高考化学个考点精讲考点铁和铁的化合物 16页

考点 37 铁和铁的化合物 1．复习重点 1．铁单质的化学性质 2．铁的重要化合物的氧化还原性； 3．Fe(Ⅱ）、Fe(Ⅲ)的相互转化是高考的热点。 2．难点聚焦 一、铁的结构和性质 1. 铁是 26 号元素，位于第四周期第Ⅷ族，属于过渡元素。 原子结构示意图： 主要化合价：+2，+3 2.铁在金属的分类中属于黑色金属，重金属，常见金属。纯净的铁是光亮的银白色金属， 密度为 7.86g/㎝3,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。还原 铁粉为黑色粉末。 3.铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。 ①跟非金属反应： 点燃 点燃 △ 3Fe+2O2 == Fe3O4 2Fe+3Cl2 ==2FeCl3 Fe+S= FeS Fe+I2= FeI2 ②跟水反应： 3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2↑ ③跟酸作用：Fe+2H+=Fe2++H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生 H2， 且氧化性酸过量时生成 Fe3+) ④与部分盐溶液反应：Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+ 3.生铁与钢的比较 铁的合金 生铁 钢 含碳量 2%～4.3% 0.03%～2% 其它杂质 含硅、锰、硫、磷较 多 含硅、锰少量，硫和磷几 乎没有 机械性能 硬而脆、无韧性 硬而韧、有弹性 机械加工 可铸不可锻 可铸、可锻、可压延 4.炼铁和炼钢的比较 炼铁 炼钢 原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气 生铁、空气（或纯氧、氧化铁）、生石灰、 脱氧剂 化 学 原理 在高温下用还原剂从铁矿石 里还原出来 在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和 其它氧化为气体或炉清除去 主 要 ①还原剂的生成 C+O2 CO2 ①氧化：2Fe+O2 2FeO高　温 反 应 CO2+C 2CO ②铁的还原 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 ③炉渣的生成 CaCO3 CaO+CO2 CaO+SiO2 CaSiO3 FeO 氧化铁水里的 Si、Mn、C 等。如 C+FeO Fe+CO ②造渣：生成的硅锰氧化物得铁水里的硫、 磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。 ③脱氧，并调整 Mn、Si 含量 2FeO+Si 2Fe+SiO2 主 要 设备 高炉 转炉 1.过渡元素位于周期表中中部从ⅢB～ⅡB 族十个纵行，分属于第四周期至第七周期。 过渡元素都是金属，又叫过渡金属。 过渡金属的密度一般比较大，熔沸点较高，有较高的硬度、较好的延展性和机械加工性 能，较好的导电、导热性能和耐腐蚀性能。 过渡元素的原子最外层电子数不超过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去 电子，因此过渡元素有可变化合价。所以当 Fe 与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的 2 个 电子，形成 Fe2+；当 Fe 与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成 Fe3+。这就是铁在其化合物中通常显+2 价或+3 价的原因。则 Fe 发生化学反应能得到+2 价还 是+3 价，需看参加反应的氧化剂的强弱，有时还要看反应物的量之间的关系。 例如：①铁在 O2 中燃烧的，一定要在集气瓶低留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被 炸裂；②Fe 与 S 反应中 Fe 只能失去其最外层的 2 个电子而变成+2 价，反应开始后撤去酒精 灯，反应可以继续进行，说明反应放热；③Fe 在 Cl2 中燃烧时不但能失去最外层的 2 个电子， 而且还可失去次外层的 1 个电子后成+3 价，说明氧化性 Cl2>S；④在高温时能与 C、P、Si 等化合。 2.铁的合金 一般地说，含碳量在 2%～4.3%的铁的合金叫做生铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰 以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨 铸铁等几种。 一般地说，含碳量在 0.03%～2%的铁的合金叫做钢。钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、 压延，也可以铸造。 钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢 就是普通的钢。合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、 钨、铜等合金元素而制成的。合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能。 3.炼铁 (1)反应原理：利用氧化——还原反应，在高温下，用还原剂(主要是 CO)把铁从铁矿石 里还原出来。 (2)原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气 (3)设备：高炉 (4)生产过程 ①还原剂的生成 C+O2 CO2 CO2+C 2CO 高　温 高　温 高　温 高　温 高　温 ↑ 高　温 点　燃 ∆ ②铁矿石还原成铁 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2↑ ③除脉石、炉渣的形成 CaCO3 CaO+CO2↑ SiO2+CaO CaSiO3 4.炼钢 (1)设备：氧气顶吹转炉 (2)主要原料：炼钢生铁、生石灰、氧气。 (3)反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质 氧化为气体或炉渣除去。 (4)炼钢时的主要反应： ①氧化剂的生成，热能的来源 2Fe+O2 2FeO ②降低碳的含量 C+FeO CO+Fe ③除去 S、P 等杂质 ④加硅铁、锰铁、铝除剩余 FeO——脱氧 2FeO+Si 2Fe+SiO2 二、铁的氧化物和氢氧化物 1.铁的氧化物的比较 铁的氧 化物 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗称 铁红 磁性氧化铁 色、态 黑色粉末 黑色晶体 红棕色粉末 铁的价态 +2 +3 +2、+3 水溶性 难溶于水 稳定性 不稳定性 6FeO+O2=2Fe3O4 稳定 稳定 与酸的反 应 FeO+2H+=Fe2++H2O Fe2O3+6H+=2Fe3+ +3H2O Fe3O4+8H+=2Fe3++ Fe2++4H2O 与 CO 的 反应 FexOy+yCO=xFe+yCO2 制取 高温熔融，过量的 铁与氧气反应 2Fe+O2=2FeO Fe(OH)3 的分解 2Fe(OH)3=Fe2O3 +3H2O 铁在氧气中燃烧 3Fe+2O2=Fe3O4 2.铁的氢氧化物的比较 Fe(OH)2 Fe(OH)3 物理性质 白色，难溶于水的固体 红褐色，难溶于水的固体 ∆ 高　温 高　温 高　温 高　温 高　温 化学性质 （1）与非氧化性强酸反应 Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O (2)与氧化性酸反应 3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO ↑+8H2O （3）空气中放置被氧化 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 （1）与酸反应 Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O （2）受热分解 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O 制备 ①煮沸蒸馏水，赶走溶解的氧气 ②煮沸 NaOH 溶液，赶走溶解的 氧气③配制 FeSO4 溶液，加少量 的还原铁粉④用长滴管将 NaOH 溶液送入 FeSO4 溶液液面以下 Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 将 NaOH 溶液滴入 Fe2(SO4)3 溶液中 Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓ 1. Fe3O4 是复杂的化合物，经研究证明，在 Fe3O4 晶体中有 1/3 的 Fe 是+2 价，有 2/3 的 Fe 是+3 价，可看成 FeO·Fe2O3，实际应写成 Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化 物。 2.Fe(OH)2 和 Fe(OH)3 从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色 沉淀。而 Fe(OH)2 极不稳定，易被氧化成 Fe(OH)3，反应现象是：白色→灰绿色→红褐色。 若要观察到白色的 Fe(OH)2 沉淀，需要创造以下条件： （1）排除亚铁盐溶液里的 Fe3+离子，以免 Fe3+离子直接与 OH-结合生成 Fe(OH)3。 （2）尽量排除溶液中溶解的氧气（绝对排除是办不到的），以减慢生成的 Fe(OH)2 被氧 化成 Fe(OH)3 的速度。 反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止 Fe3+离子产生。亚铁盐溶液与碱 溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的 试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。 三、Fe、Fe2+和 Fe3+之间相互转化及检验 从 Fe、Fe2+和 Fe3+的结构可知:Fe 只有还原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性 又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价 态的铁相互转化，如下图（常称为铁三角）： Fe Cl2 CO Fe3+ CO O2 Zn Cu2+ H2 HNO3 I-、I2、S Al KMnO4 Cl2、O2、HNO3、KMnO4、H2O2 Fe2+ Fe、Cu、I-、S2-、H2S Fe3+ （溶液为绿色） （溶液为棕黄色） 1.学习铁及其化合物的性质要注意： (1)抓价态：从铁元素三种价态的相互转化(铁三角关系)去认识铁及其化合物间的氧化 —还原反应规律. (2)想属类：如铁是一种比较活泼的过渡金属，氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物，氢氧 化亚铁、氢氧化铁为不溶性弱碱，氯化铁为强酸弱碱盐，由此去分析理解它们各自所具有的 性质. 2.铁元素的原子在化学反应中，当遇弱氧化剂(如 S、H+、Cu2+、I2 等)时，铁只能失去最 外层的两个电子，而生成+2 价铁的化合物，当遇到强氧化剂(如 Cl2、Br2、HNO3 等)时，铁 原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3 价铁的化合物. 3.具体反应有： （1）Fe2+→Fe3+ ①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-（在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色）。 ②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O（亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是： 12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3） ③3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++2H2O+NO↑ ④5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+ 如在 FeCl2 溶液中滴加酸性 KMnO4 溶液，溶液由浅绿色变棕黄色，在酸性 KMnO4 溶液滴 加 FeCl2 溶液，溶液由紫红变棕黄。 ⑤2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O （2）Fe3+→Fe2+ ①2Fe3++S2+=2Fe2++S,如在 FeCl3 溶液中滴加适量的 Na2S 溶液,溶液变浑浊，滤去沉淀则 滤液为浅绿色；如加入过量的 Na2S 溶液，，则又有黑色沉淀生成（FeS），向 Fe3+溶液中通入 H2S 气体的离子方程式为：2Fe2++H2S=2Fe3++2H++S↓。 ②2Fe3++SO32－+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+ ③2Fe3++Fe=3Fe2+,在 FeSO3 溶液中往往要加铁的原因是可以防止 Fe2+被氧化为 Fe3+。 ④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,电路板的制作是利用 FeCl3 溶液与裸露的铜反应。 ⑤2Fe3++2I－=2Fe2++I2 4.Fe2+和 Fe3+的检验 （1）Fe2+的检验： 方法一：滴加 KSCN 溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。 方法二：滴加 NaOH 溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。 （2）Fe3+的检验： 方法一：滴加 KSCN 溶液或 NH4SCN 溶液，溶液立即变为血红色。 方法二：滴加 NaOH 溶液,出现红褐色沉淀。 1.Fe2+和 Fe3+的相互转化 Fe2+有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成 Fe3+： MnO-4+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O +6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O H2O2+2Fe2++2H+=2F3++2H2O 在酸性溶液中，空气中的氧也能把 Fe2+氧化： 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 在碱性溶液中，Fe2+的还原性更强，它能把 NO-3 和 NO-2 还原成 NH3，能把 Cu2+还原成金 属铜.Fe3+具有氧化性，它能把 I-氧化成 I2： 2Fe3++2I-=2Fe2++I2 在无线电工业上，常利用 FeCl3 溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式 --2 72OCr 是： 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ 因此，铜在氯化铁溶液中能作还原剂，而 FeCl3 是氧化剂. Fe3+在酸性溶液中容易被 H2S、SnCl2 等还原成 Fe2+： 2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+ 2F3++Sn2+=2Fe2++Sn4+ Fe3+还能被金属铁还原： 2Fe3++Fe=3Fe2+ 在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止 Fe2+被氧化为 Fe3+. 2.Fe2+和 Fe3+的颜色 Fe2+在水溶液中通常以水合离子［Fe(H2O)6］2+形式存在，呈淡绿色，并存在下列平衡： ［Fe(H2O)6］2++H2O ［Fe(H2O)5OH］++H2O+ 这个平衡的 pK=9.5，水解的程度很小，溶液近于中性. Fe3+在酸性溶液中，通常以淡紫色的［Fe(H2O)6］3+形式存在.三氯化铁以及其他+3 价铁 盐溶于水后都发生显著的水解，实质是+3 价水合铁离子的水解.只有在 PH=0 左右时，才有 ［Fe(H2O)6］3+存在(但由于有阴离子的存在，会生成其他的络离子，影响淡紫色的观察). 当 PH 为 2～3 时，水解趋势很明显.它们的水解平衡如下： ［Fe(H2O)6］3++H2O ［Fe(H2O)5(OH)］2++H3O+ K=10-3.05 ［Fe(H2O)5(OH)］2++H2O ［Fe(H2O)4(OH)2］++H3O+ K=10-3.26 生成的碱式离子呈黄色，它可聚合成二聚体： 2［Fe(H2O)6］3+ ［Fe2(H2O)8(OH) 2］4++2H3O+ K=10-2.91 二聚体是借 OH-为桥把 2 个 Fe3+连结起来形成的多核络离子.溶液的 PH 越高，水解聚合的倾 向越大，最后逐渐形成胶体，析出红综色水合氧化铁沉淀。 3．例题精讲 例 1.把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属 阳离子是 （ ） A.只有 Fe2+ B.只有 Fe3+ C.有 Fe2+和 Cu2+ D.有 Fe3+和 Cu2+ 思路与解析：浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将 Fe 和 Cu 分别氧化成 Fe3+和 Cu2+， 过量的铁又与 Fe2+和 Cu2+反应生成 Fe2+和 Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金属阳离子为 Fe2+，故选 A。 例 2. 将 6g 纯 铁 粉 加 入 200mLFe2(SO4)3 和 CuSO4 的 混 合 溶 液 中 充 分 反 应 后 得 到 200mL0.5mol/L 的 FeSO4 溶液和 5.2g 固体，求： （1）反应后生成铜多少克？ （2）加入铁粉前 Fe2(SO4)3 物质的量浓度。 [思路]：在 Fe2(SO4)3 和 CuSO4 的混合溶液中投入铁粉后，Fe3+和 Cu2+均可与铁发生反应， 但由于氧化性 Fe3+>Cu2+，所以 Fe 应首先还原 Fe3+，即首先发生反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，但不 可以只发生此反应，原因有二：第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余， 则不可能有 5.2g 不溶物；第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的 FeSO4 为（6g÷ 56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通过以上分析，可以看出，Fe 在把全部的 Fe3+还原后，不 发生了还原 Cu2+的反应，此时的 Fe 是否有剩余呢？也就是余 5.2g 固体中肯定有 Cu，是否 含 Fe 呢？这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。 [解析]：发生反应的化学方程式为： ①Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 ②Fe+CuSO4=Cu+FeSO4 两个反应共生成 FeSO4 为：0.2L×0.5mol/L=0.1mol 观察两个反应不难发现，若生成同样的 FeSO4，②式消耗的铁更多。假设 0.1molFeSO4 全部为②式产生，则此时消耗的铁将达最大量为 a。 Fe ～ FeSO4 1mol 1mol a 0.1mol a=0.1mol，即铁为 5.6g，则 5.2g 固体中含 Cu 也含剩余的 Fe，设原溶液的 Fe2(SO4)3 和 CuSO4 的物质的量分别为 x 和 y。 Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4 X x 3x y y y y 由题意得 3x+y=0.1mol 6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g 解得：x=0.02mol y=0.04mol 则生成铜：0.04mol×64g/mol=2.56g 原 Fe2(SO4)3 和物质的量浓度为 0.02mol/0.2L=0.1mol/L 例 3.mg 铁粉与一定量的 HNO3 在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况 nL 氧气 混合,恰好能被水完全吸收,m 和 n 的关系是什么? [思路]此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因 HNO 3 的浓度和用量不同,生成 Fe(NO3)3 还是 Fe(NO3)2 不能确定,HNO3 的还原产物是 NO 还是 NO2 也不能确定。所以消耗的氧 气也无从下手求出.但是从始态和终态来看,HNO3 的还原产物与氧气混合后,最终还是生成 HNO3,这样消耗的氧气相当于把 mg 铁粉氧化成+2 价或+3 价化合物,用极端思考法很容易求 出。 [解析]:假设 HNO3 为稀的,铁与 HNO3 反应后的价态是+2, 则有: 3 Fe +8 HNO3= 3 Fe(NO3)2 + 2 NO↑+ 4 H2O (1) 4NO +3O2 +2H2O=4HNO3 (2) (1)×2 +(2)得：2Fe + O2 +4HNO3= 2Fe(NO3)2 +2H2O 可改写为 ： 2Fe + O2 +4HNO3 = 2FeO + 4HNO3 即： 2Fe + O2 =2FeO 同理可得 ： 4Fe +3O2=2Fe2O3 问题便得以解决 即 ：当铁被氧化为+2 价时，由电子得失守衡得： m/56×2=n/22.4×4 n=O.2m 当铁被氧化为=+3 价时，由电子得失守衡得： m/56×3=n/22.4×4 n=O.3m 则 m 与 n 的关系是：O.2m≤n≤O.3m [小结]此题在解题过程中，巧妙得使用了始态和终态，使复杂的问题简单化。氧化还原 反应中，电子得失守衡的使用，避免了繁琐的计算，在应试中赢得了时间，思维训练方面堪 称是一道好题。 例 4.由 FeO、Fe2O3 和 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 和 Fe3O4 的物质的量之比是（ ）。 A.1：2：1 B. 2：1：1 C. 1：1：1 D. 1：1：3 [思路]：可用平均组成法来求解： [解析]在混合物中 Fe 原子和氧原子物质的量之比为(21/56)：（8/16）=3：4，则混合 物的平均组成为 Fe3O4，在三种组合中 Fe3O4 则不必多考虑，应注意 FeO 和 Fe2O3 混合后也应 符合 Fe3O4，所以在混合物中它们的物质的量之比必需是 1：1.故答案应选 C、D。 例 5.某铁的“氧化物”样品，用 5mol/L 的盐酸 140mL 恰好完全溶解，所得溶液还能吸 收 标 准 状 况 下 0.56L 氯 气 ， 使 其 中 Fe2+ 全 部 转 化 为 Fe3+ 。 该 样 品 可 能 的 化 学 式 是 （ ） A. Fe2O3 B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7 [思路]：利用正、负电荷相等列方程可快速解题。 [解析]设铁的氧化物中含 O2-为 xmol，则其化学式为 FexOy，由 O2-个数守恒有： 2yH++ FexOy = yH2O+ xFe+（2y/x） 2ymol ymol 0.7mol amol 2y：y=0.7：a a=0.35（mol） 设 FexOy 中含 Fe2+bmol,则： 2Fe2++ Cl2 = Fe3＋+ 2Cl- 2mol 22.4L bmol 0.56L 2：b=22.4：0.56 b=0.05（mol） 设样品 FexOy 中含 Fe3+为 cmol,则由电荷守恒可得： （2×0.05mol）×3cmol=2×0.35mol 解之得 c=0.2mol 故样品 FexOy 中：x：y=（0.05+0.02）：0.35=5：7 即样品“氧化铁”化学式为：Fe5O7。 例 6：试样 x 由氧化亚铁和氧化铜组成.取质量相等的两份试样，按下图所示进行实验. (1)请写出步骤③中所发生的全部反应的离子方程式. (2)若全部的溶液 y 和全部的粉末 Z 充分反应后，生成的不溶物的质量是 m，则每份试 样 x 中氧化铜的质量为 (用 m 表示). [思路]：本题第一问比较简单.发生的反应为：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，Fe+2H+=Fe2++H2↑ 第二问是考查思维的严密性和敏捷性.由题意，反应后溶液中不含 Cu2+，所以两份试样 中的铜元素全部转化为单质铜，而溶液是强酸性，则固体物中无 Fe,所以 m 为铜的质量.故 一份试样中氧化铜的质量为 ×MCuO= m= m. [解析]：(1)Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2H+=Fe2+H2↑ (2) m 例 7. 在 下 列 所 指 的 各 溶 液 中 ， 分 别 滴 加 NH4SCN 溶 液 后 ， 溶 液 不 呈 血 红 色 的 是 （ ）。 CuM m2 1 642 80 × 8 5 8 5 A.加入足量镁粉的 Fe2(SO4)3 溶液 B.加入过量铁粉的稀硝酸溶液 C.铁丝在足量的氯气中燃烧后，所得产物的溶液 D.长期暴露在空气中的绿矾溶液 [思路]：实验室鉴定 Fe3+的方法是利用 KSCN 溶液，它们相遇会呈血红色，若利用 NH4SCN 溶液，实质是一样的： Fe3++SCN-=[Fe（SCN）]2+ Fe3+可以结合 1～6 个 SCN-，产物皆为血红色。 A.足量的镁粉可以使 Fe3+转化为 Fe2+或 Fe，因为反应后不再有 Fe3+，所以加入 SCN-后， 不会出现血红色。 B.过量的铁与稀硝酸进行如下反应： Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+H2O 2Fe3++Fe=3Fe2+ 因为反应后无 Fe3+，所以加入 SCN-后，也不会出现血红色。 C.Fe 在 Cl2 中燃烧的产物是 FeCl3，它的水溶液中存在着大量的 Fe3+，所以加入 SCN-后， 会出现血红色。 D.FeSO4 溶液中的 Fe2+因暴露在空气中会被空气中的氧气氧化成 Fe3+： 4FeSO4+O2+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+2H2O 所以加入 SCN-后，会出现血红色。 [解析]：选 A、B。 例 8.将 8gFe2O3 投入 150mL 某浓度的稀硫酸中，再投入 7g 铁粉收集到 1.68LH2（标准状 况），同时，Fe 和 Fe2O3 均无剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀，共 消 耗 4mol/L 的 NaOH 溶 液 150mL 。 则 原 硫 酸 的 物 质 的 量 浓 度 为 （ ）。 A.1.5mol/L B.0.5mol/L C.2mol/L D.1.2mol/L [思路]：粗看题目，这是一利用关系式进行多步计算的题目，操作起来相当繁琐，但如 能仔细阅读题目，挖掘出隐蔽条件，不难发现，反应后只有 Na2SO4 存在于溶液中，且反应 过程中 SO42-并无损耗，根据 Na+守恒，非常易求得 SO42-即原硫酸的物质的量浓度为： 2mol/L，故选 C。 例 9．金属铜能被 FeCl3 的浓溶液腐蚀，其化学反应是：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2。 现将有铜的印刷线路板浸入 120mLFeCl3 的浓溶液中，有 9.6gCu 被腐蚀掉。取出印刷线 路板，向溶液中加入 8.4g 铁粉，经充分反应，溶液中还存在 4.8g 不溶物。则： （1）溶液中存在那些离子？ （2）离子的浓度各是多少？（设溶液体积不变） [思路]：存在的不溶物有两种可能：一可能是铁、铜混合物，二可能只是铁。若为铁、 铜混合物，则溶液中的 Cu2+必然全部析出，即不溶物的质量大于 9.6g，显然错误，故不溶 物为 Cu。 [解析]：（1）溶液中存在的离子为：Fe2+、Cu2+、Cl-。 （2）溶液中 n（Cu2+）=（9.6g-4.8g）÷64g/mol=0.075mol Cu2+的物质的量浓度为：0.075mol÷0.12L=0.625mol/L 设被还原的 Fe3+的物质的量为 x： 根据 Fe3+得电子数与 Fe、Cu 失电子数相等，列式为： x×1=（8.4g÷56g/mol）×2+0.075mol×2=0.45mol 溶液中 n（Fe3+）=8.4g÷56g/mol+0.45mol=0.6mol Fe2+的物质的量浓度为：0.6mol÷1.2L=5mol/L Cl+的物质的量浓度为：0.625mol/L×2+5mol/L×2=11.25mol/L。 例 10：氯化铜(CuCl2·2H2O)中含 FeCl2 杂质.为制得纯净氯化铜晶体，首先将其制成水 溶液，然后按下面所示操作步骤进行提纯. ↓蒸发结晶 CuCl2·2H2O(纯) (1)加入氧化剂 X 的目的是 (2)下列氧化剂中最适合本实验的是 A.H2O2 B.KMnO4 C.NaClO D.K2Cr2O7 (3)物质 Y 和沉淀 Z 的化学式分别是 和 . (已知完全成氢氧化物所需 PH 值：Fe3+为 3.7，Cu2+为 6.4，Fe2+为 9.6.) [思路]：本题是对一个实验问题进行理论分析. 解答本题的关键是理解题中提供的一条中学未曾接触的信息的含意.由于 Fe2+沉淀为 Fe(OH)2 的 PH 值与 Cu2+沉淀为 Cu(OH)2 的 PH 较大，而与 Fe3+沉淀为 Fe(OH)3 的 PH 相差较大， 所以可以通过先将 Fe2+氧化为 Fe3+，再调节溶液的 PH 使铁以 Fe(OH)3 沉淀形式而被除去.为 了使加入的氧化剂不带入新的杂质，显然用 H2O2 最好.出于同样的考虑，加入 y 调节溶液 PH 值时，应选用能与 H+反应，而溶解度较小的物质如 CuO 为好，CuO 稍多不会带入新杂质也不 会使 PH 值升高太多而使 Cu2+沉淀. [解析]：(1)使溶液 A 中的 Fe2+氧化成 Fe3+； (2)A (3)Y：CuO 或 Cu(OH)2 Z：Fe(OH)3 例 11：向含有 0.8mol 的稀硝酸溶液中慢慢加入 22.4g 的铁粉.假设反应分为两个阶段. 第一阶段为：Fe+HNO3 Fe(NO3)3+NO↑+H2O (1)写出这两个阶段反应的离子方程式. (2)求这两个阶段反应中，加入铁粉的物质的量和溶液中铁元素存在的形式. (3)在图中画出溶液中 Fe2+、 离子的物质的量随加入铁粉的物质的量变化的关系 图像(纵坐标是溶液中离子的物质的量). 分析：铁与稀硝酸反应规律 ①Fe+4HNO3 Fe(NO3)3+NO↑+2H2O ②3Fe+8HNO3 3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O (1)当 ≤ 时，按反应①进行； → -- 3NO )( )( 3HNOn Fen 4 1 当 ≥ 时，按反应②进行. 当 ≤ ≤ 时，则①②两反应都发生，且 Fe、HNO3 均反应完全. (2)上述反应可以认为先发生反应①，若 Fe 有剩余则发生 2Fe(NO3)3+Fe 3Fe(NO3)2. 答案为： (1)Fe+4H++ Fe3++NO↑+2H2O 2Fe3++Fe 3Fe2+. (2)①加入 Fe 粉为 0～0.2mol 时，存在形式为 Fe3+. ②加入铁粉为 0.2～0.3mol 时，存在形式为 Fe2+和 Fe3+ ③加 Fe 粉为 n(Fe)≥0.3mol 时，存在形式为 Fe2+. (3)如下图. 4．实战演练 一、选择题 1.（2002 年全国高考题）铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加 入过量的氨水，有红褐色沉淀生成。过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的 残渣。上述沉淀和残渣分别为 A.Fe(OH)3;Fe2O3 B.Fe(OH)2;FeO C.Fe(OH)2、Fe(OH)3;Fe3O4 D.Fe2O3;Fe(OH)3 2.要证明某溶液中不含 Fe3＋而可能含有 Fe2＋进行如下实验操作时最佳顺序为 ①加入足量氯水 ②加入足量 KMnO4 溶液 ③加入少量 NH4SCN 溶液 A.①③ B.③② C.③① D.①②③ 3.在氯化铁、氯化铜和盐酸混合液中加入铁粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能被 磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是 A.Cu2＋ B.Fe3＋ C.Fe2＋ D.H＋ 4.在 FeCl3,CuCl2,FeCl2 的混合溶液中，Fe3＋,Cu2＋和 Fe2＋的物质的量之比为 3∶2∶1,现 加入适量铁粉，使溶液中三种离子物质的量浓度之比变化为 1∶2∶4,则参加反应的铁粉与原 溶液 Fe3＋的物质的量之比为 A.2∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4 )( )( 3HNOn Fen 8 3 4 1 )( )( 3HNOn Fen 8 3 -- 3NO 5.在浓度均为 3　mol·L－1 的盐酸和硫酸各 100　ｍL 中，分别加入等质量的铁粉，反 应完毕后生成气体的质量比为 3∶4，则加入铁粉的质量为 A.5．6　ｇ B．8．4　ｇ C．11．2　ｇ Ｄ．1．8　ｇ 6.把 a g 铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量 NaOH 溶液。过滤出沉淀，经洗涤、 干燥、灼烧，得到的红色粉末的质量仍为 a g，则原合金中铁的质量分数为 A.70% B.52.4% C.47.6% D.30% 7.制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为 2FeCl3＋Cｕ===2FeCl2＋ CｕCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出 现的是 A.烧杯中有铜无铁 B.烧杯中有铁无铜 C.烧杯中铁、铜都有 D.烧杯中铁、铜都无 8.某溶液中含有大量的 Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和 NH ，其 c(H＋)=10－2 mol·L－1，在该溶 液中可以大量存在的阴离子是 A.SO B.NO C.SCN－ D.CO 9.某强酸性溶液中可能存在 NO 、Cl－、I－、Fe3＋中的一种或几种。向该溶液中加入溴 水，单质溴被还原，由此推断溶液中 A.不含 NO 、也不含 Fe3＋ B.含有 NO 、I－、Cl－ C.含 I－，但不能确定是否含 Cl－ D.含有 Fe3＋ 10.用足量的稀硫酸溶解 FeS 和 Fe（OH） 3 的混合物 28．3　ｇ，最终得到沉淀 1．6　 ｇ，则原混合物中 FeS 的质量可能是 A．4．4　ｇ B．7．8　ｇ C．13．5　ｇ D．17．6　ｇ 二、非选择题（共 50 分） 11.(6 分 ) 在 烧 制 砖 瓦 时 ， 用 粘 土 做 成 的 坯 经 过 烘 烧 后 ， 铁 的 化 合 物 转 化 成 而制得红色砖瓦。若烘烧后期从窑顶向下慢慢浇水，窑内会产生大量的 气体， 它们把该红色物质还原成的黑色化合物是 ，同时还有未烧的碳颗粒，而制得了 青色砖瓦。 12.(6 分)有关物质间有下图所示的转化关系。其中：A 的浓溶液与单质 B 在加热时才发 生反应①；A 的稀溶液与足量 B 发生反应②。据此填写下列空白： + 4 −2 4 − 3 −2 3 − 3 − 3 − 3 (1)反应④的现象是 。 (2)写出反应②的离子方程式 。 (3)根据题示信息判断，A 的浓溶液和单质 B 加热时能否产生 G，说明理由(写出化学方 程式回答)： 。 13.（6 分）室温下，单质 A、B、C 分别为固体、黄绿色气体、无色气体，在合适反应 条件下，它们可以按下图进行反应。又知 E 溶液是无色的，请回答： 反应流程 （1）A 是 ，B 是 ， C 是 。（请填化学式） （2）反应①的化学方程式为： 。 （3）反应③的化学方程式为： 。 （4）反应④的化学方程式为： 。 14.（10 分）A、B、C、D、E 分别是铁的单质或铁的化合物。其相互反应关系如下图 所示： 根据上图所示变化，要求回答： （1）推断 A、B、C、D、E 各是什么物质 A 、B 、C 、 D 、E ； （2）写出各步反应的化学方程式： ① ; ② ; ③ ; ④ ; ⑤ ; ⑥ ; ⑦ ; ⑧ 。 15.（10 分）将一生锈的铁片置于稀 HNO3 中充分反应后，共收集到 11.2 L（标准状况） NO 气体，溶液中还剩余 5 g 固体残渣，在过滤后的滤液中通入 35.5 g 氯气，恰好使溶液中 的 Fe2＋全部氧化。求原带锈铁片的质量和铁锈的质量分数（铁锈成分以 Fe2O3 计）。 16.（12 分）（2001 年全国高考卷）已知 Fe2O3 在高炉中有下列反应： Fe2O3＋CO 2FeO＋CO2 反应形成的固体混合物（含 Fe2O3 和 FeO）中，元素铁和氧的质量比用 m（Fe）∶m （O）表示。 （1）上述固体混合物中，m（Fe）∶m（O）不可能是 （选填 a、b、c 多 选扣 1 分）。 a.21∶9 b.21∶7.5 c.21∶6 (2)若 m（Fe）∶m（O）=21∶8，计算 Fe2O3 被 CO 还原的百分率。 （3）设 Fe2O3 被 CO 还原的百分率为 A%，则 A%和混合物中 m（Fe）∶m（O）的关系 式为［用含 m（Fe）、m（O）的代数式表示］A%= 。 请在下图中画出 A%和 m（Fe）∶m（O）关系的图形。 （4）如果 Fe2O3 和 CO 的反应分两步进行： 3Fe2O3＋CO 2Fe3O4＋CO2 Fe3O4＋CO 3FeO＋CO2 试分析反应形成的固体混合物可能的组成及相应的 m（Fe）∶m（O）［令 m（Fe）∶ m（O）=21∶a，写出 a 的取值范围］。将结果填入下表。 混合物组成（用化学式表示） a 的取值范围 → → → 附参考答案 一、1.解析：Fe Fe2＋ Fe3+ Fe(OH)3 Fe2O3。 答案：A 2.B 3.C 4.解析：根据 2Fe3++Fe===3Fe2＋知，消耗 1 mol Fe 生成 3 mol Fe2＋，还消耗 2 mol Fe3+。 答案：C 5.C 6.A 7.B 8.A 9.C 10.AD 二、11.Fe2O3 CO 和 H2 Fe3O4、FeO 12.(1)白色沉淀 灰绿色 红褐色沉淀 （2）3Fe＋2NO ＋8H＋===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O (3)由反应 2HNO3＋NO===3NO2＋H2O 知，在浓 HNO3 中不可能生成 NO 13.（1）Fe Cl2 H2 (2)2Fe+3Cl2 2FeCl3 (3)2HCl+Fe===FeCl2+H2↑ (4)2FeCl2+Cl2===2FeCl3 14.（1）Fe FeCl3 FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3 (2)略 15.65 g 20.5% 16.（1）ac (2)设 Fe2O3 原有 n0 mol，还原百分率为 A%，则有 A%= ≈33.3% (3)3－ (4)Fe2O3、Fe3O4 8＜a＜9 Fe3O4、FeO 6＜a＜8  → +H  → 3HNO  → ⋅ OHNH 23 →∆ → → − 3 点燃 ==== 8 21 162%An163%)A1(n 562n )O(m )Fe(m 00 0 =×××+××−× ××= 3 1 ])O(m )Fe(n[ 7 Fe2O3、Fe3O4、FeO 6＜a＜9