高中化学：铁及其化合物

高中化学：铁及其化合物

1.了解铁的主要性质及应用。

2.了解铁的重要化合物的主要性质及应用。（中频）

3.以Fe2+、Fe3+的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应。（高频）

铁的存在和主要性质

1.铁的存在和位置

易被磁铁吸引

银白色金属主要价态+2、+3

地壳中居第四位铁

Fe—2e-=Fe2+

在第四周期VID族Z

Fe-3e"=Fe3+

2.铁的化学性质

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。2的反应

常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3・xH2O。

点燃：3Fe+2O2====Fe3O4。

点燃

②与02的反应：2Fe+3C12^=2FeCho

△

③与S的反应：Fe+S=^=FeS。

(2)与水的反应

常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应:

高温

3Fe+4H2O(g)^^Fe304+4H2。

(3)与酸的反应

①与非氧化性酸反应的离子方程式：Fe+2H+=Fe2++H2t。

②与氧化性酸

遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反

应无H2产生。Fe与足量稀HN03反应的离子方程式为Fe+4H++NO「=Fe3+

+N0t+2H2O。

(4)与某些盐溶液的反应

①与CuSCXi溶液反应的离子方程式：Fe+Ci?1=Cu+Fe2,

②与FeCb溶液反应的离子方程式：Fe+2Fe3--3Fe2+。

铁的重要化合物

1.铁的氧化物

氧化亚铁(FeO)氧化铁(Fe2O3)四氧化三铁(Fe3O4)

俗名铁红磁性氧化铁

色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体

铁元素价态+2+3+2、+3

说明：

①FeO、Fe2O3>FesCU分别与盐酸反应的离子方程式:

FeO+2H'=Fe2++H2。、

Fe2O3+6H'=2Fe3++3H2O、

FesO4+8H=2Fe3++Fe2++4H2。。

②FeO与硝酸反应的化学方程式：

3FeO+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO)+5比0。

2.铁的氢氧化物

Fe(OH)2Fe(0H)3

色态自色固体红褐色固体

与H+Fe(OH)2+2H'=Fe2++2H2OFe(OH)3+3H'=Fe3'+3H2O

反应

二者在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色

的关絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色,反应方程式为4Fe(OH)2+

系O2+2H2O=4Fe(OH)3

说明：Fe(0H)2、Fe(0H)3的制备可利用相应亚铁盐、铁盐与碱液反应。

3.亚铁盐与铁盐

(1)亚铁盐

含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+既有氧化性,又有还原性,Fe?+与Zn、Ch

反应的离子方程式分别为：Zn+Fe2=Zn2++Fe＞反e2-+C12=2Fe3++2C「。

(2)铁盐

①氧化性

含有Fe3+的溶液呈棕黄色,Fe3+具有氧化性，Fe3+与Fe、Cu反应的离子方

程式分别为：2Fe3++Fe=3Fe2—、2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。

②特性

含有Fe3’的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色。

1.易误诊断(正确的打“，错误的打“X”)。

(1)铁元素性质活泼，自然界中的铁几乎都是以化合态形式存在，只有在陨

石中有游离态的铁元素()

(2)过量的铁与氯气反应，不会生成FeCb,因为铁还原三价铁必须在水溶液

中进行()

(3)铁能被磁铁吸引，则任何金属都能被磁铁吸引()

(4)过量的铁粉与稀硝酸溶液反应的离子方程式为

+3+

Fe+4H4-NO3=Fe+NOt+2H2O()

(5)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，可以看到稳定的白色沉淀()

(6)FeCb溶液保存时加Fe粉的目的是防止Fe?*被还原()

(7)FeCL溶液中加入KSCN溶液不变红，加入氯水后溶液变红色()

(8)FeCh溶液中加入KSCN溶液变红，再加入足量Fe,红色消失()

【答案】⑴J(2)V(3)X(4)X(5)X(6)X(7)V(8)V

2.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是o(填序号)

①过量的Fe与Cb加热时发生反应②Fe与过量稀H2s04反应后，再向其

中加KNCh③Fe与过量的S加热时发生反应④Fe(NO3)2溶液中加少量盐酸

⑤Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中

【答案】①②④

3.将Fe3O4投入过量的盐酸中，所得溶液中含的金属阳离子有，

向该溶液中投入足量的Fe粉，发生反应的离子方程式为

【答案】Fe2>Fe3Fe+2Fe3"=3Fe2+、Fe+2H==Fe2+H2t

色)占燃

Fe->Fe3O4的2个反应：3Fe+2O2=Fe3()4

高温

3Fe+4H2O(g)=^Fe3O4+4H2

铁的3种氧化物，2种氢氧化物，2种离子的颜色：FeO与Fe3O4

均为黑色，Fe2O3为红棕色；Fe(0H)2为白色，Fe(0H)3为红褐色；Fe?+为浅绿色,

F/+为棕黄色。

铁的3种价态转化

2个特殊现象：①Fe(0H)2fFe(0H)3是白色一灰绿色一红褐色;

②Fe3+遇SCN-,溶液变红色。

“铁三角”转化关系及其应用

1.“铁三角”中的转化关系

(1)除杂:

主要物质杂质除杂方法

Fe2+Fe3+加过量铁屑后过滤

FeChFeCh加氯水或H2O2

Fe2+Cu2+加过量铁屑后过滤

FeAl加过量强碱溶液后过滤

Fe?O3AI2O3、SiO?加过量强碱溶液后过滤

(2)判断离子共存：

不共存

Fe2----------N03(H+)>CIO,MnOi(H+)o

不共存

Fe-3^S2,广、SOFo

上不共存

Fe2\Fe3-----------HCO,、COr等水解相互促进的离子

(3)盐溶液的配制与保存：

加少量铁粉，防止Fr+被氧化;加少

Fe2+的盐溶液

量相应的酸，防止Fe2+水解.

Fe3+的盐溶液加少量相应的酸防止Fe3+水解。

(l)Fe2+具有较强的还原性，Fe3+水解能力强，实际上pH〉4时，Fe3+几乎完

全生成Fe(0H)3沉淀。

(2)欲除去某溶液中含有的Fe2+杂质时，一般先向溶液中加入氧化剂(如

H2O2),使Fe2+被氧化为Fe3+,然后加入溶于酸的难溶物调节pH,使Fe?+转化

为Fe(0H)3沉淀除去。

(2013•北京高考，节选)用含有AI2O3、SiCh和少量FeOxFezCh的铝灰制备

Ah(SO4)3•I8H2O,工艺流程如下(部分操作和条件略)：

I.向铝灰中加入过量稀H2s。4,过滤；

II.向滤液中加入过量KMnCU溶液，调节溶液的pH约为3；

III.加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色；

IV.加入MnSCU至紫红色消失，过滤；

V.浓缩、结晶、分离，得到产品。

(1)H2s04溶解AhO3的离子方程式是

__________________________________________________________________________________________________O

(2)将MnO3氧化Fe2▼的离子方程式补充完整：

|T|MnO4+||Fe2++||=|T|Mn2++

』++□

(3)已知：

生成氢氧化物沉淀的pH

A1(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3

开始沉淀时3.46.31.5

完全沉淀时4.78.32.8

注：金属离子的起始浓度为0.1moll-

根据表中数据解释步骤H的目的

【解析】(1)本小题考查常见的离子反应。(2)利用得失电子守恒，1个MnOI

反应转移5个电子，可知Fe2+、Fe3+的化学计量数为5,再结合电荷守恒，可知

缺项为H+和H20,最后利用原子守恒配平。(3)由数据可知，Fe3+沉淀完全时，

pH=2.8,由题干“调节溶液的pH约为3”可知，此时得到的沉淀为Fe(0H)3,

而Fe2+、AW共存于滤液中。因此，可知步骤II是用KMnCh将Fe2+氧化为Fe3+,

使Fe3+全部转化为Fe（0H）3沉淀，从而除去铁元素。

+3++

【答案】（1）AI2O3+6H=2A1+3H2O（2）58H54H2O（3）pH

约为3时，Fe2+和AF+不能形成沉淀，将Fe2+氧化为Fe3+,可使铁完全沉淀

考向1铁及其化合物的主要性质

1.（2012.高考组合题）下列叙述正确的是（）

A.（山东高考）Fe与稀HNO3,稀H2sCU反应均有气泡产生，说明Fe与两种

酸均发生置换反应

B.（天津高考）Fe在足量Ch中燃烧生成FeCh和FeCh

C.（广东高考）Fe3+有氧化性可以解释FeC13溶液可用于回收废旧电路板中的

铜

HC1（aq）△

D.（江苏高考）Fe2O3——>FeCb（叫）——►无水FeCh在给定的条件下能

实现转化

【解析】A项，Fe与稀HNO3反应不是置换反应；B项，反应只生成FeCh;

△

D项，FeCh（aq）——►无水FeCb,不能转化。

【答案】C

考向2Fe3\Fe2\Cu、Fe的共存问题分析

2.FeCh、CuCh的混合溶液中加入铁粉，充分反应后仍有固体存在，则下

列判断不正确的是（）

A.加入KSCN溶液一定不变红色

B.溶液中一定含Fe2+

C.溶液中一定含Cu2+

D.剩余固体中一定含铜

【解析】氧化性Fe3+>C#+,加入Fe先还原Fe3+,然后再还原C/+。

【答案】C

考向3铁及其化合物的有关计算

3.将1.12g铁粉加入25mL2moiI」的氯化铁溶液中，充分反应后，其结

果是（）

A.铁粉有剩余，溶液呈浅绿色，C「基本保持不变

B.往溶液中滴入无色KSCN溶液，溶液变红色

C.Fe2+和Fe3+物质的量之比为5：1

D.氧化产物和还原产物的物质的量之比为2：5

【解析】n(Fe)=0.02mol,/i(Fe3+)=2mol/LX0.025L=0.05mol;根据Fe

+2Fe''=3Fe”可知Fe，'剩余0.01mol,生成Fe2,为0.06moL

【答案】B

Fe2+xFe3+的检验方法

鉴别方法Fe2+Fe3

直接观色浅绿色棕黄色

利用显色与KSCN溶

无现象显红色

反应液

Cu溶解,溶液变为蓝绿

与铜片无现象

利用Fe3+色

的氧化性与KL淀粉溶

无现象溶液变蓝

液

与澳水滨水褪色无现象

利用Fe2+

与酸性

的还原性紫色褪去无现象

KMnCU溶液

Fe3++3OH

Fe2++2OH-=Fe(OH)21

利用加碱生成沉淀反应=Fe(0H)31红褐色

白色->灰绿色->红褐色

沉淀

(2012.山东高考节选)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流

程如下：

石英砂石英砂

!|「气体A

黄铜矿超域冰铜(mCu2srFeS)巡驾卜泡铜(CinO、铜蟠蟹精铜

人AL熔渣B'

空气空气

（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的吸收。

a.浓H2so4b.稀HNO3

c.NaOH溶液d.氨水

（2）用稀H2s04浸泡熔渣B,取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，

说明溶液中存在________（填离子符号），检验溶液中还存在Fe2+的方法是

（注明试剂、现象）。

【解析】（1）冰铜（〃zCu2S•〃FeS）加入石英砂并通入空气焙烧生成泡铜

（CU2。、Cu）、熔渣和SO2气体（A）。SO2是一种酸性氧化物，可用NaOH溶液或

氨水吸收。（2）溶液中滴加KSCN溶液呈红色，说明含有Fe3+。可利用Fe?+的还

原性来检验溶液中其是否存在，加入酸性KMnCM溶液，KMnO4溶液褪色，说明

2+

还存在FeO

【答案】（l）cd（2）Fe3+取少量溶液，滴加KMnCU溶液，KMnO4褪色

（1）检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液；当溶液的浓度较稀时，利用

观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe2+和Fe?+的存在。

（2）检验Fe2+和Fe3+混合溶液时，要分两次分别检验Fe?+和Fe3+,检验Fe?+

时要选择酸性高镒酸钾溶液，检验Fe3+时最好选择KSCN溶液。

考向1铁与其他金属离子的检验

4.（2014.成都模拟）某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,

开始时有白色絮状沉淀生成，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，下列

结论正确的是（）

A.一定有Fe?+,一定没有Fe3+、Mg2*

B.一定有Fe-3，一定没有Fe?+、Mg2+

C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg?+

D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+

【解析】开始时有白色絮状沉淀生成，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变

成红褐色，说明含Fe2+不含Fe3+,可能含Mg?+。

【答案】D

考向2铁离子、亚铁离子的检验顺序

5.要证明某溶液中不含Fe3+,而可能含有Fe2+,进行如下实验操作的最佳

顺序为（）

①加入足量氯水②加入足量KMnO4（H+）溶液③加入少量KSCN溶液

A.①③B.③②

C.③①D.①②③

【解析】先用KSCN溶液排除Fe3+,再加氧化剂，过量KMnO"H+）为紫

红色，现象不明显。

【答案】C

Fe?+和Fe3+的转化

高考母题

（2013.江苏高考节选）已知

金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pH

Fe3+1.13.2

Al3+3.05.0

Fe2+5.88.8

从硫铁矿烧渣（成分为FezCh、AI2O3、SiCh）出发，补充完整由烧渣制备FeSO4

溶液的步骤：向一定量烧渣中加入足量的稀H2s04充分反应，

_______________________________________________________，得