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铁及其重要化合物导学案

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高中化学审核员

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                   考点   1 铁及其重要化合物


    一、铁的单质

    1.铁的原子结构与物理性质

    铁位于元素周期表中第四周期第Ⅷ族,原子结构示意图为


       ,最外层有      2 个电子,在化学反应中易失去            2 个或  3 个电
子而表现为+2      价或+3   价。铁在地壳中的含量占第            4 位。自然界中
铁元素主要以化合态形式存在。

    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.铁的化学性质

    铁单质性质活泼,有较强的还原性,铁元素主要化合价为+
2 价和+3   价。

    (1)与非金属单质的反应

    ①与  O2 的反应

    常温:铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为                 Fe2O3。

    点燃:3Fe+2O       点燃   Fe O ,现象:剧烈燃烧,火星四射,
                 2 = = = = = 3 4
生成黑色固体。

    ②与  Cl 的反应:2Fe+3Cl        点燃   2FeCl ,现象:生成棕黄
          2                2 = = = = =  3
色的烟。

    ③与  S 的反应:Fe+S        △   FeS,现象:生成黑色固体。
                       = = = = =
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(2)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+4H  O(g)  高温   Fe O +4H  。
       2    = = = = = 3 4   2
(3)与酸的反应


(4)与某些盐溶液的反应

①与  CuSO4 溶液反应的离子方程式:

Fe+Cu2+===Fe2++Cu。

②与  FeCl3 溶液反应的离子方程式:

Fe+2Fe3+===3Fe2+。

二、铁的氧化物和氢氧化物

1.铁的氧化物
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2.铁的氢氧化物
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    三、铁盐和亚铁盐

    1.铁盐

    含 Fe3+的溶液呈棕黄色,Fe3+水解使溶液呈酸性,离子方程式

    3+                     +
为 Fe  +3H2O  Fe(OH)3+3H      。

    (1)氧化性

    ①与单质铜、铁反应
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    离子方程式为      2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,2Fe3++
Fe===3Fe2+。

    ②与  KI 溶液反应

                   3+    -      2+
    离子方程式为      2Fe  +2I  ===2Fe  +I2。

    (2)特性:含有    Fe3+的盐溶液遇     KSCN  溶液变成红色。离子方

        3+       -
程式为   Fe  +3SCN   ===Fe(SCN)3。

    2.亚铁盐

        2+
    含 Fe  的溶液呈浅绿色,在空气中易被              O2 氧化而变质,保存
时要加入少量的铁粉,防止其被氧化。Fe2+既有氧化性,又有还原
性,但主要表现还原性。

    (1)氧化性:Fe2+与    Zn 反应的离子方程式:

    Fe2++Zn===Zn2++Fe。

                                                      2+
    (2)还原性:               ①与  Cl2 反应的离子方程式为        2Fe  +
         3+    -
Cl2===2Fe  +2Cl  。

                                       2+    +
      ②与稀   HNO3  反应的离子方程式为         3Fe +4H   +
          3+
NO-3 ===3Fe +NO↑+2H2O。

    易错警示  (1)Fe     与 Cl2 反应生成    FeCl3 而不是  FeCl2;Fe 与

S 反应生成    FeS 而不是   Fe2S3;Fe 与盐酸反应生成       FeCl2 而不是

FeCl3;Fe 与  I2 反应生成  FeI2 而不是   FeI3。

                           +                           2+
    (2)Fe(NO3)2 溶液酸化后,H     、NO-3  具有强氧化性,会将         Fe
氧化成   Fe3+。
                      相应练习

    判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
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    (1)Fe3O4 是混合物。(×)

    (2)可以用铁制容器运输浓硝酸和浓             H2SO4。(√)

    (3)铁在潮湿的空气中生成的铁锈主要成分是                 Fe2O3,铁在纯氧

中燃烧的产物是       Fe3O4,Fe 在高温下与水蒸气反应生成            Fe2O3。(×)

                                      2+
    (4)配制  FeSO4 溶液时,加入铁粉防止         Fe  被氧化。(√)

    (5)FeCl3、FeCl2 和 Fe(OH)3 都可以通过化合反应制取。(√)

    (6)Fe 与稀 HNO3、稀   H2SO4 反应均有气泡产生,说明           Fe 与两
种酸均发生置换反应。(×)

    (7)Fe 在足量  Cl2 中燃烧生成    FeCl3,在少量    Cl2 中燃烧生成

FeCl2。(×)

    (8)磁性氧化铁溶于稀硝酸的离子方程式为                3Fe2++4H++

          3+
NO-3 ===3Fe +NO↑+2H2O(×)


    题组一 铁及其化合物的性质与定量计算

    1.[2017·东北师大附中模拟]1             L 溶液中含有     Fe(NO3)3 和
                                    -1            -1
H2SO4 两种溶质,其浓度分别为           0.2 mol·L  和 1.5 mol·L  ,现向
该溶液中加入      39.2 g 铁粉使其充分反应,下列有关说法正确的是(  )

    A.反应后溶液中       Fe3+物质的量为      0.8 mol

    B.反应后产生      13.44 L H2(标准状况)

    C.反应后溶液中       Fe2+和  Fe3+物质的量之和为       0.9 mol

    D.由于氧化性      Fe3+>H+,故反应中先没有气体产生后产生气
体

    答案 C
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    解析 Fe(NO3)3   和 H2SO4 的物质的量分别为        0.2 mol、1.5 mol,
        39.2 g
           -                            3+  +
n(Fe)=56 g·mol 1=0.7 mol,氧化性为   HNO3>Fe   >H  ,则

           +            3+
     Fe+4H   +NO-3 ===Fe  +NO↑+2H2O

      1   4     1      1     1

      0.6  2.4  0.6     0.6   0.6

     Fe+2Fe3+===3Fe2+

      1    2      3

      0.1  0.2    0.3

    单质铁完全反应,反应后的溶液中含(0.2+0.6-0.2)                 mol=0.6 

      3+            2+
mol Fe  、0.3  mol Fe  ,A  错误,C   正确;反应中没有        H2 生成,
但有  NO  生成,反应时先有        NO 气体生成,后没有气体产生,B、
D 错误。


    2.[2016·河南八市联考]含有        4.0 mol HNO3 的稀硝酸分别与不
同质量的铁粉反应,所得氧化产物               a、b 与铁粉物质的量关系如图所
示(还原产物只有       NO)。下列有关判断正确的是(  )


    A.a  是 Fe(NO3)2             B.n1=0.8

    C.p=0.6                     D.n3=1.2
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    总结提升

               数轴法分析铁与稀        HNO3  反应的产物

    一是明确哪种物质过量,二是根据两种物质的量分析讨论判断,
根据反应方程式:

    HNO3 过量:Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O;

    Fe 过量:Fe+2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2;

    两者相加得总方程式:3Fe+8HNO3===3Fe(NO3)2+2NO↑+

4H2O,可以用数轴表示:


                                nFe   1
    解题时需注意量的范围,即:①nHNO3≤4,产物仅有
                              nFe  3

Fe(NO3)3,HNO3  可能有剩余;②nHNO3≥8,产物仅有            Fe(NO3)2,
                1  nFe  3

Fe 可能有剩余;③43.7          时,Fe3+几乎完全水解生成

                      3+                             3+
Fe(OH)3 沉淀,在去除     Fe  杂质时,一般可以调节          pH 值使   Fe  转

化成  Fe(OH)3 沉淀除去。

    (1)Fe3+的除去方法:调节溶液的          pH 约为  4,使   Fe3+水解生成
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                                     3+
Fe(OH)3 沉淀而除去。如      MgCl2 溶液中的    Fe  ,可向溶液中加入
                                      3+           +
Mg、MgO、Mg(OH)2、MgCO3       之一,与     Fe  水解产生的     H  反应,
      3+             3+
促进  Fe  的水解,将      Fe 转化为    Fe(OH)3 而除去。

        2+
    (2)Fe 的除去方法:首先向溶液中加入氧化剂如                  H2O2、氯水等,
将 Fe2+氧化为    Fe3+,再调节溶液的       pH 约为  4,使   Fe3+转化为

                                 2+
Fe(OH)3 而除去,如     CuCl2 溶液中的   Fe  ,可向溶液中先加入

H2O2,再加入     CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3      之一而将
Fe2+除去。
                           高考题

    1.[高考集萃]判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。

    (1)[2016·全国卷Ⅰ]配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的
盐酸中再加水稀释。(  )

    (2)[2016·四川高考]常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,铁片不
溶解,则常温下,铁与浓硫酸一定没有发生化学反应。(  )

    (3)[2016·浙江高考]纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的
Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是纳米铁粉对重
金属离子较强的物理吸附。(  )

    (4)[2016·江苏高考]室温下,向       FeCl3 溶液中滴加少量      KI 溶液,
                                    3+
再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,则                 Fe 的氧化性比      I2 的强。(  )

    (5)[2015·山东高考]向某溶液中滴加氯水后再加入               KSCN 溶液,
溶液呈红色,溶液中一定含有             Fe2+。(  )

    (6)[2015·天津高考]在溶液中加       KSCN,溶液显红色,证明原溶
液中有   Fe3+、无   Fe2+。(  )

    (7)[2014·全国卷Ⅰ]FeCl3  溶液可用于铜质印刷线路板制作,是
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                  2+
因为  FeCl3 能从含   Cu  的溶液中置换出铜。(  )

    (8)[2014·大纲卷]室温下,不能将浓         H2SO4 盛放在铁桶中。(  )

    (9)[2014·四川高考]检验    Fe(NO3)2 晶体是否已氧化变质,可将

Fe(NO3)2 样品溶于稀    H2SO4 后,滴加    KSCN  溶液,观察溶液是否变
红。(  )

    (10)[2014·四川高考]高温下,0.2      mol Fe 与足量水蒸气反应,生

成 H2 分子数目为     0.3NA。(  )

    2.[2015·上海高考]检验用硫酸亚铁制得的硫酸铁中是否含有硫
酸亚铁,可使用的试剂是(  )

    A.NaOH                      B.KMnO4


    C.KSCN                      D.

    3.[2014·安徽高考]下列有关        Fe2(SO4)3 溶液的叙述正确的是(  )

                  +     2+             -
    A.该溶液中,K        、Fe   、C6H5OH、Br    可以大量共存

                                    3+   -      2+
    B.和   KI 溶液反应的离子方程式:Fe            +2I  ===Fe  +I2

                                         3+          2+
    C.和   Ba(OH)2 溶液反应的离子方程式:Fe            +SO2-4 +Ba  +
    -
3OH  ===Fe(OH)3↓+BaSO4↓

    D.1  L 0.1 mol·L-1 该溶液和足量的      Zn 充分反应,生成       11.2 g 
Fe

    4.[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
__________________。
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    (2)甲组同学取    2  mL  FeCl2 溶液,加入几滴氯水,再加入            1 滴
                                   2+
KSCN  溶液,溶液变红,说明          Cl2 可将 Fe  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 

     -1
mol·L  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)。

    5.[2015·四川高考]为了保护环境,充分利用资源,某研究小组

通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以                        Fe2O3 存
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在)转变成重要的化工原料           FeSO4(反应条件略)。


                    3+
    活化硫铁矿还原       Fe  的主要反应为      FeS2+7Fe2(SO4)3+

8H2O===15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:

    (1)第Ⅰ步  H2SO4 与  Fe2O3 反应的离子方程式是
____________________________。

    (2)检验第Ⅱ步中     Fe3+是否完全还原,应选择________(填字母
编号)。

    A.KMnO4   溶液        B.K3[Fe(CN)6]溶液

    C.KSCN   溶液

    (3)第Ⅲ步加   FeCO3 调溶液    pH 到 5.8 左右,然后在第Ⅳ步通入
空气使溶液     pH 降到   5.2,此时  Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除
尽。通入空气引起溶液          pH 降低的原因是
______________________________。

    (4)FeSO4 可转化为   FeCO3,FeCO3  在空气中加热反应可制得铁
系氧化物材料。

    已知  25  ℃,101   kPa 时:4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s)ΔH=-
1648 kJ/mol

    C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393 kJ/mol

    2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)===2FeCO3(s)ΔH=-1480 kJ/mol

    FeCO3 在空气中加热反应生成          Fe2O3 的热化学方程式是
______________________。
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    (5)FeSO4 在一定条件下可制得        FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该
材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为                       4Li+

FeS2===Fe+2Li2S,正极反应式是_____________________________ 
___________________________________________________________
________________________________________________________。

    (6)假如烧渣中的铁全部视为          Fe2O3,其含量为     50%。将   a    kg 
质量分数为     b%的硫酸加入到       c     kg 烧渣中浸取,铁的浸取率为
96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调                pH 后溶液呈微酸性所残留

的硫酸忽略不计。按上述流程,第Ⅲ步应加入                   FeCO3________kg。
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