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1、第8講鐵及其化合物,一、鐵的存在與性質(zhì) 1.鐵位于元素周期表中第四周期第族,是一種應(yīng)用最廣泛的過渡金屬元素;鐵元素是一種變價金屬元素,通常顯+2價、+3價,其原子結(jié)構(gòu)示意圖為。,教材研讀,2.物理性質(zhì) 鐵是銀白色金屬,熔沸點較高,抗腐蝕性強,能被磁鐵吸引,具有金屬的一般物理性質(zhì)。 3.化學(xué)性質(zhì) Fe,自測1判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。 (1)用鐵制容器可以運輸濃硝酸和濃硫酸( ) (2)將一定量的鐵、銅的混合物加入100 mL 0.1 molL-1的FeCl3溶液中,充分反應(yīng)后,溶液中有固體剩余,則剩余的固體中一定含有銅,可能含有鐵( ) (3)Fe與Cl2、Br2、I2反應(yīng)均生成+
2、3價的Fe( ) (4)Fe與Cl2在點燃條件下反應(yīng),Cl2過量時生成FeCl3,Fe過量時生成FeCl2( ) (5)Fe與稀HNO3反應(yīng),無論生成Fe(NO3)3、Fe(NO3)2,還是二者的混合物,被還原的HNO3總是占參與反應(yīng)的HNO3的( ) (6)將水蒸氣通過灼熱的鐵粉,鐵與水在高溫下反應(yīng),粉末變紅( ) (7)1 mol Cl2和Fe反應(yīng)生成FeCl3轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3NA( ),自測2鐵元素是典型的變價金屬元素,它在化合物中主要表現(xiàn)為+2價和+3價,請歸納總結(jié): (1)Fe單質(zhì)通常與哪些氧化劑反應(yīng)生成+2價? (2)Fe單質(zhì)通常與哪些氧化劑反應(yīng)生成+3價?,答案(1)Fe Fe2+
3、:鐵與氧化性比較弱的非金屬單質(zhì)(如S、I2)、非氧 化性酸(如鹽酸、稀硫酸)和不活潑金屬的鹽溶液(如CuSO4溶液)反應(yīng),都可實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。例如:Fe+S FeS、2H+Fe Fe2+H2、Cu2+ Fe Fe2+Cu。 (2)Fe Fe3+:鐵與強氧化劑(如Cl2、HNO3)在一定條件下反應(yīng)可實現(xiàn) 這種轉(zhuǎn)化。例如:2Fe+3Cl2 2FeCl3、Fe+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+ NO+2H2O。,二、鐵的重要化合物 1.鐵的氧化物,2.鐵的氫氧化物,3.亞鐵鹽和鐵鹽 (1)亞鐵鹽 含有Fe2+的溶液呈淺綠色,Fe2+既有氧化性,又有還原性,Fe2+與Zn、Cl2反 應(yīng)的離子方程式分
4、別為Zn+Fe2+ Zn2+Fe,2Fe2+Cl2 2Fe3+ 2Cl-。 (2)鐵鹽 a.氧化性 含有Fe3+的溶液呈棕黃色,Fe3+具有氧化性,Fe3+與Fe、Cu反應(yīng)的離子方程式分別為2Fe3+Fe 3Fe2+,2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+。 b.特性 含有Fe3+的溶液遇到KSCN溶液時變成紅色。,自測3判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。 (1)磁性氧化鐵溶于稀硝酸:3Fe2+4H+N 3Fe3+NO+2H2O( ) (2)因為Fe3+具有氧化性,所以可以用KSCN溶液鑒別Fe3+( ) (3)因為Fe3+有氧化性,所以FeCl3溶液可用于回收廢舊電路板中的銅( ) (4)在
5、“硫酸亞鐵銨的制備”實驗中,為了得到硫酸亞鐵銨晶體,應(yīng)小火加熱蒸發(fā)皿,直到有大量晶體析出時停止加熱( ) (5)Fe在足量Cl2中燃燒生成FeCl2和FeCl3( ) (6)過量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反應(yīng)后,滴入KSCN溶液,溶液呈紅色,說明稀HNO3將Fe氧化為Fe3+( ),自測4(1)除去FeCl3溶液中的Fe2+有哪些措施? (2)Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+的實驗方法有哪些? (3)Fe2+與N能否大量共存?若向其中再加入少量鹽酸,情況如何? (4)如何證明Fe3O4中既有+2價鐵又有+3價鐵?,答案(1)通入氯氣或氧氣;加入氯水;加入H2O2等。 (2)加入鐵粉或銅粉;加入NaI
6、溶液;加入Na2S溶液等。 (3)在中性條件下,Fe2+與N能大量共存,但在酸性條件下,N能將Fe2+ 氧化成Fe3+而不能大量共存。 (4)取一定量Fe3O4溶于稀硫酸,形成溶液,分別取該溶液于兩支試管中,一支試管中加入KSCN溶液,溶液變紅,說明含有Fe3+,證明Fe3O4中有+3價鐵;另一支試管中加入酸性KMnO4溶液,紫紅色褪去,說明含有Fe2+,證明Fe3O4中有+2價鐵。,考點突破,考點一鐵及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化,考點三Fe(OH)2的制備方法(教師用書專用),考點二Fe2+與Fe3+的檢驗,1.“鐵三角”轉(zhuǎn)化關(guān)系 (1)Fe Fe2+ 鐵與氧化性比較弱的非金屬單質(zhì)(如S、I2)
7、、非氧化性酸溶液(如鹽酸、,考點一鐵及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化,稀H2SO4)、不活潑金屬的鹽溶液(如CuSO4溶液)反應(yīng): Fe+S FeS Fe+2H+ Fe2+H2 Fe+CuSO4 Cu+FeSO4 (2)Fe2+ Fe3+ 亞鐵鹽與強氧化劑如Cl2、Br2、HNO3、濃硫酸、KMnO4(H+)、H2O2等反應(yīng)。 2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl- 2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O 3Fe2+4H+N 3Fe3+NO+2H2O (3)Fe3+ Fe,可通過較強還原劑實現(xiàn),如Al、CO、H2等。 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3
8、(4)Fe Fe3+ 鐵與強氧化劑(如Cl2、HNO3)在一定條件下反應(yīng)可實現(xiàn)該轉(zhuǎn)化。 2Fe+3Cl2 2FeCl3 (5)Fe3+ Fe2+ 鐵鹽溶液與某些還原劑(如Fe、Cu、I-、S2-等)反應(yīng)。 2Fe3+S2- 2Fe2+S 2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+ 2Fe3+Fe 3Fe2+,2Fe3+2I- 2Fe2+I2 (6)Fe2+ Fe 亞鐵化合物與比較活潑的金屬(如Al、Zn)、CO、H2、C等反應(yīng)。 FeCl2+Zn ZnCl2+Fe FeO+H2 Fe+H2O 2.“鐵三角”的應(yīng)用 (1)判斷離子共存 Fe2+ N(H+)、ClO-、Mn(H+)(因氧化還原反應(yīng))。 F
9、e3+ S2-、I-、S、HS-(因氧化還原反應(yīng))。 Fe2+、Fe3+ HC、C、Al等(因雙水解反應(yīng))。 (2)除雜(括號中為雜質(zhì)),Fe2+(Fe3+):加過量鐵粉,過濾。 FeCl3(FeCl2):加氯水或H2O2溶液。 FeCl2(CuCl2):加過量鐵粉,過濾。 Fe(Al)、Fe2O3(Al2O3、SiO2):加過量強堿溶液,過濾。 Cu2+(Fe3+):加CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3調(diào)節(jié)pH至3.7左右。 (3)鹽溶液的保存,(4)物質(zhì)制備 特別提示Fe2+具有較強的還原性;Fe3+水解能力強,pH3.7時,Fe3+幾乎 完全水解生成Fe(OH)3沉淀。欲除去
10、某溶液中含有的Fe2+雜質(zhì),一般先向溶液中加入氧化劑(如H2O2),將Fe2+氧化為Fe3+,然后加堿或鹽調(diào)節(jié)pH,使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去。,典例1實驗: 0.005 molL-1 FeCl3溶液和0.015 molL-1 KSCN溶液各1 mL混合得到紅色溶液a,均分溶液a置于b、c兩支試管中; 向b中滴加3滴飽和FeCl3溶液,溶液顏色加深; 再向上述b中溶液中滴加3滴1 molL-1 NaOH溶液,溶液顏色變淺且出現(xiàn)渾濁; 向c中逐漸滴加1 molL-1 KSCN溶液2 mL,溶液顏色先變深后變淺。 下列分析不正確的是() A.實驗中增大Fe3+濃度使平衡Fe3+3SCN
11、- Fe(SCN)3正向移動 B.實驗中發(fā)生反應(yīng):Fe3+3OH- Fe(OH)3,C.實驗和中溶液顏色變淺的原因相同 D.實驗、均可說明濃度改變對平衡移動的影響,C,答案C中OH-消耗Fe3+,使Fe3+濃度減小,導(dǎo)致平衡逆向移動,溶液顏色變淺;中加入KSCN溶液,引入了SCN-和水,開始時SCN-濃度增大為主要因素,平衡右移,溶液顏色加深,一段時間后,溶液體積變化為主要因素,因此溶液顏色又變淺。,1-1下列說法正確的是() A.將稀硝酸加入過量鐵粉中,充分反應(yīng)后滴加KSCN溶液,現(xiàn)象是有氣體生成,溶液呈紅色,原因是稀硝酸將Fe氧化為Fe3+ B.將銅粉加入1.0 mol/L Fe2(SO4
12、)3溶液中,現(xiàn)象是溶液變藍、有黑色固體出現(xiàn),原因是金屬鐵比銅活潑 C.FeCl3溶液可用于銅質(zhì)印刷電路板制作,是因為FeCl3能從含Cu2+的溶液中置換出銅 D.室溫下,能將濃硫酸盛放在鐵桶中,D,答案DA項,過量鐵粉與稀硝酸充分反應(yīng)后,鐵最終轉(zhuǎn)化為Fe2+,滴加KSCN溶液后不出現(xiàn)紅色;B項,銅粉與Fe2(SO4)3溶液發(fā)生反應(yīng)2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+,不會有黑色固體出現(xiàn);C項,FeCl3與Cu2+不反應(yīng),制作電路 板的原理為Fe3+能腐蝕銅,發(fā)生反應(yīng)2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+;D項,室溫 下,Fe遇濃H2SO4鈍化,可用鐵桶盛放濃H2SO4。,1-2用FeCl3溶液腐蝕印
13、刷電路板上的銅,向所得的溶液中加入鐵粉。對加入鐵粉充分反應(yīng)后的溶液分析合理的是() A.若無固體剩余,則溶液中一定有Fe3+ B.若溶液中有Cu2+,則一定沒有固體析出 C.若有固體存在,則溶液中一定有Fe2+ D.若溶液中有Fe2+,則一定有Cu析出,C,答案CA項,無固體剩余,說明銅全部以銅離子形式存在,加入的鐵粉沒有與Cu2+反應(yīng),全部與Fe3+反應(yīng),溶液中一定含有Fe2+,可能含有Fe3+;B項,若溶液中有Cu2+,加入的鐵粉不足,可能只與Fe3+反應(yīng),也可能與Fe3+反應(yīng)后剩余的鐵粉與部分Cu2+反應(yīng)生成銅,所以可能有固體析出;C項,若有固體存在,固體中一定有銅,可能有鐵,溶液中一定
14、含有Fe2+;D項,當加入的鐵粉較少,只發(fā)生反應(yīng)Fe+2Fe3+ 3Fe2+時,不會有銅析出。,1.直接觀察顏色 含F(xiàn)e2+的溶液呈淺綠色,含F(xiàn)e3+的溶液呈棕黃色。 2.利用顯色反應(yīng) (1) (2) (3),考點二Fe2+與Fe3+的檢驗,3.利用生成的氫氧化物沉淀的顏色 4.利用Fe3+的氧化性 (1) (2) (3),5.利用Fe2+的還原性 (1) (2),典例2(2017北京海淀二模,12)向FeCl3溶液中加入Na2SO3溶液,測定混合后溶液pH隨混合前溶液中c(S)/c(Fe3+)變化的曲線如下圖所示。 實驗發(fā)現(xiàn):,.a點溶液澄清透明,向其中滴加NaOH溶液后,立即產(chǎn)生灰白色沉淀
15、,滴入KSCN溶液顯紅色; .c點和d點溶液中產(chǎn)生紅褐色沉淀,無氣體逸出。取其上層清液滴加NaOH溶液后無明顯現(xiàn)象,滴加KSCN溶液顯紅色。 下列分析合理的是() A.向a點溶液中滴加BaCl2溶液,無明顯現(xiàn)象 B.b點較a點溶液pH升高的主要原因:2Fe3+S+H2O 2Fe2+S+ 2H+ C.c點溶液中發(fā)生的主要反應(yīng):2Fe3+3S+6H2O 2Fe(OH)3+3H2SO3 D.向d點上層清液中滴加KSCN溶液,溶液變紅;再滴加NaOH溶液,紅色加深,C,答案CA項,向a點溶液中加入NaOH溶液后有灰白色沉淀生成,說 明a點溶液中含有Fe2+,即S和Fe3+發(fā)生了氧化還原反應(yīng),S被氧化
16、為S ,S能與BaCl2反應(yīng)生成白色沉淀BaSO4;B項,a點到b點pH升高, 若反應(yīng)生成H+,會使pH降低;C項,由中信息可知,c點溶液中含有Fe3+, 且有Fe(OH)3生成,所以發(fā)生的反應(yīng)為可逆反應(yīng);D項,滴加NaOH溶液,溶 液中Fe(SCN)3濃度降低,紅色變淺。,2-1要證明某溶液中不含F(xiàn)e3+而可能含有Fe2+,進行如下實驗操作時的最佳順序為() 加入足量氯水 加入足量KMnO4溶液 加入少量NH4SCN溶液 A.B. C.D.,C,答案C先加入少量NH4SCN溶液,無明顯現(xiàn)象,證明原溶液中不含F(xiàn)e3+; 再加入足量氯水,溶液變?yōu)榧t色,則證明原溶液中含有Fe2+,否則不含F(xiàn)e2+
17、。若溶液中含有Fe2+,第二步加入足量KMnO4溶液時,溶液顏色變化不明顯, 所以不選用KMnO4溶液。,2-2下列有關(guān)物質(zhì)檢驗方法不合理的是() A.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不變色,滴加氯水后溶液顯紅色,該溶液中一定含有Fe2+ B.用酸性KMnO4溶液檢驗FeCl3溶液中是否含有FeCl2 C.檢驗綠礬晶體是否已氧化變質(zhì),可將綠礬晶體溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液,再觀察溶液是否變紅色 D.向某溶液中加入NaOH溶液產(chǎn)生紅褐色沉淀,說明溶液中含有Fe3+,B,答案BB項,Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色。,Fe(OH)2在空氣中易被氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4F
18、e(OH)3。在 實驗室制取Fe(OH)2時,一定要用新制的亞鐵鹽溶液和加熱驅(qū)趕O2后的NaOH溶液,用膠頭滴管吸取NaOH溶液且將滴管末端插入亞鐵鹽溶液的液面下,再加入NaOH溶液。也可以在反應(yīng)液上面滴加植物油或苯等物質(zhì)進行液封,以減少Fe(OH)2與O2的接觸。,考點三Fe(OH)2的制備方法(教師用書專用),典例3由于Fe(OH)2具有很強的還原性,易被氧化為Fe(OH)3,故在實驗室中制備Fe(OH)2,并使Fe(OH)2長時間保持白色沉淀狀態(tài),成為物質(zhì)制備實驗探究的熱點。下列各圖示中能較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀的是 (填序號)。,解析因為Fe(OH)2在空氣中很容易被氧化為紅
19、褐色的Fe(OH)3,即發(fā)生反應(yīng):4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,因此要較長時間看到Fe(OH)2白 色沉淀,就要排出裝置中的氧氣或空氣。、原理一樣,都是先用氫氣將裝置中的空氣排盡,并使生成的Fe(OH)2處在氫氣的保護中;的原理為鐵作陽極產(chǎn)生Fe2+,陰極產(chǎn)生OH-,二者結(jié)合生成Fe(OH)2,且用汽油液封,能防止空氣進入;中加苯液封阻止了空氣進入;未隔絕空氣或氧氣,因此不能較長時間看到白色沉淀。,方法指導(dǎo) 成功制備Fe(OH)2的關(guān)鍵 (1)溶液中不含O2,如在配制溶液時,可把蒸餾水加熱煮沸,除去溶解 在水中的氧氣。 (2)制備過程中,保證生成的Fe(OH)2處于密閉的
20、隔絕氧氣的體系中,如可在溶液表面加植物油或苯以隔絕氧氣,滴加液體時,可將膠頭滴管伸入到液面以下防止氧氣進入,也可用鐵粉和稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣排盡裝置中的空氣。,3-1用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:用不含F(xiàn)e3+的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應(yīng)制備。 (1)用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時還需加入。 (2)除去蒸餾水中溶解的O2常采用的方法。 (3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再擠出NaOH溶液。這樣操作的理由是。,答案(1)稀硫酸、鐵屑 (2)加熱煮沸 (3)避免生成的Fe(OH)2
21、與氧氣接觸而被氧化 解析(1)FeSO4易水解、易被氧化,因此配制FeSO4溶液時需加入稀H2SO4抑制其水解,加入鐵屑防止其被氧化。,3-2根據(jù)下圖所示裝置和操作,回答下列有關(guān)問題。 (1)按圖所示裝置,用兩種不同的操作分別進行實驗,觀察B試管中的現(xiàn)象。 操作1:先夾緊止水夾a,再使A試管內(nèi)開始反應(yīng),實驗中B試管中觀察到的現(xiàn)象是 。,操作2:打開止水夾a,使A試管內(nèi)反應(yīng)一段時間后再夾緊止水夾a,實驗中在B試管中觀察到的現(xiàn)象是。 請說明造成兩種操作現(xiàn)象不同的原因(如兩種現(xiàn)象相同,此小題不用回答) 。 (2)上述實驗結(jié)束后,取A試管內(nèi)反應(yīng)所得的溶液,隔絕空氣小心蒸干后,再高溫煅燒(有關(guān)裝置和操作
22、均已略去),最后剩下紅色固體,將分解時產(chǎn)生的氣體按圖所示裝置依次通過洗氣裝置,結(jié)果試管甲內(nèi)出現(xiàn)白色沉淀,試管乙內(nèi)品紅溶液紅色褪去。回答: 用化學(xué)方程式表示試管甲內(nèi)產(chǎn)生白色沉淀的原因。,根據(jù)實驗現(xiàn)象寫出A試管內(nèi)溶液蒸干后,在高溫煅燒分解時所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式 。 圖中丙裝置的作用是。實驗結(jié)束時,在裝置丙中觀察到的現(xiàn)象是 。,答案(1)液面升高且生成白色沉淀,白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色,最后變?yōu)榧t褐色 液面上升,有白色沉淀生成,且保持較長時間不變色 操作2開始產(chǎn)生的H2將系統(tǒng)內(nèi)的空氣趕盡,避免了Fe(OH)2被氧化 (2)SO3+H2O+BaCl2 BaSO4+2HCl 2FeSO4 Fe2O3+SO3+SO2 吸收剩余的SO2氣體導(dǎo)管中形成一段液柱,解析當夾緊止水夾a且使A試管中的反應(yīng)進行時,產(chǎn)生的氣體會將生成的FeSO4溶液壓入B試管內(nèi),與NaOH溶液反應(yīng)生成白色的Fe(OH)2沉淀,但由于裝置中有空氣存在,生成的Fe(OH)2立即被空氣中的O2氧化為Fe(OH)3,出現(xiàn)一系列的顏色變化。先使A試管內(nèi)的反應(yīng)進行一段時間后再夾緊止水夾a,由于產(chǎn)生的H2將系統(tǒng)中的空氣趕盡,生成的Fe(OH)2不易被氧化。由于A試管內(nèi)H2SO4不過量,最后所得溶液中的溶質(zhì)應(yīng)為FeSO4,由題目所給信息知, FeSO4的分解產(chǎn)物有SO3、SO2和Fe2O3。,
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