与酸反应,所以可用于制作红色染料。()(6)Fe3O4可用FeOFe2O3表示,故Fe3O4为混合物。()(7)氢氧化铁与HI溶液反应的离子方程式为Fe(OH)3+3H+Fe3+3H2O。()2.下列各图中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(填序号)。关键能力考向突破考向1铁单质的性质【典例
5、1】(2020山东泰安第四中学期中)向含Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的某种稀溶液中逐渐加入铁粉,c(Fe2+)的变化如图所示。下列说法错误的是()A.横轴01:Fe+NO3-+4H+Fe3+NO+2H2OB.横轴12:Fe+2Fe3+3Fe2+C.横轴23:Fe+Cu2+Fe2+CuD.原溶液中三种溶质的物质的量浓度相等易错警示反应产物中铁元素价态的判断(1)铁与弱氧化剂(如S、I2、H+、Cu2+)等反应所得产物中铁元素的价态为+2价,如Fe+I2FeI2。(2)铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、浓硫酸、过量硝酸等)反应所得产物中铁元素的价态为+3价,如2Fe+3Br22FeB
6、r3。(3)铁在纯氧中燃烧得到的产物为Fe3O4,铁元素的价态为+2、+3价。(4)铁与稀硝酸反应产物的判断。当HNO3过量时:反应原理:Fe+4HNO3Fe(NO3)3+NO+2H2O,铁元素的存在形式为Fe3+,铁元素的价态为+3价。当Fe过量时:反应原理:3Fe+8HNO33Fe(NO3)2+2NO+4H2O,铁元素的存在形式为Fe2+,铁元素的价态为+2价。当14n(Fe)n(HNO3)Fe3+Cu2+,金属铁先和氧化性强的离子反应;开始阶段是金属铁和稀硝酸之间的反应:Fe+4HNO3Fe(NO3)3+NO+2H2O,当加入金属铁1mol时,生成三价铁离子1mol,所以亚铁离子的浓度不
7、变,故A正确;金属铁和稀硝酸反应结束后,生成1mol的三价铁离子,然后发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,故B正确;反应的最后阶段为Fe+Cu2+Fe2+Cu,C正确;根据以上分析,整个过程的反应方程式为4H+NO3-+3Fe+Fe3+Cu2+4Fe2+Cu+NO+2H2O,则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为114,故D错误。对点演练1 C不锈钢中含有铬和镍,增强了抗腐蚀能力,A正确;电镀时应以镀层金属作为阳极,镀件作为阴极,含镀层金属阳离子的溶液为电镀液,B正确;铁在浓硫酸中钝化,不是不能反应,C错误;铝热反应生成的铁为液体,可用于焊接铁轨,D正确。典例2
8、答案(1)Fe2O3制红色油漆(或制涂料、油墨等,合理即可)(2)加盐酸(3)取少量最后一次洗涤液置于试管中,加盐酸酸化,再滴加氯化钡溶液,不产生白色沉淀(4)Fe2+2Fe3+8OH-Fe3O4+4H2O(5)反应过程中部分亚铁离子被氧气氧化为铁离子(6)6FeOOH+CO2Fe3O4+CO2+3H2O12(7)胶体解析(1)FeO(氧化亚铁)是一种黑色粉末,不稳定,在空气里很容易被氧化,在空气中性质比较稳定的是Fe2O3,Fe2O3的用途是制红色油漆、涂料、油墨等。(2)实验室保存溶液B(FeCl3溶液)时为了防止出现浑浊,通常采取的措施是加盐酸抑制FeCl3水解生成Fe(OH)3沉淀。(
9、3)要证明沉淀已经洗涤干净,只要检验洗涤液中不含硫酸根离子即可,操作是取少量最后一次洗涤液置于试管中,加盐酸酸化,滴加氯化钡溶液,不产生白色沉淀。(4)该方法中发生的主要反应的离子方程式为Fe2+2Fe3+8OH-Fe3O4+4H2O。(5)实际生产中为了提高产率,起始所用FeSO47H2O和FeCl36H2O的物质的量之比应大于12,原因是反应过程中部分亚铁离子被氧气氧化为铁离子。(6)所给流程中第2步反应是FeOOH吸收CO生成Fe3O4,反应的化学方程式为6FeOOH+CO2Fe3O4+CO2+3H2O,其中氧化产物CO2和还原产物Fe3O4的物质的量之比为12。(7)将粒子直径为几十纳
10、米的Fe3O4投入分散剂中形成的分散系是胶体。对点演练2 B制取硫酸亚铁需要铁屑,在烧瓶中应该先加入铁屑,所以A中应预先加入的试剂是铁屑,故A正确;稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气,实验开始时应打开活塞E,用氢气排出装置中的空气,B错误;铁和稀硫酸反应有氢气生成,关闭活塞E,导致A装置中压强逐渐增大,FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应生成氢氧化亚铁,C正确;氢氧化亚铁不稳定,容易被溶解在溶液中的氧气氧化生成红褐色的氢氧化铁,该反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,故D正确。考点二Fe2+、Fe3+的转化与检验及铁三角的应用必备知识自主预诊1.(1)氧化还原还原还原
11、2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O3Fe2+NO3-+4H+3Fe3+NO+2H2O(2)黄2Fe3+Fe3Fe2+2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+KSCN溶液3.氯水铁粉铁粉4.(1)+3还原性0氧化性+2或0氧化性(2)红色无明显现象溶液呈红色紫色逐渐褪去由浅绿色变为无色溶液变红色红色褪去溶液变红色红色变为蓝色变蓝褪色2Fe2+Cl22Fe3+2Cl-Fe2+ZnFe+Zn2+2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+2Fe3+Fe3Fe2+2Fe3+2I-2Fe2+I2(3)提示向稀硫酸中加入铁屑,充分反应后过滤,滤液为硫酸亚铁溶液,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体。5.(1
12、)H2S+2Fe3+S+2Fe2+2H+(2)2I-+2Fe3+I2+2Fe2+(3)Cu+2Fe3+Cu2+2Fe2+(4)2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O(5)3Fe2+NO3-+4H+3Fe3+NO+2H2O自我诊断1.答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.(1)KSCN溶液溶液变成红色(2)2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+(3)FeHCl(4)C(5)2Fe2+Cl22Fe3+2Cl-关键能力考向突破典例1BD由图中转化关系可知,B为A与硝酸银反应生成的浅黄色沉淀,根据已有知识及元素守恒知浅黄色沉淀为AgBr,所以A中含有Br-,C中加KSCN溶液变为红色溶液,所以D
13、溶液中存在Fe(SCN)3,则C中含有Fe3+,A中含有铁元素,酸性条件下NO3-具有强氧化性,能氧化亚铁离子为铁离子,所以A可能含有Fe3+或Fe2+或二者都有。D溶液中含有Fe(SCN)3,A项正确;酸性条件下NO3-具有强氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,所以A可能是FeBr2,也可能是FeBr3,也可能是二者的混合物,B项错误;能和银离子反应生成淡黄色沉淀的离子是溴离子,所以B是AgBr,C项正确;C能和硫氰化钾溶液反应生成红色溶液,说明滤液中含有Fe3+,D项错误。对点演练1 CA项中只能说明原溶液中含有Fe3+;B项原溶液中可能只有Fe3+而没有Fe2+;D项中Fe(OH)2被氧化
14、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。典例2CD纯碱是强碱弱酸盐,CO32-水解导致纯碱溶液呈碱性,碱性条件下油污水解生成高级脂肪酸盐和甘油,所以废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液去油污,故A正确;NaOH中和过量的酸,Fe2+被H2O2氧化为Fe3+,在碱性溶液中将Fe3+转化为Fe(OH)3,步骤的目的是将溶液中的Fe2+转化为Fe(OH)3,故B正确;步骤中发生的反应是碱性条件下发生的反应,反应的离子方程式为2Fe(OH)3+4OH-+3ClO-2FeO42-+3Cl-+5H2O,故C错误;步骤中反应的化学方程式为2KOH+Na2FeO4K2FeO4+2NaOH
15、,溶解度大的能转化为溶解度小的物质,反应能发生的原因是K2FeO4的溶解度比Na2FeO4小,故D错误。对点演练2 BFe3+遇KSCN会使溶液呈现红色,Fe2+遇KSCN无明显现象,如果溶液中滴加KSCN溶液呈红色,则证明存在Fe3+,并不能证明无Fe2+,故A错误;铁粉可作为食品袋内的脱氧剂,Fe与氧气反应,铁的化合价升高,铁是还原剂,则铁粉起还原作用,故B正确;Cu与氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜,没有单质生成,则不属于置换反应,故C错误;c(Fe2+)=1molL-1的溶液呈酸性,酸性溶液中Fe2+与MnO4-之间发生氧化还原反应,在溶液中不能大量共存,故D错误。典例3D开始实验时生成
16、的沉淀均为黑色沉淀,则应为Fe2S3,故A正确;硫化钠具有还原性,可与铁离子发生氧化还原反应生成S,则产生黄色沉淀的反应的化学方程式为Fe2S3+4FeCl36FeCl2+3S,故B正确;Na2S与FeCl3发生氧化还原反应生成氯化亚铁,当硫化钠过量时又生成FeS,FeS为黑色沉淀,故C正确;在Na2S溶液过量的情况下,黑色沉淀应为FeS,而Fe(OH)3为红褐色沉淀,故D错误。对点演练3 AB项中CO还原Fe2O3得到单质铁,即使黑色固体中有Fe3O4,其溶于盐酸后产生的Fe3+可能与Fe发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,加入KSCN溶液也不显红色,错误;C项中酸性条件下NO3-具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,发生氧化还原反应有Fe3+生成,Fe3+遇KSCN溶液呈红色,无法证明样品是否变质,错误;D项中若原溶液中无Fe2+而存在Fe3+,也有此现象,错误。