高中-化学：3铁的重要化合物

高中-化学：3铁的重要化合物

1.了解Fe、Cu的重要化合物的主 要性质及应用。 2.掌握Fe2＋、Fe3＋的检验方法。 一、铁的重要化合物 1．铁的存在 铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝， 主要以 和 价化合物的形式存在。 基础知识梳理 ＋2 ＋3 2．铁的氧化物 (1)物理性质 名称 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 铁红 磁性氧化铁 铁的化合价 ＋2 ＋3 ＋2、＋3 颜色、状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 溶解性 都不溶于水 (2)化学性质 ①FeO不稳定，在空气中受热易被氧化 成 。 ②FeO和Fe2O3属于 氧化物，与盐酸反 应的化学方程式分别为：FeO＋2HCl===FeCl2＋ H2O，Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O。 (3)用途 Fe2O3常用作红色油漆和涂料，赤铁矿(主要 成分是Fe2O3)是炼铁原料。 Fe3O4 碱性 3．铁的氢氧化物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 颜色 白色 红褐色 溶解性 不溶于水 不溶于水 稳定性 在空气中易转化为 与盐酸反应 (离子方程式) Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋ ＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋ ===Fe3＋＋3H2O 制备 Fe2＋＋2OH－ ===Fe(OH)2↓ Fe3＋＋3OH－ ===Fe(OH)3↓ 转 化 化学方程 式 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 现象 白色絮状沉淀迅速变为 色，最终变为 色 Fe(OH)3 红褐 灰绿 4.铁盐和亚铁盐 (1)Fe3＋的检验 ①试剂： ②现象：含Fe3＋的溶液 。变成红色 KSCN溶液 如FeCl3溶液中加入铁粉，反应的离子 方程式为：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。 如向FeCl2溶液中滴加氯水，反应的离子方程 式为：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。 (3)铁盐的净水作用 向混有少量泥沙的浑浊水中加入Fe2(SO4)3溶 液后，会 。 变澄清 二、铜盐 1．铜化学性质不活泼，使用铜器皿比较 安全。 2．铜属于 ，铜盐溶液都 ，因 为Cu2＋与蛋白质作用，使蛋白质变性而失去 生理活性。 3．铜绿的主要成分是Cu2(OH)2CO3。 重金属 有毒 Fe2＋、Fe3＋、Fe的转变——“铁三角” 1．Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化 为Fe2＋、Fe3＋ 2．Fe2＋既具有氧化性又具有还原性，可以 被氧化为Fe3＋，也可以被还原为Fe (1)当Fe2＋遇到强氧化剂(如Cl2)时，被氧化为 Fe3＋，如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ (2)当Fe2＋遇到C、Al、Zn、CO等还原剂时， 可以被还原为Fe，如Fe2＋＋Zn===Zn2＋＋Fe 3．Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为 Fe2＋或Fe (1)Fe3＋被C、CO、Al等还原为Fe，如 (2)Fe3＋被Fe、Cu等还原为Fe2＋，如 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ 1．不同价态的铁及铁的化合物要注意所用 氧化剂和还原剂的强弱不同。 2．利用以上转化关系，可总结出铁及不同 价态的Fe的化合物的性质、用途、试剂保存、溶 液配制、除杂等。如Fe2＋的溶液中含有Fe3＋，可 加入Fe粉以除去Fe3＋等。 特别提醒 将铁粉、铜粉、FeCl3溶液和CuCl2溶液混合于 某容器中充分反应(假定容器不参与反应)。试判断下 列情况下，溶液中存在的金属离子和金属单质。 (1)若铁粉有剩余，则容器中不可能有的离子是： ____________；铜单质________(填“一定”或“可能”)存在。 (2)若氯化铜有剩余，则容器中还可能有的离子 为：________；铜单质________(填“一定”或“可能”)存在。 (3)若氯化铁和氯化铜都有剩余，则容器中不可 能有的单质是__________，Fe2＋__________(填“一定”或“可能”)存在。 【思路点拨】　本题通过金属的活动性： Fe＞Cu，离子的氧化性Fe3＋＞Cu2＋，考查了 物质的共存问题，解答本题应首先弄清物质 间发生的反应，凡相互发生反应的物质间不 可能大量共存，依据设问可推断出剩余的固 体单质及离子情况。 【解析】　本题涉及的反应有： ①Fe＋2FeCl3===3FeCl2 ②Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2 ③Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2 (1)若铁粉有剩余，则容器中不可能有Fe3＋、Cu2＋，因为它们能发生 上述①②反应。 (2)若CuCl2有剩余，则容器中不可能有Fe，可能有Fe2＋、Fe3＋或Fe2＋、 Cu。 (3)若FeCl3和CuCl2均有剩余，则容器中一定没有Fe、Cu，一定有Fe2＋。 【答案】　(1)Fe3＋、Cu2＋　一定 (2)Fe3＋　可能 (3)Fe、Cu　一定 1．向一定量的Fe、FeO和Fe3O4的混合物 中加入100 mL 1 mol/L的盐酸，恰好使混合物 完全溶解，放出标准状况下的气体224 mL，在 溶液中加入KSCN溶液无红色出现。若用足量 的CO在高温下还原相同质量的此混合物，能得 到铁的质量为(　　) A．11.2 g　　B．5.6 g C．2.8 g D．无法计算 1．操作 将吸有NaOH溶液的胶头滴管 插入新制备的亚铁盐溶液的液面以 下，缓慢挤出NaOH溶液。 Fe(OH)2的制备 2．原理 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 3．注意事项 (1)Fe2＋必须是新制的并放入Fe粉，以防 Fe2＋被氧化成Fe3＋；(2)除去溶液中溶解的O2， 其方法是加热煮沸NaOH溶液；(3)滴管末端 插入试管内的液面以下； (4)必要时可在液面上加植物油或苯进行 液封。 4．改进方法 为了防止Fe(OH)2被O2氧化，在制备 Fe(OH)2时，一般从两个角度考虑，一是反应 试剂，二是反应环境。 (1)反应试剂 取用最新配制的FeSO4溶液；NaOH溶液 加热煮沸并冷却后使用，以驱除溶液中溶解 的O2。 (2)反应环境 方法1：装置如右图所示。 在试管中加入适量的5% FeSO4溶液，并覆盖一层苯，再用长 滴管注入不含O2的1 mol·L－ 1NaOH溶液。由于苯的液封作 用，防止了生成的Fe(OH)2被 氧化，因而可较长时间观察到 白色的Fe(OH)2沉淀。 方法2：装置如下图所示。实验时，先打 开弹簧夹K，再将分液漏斗的旋塞打开，使 稀硫酸与铁粉作用，用产生的H2排出装置中 的空气；然后关闭K，使生成的H2将试管中 的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可较长时 间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀。若拔去广 口瓶上的橡皮塞，则白色沉淀迅速变成灰绿 色，最后变成红褐色。 根据下述实验装置和操作，回答下列问题。 按下图所示装置用两种不同操作分别进行实验， 观察B试管中的现象。 操作1：先夹紧止水夹a，再使A管开始反应， 实验中B管中观察到的现象是______ ____________________。B管发生反应的离子方 程式是__________________。 操作2：打开止水夹a，使A管开始反应一段 时间后再夹紧止水夹a，实验中在B管中观察到的 现象是_____________________ _______________________________。B管中发生 的离子方程式是________________ __________。 【解析】　当夹紧a时，A试管便成了一个封闭体系，产生的H2使A试管内 压强增大，将生成的FeSO4溶液压入B中，从而发生反应生成Fe(OH)2，而NaOH溶液 中的O2可将Fe(OH)2迅速氧化，最后转变成Fe(OH)3，所以看到白色沉淀的时间很短。 当用操作2时，产生的H2首先通过导气管通入到B中的NaOH溶液中，将其中的O2赶 走，再夹紧a时，FeSO4溶液被压入B中，此时反应所产生的Fe(OH)2在一段时间内不 变色。 【答案】　先出现白色絮状沉淀，然后沉淀 迅速变为灰绿色，最后变为红褐色　Fe2＋＋2OH －===Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋O2＋ 2H2O===4Fe(OH)3　打开止水夹时，溶液中导气 管口有气泡冒出，夹紧夹子后出现白色沉淀，短 时间内沉淀不变色　Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 【规律方法】　此题是围绕Fe(OH)2的实验 室制法设计的。由于Fe(OH)2极易被氧化为 Fe(OH)3，溶液中溶解的O2就能把它氧化，操作2 采用了先通H2后将FeSO4溶液和NaOH溶液混合的 方法，这样使Fe(OH)2在H2的还原性气氛中生成， 能稳定存在的时间大大延长。 2．用下面方法可以制得白色的 Fe(OH)2沉淀。 在如图装置中，用NaOH溶液、 铁屑、稀H2SO4等试剂制备。 (1)在试管Ⅰ里加入的试剂是 ________。 (2)在试管Ⅱ里加入的试剂是 ________。 (3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和 Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验 步骤是______________________________ __________________________________________ __________________________________________ ______________________________。 (4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持 白色，其理由是________________________ __________________________________________ ______。 解析：原理是利用Fe和稀H2SO4产生H2，先赶走装置中的空气。确定赶净空 气后再夹紧止水夹，通过H2产生的压力将FeSO4溶液压入NaOH溶液中去，从而产生 Fe(OH)2沉淀，且在H2的氛围中Fe(OH)2不易被氧化，所以可保存较长的时间。 答案：(1)稀H2SO4、铁屑　(2)NaOH溶液 (3)检验试管Ⅱ出口处排出氢气的纯度。当排 出的H2纯净时，再夹紧止水夹 (4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和 试管Ⅱ，且外界空气不容易进入 Fe3＋是一种具有较强的氧化性的微粒，可 将Fe、Cu等金属单质氧化，同时Fe3＋被还原为 Fe2＋，Fe2＋与Fe3＋之间的转化是一个重要的考点。 另外根据Fe2＋、Fe3＋遇到SCN－或OH－等所表现 的不同现象，可用KSCN溶液、NaOH溶液等检验 Fe3＋、Fe2＋的存在与否。 Fe3＋的氧化性及其检验 1．Fe2＋与Fe3＋的相互转化： 特别提醒 2．Fe2＋的检验：溶液呈浅绿色；遇到OH －生成白色沉淀→灰绿色→红褐色沉淀；加入 SCN－无现象，再加氯水等强氧化剂呈红色。 3．Fe3＋的检验：溶液呈黄色；加入OH－、 NH3·H2O生成红褐色沉淀；加入SCN－溶液呈 红色。 下列离子的检验方法合理的是(　　) A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不 含Fe2＋ B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶 液变红色，说明原溶液中含有Fe2＋ C．向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀， 说明溶液中含有Fe3＋ D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又 观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有 Fe2＋，不含有Mg2＋ 【思路点拨】　Fe3＋遇SCN－生成红色的 Fe(SCN)3；Fe3＋遇OH－生成红褐色的Fe(OH)3， 以上两个反应是检验Fe3＋的特征反应。 【解析】　A．加入KSCN后呈红色，说明含Fe3＋，但不能说明是否含有Fe2 ＋。 B．通Cl2后再加入KSCN溶液变红色说明所得的溶液中含Fe3＋，而原溶液中 是否含有Fe3＋无法判断，所以原溶液中是否含Fe2＋也不能判断。 C．加NaOH得红褐色沉淀说明含有Fe3＋。 D．当溶液中含有Fe2＋和其他能与碱反应生成白色沉淀的离子时，同样会出现 上述现象，因为Fe(OH)2转变成Fe(OH)3时，颜色很容易掩盖其他白色沉淀的现象。 【答案】　C 3．能检验某溶液中有Fe2＋无Fe3＋的实验事实 是(　　) A．向溶液中加入2滴KSCN溶液立即变红色 B．向溶液中加入少许氯水后再加2滴KSCN溶 液立即变红色 C．向溶液中加入2滴KSCN溶液无明显变化， 再加入少许氯水立即变红色 D．向溶液中加入少许NaOH溶液立即产生红 褐色沉淀 解析：选C。A选项证实溶液中一定含Fe3＋，不一定含Fe2＋。B选项因先加 氯水后加KSCN溶液无法证明含Fe2＋还是Fe3＋。C选项先加KSCN无变化，证明无Fe3 ＋，加氯水后，由于2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，生成了Fe3＋，与KSCN反应生成红 色物质，证明溶液中含有Fe2＋。D选项是Fe3＋的特征反应现象。