2019届一轮复习鲁科版铁及其化合物学案

2019届一轮复习鲁科版铁及其化合物学案

第四节　铁及其化合物 ‎[教材基础——自热身]‎ ‎1．铁的单质 ‎(1)原子结构 铁位于元素周期表中第四周期Ⅷ族。‎ ‎(2)物理性质 铁是银白色金属，熔、沸点高，抗腐蚀性强，能被磁铁吸引，具有金属的通性。‎ ‎(3)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 O2‎ 常温下：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3‎ 点燃时：3Fe＋2O2Fe3O4‎ Cl2‎ ‎2Fe＋3Cl22FeCl3‎ S Fe＋SFeS ‎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 酸 化学方程式或现象 稀H2SO4‎ Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑‎ 稀HNO3‎ Fe不足 Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O Fe过量 ‎3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 浓HNO3、‎ 浓H2SO4‎ 常温下钝化 ‎④与某些盐溶液CuSO4、FeCl3的反应 与CuSO4溶液反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。‎ 与FeCl3溶液反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。‎ ‎2．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 不溶于水 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 ‎3．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)3Fe2O3＋3H2O 制法 可溶性亚铁盐与碱(如NaOH溶液)反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓‎ 可溶性铁盐与碱(如NaOH溶液)反应：Fe3＋＋3OH－=== Fe(OH)3↓‎ 二者的关系 空气中，Fe(OH)2能够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 ‎[知能深化——扫盲点]‎ ‎(1)当稀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：Fe与稀HNO3反应生成Fe(NO3)3，生成的Fe(NO3)3与Fe反应生成Fe(NO3)2。‎ Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，‎ ‎2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2。‎ 总反应：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。‎ 可以用数轴表示：‎ 总之，Fe与HNO3、Cl2、Br2等强氧化剂反应时，氧化剂的量不管是否过量，总是先生成Fe3＋，然后Fe3＋再与Fe反应生成Fe2＋。‎ ‎[对点练]‎ ‎1.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。‎ 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2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。‎ 答案：(1)①　(2)④　(3)③‎ ‎(1)注意事项 Fe(OH)2具有还原性，易被空气中的O2氧化为Fe(OH)3。实验室制备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在密闭隔绝空气的体系中。‎ ‎(2)制备Fe(OH)2常用的3种方法 方法1：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 方法2：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，如图所示 方法3：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 ‎[对点练]‎ ‎2．(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_________________________________。‎ 解析：(1)因为Fe(OH)2在空气中容易被氧化为红褐色的Fe(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。‎ ‎(2)①Fe2＋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)①②③⑤　(2)①稀硫酸、铁屑　②煮沸　③避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2‎ ‎[题点全练——过高考]‎ 题点一　铁及其化合物的性质 ‎1．(2018·河北望都中学模拟)“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。同是由黏土烧制的砖瓦，有的是黑色的，有的却是红色的，你猜测其中的原因可能是(　　)‎ A．土壤中含有铁粉、二氧化锰等 B．黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑，红砖瓦则是添加了红色耐高温染料 C．土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色CuO和红色Cu D．土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3‎ 解析：选D　土壤中含有铁元素，经过不同工艺煅烧时，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3，故D项正确。‎ ‎2．下列有关铁及其化合物的说法中正确的是(　　)‎ A．铁的化学性质比较活泼，所以铁在自然界中全部以化合态存在 B．铁在纯氧中燃烧或在氯气中燃烧所得产物中铁的化合价均为＋3价 C．工业上可用铁质容器储存浓硝酸和浓硫酸，原因是铁在常温下与两种酸不反应 D．工业上用CO在高温条件下还原含Fe2O3的铁矿石炼铁 解析：选D　自然界中有少量铁以单质形式存在(如陨铁)，A错；铁在纯氧中燃烧产物是Fe3O4，其中铁的化合价有＋2价和＋3价两种价态，B错；铁在常温下遇浓硫酸或浓硝酸钝化，形成了致密的氧化膜隔绝铁与酸的接触，C项错。‎ ‎3．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣，上述沉淀和残渣分别是(　　)‎ A．Fe(OH)3　Fe2O3　　　 B．Fe(OH)2　Fe2O3‎ C．Fe(OH)2　Fe(OH)3 D．Fe(OH)2　FeO 解析：选B　铁与稀硫酸反应生成FeSO4，再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2，在空气中加热Fe(OH)2，铁元素被氧化为＋3价，最后所得红棕色残渣为Fe2O3。‎ 题点二　用守恒思想判断氧化物的组成 ‎4．一定质量的某铁的氧化物FexOy，与足量的4 mol·L－1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(　　)‎ A．FeO B．Fe2O3‎ C．Fe3O4 D．Fe4O5‎ 解析：选C　铁的氧化物FexOy与足量的4 mol·L－1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，3‎ n[Fe(NO3)3]＋n(NO)＝n(HNO3)，故3n[Fe(NO3)3]＋0.1 mol＝0.7 L×4 mol·L－1，解得n[Fe(NO3)3]＝0.9 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×(3－a)＝0.1 mol×(5－2)，解得a＝，由化合物中正负化合价代数和为0可得x＝2y，则x∶y＝3∶4，故该氧化物的化学式为Fe3O4。‎ ‎5．铁的常见化合价有＋2价和＋3价。据研究，铁在浓HNO3中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为(　　)‎ A．FeO·3Fe2O3 B．2FeO·3Fe2O3‎ C．FeO·2Fe2O3 D．2FeO·Fe2O3‎ 解析：选B　化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物，设化学式为nFeO·mFe2O3，则 解得n＝2，m＝3，该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。‎ ‎ [教材基础——自热身]‎ ‎1．亚铁盐和铁盐 ‎(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。Fe3＋与Cu、I－反应的离子方程式：‎ ‎2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，‎ ‎2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。‎ ‎②特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。‎ ‎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＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。‎ ‎(3)Fe2＋、Fe3＋的相互转化 Fe2＋Fe3＋‎ 上述转化中标号反应的离子方程式：‎ ‎①3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O；‎ ‎②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋‎ ‎2．Fe2＋、Fe3＋的检验 ‎(1)Fe2＋的检验 方法1‎ 无现象溶液变红色，证明含有Fe2＋‎ 方法2‎ 产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明有Fe2＋‎ 方法3‎ 生成蓝色沉淀，证明有Fe2＋‎ ‎(2)Fe3＋的检验 方法1‎ 溶液变红色，证明含有Fe3＋‎ 方法2‎ 产生红褐色沉淀，证明有Fe3＋存在 ‎3.Fe2＋、Fe3＋的除杂问题 主要成分 杂质 除杂方法 FeCl3(aq)‎ FeCl2(aq)‎ 加入氯水或H2O2‎ FeCl2(aq)‎ FeCl3(aq)‎ 加过量铁粉后过滤 FeCl2(aq)‎ CuCl2(aq)‎ 加过量铁粉后过滤 ‎[知能深化——扫盲点]‎ ‎1．“铁三角”的转化 ‎2．“铁三角”的应用 ‎(1)判断离子共存 与Fe2＋不共存的离子 NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)‎ 与Fe3＋不共存的离子 S2－、I－、SO 与Fe2＋、Fe3＋不共存的离子 HCO、CO等水解相互促进的离子 ‎(2)盐溶液的配制与保存 Fe2＋的溶液 加少量铁粉，防止Fe2＋被氧化 加少量相应的酸，防止Fe2＋水解 Fe3＋的溶液 加少量相应的酸，防止Fe3＋水解 ‎(3)物质的制备 制备无水FeCl3‎ 在HCl气流中加热蒸干FeCl3溶液 制备Fe(OH)3胶体 向沸水中加入饱和FeCl3溶液并煮沸至溶液呈红褐色，停止加热 ‎[对点练]‎ ‎(2018·福州模拟)在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01 mol的酸性混合溶液中加入0.01 mol铁粉，经搅拌后发生的变化应是(　　)‎ A．铁溶解，析出0.01 mol Ag和0.005 mol Cu B．铁溶解，析出0.01 mol Ag并放出H2‎ C．铁溶解，析出0.01 mol Ag，溶液中不再有Fe3＋‎ D．铁溶解，析出0.01 mol Ag，溶液中不再有Cu2＋‎ 解析：选C　根据金属活动顺序表可知氧化性：Zn2＋

查看更多