2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第三章第2课时　铁及其重要化合物的性质

第2课时　铁及其重要化合物的性质

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知识点一　铁及铁的化合物

一、铁的存在与性质

1.铁元素的存在形式

2.铁的物理性质

3.铁的化学性质

单质铁性质活泼,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

(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

(4)与某些盐溶液反应

4.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

①还原剂的生成:C+O2CO2,CO2+C2CO;

②铁的还原:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2;

③造渣反应:CaCO3CaO+CO2↑,CaO+SiO2CaSiO3。

二、铁的氧化物与氢氧化物

1.铁的氧化物

(1)物理性质

(2)化学性质

FeO、Fe2O3、Fe3O4与盐酸反应的离子方程式分别为

FeO+2H+Fe2++H2O,

Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O,

Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O。

2.铁的氢氧化物

三、重要的铁盐

1.三氯化铁(FeCl3):棕黄色固体,一种常见的氧化剂,能与多种还原剂发生氧化还原反应,能回收废铜,其反应的离子方程式为2Fe3++CuCu2++2Fe2+。

2.绿矾(FeSO4·7H2O):一种重要的还原剂,可用作补血剂及植物的补铁剂。

3.高铁酸钾(K2FeO4):深紫色晶体,具有强氧化性,可用作水处理剂和高能电池。

4.铁铵矾[NH4Fe(SO4)2·12H2O]:无色晶体,易溶于水,常用作化学分析试剂、药物和织物媒染剂。

5.赤血盐[K3Fe(CN)6]:红色晶体,易溶于水,常用于检验Fe2+,生成蓝色沉淀。

[名师点拨] (1)Fe3O4的组成可用氧化物的形式表示为 FeO·Fe2O3,即有的铁显+2价,的铁显+3价。

(2)FeO、Fe3O4、Fe(OH)2与足量HNO3反应时,发生氧化还原反应,Fe2+被HNO3氧化生成Fe3+。

(3)Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与足量HI反应时,发生氧化还原反应,Fe3+被I-还原生成Fe2+。

(4)Fe(NO3)2溶液酸化后,H+、具有强氧化性,会将Fe2+氧化成Fe3+。

1.(2019·海南海口灵山中学月考)《本草图经》中关于绿矾的分解有如下描述:“绿矾形色似朴消(Na2SO4·10H2O)而绿色,取此物置于铁板上,聚炭封之,囊袋吹令火炽,其矾即沸,流出色赤如融金汁者是真也。”对此段话的说明中肯定错误的是(　B　)

A.绿矾的化学式为FeSO4·7H2O

B.绿矾分解过程中没有发生电子的转移

C.“色赤”物质可能是Fe2O3

D.流出的液体中可能含有硫酸

解析:绿矾在加热时会溶解在结晶水中,然后发生分解,化学方程式为

2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O,铁的化合价由+2价升高到+3价,S由+6价降低到+4价,所以绿矾分解是氧化还原反应,有电子转移;三氧化硫溶于水生成硫酸。故选B。

2.下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是(　D　)

A.工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁

B.铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4

C.工业上可用铁质容器储存、运输浓硝酸和浓硫酸

D.氯化铁溶液有较强氧化性,故可用作净水剂

解析:氯化铁溶液作净水剂是因为铁离子水解生成氢氧化铁胶体,不是因为具有强氧化性,故选D。

3.由硫铁矿烧渣(主要成分:Fe3O4、Fe2O3和FeO)得到绿矾(FeSO4·7H2O),再通过绿矾制备铁黄[FeO(OH)]的流程如下:

烧渣 溶液绿矾铁黄

已知:FeS2和铁黄均难溶于水

下列说法不正确的是(　C　)

A.步骤①,最好用硫酸来溶解烧渣

B.步骤②,涉及的离子方程式为FeS2+14Fe3++8H2O15Fe2++2+16H+

C.步骤③,将溶液加热到有较多固体析出,再用余热将液体蒸干,可得纯净绿矾

D.步骤④,反应条件控制不当会使铁黄中混有Fe(OH)3

解析:因为要制得绿矾,不引入其他杂质离子,用H2SO4进行酸溶,A项正确;Fe3+将FeS2中-1价S氧化为,B项正确;由于绿矾含有结晶水,不用蒸发结晶,而用蒸发浓缩、冷却结晶的方式,C项不正确;若氨水过量,则铁黄中混有Fe(OH)3固体,D项正确。

4.(2019·河北承德一中月考)铁、铜混合粉末18.0 g加入100 mL 5.0 mol·L-1 FeCl3溶液中,剩余固体质量为 3.2 g。下列说法正确的是(　B　)

A.剩余固体是铁、铜混合物

B.原固体混合物中铜的质量是9.6 g

C.反应后溶液中n(Fe3+)=0.10 mol

D.反应后溶液中n(Fe2+)+n(Cu2+)=0.5 mol

解析:铁的还原性大于铜,铁、铜混合粉末加入FeCl3溶液中,铁先反应;FeCl3的物质的量为0.5 mol,设0.5 mol铁离子完全反应消耗铜m1 g、铁m2 g,则有:

Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,根据Cu～2Fe3+关系,=,解得m1=16;Fe+2Fe3+3Fe2+,根据Fe～2Fe3+关系,=,解得m2=14,溶解的金属质量为(18.0-3.2)g=14.8 g,因为14<14.8<16,所以铁完全反应,铜部分反应,且铁离子完全反应,A、C错误;设反应消耗铜的物质的量为 x mol,反应的铁的物质的量为y mol,则有64x+56y=

14.8,x+y=0.25,解得x=0.1、y=0.15,原混合物中铜的质量是0.1 mol×

64 g·mol-1+3.2 g=9.6 g,B正确,根据反应方程式可知,反应后的溶液中:n(Fe2+)=

2n(Cu)+3n(Fe)=2x mol+3y mol=2×0.1 mol+3×0.15 mol=0.65 mol;反应后溶液中铜离子的物质的量为n(Cu2+)=n(Cu)=0.1 mol,n(Fe2+)+n(Cu2+)=0.65 mol+

0.1 mol=0.75 mol,D错误。

知识点二　Fe2+、Fe3+的检验及铁三角的应用

1.Fe2+、Fe3+的检验

(1)Fe2+的检验

①样品溶液无现象溶液变红色,证明含有Fe2+

②样品溶液产生白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明含有Fe2+

③样品溶液生成蓝色沉淀,证明含有Fe2+

(2)Fe3+的检验

①样品溶液溶液变红色,证明含有Fe3+

②样品溶液产生红褐色沉淀,证明含有Fe3+

(3)混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验

Ⅰ.Fe3+的检验

①混合溶液溶液变红色,说明含有Fe3+

②混合溶液试纸变蓝色,说明含有Fe3+

Ⅱ.Fe2+的检验

①混合溶液酸性KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+

②混合溶液溴水褪色,说明含有Fe2+

③混合溶液生成蓝色沉淀,说明含有Fe2+

2.“铁三角”的转化关系

(1)“铁三角”的转化关系

完成下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+转化条件。

①将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:

H2S+2Fe3+S↓+2Fe2++2H+。

②将FeCl3溶液滴入KI-淀粉溶液中,溶液变蓝:

2I-+2Fe3+I2+2Fe2+。

③FeCl3可溶解铁片:

2Fe3++Fe3Fe2+。

④FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色:

5Fe2+++8H+5Fe3++Mn2++4H2O。

⑤将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中,有无色气体放出:

3Fe2+++4H+3Fe3++NO↑+2H2O。

(2)应用

①盐溶液的配制与保存

②物质的制备

③除杂

1.(2019·山东省实验中学诊断)下列物质中可用于除去CuCl2中混有的Fe3+,且不引入新杂质的是(　C　)

A.Fe     B.Cu        C.CuO    D.NaOH

解析:CuCl2能与铁粉反应生成氯化亚铁和铜,引入新的杂质,不符合除杂原则,故A错误;Fe3+与Cu反应生成Fe2+和Cu2+,引入新的杂质,不符合除杂原则,故B错误;

Fe3+水解溶液显酸性,Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,加入CuO可以使平衡不断正移产生Fe(OH)3沉淀,同时不引入新的杂质,符合除杂原则,故C正确;CuCl2与Fe3+都能与NaOH反应生成沉淀,不符合除杂原则,故D错误。

2.下列检验试剂选用正确的是(　C　)

A.用氯水、KSCN溶液检验FeCl3中是否有FeCl2

B.用酸性KMnO4溶液检验FeCl3中是否有FeCl2

C.用NaOH溶液检验MgCl2中是否有FeCl2

D.用硝酸检验某黄色固体是纯铜还是黄铜

解析:A项中的Fe3+产生的干扰无法消除;B项中酸性KMnO4还能氧化Cl-;C项中虽然Mg2+也能形成白色沉淀,但若有Fe2+,则生成的白色沉淀颜色会发生变化;D项中纯铜和黄铜均能溶解在硝酸中。

3.在FeCl3、CuCl2混合溶液中,加入一定量的铁屑,反应完全后将固体滤出,下列说法中正确的是(　D　)

A.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+

B.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,可能含Cu2+和Fe3+

C.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe3+和Fe2+,一定不含Cu2+

D.若滤出的固体中含有铁和铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+和Fe3+

解析:氧化性:Fe3+>Cu2+>Fe2+,加入铁粉后有固体剩余,Fe3+一定不存在;若剩余固体全部都是Cu,溶液中还可能有Cu2+,也可能恰好被完全置换;若剩余固体是Cu和Fe,则溶液中不可能有Cu2+。

4.硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上作补血剂。某课外小组测定该补血剂中铁元素的含量。实验步骤如下:

请回答下列问题:

(1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法:取样,先滴加KSCN溶液,再滴加　　　　,该过程的现象为　 　                                               。

(2)步骤②加入过量H2O2的目的是 　　　　　　　                      。

(3)步骤③中反应的离子方程式是 　　　　　　　                    　。

(4)步骤④中一系列处理的操作步骤:过滤、　　　　、灼烧、　　　　、称量。

(5)若实验中铁无损耗,则每片补血剂中含铁元素的质量为　　　　 g。

解析:(1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法:取样,先滴加KSCN溶液,再滴加氯水(或双氧水、稀硝酸等),若加入KSCN溶液不变色,加入氯水溶液变为红色,则说明滤液中含有Fe2+。(2)由于H2O2具有氧化性,加入过量H2O2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+。(3)步骤③的目的是将Fe3+全部转化为Fe(OH)3,所以步骤③需加入过量的氨水,反应的离子方程式是Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3。(4)步骤④的目的是将产生的红褐色悬浊液分离,最终得到固体Fe2O3,所以步骤④的操作步骤是过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量。(5)由于实验中铁无损耗,根据铁元素守恒得,每片补血剂中m(Fe)= g=0.07a g。

答案:(1)氯水(或双氧水、稀硝酸等合理氧化剂)　加入KSCN溶液不变色,加入氯水溶液变为红色

(2)将Fe2+全部氧化为Fe3+

(3)Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3

(4)洗涤　冷却　(5)0.07a