第三章 第二节 第3课时.docx
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第三章第二节第3课时
第3课时 铁的重要化合物
[学习目标定位] 1.了解铁的重要化合物的主要性质及应用。
2.掌握Fe2+、Fe3+的检验方法及其相互转化。
3.了解Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备方法。
一 铁的氧化物
1.铁的存在
铁在地壳中含量仅次于氧、硅和铝,居第四位,主要以+2价和+3价化合物的形式存在。
2.铁的氧化物
(1)物理性质
氧化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
+2
+3
+2、+3
溶解性
都不溶于水
(2)化学性质
①稳定性:
Fe2O3、Fe3O4较稳定;FeO不稳定,受热能氧化为Fe3O4。
②与酸反应:
FeO、Fe2O3都是碱性氧化物,都能与酸反应生成盐和水。
分别写出它们与盐酸反应的离子方程式:
FeO+2H+===Fe2++H2O、Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。
[活学活用]
1.金属单质A可发生以下反应。
试推断:
(1)A、B、C、D、E分别是(写化学式,B写主要成分):
A________、B________、C________、D________、
E________。
(2)写出反应③和⑤的离子方程式:
③________________________________________________________________________;⑤______________________。
答案
(1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2
(2)Fe+Cu2+===Fe2++Cu Fe+2H+===Fe2++H2↑
解析 推断题的解题思路:
根据物质的物理性质(特别是色、态)和化学性质(相互转化关系、反应条件等),找出具有特征条件的物质,再由相互转化关系逐步推断。
如本题中结合B、C的颜色及与CuCl2、稀盐酸反应的性质可推知A为Fe。
二 铁的氢氧化物
1.铁的氢氧化物的制备
实验操作
实验现象
结论(用化学方程式表示)
试管中有红褐色沉淀产生
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
试管中先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色
Fe2++2OH-===
Fe(OH)2↓(白色)
4Fe(OH)2+O2+2H2O
===4Fe(OH)3
2.氢氧化铁和氢氧化亚铁都为不溶性碱,由此可推测它们具有的性质是
(1)都能与酸反应生成相应的盐和水,它们分别与盐酸反应的离子方程式是①Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O,②Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O。
(2)不稳定,受热易分解,其化学方程式分别为
①2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O,②Fe(OH)2
FeO+H2O。
[归纳总结]
1.氢氧化铁和氢氧化亚铁的物质类别是不溶性碱,其主要化学性质为都能与酸反应生成盐和水,不稳定,受热易分解。
2.铁的氢氧化物的制取方法是相应盐和碱反应,制取氢氧化亚铁时,常得到红褐色沉淀是因为Fe(OH)2极易被空气中的O2氧化成Fe(OH)3,所以为了防止NaOH溶液加入时带入空气,可将吸有NaOH溶液的长胶头滴管伸入到FeSO4液面下,再挤出NaOH溶液。
[活学活用]
2.化合物A、B组成元素相同,且B为白色。
C是一种与B含有相同价态该金属元素的硫酸盐,向C中加入适量的NaOH溶液,可观察到生成的沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色沉淀A,加热A可得红棕色粉末D。
回答下列问题:
(1)写出各物质的化学式:
A________、B________、C________、D________。
(2)写出B转化为A的化学方程式:
_____________________________________________。
写出A受热分解的化学方程式:
__________________________________________________。
答案
(1)Fe(OH)3 Fe(OH)2 FeSO4 Fe2O3
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
解析 解答本题的关键是抓住C与NaOH溶液反应的特征现象,确定A是Fe(OH)3,C是FeSO4,B为Fe(OH)2,D为Fe2O3。
3.根据下列实验装置和操作,回答有关问题。
按图中所示装置,用两种不同的操作分别进行实验,观察B容器中的现象。
(1)先夹紧止水夹a,再使A容器中开始反应。
实验中B容器中观察到的现象是________________________________________________________________________;
B容器中发生反应的离子方程式是_________________________________________________。
(2)打开止水夹a,使A容器开始反应一段时间后再夹紧止水夹a,实验中观察到的现象是________________。
B容器中发生反应的离子方程式是_____________________________________________。
答案
(1)容器A中的溶液进入B容器中,有白色沉淀生成,沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色 2OH-+Fe2+===Fe(OH)2↓;4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(2)a打开时,观察到B容器中管口有气泡产生,再夹紧a时,溶液进入B容器中产生白色沉淀,且长时间不变 2OH-+Fe2+===Fe(OH)2↓
解析 此题是一道关于制备Fe(OH)2的创新实验题。
制备Fe(OH)2可有多种不同的方法,但有一共同的特点就是在操作时防止与空气接触,这样才能得到白色的Fe(OH)2沉淀。
本题中当NaOH中空气未排尽时,NaOH与FeSO4反应的产物Fe(OH)2只能短暂存在,但当通入H2一段时间后,即认为空气已排净,生成的Fe(OH)2能较长时间存在。
三 铁盐和亚铁盐
1.Fe2+和Fe3+的检验
向5mLFeCl2溶液中加入KSCN溶液,现象是溶液无明显变化;向5mLFeCl3溶液中加入KSCN溶液,现象是溶液变为红色。
2.Fe3+的氧化性
在盛有氯化铁溶液的试管中,先加入KSCN溶液,再加入铁粉,现象是溶液先变红后褪色,反应的离子方程式是Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3,2Fe3++Fe===3Fe2+;若再向反应后的溶液中加入新制氯水,现象是溶液又变为红色,反应的离子方程式是2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
[归纳总结]
1.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)观察法:
浅绿色溶液中含有Fe2+;棕黄色溶液中含有Fe3+。
(2)加碱法:
若产生的白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色的为Fe2+;若直接产生红褐色沉淀的为Fe3+。
(3)加KSCN:
无明显现象,再加新制氯水溶液变红色的为Fe2+;若溶液变红色的为Fe3+。
2.Fe2+、Fe3+、Fe之间的相互转化关系
(1)Fe只具有还原性。
可被弱氧化剂(H+、S、Fe3+等)氧化成Fe2+,被强氧化剂(Cl2等)氧化成Fe3+。
(2)Fe2+既有氧化性又有还原性。
可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H+)等]氧化为Fe3+;可被还原剂(Al、Zn、CO、C等)还原为Fe。
(3)Fe3+只具有氧化性,可被还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2+,被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。
[活学活用]
4.将铁粉、铜粉、FeCl3溶液和CuCl2溶液混合于某容器中充分反应(假定容器不参与反应)。
试判断下列情况下,溶液中存在的金属离子和金属单质。
(1)若铁粉有剩余,则容器中不可能有_____________________________________________;
(2)若氯化铜有剩余,则容器中可能有______________________________________________;
(3)若氯化铁和氯化铜都有剩余,则容器中不可能有____________,可能有__________。
答案
(1)Fe3+、Cu2+
(2)Fe2+、Fe3+或Fe2+、Cu
(3)Fe、Cu Fe2+
解析 本题属于物质共存问题。
解答时应首先弄清物质间可能发生的反应,凡相互间能发生反应的物质就不可能大量共存。
本题涉及的反应有
①Fe+2FeCl3===3FeCl2
②Fe+CuCl2===Cu+FeCl2
③Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2
(1)若铁粉有剩余,则容器中不可能有Fe3+、Cu2+,因为它们能发生上述①②反应。
(2)若CuCl2有剩余,则容器中不可能有Fe,可能有Fe2+、Fe3+或Fe2+、Cu。
(3)若FeCl3和CuCl2均有剩余,则容器中不可能有Fe、Cu,可能有Fe2+。
四 铜盐
1.物理性质
硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等铜盐溶于水;铜绿的主要成分是Cu2(OH)2CO3,其难溶于水。
2.化学性质
(1)铜的化学性质不活泼,使用铜器皿比较安全。
(2)铜盐属于重金属盐,都有毒,原因是铜离子能与蛋白质作用,使蛋白质变性而失去生理活性。
[活学活用]
5.下列说法正确的是( )
A.铜的化学性质活泼,不宜用铜制作盛食品的器皿
B.铜的导电能力不如铝
C.由于Cu2+有氧化性,所以用CuSO4来配制农药
D.因为Cu2+能使蛋白质变性,所以铜盐溶液有毒
答案 D
解析 金属铜的化学性质比较稳定,所以使用铜器皿比较安全;铜属于重金属,铜盐有毒,因Cu2+会与蛋白质作用,使蛋白质变性。
当堂检测
1.下列离子方程式正确的是( )
A.将氨水滴入到FeCl3溶液中 Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
B.氧化铁与盐酸反应 Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
C.向FeCl3溶液中加入铁粉 Fe+Fe3+===2Fe2+
D.向氯化亚铁溶液中通入Cl2 Fe2++Cl2===Fe3++2Cl-
答案 B
解析 A项在书写离子方程式时,弱电解质NH3·H2O不能拆写成离子的形式;C项离子方程式中除遵循元素守恒外,电荷也必须守恒,正确的离子方程式应为Fe+2Fe3+===3Fe2+;D项只符合元素守恒,不符合电荷守恒,正确的离子方程式应为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
2.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( )
①加入足量新制氯水 ②加入足量KMnO4(H+)溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A.①③B.③②C.③①D.①②③
答案 C
解析 Fe3+能与SCN-生成红色物质,Fe2+与SCN-不生成红色物质,所以要先加入少量NH4SCN溶液,不变红证明不含Fe3+,然后再加入新制氯水,若有Fe2+,Fe2+被Cl2氧化成Fe3+,Fe3+遇SCN-生成红色物质,即可证明含Fe2+,注意不能加入KMnO4(H+)溶液,因为KMnO4溶液本身是紫红色的。
3.把表面有氧化物的相同大小的铜片和铁片一起放入盐酸中,充分反应后,所得溶液中的金属离子为( )
A.Fe3+和Cu2+B.Fe2+和Cu2+
C.Fe2+和Fe3+D.Fe2+
答案 D
解析 本题涉及的物质的性质有:
CuO与盐酸的反应,Fe、Fe2O3与盐酸的反应,Fe3+与Fe、Cu的反应,Fe与Cu2+的反应等。
表面氧化物较少,溶于盐酸后,生成的Fe3+和Cu2+较少,分别被Fe还原为Fe2+和Cu,Cu与盐酸不反应,Fe与盐酸反应生成Fe2+。
4.只用一种试剂或操作,除去物质中的杂质(括号内为杂质)写出试剂或操作的名称、方法及有关的化学方程式或离子方程式。
(1)Fe2O3(Al2O3)________;化学(或离子)方程式______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)Fe2O3[Fe(OH)3]________;化学(或离子)方程式_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)FeSO4溶液(CuSO4)__________;化学(或离子)方程式________________________________
________________________________________________________________________。
(4)FeCl3溶液(FeCl2)________;化学(或离子)方程式___________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)加氢氧化钠溶液溶解然后过滤 Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
(2)加热 2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
(3)加铁粉然后过滤 Cu2++Fe===Fe2++Cu
(4)新制氯水或氯气 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
40分钟课时作业
[基础过关]
一、铁的氧化物
1.下列关于铁矿石的说法正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.铁矿石的主要成分与铁锈的主要成分相同
C.磁铁矿粉末溶于盐酸后,加入KSCN溶液,溶液变红色
D.FeO俗称铁红
答案 C
解析 磁铁矿的主要成分是Fe3O4,能溶于盐酸生成Fe2+和Fe3+,所得溶液加入KSCN溶液变红色。
2.将下列四种化合物溶于稀盐酸,滴加硫氰化钾溶液,没有颜色变化,再加氯水即呈现红色的是( )
A.FeOB.Fe2O3
C.FeCl3D.Fe2(SO4)3
答案 A
解析 题述现象说明化合物中含有Fe2+。
二、铁的氢氧化物
3.下列物质不能通过化合反应得到的是( )
A.Al(OH)3B.Fe(OH)3
C.Al2O3D.Fe3O4
答案 A
解析 不溶于水的氧化物,不能与水反应制取相应的氢氧化物,如Fe2O3不溶于水,不能与水化合生成Fe(OH)3,但反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3为化合反应。
4.某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论中正确的是( )
A.一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+
B.一定有Fe3+,一定没有Fe2+、Mg2+
C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg2+
D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+
答案 D
解析 加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色的现象是溶液中含有亚铁离子的特性;而氢氧化铁的红褐色沉淀比白色沉淀的颜色深得多,所以不可能存在Fe3+;氢氧化镁亦为白色沉淀,所以无法定性判断是否含有Mg2+。
5.有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3五种溶液,用一种试剂就可把它们鉴别开来,这种试剂是( )
A.盐酸B.烧碱溶液
C.氨水D.KSCN溶液
答案 B
解析 将过量NaOH溶液分别加入上述几种溶液,无明显现象的是NaCl,生成白色沉淀且迅速变为灰绿色最后变为红褐色的是FeCl2,生成红褐色沉淀的是FeCl3,生成白色沉淀不溶解的是MgCl2,生成白色沉淀又溶解的是AlCl3,而氨水虽然能区分出NaCl、FeCl2、FeCl3,但不能将MgCl2与AlCl3区分开。
6.铁屑溶于过量的稀H2SO4,过滤后向滤液中加入适量的硝酸,再加入过量的氨水,有红褐色的沉淀生成。
过滤、加热沉淀物至质量不再发生变化,得到红棕色的残渣。
上述沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3;Fe2O3
B.Fe(OH)2;FeO
C.Fe(OH)2;Fe(OH)3、Fe3O4
D.Fe2O3;Fe(OH)3
答案 A
三、Fe2+与Fe3+之间的相互转化
7.下列离子的检验方法合理的是( )
A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,说明原溶液中不含Fe2+
B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+
C.向某溶液中加入NaOH溶液,得到红褐色沉淀,说明原溶液中含有Fe3+
D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到沉淀颜色逐渐变为红褐色,说明原溶液中含有Fe2+,不含有Mg2+
答案 C
解析 ①Fe3+与SCN-生成红色Fe(SCN)3;②Fe2+遇到OH-生成白色Fe(OH)2沉淀;③Fe3+遇到OH-生成红褐色Fe(OH)3沉淀。
A项中现象可以证明存在Fe3+,但无法确定Fe2+的存在,A项错误;B项中现象可以证明通入Cl2后存在Fe3+,但不能确定原溶液是只存在Fe2+,还是只存在Fe3+或Fe2+、Fe3+均含有,B项错误;Fe(OH)3是中学阶段应掌握的唯一红褐色沉淀,C项正确;Fe(OH)2转化为红褐色Fe(OH)3时会干扰其他白色沉淀的观察,所以当含Fe2+的溶液中含有其他能与碱生成白色沉淀的离子时,也同样出现D项所述现象,D项错误。
8.下列铁的单质或化合物中,铁元素只有氧化性的是( )
A.FeB.FeCl2
C.Fe3O4D.FeCl3
答案 D
解析 Fe元素的化合价为最高价时只表现氧化性,只有D项中FeCl3的Fe元素为+3价,而C项Fe3O4中铁元素有+2价和+3价,所以选D。
9.当向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,反应结束后,烧杯底部不可能出现的是( )
A.有铜无铁B.有铁无铜
C.有铁有铜D.无铁无铜
答案 B
解析 向盛有FeCl3溶液的烧杯中同时加入Fe粉和Cu粉,由于Fe的还原性比Cu强,Fe3+首先与Fe反应,如果Fe3+有剩余,剩余的Fe3+再与Cu反应,Fe粉未反应完时铜粉就不会被氧化。
所以不可能出现烧瓶中有铁无铜的现象,故选B。
10.在氯化铁、氯化铜和盐酸的混合溶液中加入铁粉,待反应结束后,所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引,则反应后溶液中存在较多的阳离子是( )
A.Cu2+B.Fe3+C.Fe2+D.H+
答案 C
解析 因所剩固体能被磁铁吸引,说明Fe有剩余,2Fe3++Fe===3Fe2+,Cu2++Fe===Cu+Fe2+,2H++Fe===Fe2++H2↑,即Fe3+、Cu2+、H+等可与Fe反应,不可能存在较多。
[能力提升]
11.将1.12g铁粉加入到25mL2mol·L-1的氯化铁溶液中,充分反应后,其结果是( )
A.铁粉剩余,溶液呈浅绿色,Cl-基本不变
B.向溶液中滴入无色KSCN溶液,仍无色
C.溶液中Fe2+与Fe3+物质的量之比为6∶1
D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶5
答案 C
解析 n(Fe)=0.02mol,n(FeCl3)=0.05mol,由Fe+2Fe3+===3Fe2+知,Fe3+过量0.01mol,铁粉全部溶解,反应生成Fe2+0.06mol;Fe3+过量,滴入无色KSCN溶液,溶液显红色;氧化生成的Fe2+和还原生成的Fe2+的物质的量之比为1∶2。
12.已知有以下物质相互转化:
试回答下列问题:
(1)写出B的化学式:
________,D的化学式:
________。
(2)写出由E转变成F的化学方程式:
__________________________________________。
(3)写出用KSCN鉴别G溶液的离子方程式:
________________________________________;
向G溶液中加入A的有关离子反应方程式为________________________________________。
答案
(1)FeCl2 KCl
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 (3)Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3 2Fe3++Fe===3Fe2+
解析 解题的突破口是白色沉淀→红褐色沉淀→G的溶液,即为Fe(OH)2→Fe(OH)3→FeCl3。
13.实验室有FeCl3、CuCl2、FeCl2的混合溶液,其中Fe3+、Cu2+和Fe2+的物质的量之比为3∶2∶1。
(1)现加入适量铁粉,请写出溶液中可能发生的离子反应:
_____________________________。
根据上述离子反应判断三种金属阳离子的氧化性强弱顺序为____________________,当向混合液中加入铁粉时,首先与铁发生反应的离子是____________________________________。
(2)加入适量铁粉后,最后溶液中Fe3+、Cu2+和Fe2+的物质的量之比变为1∶2∶4,则参加反应的铁粉与原溶液中Fe2+的物质的量之比为__________。
答案
(1)Fe+2Fe3+===3Fe2+,Fe+Cu2+===Fe2++Cu Fe3+>Cu2+>Fe2+ Fe3+
(2)1∶1
解析
(1)把Fe加入FeCl3、CuCl2、FeCl2的混合液中,发生两个反应:
2Fe3++Fe===3Fe2+,Fe+Cu2+===Fe2++Cu,根据这两个反应不难得出Fe3+、Fe2+、Cu2+的氧化性强弱顺序为Fe3+>Cu2+>Fe2+,根据题给信息可知Fe3+与Fe优先反应。
(2)Fe3+、Cu2+、Fe2+的物质的量之比由3∶2∶1变为1∶2∶4,显然Fe3+有剩余,Cu2+不参加反应。
若Fe3+由3mol变为1mol,据2Fe3++Fe===3Fe2+可知参加反应的铁为1mol,所以参加反应的铁粉与原溶液中的Fe2+的物质的量之比为1∶1。
14.如下图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。
实验时必须使用铁屑和6mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。
填写下列空白:
(1)B中盛一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是____________,A中反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
(2)实验开始时就先将止水夹E____________(填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是______________________________________________________________________。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:
______________________________________________。
(4)拔去装置B中的橡皮塞,使空气进入,写出有关反应的化学方程式:
_____________________________
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