鐵及其化合物知識(shí)點(diǎn)撥

1、.鐵及其化合物知識(shí)點(diǎn)撥小溪塔高中 周三明鐵及其化合物的有關(guān)知識(shí)是金屬元素中的最重點(diǎn)之一，也是高考的最熱點(diǎn)之一。這部分內(nèi)容有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：其一，在知識(shí)點(diǎn)上，它與氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等聯(lián)系非常緊密；其二，它所涉及的問題，綜合性大，難度大。因此，針對(duì)這兩個(gè)特點(diǎn)，我們的知識(shí)點(diǎn)撥，就以氧化還原反應(yīng)為主線，精心挑選一些綜合性的、有一定難度的問題進(jìn)行點(diǎn)撥講解，并在講解的過程中，盡可能與其它各章的內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)系發(fā)散，力爭(zhēng)使同學(xué)們從知識(shí)到能力的躍遷上，有一個(gè)較大的突破。一、鐵元素的有關(guān)問題提問：你能準(zhǔn)確表述鐵元素在長(zhǎng)式周期表中的位置嗎？（第四周期、第族的第1列）注意：在“”后不要加A（主族）也不要加B（副族）；

2、請(qǐng)不要將“”用“八”或“8”代替；“第1列”這幾個(gè)字最好不要少，因在第族共有3列。從答題時(shí)要求用語準(zhǔn)確和規(guī)范來考慮，對(duì)這些細(xì)節(jié)地方，希望你在平時(shí)多加注意，并逐步養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的習(xí)慣，那么在高考時(shí)你就會(huì)很容易地比別人多出3-5分了。提問：你對(duì)鐵元素在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)多種可變化合價(jià)的現(xiàn)象是如何理解的？鐵的多種可變化合價(jià)，究其本質(zhì)原因，首先要從鐵的原子結(jié)構(gòu)來認(rèn)識(shí)。鐵的原子序數(shù)是26，其核外的每個(gè)電子層所排電子數(shù)從內(nèi)到外依次為：2、8、14、2。在鐵與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候，其最外層的兩個(gè)電子容易失去而使鐵顯2價(jià)。對(duì)鐵原子來說，其次外層的14個(gè)電子中，如果能失去一個(gè)電子成為13個(gè)電子的話，則次外層的電

3、子排布會(huì)比原來更穩(wěn)定（有更高要求的同學(xué)可參考甲種本的相關(guān)內(nèi)容，如：3d63d5等），因此，當(dāng)鐵原子失去最外層的2個(gè)電子以后，其次外層還可以再失去一個(gè)電子，從而使鐵顯3價(jià)。其次，鐵在化學(xué)反應(yīng)時(shí)，究竟顯2價(jià)還是3價(jià)，這主要取決于跟鐵作用的物質(zhì)的氧化性的強(qiáng)弱。例如，鐵跟氧化性不很強(qiáng)的硫、碘、鹽酸和銅鹽（溶液）等反應(yīng)時(shí)，分別生成2價(jià)的硫化亞鐵、碘化亞鐵、氯化亞鐵和亞鐵鹽等；如果鐵跟氧化性很強(qiáng)的氯氣、溴或硝酸（稀硝酸或濃硝酸加熱）起反應(yīng)，則分別生成3價(jià)的氯化鐵、溴化鐵和硝酸鐵。另外，也應(yīng)特別注意：鐵在溶液中與強(qiáng)氧化劑（如HNO3）反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物中鐵元素的價(jià)態(tài)與反應(yīng)物的用量有很大關(guān)系。若鐵為少量，則生成三價(jià)

4、鐵的化合物；若鐵過量，則生成的Fe3+能被過量的鐵還原為Fe2+，因此，產(chǎn)物中可能全為Fe2+，也可能Fe2+和Fe3+同時(shí)存在。思考：你能很快找出鐵與稀硝酸反應(yīng)時(shí)的臨界點(diǎn)（兩者剛好完全反應(yīng)，且鐵全生成Fe3+或Fe2+時(shí)的狀態(tài)）嗎？（鐵：硝酸1:4；鐵：硝酸3:8）對(duì)此，我們可以從氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)出發(fā)，利用“始態(tài)終態(tài)”法來考慮整個(gè)問題。當(dāng)兩者剛好完全反應(yīng)，且鐵全生成Fe3+時(shí)， Fe（Fe為0價(jià)）Fe3+（Fe為3價(jià)） 每個(gè)鐵原子失去3e 13e HNO3（N為5價(jià)）NO（N為2價(jià)）每個(gè)氮原子得到3e 13e 始態(tài) 終態(tài)注意：每生成一個(gè)Fe3+時(shí)，必須要3個(gè)NO3來與生成的Fe3+配對(duì)才能

5、中和其3個(gè)正電荷，所以當(dāng)1個(gè)鐵原子被氧化的同時(shí)，必有4個(gè)HNO3分子參加反應(yīng)（其中1個(gè)得電子起氧化劑的作用，有3個(gè)成鹽起酸的作用）。據(jù)此分析可知，參加反應(yīng)的鐵與硝酸的物質(zhì)的量之比為：1:4。當(dāng)兩者剛好完全反應(yīng)，且鐵全生成Fe2+時(shí)，F(xiàn)e（Fe為0價(jià)）Fe2+（Fe為2價(jià)） 每個(gè)鐵原子失去2e 36eHNO3（N為5價(jià)）NO（N為2價(jià)）每個(gè)氮原子得到3e 26e 始態(tài) 終態(tài) 從上式可以看出，每生成3個(gè)Fe2+的話，則在2個(gè)HNO3分子被還原成NO的同時(shí)，還需要有6個(gè)NO3來與3個(gè)Fe2+配對(duì)才能中和其6個(gè)正電荷，所以，消耗硝酸的總的分子數(shù)就為8個(gè)（其中2個(gè)起氧化劑的作用，6個(gè)起酸的作用）。據(jù)此分

6、析可知，參加反應(yīng)的鐵與硝酸的物質(zhì)的量之比為：3:8。到此，我們完全可以推出：當(dāng)參加反應(yīng)的鐵與硝酸的物質(zhì)的量的比值，位于1:4與3:8之間的話，則鐵和硝酸都完全反應(yīng)了，并且，在產(chǎn)物中鐵元素主要以Fe2+和Fe3+兩種形式存在。在此基礎(chǔ)上，我們可進(jìn)一步提問：當(dāng)鐵與硝酸以m：n（位于1:4與3:8之間）的物質(zhì)的量的比參加反應(yīng)，則產(chǎn)物中Fe2+和Fe3+的物質(zhì)的量的比為多少？我們的高三復(fù)習(xí)，應(yīng)該教會(huì)大家從反應(yīng)的本質(zhì)去思考問題，因此，對(duì)這類題，我們用守恒法來處理比較好。我們先設(shè)：生成的Fe2+和lFe3+的物質(zhì)的量之比為x：y。提問：你能列出此體系中鐵原子守恒、氮原子守恒及電子得失守恒的關(guān)系式嗎？xy=

7、m（鐵原子守恒）；n=2x+3y+(2x+3y)/3(氮原子守恒)；失電子總數(shù)：2x+3y得電子總數(shù)：n-(2x+3y)3所以，2x+3yn-(2x+3y)3（電子得失守恒）注意：分別將氮原子守恒與電子得失守恒的關(guān)系式進(jìn)行化簡(jiǎn)后，可得到同一個(gè)式子，這就說明，不同的思維方向可以得到相同的結(jié)果。至此，x與y比值的求解，就不是我們化學(xué)老師的事了吧！總之，對(duì)鐵元素表現(xiàn)多種可變化合價(jià)的問題，我們至少應(yīng)從鐵原子的結(jié)構(gòu)、氧化劑的強(qiáng)弱、反應(yīng)物之間量的關(guān)系等角度來認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)一些重要變化，還應(yīng)從反應(yīng)實(shí)質(zhì)、從解題方法的具體操作層面上進(jìn)行探討。二、鐵三角及其轉(zhuǎn)化重點(diǎn)（一）氧化還原反應(yīng)的有關(guān)知識(shí)回顧我們?cè)趶?fù)習(xí)“鐵三

8、角”的相關(guān)內(nèi)容之前，先要復(fù)習(xí)氧化還原反應(yīng)及離子反應(yīng)的有關(guān)問題。首先，我們必須清楚：A、氧化劑中的什么（原子或離子）得到電子，變成了什么即在當(dāng)時(shí)條件下，還原產(chǎn)物以什么形式存在？如：常見的氧化劑濃H2SO4中6價(jià)的S硫元素（或原子）得到電子，變成4價(jià)的硫元素，那么4價(jià)的硫元素以什么形式存在呢？在酸性環(huán)境中，它當(dāng)然以SO2的形式存在。B、還原劑中的什么（原子或離子）失去電子，變成了什么即在當(dāng)時(shí)環(huán)境中，氧化產(chǎn)物以什么形式存在？如：鐵作還原劑時(shí)，如被氧化成3價(jià)的鐵，而在酸性環(huán)境中或干態(tài)下，3價(jià)的鐵會(huì)以Fe3+的形式存在?？傊?，對(duì)常見氧化劑對(duì)應(yīng)的還原產(chǎn)物形式、常見的還原劑對(duì)應(yīng)的氧化產(chǎn)物形式，我們必須比較熟

9、練地掌握。下面，我們就對(duì)這兩方面知識(shí)中一些規(guī)律性的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。1、常見氧化劑及其對(duì)應(yīng)的還原產(chǎn)物：A、KMnO4在酸性環(huán)境下主要還原成Mn2+；在中性環(huán)境下主要被還原成MnO2；在堿性環(huán)境下主要被還原成MnO42。提問：你能分別將其改寫為半反應(yīng)的形式嗎？（所謂半反應(yīng)，是指在只考慮得失電子的數(shù)目及發(fā)生氧化還原反應(yīng)的環(huán)境等問題的情況下，將氧化劑（或還原劑）得（或失）電子后變成什么還原產(chǎn)物（或氧化產(chǎn)物）的還原反應(yīng)（或氧化反應(yīng)）過程表示出來的式子。它通常是相當(dāng)于整個(gè)氧化還原反應(yīng)的一半，所以叫半反應(yīng)，如：原電池或電解池中的電極反應(yīng)式就是典型的半反應(yīng)。）答案 ： MnO48H5e=Mn2+4H2O(酸性環(huán)

10、境)MnO42H2O3e=MnO24OH（中性環(huán)境）MnO4e=MnO42O(堿性環(huán)境)B、H2O2在酸性環(huán)境下，主要被還原為H2O；在中性或堿性環(huán)境中，主要被還原成OH。請(qǐng)你自己分別寫出它們的半反應(yīng)。H2O22H+2e=2H2O（在酸性環(huán)境下）；H2O22e=2OH（在中性或堿性環(huán)境下）C、氧氣在酸性環(huán)境下主要生成水；在中性或堿性環(huán)境下主要生成OH。請(qǐng)你自己分別寫出它們的半反應(yīng)。O24H+4e=2H2O（在酸性環(huán)境下）；O24H2O+4e=4OH（在中性或堿性環(huán)境下）D、硝酸一般來說，濃硝酸的還原產(chǎn)物主要為NO2，稀硝酸的還原主物主要為NO。請(qǐng)你自己分別寫出它們的半反應(yīng)。HNO3HeNO2H

11、2O；HNO33H3eNO2H2OE、濃硫酸的還原產(chǎn)物一般為SO2。請(qǐng)你自己寫出它的半反應(yīng)。H2SO42H2eSO2+2H2OF、次氯酸或次氯酸鹽常被還原為氯離子。HClOH2e= H2O +Cl(在酸性環(huán)境下)ClO+H2O+2e=Cl+ 2OH(在堿性環(huán)境下)G、其它一些容易寫半反應(yīng)的，則請(qǐng)同學(xué)們自己練習(xí)一下，如：X2X；SS2；Fe2+Fe3+；Cu2+Cu；2、常見還原劑及其對(duì)應(yīng)的氧化產(chǎn)物：A、SO32-一般被氧化成SO42-一SO32-+2OH2e=SO42-+ H2OB、負(fù)二價(jià)的S一般被氧化成單質(zhì)S（有時(shí)遇到強(qiáng)氧化劑，也有可能被氧化成更高價(jià)態(tài)的硫）S22e=S(在堿性環(huán)境下)H2S

12、2e=S2H+(在酸性環(huán)境下)C、二價(jià)鐵一般被氧化成三價(jià)鐵。如：Fe2+一般被氧化為Fe3+等。Fe2+e=Fe3+（在酸性環(huán)境下）Fe(OH)2+ OHe= Fe(OH)3(在堿性環(huán)境下)D、H2一般被氧化成H2O或HH22OH2e=2H2O（在堿性或中性環(huán)境下）H22e=2H（在酸性環(huán)境下）E、其它一些容易寫半反應(yīng)的，則請(qǐng)同學(xué)們自己練習(xí)一下，如：X X2 ；金屬單質(zhì)相應(yīng)的金屬陽離子；3、對(duì)半反應(yīng)的拓展：練習(xí)：請(qǐng)寫出足量氯氣與溴化亞鐵溶液反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式和離子反應(yīng)方程式。分析：在此體系中，得電子的只有氯氣分子，它的還原產(chǎn)物為氯離子，所以，我們可以寫出其半反應(yīng)：Cl22e=2 Cl（1）式

13、；在此體系中，失電子的有兩種離子：亞鐵離子和溴離子，它們的氧化產(chǎn)物分別為：鐵離子和溴單質(zhì)，據(jù)此，我們也可分別寫出它們的半反應(yīng)：Fe2+eFe3+（2）式，2Br2eBr2（3）式。注意：此體系中隱含著一個(gè)問題：即Fe2+與Br的物質(zhì)的量的比為1:2，因此，將以上三式相加時(shí)，應(yīng)是：（1）式3 （2）（3）2，由此可得離子反應(yīng)方程式：3 Cl22 Fe2+4Br6 Cl2Fe3+2Br2；將其改寫成化學(xué)方程的話，即為：3 Cl22 FeBr22Fe Cl32Br2； 通過以上操作，我們可以看出：如果我們按照“氧化劑到還原產(chǎn)物、從還原劑到氧化產(chǎn)物”的過程，對(duì)氧化還原反應(yīng)進(jìn)行較全面的分析之后，再分別寫

14、出氧化劑和還原劑的半反應(yīng)，最后，按一定的系數(shù)關(guān)系將半反應(yīng)進(jìn)行加合，就可得到某個(gè)氧化還原反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式或化學(xué)方程式。通過以上三個(gè)步驟的操作，能達(dá)到使我們從本質(zhì)上把握氧化還原反應(yīng)的目的。（二）、“鐵三角”及其相互轉(zhuǎn)化 0Fe 弱 強(qiáng) 氧 劑 劑 氧 化 原 原 化 劑 還 還 劑 強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng)氧化劑+2 +3弱還原劑Fe Fe 動(dòng)畫演示過程：第一步：出來三個(gè)頂角；第二步：連六個(gè)箭頭；第三步：在箭頭上出現(xiàn)小問號(hào)（稍作停頓）；第四步：語音提示其思考或點(diǎn)擊問號(hào)；第五步：點(diǎn)擊問號(hào)出現(xiàn)相應(yīng)的文字。 注意：你應(yīng)該從鐵元素是得電子還是失電子的角度來考慮，是需要氧化劑還是還原劑，進(jìn)一步考慮，是要強(qiáng)氧化劑還是弱

15、氧化劑，是要強(qiáng)還原劑還是弱還原劑；提問：你能列出此三角形中，每一個(gè)箭頭上常見的氧化劑和還原劑嗎？（讓其思考一會(huì)之后，進(jìn)行語音提示：點(diǎn)擊每個(gè)箭頭上的文字，則會(huì)現(xiàn)出相應(yīng)的常見氧化劑和還原劑。） 0Fe H Cl2 O2 P Br2 S Mn Al 濃H2SO4 I2 Si Mg 濃、稀HNO3 Fe3+ C C O2K2Cr2O7Cl2Br2O2KMnO4HNO3H2O2Cu2+ Mg CO H2O H2 H2 Zn Al+2 +3FeCuH2SHIS2-SO32-Na*Fe Fe 提問：你能列舉出圖中每一個(gè)氧化劑或還原劑參加反應(yīng)的例子嗎？（讓其思考一會(huì)之后，進(jìn)行語音提示：點(diǎn)擊箭頭上的每一個(gè)氧化劑

16、或還原劑，即可彈出一個(gè)小框，顯出具體的反應(yīng)實(shí)例及其注意事項(xiàng)。） （1）、二價(jià)鐵到三價(jià)鐵Cl2：向FeCl2或FeSO4等亞鐵鹽溶液中通入氯氣或加入氯水，溶液顏色由淺綠色變?yōu)樽攸S色。離子反應(yīng)方程式為：2Fe2Cl22Fe3+2Cl；Br2：向FeCl2或FeSO4等亞鐵鹽溶液中加入溴水，溶液顏色會(huì)由淺綠色變?yōu)樽攸S色。離子反應(yīng)方程式為：2Fe2Br22Fe3+2Br；O2：二價(jià)鐵與氧氣的反應(yīng)如下： a、FeCl2或FeSO4等亞鐵鹽溶液久置會(huì)變成棕黃色的渾濁液。反應(yīng)的過程為：4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O（氧化） Fe3+3H2OFe（OH）33H+ （水解）化學(xué)方程式為：12FeSO

17、4+3O2+6H2O= 4Fe(OH)3+4Fe2(SO4)3或 12FeCl2+3O2+6H2O= 4Fe(OH)3+8FeCl3 注意：配制以上亞鐵鹽溶液時(shí)，應(yīng)加少量Fe粉以防止氧化（Fe2Fe3+3Fe2+），還應(yīng)加少量稀鹽酸或稀硫酸抑制水解。（思考：配制硝酸亞鐵溶液時(shí)，能否加稀硝酸來抑制水解？） 提問：綠礬露置空氣中會(huì)變質(zhì)，你能寫出其化學(xué)反應(yīng)方程式嗎？ (提示：一般生成堿式硫酸鹽)反應(yīng)式為：4FeSO4+O2+2H2O= 4Fe(OH)SO4（黃褐色）b、Fe（OH）2向Fe（OH）3的轉(zhuǎn)化4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3（注意：此反應(yīng)的顏色變化比較特殊：由白色灰綠色

18、紅褐色；記住其反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的系數(shù)比：4、1、2、4）提問：向亞鐵鹽溶液中加入堿溶液時(shí)，一般很難看到氫氧化亞鐵的生成，這是為什么？請(qǐng)你想出盡可能多的辦法為改進(jìn)這類實(shí)驗(yàn)，爭(zhēng)取看到白色絮狀沉淀的產(chǎn)生。亞鐵鹽溶液跟堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生Fe(OH)2，反應(yīng)式為：Fe2+2OH=Fe(OH)2Fe(OH)2是難溶于水的白色絮狀沉淀，但是在實(shí)驗(yàn)中很難觀察到白色絮狀沉淀。如把硫酸亞鐵溶液跟氫氧化鈉溶液混合時(shí)，觀察到的卻是灰綠色的絮狀沉淀，并且顏色越來越深，最后變成紅褐色。這是為什么呢？這與溶液中溶解有空氣及Fe(OH)2容易被氧化等有關(guān)。Fe(OH)2很容易跟溶液里的水及溶液中溶解的氧氣反應(yīng)而被氧化，在堿性介

19、質(zhì)中，氧化會(huì)更快。其反應(yīng)式為：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3在此反應(yīng)中，因生成的Fe(OH)3的溶解度極?。捌渌颍?，使這一反應(yīng)強(qiáng)烈地向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即反應(yīng)中Fe(OH)2一經(jīng)產(chǎn)生就開始被氧化為Fe(OH)3。灰綠色是Fe(OH)2與Fe(OH)3混合物呈現(xiàn)的顏色。若要觀察到白色的Fe(OH)2絮狀沉淀，則需要?jiǎng)?chuàng)造以下條件：其一：排除亞鐵鹽溶液里的三價(jià)鐵離子，以免三價(jià)鐵離子直接與氫氧根結(jié)合生成Fe(OH)3沉淀。其二：盡量排除亞鐵鹽和堿溶液中的氧氣（絕對(duì)排除幾乎不可能），以減慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)的具體辦法大致有如下幾種：在

20、溶液的配制及處理方面：、配制亞鐵鹽和堿溶液所用的蒸餾水最好是新制并密封快速冷卻的（盡量少溶解空氣）；、亞鐵鹽溶液和堿溶液最好能現(xiàn)配現(xiàn)用（在亞鐵鹽中還應(yīng)加入少量鐵屑防止三價(jià)鐵離子的產(chǎn)生，并加少量同名酸（硝酸亞鐵除外）抑制水解）；、如果為了過幾天再使用，則應(yīng)在亞鐵鹽和堿溶液上方分別做一個(gè)油封（即在溶液的液面上加一層石油醚之類穩(wěn)定的液態(tài)物質(zhì)）以隔絕空氣等。在實(shí)驗(yàn)的操作方面：、把堿溶液在靠近亞鐵鹽溶液液面的地方，沿著試管壁加入盛亞鐵鹽溶液的試管中；、或把裝堿溶液的滴管插入亞鐵鹽溶液中后，再將堿溶液擠出到亞鐵鹽溶液中；、將前面兩種操作的方向反過來（即使它們?cè)趬A大大過量的情況下進(jìn)行反應(yīng)），也許會(huì)效果更好。練習(xí)：向亞鐵鹽溶液中投入一小塊金屬鈉，請(qǐng)寫出其中各步反應(yīng)的方程式。 2Na+2H2O=2Na+2OH+H2；Fe2+2OH=Fe(OH)2；4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 KMnO4：亞鐵鹽溶液能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，離子反應(yīng)方程式為： （ 提示：在看下面的