北京市2021高考化学一轮复习专题二元素及其化合物第7讲铁及其化合物课件 52页

第7讲　铁及其化合物 一、铁的性质 教材研读 1.物理性质 铁是银白色金属,熔、沸点较高,能被① 　 磁铁      吸引,具有良好的导电性、 导热性和延展性。 2.化学性质 Fe—   自测1 　判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ✕ ”。 (1)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸   ( √ ) (2)将一定量的铁、铜的混合物加入100 mL 0.1 mol·L -1 的FeCl 3 溶液中,充分反 应后,溶液中有固体剩余,则剩余的固体中一定含有铜,可能含有铁   ( √ ) (3)Fe与Cl 2 、Br 2 、I 2 反应均生成+3价的Fe   ( ✕ ) (4)Fe与Cl 2 在点燃条件下反应,Cl 2 过量时生成FeCl 3 ,Fe过量时生成FeCl 2 ( ✕ ) (5)Fe与一定量的稀HNO 3 反应,无论生成Fe(NO 3 ) 3 、Fe(NO 3 ) 2 ,还是二者的混合 物,被还原的HNO 3 总是占参与反应的HNO 3 的          ( √ ) (6)将水蒸气通过灼热的铁粉,铁与H 2 O(g)在高温下反应,粉末变红   ( ✕ ) (7)1 mol Cl 2 和Fe反应生成FeCl 3 转移电子数为3 N A   ( ✕ ) 自测2 　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,请归纳总结: (1)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成+2价铁的化合物? (2)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成+3价铁的化合物? 答案 　(1)Fe   Fe 2+ :铁与氧化性比较弱的非金属单质(如S、I 2 )、非氧化性 酸(如稀盐酸、稀硫酸)和不活泼金属的盐溶液(如CuSO 4 溶液)反应,都可实现 这种转化。例如:Fe+S   FeS、2H + +Fe   Fe 2+ +H 2 ↑、Cu 2+ +Fe   Fe 2+ + Cu。 (2)Fe   Fe 3+ :铁与强氧化剂(如Cl 2 、HNO 3 )在一定条件下反应可实现这种转 化。例如:2Fe+3Cl 2   2FeCl 3 、Fe+4HNO 3 (稀)   Fe(NO 3 ) 3 +NO↑+2H 2 O。 二、铁的重要化合物 1.铁的氧化物 氧化亚铁(FeO) 氧化铁(Fe 2 O 3 ) 四氧化三铁(Fe 3 O 4 ) 俗名 — 铁红 磁性氧化铁 色、态 黑色粉末 ① 　 红棕      色粉末 黑色晶体 铁元素价态 +2 +3 +2、+3 与盐酸反应 FeO+2H +   Fe 2+ +H 2 O Fe 2 O 3 +6H +   2Fe 3+ +3H 2 O Fe 3 O 4 +8H +   ② 　 2Fe 3+ +Fe 2+ +4H 2 O      2.铁的氢氧化物 氢氧化亚铁[Fe(OH) 2 ] 氢氧化铁[Fe(OH) 3 ] 色、态 白色固体 红褐色固体 与盐酸反应 Fe(OH) 2 +2H +   Fe 2+ +2H 2 O Fe(OH) 3 +3H +   Fe 3+ +3H 2 O 受热分解 — 2Fe(OH) 3   Fe 2 O 3 +3H 2 O 制法 可溶性亚铁盐与碱溶液反应:Fe 2+ +2OH -   Fe(OH) 2 ↓ 可溶性铁盐与碱溶液反应: ③ 　 Fe 3+ +3OH -   Fe(OH) 3 ↓      转化关系 在空气中,Fe(OH) 2 能够迅速被氧气氧化成Fe(OH) 3 ,现象是白色絮状沉淀迅速变成 ④ 　 灰绿      色,最后变成红褐色,化学方程式为⑤ 　 4Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O   4Fe(OH) 3      3.亚铁盐和铁盐 (1)亚铁盐 含有Fe 2+ 的溶液呈浅绿色,Fe 2+ 既有氧化性,又有还原性,Fe 2+ 与Zn、Cl 2 反应的 离子方程式分别为Zn+Fe 2+   Zn 2+ +Fe,⑥ 　 2Fe 2+ +Cl 2   2Fe 3+ +2Cl -      。 (2)铁盐 a.氧化性:含有Fe 3+ 的溶液呈⑦ 　 棕黄      色,Fe 3+ 具有氧化性,Fe 3+ 与Fe、Cu反应 的离子方程式分别为2Fe 3+ +Fe   3Fe 2+ ,2Fe 3+ +Cu   2Fe 2+ +Cu 2+ 。 b.特性:含有Fe 3+ 的溶液遇到KSCN溶液时变成⑧ 　 红      色。 自测3 　判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ✕ ”。 (1)磁性氧化铁溶于稀硝酸:3Fe 2+ +4H + +N     3Fe 3+ +NO↑+2H 2 O   ( ✕ ) (2)因为Fe 3+ 具有氧化性,所以可以用KSCN溶液鉴别Fe 3+   ( ✕ ) (3)因为Fe 3+ 具有氧化性,所以FeCl 3 溶液可用于回收废旧电路板中的铜   ( √ ) (4)过量的Fe粉中加入稀HNO 3 ,充分反应后,滴入KSCN溶液,溶液呈红色,说明 稀HNO 3 将Fe氧化为Fe 3+   ( ✕ ) 自测4 　某同学模拟2019年春晚节目《魔壶》进行实验。将“魔壶”中盛有 的FeCl 3 溶液依次倒入分别盛有约1 mL①KSCN溶液、②AgNO 3 溶液、③NaOH浓溶液的3个烧杯中,实验现象各异。下列有关说法正确的是   (　 D 　) A.烧杯①中,有红色沉淀生成 B.烧杯②中,发生了氧化还原反应 C.烧杯③中,反应后所得分散系属于胶体 D.若用FeCl 2 代替FeCl 3 进行上述实验,实验现象依然各异 答案     D　A项,烧杯①中,溶液变为红色,没有生成沉淀,错误。B项,FeCl 3 溶液 和AgNO 3 溶液反应生成AgCl白色沉淀,该反应为复分解反应,错误。C项,FeCl 3 溶液和NaOH浓溶液反应生成Fe(OH) 3 红褐色沉淀,所得分散系属于浊液,不 是胶体,错误。D项,若用FeCl 2 代替FeCl 3 进行题述实验,FeCl 2 溶液和KSCN溶 液混合,没有明显现象;FeCl 2 和AgNO 3 溶液反应生成AgCl白色沉淀;FeCl 2 和 NaOH浓溶液反应先生成白色沉淀,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐 色,因此三个烧杯中的实验现象依然各异,正确。 自测5 　(1)除去FeCl 3 溶液中的Fe 2+ 有哪些措施? (2)Fe 3+ 转化为Fe 2+ 的实验方法有哪些? (3)Fe 2+ 与N   能否大量共存?若向其中再加入少量盐酸,情况如何? (4)如何证明Fe 3 O 4 中既有+2价铁又有+3价铁? 答案 　(1)通入氧气;加入氯水;加入H 2 O 2 溶液等。 (2)加入铁粉或铜粉;加入NaI溶液;加入Na 2 S溶液等。 (3)在中性条件下,Fe 2+ 与N   能大量共存,但在酸性条件下,N   能将Fe 2+ 氧化成 Fe 3+ 而不能大量共存。 (4)取一定量Fe 3 O 4 溶于稀硫酸,形成溶液,分别取该溶液于两支试管中,一支试 管中加入KSCN溶液,溶液变红,说明含有Fe 3+ ,证明Fe 3 O 4 中有+3价铁;另一支试 管中加入酸性KMnO 4 溶液,紫红色褪去,说明含有Fe 2+ ,证明Fe 3 O 4 中有+2价 铁。 考点一　铁及其化合物之间的相互转化   考点突破 1.“铁三角”转化关系   (1)Fe   Fe 2+ 铁与氧化性比较弱的非金属单质(如S、I 2 )、非氧化性酸(如稀盐酸、稀H 2 SO 4 )、不活泼金属的盐溶液(如CuSO 4 溶液)反应。如: Fe+S   FeS Fe+2H +   Fe 2+ +H 2 ↑ Fe+Cu 2+   Cu+Fe 2+ (2)Fe 2+   Fe 3+ 亚铁盐与强氧化剂[如Cl 2 、Br 2 、HNO 3 、浓硫酸、KMnO 4 (H + )、H 2 O 2 等]反 应。如: 2Fe 2+ +Cl 2   2Fe 3+ +2Cl - 2Fe 2+ +H 2 O 2 +2H +   2Fe 3+ +2H 2 O 3Fe 2+ +4H + +N     3Fe 3+ +NO↑+2H 2 O (3)Fe 3+   Fe 可通过较强还原剂实现,如Al、CO、H 2 等。如: Fe 2 O 3 +3CO   2Fe+3CO 2 Fe 2 O 3 +2Al   2Fe+Al 2 O 3 (4)Fe   Fe 3+ 铁与强氧化剂(如Cl 2 、HNO 3 )在一定条件下反应可实现该转化。如: 2Fe+3Cl 2   2FeCl 3 Fe+4H + +N     Fe 3+ +NO↑+2H 2 O (5)Fe 3+   Fe 2+ 铁盐溶液与某些还原剂(如Fe、Cu、I - 、S 2- 等)反应。如: 2Fe 3+ +S 2-   2Fe 2+ +S↓ 2Fe 3+ +Cu   2Fe 2+ +Cu 2+ 2Fe 3+ +Fe   3Fe 2+ 2Fe 3+ +2I -   2Fe 2+ +I 2 (6)Fe 2+   Fe 含Fe 2+ 的物质与比较活泼的金属(如Al、Zn)、CO、H 2 、C等反应。如: Fe 2+ +Zn   Zn 2+ +Fe FeO+H 2   Fe+H 2 O 2.“铁三角”的应用 (1)判断离子共存 ①Fe 2+   N   (H + )、ClO - 、Mn   (H + )等(因发生氧化还原反应)。 ②Fe 3+   S 2- 、I - 、S   、HS - 等(因发生氧化还原反应)。 ③Fe 2+ 、Fe 3+   HC   、C   、Al   等(因发生相互促进的水解反应)。 (2)除杂(括号中为杂质) ①Fe 2+ (Fe 3+ ):加过量铁粉,过滤。 ②FeCl 3 (FeCl 2 ):加适量氯水或H 2 O 2 溶液。 ③FeCl 2 (CuCl 2 ):加过量铁粉,过滤。 ④Fe(Al)、Fe 2 O 3 (Al 2 O 3 、SiO 2 ):加过量NaOH溶液,过滤。 ⑤Cu 2+ (Fe 3+ ):加CuO或Cu(OH) 2 或Cu 2 (OH) 2 CO 3 调节pH至3.7左右。 (3)盐溶液的保存   (4)物质制备     典例1     (2019北京丰台期末)铝热反应常用于冶炼高熔点金属,某小组探究Al 粉与Fe 3 O 4 发生反应所得黑色固体的成分,实验过程及现象如下:   下列说法不正确的是   (　 D 　) A.反应①产生的气体是H 2 B.反应②为Al 2 O 3 +2OH -   2Al   +H 2 O C.反应③的白色沉淀是Al(OH) 3 D.黑色固体中不含Al和Fe 3 O 4 答案     D　A项,反应①有气体产生,反应②无气体产生,说明黑色固体中含有 Fe、不含Al,产生的气体是H 2 ;B项,反应②中是Al 2 O 3 与NaOH反应,其离子方程 式为Al 2 O 3 +2O     2Al   +H 2 O;C项,反应③中是Al   与CO 2 反应,可知白色 沉淀是Al(OH) 3 ;D项,由于Fe+2Fe 3+   3Fe 2+ ,故不能确定黑色固体中是否含 有Fe 3 O 4 。 1-1 　实验: ①0.005 mol·L -1 FeCl 3 溶液和0.015 mol·L -1 KSCN溶液各1 mL混合得到红色溶 液a,均分溶液a置于b、c两支试管中; ②向b中滴加3滴饱和FeCl 3 溶液,溶液颜色加深; ③再向上述b中溶液滴加3滴1 mol·L -1 NaOH溶液,溶液颜色变浅且出现浑浊; ④向c中逐滴滴加1 mol·L -1 KSCN溶液2 mL,溶液颜色先变深后变浅。 下列分析不正确的是   (　 C 　) A.实验②中增大Fe 3+ 浓度使平衡Fe 3+ +3SCN -   Fe(SCN) 3 正向移动 B.实验③中发生反应:Fe 3+ +3OH -   Fe(OH) 3 ↓ C.实验③和④中溶液颜色变浅的原因相同 D.实验②、③、④均可说明浓度改变对平衡移动的影响 答案     C　实验③中OH - 消耗Fe 3+ ,使Fe 3+ 浓度减小,导致平衡逆向移动,溶液颜 色变浅;实验④中加入KSCN溶液,引入了SCN - 和水,开始时SCN - 浓度增大为 主要因素,平衡右移,溶液颜色加深,一段时间后,溶液体积变化为主要因素,因 此溶液颜色又变浅。 1-2 　常温时,研究pH对一定浓度FeSO 4 的稳定性的影响,根据下图分析不合理 的是   (　 D 　)   A.pH小于1时,亚铁几乎无损耗,可能的原因是4Fe 2+ +O 2 +10H 2 O   4Fe(OH) 3 + 8H + 平衡逆向移动 B.pH在3.0~5.5之间,pH的变化对FeSO 4 稳定性影响不大 C.pH大于6.5时,亚铁损耗量突变,可能的原因是生成的Fe(OH) 2 更易被氧化 D.其他条件相同时,FeSO 4 溶液中加入少量(NH 4 ) 2 SO 4 固体,FeSO 4 的稳定性减 弱 答案     D　Fe 2+ 易与O 2 反应,离子方程式为4Fe 2+ +O 2 +10H 2 O   4Fe(OH) 3 +8H + , pH小于1时, c (H + )较大,反应向左进行,亚铁几乎无损耗,故A正确;由题图可知, pH在3.0~5.5之间,亚铁的损耗量几乎不变,说明pH在3.0~5.5之间,pH的变 化对FeSO 4 稳定性影响不大,故B正确;pH大于6.5时, c (H + )较小,亚铁损耗量突 变,可能的原因是酸性减弱,Fe 2+ 转化为Fe(OH) 2 从而更易被氧化,故C正确;其他 条件相同时,FeSO 4 溶液中加入少量(NH 4 ) 2 SO 4 固体,N   水解, c (H + )增大,FeSO 4 的稳定性增强或不变,故D错误。 1-3 　下列说法正确的是   (　 D 　) A.将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液,现象是有气体生成, 溶液呈红色,原因是稀硝酸将Fe氧化为Fe 3+ B.将铜粉加入1.0 mol/L Fe 2 (SO 4 ) 3 溶液中,现象是溶液变蓝,有黑色固体出现,原 因是金属铁比铜活泼 C.FeCl 3 溶液可用于铜质印刷电路板制作,是因为FeCl 3 能从含Cu 2+ 的溶液中置 换出铜 D.室温下,能将浓硫酸盛放在铁桶中 答案     D　A项,过量铁粉与稀硝酸充分反应后,铁最终转化为Fe 2+ ,滴加KSCN 溶液后不会出现红色;B项,铜粉与Fe 2 (SO 4 ) 3 溶液发生反应:2Fe 3+ +Cu   2Fe 2+ + Cu 2+ ,不会有黑色固体出现;C项,FeCl 3 与Cu 2+ 不反应,制作电路板的原理为Fe 3+ 能腐蚀铜,发生反应:2Fe 3+ +Cu   2Fe 2+ +Cu 2+ ;D项,室温下,Fe遇浓硫酸发生钝 化,可用铁桶盛放浓硫酸。 考点二　Fe 2+ 与Fe 3+ 的检验   1.直接观察颜色 含Fe 2+ 的溶液呈浅绿色,含Fe 3+ 的溶液呈黄色。 2.利用显色反应 (1)     (2)   (3)   3.利用生成的氢氧化物沉淀的颜色   4.利用Fe 3+ 的氧化性 (1)   (2)   (3)   5.利用Fe 2+ 的还原性 (1)   (2)     典例2 　要证明某溶液中不含Fe 3+ 而可能含有Fe 2+ ,进行如下实验操作时的最 佳顺序为   (　 C 　) ①加入足量氯水 ②加入足量酸性KMnO 4 溶液 ③加入少量NH 4 SCN溶液 A.①③　　B.③②　     C.③①　　D.①②③ 答案     C　先加入少量NH 4 SCN溶液,无明显现象,证明原溶液中不含Fe 3+ ;再 加入足量氯水,溶液变为红色,则证明原溶液中含有Fe 2+ ,否则不含Fe 2+ 。若溶 液中含有Fe 2+ ,第二步加入足量酸性KMnO 4 溶液时,溶液颜色变化不明显,所以 不选用酸性KMnO 4 溶液。 2-1 　下列有关物质检验方法不合理的是   (　 B 　) A.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显红色,该溶液中 一定含有Fe 2+ B.用酸性KMnO 4 溶液检验FeCl 3 溶液中是否含有FeCl 2 C.检验绿矾晶体是否已被氧化变质,可将绿矾晶体溶于稀H 2 SO 4 后滴加KSCN 溶液,再观察溶液是否变红 D.向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe 3+ 答案     B　B项,Cl - 也能使酸性KMnO 4 溶液褪色。 2-2 　某学生设计了如图所示的方法,鉴定盐溶液A的组成成分,由此分析,下 列结论中正确的是   (　  B 　)   A.A中一定有Fe 3+ 　　B.C中一定有Fe 3+ C.B为AgI沉淀　　 D.A一定为FeBr 2 溶液 答案     B　HNO 3 具有强氧化性,可氧化Fe 2+ ,A中不一定有Fe 3+ ,A错误;AgI为黄 色沉淀,C错误;A可能是FeBr 3 溶液、FeBr 2 溶液或二者的混合物,D错误。 考点三　Fe(OH) 2 的制备方法   　　Fe(OH) 2 在空气中易被氧化:4Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O   4Fe(OH) 3 。在实验 室制取Fe(OH) 2 时,一定要用新制的亚铁盐溶液和加热驱赶O 2 后的NaOH溶液, 用胶头滴管吸取NaOH溶液且将滴管末端插入亚铁盐溶液的液面下,再加入 NaOH溶液。也可以在反应液上面滴加植物油或苯等物质进行液封,以减少 Fe(OH) 2 与O 2 的接触。   典例3 　由于Fe(OH) 2 具有很强的还原性,易被氧化为Fe(OH) 3 ,故在实验室中 制备Fe(OH) 2 ,并使Fe(OH) 2 长时间保持白色沉淀状态,成为物质制备实验探究 的热点。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 +O 2 +2H 2 O   4Fe(OH) 3 ,因此要较长时间看到Fe(OH) 2 白色沉淀,就 要排出装置中的氧气或空气。①、②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Fe 2+ , 阴极产生OH - ,二者结合生成Fe(OH) 2 ,且用汽油液封,能防止空气进入;④中未 隔绝空气或氧气,因此不能较长时间看到白色沉淀;⑤中加苯液封阻止了空气 进入。 答案 　①②③⑤ 3-1 　用下列方法可制得Fe(OH) 2 白色沉淀:用不含Fe 3+ 的FeSO 4 溶液与用不含 O 2 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FeSO 4 溶液时还需加入 　　　　　　　     。 (2)除去蒸馏水中溶解的O 2 常采用 　　　　　     的方法。 (3)生成Fe(OH) 2 白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O 2 的NaOH溶液,插入 FeSO 4 溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是 　　　　　　　     　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     。 答案 　(1)稀硫酸、铁屑 (2)加热煮沸 (3)避免生成的Fe(OH) 2 与氧气接触而被氧化 解析 　(1)FeSO 4 易水解、易被氧化,因此配制FeSO 4 溶液时需加入稀硫酸抑制 其水解,加入铁屑防止其被氧化。 (3)Fe(OH) 2 很容易被氧化,实验过程中要避免其与氧气接触。 3-2 　根据下图所示装置和操作,回答下列有关问题。   (1)按图Ⅰ所示装置,用两种不同的操作分别进行实验,观察B试管中的现象。 ①操作1:先夹紧止水夹a,再使A试管内开始反应,实验中B试管中观察到的现 象是     　　　　　　　　　　　　　     。 ②操作2:打开止水夹a,使A试管内反应一段时间后再夹紧止水夹a,实验中B试 管中观察到的现象是     　　　　　　　　　　　　　     。 ③请说明造成两种操作现象不同的原因(如两种操作现象相同,此小题不用作 答)     　　　　　　　　　     。 (2)上述实验结束后,取A试管内反应所得的溶液,隔绝空气小心蒸干后,再高 温煅烧(有关装置和操作均已略去),最后剩下红色固体,将分解时产生的气体 按图Ⅱ所示装置依次通过洗气装置,结果试管甲内出现白色沉淀,试管乙内品 红溶液红色褪去。请回答: ①用化学方程式表示试管甲内产生白色沉淀的原因:     　　　　　　　     。 ②根据实验现象写出A试管内溶液蒸干后,在高温煅烧分解时所发生反应的 化学方程式:       。 ③图Ⅱ中丙装置的作用是 　　　　　　　　　　　　     。实验结束时,在丙 装置中观察到的现象是      　　     。 答案 　(1)①液面升高且生成白色沉淀,白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为 红褐色 ②液面上升,有白色沉淀生成,且保持较长时间不变色 ③操作2开始产生的H 2 将装置内的空气排尽,避免了Fe(OH) 2 被氧化 (2)①SO 3 +H 2 O+BaCl 2   BaSO 4 ↓+2HCl ②2FeSO 4   Fe 2 O 3 +SO 3 ↑+SO 2 ↑ ③吸收剩余的SO 2 气体　导管中形成一段液柱 解析 　当夹紧止水夹a且使A试管中的反应开始进行时,产生的气体会将生成 的FeSO 4 溶液压入B试管内,与NaOH溶液反应生成Fe(OH) 2 白色沉淀,但由于 装置中有空气存在,生成的Fe(OH) 2 立即被空气中的O 2 氧化为Fe(OH) 3 ,出现一 系列的颜色变化。先使A试管内的反应进行一段时间后再夹紧止水夹a,由于 产生的H 2 将装置中的空气排尽,生成的Fe(OH) 2 不易被氧化。由于A试管内 H 2 SO 4 适量,最后所得溶液中的溶质应为FeSO 4 ,由题目所给信息可知,FeSO 4 的 分解产物有SO 3 、SO 2 和Fe 2 O 3 。