第7講 鐵及其化合物(講)學(xué)生版

學(xué)而優(yōu)·教有方PAGEPAGE1第7講鐵及其化合物【學(xué)科核心素養(yǎng)】1.宏觀辨識與微觀探析：認(rèn)識鐵及其化合物的性質(zhì)及應(yīng)用，能以“鐵三角”轉(zhuǎn)化關(guān)系理解變價元素的轉(zhuǎn)化條件。2.科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：利用鐵及其化合物的性質(zhì)，科學(xué)認(rèn)識鐵及其化合物的提純和制備工藝流程，形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和崇尚真理的意識。3.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：能提出有價值的氫氧化亞鐵及其他鐵的化合物的制備方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究?！竞诵乃仞B(yǎng)發(fā)展目標(biāo)】1.能從物質(zhì)類別和鐵元素化合價的角度認(rèn)識鐵及其化合物的性質(zhì)，理清鐵元素不同價態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，增強(qiáng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的能力。2.會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)制備氫氧化亞鐵，檢驗(yàn)Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性與還原性，增強(qiáng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識?！局R點(diǎn)解讀】知識點(diǎn)一鐵及其重要化合物的性質(zhì)1．鐵鐵位于元素周期表中第4周期Ⅷ族，是一種應(yīng)用最廣泛的過渡金屬元素；鐵元素是一種典型的變價金屬元素。(1)結(jié)構(gòu)(2)鐵的物理性質(zhì)銀白色固體，熔點(diǎn)較高，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、延展性，能被磁鐵吸引。(3)鐵的化學(xué)性質(zhì)鐵元素性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的還原性，主要化合價為＋2價和＋3價。①與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)與O2反應(yīng)常溫鐵銹(成分為Fe2O3·xH2O)點(diǎn)燃3Fe＋2O2eq\o(=====,\s\up7(點(diǎn)燃))Fe3O4與Cl2反應(yīng)點(diǎn)燃2Fe＋3Cl2eq\o(=====,\s\up7(點(diǎn)燃))2FeCl3與S、I2反應(yīng)Fe＋Seq\o(=====,\s\up7(△))FeS、Fe＋I(xiàn)2eq\o(=====,\s\up7(△))FeI2②與水的反應(yīng)常溫下鐵與水不反應(yīng)，在高溫條件下與水蒸氣反應(yīng)：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=====,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2。③與酸的反應(yīng)與H＋反應(yīng)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑與稀HNO3反應(yīng)過量Fe＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)===Fe3＋＋NO↑＋2H2O少量3Fe＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O與濃H2SO4、濃HNO3反應(yīng)常溫下鈍化，加熱分別生成SO2、NO2④與某些鹽溶液反應(yīng)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋【歸納總結(jié)】①Fe與Cl2反應(yīng)無論用量多少都生成FeCl3，而Fe與鹽酸反應(yīng)生成FeCl2。②鐵在潮濕的空氣中生成的鐵銹的主要成分是Fe2O3，而鐵在純氧中燃燒的產(chǎn)物是Fe3O4。③鐵與一般氧化劑(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反應(yīng)時被氧化為Fe2＋，鐵與強(qiáng)氧化劑(如Cl2、Br2、HNO3、濃H2SO4等)反應(yīng)時被氧化為Fe3＋。④在電化學(xué)中鐵作負(fù)極時電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋。(3)鐵的冶煉冶煉原理：Fe2O3＋3COeq\o(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO22．鐵的氧化物化學(xué)式FeOFe2O3Fe3O4俗名鐵紅磁性氧化鐵顏色狀態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體(有磁性)溶解性難溶于水難溶于水難溶于水鐵的化合價＋2＋3＋2，＋3穩(wěn)定性不穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定與H＋反應(yīng)的離子方程式FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O3.鐵的氫氧化物(1)Fe(OH)2是白色絮狀物，易被空氣中的氧氣氧化生成Fe(OH)3，顏色由白色變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色，方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(2)Fe(OH)3是紅褐色、難溶于水的固體，在空氣中久置會部分失水生成鐵銹(Fe2O3·xH2O)，受熱易分解，方程式為2Fe(OH)3eq\o(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O；制取Fe(OH)3用可溶性鐵鹽與堿反應(yīng)，離子方程式：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。4．亞鐵鹽(1)Fe2＋的氧化性和還原性含有Fe2＋的溶液呈淺綠色，F(xiàn)e2＋處于鐵的中間價態(tài)，既有氧化性，又有還原性，其中以還原性為主，如：遇Br2、Cl2、H2O2、NOeq\o\al(－,3)(H＋)等均表現(xiàn)為還原性。Fe2＋的酸性溶液與H2O2反應(yīng)的離子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(2)可水解Fe(OH)2是弱堿，含F(xiàn)e2＋的鹽(如硫酸亞鐵)溶液呈酸性。配制硫酸亞鐵溶液時常加少量硫酸抑制Fe2＋的水解，加少量鐵屑防止Fe2＋被氧化。5．鐵鹽的性質(zhì)及應(yīng)用(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈棕黃色，F(xiàn)e3＋處于鐵的高價態(tài)，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表現(xiàn)為氧化性。①Fe3＋與S2－、I－、HS－、SOeq\o\al(2－,3)等具有較強(qiáng)還原性的離子不能大量共存。②Fe3＋可腐蝕印刷電路板上的銅箔，反應(yīng)的離子方程式為2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。(2)易水解：Fe(OH)3是很弱的堿，且溶度積很小，因而Fe3＋極易水解，只能存在于酸性較強(qiáng)的溶液中。①利用Fe3＋易水解的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室可用FeCl3滴入沸水中制取氫氧化鐵膠體，反應(yīng)的化學(xué)方程式：FeCl3＋3H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))Fe(OH)3(膠體)＋3HCl。②利用Fe3＋易水解的性質(zhì)，工業(yè)上常用調(diào)節(jié)pH方法除去溶液中的鐵離子。③利用Fe3＋易水解的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室配制氯化鐵溶液，通常將氯化鐵固體先溶于較濃的鹽酸中，然后再稀釋至所需濃度。④Fe3＋與HCOeq\o\al(－,3)、[Al(OH)4]－、COeq\o\al(2－,3)、ClO－等水解呈堿性的離子不能大量共存。知識點(diǎn)二Fe2＋和Fe3＋的檢驗(yàn)1．亞鐵鹽(1)Fe2＋的氧化性和還原性含有Fe2＋的溶液呈淺綠色，F(xiàn)e2＋處于鐵的中間價態(tài)，既有氧化性，又有還原性，其中以還原性為主，如遇Br2、Cl2、H2O2、NOeq\o\al(－,3)(H＋)、MnOeq\o\al(－,4)(H＋)等均表現(xiàn)為還原性。Fe2＋的酸性溶液與H2O2反應(yīng)的離子方程式：2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O向FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液褪色。反應(yīng)的離子方程式：MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。(2)可水解Fe2＋的鹽(如硫酸亞鐵)溶液因水解呈酸性。2．鐵鹽(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈黃色，F(xiàn)e3＋處于鐵的高價態(tài)，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表現(xiàn)為氧化性。如用FeCl3溶液腐蝕印刷電路板上的銅箔，反應(yīng)的離子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe3＋＋Cu2＋。(2)易水解：Fe3＋極易水解，只能存在于酸性較強(qiáng)的溶液中。3．Fe2＋、Fe3＋的檢驗(yàn)方法(1)Fe2＋的檢驗(yàn)方法1eq\a\vs4\al(樣品溶液)eq\o(―――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))無現(xiàn)象eq\o(―――――――→,\s\up7(滴加氯水),\s\do5(或雙氧水))溶液變紅色，證明含有Fe2＋方法2eq\a\vs4\al(樣品溶液)eq\o(――――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))產(chǎn)生白色絮狀沉淀，迅速變成灰綠色，最終變?yōu)榧t褐色，證明含有Fe2＋方法3eq\a\vs4\al(樣品溶液)eq\o(―――――――――→,\s\up7(加入K3[FeCN6]溶液))生成藍(lán)色沉淀，證明含有Fe2＋(2)Fe3＋的檢驗(yàn)方法1eq\a\vs4\al(樣品溶液)eq\o(――――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液變紅色，證明含有Fe3＋方法2eq\a\vs4\al(樣品溶液)eq\o(―――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))產(chǎn)生紅褐色沉淀，證明含有Fe3＋(3)混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的檢驗(yàn)①Fe3＋的檢驗(yàn)a.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液變血紅色，說明含有Fe3＋b.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(淀粉/KI試紙))試紙變藍(lán)色，說明含有Fe3＋②Fe2＋的檢驗(yàn)a.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(滴加酸性),\s\do5(KMnO4溶液))KMnO4溶液褪色，說明含有Fe2＋b.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(滴加溴水))溴水褪色，說明含有Fe2＋c.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(滴加K3[Fe（CN）6]溶液))生成藍(lán)色沉淀，說明含有Fe2＋4．亞鐵鹽、鐵鹽性質(zhì)應(yīng)用(1)鹽溶液的配制與保存(2)物質(zhì)的制備(3)判斷離子能否共存Fe2＋eq\f(不共存,)NOeq\o\al(－,3)(H＋)、ClO－、MnOeq\o\al(－,4)(H＋)Fe3＋eq\f(不共存,)S2－、I－、SOeq\o\al(2－,3)Fe3＋eq\f(不共存,)HCOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)等水解相互促進(jìn)的離子【典例剖析】高頻考點(diǎn)一鐵及其化合物的性質(zhì)例1.（高考組合題）下列有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)的敘述錯誤的是（）A.（2021·浙江卷）鐵粉與氧化鋁發(fā)生的鋁熱反應(yīng)可用于焊接鐵軌 B．（2019·天津卷）將廢鐵屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工業(yè)廢氣中的Cl2C．（2020·江蘇卷）室溫下，F(xiàn)e與濃H2SO4反應(yīng)生成FeSO4 D.（2018·江蘇卷）Cu與FeCl3溶液反應(yīng)可生成CuCl2【變式探究】（高考組合題）下列觀點(diǎn)的敘述正確的是（）A.（2021·浙江卷）將生鐵進(jìn)一步煉制減少含碳量，能得到耐腐蝕的鋼B.（2017·江蘇卷）FeFeCl2Fe(OH)2C.（2018·江蘇卷）D.（2017·新課標(biāo)II卷）向2mL0.1mol·L－1的FeCl3溶液中加足量鐵粉，振蕩，加1滴KSCN溶液，黃色逐漸消失，加KSCN溶液顏色不變，說明還原性：Fe>Fe2+高頻考點(diǎn)二鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化與計(jì)算例2．在給定條件下，下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化不能實(shí)現(xiàn)的是()A．Feeq\o(→,\s\up7(Cl2),\s\do5(△))FeCl3 B．Feeq\o(→,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(常溫))FeSO4C．Feeq\o(→,\s\up7(H2O(g)),\s\do5(高溫))Fe3O4 D．Feeq\o(→,\s\up7(FeCl3溶液),\s\do5(常溫))FeCl2【變式探究】含有agHNO3的稀硝酸與bg鐵恰好反應(yīng)，鐵全部溶解，生成NO。已知有eq\f(a,4)gHNO3被還原，則a∶b不可能是()A．3∶1B．3∶2C．4∶1D．9∶2【方法技巧】數(shù)軸法分析鐵與稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物一是明確哪種物質(zhì)過量，二是根據(jù)兩種物質(zhì)的量分析討論判斷。根據(jù)化學(xué)方程式：HNO3過量：Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；Fe過量：Fe＋2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)2；兩者相加得總方程式：3Fe＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；可以用數(shù)軸表示：解題時需注意量的范圍：①eq\f(n（Fe）,n（HNO3）)≤eq\f(1,4)，產(chǎn)物僅有Fe(NO3)3，稀HNO3可能有剩余；②eq\f(n（Fe）,n（HNO3）)≥eq\f(3,8)，產(chǎn)物僅有Fe(NO3)2，F(xiàn)e可能有剩余；③eq\f(1,4)＜eq\f(n（Fe）,n（HNO3）)＜eq\f(3,8)，產(chǎn)物為Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，F(xiàn)e和稀HNO3都完全反應(yīng)。高頻考點(diǎn)三、鐵及其化合物的實(shí)驗(yàn)探究例3.（2019·新課標(biāo)Ⅰ卷）硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實(shí)驗(yàn)室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨，具體流程如下:回答下列問題:(1)步驟①的目的是去除廢鐵屑表面的油污，方法是。

(2)步驟②需要加熱的目的是，

溫度保持80~95℃，采用的合適加熱方式是。鐵屑中含有少量硫化物，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體需要凈化處理，合適的裝置為(填標(biāo)號)。

ABCD(3)步驟③中選用足量的H2O2，理由是。分批加入H2O2，同時為了，

溶液要保持pH小于0.5。(4)步驟⑤的具體實(shí)驗(yàn)操作有，經(jīng)干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。

(5)采用熱重分析法測定硫酸鐵銨晶體樣品所含結(jié)晶水?dāng)?shù)，將樣品加熱到150℃時失掉1.5個結(jié)晶水，失重5.6%。硫酸鐵銨晶體的化學(xué)式為。

1.5×18266+18x【變式探究】（2018·北京卷）實(shí)驗(yàn)小組制備高鐵酸鉀（K2FeO資料：K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液；具有強(qiáng)氧化性，在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2，在堿性溶液中較穩(wěn)定。（1）制備K2FeO4（夾持裝置略）①A為氯氣發(fā)生裝置。A中反應(yīng)方程式是________________（錳被還原為Mn2+）。②將除雜裝置B補(bǔ)充完整并標(biāo)明所用試劑。③C中得到紫色固體和溶液。C中Cl2發(fā)生的反應(yīng)有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH===2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外還有________________。（2）探究K2FeO4的性質(zhì)①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，產(chǎn)生黃綠色氣體，得溶液a，經(jīng)檢驗(yàn)氣體中含有Cl2。為證明是否K2FeO4氧化了Cl－而產(chǎn)生Cl2，設(shè)計(jì)以下方案：方案Ⅰ取少量a，滴加KSCN溶液至過量，溶液呈紅色。方案Ⅱ用KOH溶液充分洗滌C中所得固體，再用KOH溶液將K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加鹽酸，有Cl2產(chǎn)生。Ⅰ．由方案Ⅰ中溶液變紅可知a中含有______離子，但該離子的產(chǎn)生不能判斷一定是K2FeO4將Cl－氧化，還可能由________________產(chǎn)生（用方程式表示）。Ⅱ．方案Ⅱ可證明K2FeO4氧化了Cl－。用KOH溶液洗滌的目的是________________。②根據(jù)K2FeO4的制備實(shí)驗(yàn)得出：氧化性Cl2________FeO42-（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ?qū)嶒?yàn)表明，Cl2和FeO4③資料表明，酸性溶液中的氧化性FeO42-＞MnO4-，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)如下：將溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振蕩后溶液呈淺紫色，該現(xiàn)象能否證明氧化性FeO4高頻考點(diǎn)四氫氧化亞鐵制備方法的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)例4.下列各圖示中能較長時間看到Fe（OH）2白色沉淀的是（填序號）?！痉椒记伞恐苽銯e（OH）2常用的三種方法（1）有機(jī)層覆蓋法將吸有NaOH溶液的膠頭滴管插到液面以下，并在液面上覆蓋一層苯或煤油（不能用CCl4），以防止空氣與Fe（OH）2接觸發(fā)生反應(yīng)，如圖1所示。（2）還原性氣體保護(hù)法用H2將裝置內(nèi)的空氣排盡后，再將亞鐵鹽與NaOH溶液混合，這樣可較長時間觀察到白色沉淀，如圖2所示。（3）電解法用鐵做陽極，電解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆蓋苯（或煤油），如圖3所示。另外，反應(yīng)液要現(xiàn)用現(xiàn)配，且配制亞鐵鹽溶液和堿溶液所用的蒸餾水都需要加熱煮沸除氧?！咀兪教骄俊咳鐖D所示，此裝置可用來制取和觀察Fe（OH）2在空氣中被氧化的顏色變化。實(shí)驗(yàn)時必須使用鐵屑和6mol·L－1的硫酸，其他試劑任選。填寫下列空白：（1）B中盛有一定量的NaOH溶液，A中燒瓶內(nèi)應(yīng)預(yù)先加入的藥品是。A中反應(yīng)的離子方程式是_________________________________________________________________________________。（2）實(shí)驗(yàn)開始時先將止水夾a（填“打開”或“關(guān)閉”）。（3）簡述生成Fe（OH）2的操作過程：___________________________________________________。（4）實(shí)驗(yàn)完畢，打開b處止水夾，放入一部分空氣，此時B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。高頻考點(diǎn)五考查Fe2＋、Fe3＋檢驗(yàn)與計(jì)算例5.向含有1molHNO3和1molH2SO4的混合溶液中逐漸加入鐵粉至過量，溶液中金屬陽離子a、b與所加鐵粉的物質(zhì)的量的關(guān)系如圖所示(已知稀硝酸的還原產(chǎn)物只有NO)。下列有關(guān)判斷不正確的是()A．a(chǎn)表示Fe3＋的關(guān)系曲線B．n1＝0.75C．P點(diǎn)時，n(Fe2＋)＝0.5625molD．向P點(diǎn)溶液中加入銅粉，最多可溶解12.2g【舉一反三】某班同學(xué)用如下實(shí)驗(yàn)探究Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)?；卮鹣铝袉栴}：(1)分別取一定量氯化鐵、氯化亞鐵固體，均配制成0.1mol/L的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量鐵屑，其目的是___________________________________________。(2)甲組同學(xué)取2mLFeCl2溶液，加入幾滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液變紅，說明Cl2可將Fe2＋氧化。FeCl2溶液與氯水反應(yīng)的離子方程式為_____________________。(3)乙組同學(xué)認(rèn)為甲組的實(shí)驗(yàn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，該組同學(xué)在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入幾滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液變紅，煤油的作用是_____________________________________。(4)丙組同學(xué)取10mL0.1mol/LKI溶液，加入6mL0.1mol/LFeCl3溶液混合。分別取2mL此溶液于3支試管中進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①第一支試管中加入1mLCCl4充分振蕩、靜置，CCl4層顯紫色；②第二支試管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成藍(lán)色沉淀；③第三支試管中加入1滴KSCN溶液，溶液變紅。實(shí)驗(yàn)②檢驗(yàn)的離子是________(填離子符號)；實(shí)驗(yàn)①和③說明：在I－過量的情況下，溶液中仍含有______(填離子符號)，由此可以證明該氧化還原反應(yīng)為____________________。【方法技巧】檢驗(yàn)Fe2＋和Fe3＋時的注意事項(xiàng)（1）檢驗(yàn)Fe2＋時不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能將加KSCN后的混合溶液加入足量的新制氯水中（新制氯水可以氧化SCN－）。（2）當(dāng)溶液濃度較稀時，利用觀察法或加NaOH溶液的方法都不宜檢驗(yàn)Fe2＋和Fe3＋的存在。（3）Fe3＋、Fe2＋、Cl－同時存在時不能用酸性KMnO4溶液檢驗(yàn)Fe2＋（Cl－能還原酸性KMnO4，有干擾）。（4）檢驗(yàn)Fe2＋、Fe3＋的其他方法①檢驗(yàn)Fe2＋最好、最靈敏的試劑是鐵氰化鉀K3[Fe（CN）6]。②檢驗(yàn)Fe3＋也可用苯酚（C6H5OH），在FeCl3溶液中滴加苯酚，溶液顯紫色?！咀兪教骄俊恳C明某溶液中不含F(xiàn)e3＋而可能含有Fe2＋，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作時，最佳順序?yàn)?)①加入足量