铁和铁的化合物 （一）网上课堂 [本讲主要内容] 铁的原子结构及在元素周期表中的位置，铁的物理性质和化学性质，铁的重要的化合物，Fe3+离子的检验，过滤元素简介。 [学习指导] 1．铁的原子结构及在元素周期表中的位置: 26Fe原子结构示意图 位于第4周期第Ⅷ族为过滤元素之一， 在地壳中其质量含量居第四位。 2．铁的物理性质和主要化学性质: 纯净的铁是光亮的银白色金属，它的密度是7.86g·cm-3，熔点1535℃，沸点2750℃。铁有延性，展性和导热性，也能导电，但导电性比铜，铝都差。铁能被磁体吸引。在磁场的作用下，铁自身也能产生磁性。 铁位于金属活动性顺序表第七位，是比较活泼的金属。在化合物中，呈+2，+3价。 铁的化学性质及发生反应的化学方程式: 与Fe反应的代表物 反应方程式   3Fe+2O2
Fe3O4(Fe2O3·FeO) 2Fe+3Cl2
2FeCl3(也有FeBr3无FeI3) Fe+S
FeS(S氧化能力小于Cl2)  非金属元素   与水蒸气 3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2↑  与盐酸， 稀H2SO4 常温、浓硝酸、浓硫酸、稀硝酸 Fe+2H+==Fe2++H2↑ 被氧化性浓酸钝化 3Fe+8HNO3(稀)==3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O Fe+4HNO3(稀)==Fe(NO3)3+NO↑+2H2O  与盐溶液 Fe+Cu2+==Fe2++Cu Fe+2Fe3+==3Fe2+  3．铁的重要的化合物: 色态 主要的化学性质及化学反应方程式 FeO 黑色粉末，不稳定，加热生成Fe3O4 6FeO+O2
2Fe3O4 （1）氧化物 FeO+2H+==Fe2++H2O Fe2O3 红棕色粉未，俗称铁红 Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O Fe3O4 磁性的黑色晶体 （2）氢氧化物 氢氧化亚铁Fe(OH)2 制取：吸有NaOH溶液的滴管尖嘴插入FeSO4溶液液面下，再滴入NaOH溶液，析出的白色絮状沉淀，就是Fe(OH)2。Fe2++2OH-==Fe(OH)2↓但白色絮状沉淀迅速变色灰绿色，最后变成红褐色，这是Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 Fe(OH)2不溶于水，但溶于酸，生成亚铁盐。二价铁盐溶液呈淡绿色。 Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O 氢氧化铁Fe(OH)3 制备：把NaOH溶液直接滴入FeCl3溶液中，生成红褐色沉淀，即是Fe(OH)3。Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓，Fe(OH)3不溶于水，溶于酸，生成铁盐。Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O三价铁盐溶液由于浓度不同呈深浅程度不同的黄色。 （3）铁化合物和亚铁化合物间的相互转变 Fe2+有氧化性也有还原性，相比之下，还原性更突出些。Fe3+有较强的氧化性。 Fe2+与氧化剂作用，如Cl2，O2，Br2，HNO3，KMnO4等被氧化成Fe3+；Fe3+与还原剂作用，如Fe，Cu，Al，I-，H2S等被还原成Fe2+。 Fe2+ Fe3++e- 4．Fe3+的检验: 用KSCN或NH4SCN溶液，它们与Fe3+发生反应，生成红色溶液。Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3利用这一反应检查Fe3+的存在。Fe2+遇SCN-无现象。 说明：Fe3+和SCN-可以生成配位数从1-6的复杂离子，[Fe(SCN)]2+、[Fe(SCN)2]+、Fe(SCN)3、[Fe(SCN)4]-、……[Fe(SCN)6]3-。它们的水溶液都呈红色。 5．过滤元素简介: 过滤元素都是金属，位于元素周期表中部，由IIIB—IIB，也包括镧系和锕系的30种元素。过滤金属的密度一般较大，熔点，沸点也较高。也往往具有较高的硬度，较好的延性和展性和机械加工性能。有较好的导电，导热性和抗腐蚀性，可以组成各种特殊用途的合金。一般有可变化合价，水合离子容易显颜色等。多种过滤金属是化学工业的重要催化剂。 [例题精讲] 1．硫酸亚铁溶液在放置过程中生成氢氧化铁沉淀。 （1）写出生成沉淀的离子方程式 （2）沉淀出Fe(OH)3后，溶液的pH是增大还是减小（和新制的FeSO4溶液相比较，忽略溶液的挥发）？ 分析：反应过程是亚铁离子被空气中的O2氧化成Fe3+，Fe3+变成Fe(OH)3的过程。反应过程的离子方程式为： （1）4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 4Fe3++12OH-=4Fe(OH)3↓ （2）4molFe2+被氧化，消耗4molH+；4molFe3+全部沉淀时，消耗12molOH-。即Fe2+转化为Fe(OH)3是消耗OH-的过程，故溶液的pH减小。 2．某化工厂生产皓矾（ZnSO4·7H2O），结晶前的饱和溶液（酸性）中含有少量的Cu2+、Fe3+、Fe2+等杂质。已知0.01mol·L-1的Fe3+开始沉淀为Fe(OH)3到沉淀完全的pH范围为2.7～3.7；饱和ZnSO4溶液(0.34mol·L-1)开始沉淀为Zn(OH)2到沉淀完全的pH范围为5.7～8；当pH<5.6时，Na2CO3、CaCO3发生反应生成CO2。 该厂除杂质的工艺流程如下图所示： （1）加入试剂②是____，其作用是________。 A．Cl2 B．H2O2 C．KMnO4 D．浓HNO3 （2）为调整pH，加入试剂③，供选用的试剂有NaOH、Na2CO3、CaCO3、NH3·H2O、Ca(OH)2等，应当选用______，其理由是__________。 分析：此题目是除去Zn2+溶液中的Fe2+、Fe3+和Cu2+，是通过还原、氧化、调节pH，达到净化ZnSO4溶液的目的。从流程图上看，第一步加Fe，会发生2个反应，2Fe3++Fe=3Fe2+，Cu2++Fe=Cu+Fe2+过滤被弃去的是Cu和余下的Fe，得到的滤液是ZnSO4和FeSO4的溶液。 根据题目上给的已知条件，稀的Fe3+溶液中Fe3+→Fe(OH)3 pH在2.7-3.7之间，饱和ZnSO4溶液中Zn2+→Zn(OH)2 pH在5.7-8之间。所以第②步要选择合适的氧化剂，把Fe2+氧化成Fe3+，又不能引入新的杂质，从给的四种氧化剂上看，只能选择B→H2O2。（2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O） 第③步要加试剂调节pH在5.6以下，使Fe3+也沉淀完全。必须考虑别引入新的杂质。题上已示意在Na2CO3和CaCO3中选择。相比之下，应选择CaCO3，原因是，SO42-可使Ca2+沉淀，把Ca2+从ZnSO4溶液中分离出去，Na2CO3能调pH，但Na+就留在ZnSO4溶液中，成为新的杂质。 答案：（1）B将Fe2+氧化成Fe3+，又不引入新的杂质离子。 （2）CaCO3。加入CaCO3可将pH调到5.6，此时Fe(OH)3可完全沉淀，而Zn(OH)2不会沉淀。且因为溶液中C(SO42-)很大，使CaSO4变成沉淀，不会引入新杂质Ca2+。 3．将氧化铁溶于100mL稀H2SO4中，完全溶解后再加入铁屑，从溶液中放出H23.36L（标况下），反应后溶液中不再有Fe，Fe3+和H2SO4，加入铁屑和氧化铁共计19.2克。试计算： （1）加入铁屑和氧化铁各多少克？ （2）硫酸的物质的量浓度是多少？ 分析：向Fe2(SO4)3和H2SO4的混合溶液中加入铁屑，发生2个反应，Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ Fe+2Fe3+=3Fe2+ 100mLH2SO4也进行2个反应， Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ 为了解题简便，可以不按反应顺序解，而按关系式解。 解：Fe + H2SO4 = FeSO4+H2↑ 0.15mol 0.15mol
=8.4g Fe+Fe2O3—→3FeO 56 160
m(Fe)=2.8g m(Fe2O3)=(19.2-8.4-2.8)g=8g （1）加入铁屑质量是11.2g，Fe2O3是8g （2）Fe+Fe2O3—→3FeO
=0.05mol n(FeO)=3×0.05mol=0.15mol FeO + H2SO4==FeSO4+H2O 0.15mol 0.15mol C(H2SO4)=
答：加入铁屑11.2g，加入氧化铁8g，硫酸浓度为3.0mol·L-1. （二）网上能力训练题 一．选择题: 1．下列各组离子，因发生氧化还原反应，在溶液中不能大量共存的是（ ） A．Fe3+、Fe2+、SCN-、Cl- B．Fe3+、K+、H+、I- C．Fe2+、H+、Cl-、OH- D．Fe2+、K+、MnO4-、H+ 2．要证明某溶液中不含Fe3+而可能含Fe2+，进行如下实验操作时的最佳顺序为①加入足量氯水 ②加入足量的KMnO4溶液 ③加入少量的NH4SCN溶液（ ） A．①③ B．③② C．③① D．①②③ 3．由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21:8，则这种混合物中FeO、Fe2O3、Fe3O4的物质的量的比可能为（ ） A．1:2:1 B．1:2:3 C．1:1:1 D．1:1:3 4．已知①2FeCl3+2KI=2KCl+2FeCl2+I2 ②2FeCl2+Cl2=2FeCl3由此判断各微粒的氧化能力由强到弱的顺序是（ ） A．Fe3+>Cl2>I2 B．Cl2>Fe3+>I2 C．Cl2>I2>Fe3+ D．I2>Cl2>Fe3+ 5．在空气中高温灼烧FeCl3·6H2O晶体，其产物是（ ） A．Fe(OH)3、HCl、H2O B．Fe3O4、HCl、H2O C．Fe2O3、HCl、H2O D．FeCl3、Cl2、H2O 6．2mol·L-1的盐酸与硫酸各100mL，分别加入等质量的铁粉，反应结束后，所生成的气体质量比为2:3，则往盐酸中加入铁粉的质量是（ ） A．2.8g B．5.6g C．8.4g D．11.2g 7．将1.12g铁粉加入到2mol·L-1氯化铁溶液25mL中，充分反应后，其结果是（ ） A．铁有剩余 B．往溶液中滴入KSCN溶液，显红色 C．Fe2+和Fe3+物质的量之比为6:1 D．氧化产物与还原产物物质的量之比为2:5 8．向铁和Fe2O3的混合物中加入足量的稀硫酸，充分反应后生成FeSO4溶液，当生成的Fe2+和H2的物质的量之比为4:1时，反应中关系量正确的是（ ） A．被氧化的铁与被还原的铁离子物质的量之比为1:1 B．被氧化的铁与被还原的铁离子物质的量之比为2:1 C．被氧化的铁与被还原的铁离子物质的量之比为1:2 D．被氧化的铁与被还原的铁离子物质的量之比为1:3 9．铁、镁、铝3种金属，分别和同体积同浓度的盐酸反应，同温同压下，产生相同体积的氢气，则参加反应的金属（ ） A．所失去的电子数目相等 B．质量相等 C．物质的量相等 D．质量比是28:12:9 10．某溶液中有NH4+、Mg2+、Fe2+和Al3+四种离子，若向其中加入过量的氢氧化钠溶液，微热并搅拌，再加入过量的盐酸，溶液中大量减少的阳离子是（ ） A．NH4+ B．Mg2+ C．Fe2+ D．Al3+ 二．填空题: 11．A、B、C均为单质，B、C反应后的产物E溶于水得无色溶液E，B、F、D、E的水溶液均显酸性，E能做还原剂，但其浓溶液不能被浓H2SO4氧化。A、B、C的其它关系如下图所示，写出A—F各物质的化学式 A ______，B ______，C ______，D ______，E ______，F ______。 12．将一小粒金属钠放入到盛有FeCl2溶液的烧杯中，所观察到的现象是________；所发生反应的离子或化学方程式是：① __________ ② ___________ ③ ___________ 13．将适量的铁粉放入三氯化铁溶液中，完全反应后，溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等。则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比为____________。 三．计算题 14．有Fe和Fe2O3的混合物溶于500mL稀硝酸中，放出2.24LNO（标况），并余下5.44gFe。向反应后的溶液中通入2.016LCl2（标况）恰好能使Fe2+全部氧化。求： （1）混和物中Fe的质量分数？ （2）求稀硝酸的物质的量浓度？ 15．某金属7g和足量的盐酸反应，可得H22.8L（标况），该金属11.2g可与21.3gCl2完全反应生成相对应的盐，求该金属的相对原子质量。 [提高性训练题] 一．选择题: 16．将一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物投入250mL 2mol·L-1的硝酸溶液中，固体完全溶解后，生成1.12L（标况）NO（HNO3的还原产物仅此一种）。再向反应后的溶液中加入1mol·L-1的NaOH溶液，要使铁元素完全沉淀下来，所加入的NaOH溶液的体积量最少的是（ ） A．450mL B．500mL C．400mL D．无法确定 17．向4g由Fe、Al、Ba、Si组成的合金样品中加入20g20%的盐酸，恰好完全反应，经测定知所生成的混合氯化物粉末中含氯50%，则合金中金属的质量分数为（ ） A．0.9426 B．0.9526 C．0.9626 D．0.9726 二．填空题: 18．将单质Fe、Cu与FeCl3、FeCl2、CuCl2溶液一起放入某容器里，根据下述不同情况，填写金属或金属离子。 （1）充分反应后，如果Fe有剩余，则容器内不可能有__________ （2）充分反应后，如果容器内有较多Cu2+和相当量的Cu，则容器内不可能有__________； （3）充分反应后，如果容器内还有大量Fe3+，则还含有________，一定没有________。 19．某待测溶液中可能含有Fe3+、Fe2+、Ag+、Al3+、Ba2+、Ca2+、NH4+等离子。进行下述实验（所加酸、碱、氨水、溴水都是过量的）。 根据实验结果： （1）判断待测液中有无Ba2+、Ca2+离子，并写出理由。 _________________________________________ （2）写出沉淀D的分子式：__________。 （3）写出从溶液D生成沉淀E的反应的离子方程式：________________。 三．实验题: 20．在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应，可得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉，这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。请分别用图中示意的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须用普通铁粉和6moL·L-1盐酸，其他试剂自选（装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去）。 填写下面的空白： （1）实验进行时试管A中应加入的试剂是______。烧瓶B的作用是______。烧瓶C的作用是______，在试管D中收集到的是________。 （2）实验时，U型管G中应加入的试剂是______，长颈漏斗H中应加入______。 （3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是（填写该仪器对应的字母）______。 （4）烧瓶I中发生的反应有时要加入少量的硫酸铜溶液，其目的是______。 （5）试管E中发生的化学反应方程式是__________。 （6）为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须________。 E管中的反应开始一，在F出口处应________。 [研究性习题] 21．实验室可以用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物呈棕红色，易潮解，100℃左右时升华。下图是两个学生设计的实验装置，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（Ⅰ）和（Ⅱ）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（Ⅰ）的主要缺点是：____________ （5）装置（Ⅱ）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：_______________。 [能力训练题点拨与解答] 基础性训练题部分 一． 1．BD。 在四个选项中，每组离子都不能大量共存，A是由Fe3++SCN-→[Fe(SCN)]2+，B是由2Fe3++2I-=2Fe2++I2，C是由于H++OH-→H2O或是Fe2++2OH-→Fe(OH)2，D是由于5Fe2++MnO4-+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O 2．C 先加NH4SCN不显红色证明无Fe3+，加入氯水，把Fe2+氧化成Fe3+，Fe3++SCN-→[Fe(SCN)]2+，显红色则证明有Fe2+。 3．CD
，符合Fe3O4的组成，Fe3O4→FeO+Fe2O3，所以只要是n(FeO):n(Fe2O3)=1:1即可。 4．B 5．C 高温灼烧FeCl3·6H2O晶体，FeCl3·6H2O发生变化的过程是：熔化→放出HCl↑同时有Fe(OH)3生成→生成水蒸气同时获得Fe2O3。 6．C 对盐酸与铁反应来说，盐酸不足，铁有剩余。对硫酸与铁反应来说，铁不足，硫酸有余。 7．BC 发生反应Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+ 0.02mol 0.04mol 0.06mol 余下0.01molFe3+所以滴入SCN-，显红色，n(Fe2+):n(Fe3+)=0.06:0.01=6:1 8．A 首先考虑：Fe+H2SO4(稀)=FeSO4+H2↑ 1 1 1 再考虑：Fe+Fe2O3→3FeO 1 1→折合成2Fe3+ 所以被氧化的铁：被还原的Fe3+=(1+1):2=1:1 9．AD 10．AC A选项发生反应：NH4++OH-
NH3↑+H2O B选项先发生：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓后发生Mg(OH)2+2H+=Mg2++2H2O，Mg2+没减少。 C选项先发生：Fe2++2OH-=Fe(OH)2，又立即发生4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，Fe2+大量减少。 D选项发生：Al3++4OH-=AlO2-+2H2O，后发生：AlO2-+4H+=Al3++2H2O，Al3+没减少。 二． 11．分析：A、B、C是单质，其中B的水溶液显酸性，B一定是卤素的单质。B与C化合生成E，E显酸性，无色，浓溶液不被H2SO4氧化，而有还原性，E是盐酸。C即是H2。Cl2是氧化剂，Cl2氧化A生成D，D有酸性Cl2氧化F，F也有酸性。那么可知A是Fe，F是FeCl2，D是FeCl3。 A：Fe，B：Cl2，C：H2，E：HCl，F：FeCl2，D：FeCl3。 12．金属钠在液面上到处游动并嗤嗤作响，产生气体，接着出现白色絮状沉淀，白色沉淀双从白色变成灰绿色，最后变成红褐色。 ①2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ ②Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ ③4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 13．2:3 Fe+2Fe3+=3Fe2+ ∵n(Fe3+)未反应=n(Fe2+)生成的 2 3 又∵每生成3molFe2+，参加反应的n(Fe3+)=2mol ∴已反应的n(Fe3+):未反应的n(Fe3+)=2:3 三． 14． 分析：由于反应后铁粉有余，所以产物中铁为正二价。 解：3Fe + 8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O 0.15mol 0.4mol 0.15mol 0.1mol 因为2Fe2++Cl2→2Fe3+
n(Fe3+)总=0.18mol 又因为Fe+Fe2O3=3FeO 3FeO+6HNO3=3Fe(NO3)2 所以计算关系：Fe + Fe2O3——3FeO——6HNO3——3Fe(NO3)2
3Fe3+ 0.01mol 0.01mol 0.03mol 0.06mol 0.18-0.15=0.03mol m(Fe)=56g·mol-1×(0.15mol+0.01mol)+5.44g=14.4g m(Fe2O3)=1.6g （1）
（2）C(HNO3)=
答：混合物中含铁质量为90%，稀硝酸浓度是0.92mol·L-1。 15．分析：金属与盐酸反应，H+为氧化剂，还原成H2，n(H2)
，该金属单质被Cl2氧化成盐，Cl2氧化剂，n(Cl2)
，如果0.125molCl2也能氧化7g金属，说明金属为不变价元素，如Mg、Al等，如果不够7g，说明金属变价。
。说明金属确为变价元素。 解：设金属为M，相对原子质量为x，与HCl反应呈+n价，与Cl2反应呈+m价 2M+2nHCl=2MCln+nH2↑ 2x 22.4n 7g 2.8l
x=28n……(1) 2M+mCl2=2MClm 2x 71m 11.2g 21.3g

……(2) 因为相对原子质量为定值，所以28n=
n:m=2:3，把n=2代入（1）x=28×2=56，金属相对原子质量是56。 [提高性训练题] 一． 16．A 根据溶液中NO3-与加入的NaOH中的Na+结合成NaNO3，则n(Na+)=n(NaOH)=n(NO3-)=n(HNO3)-n(NO) V[NaOH(aq)]=
17．D m(HCl)=20g×20%=4g=m(合金) 由ω(Cl)=50% 知m(Cl-)=m(金属)


二．填空题: 18．分析：容器内可能发生的反应 ①Fe+2Fe3+=3Fe2+ ②Fe+Cu2+=Fe2++Cu ③Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+ （1）Fe3+、Cu2+ （2）Fe、Fe3+ （3）Cu2+、Fe2+；Fe、Cu 19．分析：待测液中加HCl，沉淀A是AgCl。溶液A加H2SO4酸化加溴水，把Fe2+氧化成Fe3+，同时生成沉淀B，B可能是BaSO4和CaSO4，或是其中之一，得溶液B。向B中加氨水，中和酸，使Fe3+形成Fe(OH)3，使Al3+形成Al(OH)3沉淀。C是Fe(OH)3和Al(OH)3的混合沉淀。向C中加过量NaOH溶液，把Al(OH)3溶解，生成NaAlO2溶液，是D。向D中通CO2，使Al(OH)3重新析出。 解答：（1）待测液中有Ba2+或Ca2+，或是二者均有。原因是在H2SO4中形成沉淀，只能是BaSO4和CaSO4或是其中一种。 （2）Fe(OH)3 （3）2AlO2+CO2+H2O=Al(OH)3↓+CO32-或AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3- 20．答案：（1）普通铁粉；作为水蒸气发生器（或答用于产生水蒸气）；防止倒吸（或答用做安全瓶）；氢气 （2）固体NaOH（或碱石灰、CaO、等碱性固体干燥剂）；6mol·L-1HCl。 （3）A、B、E （4）加快氢气产生的速度 （5）Fe3O4+4H2
3Fe+4H2O （6）检查H2的纯度，点燃氢气 [研究性习题] 21． 解答： （1）4HCl(浓)+MnO2
MnCl2+Cl2↑+2H2O 或 16HCl+2KMnO4==2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O （2）B中的反应进行一段时间后，看到黄绿色气体充满装置，再开始加热D。 （3）2Fe+3Cl2
2FeCl3 （4）导管易被产品堵塞；尾气排入空气，易造成环境污染。 （5）产品易潮解 在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置。 高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u 高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u

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