专题10铁及其化合物（教材深度精讲）高一化学知识整合讲练（原卷版）

专题10铁及其化合物(教材深度精讲)【核心素养分析】1.宏观辨识与微观探析：认识铁及其化合物的性质及应用，能以“铁三角”转化关系理解变价元素的转化条件。2.科学态度与社会责任：利用铁及其化合物的性质，科学认识铁及其化合物的提纯和制备工艺流程，形成严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。3.科学探究与创新意识：能提出有价值的氢氧化亚铁及其他铁的化合物的制备方案，并进行实验探究。【知识导图】【目标导航】1.了解铁的氧化物性质，铁的氢氧化物的性质和制备，学会运用实验、观察等获取科学事实的基本方法，研究物质的性质。2.掌握Fe2＋和Fe3＋的检验方法，初步学会运用：分类、比较、分析、归纳、演绎等整理科学事实的基本方法，学习物质的性质。【重难点精讲】一、铁的单质1.存在及位置：(1)存在：主要以+2、+3的化合物(陨石除外)的形式存在，在地壳中的含量居第四位，铁矿石有赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、菱铁矿(FeCO3)、黄铁矿(FeS2)等。(2)位置：铁位于元素周期表中第4周期Ⅷ族，是一种应用最广泛的过渡金属元素；铁元素是一种典型的变价金属元素。2.结构3.铁的物理性质：银白色固体，熔点较高，具有良好的导热、导电、延展性，能被磁铁吸引。4.铁的化学性质【思考与讨论】p65参考答案：铁的活动性在氢前面，容易失去电子，在反应中做还原剂，铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜等)反应，铁原子失去2个电子生成+2价铁的化合物；而铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气、稀硝酸等)反应，铁原子则失去3个电子生成+3价铁的化合物。铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。(1)与非金属单质的反应①与O2的反应：a.常温：铁在潮湿的空气中被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。b.点燃：3Fe＋2O2eq\o(=====,\s\up7(点燃))Fe3O4。②与Cl2的反应：2Fe＋3Cl2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3。③与S的反应：Fe＋SFeS。④与I2的反应：Fe＋I2FeI2(2)与水的反应【思考与讨论】p66参考答案：【实验原理】3Fe＋4H2O(g)eq\o(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2【实验现象】加热时试管内铁粉红热，有气体产生，将导气管伸入盛有肥皂液的蒸发皿中吹泡，当产生较多气泡时，用燃着的木条点燃气泡，可听到爆鸣声。【生成物分析】通常铁与冷水或热水都不反应，但铁可与水蒸气反应。在高温下与水蒸气反应时，点燃生成的气体，可听到爆鸣声，说明生成了可燃性气体，根据元素守恒，气体应为氢气。从氧化还原角度分析，H0中H化合价由+1降低为0价，H2O作氧化剂；Fe有还原性，在反应中化合价升高，那么，Fe最终生成什么物质呢？经X射线衍射仪测定反应后固体物质，发现除铁粉外，有四氧化三铁生成；还可以用铁棒靠近，若黑色粉末被吸起，则说明发生了反应，而且生成物为四氧化三铁(四氧化三铁是磁铁矿，有磁性)。【结论】常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。【注意事项】①铁不能与冷水、热水反应，但高温下能与水蒸气反应。②加热仪器不能用酒精灯，而应用酒精喷灯。③该实验中，圆底烧瓶中水的作用是提供反应需要的水蒸气。④圆底烧瓶中要加入少量沸石或碎瓷片，以防止水剧烈沸腾。⑤实验结束时，先熄灭酒精喷灯，再熄灭酒精灯，以防止空气倒吸。⑥干燥管中盛有碱石灰或无水氯化钙，吸收氢气中的水蒸气。(3)与酸的反应酸化学方程式或现象稀H2SO4Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑稀HNO3Fe不足Fe＋4HNO3=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2OFe过量3Fe＋8HNO3=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O浓HNO3、浓H2SO4常温下钝化(4)与某些盐溶液反应①与CuSO4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。②与FeCl3溶液反应的离子方程式：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。【易错提醒】①Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。②铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。③铁与一般氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2＋，铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等)反应时被氧化为Fe3＋。④在电化学中铁作负极时电极反应式为Fe2e－=Fe2＋。二、铁的重要化合物1．铁的氧化物(1)物理性质和用途化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名铁红磁性氧化铁颜色状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体(有磁性)溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的化合价＋2＋3＋2，＋3用途油漆、涂料、油墨、橡胶的红色颜料做磁性材料，如录音磁带、电讯器材(2)化学性质1)稳定性①FeO：不稳定，易被氧化，6FeO+O22Fe3O4②Fe2O3和Fe3O4：比较稳定2)与非氧化性酸(如稀盐酸)发生复分解反应①FeO：FeO+2H+Fe2++H2O②Fe3O4：Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O③Fe2O3：Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O3)与氧化性酸(如稀硝酸)发生复分解反应或氧化还原反应①FeO：3FeO+10H++NO3－3Fe3++NO↑+5H2O②Fe3O4：3Fe3O4+28H++NO3－9Fe3++NO↑+14H2O③Fe2O3：Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O4)与还原性酸(如氢碘酸)发生复分解反应或氧化还原反应①FeO：FeO+2H+Fe2++H2O②Fe3O4：Fe3O4+8H++2I－3Fe2++I2+4H2O③Fe2O3：Fe2O3+6H++2I－2Fe2++I2+3H2O(5)能够被某些还原剂还原①H2：FeO+H2Fe+H2O②CO：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(高炉炼铁的主反应)③C：Fe3O4+2C3Fe+2CO2↑④Al：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3(铝热反应)2.铁的氢氧化物【实验31】p67实验装置实验原理Fe3+＋3OH===Fe(OH)3↓；Fe2+＋2OH===Fe(OH)2↓(白色)、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3实验用品FeCl3溶液、FeSO4溶液、NaOH溶液；试管、长胶头滴管实验步骤在2支试管里分别加入少量FeCl3和FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液。观察并描述发生的现象实验现象在FeCl3溶液中滴入NaOH溶液生成红褐色的Fe(OH)3沉淀。在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液，先生成白色絮状沉淀，而后迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。实验说明溶解氧必须除去，二是反应过程必须与氧隔绝。②Fe2+易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配，且配置FeSO4溶液的蒸馏水要煮沸除去氧气，然后采用液封(向盛有FeSO4溶液的试管里加入少量煤油，以隔绝空气)。③为了防止NaOHNaOH溶液的长胶头滴管伸入到FeSO4液面下，再挤出NaOH溶液。④能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的装置如下： (1)物理性质和制备Fe(OH)2Fe(OH)3颜色状态白色固体红褐色固体水溶性难溶于水难溶于水制备Fe3++3OH－Fe(OH)3↓或Fe3＋＋3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+Fe2++2OH－Fe(OH)2↓或Fe2＋＋2NH3·H2O=Fe(OH)2↓+2NH4+转化4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3↓(2)化学性质1)热不稳定性①Fe(OH)3：2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O②Fe(OH)2：Fe(OH)2FeO+H2O(隔绝空气)2)与稀盐酸反应①Fe(OH)3：Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O②Fe(OH)2：Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O3)与稀硝酸反应①Fe(OH)3：Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O②Fe(OH)2：3Fe(OH)2+10H++NO3－3Fe3++NO↑+8H2O4)与氢碘酸反应①Fe(OH)3：2Fe(OH)3+6H++2I－2Fe2++I2↓+6H2O②Fe(OH)2：Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O5)被氧气氧化:Fe(OH)2是白色絮状物，易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，颜色由白色变为灰绿色，最后变为红褐色，方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(3)二者之间的关系：在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。【易错提醒】①Fe(OH)2与硝酸反应不是发生中和反应生成盐和水，而是发生氧化还原反应3Fe(OH)2＋10HNO3=3Fe(NO3)3＋NO↑＋8H2O。②Fe(OH)3与氢碘酸(HI)反应不是发生中和反应生成盐和水，而是发生氧化还原反应2Fe(OH)3＋6HI=2FeI2＋I2＋6H2O。【思考与讨论】p68参考答案：空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，防止Fe(OH)2氧化的方法：A.将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。B.将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部，并慢慢挤出NaOH溶液。C.在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。D.在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。E.常见的制备Fe(OH)2的装置：说明：①②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；③中液面加苯阻止了空气进入；④中阳极为铁，阴极为石墨，利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀(高二选择性必修1中学)。3．亚铁盐【实验32】p68实验装置实验原理Fe3+＋3SCN===Fe(SCN)3实验用品FeCl2溶液、FeCl3溶液、KSCN溶液；试管、胶头滴管。实验步骤在2支试管里分别加入少量的FeCl2溶液和FeCl3溶液，各滴入几滴KSCN溶液。观察并记录现象。实验现象向FeCl3溶液滴入KSCN溶液，溶液呈现红色；向FeCl2滴入KSCN溶液，溶液无明显变化实验说明①Fe2+的检验方法：碱液法；KSCN+氧化剂法；酸性高锰酸钾法；铁氰化钾法。②Fe3+的检验方法：碱液法；KSCN法；苯酚法。【实验33】p68实验装置实验原理2Fe3+＋Fe=3Fe2+，2Fe2+＋Cl2=2Fe3+＋2Cl，Fe3+＋3SCN=Fe(SCN)3实验用品FeCl3溶液、铁粉、KSCN溶液、氯水；试管、胶头滴管实验步骤在盛有2mLFeCl3KSCN溶液，观察并记录现象。把上层清液倒入另一试管，再加入几滴氯水（如图310右），又发生了什么变化？实验现象在盛有2mLFeCl3黄色溶液变为浅绿色，KSCN溶液后无明显变化，在上层清液中再滴入几滴氯水时，溶液又迅速出现红色。实验说明从元素价态的角度对Fe3+、Fe2+性质进行预测：Fe3+中铁元素为+3价，有得电子、价态降低的可能，推测其具有氧化性；Fe2+中铁元素为+2价，有失去电子、价态升高的可能，推测其具有还原性。在盛有2mLFeCl3溶液的试管中加入过量铁粉，振荡试管并静置后，黄色溶液变为浅绿色，说明三价铁具有氧化性，与铁粉发生了氧化还原反应：2Fe3++Fe=3Fe2+;滴入KSCN溶液后无明显变化，进一步说明溶液中不存在F3+(已被完全还原为Fe2+)。在上层清液中再滴入几滴氯水时，溶液又迅速出现红色，说明又生成了三价铁，发生的反应为2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl,证实了Fe2+具有还原性。含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还原性为主，如：遇Br2、Cl2、H2O2、NOeq\o\al(－,3)(H＋)等均表现为还原性。1）弱氧化性（1）Mg、Al、Zn与亚铁盐溶液发生置换反应①Fe2++ZnFe+Zn2+②Fe2++MgFe+Mg2+③3Fe2++3Al3Fe+2Al3+（2）K、Ca、Na与亚铁盐溶液反应①先与水反应：2Na+2H2O2NaOH+H2↑②碱与亚铁盐反应：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓2）强还原性（1）能够被Cl2、Br2氧化①除FeCl3溶液中的FeCl2溶液：2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－②Br2：2Fe2++Br22Fe3++2Br－（2）能够被O2氧化①反应：12Fe2++O2+6H2O8Fe3++4Fe（OH）3↓②保存：密封保存，防止O2将Fe2+氧化；加少量铁将Fe3+还原成Fe2+（3）能够被酸性的H2O2氧化①反应：2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O②应用：除去Fe3+中Fe2+的最佳方法（4）与酸性条件下的MnO4－、NO3－、ClO－等离子不能大量共存①酸性MnO4－：5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O②酸性NO3－：3Fe2++NO3－+4H+3Fe3++NO↑+2H2O③酸性ClO－：2Fe2++2H++ClO－2Fe3++H2O+Cl－（5）还原性：I－＞Fe2+＞Br－①向FeBr2溶液通入Cl2，先氧化Fe2+，后氧化Br－②向FeI2溶液通入Cl2，先氧化I－，后氧化Fe2+3）与碱溶液反应①烧碱：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓②氨水：Fe2++2NH3·H2OFe(OH)2↓+2NH4+4．铁盐的性质及应用含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S、SOeq\o\al(2－,3)等均表现为氧化性。铁盐作为盐，具有盐的通性，能与碱反应，Fe3+还能与SCN－、CN－、F－发生络合反应。1）与碱溶液反应（1）烧碱：Fe3++3OH－Fe（OH）3↓（2）氨水：Fe3++3NH3·H2OFe（OH）3↓+3NH4+2）与KSCN溶液反应（1）反应：Fe3++3SCN－Fe（SCN）3（2）现象：产生血红色溶液（3）应用：检验Fe3+的最佳方法3）强氧化性（1）与Fe反应①反应：2Fe3++Fe3Fe2+②应用：除去Fe2+中的Fe3+（2）与Cu反应①反应：2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+②应用：电子工业上腐蚀铜印刷电路板（3）Mg、Al、Zn等活泼金属①少量锌：2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+②过量锌：2Fe3++3Zn2Fe+3Zn2+（4）与KI溶液反应①反应：2Fe3++2I－2Fe2++I2（FeI3不存在的原因）②应用：溶液颜色变化不明显，产生紫黑色沉淀（5）与H2S反应①反应：2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+②应用：溶液由棕黄色变成浅绿色，产生黄色沉淀（6）与SO2反应①反应：2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++SO42－+4H+②应用：溶液由棕黄色变成浅绿色5.铁离子和亚铁离子的检验1）Fe3+的检验（1）KSCN法：试液血红色溶液（最佳方法）；（2）碱液法：试液产生红褐色沉淀；（3）亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]法：①反应：4Fe3++3[Fe(CN)6]3－Fe4[Fe(CN)6]3↓。②现象：产生蓝色沉淀；（4）苯酚法：试液紫色溶液。2）Fe2+的检验（1）KSCN+氧化剂法：试液无现象血红色溶液（2）碱液法：溶液先产生白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色（3）铁氰化钾K3[Fe(CN)6]法：①反应：3Fe2++2[Fe(CN)6]3－Fe3[Fe(CN)6]2↓。②现象：产生蓝色沉淀；（4）酸性高锰酸钾法：①反应：MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。②现象：使酸性高锰酸钾溶液褪色。3）混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验①Fe3＋的检验a.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变血红色，说明含有Fe3＋b.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(淀粉/KI试纸))试纸变蓝色，说明含有Fe3＋②Fe2＋的检验a.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up11(滴加酸性),\s\do4(KMnO4溶液))KMnO4溶液褪色，说明含有Fe2＋b.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(滴加溴水))溴水褪色，说明含有Fe2＋c.eq\x(混合溶液)eq\o(――→,\s\up7(滴加K3[Fe(CN)6]溶液))生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋【特别提醒】检验FeCl3溶液中是否含FeCl2溶液，不能用酸性高锰酸钾溶液，因为Cl－也能使其褪色，应该用铁氰化钾K3[Fe(CN)6]溶液。6.铁及其化合物之间的转化关系1）铁及其化合物的“价—类”二维图2）铁及其化合物之间的主要转化关系说明：1)横向变化体现了同价态不同物质类别(氧化物、盐、碱)之间的转化；①碱性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)转化为盐；②Fe2＋、Fe3＋与碱(OH－)反应生成对应的碱；③难溶性的碱易分解生成对应的氧化物，但难溶性的碱性氧化物一般不与水反应生成对应的碱。2)纵向变化体现不同价态同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。3)斜向变化体现不同价态、不同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。3）从物质分类的角度理解铁及其化合物的性质（1）Fe2O3、FeO都是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水。Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O；FeO+2H+H2O+Fe2+。（2）FeSO4和FeCl3都属于盐类，能和碱反应生成Fe（OH）2及Fe（OH）3。Fe2++2OH－Fe（OH）2↓；Fe3++3OH－Fe（OH）3↓。（3）Fe（OH）2和Fe（OH）3均属于碱，能与酸反应生成盐和水。Fe（OH）2+2H+Fe2++2H2O；Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O。【思考与讨论】p69参考答案：（1）金属单质Fe化合价为0价，处于铁元素的最低价态，因此，单质Fe作还原剂；Fe2(S04)3中铁元素为+3价，为铁的较高价态，有得电子、价态降低的可能，可作氧化剂；FeSO4中铁元素为+2价，处于铁元素的中间价态，即可以被氧化为+3价的铁离子，又可以被还原为0价铁，因此FeSO4既可以作氧化剂又可以作还原剂。化学方程式：Fe作还原剂：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑离子方程式：Fe+2H+=Fe2++H2↑Fe2(SO4)3作氧化剂：Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4离子方程式：2Fe3++Fe=3Fe2+FeSO4作还原剂：6FeSO4+3Cl2=2FeCl3+2Fe2(SO4)3离子方程式：2Fe2++Cl2=2Fe3++2ClFeSO4作氧化剂：Zn+FeSO4=ZnSO4+Fe离子方程式：Fe2++Zn=Fe+Zn2+（2）4）从化合价的角度理解“铁三角”（1）Fe单质中铁元素化合价为0价，仅具有还原性Fe+Cu2+Fe2++Cu；Fe+2H+H2↑+Fe2+；2Fe+3Cl22FeCl3；3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2（2）Fe2+化合价可以升高到+3价，表现为还原性，也可以降低到0价，表现为氧化性。Fe2++ZnFe+Zn2+；2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－；5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O（3）Fe（OH）2具有还原性，能被氧化为Fe（OH）34Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3（4）Fe2O3中的铁元素为高价态，具有氧化性，因而可用还原剂将其还原为铁单质。3CO+Fe2O32Fe+3CO2（5）Fe3+是铁元素的高价态，可以被还原剂还原为+2或0价，具有氧化性。2Fe3++Zn（少量）2Fe2++Zn2+；2Fe3++3Zn（过量）2Fe+3Zn2+；2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑【探究——利用覆铜板制作图案】p70【实验现象】没有被油性笔颜料覆盖部分，表面的铜被反应掉，露出覆铜板底色；被油性笔颜料覆盖部分的铜没有参加反应，依然为亮红色。覆铜板上可清楚看出所画图案。【实验说明】本实验应用了FeCl3可作氧化剂，具有氧化性的知识。将预先设计好的图案用蜡或不透水的物料覆盖，以保护不被反应。铜为金属元素单质，可作还原剂，具有还原性，FeCl3可以与覆铜板上不需要的铜发生氧化还原反应，生成易溶于水的CuCl2:2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。反应完成后，未被保护的覆铜板部分露出底色，并产生凹痕，将覆盖在图案上的物料清洗干净后，设计好的图案即凸显出来。【思考与讨论】（1）实验中FeCl3作氧化剂，Fe3+化合价降低，得到电子；Cu作为金属单质，在反应中失去电子，作还原剂，发生的反应是：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。（2）使用后的“腐蚀液”含有大量CuC12、FeCl2和FeCl3,任意排放将导致环境污染及资源的浪贵可从该腐蚀液中回收铜，并将铁的化合物金部转化为FeCl3溶液，作为腐蚀液原料循环使用。从铜电路板腐蚀废液中回收铜和氯化铁流程：【典题精练】考点1、考查铁及其化合物的性质与应用例1．（2023春·江苏淮安·高一马坝高中校考期中）铁是人类应用较早，当前应