1、高考化学 第3章金属及其化合物第3节 铁及其化合物 考点1铁的氧化物和氢氧化物讲李仕才考点一铁的氧化物和氢氧化物1铁的位置、结构、化合价(1)周期表中的位置：第四周期第族；原子结构示意图：。(2)在参加化学反应时，铁易失去最外层上的2个电子，有时它还失去次外层上的一个电子，所以铁有2、3两种价态，且3价稳定。2铁的物理性质和存在形式纯净的铁是银白色的金属，铁的熔点较高。当含有碳和其他元素时，熔点将降低，导电性比铜、铝差。铁能被磁铁吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性。重要的铁矿石有(填化学式)：赤铁矿Fe2O3，磁铁矿Fe3O4，褐铁矿2Fe2O33H2O，菱铁矿FeCO3。3铁的化学性质(
2、1)与非金属单质的反应与O2的反应：常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。点燃：3Fe2O2Fe3O4。与Cl2的反应：2Fe3Cl22FeCl3。与S的反应：FeSFeS。(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：3Fe4H2O(g)Fe3O44H2。(3)与酸的反应(4)与某些盐溶液的反应与CuSO4溶液反应的离子方程式：FeCu2=Fe2Cu。与FeCl3溶液反应的离子方程式：2Fe3Fe=3Fe2。4铁的氧化物5.铁的氢氧化物判断正误(正确的打“”，错误的打“”)1Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出。()2Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯
3、化物相同。()3用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸。()4Fe2O3不可与水反应得到Fe(OH)3，所以不能通过化合反应制取Fe(OH)3。()5Fe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。()6Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3，在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。()7根据Cl2、S与铁的反应可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱。()8Fe3O4为FeO和Fe2O3的混合物。()9FeCl3、FeCl2、Fe(OH)3都可以通过化合反应制取。()1常利用氧化铁的颜色将其配成涂料，同时利用了Fe2O3在空气中性质稳定的性质。2铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要
4、成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。3铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。4Fe3O4可以用FeOFe2O3表示，所以可以与强酸反应生成盐。但不能认为是二者的混合物。反应规律为：与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时生成Fe2和Fe3；与氧化性酸(如HNO3)反应时生成Fe3；与还原性酸(如HI)反应时生成Fe2。一、铁及其化合物的性质1铁片放入下列溶液中，反应时无气体放出，取出后铁片质量减轻，则该溶液是()A稀硫酸 B浓盐酸CAgNO3 DFe2(SO4)3解析：铁片投入稀硫酸、浓盐酸中，生成相应的亚铁盐和H2。Fe与A
5、gNO3溶液发生置换反应，析出的Ag附着到铁片表面，铁片的质量增加。Fe与Fe2(SO4)3溶液发生反应生成FeSO4，铁片质量减轻，溶液的质量增加。答案：D2下列反应最终能生成Fe3的化合物的是()过量Fe与稀HNO3溶液反应铁丝在硫蒸气中燃烧向FeBr2溶液中通入少量Cl2铁与CuCl2溶液反应Fe(OH)2露置于空气中A BC D解析：过量Fe与稀HNO3溶液反应生成Fe(NO3)2、NO和H2O；Fe与硫蒸气反应生成FeS；由于Fe2的还原性强于Br，向FeBr2溶液中通入少量Cl2，先氧化Fe2生成Fe3；铁与CuCl2溶液发生置换反应，生成FeCl2和Cu；Fe(OH)2露置于空气
6、中，被空气中O2氧化，最终转化为Fe(OH)3。答案：D3下列叙述正确的是()AFe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B足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3CFe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出DFe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化解析：HNO3具有强氧化性，与Fe反应产生的气体为NO，A项错；Fe与Cl2反应，无论Fe的量是多少，产物都是FeCl3，B项错；C项中Fe2O3溶解产生Fe3恰好将Fe单质氧化，因而不能置换出H2，正确；FeCl3溶液加热时，水解产生的HCl会挥发，促进FeCl
7、3水解，得不到无水FeCl3，D项错。答案：C4下列物质可通过置换反应一步得到，也可以通过化合反应一步得到的是()HCl FeCl3Fe3O4 NaOHA只有 B都能得到C都不能得到 D只有解析：通过2HBrCl2=2HClBr2置换反应可以一步得到HCl，通过H2Cl22HCl化合反应也可一步得到HCl，正确，FeCl3可通过氯气和溴化铁发生置换反应生成氯化铁和溴单质，也可以通过氯化亚铁和氯气化合反应一步得到，正确；高温下，铁和水蒸气发生置换反应生成四氧化三铁和氢气，也可以通过铁在氧气中燃烧的化合反应一步得到，正确；NaOH可以通过2Na2H2O=2NaOHH2置换反应一步得到，也可通过H2
8、ONa2O=2NaOH化合反应一步得到，正确。答案：B5某同学欲探究铁及其化合物的性质，他的下列实验方案可行的是()A将铁粉加入热的浓硫酸中：探究铁的活泼性B将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中：制备Fe(OH)3胶体C在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液：制备FeSO46H2O晶体D将铜粉加入FeCl3溶液中：验证Fe3的氧化性强于Cu2解析：热的浓硫酸不仅能与铁反应，还能与铜等不活泼金属反应，因此将铁粉加入热的浓硫酸中，不能用于探究铁的活泼性，故A项方案不可行；将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中，会得到氢氧化铁沉淀而不是氢氧化铁胶体，故B项方案不可行；在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液，一
9、方面氧气可将FeSO4氧化，另一方面会得到不含结晶水的化合物，故C项方案不可行；将铜粉加入FeCl3溶液中，发生反应：Cu2Fe3=Cu22Fe2，该反应说明Fe3的氧化性强于Cu2，故D项方案可行。答案：D6等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是()A11 B34C23 D43解析：设Fe的物质的量为1 mol，则：Fe2HCl=FeCl2H21 mol1 mol3Fe4H2O(g)Fe3O44H21 mol mol相同条件下体积之比等于物质的量之比，则两反应中生成氢气体积之比为1 mol mol34。答案：B二、铁及其氧化物的计算及实验
10、探究7一定质量的某铁的氧化物FexOy，与足量的4 molL1硝酸溶液充分反应，消耗硝酸溶液700 mL，生成2.24 L NO(标准状况)。则该铁的氧化物的化学式为()AFeO BFe2O3CFe3O4 DFe4O5解析：铁的氧化物FexOy与足量的4 molL1硝酸溶液充分反应，生成Fe(NO3)3，硝酸被还原生成NO，NO的物质的量为0.1 mol，根据氮原子守恒，3nFe(NO3)3n(NO)n(HNO3)，故3nFe(NO3)30.1 mol0.7 L4 molL1，解得nFe(NO3)30.9 mol，令氧化物FexOy中Fe元素的平均化合价为a，根据得失电子守恒，则0.9 mol
11、(3a)0.1 mol(52)，解得a，由化合物中正负化合价代数和为0可得x2y，则xy34，故该氧化物的化学式为Fe3O4。答案：C8向Fe2O3和铁粉组成的混合物中，加入适量的稀硫酸，各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中不含Fe3，且Fe2与H2的物质的量之比为41，那么在反应中Fe2O3、Fe、H2SO4之间的物质的量之比为()A111 B124C123 D235解析：Fe2O3和铁粉的混合物中，加入适量稀硫酸，发生反应的顺序为Fe2O33H2SO4=Fe2(SO4)33H2O、Fe2(SO4)3Fe=3FeSO4、FeH2SO4=FeSO4H2，又知各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中
12、不含Fe3。Fe2与H2的物质的量之比为41，据此可知Fe2O3、Fe、H2SO4的物质的量之比为124。答案：B9实验室用如图装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，装置D中硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。(1)为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，必须_。(2)装置B的作用是_；装置C中装的液体是_，所起的作用是_。(3)检验装置A气密性的方法是_。(4)若FeO和Fe2O3固体混合物的质量为23.2 g，反应完全后U形管的质量增加7.2 g，则混合物中Fe2O3的质量为_g。(5)若装置中无干燥管F，则测得的Fe2O3质量将_(填“偏大”“偏小”或“无
13、影响”，下同)，若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，则测得的Fe2O3质量将_；证明FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO的方法是_。解析：(1)装置D中发生的是氧化铁、氧化亚铁与氢气的反应，化学方程式为：3H2Fe2O32Fe3H2O，H2FeOFeH2O，氢气是可燃性气体，装置中需要充满氢气后方可进行加热反应，所以需要对氢气进行验纯，避免混有空气加热时发生爆炸，在b处收集氢气并验纯。(2)由于A中产生的H2中混有HCl和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验，所以B的作用是除去氢气中的氯化氢，C中装浓硫酸，用于干燥氢气。(3)检查装置A的气密性，需要关闭开关a，在长颈漏斗中加
14、入水到下端液面高于试管中的液面，一段时间后液面不变证明气密性良好。(4)U形管的质量增加的7.2 g是水，其物质的量是0.4 mol，设FeO、Fe2O3物质的量分别为x、y，则：x3y0.4 mol根据质量可列式：72 gmol1x160 gmol1y23.2 g解得y0.1 mol，x0.1 mol，所以氧化铁的质量为：160 gmol10.1 mol16 g。(5)干燥管F的作用是防止空气中的水蒸气对实验干扰，若无干燥管F，空气中的水蒸气被E吸收则所测生成水的质量增大，导致氧的含量增大，Fe2O3的质量将偏大，若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，即U形管增加的质量将减小，测得的Fe2
15、O3质量将偏小。FeO中n(Fe)n(O)11，Fe2O3中n(Fe)n(O)23，装置D中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，固体混合物反应前后减少的质量其实是其中氧元素的质量，根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO。答案：(1)在b处收集氢气并验纯(2)除去氢气中的氯化氢浓硫酸除水蒸气(或干燥氢气)(3)关闭a，往长颈漏斗中加水，长颈漏斗下端有一段水柱高于试管中液面，一段时间后液面不变，则装置气密性良好(4)16(5)偏大偏小根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO一、铁与稀硝酸反应的有关计算一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量
16、分析讨论判断，根据反应方程式：HNO3过量：Fe4HNO3=Fe(NO3)3NO2H2O；Fe过量：Fe2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)2；两者相加得总方程式：3Fe8HNO3=3Fe(NO3)22NO4H2O，可以用数轴表示：解题时需注意量的范围。即：，产物仅有Fe(NO3)3，HNO3可能有剩余；，产物仅有Fe(NO3)2，Fe可能有剩余；，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，Fe和HNO3都反应完全。1把22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列说法正确的是()A反应后生成的盐只为Fe(NO3)3B反应后生成的盐只
17、为Fe(NO3)2C反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为13D反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为31解析：由于铁的物质的量为0.4 mol，所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8 mol(此时只产生Fe2)和1.2 mol(此时只产生Fe3)之间，又产生0.3 mol NO2和0.2 mol NO，即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3 mol(54)0.2 mol(52)0.9 mol，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xy0.4 mo
18、l，由得失电子守恒得3x2y0.9 mol，解得x0.1 mol，y0.3 mol。答案：C2向200 mL某浓度的硝酸溶液中投入2.8 g铁粉，结果铁粉全部溶解，同时得到1.12 L(标准状况)气体，并测得反应后溶液的pH1。若反应前后溶液的体积变化忽略不计，则下列有关判断中不正确的是()A反应前c(HNO3)1.0 molL1B1.12 L气体全部是NOC反应后溶液中c(NO)0.85 molL1D反应后的溶液最多还能溶解1.82 g铁粉解析：溶液的pH1，说明HNO3有剩余，Fe完全反应生成Fe(NO3)3，根据N原子守恒可知，与Fe3结合的NO物质的量0.15 mol，氮的氧化物的物质
19、的量0.05 mol，剩余硝酸的物质的量0.2 L0.1 molL10.02 mol。开始时硝酸的物质的量0.15 mol0.05 mol0.02 mol0.22 mol，c(HNO3)1.1 molL1，A错误；n(Fe)0.05 mol，n(气体)0.05 mol，令N元素在还原产物中化合价为a，则由电子守恒可知，0.0530.05(5a)，解得a2，故生成气体为NO，B正确；反应后c(NO)0.85 molL1，C正确；铁过量生成Fe(NO3)2，3Fe8HNO3=3Fe(NO3)22NO4H2O，n(Fe)0.082 5 mol，即还可溶解铁的质量0.082 5 mol56 gmol1
20、2.8 g1.82 g，D正确。答案：A3在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。Fe3Fe2Fe、Fe2 Fe2、Fe3(1)AB段铁元素以_形式存在。(2)BC段铁元素以_形式存在。(3)CD段铁元素以_形式存在。解析：向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3Fe=3Fe2，最后全部转化为Fe2。答案：(1)(2)(3)二、Fe(OH)2的制备Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3。在实验室
21、中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成功的关键有以下两点：溶液中不含Fe3和O2等氧化性物质；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。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，如图所示。此法中，要采取加热的方法除去NaOH溶液中溶解的O2，冷却后再反应。同时要确保FeSO4溶液中无Fe3，可加入铁粉，也可用新配制的FeSO4溶液。方法二：用产生气体(或通入气体)赶走空气的方法。如方案一、方案二，此方法可以长时间看到白色的Fe(OH)2沉淀。
22、方案一：先在A处通H2(或N2)，排尽装置中的空气，再在B处通H2(或N2)至试管中有白色沉淀产生。该方法是先用气体排尽溶液中、装置内的氧气，再把试管中的NaOH溶液压入试管中反应。方案二：该方法是先在装置中产生FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽溶液中和装置内的空气，再关闭止水夹K，利用产生的H2把FeSO4溶液压入NaOH溶液中反应。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，如图所示。4用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀：用不含Fe3的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需
23、加入_。(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用_的方法。(3)生成白色Fe(OH)2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_。解析：(1)稀硫酸抑制Fe2水解，铁屑防止Fe2被氧化。(3)Fe(OH)2很容易被氧化，实验过程中要确保在无氧条件下进行。答案：(1)稀硫酸、铁屑(2)加热煮沸(3)避免生成的Fe(OH)2与氧气接触而被氧化5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 molL1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
24、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瓶中发生的反应为_。(5)下列各图示中_能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。解析：Fe2H=Fe2H2，当关闭活塞a时，由于H2的压力使溶液压入B中，从而发生Fe22OH=Fe(OH)2；Fe2在空气中很容易被氧化，即4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。因此在H2的环境中就不易被O2侵入，从而可以较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。答案：(1)铁屑Fe2H=Fe2H2(2)打开(3)关闭活塞a，使FeSO4溶液压入B中进行反应(4)4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3(5)
