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111 2．難點(diǎn)聚焦 一、鐵的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 1. 鐵是26號元素，位于第四周期第Ⅷ族，屬于過渡元素。 原子結(jié)構(gòu)示意圖： 主要化合價(jià)：+2，+3 2.鐵在金屬的分類中屬于黑色金屬，重金屬，常見金屬。純凈的鐵是光亮的銀白色金屬，密度為7.86g/㎝3,熔沸點(diǎn)高，有較好的導(dǎo)電、傳熱性，能被磁鐵吸引，也能被磁化。還原鐵粉為黑色粉末。 3.鐵是較活潑的金屬元素，在金屬活動(dòng)性順序表中排在氫的前面。 ①跟非金屬反應(yīng)： 點(diǎn)燃 點(diǎn)燃 △ 3Fe+2O2 == Fe3O4 2Fe+3Cl2 ==2FeCl3 Fe+S= FeS Fe+I2= FeI2 ②跟水反應(yīng)： 3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2↑ ③跟酸作用：Fe+2H+=Fe2++H2↑(遇冷濃硝酸、濃硫酸鈍化；與氧化性酸反應(yīng)不產(chǎn)生H2，且氧化性酸過量時(shí)生成Fe3+) ④與部分鹽溶液反應(yīng)：Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+ 3.生鐵與鋼的比較 鐵的合金 生鐵 鋼 含碳量 2%～4.3% 0.03%～2% 其它雜質(zhì) 含硅、錳、硫、磷較多 含硅、錳少量，硫和磷幾乎沒有 機(jī)械性能 硬而脆、無韌性 硬而韌、有彈性 機(jī)械加工 可鑄不可鍛 可鑄、可鍛、可壓延 4.煉鐵和煉鋼的比較 煉鐵 煉鋼 原料 鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣 生鐵、空氣（或純氧、氧化鐵）、生石灰、脫氧劑 化學(xué)原理 在高溫下用還原劑從鐵礦石里還原出來 在高溫下用氧化劑把生鐵里過多的碳和其它氧化為氣體或爐清除去 主 要 反 應(yīng) ①還原劑的生成 C+O2CO2 CO2+C2CO ②鐵的還原 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 ③爐渣的生成 CaCO3CaO+CO2 CaO+SiO2CaSiO3 ①氧化：2Fe+O22FeO FeO氧化鐵水里的Si、Mn、C等。如C+FeO Fe+CO ②造渣：生成的硅錳氧化物得鐵水里的硫、磷跟造渣材料反應(yīng)形成爐渣排出。 ③脫氧，并調(diào)整Mn、Si含量 2FeO+Si2Fe+SiO2 主要設(shè)備 高爐 轉(zhuǎn)爐 1.過渡元素位于周期表中中部從ⅢB～ⅡB族十個(gè)縱行，分屬于第四周期至第七周期。過渡元素都是金屬，又叫過渡金屬。 過渡金屬的密度一般比較大，熔沸點(diǎn)較高，有較高的硬度、較好的延展性和機(jī)械加工性能，較好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和耐腐蝕性能。 過渡元素的原子最外層電子數(shù)不超過兩個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中，最外層和次外層都容易失去電子，因此過渡元素有可變化合價(jià)。所以當(dāng)Fe與弱氧化劑反應(yīng)時(shí)，只失去最外層上的2個(gè)電子，形成Fe2+；當(dāng)Fe與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)時(shí)，還能進(jìn)一步失去次外層上的一個(gè)電子，形成Fe3+。這就是鐵在其化合物中通常顯+2價(jià)或+3價(jià)的原因。則Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)能得到+2價(jià)還是+3價(jià)，需看參加反應(yīng)的氧化劑的強(qiáng)弱，有時(shí)還要看反應(yīng)物的量之間的關(guān)系。 例如：①鐵在O2中燃燒的，一定要在集氣瓶低留有少量的水或一層沙子，防止瓶子被炸裂；②Fe與S反應(yīng)中Fe只能失去其最外層的2個(gè)電子而變成+2價(jià)，反應(yīng)開始后撤去酒精燈，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行，說明反應(yīng)放熱；③Fe在Cl2中燃燒時(shí)不但能失去最外層的2個(gè)電子，而且還可失去次外層的1個(gè)電子后成+3價(jià)，說明氧化性Cl2>S；④在高溫時(shí)能與C、P、Si等化合。 2.鐵的合金 一般地說，含碳量在2%～4.3%的鐵的合金叫做生鐵。生鐵里除含碳外，還含有硅、錳以及少量的硫、磷等，它可鑄不可煅。根據(jù)碳的存在形式可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。 一般地說，含碳量在0.03%～2%的鐵的合金叫做鋼。鋼堅(jiān)硬有韌性、彈性，可以鍛打、 壓延，也可以鑄造。 鋼的分類方法很多，如果按化學(xué)成分分類，鋼可以分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼就是普通的鋼。合金鋼也叫特種鋼，是在碳素鋼是適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或幾種，如錳、鉻、鎳、鎢、銅等合金元素而制成的。合金元素使合金鋼具有各種不同的特殊性能。 3.煉鐵 (1)反應(yīng)原理：利用氧化——還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑(主要是CO)把鐵從鐵礦石里還原出來。 (2)原料：鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣 (3)設(shè)備：高爐 (4)生產(chǎn)過程 ①還原劑的生成 C+O2 CO2 CO2+C 2CO ②鐵礦石還原成鐵 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2↑ ③除脈石、爐渣的形成 CaCO3CaO+CO2↑ SiO2+CaOCaSiO3 4.煉鋼 (1)設(shè)備：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 (2)主要原料：煉鋼生鐵、生石灰、氧氣。 (3)反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑把生鐵中過多的碳和其它雜質(zhì)氧化為氣體或爐渣除去。 (4)煉鋼時(shí)的主要反應(yīng)： ①氧化劑的生成，熱能的來源 2Fe+O22FeO ②降低碳的含量 C+FeOCO+Fe ③除去S、P等雜質(zhì) ④加硅鐵、錳鐵、鋁除剩余FeO——脫氧 2FeO+Si2Fe+SiO2 二、鐵的氧化物和氫氧化物 1.鐵的氧化物的比較 鐵的氧 化物 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗稱 鐵紅 磁性氧化鐵 色、態(tài) 黑色粉末 黑色晶體 紅棕色粉末 鐵的價(jià)態(tài) +2 +3 +2、+3 水溶性 難溶于水　 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定性 6FeO+O2=2Fe3O4 穩(wěn)定 穩(wěn)定 與酸的反應(yīng) FeO+2H+=Fe2++H2O Fe2O3+6H+=2Fe3+ +3H2O Fe3O4+8H+=2Fe3++ Fe2++4H2O 與CO的反應(yīng) FexOy+yCO=xFe+yCO2 制取 高溫熔融，過量的鐵與氧氣反應(yīng) 2Fe+O2=2FeO Fe(OH)3的分解 2Fe(OH)3=Fe2O3 +3H2O 鐵在氧氣中燃燒 3Fe+2O2=Fe3O4 2.鐵的氫氧化物的比較 Fe(OH)2 Fe(OH)3 物理性質(zhì) 白色，難溶于水的固體 紅褐色，難溶于水的固體 化學(xué)性質(zhì) （1）與非氧化性強(qiáng)酸反應(yīng) Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O (2)與氧化性酸反應(yīng) 3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O （3）空氣中放置被氧化 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 （1）與酸反應(yīng) Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O （2）受熱分解 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O 制備 ①煮沸蒸餾水，趕走溶解的氧氣②煮沸NaOH溶液，趕走溶解的氧氣③配制FeSO4溶液，加少量的還原鐵粉④用長滴管將NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下　 Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 將NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中 Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓ 1. Fe3O4是復(fù)雜的化合物，經(jīng)研究證明，在Fe3O4晶體中有1/3的Fe是+2價(jià)，有2/3的Fe是+3價(jià)，可看成FeOFe2O3，實(shí)際應(yīng)寫成Fe(FeO2)2,即鐵酸亞鐵鹽，不是一般的氧化物。 2.Fe(OH)2和Fe(OH)3從溶液中析出的現(xiàn)象不同，前者是白色絮狀沉淀，后者是紅褐色沉淀。而Fe(OH)2極不穩(wěn)定，易被氧化成Fe(OH)3，反應(yīng)現(xiàn)象是：白色→灰綠色→紅褐色。 若要觀察到白色的Fe(OH)2沉淀，需要?jiǎng)?chuàng)造以下條件： （1）排除亞鐵鹽溶液里的Fe3+離子，以免Fe3+離子直接與OH-結(jié)合生成Fe(OH)3。 （2）盡量排除溶液中溶解的氧氣（絕對排除是辦不到的），以減慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。 反應(yīng)要用新制備的亞鐵鹽溶液，并放入少量的鐵以防止Fe3+離子產(chǎn)生。亞鐵鹽溶液與堿溶液在混合前分別加熱以排除溶有的空氣，然后，把堿溶液沿著試管壁加入盛亞鐵鹽溶液的試管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入堿溶液，可觀察到白色絮狀沉淀。 三、Fe、Fe2+和Fe3+之間相互轉(zhuǎn)化及檢驗(yàn) 從Fe、Fe2+和Fe3+的結(jié)構(gòu)可知:Fe只有還原性，F(xiàn)e3+通常只有氧化性，F(xiàn)e2+既具有氧化性又具有還原性。上述微粒通過跟一定的氧化劑或還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)的鐵相互轉(zhuǎn)化，如下圖（常稱為鐵三角）： 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+ （溶液為綠色） （溶液為棕黃色） 1.學(xué)習(xí)鐵及其化合物的性質(zhì)要注意： (1)抓價(jià)態(tài)：從鐵元素三種價(jià)態(tài)的相互轉(zhuǎn)化(鐵三角關(guān)系)去認(rèn)識鐵及其化合物間的氧化—還原反應(yīng)規(guī)律. (2)想屬類：如鐵是一種比較活潑的過渡金屬，氧化亞鐵、氧化鐵為堿性氧化物，氫氧化亞鐵、氫氧化鐵為不溶性弱堿，氯化鐵為強(qiáng)酸弱堿鹽，由此去分析理解它們各自所具有的性質(zhì). 2.鐵元素的原子在化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)遇弱氧化劑(如S、H+、Cu2+、I2等)時(shí)，鐵只能失去最外層的兩個(gè)電子，而生成+2價(jià)鐵的化合物，當(dāng)遇到強(qiáng)氧化劑(如Cl2、Br2、HNO3等)時(shí)，鐵原子可以再失去次外層上的一個(gè)電子而生成+3價(jià)鐵的化合物. 3.具體反應(yīng)有： （1）Fe2+→Fe3+ ①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-（在亞鐵鹽溶液中通入氯氣，溶液由淺綠色變?yōu)樽攸S色）。 ②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O（亞鐵鹽溶液在空氣中容易變質(zhì)，如綠礬露置于空氣中則是：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，溶液由淺綠色變棕黃色，在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液，溶液由紫紅變棕黃。 ⑤2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O　 （2）Fe3+→Fe2+ ①2Fe3++S2+=2Fe2++S,如在FeCl3溶液中滴加適量的Na2S溶液,溶液變渾濁，濾去沉淀則濾液為淺綠色；如加入過量的Na2S溶液，，則又有黑色沉淀生成（FeS），向Fe3+溶液中通入H2S氣體的離子方程式為：2Fe2++H2S=2Fe3++2H++S↓。 ②2Fe3++SO32－+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+ ③2Fe3++Fe=3Fe2+,在FeSO3溶液中往往要加鐵的原因是可以防止Fe2+被氧化為Fe3+。 ④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,電路板的制作是利用FeCl3溶液與裸露的銅反應(yīng)。 ⑤2Fe3++2I－=2Fe2++I2 4.Fe2+和Fe3+的檢驗(yàn) （1）Fe2+的檢驗(yàn)： 方法一：滴加KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象，再滴加新制氯水，溶液立即變紅色。 方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮狀沉淀，該沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色。 （2）Fe3+的檢驗(yàn)： 方法一：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即變?yōu)檠t色。 方法二：滴加NaOH溶液,出現(xiàn)紅褐色沉淀。 1.Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化 Fe2+有還原性，高錳酸鉀、重鉻酸鉀、過氧化氫等氧化劑能把它氧化成Fe3+： MnO-4+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O +6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O H2O2+2Fe2++2H+=2F3++2H2O 在酸性溶液中，空氣中的氧也能把Fe2+氧化： 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 在堿性溶液中，F(xiàn)e2+的還原性更強(qiáng)，它能把NO-3和NO-2還原成NH3，能把Cu2+還原成金屬銅.Fe3+具有氧化性，它能把I-氧化成I2： 2Fe3++2I-=2Fe2++I2 在無線電工業(yè)上，常利用FeCl3溶液來刻蝕銅，制造印刷線路，它們反應(yīng)的化學(xué)方程式是： 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ 因此，銅在氯化鐵溶液中能作還原劑，而FeCl3是氧化劑. Fe3+在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等還原成Fe2+： 2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+ 2F3++Sn2+=2Fe2++Sn4+ Fe3+還能被金屬鐵還原： 2Fe3++Fe=3Fe2+ 在亞鐵鹽溶液中加入鐵釘可防止Fe2+被氧化為Fe3+. 2.Fe2+和Fe3+的顏色 Fe2+在水溶液中通常以水合離子［Fe(H2O)6］2+形式存在，呈淡綠色，并存在下列平衡： ［Fe(H2O)6］2++H2O［Fe(H2O)5OH］++H2O+ 這個(gè)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.三氯化鐵以及其他+3價(jià)鐵鹽溶于水后都發(fā)生顯著的水解，實(shí)質(zhì)是+3價(jià)水合鐵離子的水解.只有在PH=0左右時(shí)，才有［Fe(H2O)6］3+存在(但由于有陰離子的存在，會(huì)生成其他的絡(luò)離子，影響淡紫色的觀察).當(dāng)PH為2～3時(shí)，水解趨勢很明顯.它們的水解平衡如下： ［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 生成的堿式離子呈黃色，它可聚合成二聚體： 2［Fe(H2O)6］3+ ［Fe2(H2O)8(OH) 2］4++2H3O+ K=10-2.91 二聚體是借OH-為橋把2個(gè)Fe3+連結(jié)起來形成的多核絡(luò)離子.溶液的PH越高，水解聚合的傾向越大，最后逐漸形成膠體，析出紅綜色水合氧化鐵沉淀。 3．例題精講 例1.把銅粉和過量的鐵粉加入到熱的濃硝酸中，充分反應(yīng)后，溶液中大量存在的金屬陽離子是 （ ） A.只有Fe2+ B.只有Fe3+ C.有Fe2+和Cu2+ D.有Fe3+和Cu2+ 思路與解析：濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，熱的濃硝酸可將Fe和Cu分別氧化成Fe3+和Cu2+，過量的鐵又與Fe2+和Cu2+反應(yīng)生成Fe2+和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金屬陽離子為Fe2+，故選A。 例2.將6g純鐵粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中充分反應(yīng)后得到200mL0.5mol/L的FeSO4溶液和5.2g固體，求： （1）反應(yīng)后生成銅多少克？ （2）加入鐵粉前Fe2(SO4)3物質(zhì)的量濃度。 [思路]：在Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中投入鐵粉后，F(xiàn)e3+和Cu2+均可與鐵發(fā)生反應(yīng)，但由于氧化性Fe3+>Cu2+，所以Fe應(yīng)首先還原Fe3+，即首先發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe3+=3Fe2+，但不可以只發(fā)生此反應(yīng)，原因有二：第一是若只發(fā)生此反應(yīng)則說明鐵粉較少，已完全反應(yīng)無剩余，則不可能有5.2g不溶物；第二，若只發(fā)生此反應(yīng)可依此反應(yīng)計(jì)算出生成的FeSO4為（6g56g/mol）3=0.32mol>0.1mol。通過以上分析，可以看出，F(xiàn)e在把全部的Fe3+還原后，不發(fā)生了還原Cu2+的反應(yīng)，此時(shí)的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固體中肯定有Cu，是否含F(xiàn)e呢？這就是此題的關(guān)鍵所在，需通過計(jì)算推導(dǎo)確定。 [解析]：發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為： ①Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 ②Fe+CuSO4=Cu+FeSO4　 兩個(gè)反應(yīng)共生成FeSO4為：0.2L0.5mol/L=0.1mol 觀察兩個(gè)反應(yīng)不難發(fā)現(xiàn)，若生成同樣的FeSO4，②式消耗的鐵更多。假設(shè)0.1molFeSO4全部為②式產(chǎn)生，則此時(shí)消耗的鐵將達(dá)最大量為a。 Fe ～ FeSO4 1mol 1mol a 0.1mol a=0.1mol，即鐵為5.6g，則5.2g固體中含Cu也含剩余的Fe，設(shè)原溶液的Fe2(SO4)3和CuSO4的物質(zhì)的量分別為x和y。 Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4 X x 3x y y y y 由題意得 3x+y=0.1mol 6g-56g/mol(x+y)+64g/moly=5.2g 解得：x=0.02mol y=0.04mol 則生成銅：0.04mol64g/mol=2.56g 原Fe2(SO4)3和物質(zhì)的量濃度為0.02mol/0.2L=0.1mol/L 例3.mg 鐵粉與一定量的HNO3在一定條件下充分反應(yīng),將生成的氣體與標(biāo)準(zhǔn)狀況nL氧氣混合,恰好能被水完全吸收,m和n的關(guān)系是什么? [思路]此題看起來,涉及的化學(xué)反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜,因HNO3的濃度和用量不同,生成Fe(NO3)3還是Fe(NO3)2不能確定,HNO3的還原產(chǎn)物是NO還是NO2也不能確定。所以消耗的氧氣也無從下手求出.但是從始態(tài)和終態(tài)來看,HNO3的還原產(chǎn)物與氧氣混合后,最終還是生成HNO3,這樣消耗的氧氣相當(dāng)于把mg鐵粉氧化成+2價(jià)或+3價(jià)化合物,用極端思考法很容易求出。 [解析]:假設(shè)HNO3為稀的,鐵與HNO3反應(yīng)后的價(jià)態(tài)是+2, 則有: 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 可改寫為 ： 2Fe + O2 +4HNO3 = 2FeO + 4HNO3 即： 2Fe + O2 =2FeO 同理可得 ： 4Fe +3O2=2Fe2O3 問題便得以解決 即 ：當(dāng)鐵被氧化為+2價(jià)時(shí)，由電子得失守衡得： m/562=n/22.44 n=O.2m 當(dāng)鐵被氧化為=+3價(jià)時(shí)，由電子得失守衡得： m/563=n/22.44 n=O.3m 則m與n的關(guān)系是：O.2m≤n≤O.3m [小結(jié)]此題在解題過程中，巧妙得使用了始態(tài)和終態(tài)，使復(fù)雜的問題簡單化。氧化還原反應(yīng)中，電子得失守衡的使用，避免了繁瑣的計(jì)算，在應(yīng)試中贏得了時(shí)間，思維訓(xùn)練方面堪稱是一道好題。 例4.由FeO、Fe2O3和Fe3O4組成的混合物，測得其中鐵元素與氧元素的質(zhì)量比為21：8，，則這種混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物質(zhì)的量之比是（ ）。 A.1：2：1 B. 2：1：1 C. 1：1：1 D. 1：1：3 [思路]：可用平均組成法來求解： [解析]在混合物中Fe原子和氧原子物質(zhì)的量之比為(21/56)：（8/16）=3：4，則混合物的平均組成為Fe3O4，在三種組合中Fe3O4則不必多考慮，應(yīng)注意FeO和Fe2O3混合后也應(yīng)符合Fe3O4，所以在混合物中它們的物質(zhì)的量之比必需是1：1.故答案應(yīng)選C、D。 例5.某鐵的“氧化物”樣品，用5mol/L的鹽酸140mL恰好完全溶解，所得溶液還能吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.56L氯氣，使其中Fe2+全部轉(zhuǎn)化為Fe3+。該樣品可能的化學(xué)式是 （ ） A. Fe2O3 B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7 [思路]：利用正、負(fù)電荷相等列方程可快速解題。 [解析]設(shè)鐵的氧化物中含O2-為xmol，則其化學(xué)式為FexOy，由O2-個(gè)數(shù)守恒有： 2yH++ FexOy = yH2O+ xFe+（2y/x） 2ymol ymol 0.7mol amol 2y：y=0.7：a a=0.35（mol） 設(shè)FexOy中含F(xiàn)e2+bmol,則： 2Fe2++ Cl2 = Fe3＋+ 2Cl- 2mol 22.4L bmol 0.56L 2：b=22.4：0.56 b=0.05（mol） 設(shè)樣品FexOy中含F(xiàn)e3+為cmol,則由電荷守恒可得： （20.05mol）3cmol=20.35mol 解之得c=0.2mol 故樣品FexOy中：x：y=（0.05+0.02）：0.35=5：7 即樣品“氧化鐵”化學(xué)式為：Fe5O7。 例6：試樣x由氧化亞鐵和氧化銅組成.取質(zhì)量相等的兩份試樣，按下圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn). (1)請寫出步驟③中所發(fā)生的全部反應(yīng)的離子方程式. (2)若全部的溶液y和全部的粉末Z充分反應(yīng)后，生成的不溶物的質(zhì)量是m，則每份試樣x中氧化銅的質(zhì)量為 (用m表示). [思路]：本題第一問比較簡單.發(fā)生的反應(yīng)為：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，F(xiàn)e+2H+=Fe2++H2↑ 第二問是考查思維的嚴(yán)密性和敏捷性.由題意，反應(yīng)后溶液中不含Cu2+，所以兩份試樣中的銅元素全部轉(zhuǎn)化為單質(zhì)銅，而溶液是強(qiáng)酸性，則固體物中無Fe,所以m為銅的質(zhì)量.故一份試樣中氧化銅的質(zhì)量為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，分別滴加NH4SCN溶液后，溶液不呈血紅色的是 （ ）。 A.加入足量鎂粉的Fe2(SO4)3溶液 B.加入過量鐵粉的稀硝酸溶液 C.鐵絲在足量的氯氣中燃燒后，所得產(chǎn)物的溶液 D.長期暴露在空氣中的綠礬溶液 [思路]：實(shí)驗(yàn)室鑒定Fe3+的方法是利用KSCN溶液，它們相遇會(huì)呈血紅色，若利用NH4SCN溶液，實(shí)質(zhì)是一樣的： Fe3++SCN-=[Fe（SCN）]2+ Fe3+可以結(jié)合1～6個(gè)SCN-，產(chǎn)物皆為血紅色。 A.足量的鎂粉可以使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+或Fe，因?yàn)榉磻?yīng)后不再有Fe3+，所以加入SCN-后，不會(huì)出現(xiàn)血紅色。 B.過量的鐵與稀硝酸進(jìn)行如下反應(yīng)： Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+H2O 2Fe3++Fe=3Fe2+ 因?yàn)榉磻?yīng)后無Fe3+，所以加入SCN-后，也不會(huì)出現(xiàn)血紅色。 C.Fe在Cl2中燃燒的產(chǎn)物是FeCl3，它的水溶液中存在著大量的Fe3+，所以加入SCN-后，會(huì)出現(xiàn)血紅色。 D.FeSO4溶液中的Fe2+因暴露在空氣中會(huì)被空氣中的氧氣氧化成Fe3+： 4FeSO4+O2+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+2H2O 所以加入SCN-后，會(huì)出現(xiàn)血紅色。 [解析]：選A、B。 例8.將8gFe2O3投入150mL某濃度的稀硫酸中，再投入7g鐵粉收集到1.68LH2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），同時(shí)，F(xiàn)e和Fe2O3均無剩余，為了中和過量的硫酸，且使溶液中鐵元素完全沉淀，共消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。則原硫酸的物質(zhì)的量濃度為 （ ）。 A.1.5mol/L B.0.5mol/L C.2mol/L D.1.2mol/L [思路]：粗看題目，這是一利用關(guān)系式進(jìn)行多步計(jì)算的題目，操作起來相當(dāng)繁瑣，但如能仔細(xì)閱讀題目，挖掘出隱蔽條件，不難發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)后只有Na2SO4存在于溶液中，且反應(yīng)過程中SO42-并無損耗，根據(jù)Na+守恒，非常易求得SO42-即原硫酸的物質(zhì)的量濃度為：2mol/L，故選C。 例9．金屬銅能被FeCl3的濃溶液腐蝕，其化學(xué)反應(yīng)是：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2。　 現(xiàn)將有銅的印刷線路板浸入120mLFeCl3的濃溶液中，有9.6gCu被腐蝕掉。取出印刷線路板，向溶液中加入8.4g鐵粉，經(jīng)充分反應(yīng)，溶液中還存在4.8g不溶物。則： （1）溶液中存在那些離子？ （2）離子的濃度各是多少？（設(shè)溶液體積不變） [思路]：存在的不溶物有兩種可能：一可能是鐵、銅混合物，二可能只是鐵。若為鐵、銅混合物，則溶液中的Cu2+必然全部析出，即不溶物的質(zhì)量大于9.6g，顯然錯(cuò)誤，故不溶物為Cu。 [解析]：（1）溶液中存在的離子為：Fe2+、Cu2+、Cl-。 （2）溶液中n（Cu2+）=（9.6g-4.8g）64g/mol=0.075mol Cu2+的物質(zhì)的量濃度為：0.075mol0.12L=0.625mol/L 設(shè)被還原的Fe3+的物質(zhì)的量為x： 根據(jù)Fe3+得電子數(shù)與Fe、Cu失電子數(shù)相等，列式為： x1=（8.4g56g/mol）2+0.075mol2=0.45mol 溶液中n（Fe3+）=8.4g56g/mol+0.45mol=0.6mol Fe2+的物質(zhì)的量濃度為：0.6mol1.2L=5mol/L Cl+的物質(zhì)的量濃度為：0.625mol/L2+5mol/L2=11.25mol/L。 例10：氯化銅(CuCl22H2O)中含F(xiàn)eCl2雜質(zhì).為制得純凈氯化銅晶體，首先將其制成水溶液，然后按下面所示操作步驟進(jìn)行提純. 　 ↓蒸發(fā)結(jié)晶 CuCl22H2O(純) (1)加入氧化劑X的目的是 (2)下列氧化劑中最適合本實(shí)驗(yàn)的是 A.H2O2 B.KMnO4 C.NaClO D.K2Cr2O7 (3)物質(zhì)Y和沉淀Z的化學(xué)式分別是 和 . (已知完全成氫氧化物所需PH值：Fe3+為3.7，Cu2+為6.4，F(xiàn)e2+為9.6.) [思路]：本題是對一個(gè)實(shí)驗(yàn)問題進(jìn)行理論分析. 解答本題的關(guān)鍵是理解題中提供的一條中學(xué)未曾接觸的信息的含意.由于Fe2+沉淀為Fe(OH)2的PH值與Cu2+沉淀為Cu(OH)2的PH較大，而與Fe3+沉淀為Fe(OH)3的PH相差較大，所以可以通過先將Fe2+氧化為Fe3+，再調(diào)節(jié)溶液的PH使鐵以Fe(OH)3沉淀形式而被除去.為了使加入的氧化劑不帶入新的雜質(zhì)，顯然用H2O2最好.出于同樣的考慮，加入y調(diào)節(jié)溶液PH值時(shí)，應(yīng)選用能與H+反應(yīng)，而溶解度較小的物質(zhì)如CuO為好，CuO稍多不會(huì)帶入新雜質(zhì)也不會(huì)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的鐵粉.假設(shè)反應(yīng)分為兩個(gè)階段.第一階段為：Fe+HNO3Fe(NO3)3+NO↑+H2O (1)寫出這兩個(gè)階段反應(yīng)的離子方程式. (2)求這兩個(gè)階段反應(yīng)中，加入鐵粉的物質(zhì)的量和溶液中鐵元素存在的形式. (3)在圖中畫出溶液中Fe2+、離子的物質(zhì)的量隨加入鐵粉的物質(zhì)的量變化的關(guān)系圖像(縱坐標(biāo)是溶液中離子的物質(zhì)的量). 分析：鐵與稀硝酸反應(yīng)規(guī)律　 ①Fe+4HNO3 Fe(NO3)3+NO↑+2H2O ②3Fe+8HNO33Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O (1)當(dāng)≤時(shí)，按反應(yīng)①進(jìn)行； 當(dāng)≥時(shí)，按反應(yīng)②進(jìn)行. 當(dāng)≤≤時(shí)，則①②兩反應(yīng)都發(fā)生，且Fe、HNO3均反應(yīng)完全. (2)上述反應(yīng)可以認(rèn)為先發(fā)生反應(yīng)①，若Fe有剩余則發(fā)生2Fe(NO3)3+Fe3Fe(NO3)2. 答案為： (1)Fe+4H++Fe3++NO↑+2H2O 2Fe3++Fe3Fe2+. (2)①加入Fe粉為0～0.2mol時(shí)，存在形式為Fe3+. ②加入鐵粉為0.2～0.3mol時(shí)，存在形式為Fe2+和Fe3+ ③加Fe粉為n(Fe)≥0.3mol時(shí)，存在形式為Fe2+. (3)如下圖. 4．實(shí)戰(zhàn)演練 一、選擇題 1.（2002年全國高考題）鐵屑溶于過量的稀硫酸，過濾后向?yàn)V液中加入適量硝酸，再加入過量的氨水，有紅褐色沉淀生成。過濾，加熱沉淀物至質(zhì)量不再發(fā)生變化，得到紅棕色的殘?jiān)?。上述沉淀和殘?jiān)謩e為 A.Fe(OH)3;Fe2O3 B.Fe(OH)2;FeO C.Fe(OH)2、Fe(OH)3;Fe3O4 D.Fe2O3;Fe(OH)3 2.要證明某溶液中不含F(xiàn)e3＋而可能含有Fe2＋進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作時(shí)最佳順序?yàn)? 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.在氯化鐵、氯化銅和鹽酸混合液中加入鐵粉，待反應(yīng)結(jié)束，所剩余的固體濾出后能被磁鐵吸引，則反應(yīng)后溶液中存在較多的陽離子是 A.Cu2＋ B.Fe3＋ C.Fe2＋ D.H＋ 4.在FeCl3,CuCl2,FeCl2的混合溶液中，F(xiàn)e3＋,Cu2＋和Fe2＋的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1,現(xiàn)加入適量鐵粉，使溶液中三種離子物質(zhì)的量濃度之比變化為1∶2∶4,則參加反應(yīng)的鐵粉與原溶液Fe3＋的物質(zhì)的量之比為 A.2∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4 5.在濃度均為3　molL－1的鹽酸和硫酸各100?。鞮中，分別加入等質(zhì)量的鐵粉，反應(yīng)完畢后生成氣體的質(zhì)量比為3∶4，則加入鐵粉的質(zhì)量為 A.5．6?。? B．8．4　ｇ C．11．2?。? Ｄ．1．8　ｇ 6.把a(bǔ) g鐵鋁合金粉末溶于足量鹽酸中，加入過量NaOH溶液。過濾出沉淀，經(jīng)洗滌、干燥、灼燒，得到的紅色粉末的質(zhì)量仍為a g，則原合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 A.70% B.52.4% C.47.6% D.30% 7.制印刷電路時(shí)常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”，發(fā)生的反應(yīng)為2FeCl3＋Cｕ===2FeCl2＋CｕCl2。向盛有氯化鐵溶液的燒杯中同時(shí)加入鐵粉和銅粉，反應(yīng)結(jié)束后，下列結(jié)果不可能出現(xiàn)的是 A.燒杯中有銅無鐵 B.燒杯中有鐵無銅 C.燒杯中鐵、銅都有 D.燒杯中鐵、銅都無 8.某溶液中含有大量的Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和NH，其c(H＋)=10－2 molL－1，在該溶液中可以大量存在的陰離子是 A.SO B.NO C.SCN－ D.CO 9.某強(qiáng)酸性溶液中可能存在NO、Cl－、I－、Fe3＋中的一種或幾種。向該溶液中加入溴水，單質(zhì)溴被還原，由此推斷溶液中 A.不含NO、也不含F(xiàn)e3＋ B.含有NO、I－、Cl－ C.含I－，但不能確定是否含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?。纾罱K得到沉淀1．6?。纾瑒t原混合物中FeS的質(zhì)量可能是 A．4．4?。? B．7．8　ｇ C．13．5?。? D．17．6　ｇ 二、非選擇題（共50分） 11.(6分)在燒制磚瓦時(shí)，用粘土做成的坯經(jīng)過烘燒后，鐵的化合物轉(zhuǎn)化成 而制得紅色磚瓦。若烘燒后期從窯頂向下慢慢澆水，窯內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的 氣體，它們把該紅色物質(zhì)還原成的黑色化合物是 ，同時(shí)還有未燒的碳顆粒，而制得了青色磚瓦。 12.(6分)有關(guān)物質(zhì)間有下圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系。其中：A的濃溶液與單質(zhì)B在加熱時(shí)才發(fā)生反應(yīng)①；A的稀溶液與足量B發(fā)生反應(yīng)②。據(jù)此填寫下列空白： (1)反應(yīng)④的現(xiàn)象是 。 (2)寫出反應(yīng)②的離子方程式 。 (3)根據(jù)題示信息判斷，A的濃溶液和單質(zhì)B加熱時(shí)能否產(chǎn)生G，說明理由(寫出化學(xué)方程式回答)： 。 13.（6分）室溫下，單質(zhì)A、B、C分別為固體、黃綠色氣體、無色氣體，在合適反應(yīng)條件下，它們可以按下圖進(jìn)行反應(yīng)。又知E溶液是無色的，請回答： 反應(yīng)流程 （1）A是 ，B是 ， C是 。（請?zhí)罨瘜W(xué)式） （2）反應(yīng)①的化學(xué)方程式為： 。 （3）反應(yīng)③的化學(xué)方程式為： 。 （4）反應(yīng)④的化學(xué)方程式為： 。 14.（10分）A、B、C、D、E分別是鐵的單質(zhì)或鐵的化合物。其相互反應(yīng)關(guān)系如下圖所示： 根據(jù)上圖所示變化，要求回答： （1）推斷A、B、C、D、E各是什么物質(zhì) A 、B 、C 、D 、E ； （2）寫出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式： ① ;　 ② ; ③ ; ④ ; ⑤ ; ⑥ ; ⑦ ; ⑧ 。 15.（10分）將一生銹的鐵片置于稀HNO3中充分反應(yīng)后，共收集到11.2 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）NO氣體，溶液中還剩余5 g固體殘?jiān)谶^濾后的濾液中通入35.5 g氯氣，恰好使溶液中的Fe2＋全部氧化。求原帶銹鐵片的質(zhì)量和鐵銹的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（鐵銹成分以Fe2O3計(jì)）。 16.（12分）（2001年全國高考卷）已知Fe2O3在高爐中有下列反應(yīng)： Fe2O3＋CO2FeO＋CO2 反應(yīng)形成的固體混合物（含F(xiàn)e2O3和FeO）中，元素鐵和氧的質(zhì)量比用m（Fe）∶m（O）表示。 （1）上述固體混合物中，m（Fe）∶m（O）不可能是 （選填a、b、c多選扣1分）。 a.21∶9 b.21∶7.5 c.21∶6 (2)若m（Fe）∶m（O）=21∶8，計(jì)算Fe2O3被CO還原的百分率。 （3）設(shè)Fe2O3被CO還原的百分率為A%，則A%和混合物中m（Fe）∶m（O）的關(guān)系式為［用含m（Fe）、m（O）的代數(shù)式表示］A%= 。 請?jiān)谙聢D中畫出A%和m（Fe）∶m（O）關(guān)系的圖形。 （4）如果Fe2O3和CO的反應(yīng)分兩步進(jìn)行： 3Fe2O3＋CO2Fe3O4＋CO2 Fe3O4＋CO3FeO＋CO2 試分析反應(yīng)形成的固體混合物可能的組成及相應(yīng)的m（Fe）∶m（O）［令m（Fe）∶ m（O）=21∶a，寫出a的取值范圍］。將結(jié)果填入下表。 混合物組成（用化學(xué)式表示） a的取值范圍 　 附參考答案 一、1.解析：FeFe2＋Fe3+Fe(OH)3Fe2O3。 答案：A 2.B 3.C 4.解析：根據(jù)2Fe3++Fe===3Fe2＋知，消耗1 mol Fe生成3 mol Fe2＋，還消耗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)白色沉淀灰綠色紅褐色沉淀 （2）3Fe＋2NO＋8H＋===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O (3)由反應(yīng)2HNO3＋NO===3NO2＋H2O知，在濃HNO3中不可能生成NO 13.（1）Fe Cl2 H2 (2)2Fe+3Cl22FeCl3 (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)設(shè)Fe2O3原有n0 mol，還原百分率為A%，則有 A%=≈33.3% (3)3－ (4)Fe2O3、Fe3O4 8＜a＜9 Fe3O4、FeO 6＜a＜8 Fe2O3、Fe3O4、FeO 6＜a＜9 111