铁及其化合物知识点拨

1、.铁及其化合物知识点拨小溪塔高中 周三明铁及其化合物的有关知识是金属元素中的最重点之一，也是高考的最热点之一。这部分内容有两个显著特点：其一，在知识点上，它与氧化还原反应、离子反应等联系非常紧密；其二，它所涉及的问题，综合性大，难度大。因此，针对这两个特点，我们的知识点拨，就以氧化还原反应为主线，精心挑选一些综合性的、有一定难度的问题进行点拨讲解，并在讲解的过程中，尽可能与其它各章的内容进行联系发散，力争使同学们从知识到能力的跃迁上，有一个较大的突破。一、铁元素的有关问题提问：你能准确表述铁元素在长式周期表中的位置吗？（第四周期、第族的第1列）注意：在“”后不要加A（主族）也不要加B（副族）；

2、请不要将“”用“八”或“8”代替；“第1列”这几个字最好不要少，因在第族共有3列。从答题时要求用语准确和规范来考虑，对这些细节地方，希望你在平时多加注意，并逐步养成严谨细致的习惯，那么在高考时你就会很容易地比别人多出3-5分了。提问：你对铁元素在化学反应中表现多种可变化合价的现象是如何理解的？铁的多种可变化合价，究其本质原因，首先要从铁的原子结构来认识。铁的原子序数是26，其核外的每个电子层所排电子数从内到外依次为：2、8、14、2。在铁与其它物质发生化学反应的时候，其最外层的两个电子容易失去而使铁显2价。对铁原子来说，其次外层的14个电子中，如果能失去一个电子成为13个电子的话，则次外层的电

3、子排布会比原来更稳定（有更高要求的同学可参考甲种本的相关内容，如：3d6>3d5等），因此，当铁原子失去最外层的2个电子以后，其次外层还可以再失去一个电子，从而使铁显3价。其次，铁在化学反应时，究竟显2价还是3价，这主要取决于跟铁作用的物质的氧化性的强弱。例如，铁跟氧化性不很强的硫、碘、盐酸和铜盐（溶液）等反应时，分别生成2价的硫化亚铁、碘化亚铁、氯化亚铁和亚铁盐等；如果铁跟氧化性很强的氯气、溴或硝酸（稀硝酸或浓硝酸加热）起反应，则分别生成3价的氯化铁、溴化铁和硝酸铁。另外，也应特别注意：铁在溶液中与强氧化剂（如HNO3）反应时，产物中铁元素的价态与反应物的用量有很大关系。若铁为少量，则

4、生成三价铁的化合物；若铁过量，则生成的Fe3+能被过量的铁还原为Fe2+，因此，产物中可能全为Fe2+，也可能Fe2+和Fe3+同时存在。思考：你能很快找出铁与稀硝酸反应时的临界点（两者刚好完全反应，且铁全生成Fe3+或Fe2+时的状态）吗？（铁：硝酸1:4；铁：硝酸3:8）对此，我们可以从氧化还原反应的本质出发，利用“始态终态”法来考虑整个问题。当两者刚好完全反应，且铁全生成Fe3+时， Fe（Fe为0价）>Fe3+（Fe为3价） 每个铁原子失去3e ×13e HNO3（N为5价）>NO（N为2价）每个氮原子得到3e ×13e 始态 终态注意：每生成一个Fe3

5、+时，必须要3个NO3来与生成的Fe3+配对才能中和其3个正电荷，所以当1个铁原子被氧化的同时，必有4个HNO3分子参加反应（其中1个得电子起氧化剂的作用，有3个成盐起酸的作用）。据此分析可知，参加反应的铁与硝酸的物质的量之比为：1:4。当两者刚好完全反应，且铁全生成Fe2+时，Fe（Fe为0价）>Fe2+（Fe为2价） 每个铁原子失去2e ×36eHNO3（N为5价）>NO（N为2价）每个氮原子得到3e ×26e 始态 终态 从上式可以看出，每生成3个Fe2+的话，则在2个HNO3分子被还原成NO的同时，还需要有6个NO3来与3个Fe2+配对才能中和其6个正电

6、荷，所以，消耗硝酸的总的分子数就为8个（其中2个起氧化剂的作用，6个起酸的作用）。据此分析可知，参加反应的铁与硝酸的物质的量之比为：3:8。到此，我们完全可以推出：当参加反应的铁与硝酸的物质的量的比值，位于1:4与3:8之间的话，则铁和硝酸都完全反应了，并且，在产物中铁元素主要以Fe2+和Fe3+两种形式存在。在此基础上，我们可进一步提问：当铁与硝酸以m：n（位于1:4与3:8之间）的物质的量的比参加反应，则产物中Fe2+和Fe3+的物质的量的比为多少？我们的高三复习，应该教会大家从反应的本质去思考问题，因此，对这类题，我们用守恒法来处理比较好。我们先设：生成的Fe2+和lFe3+的物质的量之

7、比为x：y。提问：你能列出此体系中铁原子守恒、氮原子守恒及电子得失守恒的关系式吗？xy=m（铁原子守恒）；n=2x+3y+(2x+3y)/3(氮原子守恒)；失电子总数：2x+3y得电子总数：n-(2x+3y)×3所以，2x+3yn-(2x+3y)×3（电子得失守恒）注意：分别将氮原子守恒与电子得失守恒的关系式进行化简后，可得到同一个式子，这就说明，不同的思维方向可以得到相同的结果。至此，x与y比值的求解，就不是我们化学老师的事了吧！总之，对铁元素表现多种可变化合价的问题，我们至少应从铁原子的结构、氧化剂的强弱、反应物之间量的关系等角度来认识，特别是对一些重要变化，还应从反应

8、实质、从解题方法的具体操作层面上进行探讨。二、铁三角及其转化重点（一）氧化还原反应的有关知识回顾我们在复习“铁三角”的相关内容之前，先要复习氧化还原反应及离子反应的有关问题。首先，我们必须清楚：A、氧化剂中的什么（原子或离子）得到电子，变成了什么即在当时条件下，还原产物以什么形式存在？如：常见的氧化剂浓H2SO4中6价的S硫元素（或原子）得到电子，变成4价的硫元素，那么4价的硫元素以什么形式存在呢？在酸性环境中，它当然以SO2的形式存在。B、还原剂中的什么（原子或离子）失去电子，变成了什么即在当时环境中，氧化产物以什么形式存在？如：铁作还原剂时，如被氧化成3价的铁，而在酸性环境中或干态下，3价

9、的铁会以Fe3+的形式存在。总之，对常见氧化剂对应的还原产物形式、常见的还原剂对应的氧化产物形式，我们必须比较熟练地掌握。下面，我们就对这两方面知识中一些规律性的内容进行总结。1、常见氧化剂及其对应的还原产物：A、KMnO4在酸性环境下主要还原成Mn2+；在中性环境下主要被还原成MnO2；在碱性环境下主要被还原成MnO42。提问：你能分别将其改写为半反应的形式吗？（所谓半反应，是指在只考虑得失电子的数目及发生氧化还原反应的环境等问题的情况下，将氧化剂（或还原剂）得（或失）电子后变成什么还原产物（或氧化产物）的还原反应（或氧化反应）过程表示出来的式子。它通常是相当于整个氧化还原反应的一半，所以叫

10、半反应，如：原电池或电解池中的电极反应式就是典型的半反应。）答案 ： MnO48H5e=Mn2+4H2O(酸性环境)MnO42H2O3e=MnO24OH（中性环境）MnO4e=MnO42O(碱性环境)B、H2O2在酸性环境下，主要被还原为H2O；在中性或碱性环境中，主要被还原成OH。请你自己分别写出它们的半反应。H2O22H+2e=2H2O（在酸性环境下）；H2O22e=2OH（在中性或碱性环境下）C、氧气在酸性环境下主要生成水；在中性或碱性环境下主要生成OH。请你自己分别写出它们的半反应。O24H+4e=2H2O（在酸性环境下）；O24H2O+4e=4OH（在中性或碱性环境下）D、硝酸一般来

11、说，浓硝酸的还原产物主要为NO2，稀硝酸的还原主物主要为NO。请你自己分别写出它们的半反应。HNO3HeNO2H2O；HNO33H3eNO2H2OE、浓硫酸的还原产物一般为SO2。请你自己写出它的半反应。H2SO42H2eSO2+2H2OF、次氯酸或次氯酸盐常被还原为氯离子。HClOH2e= H2O +Cl(在酸性环境下)ClO+H2O+2e=Cl+ 2OH(在碱性环境下)G、其它一些容易写半反应的，则请同学们自己练习一下，如：X2>X；S>S2；Fe2+>Fe3+；Cu2+>Cu；2、常见还原剂及其对应的氧化产物：A、SO32-一般被氧化成SO42-一SO32-+2O

12、H2e=SO42-+ H2OB、负二价的S一般被氧化成单质S（有时遇到强氧化剂，也有可能被氧化成更高价态的硫）S22e=S(在碱性环境下)H2S2e=S2H+(在酸性环境下)C、二价铁一般被氧化成三价铁。如：Fe2+一般被氧化为Fe3+等。Fe2+e=Fe3+（在酸性环境下）Fe(OH)2+ OHe= Fe(OH)3(在碱性环境下)D、H2一般被氧化成H2O或HH22OH2e=2H2O（在碱性或中性环境下）H22e=2H（在酸性环境下）E、其它一些容易写半反应的，则请同学们自己练习一下，如：X> X2 ；金属单质>相应的金属阳离子；3、对半反应的拓展：练习：请写出足量氯气与溴化亚铁

13、溶液反应的化学反应方程式和离子反应方程式。分析：在此体系中，得电子的只有氯气分子，它的还原产物为氯离子，所以，我们可以写出其半反应：Cl22e=2 Cl（1）式；在此体系中，失电子的有两种离子：亚铁离子和溴离子，它们的氧化产物分别为：铁离子和溴单质，据此，我们也可分别写出它们的半反应：Fe2+eFe3+（2）式，2Br2eBr2（3）式。注意：此体系中隐含着一个问题：即Fe2+与Br的物质的量的比为1:2，因此，将以上三式相加时，应是：（1）式×3 （2）（3）×2，由此可得离子反应方程式：3 Cl22 Fe2+4Br6 Cl2Fe3+2Br2；将其改写成化学方程的话，即为

14、：3 Cl22 FeBr22Fe Cl32Br2； 通过以上操作，我们可以看出：如果我们按照“氧化剂到还原产物、从还原剂到氧化产物”的过程，对氧化还原反应进行较全面的分析之后，再分别写出氧化剂和还原剂的半反应，最后，按一定的系数关系将半反应进行加合，就可得到某个氧化还原反应的离子反应方程式或化学方程式。通过以上三个步骤的操作，能达到使我们从本质上把握氧化还原反应的目的。（二）、“铁三角”及其相互转化 0Fe 弱 强 氧 剂 剂 氧 化 原 原 化 剂 还 还 剂 强 强 强氧化剂+2 +3弱还原剂Fe Fe 动画演示过程：第一步：出来三个顶角；第二步：连六个箭头；第三步：在箭头上出现小问号（稍

15、作停顿）；第四步：语音提示其思考或点击问号；第五步：点击问号出现相应的文字。 注意：你应该从铁元素是得电子还是失电子的角度来考虑，是需要氧化剂还是还原剂，进一步考虑，是要强氧化剂还是弱氧化剂，是要强还原剂还是弱还原剂；提问：你能列出此三角形中，每一个箭头上常见的氧化剂和还原剂吗？（让其思考一会之后，进行语音提示：点击每个箭头上的文字，则会现出相应的常见氧化剂和还原剂。） 0Fe H Cl2 O2 P Br2 S Mn Al 浓H2SO4 I2 Si Mg 浓、稀HNO3 Fe3+ C C O2K2Cr2O7Cl2Br2O2KMnO4HNO3H2O2Cu2+ Mg CO H2O H2 H2 Zn

16、 Al+2 +3FeCuH2SHIS2-SO32-Na*Fe Fe 提问：你能列举出图中每一个氧化剂或还原剂参加反应的例子吗？（让其思考一会之后，进行语音提示：点击箭头上的每一个氧化剂或还原剂，即可弹出一个小框，显出具体的反应实例及其注意事项。） （1）、二价铁到三价铁Cl2：向FeCl2或FeSO4等亚铁盐溶液中通入氯气或加入氯水，溶液颜色由浅绿色变为棕黄色。离子反应方程式为：2Fe2Cl22Fe3+2Cl；Br2：向FeCl2或FeSO4等亚铁盐溶液中加入溴水，溶液颜色会由浅绿色变为棕黄色。离子反应方程式为：2Fe2Br22Fe3+2Br；O2：二价铁与氧气的反应如下： a、FeCl2或F

17、eSO4等亚铁盐溶液久置会变成棕黄色的浑浊液。反应的过程为：4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O（氧化） Fe3+3H2O<>Fe（OH）33H+ （水解）化学方程式为：12FeSO4+3O2+6H2O= 4Fe(OH)3+4Fe2(SO4)3或 12FeCl2+3O2+6H2O= 4Fe(OH)3+8FeCl3 注意：配制以上亚铁盐溶液时，应加少量Fe粉以防止氧化（Fe2Fe3+3Fe2+），还应加少量稀盐酸或稀硫酸抑制水解。（思考：配制硝酸亚铁溶液时，能否加稀硝酸来抑制水解？） 提问：绿矾露置空气中会变质，你能写出其化学反应方程式吗？ (提示：一般生成碱式硫酸盐)反应式为

18、：4FeSO4+O2+2H2O= 4Fe(OH)SO4（黄褐色）b、Fe（OH）2向Fe（OH）3的转化4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3（注意：此反应的颜色变化比较特殊：由白色>灰绿色>红褐色；记住其反应方程式中各物质的系数比：4、1、2、4）提问：向亚铁盐溶液中加入碱溶液时，一般很难看到氢氧化亚铁的生成，这是为什么？请你想出尽可能多的办法为改进这类实验，争取看到白色絮状沉淀的产生。亚铁盐溶液跟碱溶液反应产生Fe(OH)2，反应式为：Fe2+2OH=Fe(OH)2Fe(OH)2是难溶于水的白色絮状沉淀，但是在实验中很难观察到白色絮状沉淀。如把硫酸亚铁溶液跟氢氧化钠

19、溶液混合时，观察到的却是灰绿色的絮状沉淀，并且颜色越来越深，最后变成红褐色。这是为什么呢？这与溶液中溶解有空气及Fe(OH)2容易被氧化等有关。Fe(OH)2很容易跟溶液里的水及溶液中溶解的氧气反应而被氧化，在碱性介质中，氧化会更快。其反应式为：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3在此反应中，因生成的Fe(OH)3的溶解度极小（及其它原因），使这一反应强烈地向正反应方向进行，即反应中Fe(OH)2一经产生就开始被氧化为Fe(OH)3。灰绿色是Fe(OH)2与Fe(OH)3混合物呈现的颜色。若要观察到白色的Fe(OH)2絮状沉淀，则需要创造以下条件：其一：排除亚铁盐溶液里的三价铁离

20、子，以免三价铁离子直接与氢氧根结合生成Fe(OH)3沉淀。其二：尽量排除亚铁盐和碱溶液中的氧气（绝对排除几乎不可能），以减慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。对实验进行改进的具体办法大致有如下几种：在溶液的配制及处理方面：、配制亚铁盐和碱溶液所用的蒸馏水最好是新制并密封快速冷却的（尽量少溶解空气）；、亚铁盐溶液和碱溶液最好能现配现用（在亚铁盐中还应加入少量铁屑防止三价铁离子的产生，并加少量同名酸（硝酸亚铁除外）抑制水解）；、如果为了过几天再使用，则应在亚铁盐和碱溶液上方分别做一个油封（即在溶液的液面上加一层石油醚之类稳定的液态物质）以隔绝空气等。在实验的操作方面：、把碱溶液在靠近亚铁盐溶液液面的地方，沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中；、或把装碱溶液的滴管插入亚铁盐溶液中后，再将碱溶液挤出到亚铁盐溶液中；、将前面两种操作的方向反过来（即使它们在碱大大过量的情况下进行反应），也许会效果更好。练习：向亚铁盐溶液中投入一小块金属钠，请写出其中各步反应的方程式。 2Na+2H2O=2Na+2OH+H2；Fe2+2OH=Fe(OH)2；4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 KMnO4：亚铁盐溶液能使酸性高锰酸钾溶液褪色，离子反应方程式为：