1、步步高 第三章 第3讲 铁及其化合物导学案第3讲铁及其化合物考纲要求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。考点一用物质分类思想认识铁及其重要化合物1 铁的存在2 铁的性质(1)物理性质纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。(2)化学性质：铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成2、3两种价态的化合物。用化学方程式或离子方程式表示下列变化FeH2O(g) 3Fe4H2O(g) Fe3O44H23 铁的氧化物和
2、氢氧化物(1)铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4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232，3稳定性不稳定稳定稳定与H反应的离子方程式FeO2H=Fe2H2OFe2O36H=2Fe33H2OFe3O48H=Fe22Fe34H2O(2)铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体与盐酸反应Fe(OH)22H=Fe22H2OFe(OH)33H=Fe33H2O受热分解2Fe(OH)3Fe2O33H2O制法可溶性亚铁盐与碱溶液反应Fe22OH=Fe(OH)2可溶性铁盐与碱溶液反应Fe33OH=Fe(OH)
3、3二者的关系在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应方程式为4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)34 亚铁盐和铁盐(1)亚铁盐：含有Fe2的溶液呈浅绿色，Fe2既有_性，又有_性，Fe2与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为_，_。(2)铁盐：氧化性：含有Fe3的溶液呈_色，Fe3具有氧化性，Fe3与Fe、Cu反应的离子方程式分别为_，_。特性：含有Fe3的盐溶液遇到_时变成血红色。易水解：FeCl3滴入沸水中的离子方程式：_。答案(1)氧化还原ZnFe2=Zn2Fe2Fe2Cl2=2Fe32Cl(2)棕黄色
4、2Fe3Fe=3Fe22Fe3Cu=2Fe2Cu2KSCNFe33H2OFe(OH)3(胶体)3H深度思考1 铁有很强的抗腐蚀能力，为什么日常生活中的铁制品容易生锈？答案主要因为铁不纯，往往含有碳等杂质，当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电解质溶液(如食盐水)时会发生电化学腐蚀。2 铁、铝遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化，是物理变化还是化学变化？答案常温下铁、铝遇冷的浓HNO3、浓H2SO4时表面会生成一层致密的氧化物薄膜，化学上称为钝化，属于化学变化。3 FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取？答案都可以。2Fe3Cl22FeCl32FeCl3Fe=3FeCl24Fe(
5、OH)2O22H2O=4Fe(OH)34 铁元素是典型的变价金属元素，它在化合物中主要表现为2价和3价，请归纳总结：(1)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成2价？写出有关反应的化学方程式或离子方程式。答案FeFe2：铁与氧化性比较弱的非金属单质(如S、I2)，非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)，不活泼金属的盐溶液(如CuSO4溶液)反应，都可实现这种转化。如：FeSFeS,2HFe=Fe2H2，Cu2Fe=Fe2Cu。(2)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成3价？写出有关反应的化学方程式。答案FeFe3：铁与强氧化剂(如Cl2、HNO3、浓硫酸)在一定条件下反应都会实现这种转化。例如：2Fe3Cl22F
6、eCl3，Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O,2Fe6H2SO4(浓) Fe2(SO4)33SO26H2O。题组一铁及其化合物的性质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()AFe(OH)3Fe2O3 BFe(OH)2Fe2O3CFe(OH)2Fe(OH)3 DFe(OH)2Fe3O4答案B解析铁与稀硫酸反应生成FeSO4，再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2，在空气中加热Fe(OH)2，铁元素被氧化为3价，最后所得红棕色残渣为Fe2O3。2 在高温条件下铁与水
7、能发生反应。资料显示，在不同温度下，还原铁粉与水蒸气反应的产物是不同的，温度低于570 时，生成FeO，高于570 时，生成Fe3O4。老师用右图所示实验装置，完成还原铁粉与水蒸气反应的演示实验。(1)实验中使用肥皂液的作用是_。(2)某同学设计下列实验方案以确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4。确定是否存在Fe3O4需要测定并记录的实验数据是_。答案(1)检验反应中生成的H2(2)固体样品质量和红棕色固体的质量解析本题主要考查实验设计与探究，意在考查学生分析处理实验数据并得出合理结论的能力。为了确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4，必须测定实验后固体中铁与氧的物质的量之比，因黑色粉末
8、溶解时有少量气泡产生，故一定含有金属铁，只有当黑色粉末中1时，才一定含有Fe3O4，因此该同学实验中必须测定固体样品质量和红棕色固体(Fe2O3)的质量，以确定铁与氧的物质的量之比。题组二铁及其化合物的定量计算3 在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。Fe3Fe2Fe、Fe2 Fe2、Fe3(1)AB段铁元素以_形式存在。(2)BC段铁元素以_形式存在。(3)CD段铁元素以_形式存在。答案(1)(2)(3)解析向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3，随加入铁粉量的增
9、加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3Fe=3Fe2，最后全部转化为Fe2。4 由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为218，则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是 ()A121 B211C131 D113答案D解析可用平均组成法来求解：在混合物中铁原子和氧原子物质的量之比为(21/56)(8/16)34，则混合物的平均组成为Fe3O4，在三种组合中Fe3O4则不必多考虑，应注意FeO和Fe2O3混合后也应符合n(Fe)n(O)34，所以在混合物中它们的物质的量之比必须是11。5 向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混
10、合物中加入150 mL 4 molL1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，放出2.24 L NO(标准状况)，往所得溶液中加入KSCN溶液，无血红色出现。若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物，所得到的铁的物质的量为()A0.21 mol B0.25 molC0.3 mol D0.35 mol答案B解析n(HNO3)0.6 mol，n(NO)0.1 mol，反应后铁元素的存在形式为Fe(NO3)2，根据元素守恒，可知反应后溶液中的n(NO)0.5 mol，n(Fe2)0.25 mol，即n(Fe)0.25 mol。归纳总结1 分析铁与稀HNO3反应的关键一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质
11、的量分析讨论判断，根据反应方程式：HNO3过量：Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O，Fe过量时：Fe2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)2，两者相加得总方程式：3Fe8HNO3(稀)=3Fe(NO3)22NO4H2O。2 在铁及其化合物的计算中能用“守恒法”的很多，常用到的有质量守恒、电子守恒等。如第5题中用到N原子守恒、Fe原子守恒以及溶液中Fe2、NO的电荷守恒。题组三有关铁及其化合物的实验探究6 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)。答案解析因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(
12、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。、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。反思归纳成功制备Fe(OH)2的关键由于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=F
13、e(OH)2成功关键：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。考点二“铁三角”的转化关系及应用“铁三角”的转化关系深度思考1 用离子方程式实现下列转化：Fe2Fe32Fe2Cl2=2Fe32Cl；3Fe24HNO=3Fe32H2ONO；2Fe3Fe=3Fe2；Cu2Fe3=Cu22Fe2。2 如何除去括号中的杂质(1)Fe2(Fe3)：加过量铁粉，过滤；(2)FeCl3(FeCl2)：加氯水或H2O2；(3)FeCl2(CuCl2)：加过量铁粉，过滤；(4)Fe(Al)：加过量强碱溶液，过滤；(5)Fe2O3(Al2O3、SiO2)：加
14、过量强碱溶液过滤。3 (1)Fe2O3加入到足量的氢碘酸中，发生反应的离子方程式(用两个表示)为_，_。(2)Fe(OH)3加入到足量的氢碘酸中，发生反应的离子方程式(用一个表示)为_。答案(1)Fe2O36H=2Fe33H2O2Fe32I=I22Fe2(2)2Fe(OH)36H2I=2Fe2I26H2O题组一Fe2与Fe3的转化及应用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A B C D答案D解析要实现Fe2转化为Fe3，必须加强氧化性物质，NaCl、HCl均没有强氧化性，NO在酸性条件下才表现强氧化性。2 在FeCl3、CuC
15、l2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是 ()A若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2，一定不含Cu2B若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2，可能含Cu2和Fe3C若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3和Fe2，一定不含Cu2D若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2，一定不含Cu2和Fe3答案D解析氧化性Fe3Cu2Fe2，加入铁粉后有固体剩余，Fe3一定不存在；若剩余固体全部都是Cu，溶液中还可能有Cu2，也可能恰好被完全置换；若剩余固体是Cu和Fe，则溶液中不可能有Cu2。不论哪种情况，
16、Fe3和Fe都会转化为Fe2。3 在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液处理和资源回收的过程简述如下：.向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液；.向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液pH，同时鼓入足量的空气。(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为_。(2)过程加入铁屑的主要作用是_，分离得到的固体主要成分是_，从固体中分离出铜需采用的方法是_。(3)过程中发生反应的化学方程式为_。答案(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)反应掉FeCl3、CuCl2Fe、Cu加入足量稀盐酸后过滤(3)4FeCl24Ca(OH)2O22H2O=4Fe(OH)34CaCl2解析FeCl3溶
17、液蚀刻铜箔的离子方程式为2Fe3Cu=2Fe2Cu2，得到的废液中含有FeCl3、CuCl2、FeCl2。题组二Fe3、Fe2的检验4 为了验证Fe3的性质，某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验，其中实验方案设计错误的是 ()A BC D答案C解析不反应，实验方案及现象均错；检验的是Cl，与Fe3的性质无关。5 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A B C D答案C解析在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变血红色，无Fe3存在，再加入氯水，将Fe2氧化成Fe3，溶液变为血红色。KMnO
18、4溶液呈紫红色，溶液颜色变化不明显，所以不用KMnO4溶液。反思归纳检验Fe2、Fe3的常用方法1 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2 用KSCN溶液和氯水(1)流程：溶液(2)有关反应：Fe33SCN Fe(SCN)3(血红色)2Fe2Cl2=2Fe32Cl3 用NaOH溶液(1)流程：溶液(2)有关反应：Fe33OH=Fe(OH)3(红褐色沉淀)Fe22OH=Fe(OH)2(白色沉淀)4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3题组三涉及Fe2、Fe3的离子共存问题6 下列各离子组能大量共存的是 ()AFe3、NH、H、SOBFe3、Br、Na、ICFe2、Al
19、O、Na、NODFe3、HCO、NH、NO答案A解析B项中Fe3与I易发生氧化还原反应；C项中Fe2与AlO发生双水解反应不能大量共存；D项中，Fe3与HCO发生双水解反应不能大量共存。7 下列离子在指定溶液中能大量共存的是 ()A1.0 molL1的KNO3溶液：H、Fe2、Cl、SOB1.0 molL1的FeCl2溶液：NO、Na、K、ClOC使酚酞变红的溶液中：Na、Cl、SO、Fe3D酸性溶液中：NO、SO、Fe3、Mg2答案D解析A项中KNO3在酸性条件下能氧化Fe2；B项中ClO能氧化Fe2；C项中Fe3在碱性条件下易水解，只能存在于酸性溶液中。反思归纳Fe3、Fe2的离子共存问题
20、(1)Fe2、Fe3均水解，与HCO、AlO、CO等因水解相互促进，在溶液中不能大量共存。(2)Fe3与S2、I、HS、SO，Fe2与NO (H)、ClO、MnO (H)在溶液中因发生氧化还原反应不能大量共存。(3)Fe3与SCN发生络合反应不能大量共存。探究高考明确考向1 判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)向FeBr2溶液中通入足量氯气：2Fe24Br3Cl2=2Fe32Br26Cl ()(2013海南，10C)(2)将水蒸气通过灼热的铁粉，铁与水在高温下反应，粉末变红 ()(2013广东理综，23D)(3)向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，该溶液中一定含
21、有Fe2 ()(2013江苏，13D)(4)Fe3有氧化性，所以FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜 ()(2012广东理综，12D)(5)在“硫酸亚铁铵的制备”实验中，为了得到硫酸亚铁铵晶体，应小火加热蒸发皿，直到有大量晶体析出时停止加热 ()(2012浙江理综，8C)(6)过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液，溶液呈血红色，说明稀HNO3将Fe氧化为Fe3 ()(2011安徽理综，10A)(7)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3 ()(2012天津理综，2D)(8)Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同 ()(2011重庆理综，7A)(9)Fe与S
22、混合加热生成FeS2 ()(2012重庆理综，7A)答案(1)(2)(3)(4)(5)(6) (7)(8)(9)解析(2)4H2O(g)3FeFe3O44H2，粉末变黑。(4)原理为2Fe3Cu=2Fe2Cu2。(5)硫酸亚铁铵是通过降温结晶的方法来制备的，其制备过程是先制成高温饱和溶液，然后冷却，而不是用蒸发结晶的方法来获得的。(6)3Fe8HNO3(稀)=3Fe(NO3)22NO4H2O，所以溶液不呈血红色，因为过量的Fe又把Fe3还原成Fe2。(7)Fe在Cl2中燃烧只生成FeCl3。(8)Fe与Cl2反应生成FeCl3，Fe与稀盐酸反应生成FeCl2。(9)Fe与S混合加热生成FeS。
23、2 2012新课标全国卷，26(1)(2)铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。(1)要确定铁的某氯化物FeClx的化学式，可用离子交换和滴定的方法。实验中称取0.54 g的FeClx样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH的阴离子交换柱，使Cl和OH发生交换。交换完成后，流出溶液的OH用0.40 molL1的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0 mL。计算该样品中氯的物质的量，并求出FeClx中x的值：_(列出计算过程)。(2)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品，采用上述方法测得n(Fe)n(Cl)12.1，则该样品中FeCl3的
24、物质的量分数为_。在实验室中，FeCl2可用铁粉和_反应制备，FeCl3可用铁粉和_反应制备。答案(1)n(Cl)0.025 0 L0.40 molL10.010 mol054 g0.010 mol35.5 gmol10.185 gn(Fe)0.185 g/56 gmol10.003 3 moln(Fe)n(Cl)0.003 30.01013，x3 (2)0.10盐酸氯气解析解答此题的关键是明确阴离子交换柱交换出的OH的物质的量等于Cl的物质的量，从而求出FeClx中x的值。(1)首先明确阳离子交换柱和阴离子交换柱的作用，根据离子等量交换，溶液中OH的物质的量等于FeClx中Cl的物质的量。通过中和滴定知n(OH)n(H)0.40 molL125.0103 L0.010 mol，故n(Cl)0.010 mol。FeClx中Fe元素的质量为0.54 g35.5 gmol10.010 mol0.185 gFeClx中Fe元素与Cl元素的物质的量之比为0.010 mol13，故x3。(2)根据题意可设该混合物的组成为FeCl2.1，利用十字交叉法可得样品中FeCl3的物质的量分数为0.10。注意制备FeCl2选
