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2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义:第3章第三节 铁及其化合物
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第三节 铁及其化合物
[高考备考指南]
考纲定位
1.掌握铁的主要性质及应用。
2.掌握铁的重要化合物的主要性质及应用。
3.了解铁及其重要化合物的制备方法。
4.了解Fe2+、Fe3+的检验方法。
核心素养
1.宏观辨识——认识铁及其化合物的性质及应用,能以“铁三角”转化关系理解变价元素的转化条件。
2.科学探究——能提出有价值的Fe(OH)2的制备方案,并进行实验探究。
3.科学态度——利用铁及其化合物的性质,科学认识铁及其化合物的分离,提纯和制备工艺流程,同时具有严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。
铁及其氧化物
(对应复习讲义第31页)
1.铁的结构、位置和物理性质
2.铁的化学性质
(1)铁与非金属单质的反应
①铁与O2的反应
常温:铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为Fe2O3·xH2O。
点燃:3Fe+2O2Fe3O4。
②铁与Cl2的反应:2Fe+3Cl22FeCl3。
③铁与S的反应:Fe+SFeS。
(2)铁与水的反应
常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。
(3)铁与酸的反应
①铁与非氧化性酸反应的离子方程式:Fe+2H+===Fe2++H2↑。
②铁与氧化性酸反应: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、浓硝酸反应无H2产生。
(4)铁与某些盐溶液的反应
①铁与CuSO4溶液反应的离子方程式:Fe+Cu2+===Cu+Fe2+。
②铁与FeCl3溶液反应的离子方程式:Fe+2Fe3+===3Fe2+。
[提醒] (1)Fe与一般酸反应生成Fe2+,与酸的量无关,但Fe与稀HNO3反应时最终铁的价态与铁的量有关。
(2)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。
3.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
-
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化合价
+2价
+3价
+2、+3价
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
[注意] ①FeO、Fe3O4与硝酸反应时均生成Fe3+。
②Fe3O4的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe2O3,即有1/3的铁显+2价,2/3的铁显+3价。
角度1 铁及其氧化物的主要性质及应用
1.下列说法正确的是________(填序号)。
①(2018·全国卷Ⅱ)取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3
②(2017·全国卷Ⅱ)向2 mL 0.1 mol/L的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液,若出现黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变可得出还原性:Fe>Fe2+
③FeFeCl2Fe(OH)2系列转化能实现
④(2016·全国卷Ⅲ)根据铁比铜金属性强,在实际应用中可用FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板
⑤(2015·全国卷Ⅰ)将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液,有气体生成,溶液呈血红色,则稀硝酸将Fe氧化成Fe3+
⑥Fe3O4与任何足量强酸反应均生成Fe3+
[答案] ①②
2.(2019·樟树模拟)铁的常见化合价有+2价和+3价。据研究,铁在浓HNO3中发生钝化时,可生成一种化学式为Fe8O11的化合物,它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为( )
A.FeO·3Fe2O3
B.2FeO·3Fe2O3
C.FeO·2Fe2O3
D.2FeO·Fe2O3
B [化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物,设化学式为nFeO·mFe2O3,则
解得n=2,m=3,该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。]
角度2 铁及其氧化物的定量计算
3.某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,若向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示。则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为( )
A.1∶1∶1 B.1∶3∶1
C.3∶3∶8 D.1∶1∶4
D [据氧化性由强到弱的顺序:HNO3>Fe3+>Cu2+,可知随铁粉的增加,反应的方程式分别为
4HNO3(稀)+Fe===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
4 mol 1 mol 1 mol
2Fe(NO3)3+Fe===3Fe(NO3)2
2 mol 1 mol 3 mol
Cu(NO3)2+Fe===Fe(NO3)2+Cu
1 mol 1 mol 1 mol
所以原溶液中,Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为(2 mol-1 mol)∶1 mol∶4 mol=1∶1∶4。]
4.准确称取某种铁的氧化物2.88 g,用足量的CO进行还原,将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收,得到沉淀4 g,则这种铁的氧化物为( )
A.Fe3O4
B.Fe2O3
C.FeO
D.以上都不是
C [4 g CaCO3沉淀的物质的量为0.04 mol,则CO2的物质的量也为0.04 mol,增加的氧元素为0.04 mol,质量为0.04 mol×16 g·mol-1=0.64 g,铁的氧化物中氧元素质量为0.64 g,铁元素质量为2.88 g-0.64 g=2.24 g,铁的氧化物中铁元素与氧元素物质的量之比为∶=1∶1,则铁的氧化物化学式为FeO。]
铁的氢氧化物和盐(Fe2+、Fe3+)
(对应复习讲义第32页)
1.铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
溶解性
难溶于水
难溶于水
与盐酸
反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热
分解
-
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与强碱溶液反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与强碱溶液反应:
Fe3++3OH-===
Fe(OH)3↓
二者的
关系
空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
[提醒] 因为Fe(OH)2易被氧化,在制备Fe(OH)2时要注意避免O2的干扰。
2.亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐
①氧化性与还原性
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Fe2++Zn===Fe+Zn2+、2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
②可水解
保存或配制FeSO4时常加入少量H2SO4的理由是(写离子方程式)Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+。
(2)铁盐
①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2Fe3++Fe===3Fe2+、
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
②特性
含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN时变成红色。
③可水解
a.利用Fe3+易水解的性质,实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体,反应的化学方程式:FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl。
b.利用Fe3+易水解的性质,工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。如可通过加入MgO或Mg(OH)2调节pH来除去MgCl2溶液中的Fe3+。
c.利用Fe3+易水解的性质,实验室配制氯化铁溶液,通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中,然后再稀释至所需浓度。
3.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水
K
K(2)用NaOH溶液
K
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
溶液变红色,说明含有Fe3+。
KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+。
(4)Fe2+的特征检验方法
溶液产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
1.“铁三角”中的转化关系
2.“铁三角”的重要应用
(1)除杂
主要物质
杂质
除杂方法
Fe2+
Fe3+
加过量铁屑后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2溶液
Fe2+
Cu2+
加过量铁屑后过滤
Fe
Al
加过量强碱溶液后过滤
Fe2O3
Al2O3、SiO2
加过量强碱溶液后过滤
(2)判断离子共存
①Fe2+NO(H+)、ClO-、MnO(H+)(因发生氧化还原反应)。
②Fe3+S2-、I-、SO、HS-(因发生氧化还原反应)。
③Fe2+、Fe3+HCO、CO、AlO等(因互相促进水解反应)。
(3)盐溶液的配制与保存
(4)物质的制备
角度1 Fe(OH)2的性质及制备
1.铁屑溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止,得到红棕色残渣。上述沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3、Fe2O3 B.Fe(OH)2、Fe2O3
C.Fe(OH)2、Fe(OH)3 D.Fe(OH)2、Fe3O4
B [FeFe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3。]
2.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白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①、②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;③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;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于胶头滴管能带入空气中的氧气,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] ①②③⑤
成功制备Fe(OH)2的关键
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,成功的关键有以下两点:
①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质;
②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。
角度2 Fe2+、Fe3+的主要性质和检验
3.(2016·全国卷Ⅱ)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是__________________________________________________。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验:
①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色;
②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;
③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。
实验②检验的离子是________(填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有________(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为________。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________;
一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
生成沉淀的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(用平衡移动原理解释)。
[解析] (1)Fe2+具有很强的还原性,易被空气中的O2氧化为Fe3+,在FeCl2溶液中加入少量铁屑,可防止Fe2+被氧化。
(2)Fe2+被氧化为Fe3+,Cl2被还原为Cl-,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
(3)O2难溶于煤油,加入煤油能隔绝空气,排除O2对实验的影响。
(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。K3[Fe(CN)6]是检验Fe2+的试剂。实验③溶液变红,说明溶液中仍存在Fe3+,由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。
(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应,Fe2+被氧化为Fe3+,H2O2被还原为H2O,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。Fe3+对H2O2的分解起催化作用,当反应一段时间后,会发生反应:2H2O22H2O+O2↑,故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热,促使Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡右移,最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。
[答案] (1)防止Fe2+被氧化 (2)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- (3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) (4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应 (5)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动
角度3 “铁三角”关系的应用
4.A、B、C为3种单质(其中A为固体,B、C为气体),将D的饱和溶液滴入沸水中继续煮沸,溶液呈红褐色,B、C反应的产物易溶于水得到无色溶液E。它们之间的转化关系如图,下列推断正确的是( )
A.物质B是H2 B.物质C是Cl2
C.物质D是FeCl2 D.物质F是FeCl2
D [由题意和图示转化可知A为Fe,B为Cl2,C为H2,D为FeCl3,E为HCl,F为FeCl2。]
角度4 涉及Fe及其化合物的化工流程综合试题
5.(2019·贵阳模拟)α铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛,用赤铁矿石(含Fe2O3、FeO,也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下:
已知部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如表所示:
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
开始沉淀
时的pH
3.7
2.3
7.6
5.4
完全沉淀
时的pH
5.2
3.2
9.7
6.7
回答以下问题:
(1)实验流程中首先对赤铁矿进行“碾碎”,目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)固体A的成分是________(填写化学式),在滤液A中加H2O2的目的是________________________________________________________________________
(用离子方程式进行说明)。
(3)步骤②中需调节pH的范围是________________________________________________________________________。
(4)步骤③中灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、________________(填写三种仪器),发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] (1)对赤铁矿进行碾碎,可以增大接触面积,从而加快反应速率,提高矿石的浸出率。(2)赤铁矿中只有MnO2与稀硫酸不反应,故固体A为MnO2。滤液A中加H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+。(3)步骤②调节pH的目的是将Fe3+与Al3+、Cu2+分离,即完全沉淀Fe3+,而不沉淀Al3+、Cu2+,故需调节3.2≤pH<3.7。(4)步骤③为灼烧Fe(OH)3,需要用到的仪器还有坩埚、泥三角、坩埚钳。灼烧Fe(OH)3时发生分解反应:2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。
[答案] (1)增大接触面积,从而加快反应速率,提高矿石的浸出率
(2)MnO2 2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O
(3)3.2≤pH<3.7
(4)泥三角、坩埚、坩埚钳 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
6.(2018·全国卷Ⅰ,T7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:
下列叙述错误的是( )
A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+
D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
D [废旧电池中含有的金属、电解质溶液会对水体和土壤等造成污染,处理废旧电池有利于资源再利用,同时能够降低环境污染,保护环境,A项正确;从流程图看出,正极材料涉及了铝、铁、锂等金属,B项正确;因流程中加入的有HNO3,故在含Li、P、Fe等滤液中加碱液,发生“沉淀”反应的金属离子为Fe3+,C项正确;因为锂及其化合物的性质与镁相似,由硫酸镁易溶于水推知,硫酸锂易溶于水,由碳酸镁微溶于水推知,碳酸锂微溶于水,所以不能用硫酸钠代替碳酸钠,D项错误。]
两种常见流程模型图
\x((1)回收Cu和制备FeCl3的流程,,(2)废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3、CuSO4·5H2O的流程,废品(Fe2O3、,CuO、FeO、SiO2))\o(――→,\s\up7(足量H2SO4),\s\do5(过滤)))
KK
第三节 铁及其化合物
[高考备考指南]
考纲定位
1.掌握铁的主要性质及应用。
2.掌握铁的重要化合物的主要性质及应用。
3.了解铁及其重要化合物的制备方法。
4.了解Fe2+、Fe3+的检验方法。
核心素养
1.宏观辨识——认识铁及其化合物的性质及应用,能以“铁三角”转化关系理解变价元素的转化条件。
2.科学探究——能提出有价值的Fe(OH)2的制备方案,并进行实验探究。
3.科学态度——利用铁及其化合物的性质,科学认识铁及其化合物的分离,提纯和制备工艺流程,同时具有严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。
铁及其氧化物
(对应复习讲义第31页)
1.铁的结构、位置和物理性质
2.铁的化学性质
(1)铁与非金属单质的反应
①铁与O2的反应
常温:铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为Fe2O3·xH2O。
点燃:3Fe+2O2Fe3O4。
②铁与Cl2的反应:2Fe+3Cl22FeCl3。
③铁与S的反应:Fe+SFeS。
(2)铁与水的反应
常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。
(3)铁与酸的反应
①铁与非氧化性酸反应的离子方程式:Fe+2H+===Fe2++H2↑。
②铁与氧化性酸反应: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、浓硝酸反应无H2产生。
(4)铁与某些盐溶液的反应
①铁与CuSO4溶液反应的离子方程式:Fe+Cu2+===Cu+Fe2+。
②铁与FeCl3溶液反应的离子方程式:Fe+2Fe3+===3Fe2+。
[提醒] (1)Fe与一般酸反应生成Fe2+,与酸的量无关,但Fe与稀HNO3反应时最终铁的价态与铁的量有关。
(2)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。
3.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
-
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化合价
+2价
+3价
+2、+3价
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
[注意] ①FeO、Fe3O4与硝酸反应时均生成Fe3+。
②Fe3O4的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe2O3,即有1/3的铁显+2价,2/3的铁显+3价。
角度1 铁及其氧化物的主要性质及应用
1.下列说法正确的是________(填序号)。
①(2018·全国卷Ⅱ)取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3
②(2017·全国卷Ⅱ)向2 mL 0.1 mol/L的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液,若出现黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变可得出还原性:Fe>Fe2+
③FeFeCl2Fe(OH)2系列转化能实现
④(2016·全国卷Ⅲ)根据铁比铜金属性强,在实际应用中可用FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板
⑤(2015·全国卷Ⅰ)将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液,有气体生成,溶液呈血红色,则稀硝酸将Fe氧化成Fe3+
⑥Fe3O4与任何足量强酸反应均生成Fe3+
[答案] ①②
2.(2019·樟树模拟)铁的常见化合价有+2价和+3价。据研究,铁在浓HNO3中发生钝化时,可生成一种化学式为Fe8O11的化合物,它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为( )
A.FeO·3Fe2O3
B.2FeO·3Fe2O3
C.FeO·2Fe2O3
D.2FeO·Fe2O3
B [化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物,设化学式为nFeO·mFe2O3,则
解得n=2,m=3,该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。]
角度2 铁及其氧化物的定量计算
3.某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,若向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示。则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为( )
A.1∶1∶1 B.1∶3∶1
C.3∶3∶8 D.1∶1∶4
D [据氧化性由强到弱的顺序:HNO3>Fe3+>Cu2+,可知随铁粉的增加,反应的方程式分别为
4HNO3(稀)+Fe===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
4 mol 1 mol 1 mol
2Fe(NO3)3+Fe===3Fe(NO3)2
2 mol 1 mol 3 mol
Cu(NO3)2+Fe===Fe(NO3)2+Cu
1 mol 1 mol 1 mol
所以原溶液中,Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为(2 mol-1 mol)∶1 mol∶4 mol=1∶1∶4。]
4.准确称取某种铁的氧化物2.88 g,用足量的CO进行还原,将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收,得到沉淀4 g,则这种铁的氧化物为( )
A.Fe3O4
B.Fe2O3
C.FeO
D.以上都不是
C [4 g CaCO3沉淀的物质的量为0.04 mol,则CO2的物质的量也为0.04 mol,增加的氧元素为0.04 mol,质量为0.04 mol×16 g·mol-1=0.64 g,铁的氧化物中氧元素质量为0.64 g,铁元素质量为2.88 g-0.64 g=2.24 g,铁的氧化物中铁元素与氧元素物质的量之比为∶=1∶1,则铁的氧化物化学式为FeO。]
铁的氢氧化物和盐(Fe2+、Fe3+)
(对应复习讲义第32页)
1.铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
溶解性
难溶于水
难溶于水
与盐酸
反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热
分解
-
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与强碱溶液反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与强碱溶液反应:
Fe3++3OH-===
Fe(OH)3↓
二者的
关系
空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
[提醒] 因为Fe(OH)2易被氧化,在制备Fe(OH)2时要注意避免O2的干扰。
2.亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐
①氧化性与还原性
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Fe2++Zn===Fe+Zn2+、2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
②可水解
保存或配制FeSO4时常加入少量H2SO4的理由是(写离子方程式)Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+。
(2)铁盐
①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2Fe3++Fe===3Fe2+、
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
②特性
含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN时变成红色。
③可水解
a.利用Fe3+易水解的性质,实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体,反应的化学方程式:FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl。
b.利用Fe3+易水解的性质,工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。如可通过加入MgO或Mg(OH)2调节pH来除去MgCl2溶液中的Fe3+。
c.利用Fe3+易水解的性质,实验室配制氯化铁溶液,通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中,然后再稀释至所需浓度。
3.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水
K
K(2)用NaOH溶液
K
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
溶液变红色,说明含有Fe3+。
KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+。
(4)Fe2+的特征检验方法
溶液产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
1.“铁三角”中的转化关系
2.“铁三角”的重要应用
(1)除杂
主要物质
杂质
除杂方法
Fe2+
Fe3+
加过量铁屑后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2溶液
Fe2+
Cu2+
加过量铁屑后过滤
Fe
Al
加过量强碱溶液后过滤
Fe2O3
Al2O3、SiO2
加过量强碱溶液后过滤
(2)判断离子共存
①Fe2+NO(H+)、ClO-、MnO(H+)(因发生氧化还原反应)。
②Fe3+S2-、I-、SO、HS-(因发生氧化还原反应)。
③Fe2+、Fe3+HCO、CO、AlO等(因互相促进水解反应)。
(3)盐溶液的配制与保存
(4)物质的制备
角度1 Fe(OH)2的性质及制备
1.铁屑溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止,得到红棕色残渣。上述沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3、Fe2O3 B.Fe(OH)2、Fe2O3
C.Fe(OH)2、Fe(OH)3 D.Fe(OH)2、Fe3O4
B [FeFe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3。]
2.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白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①、②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;③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;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于胶头滴管能带入空气中的氧气,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] ①②③⑤
成功制备Fe(OH)2的关键
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,成功的关键有以下两点:
①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质;
②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。
角度2 Fe2+、Fe3+的主要性质和检验
3.(2016·全国卷Ⅱ)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是__________________________________________________。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验:
①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色;
②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;
③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。
实验②检验的离子是________(填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有________(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为________。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________;
一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
生成沉淀的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(用平衡移动原理解释)。
[解析] (1)Fe2+具有很强的还原性,易被空气中的O2氧化为Fe3+,在FeCl2溶液中加入少量铁屑,可防止Fe2+被氧化。
(2)Fe2+被氧化为Fe3+,Cl2被还原为Cl-,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
(3)O2难溶于煤油,加入煤油能隔绝空气,排除O2对实验的影响。
(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。K3[Fe(CN)6]是检验Fe2+的试剂。实验③溶液变红,说明溶液中仍存在Fe3+,由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。
(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应,Fe2+被氧化为Fe3+,H2O2被还原为H2O,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。Fe3+对H2O2的分解起催化作用,当反应一段时间后,会发生反应:2H2O22H2O+O2↑,故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热,促使Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡右移,最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。
[答案] (1)防止Fe2+被氧化 (2)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- (3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) (4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应 (5)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动
角度3 “铁三角”关系的应用
4.A、B、C为3种单质(其中A为固体,B、C为气体),将D的饱和溶液滴入沸水中继续煮沸,溶液呈红褐色,B、C反应的产物易溶于水得到无色溶液E。它们之间的转化关系如图,下列推断正确的是( )
A.物质B是H2 B.物质C是Cl2
C.物质D是FeCl2 D.物质F是FeCl2
D [由题意和图示转化可知A为Fe,B为Cl2,C为H2,D为FeCl3,E为HCl,F为FeCl2。]
角度4 涉及Fe及其化合物的化工流程综合试题
5.(2019·贵阳模拟)α铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛,用赤铁矿石(含Fe2O3、FeO,也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下:
已知部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如表所示:
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
开始沉淀
时的pH
3.7
2.3
7.6
5.4
完全沉淀
时的pH
5.2
3.2
9.7
6.7
回答以下问题:
(1)实验流程中首先对赤铁矿进行“碾碎”,目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)固体A的成分是________(填写化学式),在滤液A中加H2O2的目的是________________________________________________________________________
(用离子方程式进行说明)。
(3)步骤②中需调节pH的范围是________________________________________________________________________。
(4)步骤③中灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、________________(填写三种仪器),发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] (1)对赤铁矿进行碾碎,可以增大接触面积,从而加快反应速率,提高矿石的浸出率。(2)赤铁矿中只有MnO2与稀硫酸不反应,故固体A为MnO2。滤液A中加H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+。(3)步骤②调节pH的目的是将Fe3+与Al3+、Cu2+分离,即完全沉淀Fe3+,而不沉淀Al3+、Cu2+,故需调节3.2≤pH<3.7。(4)步骤③为灼烧Fe(OH)3,需要用到的仪器还有坩埚、泥三角、坩埚钳。灼烧Fe(OH)3时发生分解反应:2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。
[答案] (1)增大接触面积,从而加快反应速率,提高矿石的浸出率
(2)MnO2 2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O
(3)3.2≤pH<3.7
(4)泥三角、坩埚、坩埚钳 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
6.(2018·全国卷Ⅰ,T7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:
下列叙述错误的是( )
A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+
D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
D [废旧电池中含有的金属、电解质溶液会对水体和土壤等造成污染,处理废旧电池有利于资源再利用,同时能够降低环境污染,保护环境,A项正确;从流程图看出,正极材料涉及了铝、铁、锂等金属,B项正确;因流程中加入的有HNO3,故在含Li、P、Fe等滤液中加碱液,发生“沉淀”反应的金属离子为Fe3+,C项正确;因为锂及其化合物的性质与镁相似,由硫酸镁易溶于水推知,硫酸锂易溶于水,由碳酸镁微溶于水推知,碳酸锂微溶于水,所以不能用硫酸钠代替碳酸钠,D项错误。]
两种常见流程模型图
\x((1)回收Cu和制备FeCl3的流程,,(2)废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3、CuSO4·5H2O的流程,废品(Fe2O3、,CuO、FeO、SiO2))\o(――→,\s\up7(足量H2SO4),\s\do5(过滤)))
KK
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