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1、第3讲铁及其重要化合物,一、铁,1.铁的存在形态,在地壳中铁的含量位于第四位,在自然界中主要以化合态存在,主要化合价为+2、+3价,其中+3价更稳定。,2.铁的化学性质,(1)与非金属反应,(2)与水反应,Fe与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。,(3)与酸反应,与非氧化性酸反应产生氢气,Fe与稀H2SO4反应的化学方程式为Fe+H2SO4Fe-SO4+H2。,与氧化性酸反应不生成氢气,过量Fe与稀HNO3反应的化学方程式为3Fe+8HNO3 3Fe(NO3)2+2NO+4H2O。,少量铁与足量稀HNO3反应的化学方程式为Fe+4HNO3 Fe(NO3)3+NO
2、+2H2O。,铁遇冷的浓HNO3、浓H2SO4时表面会生成一层致密的氧化物薄膜,化学上称之为 钝化,属于化学(填“物理”或“化学”)变化。,(4)与盐反应,Fe与CuSO4、FeCl3溶液反应的化学方程式分别为 Fe,+CuSO4 FeSO4+Cu、Fe+2FeCl3 3FeCl2。,二、铁的重要化合物,1.铁的氧化物,(1)FeO是一种 黑色粉末,不稳定,在空气里受热迅速被氧化成 Fe3O4。,(2)Fe3O4是一种复杂的化合物,是具有 磁性的 黑色晶体,俗称 磁性氧化铁。,(3)Fe2O3是一种 红棕色的粉末,俗称 铁红,常用做,红色颜料。赤铁矿的主要成分是Fe2O3,是炼铁的主要原料。,
3、互动探究1你能确定Fe3O4中铁的化合价吗?铁的原子序数为26,画出铁的原子结构示意图。,答案:Fe3O4中铁有+3价和+2价。铁的原子结构示意图为。,2.铁的氢氧化物,(1)Fe(OH)2、Fe(OH)3性质比较,(2)铁的氢氧化物的制法,Fe(OH)2、Fe(OH)3都可用相应的可溶性盐与强碱反应来制取,离子方程式分别为:,Fe(OH)2:Fe2+2OH-Fe(OH)2。,Fe(OH)3:Fe3+3OH-Fe(OH)3。,(3)Fe(OH)2与Fe(OH)3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
4、化学方程式为 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。,互动探究2教材中有关Fe(OH)2的制备方法,实际上只能观察到瞬间的Fe(OH)2白色沉淀(几乎分辨不出来)。为什么不能观察到Fe(OH)2的白色呢?可采取哪些措施使Fe(OH)2能够维持较长的时间不被氧化呢?,答案:Fe(OH)2极易被氧化,转化为Fe(OH)3。要想较长时间观察到白色沉淀的生成,关键是怎样降低反应体系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。就教材中的实验来说,常采用的方法有:,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+),将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解的氧气),将碱直接加到亚铁盐溶
5、液的底部使Fe(OH)2与空气隔离,在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小,而又不溶于水的有机溶剂),考点透析,考点1Fe、Fe2+、Fe3+相互转化,典例1某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3+、Cu2+、Au3+等。有人设计了下图的工艺流程,利用常用的稀硫酸、烧碱和工业生产中的废铁屑,从废水中回收金,并生产一定量的铁红和氧化铜。,(1)图中标号处需加入的相应物质分别是,、。(填名称),(2)写出处发生反应的离子方程式:;写出处发生反应的化学方程式:。,(3)铁红的化学式为;分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途:铁红,氧化铜。,【解析】由氧化铜逆推可知D为Cu(OH)2,所
6、以为氢氧化钠;同理由铁红逆推可知为氢氧化钠;C为Cu2+,E为Fe2+,是稀硫酸,除去沉淀A中过量的Fe,是铁屑,可还原废水中的Cu2+、Au3+;B为Cu、Au混合物,加入稀硝酸使Cu、Au分离。,(2)Fe+2H+Fe2+H2,2Fe3+Fe 3Fe2+,Cu2+Fe Cu+Fe2+,2Au3+3Fe 2Au+3Fe2+;3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,(3)Fe2O3;用做红色涂料;用做制造铜盐的原料,【答案】(1)铁屑;稀硫酸;稀硝酸;氢氧化钠;氢氧化钠,化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)时,铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3价铁的化合物。Fe
7、、Fe2+、Fe3+形成三角关系:,技能归纳,铁是常见的还原剂,在参与化学反应时,一般可失去2e-或3e-而变成Fe2+或Fe3+。铁元素的原子在化学反应中,当遇弱氧化剂(如S、H+、Cu2+、I2等)时,铁只能失去最外层的两个电子,而生成+2价铁的化合物,当遇到强氧,1.FeFe3+和Fe2+Fe3+需要较强的氧化剂,如O2、Cl2、Br2、HNO3(浓、稀)、H2SO4(浓)、KMnO4(H+)溶液等。,2Fe+3Cl2 2FeCl3;Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO+2H2O;4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3;2FeCl2+Cl22FeCl3。,2.FeFe
8、2+需要较弱的氧化剂,如S、Cu2+(CuSO4)、H+(稀H2SO4、盐酸)等。,Fe+CuSO4 FeSO4+Cu;Fe+2HCl FeCl2+H2,注意Fe与O2、H2O的反应:3Fe+2O2 Fe3O4;3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,Fe3O4可以看做是由FeO、Fe2O3所组成的化合物,其中有是Fe2+、是Fe3+。,3.Fe2+Fe,在金属活动性顺序表中排在Fe前的金属,如Zn、Al等,可以将Fe2+还原成Fe。如Zn+FeSO4 Zn-SO4+Fe。,注意:K、Ca、Na等活泼金属,由于它们在水溶液中不能存在,所以不能作为还原剂来完成Fe2+Fe的转化。,4.Fe3+
9、Fe2+需要较强的还原剂,如Fe、Zn、H2S(S2-)、KI(I-)、Na2SO3(S-)等。Cu虽不是强的还原剂,但因Fe3+,具有较强的氧化性,可被Cu还原成Fe2+。,Cu+2FeCl3 CuCl2+2FeCl2;H2S+2FeCl3 2FeCl2+S+2HCl;2KI+2FeCl3 FeCl2+I2+2KCl,5.Fe3+Fe常发生在金属的热还原反应中。如高温下用CO还原铁矿石中的铁:Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。,铝热反应也是这种转化的实例。如:Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe。,Fe2+具有氧化性和还原性,但主要表现还原性;Fe3+具有较强的氧化性,与S2-、I-、
10、S等能发生氧化还原反应。Fe3+是典型的弱碱阳离子,与C、Al 等在溶液中发生双水解反应。亚铁盐、铁盐的存放方法:亚铁盐溶液加入少量铁屑以防止Fe2+被氧化;铁盐溶液加入少量相应的酸溶液以防止Fe3+水解。,特别提醒:,B.将少量Fe(OH)3粉末加入HI溶液中:,2Fe(OH)3+6H+2I-2Fe2+I2+6H2O,C.将少量Cl2通入FeBr2溶液中:Cl2+2Br-2Cl-+Br2,D.向氯化铁溶液中加入铁屑:Fe+Fe3+2Fe2+,学以致用,1.下列离子方程式书写正确的是(),A.铁粉与氢溴酸反应:2Fe+6H+2Fe3+3H2,【解析】A项中离子方程式应为Fe+2H+Fe2+H2
11、;C项中Cl2为少量,Fe2+先被氧化,离子方程式应为2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-;D项中电荷不守恒。B项正确。,【答案】B,考点2Fe2+和Fe3+的检验,典例2某种催化剂为铁的氧化物,化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究。将适量稀硝酸加入少许样品中,加热溶解;取少许溶液,滴加KSCN溶液后出现红色,一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为+3价的结论。,(1)请指出该结论是否合理,(填“合理”或,“不合理”),并说明理由:。,(2)请完成对铁元素价态的探究。限选实验仪器与试剂:烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹;3 molL-1 H2SO4、3%H2O2、
12、6 molL-1 HNO3、0.01 molL-1 KMnO4、NaOH稀溶液、0.1 molL-1 KI、20%KSCN、蒸馏水。,提出合理假设,假设1:催化剂中铁元素的价态为+3价;,假设2:催化剂中铁元素的价态为+2价;,假设3:。,设计实验方案证明你的假设(此题不作答),实验过程,根据的实验方案,进行实验。按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。,【解析】根据HNO3具有强氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,对铁的氧化物中铁元素价态提出全为+2价或全为+3价或+2价和+3价共存三种假设。,实验过程:可用稀硫酸溶解铁的氧化物(要除去稀硫酸中溶解的O2),根据溶液颜色变化,推测铁元素可
13、能的化合价,然后取少量上述溶液,滴加酸性KMnO4溶液,根据KMnO4溶液是否褪色,确定是否存在+2价铁元素;另取少量溶液,滴加KSCN溶液,根据溶液是否变红色,确定是否存在+3价铁元素。,【答案】(1)不合理;稀硝酸有强氧化性,若该铁元素的价态为+2价,则被氧化为+3价,同样可使KSCN溶液变红色,(2)催化剂中铁元素的价态既有+3价,也有+2价,技能归纳,1.Fe2+的检验,方法一:在被检验的溶液中,滴加KSCN溶液,无现象,再通入Cl2,若变成红色溶液,说明有Fe2+存在(鉴别时不能先通氯气)。,2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-,Fe3+3SCN-Fe(SCN)3(红色),方法二:在
14、被检验的溶液中加碱,产生白色絮状沉淀,很,快白色絮状沉淀转变成灰绿色,最终变为红褐色,证明有Fe2+存在。,Fe2+2OH-Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,2.Fe3+的检验,方法一:加入NaOH等碱溶液,生成红褐色沉淀。,Fe3+3OH-Fe(OH)3(红褐色),方法二:加入KSCN溶液,溶液变为红色。,学以致用,2.要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行下列实验操作时的最佳顺序为(),加入少量氯水加入足量KMnO4加入少量KSCN溶液,A.B.C.D.,【解析】本题主要考查铁的性质Fe3+的检验、Fe2+的还原性,培养学生灵活迁移知识的能力和
15、提高学生分析问题的能力。加入KSCN溶液不变红,证明无Fe3+;再加氯水,如有Fe2+存在,则可被氧化为Fe3+而使溶液变血红色。KMnO4也能氧化Fe2+,但KMnO4本身为紫色,使溶液显色不易观察。,【答案】C,考点3Fe(OH)2的制备,典例3如图所示,此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6 molL-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,A中应预先加入的药品是,A中反应的离子方程式是,。,(2)实验开始时先将活塞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
16、处活塞,放入一部分空气,此时B瓶中发生的反应为。,(5)下列各图示中(填序号)能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。,【解析】Fe+2H+Fe2+H2,产生H2将Fe2+压入B中,Fe2+2OH-Fe(OH)2;Fe2+在空气中很容易被氧化,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,并使整个装置与空气或氧气隔绝。,【答案】(1)铁屑;Fe+2H+Fe2+H2,(2)打开,(3)关闭活塞a,使FeSO4溶液压入B中进行反应,(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,(5),技能归纳,1.实验室制备纯
17、净的Fe(OH)2的注意事项,教材中有关Fe(OH)2制备方法,实际上只能观察到瞬间的Fe(OH)2白色沉淀(几乎分辨不出来)。要想较长时间,观察到白色沉淀的生成,关键是怎样降低反应体系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。常采用的方法有: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+);将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解的氧气);将碱直接加到亚铁盐溶液的底部使Fe(OH)2与空气隔离;在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小,而又不溶于水的有机溶剂)。,2.实验创新,方案1:装置如图所示。,制的NaOH溶液反应制备。,(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还
18、需要加入。,(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用的方法。,(3)制取Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液,这样操作的理由是。,方法二:在如图所示的装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。,3.用下面三种方法均可制得Fe(OH)2白色沉淀。,方法一:用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配,(1)在试管里加入的试剂是。,(2)在试管里加入的试剂是。,(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀,在试管和中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验步骤是。,(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,理由
19、是。,方法三:利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀。如图所示,已知两电极的材料分别为石墨和铁。,(1)a电极的材料应为,电极反应式为。,(2)电解液c可以是(填字母)。,A.纯水B.NaCl溶液,C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液,(3)d为苯,其作用是,在加入苯之前对电解液c应作何简单处理?。,(4)为了能在较短时间内就看到白色沉淀,可采取的措施是(填字母)。,A.改用稀H2SO4作电解液,B.适当增大电源的电压,C.适当减小两极间的距离,D.适当降低电解液的温度,(5)若c用Na2SO4溶液,当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,另
20、一明显现象为。,【答案】方法一:,(1)稀H2SO4、铁屑,(2)煮沸,(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化,方法二:,(1)稀H2SO4和铁屑,(2)NaOH溶液,(3)检验试管出口处排出的H2的纯度,当排出的H2已经纯净时再夹紧止水夹,(4)试管中反应生成的H2充满了试管和试管,且外界O2不易进入,方法三:,(1)Fe;Fe-2e-Fe2+,(2)BC,(3)隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化;加热煮沸,排出溶解的O2,(4)BC,(5)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色,实验探究FeCl3的制备与实验方案的设计与评价,由于Fe3+水解能力较强,当pH4时,Fe3+
21、即可形成Fe(OH)3沉淀。在配制FeCl3溶液时,应先将固体盐溶于少量相应的酸中抑制水解,再加水稀释至所需浓度。在制FeCl3固体时,加热浓缩FeCl3稀溶液时应在HCl氛围中进行。,【示例】.某校化学小组利用下图所示装置进行“铁与水反应”的实验,并利用产物进一步制取FeCl36H2O晶体。(图中夹持及尾气处理装置均已略去),(2)装置E中的现象是。,(3)停止反应,待B管冷却后,取出其中的固体,加入过量稀盐酸充分反应,过滤。简述检验滤液中Fe3+的操作方法:。,(4)该小组学生利用上述滤液制取FeCl36H2O晶体,设计流程如下:,滤液 FeCl3溶液 FeCl36H2O晶体,(1)装置B
22、中发生反应的化学方程式是。,步骤中通入Cl2的作用是。,步骤从FeCl3稀溶液中得到FeCl36H2O晶体的主要操作包括。,该流程中需保持盐酸过量,主要原因是(结合离子方程式简要说明)。,.实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁,该化合物呈棕黄色,易潮解,100 左右时升华。下图是两个同学设计的实验装置,左边的反应装置相同,而右,边的产品收集装置则不同,分别如()和()所示。试回答:,(1)B中反应的化学方程式为。,(2)D中的反应开始前,需排除装置中的空气,应采取的方法是。,(3)D中反应的化学方程式为。,(4)装置()的主要缺点是。,(5)装置()的主要缺点是。如果选用此装置来完成实验,则必须采取的改进措施是,【答案】.(1)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,(2)黑色固体变红,右端管壁有液珠,(3)取少量滤液,滴入几滴KSCN溶液,观察溶液是否变红色,(4)将Fe2+氧化成Fe3+,加热浓缩,冷却结晶,过滤,Fe3+3H2O Fe(OH)3+3H+,过量盐酸抑制FeCl3水解,.(1)4HCl(浓)+MnO2 MnCl2+Cl2+2H2O,(2)待B中的反应进行一段时间,看到黄绿色气体充满装,置后,再开始加热D,(3)2Fe+3Cl2 2FeCl3,(4)导管易被产物堵塞;尾气排入空气,易造成环境污染,(5)产品易潮解;在E和F之间连接装有干燥剂的装置,
