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第二讲铁及其化合物
第六讲铁及其化合物
(二)
1、铁元素的存在形态:
游离态:
陨铁
化合态:
铁元素主要以+2价和+3价的化合态存在。
在地壳中的质量分数为4.65%,处于第四位,仅次于氧、硅和铝。
2、按不同标准给铁及其化合物分类
(1)按单质、氧化物、酸、碱、盐给上述物质分类。
单质:
铁;氧化物:
FeO、Fe2O3、Fe3O4;碱:
Fe(OH)2、Fe(OH)3;盐:
FeCl2、FeCl3、FeSO4、Fe2(SO4)3
(2)按铁元素的化合价给上述物质分类。
0价:
Fe;+2价:
FeO、FeCl2、FeSO4、Fe(OH)2;+3价:
Fe2O3、FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(OH)3
3、铁在氧化物——FeO、Fe2O3、Fe3O4性质的比较
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
——
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
水溶性
难溶
难溶
难溶
化合价
+2
+3
+2、+3
与CO、H2反应
FeO+CO
Fe+CO2
FeO+H2
Fe+H2O
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
Fe2O3+3H2
2Fe+3H2O
Fe3O4+4CO
3Fe+4CO2
Fe3O4+4H2
3Fe+4H2O
与稀硫酸反应
FeO+H2SO4=FeSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O
Fe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2O
4.铁的氢氧化物——4Fe(OH)2和4Fe(OH)3性质的比较
(1)氢氧化亚铁:
制备:
FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2↓+2NaCl
物理性质:
白色难溶的弱碱
化学性质:
①与强酸反应
②还原性:
易被氧化剂所氧化。
如:
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
思考:
实验室在制备Fe(OH)2时,为防止被氧化,可以采取哪些措施?
提示:
实验室制备氢氧化亚铁时,因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁,更要注意隔绝空气。
其方法是:
①亚铁盐需新制(用足量铁与稀硫酸反应或还原氯化铁溶液);②将所用氢氧化钠溶液煮沸以赶尽溶于其中的空气(O2);③使用长滴管吸入氢氧化钠溶液后将滴管伸至氯化亚铁溶液的液面以下,慢慢挤压乳胶头使氢氧化钠与氯化亚铁接触。
(2)氢氧化铁:
制备:
FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl
物理性质:
红褐色难溶固体
化学性质:
与强酸反应。
Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O
5、探究铁及其化合物的氧化性和还原性
预测:
铁元素显0价时,只有还原性;显+3价时,只有氧化性;显+2价时,既有氧化性,又有还原性。
(1)Fe的还原性:
与H+、Cu2+、Fe3+、Cl2等反应
Fe+2H+=Fe2++H2↑
Fe+Cu2+=Fe2++Cu
2Fe3++Fe=3Fe2+
2Fe+3Cl2
2FeCl3
(2)Fe3+的氧化性:
与Fe、Cu、Zn反应
2Fe3++Fe=3Fe2+
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
3Zn+2Fe3+=3Zn2++2Fe
(3)Fe2+的氧化性:
与锌反应
Zn+Fe2+=Zn2++Fe
(4)Fe2+的还原性:
与氯水、硝酸等反应
2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
(5)铁及其化合物的相互转化示意图
6.Fe2+与Fe3+的鉴别
(1)直接观察颜色:
Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe3+的溶液呈棕黄色。
(2)利用显色反应:
Fe2+的溶液+KSCN或NH4SCN溶液,溶液不呈红色;Fe3+的溶液+KSCN或NH4SCN溶液,溶液呈血红色。
有关离子方程式:
Fe3++SCN-=[Fe(SCN)]2+
(3)利用铁化合物沉淀的颜色:
Fe2+的溶液+NaOH溶液,出现白色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色;Fe3+的溶液+NaOH溶液,出现红褐色沉淀。
反应式:
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3;Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
(4)利用Fe3+的氧化性:
①Fe2+的溶液+Cu片,无明显现象;Fe3+的溶液+Cu片,铜被腐蚀,溶液变为蓝绿色。
有关离子方程式:
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
②Fe2+的溶液+淀粉KI试纸,试纸不变蓝;Fe3+的溶液+淀粉KI试纸,试纸变蓝。
有关离子方程式:
2Fe3++2I-=2Fe2++I2
(5)利用Fe2+的还原性:
①Fe2+的溶液+酸性KMnO4溶液,KMnO4溶液紫色褪去;Fe3+的溶液+酸性KMnO4溶液,KMnO4溶液紫色不褪。
②Fe2+的溶液+氯水,溶液变为棕黄色;Fe3+的溶液+氯水,无明显现象。
有关离子反应式:
2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
注意:
以上方法以KSCN溶液鉴别最常用。
7.其他重要反应
(1)铁与强氧化性酸浓硫酸、硝酸的反应
常温下钝化,所以可用铁罐储存运输浓硫酸和硝酸;
加热时会反应,被氧化成Fe3+。
(2)铁与高温水蒸气反应
高温
Fe+2H2O(g)=Fe3O4+H2↑
(3)铝热反应-焊接铁轨
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3
1.新买来的铝壶烧水,凡是水浸到的地方都变成黑色,这与水中含有下列哪种可溶性盐有关( )
A.钙盐 B.铁盐 C.钠盐 D.镁盐
【解析】 Ca、Na、Mg的化合物均不是黑色。
【答案】 B
2.中国每年要进口5亿吨左右的铁矿石,占世界海上铁矿石贸易量的一半以上,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
【解析】 A项,赤铁矿的成分为Fe2O3;B项,铁矿石有很多种,不一定与铁锈(含Fe2O3)相同;C项,磁铁矿的主要成分为Fe3O4,其中含+3价铁;D项,铁红为Fe2O3。
【答案】 C
3.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.铜锈的主要成分为CuO
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
【解析】 A项,Cu的化学性质稳定,可以用Cu制作盛食品的器皿;B项,铜锈的主要成分为Cu2(OH)2CO3;C项,Cu2+为重金属离子,使蛋白质变性,可用CuSO4配农药。
【答案】 D
4.在Fe2(SO4)3溶液中,加入ag铜,完全溶解后,再加入bg铁,充分反应后得到cg残余固体,已知a>c,则下列说法正确的是( )
A.残余固体是铜和铁
B.最后得到的溶液一定含有Cu2+
C.将残余固体加入稀硫酸中一定有气泡产生
D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+
【解析】 因为最后cg固体少于开始加的ag铜,所以溶液中一定含有Cu2+,B正确;残余固体只能是agCu的一部分,A错误;铜能与Fe3+反应,不与稀硫酸反应,C、D错误。
【答案】 B
5.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生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论正确的是
( )
A.一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+
B.一定有Fe3+存在,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+
【解析】 开始白色沉淀,排除Fe3+存在,最后变成红褐色,确定含Fe2+,Mg2+不确定。
【答案】 D
6.将铁粉放入盐酸、MgCl2溶液、FeCl3溶液、CuCl2溶液组成的混合液中,充分反应后,铁粉有剩余,则此时溶液中含有的大量阳离子是( )
A.Cu2+和Fe2+B.Fe2+和Mg2+
C.Fe3+和Fe2+D.H+和Cu2+
【解析】 混合溶液中加入铁粉依次发生如下反应:
2Fe3++Fe===3Fe2+、Cu2++Fe===Fe2++Cu、2H++Fe===Fe2++H2↑,由于铁粉有剩余,故此时溶液中阳离子主要有Mg2+和Fe2+。
【答案】 B
7.某溶液中有Mg2+、Fe2+、Fe3+和Al3+四种阳离子,若向其中加入过量的NaOH溶液,微热并搅拌,过滤,在滤渣中再加入过量的盐酸,所得溶液中大量增加的阳离子是( )
A.Mg2+ B.Fe2+
C.Fe3+D.Al3+
【解析】
【答案】 C
8.有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3五种溶液,只用一种试剂就可以把它们鉴别开来,这种试剂是( )
A.盐酸B.烧碱溶液
C.氨水D.KSCN溶液
【解析】 NaOH与上述五种溶液混合时,其中NaCl无明显现象,在FeCl2中先出现白色絮状沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色;而FeCl3中只出现红褐色沉淀现象;在MgCl2中只出现白色沉淀现象,而AlCl3中先出现白色沉淀,后沉淀消失。
【答案】 B
9.把等物质的量的Cu、Fe粉投入一定量的FeCl3溶液中充分反应,然后取出部分溶液。
(1)若滴加一滴KSCN溶液,溶液显红色,则溶液中存在的离子有________。
(2)若滴加一滴KSCN溶液,溶液不显红色,则溶液中一定存在的离子有________,可能存在的金属粉末有________。
(3)若加入的金属全部溶解,则溶液中n(Cu2+)∶n(Fe2+)=________。
(4)若(3)反应后的溶液中有三种金属离子,欲从中回收Cu和FeCl3,需要用到的试剂有(按反应顺序填写)___________________________________。
【解析】 还原性Fe>Cu,故Fe3+优先与Fe反应:
2Fe3++Fe===3Fe2+,然后与Cu反应:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
(1)若滴加KSCN溶液显红色,说明Fe3+过量,则Cu、Fe粉均已溶解,故溶液中的离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+、Cl-。
(2)若滴加KSCN溶液,溶液不显红色,则Fe3+已完全反应,溶液中一定存在的离子是Fe2+、Cl-,金属粉末可能是Fe、Cu的混合物,或只有铜。
(3)通过反应方程式看,等物质的量的Cu、Fe粉完全溶解,所产生的n(Cu2+)∶n(Fe2+)=1∶5。
(4)为从溶液中提取Cu,应向溶液中加入过量铁粉:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu;然后用盐酸溶解过量铁粉:
Fe+2HCl===FeCl2+H2↑;过滤后,向滤液中加入新制氯水即可得到FeCl3∶2FeCl2+Cl2===2FeCl3。
【答案】
(1)Cu2+、Fe2+、Fe3+、Cl-
(2)Fe2+、Cl- Fe、Cu (3)1∶5
(4)Fe、稀盐酸、新制氯水
10.已知A为常见的金属单质,根据如图所示的转化关系回答下列问题。
(1)确定A、B、C、D、E、F的化学式:
A为________,B为________,C为________。
D为________,E为________,F为________。
(2)写出⑧的化学方程式及④、⑤的离子方程式:
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】 由题意可知A为Fe,B为Fe3O4,C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3。
【答案】
(1)Fe Fe3O4 FeCl2 FeCl3 Fe(OH)2
Fe(OH)3
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,
2Fe3++Fe===3Fe2+
11.选择合适试剂完成甲、乙两组实验。
甲组:
检验含Fe3+的溶液中是否含有Fe2+;
乙组:
检验含Fe2+的溶液中是否含有Fe3+。
下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是( )
试剂
选项
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
NaOH溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
KOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
【解析】 甲组,在Fe3+存在的条件下,检验Fe2+,要排除Fe3+干扰。
所选试剂具备下列条件:
一是能与Fe2+发生有明显现象的反应;二是Fe3+不反应,不干扰现象观察。
只有酸性KMnO4溶液符合条件:
5Fe2++MnO
+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O,现象是紫色变浅(或褪去)。
乙组,在Fe2+存在的条件下,检验Fe3+,用KSCN溶液检验Fe3+,Fe2+无干扰。
【答案】 B
12.向一定量的FeO、Fe、Fe3O4的混合物中加入100mL1mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,放出标准状况下的气体224mL,在溶液中加入KSCN溶液无红色出现。
若用足量的CO在高温下还原相同量的此混合物,能得到铁的质量为( )
A.11.2gB.5.6g
C.2.8gD.无法计算
【解析】 根据题意可得,恰好反应后溶液中只存在FeCl2,根据元素守恒可建立关系式:
n(Fe)=n(Fe2+)=
n(Cl-)=
n(HCl)=
×0.1L×1mol·L-1=0.05mol,m(Fe)=0.05mol×56g·mol-1=2.8g。
【答案】 C
13.向Fe2O3、CuO、Fe、Cu的混合粉末中加入过量的稀硫酸,充分反应后,仍有红色粉末存在,则关于溶液中阳离子的判断正确的是( )
A.只有Fe2+和Cu2+B.一定有Fe2+、Cu2+,可能有Fe3+
C.一定有Fe2+,可能有Cu2+D.只有Fe2+
【解析】 由于红色粉末是Cu,所以溶液当中肯定没有Fe3+;由于氧化性:
Fe3+>Cu2+,无论是和Fe反应,还是和Cu反应,溶液中一定存在Fe2+;当Fe过量时,不存在Cu2+;当Fe不足时,有Cu2+,故C正确。
【答案】 C
14.如图所示装置,可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。
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中盛有一定量的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)实验开始时应先将活塞a________(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:
___________________________。
(4)实验完毕,打开b处活塞,放入一部分空气,此时B中发生反应的化学方程式为_______________________________。
(5)图中________(填“能”或“不能”)较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。
【解析】 A为氢气的发生装置,B为产生Fe(OH)2沉淀装置,当a打开时,H2通过a进入B中排出B内氧气,a关闭时,A内气体压强增大,使A中FeSO4、H2SO4混合液进入B中与NaOH溶液反应产生Fe(OH)2沉淀。
【答案】
(1)铁屑 Fe+2H+===Fe2++H2↑
(2)打开
(3)首先打开a,让分液漏斗中酸液流下,使A中产生的H2通入B中,一段时间后关闭a,A中液体沿导管流入B中,产生少量白色沉淀
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(5)能
15.
(1)合成氨工业生产中所用的αFe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3。
①某FeO、Fe2O3混合物中,铁原子、氧原子的物质的量之比为4∶5,其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为________。
②当催化剂中+2价铁与+3价铁的物质的量之比为1∶2时,其催化活性最高,此时铁的氧化物的混合物中铁的质量分数为________(用小数表示,保留2位小数)。
(2)电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。
①用FeO、Fe2O3和稀盐酸、氯气制取FeCl3溶液的离子方程式为______________、_______________、________________,检验溶液中Fe3+存在的试剂是________。
②写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的化学方程式:
_________________,当转移电子数为6.02×1024时,被氧化的物质的质量为________。
【解析】
(1)①设FeO的物质的量为x,根据正、负电荷总数相等有:
2x+(4mol-x)×3=5mol×2,x=2mol,故Fe2O3的物质的量为1mol。
故FeO与Fe2O3的物质的量之比为2∶1。
②设催化剂中含1molFeO,1molFe2O3,根据化合价代数和为零,可知催化剂中氧原子的物质的量为:
(1mol×2+2mol×3)÷2=4mol。
催化剂中铁的质量分数为:
≈0.72。
或二者的混合物组成相当于Fe3O4,故铁元素的质量分数为:
≈0.72。
(2)①FeO、Fe2O3与盐酸反应,生成FeCl2、FeCl3,通入氯气氧化FeCl2制取FeCl3。
②FeCl3溶液与Cu反应生成FeCl2和CuCl2,转移电子数为6.02×1024时,被氧化的铜的物质的量为5mol,质量为320g。
【答案】
(1)①2∶1 ②0.72
(2)①FeO+2H+===Fe2++H2O Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- KSCN溶液 ②2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2 320g
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- 第二 及其 化合物