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高考化学一轮总复习优化设计 第三单元 第2节 铁及其重要化合物课件PPT
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这是一份高考化学一轮总复习优化设计 第三单元 第2节 铁及其重要化合物课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，铁的氢氧化物，红褐色，①②③⑤，关键能力考向突破，KSCN溶液，②Fe2+的检验，网络构建，核心速记等内容，欢迎下载使用。
知识梳理1.铁的物理性质
2.铁的化学性质(写出化学方程式或离子方程式)铁的化学性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
微点拨 (1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同,Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。(2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
3.铁的制备方法(1)生铁的冶炼。①原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石。②设备:高炉。③主要反应:
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
CaCO3 CaO+CO2↑、CaO+SiO2 CaSiO3
(2)利用铝热反应焊接无缝钢轨,以氧化铁和铝粉为铝热剂,反应的化学方程式为 。
2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3
4.铁的氧化物(1)物理性质。
(2)化学性质。①FeO、Fe2O3分别与盐酸反应的离子方程式: 、 。 ②FeO与稀硝酸反应的化学方程式: 。 ③FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式: 、 。
FeO+2H+==Fe2++H2O
Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O
3FeO+10HNO3==3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O
FeO+2HI==FeI2+H2O
Fe2O3+6HI==2FeI2+I2+3H2O
Fe(OH)2+2H+==Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+==Fe3++3H2O
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
Fe2++2OH-==Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-==Fe(OH)3↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
微点拨 ①FeO、Fe3O4、Fe(OH)2与足量HNO3反应时,均发生氧化还原反应,Fe2+被HNO3氧化生成Fe3+。②Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与足量HI反应时,均发生氧化还原反应,Fe3+被I-还原生成Fe2+。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。( )(2)Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应。( )(3)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。( )(4)铁与硫混合加热生成Fe2S3。( )(5)氧化铁能与酸反应,所以可用于制作红色染料。( )(6)Fe3O4可用FeO·Fe2O3表示,故Fe3O4为混合物。( )(7)氢氧化铁与HI溶液反应的离子方程式为Fe(OH)3+3H+==Fe3++3H2O。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
2.下列各图中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是 (填序号)。
考向1 铁单质的性质【典例1】 (2020山东泰安第四中学期中)向含Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的某种稀溶液中逐渐加入铁粉,c(Fe2+)的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.横轴0~1:Fe+N +4H+==Fe3++NO↑+2H2OB.横轴1~2:Fe+2Fe3+==3Fe2+C.横轴2~3:Fe+Cu2+==Fe2++CuD.原溶液中三种溶质浓度相等
答案 D 解析 Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的稀溶液氧化性由强到弱的顺序为HNO3>Fe3+>Cu2+,金属铁先和氧化性强的离子反应;开始阶段是金属铁和稀硝酸之间的反应:Fe+4HNO3==Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,当加入金属铁1 ml时,生成三价铁离子1 ml,所以亚铁离子的浓度不变,故A正确;金属铁和稀硝酸反应结束后,生成1 ml的三价铁离子,然后发生反应Fe+2Fe3+==3Fe2+,故B正确;反应的最后阶段为Fe+Cu2+==Fe2++Cu,C正确;根据以上分析,整个过程的反应方程式为4H++N +3Fe+Fe3++Cu2+==4Fe2++Cu+NO↑+2H2O,则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为1∶1∶4,故D错误。
易错警示 反应产物中铁元素价态的判断(1)铁与弱氧化剂(如S、I2、H+、Cu2+)等反应所得产物中铁元素的价态为+2价,如Fe+I2 FeI2。(2)铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、浓硫酸、过量硝酸等)反应所得产物中铁元素的价态为+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。
铁元素的存在形式为Fe2+和Fe3+,铁元素的价态为+2、+3价。
对点演练1(2020山东德州夏津第一中学月考)铁和铁合金是生产、生活中常用的材料,下列说法中错误的是( )A.不锈钢比生铁抗腐蚀能力强B.以铁制品为阴极、铜片为阳极、硫酸铜为电镀液可以实现铁制品镀铜C.铁与稀硫酸反应,铁与浓硫酸不能反应D.铁轨焊接时可以用铝热反应的方法制取少量的铁
答案 C 解析 不锈钢中含有铬和镍,增强了抗腐蚀能力,A正确;电镀时应以镀层金属作为阳极,镀件作为阴极,含镀层金属阳离子的溶液为电镀液,B正确;铁在浓硫酸中钝化,不是不能反应,C错误;铝热反应生成的铁为液体,可用于焊接铁轨,D正确。
考向2 铁的氧化物、氢氧化物的制备和性质【典例2】 (2020浙江金华质检)纳米级Fe3O4是一种非常重要的磁性材料,同时也可用作催化剂载体和微波吸收材料。纳米级Fe3O4有多种不同的制法,请回答下列相关问题。Ⅰ.如图是用共沉淀法制备纳米四氧化三铁的流程。
(1)除Fe3O4外,铁的两种常见氧化物中在空气中性质比较稳定的是 (填化学式),该物质的用途是 (任写一种)。 (2)实验室保存溶液B时为了防止出现浑浊,通常采取的措施是 。 (3)证明沉淀已经洗涤干净的操作是 。 (4)写出该方法中发生的主要反应的离子方程式: 。
(5)实际生产中为提高产率,起始所用FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比大于1∶2,原因是 。 Ⅱ.制备纳米四氧化三铁的另一种流程如图所示。
(6)写出上述流程中第2步反应的化学方程式: ,其中氧化产物和还原产物的物质的量之比为 。 (7)将粒子直径为几十纳米的Fe3O4投入分散剂中形成的分散系是 。
答案 (1)Fe2O3 用作油漆的红色颜料(或涂料、油墨、橡胶的红色颜料等) (2)加盐酸 (3)取少量最后一次洗涤液置于试管中,加盐酸酸化,再滴加氯化钡溶液,不产生白色沉淀(4)Fe2++2Fe3++8OH- Fe3O4↓+4H2O(5)反应过程中部分亚铁离子被氧气氧化为铁离子(6)6FeOOH+CO 2Fe3O4+CO2+3H2O 1∶2(7)胶体
解析 (1)FeO(氧化亚铁)是一种黑色粉末,不稳定,在空气里很容易被氧化,在空气中性质比较稳定的是Fe2O3。(2)实验室保存溶液B(FeCl3溶液)时为了防止出现浑浊,通常采取的措施是加盐酸抑制FeCl3水解生成Fe(OH)3沉淀。(3)要证明沉淀已经洗涤干净,只要检验洗涤液中不含硫酸根离子即可,操作是取少量最后一次洗涤液置于试管中,加盐酸酸化,滴加氯化钡溶液,不产生白色沉淀。(4)该方法中发生的主要反应的离子方程式为Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4↓+4H2O。
(5)实际生产中为了提高产率,起始所用FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比应大于1∶2,原因是反应过程中部分亚铁离子被氧气氧化为铁离子。(6)所给流程中第2步反应是FeOOH吸收CO生成Fe3O4,反应的化学方程式为6FeOOH+CO 2Fe3O4+CO2+3H2O,其中氧化产物CO2和还原产物Fe3O4的物质的量之比为1∶2。(7)将粒子直径为几十纳米的Fe3O4投入分散剂中形成的分散系是胶体。
对点演练2如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂:铁屑、6 ml·L-1硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是( )
A.B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是铁屑B.实验开始时应先将活塞E关闭C.生成Fe(OH)2的操作为关闭活塞E,使A中溶液压入装置B中D.取下装置B中的橡皮塞,使空气进入,发生的有关反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
答案 B 解析 制取硫酸亚铁需要铁屑,在烧瓶中应该先加入铁屑,所以A中应预先加入的试剂是铁屑,故A正确;稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气,实验开始时应打开活塞E,用氢气排出装置中的空气,B错误;铁和稀硫酸反应有氢气生成,关闭活塞E,导致A装置中压强逐渐增大,FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应生成氢氧化亚铁,C正确;氢氧化亚铁不稳定,容易被溶解在溶液中的氧气氧化生成红褐色的氢氧化铁,该反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3,故D正确。
深度指津 1.成功制备Fe(OH)2的关键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,成功的关键有以下两点: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.实验室中制备Fe(OH)2的常用方法方法一:有机层覆盖法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到亚铁盐溶液液面以下,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,再将亚铁盐溶液与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:电解法用铁作为阳极电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯(或煤油),如图3所示。
1.亚铁盐与铁盐(1)亚铁盐。①Fe2+的氧化性和还原性。含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+处于铁的中间价态,既有 性,又有 性,其中以 性为主,如遇Br2、Cl2、H2O2、N (H+)等均表现为 性。 Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式: 。 FeCl2溶液与HNO3溶液反应的离子方程式为 。
2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O
3Fe2++N +4H+==3Fe3++NO↑+2H2O
(2)铁盐。①氧化性:含有Fe3+的溶液呈 色,Fe3+具有氧化性,Fe3+与Fe、Cu反应的离子方程式分别为: , 。 ②特性:含有Fe3+的盐溶液遇到 时变成红色。 ③FeCl3易水解:将其饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3+3H2O Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
2Fe3++Fe==3Fe2+
2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+
2.Fe3+和Fe2+的检验方法(1)Fe2+的检验:
(2)Fe3+的检验:
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验。①Fe3+的检验:
微点拨 (1)检验Fe2+时,不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水有可能氧化SCN-)。(2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原KMnO4,会造成干扰)。
3.含Fe2+、Fe3+的除杂问题
4.铁及其化合物的相互转化
写出下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+的转化条件。(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀: 。 (2)将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液,溶液变蓝: 。 (3)用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔: 。 (4)将H2O2溶液滴入到酸性FeCl2溶液中: 。 (5)将FeCl2溶液滴入到稀的HNO3溶液中,有无色气体放出: 。
2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O
微点拨 FeCl3溶液发生反应时的颜色变化(1)向FeCl3溶液中加几滴KSCN溶液后,溶液呈红色。(2)FeCl3与NaOH溶液反应生成红褐色沉淀。(3)向FeCl3溶液中通入H2S气体,生成淡黄色沉淀。(4)向FeCl3溶液中加入几滴Na2S溶液,生成淡黄色沉淀,当加入的Na2S溶液过量时,又生成黑色沉淀。(5)向FeCl3溶液中加入过量Fe粉,溶液变成浅绿色。
(6)向FeCl3溶液中滴入淀粉碘化钾溶液,溶液变成蓝色。(7)向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液,溶液变成紫色。(8)将饱和FeCl3溶液滴入沸水中,继续加热至液体呈红褐色,生成红褐色Fe(OH)3胶体。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)FeCl3溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为Fe3++3SCN-==Fe(SCN)3↓。( )(2)可用铁粉除去FeCl2溶液中的FeCl3。( )(3)将Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变红,检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质。( )(4)室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,说明Fe3+的氧化性比I2的强。( )
(5)用NaOH溶液和盐酸能除去FeCl2溶液中混有的CuCl2。( )(6)(NH4)2Fe(SO4)2溶液与过量NaOH溶液反应制备Fe(OH)2的离子方程式:Fe2++2OH-==Fe(OH)2↓。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)×
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)检验溶液中存在Fe3+的常用试剂是 ,证明Fe3+存在的现象是 。 (2)写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的离子方程式: 。
(3)某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜,并重新获得纯净的FeCl3溶液,准备采用下列步骤:
请写出上述实验中加入的有关物质的化学式。① ,④ 。
(4)要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时的最佳顺序为 。 ①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液A.①③B.③②C.③①D.①②③(5)写出向②⑤的混合液中通入⑥的离子方程式: 。
答案 (1)KSCN溶液 溶液变成红色(2)2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+(3)Fe HCl (4)C (5)2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-
考向1 Fe2+和Fe3+的转化与检验【典例1】 (双选)(2020吉林长春东北师大附中摸底)某同学设计下列方案对A(盐的水溶液)进行鉴定:
由此得出的结论中一定不正确的是( )A.D溶液中存在Fe(SCN)3B.A一定为无氧酸盐FeBr2C.B应为AgBrD.滤液中有Fe2+
答案 BD 解析 由图中转化关系可知,B为A与硝酸银反应生成的浅黄色沉淀,根据已有知识及元素守恒知浅黄色沉淀为AgBr,所以A中含有Br-,C中加KSCN溶液变为红色溶液,所以D溶液中存在Fe(SCN)3,则C中含有Fe3+,A中含有铁元素,酸性条件下N 具有强氧化性,能氧化亚铁离子为铁离子,所以A可能含有Fe3+或Fe2+或二者都有。D溶液中含有Fe(SCN)3,A项正确;酸性条件下N 具有强氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,所以A可能是FeBr2,也可能是FeBr3,也可能是二者的混合物,B项错误;能和银离子反应生成淡黄色沉淀的离子是溴离子,所以B是AgBr,C项正确;C能和硫氰化钾溶液反应生成红色溶液,说明滤液中含有Fe3+,D项错误。
对点演练1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.向某溶液中通入Cl2,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+
答案 C 解析 A项中只能说明原溶液中含有Fe3+;B项原溶液中可能只有Fe3+而没有Fe2+;D项中Fe(OH)2被氧化后生成的红褐色沉淀Fe(OH)3也可能掩盖了白色沉淀Mg(OH)2。
考向2 “铁三角”的转化关系及应用【典例2】 (双选) (2020吉林油田第十一中学阶段考试)利用废铁屑(主要成分为Fe,还含有C、S、P等)制取高效净水剂K2FeO4的流程如图所示:
下列说法不正确的是( )A.废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液去油污B.步骤②是将Fe2+转化为Fe(OH)3C.步骤③中发生反应的离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-==2Fe +3Cl-+4H++H2OD.步骤④中反应能发生的原因是在相同条件下,K2FeO4的溶解度大于Na2FeO4
答案 CD 解析 纯碱是强碱弱酸盐,C 水解导致纯碱溶液呈碱性,碱性条件下油污水解生成高级脂肪酸盐和甘油,所以废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液去油污,故A正确;NaOH中和过量的酸,Fe2+被H2O2氧化为Fe3+,在碱性溶液中的将Fe3+转化为Fe(OH)3,步骤②的目的是将溶液中Fe2+转化为Fe(OH)3,故B正确;步骤③中发生的反应是碱性条件下发生的反应,反应的离子方程式为2Fe(OH)3+4OH-+3ClO-==2Fe +3Cl-+5H2O,故C错误;步骤④中反应的化学方程式为2KOH+Na2FeO4==K2FeO4↓+2NaOH,溶解度大的能转化为溶解度小的物质,反应能发生的原因是K2FeO4的溶解度比Na2FeO4小,故D错误。
方法技巧 混合溶液中Fe3+、Fe2+的除去方法(1)除去含Mg2+的溶液中混有的Fe3+。向混合溶液中加入Mg、MgO、MgCO3、Mg(OH)2中的任意一种,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀而除去,过滤后向溶液中再加入适量相应的酸。(2)除去含Cu2+的溶液中混有的Fe3+。向混合溶液中加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3中的任意一种,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,过滤后向溶液中再加入适量相应的酸。
(3)除去含Mg2+的溶液中混有的Fe2+。先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按(1)中的方法除去溶液中的Fe3+。(4)除去含Cu2+的溶液中混有的Fe2+。先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按(2)中的方法除去溶液中的Fe3+。
对点演练2(2020甘肃师范大学附属中学月考)下列说法正确的是( )A.向某溶液中加KSCN溶液,溶液显红色,证明原溶液中有Fe3+,无Fe2+B.铁粉作为食品袋内的脱氧剂,铁粉起还原作用C.FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板的制作,原因是FeCl3能从含有Cu2+的溶液中置换出铜
答案 B 解析 Fe3+遇KSCN会使溶液呈现红色,Fe2+遇KSCN无明显现象,如果溶液中滴加KSCN溶液呈红色,则证明存在Fe3+,并不能证明无Fe2+,故A错误;铁粉可作为食品袋内的脱氧剂,Fe与氧气反应,铁的化合价升高,铁是还原剂,则铁粉起还原作用,故B正确;Cu与氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜,没有单质生成,则不属于置换反应,故C错误;c(Fe2+)=1 ml·L-1的溶液呈酸性,酸性溶液中Fe2+与Mn 之间发生氧化还原反应,在溶液中不能大量共存,故D错误。
深度指津 “铁三角”的重要应用(1)判断离子能否大量共存。
(2)盐溶液的配制与保存。
知识梳理1.【必做实验】铁及其化合物的性质2.【实验目的】(1)认识铁及其化合物的重要化学性质。(2)学会铁离子的检验方法。(3)认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。
3.【实验用品】试管、胶头滴管。CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。
4.【实验步骤】(1)铁及其化合物的性质。①铁单质的还原性。在一支试管中加入2 mL CuSO4溶液,再将一段铁丝放入CuSO4溶液中。过一会儿,取出铁丝,观察现象并加以解释。现象与解释:铁丝上附有一层 色的金属铜,铁与硫酸铜发生了 反应。
②铁盐的氧化性。a.取3 mL FeCl3稀溶液加入试管中,加入几小块铜片,振荡,过一会儿,观察现象。b.在一支盛有3 mL水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液,再滴加3滴KI溶液,观察现象。然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液,观察现象。c.现象与解释:铜片溶解,溶液由棕黄色变为蓝色: 。 向FeCl3溶液中滴入KI,溶液变为黄褐色: 。再加入淀粉溶液,溶液变蓝。
2FeCl3+Cu==CuCl2+2FeCl2
2I-+2Fe3+==I2+2Fe2+
③亚铁盐的氧化性和还原性。a.取3 mL FeCl2溶液加入试管中,加入几小块锌片,振荡,过一会儿,观察现象。b.在一支试管中加入少量酸性KMnO4溶液,然后向试管中加入少量FeSO4溶液,观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时,再滴加2滴KSCN溶液,观察现象。c.现象与解释:a中溶液由浅绿色变为无色: 。b中溶液由紫色变为棕黄色: 。再加入KSCN溶液,溶液变为 。
Fe2++Zn==Fe+Zn2+
(2)铁离子的检验。①在一支试管中加入2 mL蒸馏水,再滴加几滴FeCl3稀溶液,然后滴加几滴KSCN溶液,观察现象。②在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液,然后加入适量铁粉,轻轻振荡片刻,再滴加几滴KSCN溶液,观察现象。③现象与解释:①中溶液变为 : 。②中铁粉溶解,溶液由棕黄色变为浅绿色,加入KSCN溶液,溶液不变红色。
Fe3++3SCN-==Fe(SCN)3
自我诊断1.为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计了如下实验方案,其中符合实验要求且完全正确的是( )
答案 A 解析 氯气能够将Fe2+(浅绿色)氧化为Fe3+(棕黄色),A项正确;B项得到的结论应该是Fe2+具有氧化性;C项的离子方程式电荷不守恒;D项的实验现象应该是铜粉逐渐溶解,溶液由棕黄色变为蓝色。
2.(2020海南嘉积中学月考)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 ml·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是 。 (2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为 。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液液面上先加入0.5 mL煤油,再向FeCl2溶液中依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是 。 (4)丙组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,一段时间后,溶液中有气泡出现且溶液温度升高,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 。
答案 (1)防止氯化亚铁被氧化 (2)2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) (4)反应生成的Fe3+催化了H2O2的分解
考向 实验探究铁及其化合物的性质【典例】 (2020安徽淮北模拟)某小组同学探究铁离子与硫离子的反应,实验操作及现象如下表所示。下列有关说法错误的是( )
A.两次实验中,开始产生的黑色沉淀都为Fe2S3B.两次实验中,产生黄色沉淀是因为发生了反应:Fe2S3+4FeCl3==6FeCl2+3SC.向稀FeCl3溶液中逐滴加入稀Na2S溶液至过量,最后生成的黑色沉淀为FeSD.在Na2S溶液过量的情况下,黑色沉淀中存在较多的Fe(OH)3
答案 D 解析 开始实验时生成的沉淀均为黑色沉淀,则应为Fe2S3,故A正确;硫化钠具有还原性,可与铁离子发生氧化还原反应生成S,则产生黄色沉淀的反应的化学方程式为Fe2S3+4FeCl3==6FeCl2+3S,故B正确;Na2S与FeCl3发生氧化还原反应生成氯化亚铁,当硫化钠过量时又生成FeS,FeS为黑色沉淀,故C正确;在Na2S溶液过量的情况下,黑色沉淀应为FeS,而Fe(OH)3为红褐色沉淀,故D错误。
对点演练1下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是( )
答案 A 解析 B项中CO还原Fe2O3得到单质铁,即使黑色固体中有Fe3O4,其溶于盐酸后产生的Fe3+可能与Fe发生反应Fe+2Fe3+==3Fe2+,加入KSCN溶液也不显红色,错误;C项中酸性条件下N 具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,发生氧化还原反应有Fe3+生成,Fe3+遇KSCN溶液呈红色,无法证明样品是否变质,错误;D项中若原溶液中无Fe2+而存在Fe3+,也有此现象,错误。
对点演练2(2020陕西渭南富平摸底考试)下列关于Fe3+、Fe2+性质实验的说法错误的是( )A.用如图装置可以制备Fe(OH)2沉淀
B.配制FeCl3溶液时,先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度C.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化D.向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液会生成红色沉淀
答案 D 解析 反应开始时生成的氢气进入B中,可排出空气,防止生成的氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化,一段时间后关闭止水夹C,A中硫酸亚铁进入B中可生成Fe(OH)2 白色沉淀,故A正确;FeCl3易水解,配制FeCl3溶液时应防止溶液因水解而生成氢氧化铁沉淀,可先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度,故B正确;Fe3+与铁反应可生成Fe2+,则向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化,故C正确;向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红色,不会生成沉淀,故D错误。
1.特殊颜色(1)固体:Fe3O4、FeO——黑色,Fe2O3——红棕色,Fe(OH)3——红褐色(2)溶液:Fe2+——浅绿色,Fe3+——棕黄色
2.特殊现象(1)Fe(OH)2 Fe(OH)3,白色沉淀迅速变成灰绿色,一段时间后变成红褐色。(2)Fe3+遇KSCN溶液变红色。(3)Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成铁氰化亚铁{Fe3[Fe(CN6)]2}蓝色沉淀。
3.必记五反应(1)Fe+2FeCl3==3FeCl2(2)Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2(3)2FeCl2+Cl2==2FeCl3(4)2Fe3++2I-==I2+2Fe2+(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
知识梳理1.铁的物理性质
2.铁的化学性质(写出化学方程式或离子方程式)铁的化学性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
微点拨 (1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同,Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。(2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
3.铁的制备方法(1)生铁的冶炼。①原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石。②设备:高炉。③主要反应:
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
CaCO3 CaO+CO2↑、CaO+SiO2 CaSiO3
(2)利用铝热反应焊接无缝钢轨,以氧化铁和铝粉为铝热剂,反应的化学方程式为 。
2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3
4.铁的氧化物(1)物理性质。
(2)化学性质。①FeO、Fe2O3分别与盐酸反应的离子方程式: 、 。 ②FeO与稀硝酸反应的化学方程式: 。 ③FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式: 、 。
FeO+2H+==Fe2++H2O
Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O
3FeO+10HNO3==3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O
FeO+2HI==FeI2+H2O
Fe2O3+6HI==2FeI2+I2+3H2O
Fe(OH)2+2H+==Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+==Fe3++3H2O
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
Fe2++2OH-==Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-==Fe(OH)3↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
微点拨 ①FeO、Fe3O4、Fe(OH)2与足量HNO3反应时,均发生氧化还原反应,Fe2+被HNO3氧化生成Fe3+。②Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与足量HI反应时,均发生氧化还原反应,Fe3+被I-还原生成Fe2+。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。( )(2)Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应。( )(3)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。( )(4)铁与硫混合加热生成Fe2S3。( )(5)氧化铁能与酸反应,所以可用于制作红色染料。( )(6)Fe3O4可用FeO·Fe2O3表示,故Fe3O4为混合物。( )(7)氢氧化铁与HI溶液反应的离子方程式为Fe(OH)3+3H+==Fe3++3H2O。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
2.下列各图中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是 (填序号)。
考向1 铁单质的性质【典例1】 (2020山东泰安第四中学期中)向含Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的某种稀溶液中逐渐加入铁粉,c(Fe2+)的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.横轴0~1:Fe+N +4H+==Fe3++NO↑+2H2OB.横轴1~2:Fe+2Fe3+==3Fe2+C.横轴2~3:Fe+Cu2+==Fe2++CuD.原溶液中三种溶质浓度相等
答案 D 解析 Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的稀溶液氧化性由强到弱的顺序为HNO3>Fe3+>Cu2+,金属铁先和氧化性强的离子反应;开始阶段是金属铁和稀硝酸之间的反应:Fe+4HNO3==Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,当加入金属铁1 ml时,生成三价铁离子1 ml,所以亚铁离子的浓度不变,故A正确;金属铁和稀硝酸反应结束后,生成1 ml的三价铁离子,然后发生反应Fe+2Fe3+==3Fe2+,故B正确;反应的最后阶段为Fe+Cu2+==Fe2++Cu,C正确;根据以上分析,整个过程的反应方程式为4H++N +3Fe+Fe3++Cu2+==4Fe2++Cu+NO↑+2H2O,则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为1∶1∶4,故D错误。
易错警示 反应产物中铁元素价态的判断(1)铁与弱氧化剂(如S、I2、H+、Cu2+)等反应所得产物中铁元素的价态为+2价,如Fe+I2 FeI2。(2)铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、浓硫酸、过量硝酸等)反应所得产物中铁元素的价态为+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。
铁元素的存在形式为Fe2+和Fe3+,铁元素的价态为+2、+3价。
对点演练1(2020山东德州夏津第一中学月考)铁和铁合金是生产、生活中常用的材料,下列说法中错误的是( )A.不锈钢比生铁抗腐蚀能力强B.以铁制品为阴极、铜片为阳极、硫酸铜为电镀液可以实现铁制品镀铜C.铁与稀硫酸反应,铁与浓硫酸不能反应D.铁轨焊接时可以用铝热反应的方法制取少量的铁
答案 C 解析 不锈钢中含有铬和镍,增强了抗腐蚀能力,A正确;电镀时应以镀层金属作为阳极,镀件作为阴极,含镀层金属阳离子的溶液为电镀液,B正确;铁在浓硫酸中钝化,不是不能反应,C错误;铝热反应生成的铁为液体,可用于焊接铁轨,D正确。
考向2 铁的氧化物、氢氧化物的制备和性质【典例2】 (2020浙江金华质检)纳米级Fe3O4是一种非常重要的磁性材料,同时也可用作催化剂载体和微波吸收材料。纳米级Fe3O4有多种不同的制法,请回答下列相关问题。Ⅰ.如图是用共沉淀法制备纳米四氧化三铁的流程。
(1)除Fe3O4外,铁的两种常见氧化物中在空气中性质比较稳定的是 (填化学式),该物质的用途是 (任写一种)。 (2)实验室保存溶液B时为了防止出现浑浊,通常采取的措施是 。 (3)证明沉淀已经洗涤干净的操作是 。 (4)写出该方法中发生的主要反应的离子方程式: 。
(5)实际生产中为提高产率,起始所用FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比大于1∶2,原因是 。 Ⅱ.制备纳米四氧化三铁的另一种流程如图所示。
(6)写出上述流程中第2步反应的化学方程式: ,其中氧化产物和还原产物的物质的量之比为 。 (7)将粒子直径为几十纳米的Fe3O4投入分散剂中形成的分散系是 。
答案 (1)Fe2O3 用作油漆的红色颜料(或涂料、油墨、橡胶的红色颜料等) (2)加盐酸 (3)取少量最后一次洗涤液置于试管中,加盐酸酸化,再滴加氯化钡溶液,不产生白色沉淀(4)Fe2++2Fe3++8OH- Fe3O4↓+4H2O(5)反应过程中部分亚铁离子被氧气氧化为铁离子(6)6FeOOH+CO 2Fe3O4+CO2+3H2O 1∶2(7)胶体
解析 (1)FeO(氧化亚铁)是一种黑色粉末,不稳定,在空气里很容易被氧化,在空气中性质比较稳定的是Fe2O3。(2)实验室保存溶液B(FeCl3溶液)时为了防止出现浑浊,通常采取的措施是加盐酸抑制FeCl3水解生成Fe(OH)3沉淀。(3)要证明沉淀已经洗涤干净,只要检验洗涤液中不含硫酸根离子即可,操作是取少量最后一次洗涤液置于试管中,加盐酸酸化,滴加氯化钡溶液,不产生白色沉淀。(4)该方法中发生的主要反应的离子方程式为Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4↓+4H2O。
(5)实际生产中为了提高产率,起始所用FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比应大于1∶2,原因是反应过程中部分亚铁离子被氧气氧化为铁离子。(6)所给流程中第2步反应是FeOOH吸收CO生成Fe3O4,反应的化学方程式为6FeOOH+CO 2Fe3O4+CO2+3H2O,其中氧化产物CO2和还原产物Fe3O4的物质的量之比为1∶2。(7)将粒子直径为几十纳米的Fe3O4投入分散剂中形成的分散系是胶体。
对点演练2如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂:铁屑、6 ml·L-1硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是( )
A.B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是铁屑B.实验开始时应先将活塞E关闭C.生成Fe(OH)2的操作为关闭活塞E,使A中溶液压入装置B中D.取下装置B中的橡皮塞,使空气进入,发生的有关反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
答案 B 解析 制取硫酸亚铁需要铁屑,在烧瓶中应该先加入铁屑,所以A中应预先加入的试剂是铁屑,故A正确;稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气,实验开始时应打开活塞E,用氢气排出装置中的空气,B错误;铁和稀硫酸反应有氢气生成,关闭活塞E,导致A装置中压强逐渐增大,FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应生成氢氧化亚铁,C正确;氢氧化亚铁不稳定,容易被溶解在溶液中的氧气氧化生成红褐色的氢氧化铁,该反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3,故D正确。
深度指津 1.成功制备Fe(OH)2的关键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,成功的关键有以下两点: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.实验室中制备Fe(OH)2的常用方法方法一:有机层覆盖法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到亚铁盐溶液液面以下,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,再将亚铁盐溶液与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:电解法用铁作为阳极电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯(或煤油),如图3所示。
1.亚铁盐与铁盐(1)亚铁盐。①Fe2+的氧化性和还原性。含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+处于铁的中间价态,既有 性,又有 性,其中以 性为主,如遇Br2、Cl2、H2O2、N (H+)等均表现为 性。 Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式: 。 FeCl2溶液与HNO3溶液反应的离子方程式为 。
2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O
3Fe2++N +4H+==3Fe3++NO↑+2H2O
(2)铁盐。①氧化性:含有Fe3+的溶液呈 色,Fe3+具有氧化性,Fe3+与Fe、Cu反应的离子方程式分别为: , 。 ②特性:含有Fe3+的盐溶液遇到 时变成红色。 ③FeCl3易水解:将其饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3+3H2O Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
2Fe3++Fe==3Fe2+
2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+
2.Fe3+和Fe2+的检验方法(1)Fe2+的检验:
(2)Fe3+的检验:
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验。①Fe3+的检验:
微点拨 (1)检验Fe2+时,不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水有可能氧化SCN-)。(2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原KMnO4,会造成干扰)。
3.含Fe2+、Fe3+的除杂问题
4.铁及其化合物的相互转化
写出下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+的转化条件。(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀: 。 (2)将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液,溶液变蓝: 。 (3)用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔: 。 (4)将H2O2溶液滴入到酸性FeCl2溶液中: 。 (5)将FeCl2溶液滴入到稀的HNO3溶液中,有无色气体放出: 。
2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O
微点拨 FeCl3溶液发生反应时的颜色变化(1)向FeCl3溶液中加几滴KSCN溶液后,溶液呈红色。(2)FeCl3与NaOH溶液反应生成红褐色沉淀。(3)向FeCl3溶液中通入H2S气体,生成淡黄色沉淀。(4)向FeCl3溶液中加入几滴Na2S溶液,生成淡黄色沉淀,当加入的Na2S溶液过量时,又生成黑色沉淀。(5)向FeCl3溶液中加入过量Fe粉,溶液变成浅绿色。
(6)向FeCl3溶液中滴入淀粉碘化钾溶液,溶液变成蓝色。(7)向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液,溶液变成紫色。(8)将饱和FeCl3溶液滴入沸水中,继续加热至液体呈红褐色,生成红褐色Fe(OH)3胶体。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)FeCl3溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为Fe3++3SCN-==Fe(SCN)3↓。( )(2)可用铁粉除去FeCl2溶液中的FeCl3。( )(3)将Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变红,检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质。( )(4)室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,说明Fe3+的氧化性比I2的强。( )
(5)用NaOH溶液和盐酸能除去FeCl2溶液中混有的CuCl2。( )(6)(NH4)2Fe(SO4)2溶液与过量NaOH溶液反应制备Fe(OH)2的离子方程式:Fe2++2OH-==Fe(OH)2↓。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)×
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)检验溶液中存在Fe3+的常用试剂是 ,证明Fe3+存在的现象是 。 (2)写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的离子方程式: 。
(3)某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜,并重新获得纯净的FeCl3溶液,准备采用下列步骤:
请写出上述实验中加入的有关物质的化学式。① ,④ 。
(4)要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时的最佳顺序为 。 ①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液A.①③B.③②C.③①D.①②③(5)写出向②⑤的混合液中通入⑥的离子方程式: 。
答案 (1)KSCN溶液 溶液变成红色(2)2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+(3)Fe HCl (4)C (5)2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-
考向1 Fe2+和Fe3+的转化与检验【典例1】 (双选)(2020吉林长春东北师大附中摸底)某同学设计下列方案对A(盐的水溶液)进行鉴定:
由此得出的结论中一定不正确的是( )A.D溶液中存在Fe(SCN)3B.A一定为无氧酸盐FeBr2C.B应为AgBrD.滤液中有Fe2+
答案 BD 解析 由图中转化关系可知,B为A与硝酸银反应生成的浅黄色沉淀,根据已有知识及元素守恒知浅黄色沉淀为AgBr,所以A中含有Br-,C中加KSCN溶液变为红色溶液,所以D溶液中存在Fe(SCN)3,则C中含有Fe3+,A中含有铁元素,酸性条件下N 具有强氧化性,能氧化亚铁离子为铁离子,所以A可能含有Fe3+或Fe2+或二者都有。D溶液中含有Fe(SCN)3,A项正确;酸性条件下N 具有强氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,所以A可能是FeBr2,也可能是FeBr3,也可能是二者的混合物,B项错误;能和银离子反应生成淡黄色沉淀的离子是溴离子,所以B是AgBr,C项正确;C能和硫氰化钾溶液反应生成红色溶液,说明滤液中含有Fe3+,D项错误。
对点演练1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.向某溶液中通入Cl2,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+
答案 C 解析 A项中只能说明原溶液中含有Fe3+;B项原溶液中可能只有Fe3+而没有Fe2+;D项中Fe(OH)2被氧化后生成的红褐色沉淀Fe(OH)3也可能掩盖了白色沉淀Mg(OH)2。
考向2 “铁三角”的转化关系及应用【典例2】 (双选) (2020吉林油田第十一中学阶段考试)利用废铁屑(主要成分为Fe,还含有C、S、P等)制取高效净水剂K2FeO4的流程如图所示:
下列说法不正确的是( )A.废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液去油污B.步骤②是将Fe2+转化为Fe(OH)3C.步骤③中发生反应的离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-==2Fe +3Cl-+4H++H2OD.步骤④中反应能发生的原因是在相同条件下,K2FeO4的溶解度大于Na2FeO4
答案 CD 解析 纯碱是强碱弱酸盐,C 水解导致纯碱溶液呈碱性,碱性条件下油污水解生成高级脂肪酸盐和甘油,所以废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液去油污,故A正确;NaOH中和过量的酸,Fe2+被H2O2氧化为Fe3+,在碱性溶液中的将Fe3+转化为Fe(OH)3,步骤②的目的是将溶液中Fe2+转化为Fe(OH)3,故B正确;步骤③中发生的反应是碱性条件下发生的反应,反应的离子方程式为2Fe(OH)3+4OH-+3ClO-==2Fe +3Cl-+5H2O,故C错误;步骤④中反应的化学方程式为2KOH+Na2FeO4==K2FeO4↓+2NaOH,溶解度大的能转化为溶解度小的物质,反应能发生的原因是K2FeO4的溶解度比Na2FeO4小,故D错误。
方法技巧 混合溶液中Fe3+、Fe2+的除去方法(1)除去含Mg2+的溶液中混有的Fe3+。向混合溶液中加入Mg、MgO、MgCO3、Mg(OH)2中的任意一种,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀而除去,过滤后向溶液中再加入适量相应的酸。(2)除去含Cu2+的溶液中混有的Fe3+。向混合溶液中加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3中的任意一种,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,过滤后向溶液中再加入适量相应的酸。
(3)除去含Mg2+的溶液中混有的Fe2+。先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按(1)中的方法除去溶液中的Fe3+。(4)除去含Cu2+的溶液中混有的Fe2+。先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按(2)中的方法除去溶液中的Fe3+。
对点演练2(2020甘肃师范大学附属中学月考)下列说法正确的是( )A.向某溶液中加KSCN溶液,溶液显红色,证明原溶液中有Fe3+,无Fe2+B.铁粉作为食品袋内的脱氧剂,铁粉起还原作用C.FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板的制作,原因是FeCl3能从含有Cu2+的溶液中置换出铜
答案 B 解析 Fe3+遇KSCN会使溶液呈现红色,Fe2+遇KSCN无明显现象,如果溶液中滴加KSCN溶液呈红色,则证明存在Fe3+,并不能证明无Fe2+,故A错误;铁粉可作为食品袋内的脱氧剂,Fe与氧气反应,铁的化合价升高,铁是还原剂,则铁粉起还原作用,故B正确;Cu与氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜,没有单质生成,则不属于置换反应,故C错误;c(Fe2+)=1 ml·L-1的溶液呈酸性,酸性溶液中Fe2+与Mn 之间发生氧化还原反应,在溶液中不能大量共存,故D错误。
深度指津 “铁三角”的重要应用(1)判断离子能否大量共存。
(2)盐溶液的配制与保存。
知识梳理1.【必做实验】铁及其化合物的性质2.【实验目的】(1)认识铁及其化合物的重要化学性质。(2)学会铁离子的检验方法。(3)认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。
3.【实验用品】试管、胶头滴管。CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。
4.【实验步骤】(1)铁及其化合物的性质。①铁单质的还原性。在一支试管中加入2 mL CuSO4溶液,再将一段铁丝放入CuSO4溶液中。过一会儿,取出铁丝,观察现象并加以解释。现象与解释:铁丝上附有一层 色的金属铜,铁与硫酸铜发生了 反应。
②铁盐的氧化性。a.取3 mL FeCl3稀溶液加入试管中,加入几小块铜片,振荡,过一会儿,观察现象。b.在一支盛有3 mL水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液,再滴加3滴KI溶液,观察现象。然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液,观察现象。c.现象与解释:铜片溶解,溶液由棕黄色变为蓝色: 。 向FeCl3溶液中滴入KI,溶液变为黄褐色: 。再加入淀粉溶液,溶液变蓝。
2FeCl3+Cu==CuCl2+2FeCl2
2I-+2Fe3+==I2+2Fe2+
③亚铁盐的氧化性和还原性。a.取3 mL FeCl2溶液加入试管中,加入几小块锌片,振荡,过一会儿,观察现象。b.在一支试管中加入少量酸性KMnO4溶液,然后向试管中加入少量FeSO4溶液,观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时,再滴加2滴KSCN溶液,观察现象。c.现象与解释:a中溶液由浅绿色变为无色: 。b中溶液由紫色变为棕黄色: 。再加入KSCN溶液,溶液变为 。
Fe2++Zn==Fe+Zn2+
(2)铁离子的检验。①在一支试管中加入2 mL蒸馏水,再滴加几滴FeCl3稀溶液,然后滴加几滴KSCN溶液,观察现象。②在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液,然后加入适量铁粉,轻轻振荡片刻,再滴加几滴KSCN溶液,观察现象。③现象与解释:①中溶液变为 : 。②中铁粉溶解,溶液由棕黄色变为浅绿色,加入KSCN溶液,溶液不变红色。
Fe3++3SCN-==Fe(SCN)3
自我诊断1.为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计了如下实验方案,其中符合实验要求且完全正确的是( )
答案 A 解析 氯气能够将Fe2+(浅绿色)氧化为Fe3+(棕黄色),A项正确;B项得到的结论应该是Fe2+具有氧化性;C项的离子方程式电荷不守恒;D项的实验现象应该是铜粉逐渐溶解,溶液由棕黄色变为蓝色。
2.(2020海南嘉积中学月考)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 ml·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是 。 (2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为 。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液液面上先加入0.5 mL煤油,再向FeCl2溶液中依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是 。 (4)丙组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,一段时间后,溶液中有气泡出现且溶液温度升高,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 。
答案 (1)防止氯化亚铁被氧化 (2)2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) (4)反应生成的Fe3+催化了H2O2的分解
考向 实验探究铁及其化合物的性质【典例】 (2020安徽淮北模拟)某小组同学探究铁离子与硫离子的反应,实验操作及现象如下表所示。下列有关说法错误的是( )
A.两次实验中,开始产生的黑色沉淀都为Fe2S3B.两次实验中,产生黄色沉淀是因为发生了反应:Fe2S3+4FeCl3==6FeCl2+3SC.向稀FeCl3溶液中逐滴加入稀Na2S溶液至过量,最后生成的黑色沉淀为FeSD.在Na2S溶液过量的情况下,黑色沉淀中存在较多的Fe(OH)3
答案 D 解析 开始实验时生成的沉淀均为黑色沉淀,则应为Fe2S3,故A正确;硫化钠具有还原性,可与铁离子发生氧化还原反应生成S,则产生黄色沉淀的反应的化学方程式为Fe2S3+4FeCl3==6FeCl2+3S,故B正确;Na2S与FeCl3发生氧化还原反应生成氯化亚铁,当硫化钠过量时又生成FeS,FeS为黑色沉淀,故C正确;在Na2S溶液过量的情况下,黑色沉淀应为FeS,而Fe(OH)3为红褐色沉淀,故D错误。
对点演练1下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是( )
答案 A 解析 B项中CO还原Fe2O3得到单质铁,即使黑色固体中有Fe3O4,其溶于盐酸后产生的Fe3+可能与Fe发生反应Fe+2Fe3+==3Fe2+,加入KSCN溶液也不显红色,错误;C项中酸性条件下N 具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,发生氧化还原反应有Fe3+生成,Fe3+遇KSCN溶液呈红色,无法证明样品是否变质,错误;D项中若原溶液中无Fe2+而存在Fe3+,也有此现象,错误。
对点演练2(2020陕西渭南富平摸底考试)下列关于Fe3+、Fe2+性质实验的说法错误的是( )A.用如图装置可以制备Fe(OH)2沉淀
B.配制FeCl3溶液时,先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度C.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化D.向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液会生成红色沉淀
答案 D 解析 反应开始时生成的氢气进入B中,可排出空气,防止生成的氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化,一段时间后关闭止水夹C,A中硫酸亚铁进入B中可生成Fe(OH)2 白色沉淀,故A正确;FeCl3易水解,配制FeCl3溶液时应防止溶液因水解而生成氢氧化铁沉淀,可先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度,故B正确;Fe3+与铁反应可生成Fe2+,则向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化,故C正确;向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红色,不会生成沉淀,故D错误。
1.特殊颜色(1)固体:Fe3O4、FeO——黑色,Fe2O3——红棕色,Fe(OH)3——红褐色(2)溶液:Fe2+——浅绿色,Fe3+——棕黄色
2.特殊现象(1)Fe(OH)2 Fe(OH)3,白色沉淀迅速变成灰绿色,一段时间后变成红褐色。(2)Fe3+遇KSCN溶液变红色。(3)Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成铁氰化亚铁{Fe3[Fe(CN6)]2}蓝色沉淀。
3.必记五反应(1)Fe+2FeCl3==3FeCl2(2)Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2(3)2FeCl2+Cl2==2FeCl3(4)2Fe3++2I-==I2+2Fe2+(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
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