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1、
鐵和鐵的化合物知識點(diǎn)總結(jié)
[重點(diǎn)內(nèi)容講析]鐵位于元素周期表中第4周期,第Ⅷ族,其原子結(jié)構(gòu)示意圖為:
其失電子情況: Fe-2e-→Fe2+或Fe-3e-→Fe3+。
因而鐵是中等活動性的金屬,具有可變化合價(jià)(+2或+3),在學(xué)習(xí)中,要牢牢抓住鐵的變價(jià)特征。
鐵及其重要化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系:
一、鐵的單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)
鐵是比較活潑的金屬,當(dāng)鐵跟弱氧化劑反應(yīng)時(shí):Fe-2e-=Fe2+;當(dāng)跟強(qiáng)氧化劑反應(yīng)時(shí):Fe-3e-=Fe3+。
1.鐵跟氧氣等其它非金屬單質(zhì)的反應(yīng):
3Fe+2O2Fe3O4 ?。ㄒ欢ㄒ⒁猱a(chǎn)物)
2Fe+3
2、Cl22FeCl3 2Fe+3Br2=2FeBr3
Fe+I2=FeI2 Fe+SFeS 3Fe+CFe3C
2.鐵跟水的反應(yīng):2Fe+4H2OFe3O4+4H2↑(注意產(chǎn)物也是Fe3O4)
在此也可以有意識地總結(jié)金屬與水反應(yīng)的基本規(guī)律。
3.鐵跟酸的反應(yīng):
?、倥c非氧化性酸:Fe+2H+=Fe2++H2↑
②與強(qiáng)氧化性酸:Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
鐵和冷濃硝酸、冷濃H2SO4發(fā)生鈍化,但在加熱條件下,鈍化作用立即遭到破壞:
Fe+6HNO3(濃)Fe(NO3)3+3NO2
3、↑+3H2O Fe+6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+3SO2↑+3H2O
4.鐵和某些鹽溶液的作用:
Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+
這些反應(yīng)在除雜、鑒別等方面都有一定作用,要理論聯(lián)系實(shí)際,領(lǐng)會和理解反應(yīng)實(shí)質(zhì)。
二、鐵的氧化物
鐵的氧化物
FeO
Fe3O4
Fe2O3
鐵的化合價(jià)
+2價(jià)
+2價(jià)(1/3),+3價(jià)(2/3)
+3價(jià)
俗 稱
——
磁性氧化鐵
鐵紅
狀態(tài)和顏色
黑色固體
黑色晶體
紅棕色固體
與H2O的關(guān)系
不反應(yīng),不溶解
與非氧化性酸的反應(yīng)
4、FeO+2H+=Fe2++H2O Fe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
氧化性
高溫下被CO、H2、Al、C、Si等還原
還原性
被熱空氣氧化成Fe3O4等
可被氧化性酸、鹽等氧化
一般不再被氧化
主要用途
——
煉鐵
煉鐵、作熱劑、顏料
說 明
Fe3O4可以看作由FeO、Fe2O3所組成的化合物,其中是Fe2+,是Fe3+
三、鐵的氫氧化物
1.Fe(OH)2可由易溶性的亞鐵鹽跟堿溶液起反應(yīng)制得。Fe(OH)2為白色絮狀沉淀,易被空氣中O2迅速氧化成Fe(OH)3。因此,白色絮狀沉淀能迅速變成灰綠
5、色,最終變成紅褐色。
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
制備時(shí):
?。?)要將滴管口插入硫酸亞鐵液面下,再滴入NaOH溶液;
?。?)配液時(shí)可用加熱的方法盡可能除去溶解氧;
(3)可在液面加少許汽油或苯等有機(jī)溶劑,以隔絕空氣。
2.Fe(OH)3可由易溶性的鐵鹽跟堿液起反應(yīng)制得。Fe(OH)3為紅褐色沉淀,可溶于強(qiáng)酸,受熱易分解。
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓,F(xiàn)e(OH)3+3H+=Fe3++3H2O,2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
四、“
6、鐵三角”關(guān)系:
1.
這三種轉(zhuǎn)化是在有氧化劑的條件下進(jìn)行的。
①Fe→Fe2+需要較弱的氧化劑,如S、Cu2+、Fe3+、H+(稀H2SO4、鹽酸)等。
?、贔e→Fe3+和Fe2+→Fe3+需要強(qiáng)的氧化劑:
實(shí)現(xiàn)Fe→Fe3+,可選用Cl2、Br2、濃H2SO4(足量)、HNO3(足量)、KMnO4等強(qiáng)氧化劑。注意在用濃H2SO4或濃HNO3反應(yīng)時(shí),需加熱,否則Fe鈍化。
實(shí)現(xiàn)Fe2+→Fe3+可選用O2、Cl2、Br2、HNO3、濃H2SO4、KMnO4(H+)溶液等。
?。ㄗ⒁釩l2與FeBr2溶液反應(yīng)情況:①若Cl2通入
7、FeBr2溶液,Cl2不足時(shí),2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-;
②Cl2足量時(shí),2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+6Cl-。)
2.
這三種轉(zhuǎn)化是在有還原劑存在的條件下進(jìn)行的。
?、貴e2+→Fe,可選用的還原劑為在金屬活動性順序表中排在鐵前的金屬(如Zn、Al等),或者用碳、CO、H2等。K、Ca、Na等活潑金屬在溶液中不能完成此轉(zhuǎn)化,因?yàn)樗鼈冊谒芤褐邢扰c水反應(yīng)。
?、贔e3+→Fe,需用H2、CO、Al等強(qiáng)還原劑。如煉鐵:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,鋁熱反應(yīng):Fe2O3+2Al
8、Al2O3+2Fe。
?、跢e3+→Fe2+,實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)化可選用的還原劑如Zn、Fe、Al、Cu、H2S(或S2-)、I-、SO32-等。
Fe+2Fe3+=3Fe2+,2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+(鐵鹽腐蝕印刷電路板),2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+,
2Fe3++2I-=I2+2Fe2+。
注意:Fe3+S↓,F(xiàn)e2+無變化。
五、重點(diǎn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:
?。ㄗ⒁膺@些反應(yīng)的化學(xué)方程式和離子方程式)
6、 Fe2+、Fe3+的鑒別常用方法:
1、KSCN法:加入KSCN或其他可溶性硫氰化物溶液,呈血紅色的是Fe3+溶液,而
9、Fe2+的溶液無此現(xiàn)象。這是鑒別時(shí)最常用、最靈敏的方法。Fe3++SCN-=[Fe(SCN)]2+。
2.堿液法:取兩種溶液分別通入NH3或加入氨水或堿液,生成紅褐色沉淀的是Fe3+的溶液,生成白色沉淀并迅速變?yōu)榛揖G色,最后變成紅褐色沉淀的是Fe2+的溶液。沉淀顏色變化原因?yàn)椋?Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。
3.H2S法:通入H2S氣體或加入氫硫酸,有淺黃沉淀析出的是Fe3+溶液,而Fe2+溶液不反應(yīng)。
4.淀粉KI試紙法:能使淀粉KI試紙變藍(lán)的是Fe3+溶液,F(xiàn)e2+溶液無此現(xiàn)象。
5.KMnO4法:分別加入少量KMnO4(H+)
10、溶液,振蕩,能使KMnO4溶液褪色的是Fe2+溶液,不褪色的是Fe3+溶液。
[典型例題]例1.在含ng HNO3的稀溶液里加mg鐵粉,鐵完全溶。假設(shè)有g(shù) HNO3被還原,則n∶m可能是:( )
A、1∶1 B、2∶1 C、3∶1 D、9∶2
分析:本題是一道需討論計(jì)算的選擇題。要滿足題目中所給條件,有三種情況:
?、貴e足量全部生成Fe(NO3)2,則:3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,=3
②HNO3足量,F(xiàn)e都生成Fe(NO3)3,則:Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,=
11、 若反應(yīng)產(chǎn)物中既有Fe(NO3)2,又有Fe(NO3)3,則3<<
通過此題可看出,鐵與硝酸反應(yīng)時(shí),要注意HNO3的濃度及各自物質(zhì)的量,條件不同,產(chǎn)物不同,應(yīng)注意討論。答案:CD
例2.將純鐵絲5.21g溶于過量的稀H2SO4,在加熱條件下,用2.53gKNO3去氧化溶液中的Fe2+。待反應(yīng)完成后,NO3-只被還原成一種產(chǎn)物。溶液中剩余的Fe2+尚需12.0moL 0.3mol/L的KMnO4溶液將其完全氧化。已知MnO4-的還原產(chǎn)物為Mn2+,通過計(jì)算確定NO3-的還原產(chǎn)物為( )
A、N2O B、NO C、NO2 D、NH3
分析:
此題涉及
12、了多個(gè)氧化還原反應(yīng),如用化學(xué)方程式求解,將十分復(fù)雜。電子得失守恒法將其化繁為簡,此法在氧化還原的判斷、計(jì)算中有廣泛應(yīng)用。具體解法如下:
還原劑是Fe2+:Fe2+~Fe3+~失1e-,n(失e- )=n(Fe2+)=mol;
氧化劑為MnO4- 和NO3-:MnO4-~Mn2+~5e-,
n(MnO4- 得e- )=5n(MnO4-)=50.012L0.3mol/L=0.018mol,所以1mol NO3- 得電子數(shù)應(yīng)為:
=3,∴還原產(chǎn)物為NO。
答案:B
例3.將27.2g Fe與Fe2O3的混合物投入足量的稀H2SO4中,反應(yīng)完畢后
13、,共放出H22.24L(標(biāo)況),在溶液中滴入KSCN溶液后不顯紅色,則混合物中Fe和Fe2O3的質(zhì)量各是多少?
分析:
根據(jù)題目內(nèi)容,本題所涉及的化學(xué)反應(yīng)有:
Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O,F(xiàn)e+Fe2(SO4)3=3FeSO4,F(xiàn)e+H2SO4(稀)=FeSO4+H2↑。需要用到的關(guān)系式:Fe~H2,F(xiàn)e~Fe2O3,
設(shè)Fe2O3的物質(zhì)的量為x,則:
Fe ~ Fe2O3 Fe ~ H2
x x 0.1mol =0.1mol
56(x+0.1)+160x=27.2, ∴x=0.1
14、mol,
∴m(Fe2O3)=16g,m(Fe)=(27.2-16)g=11.2g
答案:
m(Fe2O3)=16g,m(Fe)=11.2g
例4.在加熱情況下,用足量CO還原7g鐵的氧化物組成的混合物,產(chǎn)生氣體全部通入足量石灰水中得到12.5g沉淀,此混合物不可能為:( )
A、FeO、Fe2O3 B、FeO、Fe3O4 C、Fe2O3、Fe3O4 D、FeO、Fe2O3、Fe3O4
分析:平均值法。CO~CO2~CaCO3;n(O)=n(CaCO3)==0.125mol,m(O)=0.12516=2g,則:n(Fe)=m
15、ol,所以。而FeO:>,F(xiàn)e2O3:<,F(xiàn)e3O4:>,∴B不可能。
答案:B
[參考練習(xí)]
1、銅粉放入稀硫酸中加熱后無明顯現(xiàn)象發(fā)生,當(dāng)加入一種鹽后,銅粉的質(zhì)量減少,溶液是藍(lán)色,同時(shí)有氣體逸出,該鹽是( )
A、Fe2(SO4)3 B、Na2CO3 C、KNO3 D、FeSO4
2、某溶液中含有NH4+、Mg2+、Fe2+和Al3+四種離子,若向其中加入過量氫氧化鈉溶液,微熱并攪拌,再加入過量鹽酸溶液,溶液中大量減少的陽離子有( )
A、NH4+ B、Mg2+ C、Fe2+ D、Al3+
3、把20g鐵粉投到盛得一定量的稀HNO3溶液的燒杯中,HN
16、O3的還原產(chǎn)物為NO,反應(yīng)停止后,燒杯中溶液的質(zhì)量增加了12.27g,此時(shí)燒杯中的物質(zhì)可能是( )
?、貴e和Fe(NO3)3 ?、贔e和Fe(NO3)2 ③HNO3和Fe(NO3)2 ④Fe(NO3)2和Fe(NO3)3
A、①④ B、②③ C、③④ D、②④
4、向相同體積的KI、Na2S和FeBr2溶液中分別通入適量Cl2,待充分反應(yīng)后(Br-也恰好完全被氧化),3種溶液消耗Cl2的體積相同(同溫同壓下),則KI、Na2S和FeBr2溶液的物質(zhì)的量濃度之比為( )
A、1∶1∶2 B、1∶2∶3 C、6∶3∶2 D、2∶1∶3
5
17、、向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中,加入100mL 1mol/L的鹽酸,恰好使混合物完全溶解,放出224mL (標(biāo)況)氣體,所得溶液加KSCN溶液無血紅色出現(xiàn),那么若用足量的CO在高溫下還原相同質(zhì)量的混合物,能得到鐵( )
A、11.2g B、2.8g C、5.6g D、無法計(jì)算
6、在FeCl3與CuCl2的混合溶液中加入過量的鐵粉,反應(yīng)完畢后,剩余固體的質(zhì)量恰好與所加鐵粉的質(zhì)量相等,則原混合液中FeCl3與CuCl2的物質(zhì)的量之比為( )
A、5∶2 B、4∶3 C、2∶7 D、7∶4
7、在Fe(NO3)2溶液中滴加濃鹽酸,下列敘述正確的是( )
A、溶液顏色逐漸變淺 B、淺綠色逐漸變深
C、溶液顏色由淺綠色變成黃色 D、溶液顏色不會發(fā)生變化