高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第3节铁及其化合物教学案新人教版.docx
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高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第3节铁及其化合物教学案新人教版
第三节 铁及其化合物
考纲定位
要点网络
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。
铁的单质、氧化物及氢氧化物
1.铁的位置、存在和物理性质
2.化学性质
铁单质性质活泼,有较强的还原性。
(1)与非金属单质的反应
Fe与S反应:
Fe+S
FeS。
(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+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
(3)与酸的反应
①与非氧化性酸反应的离子方程式:
Fe+2H+===Fe2++H2↑。
②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)与某些盐溶液的反应
①与CuSO4溶液反应的离子方程式:
Fe+Cu2+===Cu+Fe2+。
②与FeCl3溶液反应的离子方程式:
Fe+2Fe3+===3Fe2+。
3.铁的三种典型氧化物
(1)物理性质
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
—
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的价态
+2价
+3价
+2价、+3价
(2)化学性质
①FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式为
FeO+2H+===Fe2++H2O,Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O。
②FeO不稳定,在空气中受热生成Fe3O4,其化学方程式为6FeO+O2
2Fe3O4。
4.铁的氢氧化物的性质与制备
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色状态
白色固体
红褐色固体
与H+反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热分解
—
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱溶液反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)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)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
[补短板]
(1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同,Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。
(2)铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
(3)Fe与S蒸气、I2蒸气反应时只生成+2价Fe的化合物。
(4)Fe3O4的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe2O3,即有
的铁显+2价,
的铁显+3价;
(5)Fe3O4与一般酸反应生成两种盐,Fe3O4与稀硝酸反应只生成一种盐[Fe(NO3)3]。
(6)Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与足量HI反应时,发生氧化还原反应,Fe3+被I-还原生成Fe2+。
(1)铁有+2、+3价两种价态,单质铁与________(填下列编号,下同)反应时只生成+3价铁;与________反应时只生成+2价铁;与________反应时既生成+2价铁也生成+3价铁。
所选试剂:
①Cl2 ②O2 ③H2O(g) ④S ⑤盐酸
⑥稀硝酸(足量) ⑦稀硫酸 ⑧CuSO4溶液 ⑨FeCl2溶液 ⑩FeCl3溶液
[答案] ①⑥ ④⑤⑦⑧⑩ ②③
(2)写出利用化合反应制备FeCl2、Fe(OH)3、FeCl3的化学方程式分别为________________________________________________,
________________________________________________________,
_______________________________________________________。
[答案] Fe+2FeCl3===3FeCl2 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 2Fe+3Cl2
2FeCl3或2FeCl2+Cl2===2FeCl3
命题点1 铁及其氧化物的性质及实验探究
1.铁片投入下列溶液后,金属片质量减少,但无气体产生的是( )
A.冷的浓硝酸 B.Cu(NO3)2溶液
C.稀硫酸D.Fe(NO3)3溶液
[答案] D
2.(2019·望都模拟)“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。
同是由黏土烧制的砖瓦,有的是黑色的,有的却是红色的,你猜测其中的原因可能是
( )
A.土壤中含有铁粉、二氧化锰等
B.黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑,红砖瓦则是添加了红色耐高温染料
C.土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色CuO和红色Cu
D.土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3
D [A项,土壤中不含铁粉;B项,黑砖瓦中含有C、Fe3O4、FeO等,红砖瓦含有Fe2O3;C项,煅烧生成Cu2O红色物质,不是Cu。
]
3.铁与水蒸气反应,通常有以下两种装置,请回答下列问题:
装置一
装置二
实验
装置
(1)装置一中,装置A的作用:
_________________________;
装置二中,装湿棉花的作用:
_________________________。
(2)实验完毕后,取出装置一的少量固体,溶于足量稀盐酸,再滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,试解释原因:
______________________________
__________________________________________________________________。
[答案]
(1)提供水蒸气 提供水蒸气
(2)固体中含有Fe,在足量酸中,固体溶解时发生2Fe3++Fe===3Fe2+,Fe3+被Fe还原为
Fe2+
命题点2 Fe与HNO3反应的定量关系
4.把22.4g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中,若反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO,下列说法正确的是( )
A.反应后生成的盐只为Fe(NO3)3
B.反应后生成的盐只为Fe(NO3)2
C.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为1∶3
D.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2,其物质的量之比为3∶1
C [由于铁的物质的量为
=0.4mol,所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8mol(此时只产生Fe2+)和1.2mol(此时只产生Fe3+)之间,又产生0.3molNO2和0.2molNO,即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3mol×(5-4)+0.2mol×(5-2)=0.9mol,所以对应的产物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2,设前者的物质的量为x,后者的物质的量为y,则由铁原子守恒可得x+y=0.4mol,由得失电子守恒得3x+2y=0.9mol,解得x=0.1mol,y=0.3mol。
]
5.向含agHNO3的稀溶液中,加入bg铁粉充分反应后全部溶解。
已知有
gHNO3被还原,则a∶b不可能是( )
A.2∶1B.3∶1
C.4∶1D.9∶2
A [只生成Fe2+:
×
×3=
×2,
=3;只生成Fe3+:
×
×3=
×3,
=
=4.5。
故a∶b的范围为3∶1~9∶2。
]
Fe与稀硝酸反应有关计算
(1)硝酸的作用及其量的确定
铁与硝酸的反应中,一是氧化剂作用,二是酸性作用。
作为氧化剂的硝酸可以根据氧化还原反应中得失电子守恒的方法确定,作为酸性作用的可以通过金属铁的物质的量确定,即铁的物质的量乘以铁显示的化合价。
(2)铁与稀硝酸反应
随着两者量的不同,生成氧化产物亦不同,可用讨论的方法确定。
①Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
②Fe+2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2
①×2+②可得
③3Fe+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O
命题点3 Fe(OH)2的性质及其制备
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)。
若用②装置制备,简述制备原理与操作为___________________________
____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[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,就要排出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 铁与稀硫酸反应产生氢气,让氢气赶尽装置内空气,当B中导管处氢气纯净,关闭止水夹a,FeSO4溶液被压入在氢气保护下的NaOH溶液中
Fe(OH)2制备的三种思维方法
方法一:
有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如题中的③⑤。
方法二:
还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如题中的①②。
方法三:
电解法
用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯(或煤油),如题中的③。
总之:
Fe(OH)2制备的关键
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在密闭隔绝空气的体系中。
铁盐、亚铁盐的性质及应用
1.亚铁盐(Fe2+)和铁盐(Fe3+)的氧化性或还原性
(1)亚铁盐的氧化性和还原性
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,既有氧化性,又有还原性。
①氧化性:
Fe2+与Zn反应的离子方程式:
Fe2++Zn===Fe+Zn2+。
②还原性:
a.向FeCl2溶液中滴入几滴KSCN溶液,再加入氯水(或通入Cl2),若溶液变红色,证明Fe2+具有还原性。
反应原理用离子方程式表示为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
b.向FeCl2溶液中滴入双氧水,溶液变黄,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
c.向少量酸性KMnO4溶液中加入FeCl2溶液,若溶液紫红色褪去,证明Fe2+具有还原性。
反应原理用离子方程式表示为MnO
+5Fe2++8H+===5Fe3++Mn2++4H2O。
(2)铁盐的氧化性
含Fe3+的溶液呈黄色,Fe3+具有较强的氧化性。
①向FeCl3溶液中滴入几滴KSCN溶液,再加入过量活泼金属(如Fe),若溶液红色褪去,证明Fe3+具有氧化性。
反应原理用离子方程式表示为2Fe3++Fe===3Fe2+。
②向FeCl3溶液中加入淀粉KI溶液,若溶液变成蓝色,证明
Fe3+具有氧化性。
反应原理用离子方程式表示为2Fe3++2I-===I2+2Fe2+。
③向FeCl3溶液中通入H2S气体,若出现黄色浑浊,证明Fe3+具有氧化性。
反应原理为2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
2.亚铁盐与铁盐的水解
(1)亚铁盐
(2)铁盐
①配制FeCl3溶液时,应将FeCl3溶于稀盐酸中,然后稀释。
②将FeCl3饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3+3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
③除去CuCl2溶液中的Fe3+,可向溶液中加入足量CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,调节pH,使Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀。
④因Fe3+易水解,故制备无水的FeCl3应在HCl气流中使结晶FeCl3失去H2O。
3.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
①Fe3+的检验
a.
溶液变红,说明含有Fe3+
b.
试纸变蓝,说明含有Fe3+
②Fe2+的检验
a.
酸性KMnO4溶液褪色,说明含有Fe2+(Cl-可干扰)
b.
生成蓝色沉淀,说明含有
Fe2+,其离子方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
[补短板]
(1)Fe2+、Fe3+的相互转化
Fe2+
Fe3+
(2)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化
SCN-)。
(3)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验
Fe2+(Cl-能还原酸性KMnO4,有干扰)。
(4)常考的重要的含铁盐
①绿矾(FeSO4·7H2O):
一种重要的还原剂,可用作补血剂及植物的补铁剂。
②高铁酸钾(K2FeO4):
深紫色晶体,具有强氧化性,可用作水处理剂和高能电池。
③铁铵矾[NH4Fe(SO4)2·12H2O]:
无色晶体,易溶于水,常用作化学分析试剂、药物和织物媒染剂。
④赤血盐[K3Fe(CN)6]:
红色晶体,易溶于水,常用于检验
Fe2+,生成蓝色沉淀。
1.欲探究浓硫酸与Fe共热反应后铁元素的价态,设计下列实验,请填空:
将反应后试管中的溶液稀释。
取少量溶液,滴入3~5滴________溶液,若溶液呈红色,则证明含有Fe3+,否则不含Fe3+;取少量溶液,滴入3~5滴________溶液,若溶液褪色,则证明含有Fe2+,否则不含Fe2+。
若实验证明反应后的溶液中只含有Fe3+,则反应的化学方程式是__________________________________________________________________________________________。
[答案] KSCN 酸性KMnO4
2Fe+6H2SO4(浓)
Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O
2.设计方案:
除去MgSO4溶液中Fe2+。
(写出流程图)
[答案]
命题点1 Fe2+、Fe3+的性质及检验
1.(2019·长沙模拟)在Fe2(SO4)3溶液中,加入ag铜,完全溶解后,再加bg铁,充分反应后得到cg残余固体,且a>c,则下列说法正确的是( )
A.残余固体是铜和铁
B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+
C.将残余固体加入稀硫酸中,有气泡产生
D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+
B [因为a>c,说明bg铁完全反应,溶液中含Cu2+、Fe2+,不含Fe3+。
]
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加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A.①③ B.③②
C.③①D.①②③
[答案] C
3.下列除杂的操作不正确的是( )
A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入足量镁充分反应后过滤
B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入过量铁粉充分反应后过滤
C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入足量锌粉充分反应后过滤
D.CaCl2溶液中混有少量FeCl2:
先加入H2O2将Fe2+氧化成
Fe3+,再加入CaCO3充分反应后过滤
C [FeCl3溶液中存在水解平衡:
FeCl3+3H2O
Fe(OH)3+3HCl,加入Mg与H+反应,平衡右移,使Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,A正确;加入过量铁粉,FeCl3与Fe反应生成FeCl2而达到除杂的目的,B正确;C项中加入足量锌粉,
Cu2+、Fe3+均与Zn反应,不符合除杂要求,错误;先用H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,再利用FeCl3的水解,加入CaCO3与H+反应将Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,D正确。
]
命题点2 Fe2+、Fe3+的性质实验探究
4.(2017·北京高考,T28节选)某小组在验证反应“Fe+2Ag+===Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取出少量黑色固体,洗涤后,_____________________________________
_________________________________________________________________
(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有________。
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是_________________________
_________________________________________________________
(用离子方程式表示)。
针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。
同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀;溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀,较3min时量少;溶液红色较3min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀,较30min时量少;溶液红色较30min时变浅
(资料:
Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②对Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设a:
可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;
假设b:
空气中存在O2,由于____________________________
(用离子方程式表示),可产生Fe3+;
假设c:
酸性溶液中的NO
具有氧化性,可产生Fe3+;
假设d:
根据__________________________________________
现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。
[解析]
(1)①若黑色固体中含有Ag,可先加入硝酸,加热使之溶解,再加入盐酸,能产生白色沉淀AgCl。
②K3[Fe(CN)6]溶液是常见的检验Fe2+的试剂。
取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明含有Fe2+。
(2)Fe3+具有较强的氧化性,可与Fe发生氧化还原反应:
Fe+2Fe3+===
3Fe2+。
②Fe2+与O2可发生氧化还原反应:
4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O,生成Fe3+。
加入KSCN溶液后产生白色沉淀,说明溶液中含有Ag+,Ag+可将Fe2+氧化为Fe3+。
[答案]
(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀
②Fe2+
(2)2Fe3++Fe===3Fe2+
②4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O 加入KSCN溶液后产生白色沉淀
命题点3 涉及铁及其化合物的基本化工流程
5.(2019·重庆七校联考)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,含少量FeS2)为原料,生产Fe3O4的部分工艺流程如下:
下列说法错误的是( )
A.用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用
B.从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物
C.向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素的存在形式由AlO
转化为Al3+
D.FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2
C [SO2属于大气污染气体,用NaOH溶液吸收有利于保护环境和资源再利用,A项正确;由高硫铝土矿的组成和流程图可知,从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物,B项正确;向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素的存在形式由AlO
转化为沉淀Al(OH)3,C项错误;FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧发生反应:
FeS2+16Fe2O3===11Fe3O4+2SO2↑,D项正确。
]
6.(2019·黑龙江名校联考)某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3,不考虑其他杂质)制取绿矾(FeSO4·7H2O),设计了如下流程图:
下列说法正确的是( )
A.溶解烧渣可选用足量稀盐酸,试剂X选用铁粉
B.固体1是SiO2,固体3是Al(OH)3和Fe(OH)3
C.从溶液3中得到绿矾的操作方法是调节pH、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
D.若在溶液1中直接加NaOH溶液至过量,得到的沉淀用稀硫酸溶解,其溶液经结晶分离也可得到绿矾
C [溶解烧渣选用稀盐酸会引入Cl-,该流程最终要得到绿矾,故应选用稀硫酸,试剂X的作用是将Fe3+还原为Fe2+,且不能引入新杂质,故试剂X应选用Fe,A项错误;由流程可知,固体1是SiO2,固体3是Al(OH)3,B项错误;从硫酸亚铁溶液中得到绿矾需要调节pH,防止Fe2+被氧化和水解,然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,C项正确;若在溶液1中直接加入NaOH溶液至过量,得到的沉淀用稀硫酸溶解,其溶液经结晶分离最终得到的是硫酸铁晶体,D项错误。
]
废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3和FeSO4·7H2O的一般流程模板
铁的不同价态化合物的转化及应用
——物质变化与模型认知
铁的化合价有+2、+3、+6,其中+2、+3为两种铁的离子Fe2+、Fe3+,+6在FeO
中呈现,具有强氧化性,近几年高考试题对铁的常见化合物的性质及应用考查非常关注。
特别是+2、+3价之间转化更为重要。
体现了“物质变化与模型认知”的学科素养。
[价态——物质类别坐标]
下图是铁的常见价态与物质的对应关系图
[应用体验]
根据上图示,回答下列问题:
(1)写出Fe―→Fe3O4的两个化学方程式_______________________________,____________________________。
(2)除去FeCl2溶液中Fe3+,可用试剂________,离子方程式为_______________________________________________________。
(3)写出Fe2+
Fe3+的离子方程式__________________
________________________________________________________。
(4)
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- 高考 化学 一轮 复习 金属 及其 化合物 教学 新人