高三化学一轮复习精品学案1铁及其化合物.docx
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高三化学一轮复习精品学案1铁及其化合物
第3讲铁及其化合物
『明考纲要求』
1.了解铁的主要性质及应用。
2.了解铁的重要化合物的主要性质及应用。
『理主干脉络』
『基础知识梳理』
知识点一
铁的性质及应用
1.铁的物理性质
纯铁具有金属的共性,如具有银白色金属光泽和良好的延展性,是电和热的良导体,具有能被磁铁吸引的特性,纯铁有很强的抗腐蚀能力。
2.铁的化学性质
铁元素性质活泼,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:
①与O2的反应:
常温下:
铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为Fe2O3。
点燃时:
3Fe+2O2
Fe3O4。
②与Cl2的反应:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
③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:
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:
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+===Fe2++Cu。
②与FeCl3溶液反应的离子方程式:
2Fe3++Fe===3Fe2+。
铁反应后元素价态的判断方法
(1)铁与弱氧化剂(如:
S、I2、H+、Fe3+、Cu2+)等反应所得产物为Fe2+,铁元素的价态为+2价,如:
Fe+I2
FeI2。
(2)铁与强氧化剂(如:
Cl2、Br2、浓H2SO4、硝酸等)反应所得产物为Fe3+,铁元素的价态为+3价。
如2Fe+3Br2===2FeBr3。
(3)铁在纯氧中燃烧得到的产物为Fe3O4,铁元素的价态为+2、+3价。
(4)铁与稀硝酸反应产物的判断:
①当HNO3过量时:
反应原理:
Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,
铁元素的存在形式为Fe3+,铁元素的价态为+3价。
②当Fe过量时:
反应原理:
3Fe+8HNO3===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,
铁元素的存在形式为Fe2+,铁元素的价态为+2价。
③当
<
<
时:
铁元素的存在形式为Fe2+和Fe3+,铁元素的价态为+2、+3价。
1.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是________。
①过量的Fe与Cl2加热时发生反应
②Fe与过量稀H2SO4反应后,再向其中加KNO3
③Fe与过量的S加热时发生反应
④Fe(NO3)2溶液中加少量盐酸 ⑤Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
2.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。
①Fe3+ ②Fe2+ ③Fe、Fe2+ ④Fe2+、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。
知识点二
铁的氧化物与氢氧化物
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
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
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
可溶性亚铁盐与碱反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱反应:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的关系
空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
制备Fe(OH)2常用的三种方法
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。
1.制备原理:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。
2.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。
3.常用方法:
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,如图1所示。
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。
如图2所示。
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3所示。
图3
1.下列各图示中,能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是________。
2.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_________________________________
________________________________________________________________________。
知识点三
Fe2+、Fe3+的相互转化及检验
1.亚铁盐
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:
Zn+Fe2+===Fe+Zn2+;
(2)还原性:
Fe2+与Cl2反应的离子方程式:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
2.铁盐
(1)氧化性:
含Fe3+的溶液呈黄色,Fe3+具有较强的氧化性。
①Fe3+与Cu反应的离子方程式:
2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+。
②Fe3+与I-反应的离子方程式:
2Fe3++2I-===2Fe2++I2。
(2)特性:
含有Fe3+的盐溶液遇KSCN溶液变成红色。
3.Fe2+与Fe3+的转化
Fe2+
Fe3+
上述转化关系中标号反应的离子方程式为:
①2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;
②3Fe2++NO
+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O;
③2Fe3++Fe===3Fe2+;
④2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
一、利用“铁三角”转化关系的解题策略
1.“铁三角”转化关系
2.应用
(1)除杂方法:
主要物质
杂质
除杂方法
Fe2+
Fe3+
加过量铁粉后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2
Fe2+
Cu2+
加过量铁粉后过滤
Fe
Al
加过量强碱(如NaOH)溶液后过滤
Fe2O3
Al2O3、SiO2
加过量强碱(如NaOH)溶液后过滤
(2)判断离子共存的方法:
Fe2+
NO
(H+)、ClO-、MnO
(H+)。
Fe3+
S2-、I-、SO
。
Fe2+、Fe3+
HCO
、CO
等水解相互促进的离子
(3)盐溶液的配制与保存方法:
加少量相应的酸防止Fe3+水解。
(4)物质的制备方法:
在HCl气流中加热蒸干FeCl3溶液。
二、Fe3+、Fe2+的检验方法
1.Fe2+的检验
方法一:
取出少量被检验的溶液,滴加KSCN溶液,无现象,再滴加氯水,若变成红色溶液,说明有Fe2+存在(鉴别时不能先滴加氯水)。
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(红色);
方法二:
取出少量被检验的溶液,加入NaOH溶液,产生白色絮状沉淀,白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,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:
取出少量被检验的溶液,滴加KSCN溶液,溶液变红色,证明有Fe3+存在。
方法二:
取出少量被检验的溶液,加入NaOH溶液,产生红褐色沉淀,证明有Fe3+存在。
3.含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
(1)Fe3+的检验:
①
溶液变红色,说明含有Fe3+
②
试纸变蓝色,说明含有Fe3+
(2)Fe2+的检验:
①
KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+
②
溴水褪色,说明含有Fe2+
1.下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀硝酸
⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液
A.①②③ B.①③④
C.②④⑤D.②⑤⑥
2.(2012·海南高考节选)在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中,废液处理和资源回收的过程简述如下:
Ⅰ.向废液中投入过量铁屑,充分反应后分离出固体和滤液;
Ⅱ.向滤液中加入一定量石灰水,调节溶液pH,同时鼓入足量的空气。
己知:
Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38
回答下列问题:
(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为_________________________________________
________________________________;
(2)过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是________,分离得到固体的主要成分是________,从固体中分离出铜需采用的方法是___________________________________________________;
(3)过程Ⅱ中发生反应的化学方程式为_________________________________________
_________________________________________________________________________。
3.下列离子的检验方法合理的是( )
A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,说明不含Fe2+
B.向某溶液中滴加氯水,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+
C.向某溶液中加入NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+
D.向某溶液中加入NaOH溶液,得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+
4.(2012·山东高考节选)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
用稀H2SO4浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在________(填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是__________________________(注明试剂、现象)。
『教材实验』Fe2+与Fe3+的转化
实验设计:
在盛有2mLFeCl3溶液的试管中,加入少量铁粉,振荡试管。
充分反应后,滴入几滴KSCN溶液(如图左图),观察并记录实验现象。
再加入几滴氯水(如图下图),又发生了什么变化?
设计Fe2+与Fe3+相互转化的实验方案,进行实验并记录现象。
实验室提供下列试剂:
铁粉、0.1mol·L-1FeCl3溶液、0.1mol·L-1FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水。
表35 Fe2+和Fe3+的转化实验
转化类型
实验方案
实验现象
Fe2+―→Fe3+
Fe3+―→Fe2+
1.(2010·山东高考T30(3))制备绿矾(FeSO4·7H2O)时,向Fe2(SO4)3溶液中加入过量________,充分反应后,经________操作得到FeSO4溶液,再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。
2.(2009·广东高考T24-C)判断下列除杂方法的正误:
除去FeCl2溶液中混有的FeCl3,加入过量铁粉,并过滤( )。
3.(2009·天津高考T3-D)在含有FeCl2杂质的FeCl3溶液中通入足量Cl2后,充分加热,除去过量的Cl2,即可得到纯净的FeCl3溶液( )
在实验不变的情况下,高考还有可能从以下出题点设题:
1.Fe2+与NO
能否大量共存?
若向其中再加入少量盐酸,情况又会如何?
2.如何通过实验证明溴的氧化性强于Fe3+?
3.如何由废铁屑(含Fe2O3)制取印刷电路板的腐蚀剂?
4.设计实验方案证明硫酸亚铁铵的成分中含有NH
、Fe2+和SO
。
除去混合物中的杂质离子,设计实验验证Fe2+的还原性,Fe3+的氧化性是教材实验的拓展和延伸,也是高考命题的重要素材。
熟练掌握除去混合物中Fe2+、Fe3+的方法,可顺利解答试题中的各种问题。
1.混合物中Fe3+、Fe2+的除去方法
(1)除去Mg2+中混有的Fe3+的方法:
向混合溶液中加入Mg、MgO、MgCO3、Mg(OH)2中之一,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(2)除去Cu2+中混有的Fe3+的方法:
向混合溶液中加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3中之一,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(3)除去Mg2+中混有的Fe2+的方法:
先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按
(1)的方法除去溶液中的Fe3+。
(4)除去Cu2+中混有的Fe2+的方法:
先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按
(2)的方法除去溶液中的Fe3+。
2.Fe3+氧化性、Fe2+还原性的验证常用方法
(1)Fe3+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:
2Fe3++Fe===3Fe2+。
②向FeCl3溶液中加入KI淀粉溶液,若溶液变成蓝色,证明Fe3+具有氧化性。
反应原理:
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:
2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
(2)Fe2+的还原性:
①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:
MnO
+5Fe2++8H+===5Fe3++Mn2++4H2O。
②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:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
——★参考答案★——
知识点一
铁的性质及应用
[答案专区]
1.『解析』Fe与Cl2反应只生成FeCl3;Fe与S反应只生成FeS;Fe
Fe2+
Fe3+;Fe2+
Fe3+;Fe2O3溶于盐酸生成Fe3+,当混合物中Fe不足时,溶液中仍有Fe3+,当Fe足量时,溶液中无Fe3+。
『答案』①②④
2.『解析』向稀硝酸中加入铁粉,开始时稀硝酸过量应生成Fe3+,故AB段铁元素以Fe3+形式存在。
随着铁粉的增加,溶液中的Fe3+与Fe反应生成Fe2+。
故最终全部转化成Fe2+,而CD段铁元素以Fe2+形式存在。
『答案』
(1)①
(2)④ (3)③
知识点二
铁的氧化物与氢氧化物
[答案专区]
1.『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,即发生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原理相同,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
2.『解析』
(1)Fe2+易水解,要加入稀硫酸防止其水解;Fe2+易被空气中的O2氧化,要加Fe粉防止Fe2+被氧化。
(2)气体的溶解度随温度升高而降低,所以煮沸后的水中溶解的O2较少。
『答案』
(1)稀硫酸、铁屑
(2)煮沸 (3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2
知识点三
Fe2+、Fe3+的相互转化及检验
[答案专区]
1.『解析』Cl2、KMnO4、稀HNO3都有强氧化性、能将Fe2+氧化成Fe3+。
而NaCl溶液、盐酸、NaNO3溶液不能将Fe2+氧化成Fe3+。
『答案』D
3.『解析』A项,加入KSCN溶液后呈红色,说明含有Fe3+,但不能说明是否含有Fe2+。
B项,滴加氯水后再加入KSCN溶液变红色,说明所得的溶液中含Fe3+,而原溶液中是否含有Fe3+、Fe2+不能判断。
C项,加NaOH溶液得红褐色沉淀,说明含有Fe3+。
D项,当溶液中含有Fe2+和其他能与碱反应生成白色沉淀的离子时,同样会出现上述现象,因为Fe(OH)2转变成Fe(OH)3时,颜色很容易掩盖其他的白色沉淀。
『答案』C
2.『解析』
(1)这是先置换出铜,铁过量固体为铁与铜的混合物,再分离铜应加入盐酸;(3)Ⅱ步骤是亚铁离子生成Fe(OH)2,鼓入空气为转化成Fe(OH)3。
『答案』
(1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
(2)回收铜
Cu和Fe 加盐酸反应后过滤
(3)FeCl2+Ca(OH)2===Fe(OH)2↓+CaCl2
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
4.『解析』滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中有Fe3+,检验溶液中还存在Fe2+时,可以利用Fe2+的还原性,加入酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去。
『答案』Fe3+ 取少量溶液,滴加KMnO4溶液,KMnO4褪色
『教材实验』Fe2+与Fe3+的转化
『答案』1.铁粉,过滤 2.√ 3.√
在实验不变的情况下,高考还有可能从以下出题点设题:
1.提示:
Fe2+与NO
能大量共存,但在酸性条件下,NO
能将Fe2+氧化成Fe3+而不能大量共存。
2.提示:
向FeCl2溶液中滴入几滴溴水,若溴水褪色,即证明Br2的氧化性强于Fe3+,离子方程式为:
2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-。
3.提示:
4.提示:
①取适量硫酸亚铁铵固体溶于水,得浅绿色溶液,滴入2滴KSCN溶液,溶液不显红色,再滴入几滴新制氯水,溶液变为红色,则可证明固体的成分中含有Fe2+。
②取适量硫酸亚铁铵固体溶于水,加少量稀盐酸,无现象,再滴入几滴BaCl2溶液,有白色沉淀生成,则可证明固体的成分中含有SO
。
③取少量硫酸亚铁铵固体放入试管中,加入浓NaOH溶液并加热,在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验,若试纸变蓝,则证明固体成分中含有NH
。
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