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铁及其化合物
铁及其化合物
[最新考纲]
1.了解铁的主要性质及其应用。
2.了解铁的重要化合物的主要性质及其应用。
考点一 铁及其重要化合物的性质
1.铁的性质
(1)物理性质
铁具有导电、导热和延展性,具有能被磁铁吸引的特性。
(2)化学性质
铁单质性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
①与非金属单质的反应:
a.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+2O2
Fe3O4。
b.与Cl2的反应:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
c.与S的反应:
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:
a.与非氧化性酸反应的离子方程式:
Fe+2H+===Fe2++H2↑。
b.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,但无H2产生。
④与某些盐溶液的反应:
a.与CuSO4溶液反应的离子方程式:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
b.与FeCl3溶液反应的离子方程式:
Fe+2Fe3+===3Fe2+。
2.铁的氧化物和氢氧化物
(1)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
+3
+2,+3
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
提醒 Fe3O4中2个Fe为+3价,1个Fe为+2价,可表示为FeO·Fe2O3,平均价态为+
价。
在发生氧化还原反应时,对应价态的铁参与相关反应,如Fe3O4与HNO3反应时只有+2价铁被氧化。
(2)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
与盐酸
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,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
【互动思考】
1.FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取?
若能,写出其对应的化学方程式。
答案 都可以。
2Fe+3Cl2
2FeCl3
2FeCl3+Fe===3FeCl2
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸( )
(2)将一定量的铁、铜的混合物加入到100mL0.1mol·L-1的FeCl3溶液中,充分反应后,溶液中有固体剩余,则剩余的固体中一定含有铜,可能含有铁( )
(3)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同( )
(4)氢氧化铁与HI溶液仅发生中和反应( )
(5)FeCl3溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为:
Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3( )
答案
(1)√
(2)√ (3)× (4)× (5)√
3.写出下列反应的化学方程式:
(1)FeO与稀硝酸反应的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式:
______________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案
(1)3FeO+10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O
(2)FeO+2HI===FeI2+H2O Fe2O3+6HI===2FeI2+I2+3H2O
[示向题组]
1.(2014·北京理综,7)下列金属中,表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是( )。
A.K B.Na
C.Fe D.Al
解析 D项,Al易被空气中氧气氧化成一层致密的氧化膜,阻止内部金属继续被氧化,正确。
K、Na、Fe表面形成的氧化膜比较疏松,不能保护内部金属,A、B、C错误。
答案 D
2.(2014·山东理综,9)等质量的下列物质与足量稀硝酸反应,放出NO物质的量最多的是( )。
A.FeO B.Fe2O3 C.FeSO4 D.Fe3O4
解析 Fe2O3不具有还原性,与稀HNO3反应不生成NO,另外三种等质量的物质中,含Fe2+物质的量越多,与稀HNO3反应失去的电子越多。
根据得失电子守恒,则生成NO的物质的量越多,经计算比较等质量的FeO、FeSO4、Fe3O4中FeO含有Fe2+物质的量最多,故选A。
答案 A
3.(2013·天津理综,9)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。
某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。
Ⅰ.经查阅资料得知:
无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。
他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下:
①检验装置的气密性;
②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气;
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;
④……
⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封。
请回答下列问题:
(1)装置A中反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A右端。
要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是________________________________________________________________________。
(3)操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号)____________。
(4)装置B中冷水浴的作用为________________________________________________________________________;
装置C的名称为________;装置D中FeCl2全部反应后,因失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂:
________________________________________________________________________。
(5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂。
Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。
(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为____________________________。
解析
(1)装置A中Fe在加热条件下与Cl2反应生成FeCl3:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
(2)根据题目信息可知,加热时FeCl3固体易升华,所以沉积在装置A右端的FeCl3经加热使其变为气体而进入收集器。
(3)要防止FeCl3潮解,则装置中不能存在水蒸气,从实验步骤表述中分析,②⑤都涉及“干燥”,其目的都是防止FeCl3潮解。
(4)进入收集器的FeCl3为气体,经装置B中的冷水冷却后而沉积下来,便于收集产品。
Fe2+的检验可用K3[Fe(CN)6]溶液,Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀。
(5)由于尾气中含有未反应的有毒气体氯气,可用盛有NaOH溶液的装置吸收,并将导管插入液面下。
(6)Fe3+具有氧化性,H2S具有还原性,二者发生氧化还原反应:
2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
答案
(1)2Fe+3Cl2
2FeCl3
(2)在沉积的FeCl3固体下方加热 (3)②⑤ (4)冷却,使FeCl3沉积,便于收集产品 干燥管 K3[Fe(CN)6]溶液
(5)
(6)2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+
【考向揭示】
由以上题组训练,可得出本考点的常见命题方向有:
1.铁及其化合物的性质及应用
2.有关铁及其化合物的实验探究
[跟进题组]
1.(2014·威海一模)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
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。
答案 B
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
【反思归纳】
制备Fe(OH)2的关键与方法
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:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
(1)成功关键:
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在密闭的隔绝空气的体系中。
(2)制备Fe(OH)2时常采用的方法
①采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2+易被空气中的氧气氧化成Fe3+);
②将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解的氧气);
③将碱直接加到亚铁盐溶液的底部[使生成的Fe(OH)2与空气隔离];
④在亚铁盐溶液的液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水的小而又不溶于水的有机溶剂)。
3.某研究性学习小组请你参与“研究铁与水蒸气反应所得固体物质的成分、性质及再利用”实验探究,并共同解答下列问题:
探究一 设计如图所示装置进行“铁与水蒸气反应”的实验。
(1)硬质玻璃管B中发生反应的化学方程式为___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)反应前A中投放碎瓷片的目的是________________________________________________________________________。
(3)装置E中的现象是________________________________________________________________________。
探究二 设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管B中黑色固体的成分。
(4)待硬质玻璃管B冷却后,取少许其中的固体物质溶于________后,将所得溶液分成两份。
(5)一份滴加几滴KSCN溶液。
若溶液变血红色,推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为________(选填序号,下同);若溶液未变血红色,推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为________。
①一定有Fe3O4 ②一定有Fe ③只有Fe3O4 ④只有Fe
(6)另一份用______________(填仪器名称)加入____________,可以证明溶液中存在Fe2+。
探究三 设计如下流程测定反应后硬质玻璃管B中固体含铁元素的质量分数。
(7)试剂b的化学式是________。
(8)计算反应后B装置中铁元素的质量分数为________。
答案
(1)3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
(2)防止暴沸
(3)黑色固体变红,右端管壁有水珠
(4)稀硫酸 (5)① ②
(6)胶头滴管 酸性KMnO4溶液,溶液褪色
(7)NaOH (8)77.8%
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- 及其 化合物
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