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第三讲铁及其重要化合物1.了解铁及其重要化合物的制备方法。2.掌握铁及其重要化合物的主要性质及其应用。铁及其重要化合物[知识梳理]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，具有导电性、导热性和延展性，具有能被磁铁吸引的特征。2.铁的化学性质(用化学方程式或离子方程式表示)铁单质性质活泼，有较强的还原性，铁元素主要化合价为＋2价和＋3价。(1)与非金属单质的反应①与O2的反应常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。点燃：3Fe＋2O2=====点燃Fe3O4。②与Cl2的反应：2Fe＋3Cl2=====点燃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)=====高温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与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应，但无H2产生。(4)与盐溶液的反应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：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。3.铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4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元素的化合价＋2＋3＋2，＋3稳定性不稳定稳定稳定与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O4.铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体与盐酸反应Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O受热分解2Fe(OH)3=====△Fe2O3＋3H2O制备可溶性亚铁盐与碱溶液反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓可溶性铁盐与碱溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓二者的关系在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)35.亚铁盐和铁盐(1)亚铁盐含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋既有氧化性，又有还原性，Fe2＋与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe、2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(2)铁盐①氧化性：含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋具有氧化性，Fe3＋与Cu反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。②特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN时变成红色。③易水解：FeCl3滴入沸水中的化学方程式：FeCl3＋3H2O=====△Fe(OH)3(胶体)＋3HCl。[自我检测]1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应。()(2)在FeCl3溶液中加入KHCO3溶液，会有CO2产生，但无Fe(OH)3沉淀生成。()(3)向硫酸亚铁溶液中滴加NaOH溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁。()(4)铁与过量的硫粉共热产物是Fe2S3。()(5)Fe2O3不可与水反应得到Fe(OH)3，所以不能通过化合反应制取Fe(OH)3。()(6)氢氧化铁与HI溶液反应的离子方程式为Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O。()(7)将FeCl3溶液直接蒸干即可得到无水FeCl3固体。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×2.将下列物质的颜色和用途或性质用短线连接起来。①Fe2O3a.红褐色A.具有较强的还原性②Fe(OH)2b.红棕色B.易被氧化成灰绿色最终变成红褐色③Fe(OH)3c.白色C.红色油漆、涂料④Fe2＋d.棕黄色D.受热分解成红棕色粉末⑤Fe3＋e.浅绿色E.具有较强的氧化性答案：①—b—C②—c—B③—a—D④—e—A⑤—d—E(1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的氯化物不同，Fe与Cl2反应生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。(2)铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。(3)铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。(4)Fe3O4的组成可理解为FeO·Fe2O3，与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时生成Fe2＋和Fe3＋；与氧化性酸(如HNO3)反应时生成Fe3＋；与还原性酸(如HI)反应时生成Fe2＋。含有agHNO3的稀硝酸跟bg铁恰好反应，铁全部溶解，生成NO。已知有a/4gHNO3被还原，则a∶b不可能是()A.3∶1B.3∶2C.4∶1D.9∶2[解析]若生成硝酸亚铁：3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O1682×63＝126ba/4168/b＝126×4/aa∶b＝3∶1若生成硝酸铁：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O5663ba/456/b＝63×4/aa∶b＝9∶2还可能生成硝酸铁和硝酸亚铁的混合物，所以a∶b介于3∶1与9∶2之间，不在此范围的只有B项。[答案]B铁元素是典型的变价金属元素，它在化合物中主要表现为＋2价和＋3价，通过归纳总结完成以下填空：单质铁与(填编号，下同)反应时只生成＋3价铁；与反应时只生成＋2价铁；与反应时既生成＋2价铁也生成＋3价铁。所选试剂：①Cl2②O2③H2O(g)④S⑤盐酸⑥稀硝酸(足量)⑦稀硫酸⑧CuSO4溶液⑨FeCl2溶液⑩铁粉与稀硝酸溶液满足n(Fe)∶n(HNO3)＝5∶16答案：①⑥④⑤⑦⑧②③⑩数轴法分析铁与稀HNO3反应的产物一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式：HNO3过量：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；Fe过量：Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2；两者相加得总方程式：3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，可以用数轴表示：解题时需注意量的范围。即：①n(Fe)n(HNO3)≤14，产物仅有Fe(NO3)3，稀HNO3可能有剩余；②n(Fe)n(HNO3)≥38，产物仅有Fe(NO3)2，Fe可能有剩余；③14＜n(Fe)n(HNO3)＜38，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，Fe和稀HNO3都反应完全。题组一铁及其化合物的性质及计算1.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.工业上可用铁制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错。2.向一定量的Fe、FeO和Fe2O3的混合物中加入120mL4mol/L的稀硝酸，恰好使混合物完全溶解，生成1.344LNO(标准状况)，往所得溶液中加入KSCN溶液，无红色出现。若用足量的氢气在加热条件下还原相同质量的混合物，能得到铁的物质的量为()A.0.24molB.0.21molC.0.16molD.0.14mol解析：选B。向一定量的Fe、FeO和Fe2O3的混合物中加入120mL4mol/L的稀硝酸，恰好使混合物完全溶解，向所得溶液中加入KSCN溶液，无红色出现，则溶液中的溶质为Fe(NO3)2，1.344LNO(标准状况)的物质的量为1.344L22.4L/mol＝0.06mol，根据氮元素守恒，Fe(NO3)2中的NO－3的物质的量为0.12L×4mol/L－0.06mol＝0.42mol，所以硝酸亚铁的物质的量为0.42mol÷2＝0.21mol，由铁元素守恒可知，得到铁的物质的量为n(Fe)＝0.21mol，B项正确。3.(2018·江淮名校联考)5.6g铁粉与一定量的硫黄混合，在空气中加热发生剧烈反应，冷却后用足量的盐酸溶解反应后的残留固体，产生了2.0L气体(标准状况)，通过分析可知其小于应生成的气体量，其最可能的原因是()A.硫黄量不足B.生成了FeSC.生成了Fe2S3D.有部分Fe被空气中的氧气氧化了解析：选D。当此混合物反应完全后，加入足量的盐酸时，如果铁过量，1mol铁对应1mol氢气，如果硫黄过量，硫化亚铁与盐酸反应，1mol硫化亚铁对应1mol硫化氢气体，故5.6g铁反应，对应的气体为2.24L(标准状况)，但是实际产生的气体体积偏小，可能原因是部分Fe被空气中的氧气氧化了。题组二Fe(OH)2的制备实验探究4.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(填序号)。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，即发生反应：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。①②原理一样，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NaCl溶液产生的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制备Fe(OH)2常用的三种方法(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1所示。(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2所示。(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3所示。“铁三角”及Fe2＋、Fe3＋的检验[知识梳理]1.“铁三角”的转化关系(1)Fe2＋与强氧化剂(O2、Cl2、Br2、H2O2、Na2O2、KMnO4、浓硫酸、HNO3、NO2、K2Cr2O7等)反应时，被氧化为Fe3＋。例如：6Fe2＋＋Cr2O2－7＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。(2)Fe3＋与Fe、Cu、S2－(H2S)、I－(HI)等还原剂反应时生成Fe2＋。例如：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(三价铁盐腐蚀印刷电路板)。(1)氧化性：Ag＋Fe3＋Cu2＋Fe2＋；还原性：S2－＞I－＞Fe2＋＞Br－＞Cl－。(2)只有在干态下Fe3＋才能被还原为Fe。2.“铁三角”的重要应用(1)判断离子共存Fe2＋因氧化还原不共存NO－3(H＋)、ClO－、MnO－4(H＋)；Fe3＋因氧化还原不共存S2－、I－、SO2－3；Fe2＋、Fe3＋不共存HCO－3、CO2－3等水解相互促进的离子。(2)除杂溶液杂质除杂方法FeCl2FeCl3加过量铁粉后过滤FeCl3FeCl2加氯水或H2O2FeCl2CuCl2加过量铁粉后过滤(3)盐溶液的配制与保存(4)物质制备3.检验Fe2＋、Fe3＋的常用方法(1)Fe3＋的检验①样品溶液――————→滴加KSCN溶液溶液变红色，证明含有Fe3＋。②样品溶液―————―→加入氢氧化钠溶液产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋。(2)Fe2＋的检验①样品溶液―————―→滴加KSCN溶液无现象―——―→滴加氯水或双氧水溶液变红色，证明含有Fe2＋。②样品溶液―——————―→加入氢氧化钠溶液产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红