高中化学必修1：3.1 铁的多样性

高中化学必修课程PAGEPAGE1第1节铁的多样性[核心素养发展目标]1.能从物质类别和铁元素化合价的角度认识铁及其化合物的性质，理清铁元素不同价态之间的转化关系，增强证据推理与模型认知的能力。2.会设计实验制备氢氧化亚铁，检验Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性与还原性，增强科学探究与创新意识。一、亚铁盐和铁盐1.预测铁盐和亚铁盐的性质(1)铁盐(如氯化铁)中铁元素的化合价为＋3价，为铁元素的最高价态，只具有氧化性，能与铁、铜、锌、碘化钾溶液等还原剂反应。(2)亚铁盐(如硫酸亚铁)中铁元素的化合价为＋2价，为铁元素的中间价态。既有还原性，能与氯水、酸性高锰酸钾溶液等氧化剂反应；又有氧化性，能与锌等还原剂反应。(3)铁离子(Fe3＋)的特性：遇硫氰酸钾(KSCN)溶液呈红色，常用硫氰酸钾溶液检验Fe3＋的存在。如果你预测某物质具有氧化性，就应该寻找具有还原性的另一物质，通过实验证实两者能发生氧化还原反应来检验你的预测。相应地，如果你预测某物质具有还原性，就应该寻找具有氧化性的另一物质，通过实验来检验你的预测。2.实验探究铁盐和亚铁盐的性质实验操作实验现象加入KSCN溶液后溶液呈红色，加入足量铁粉后，溶液变为浅绿色加入KSCN溶液后，溶液无明显变化，再加入氯水后，溶液变红色溶液由浅绿色变为无色实验结论铁盐中的Fe3＋与铁粉反应生成了Fe2＋，说明Fe3＋具有氧化性亚铁盐中的Fe2＋与氯水反应生成了Fe3＋，说明Fe2＋具有还原性亚铁盐中的Fe2＋与锌反应生成单质铁，说明Fe2＋具有氧化性3.铁盐和亚铁盐的化学性质写出下列反应的离子方程式：(1)为什么在配制硫酸亚铁时，通常要在溶液中加入铁钉或铁粉？提示Fe2＋易被氧化为Fe3＋，加入铁粉或铁钉，发生反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，可防止硫酸亚铁溶液被氧化，而不发生变质。(2)如何除去氯化铁中的Fe2＋，写出反应的离子方程式。提示加入新制的氯水，2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。二、其他含有铁元素的物质1.铁单质的性质(1)物理性质纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点为1

538

℃。纯铁的抗腐蚀能力很强，具有良好的延展性和导热性，导电性比铜、铝差，能被磁铁吸引。(2)化学性质写出下列反应的化学方程式或离子方程式：(3)在如图所示的实验装置中：①试管中湿棉花的作用是加热时产生水蒸气与铁粉反应。②若用火柴点燃肥皂泡，可能发生的现象是听到爆鸣声。③该反应体现铁单质具有还原性。2.铁的氧化物氧化物氧化亚铁氧化铁(铁红)四氧化三铁化学式FeOFe2O3Fe3O4颜色状态黑色粉末红棕色粉末黑色固体铁的价态＋2＋3＋2、＋3溶解性都不溶于水，但都能溶于酸溶液化学性质都能与稀盐酸、稀硫酸反应，生成相应的盐和水都具有氧化性，都能被CO、H2、Al等还原为铁单质FeO不稳定，在空气中加热生成稳定的Fe3O4(1)分别写出盐酸与下列铁的氧化物反应的离子方程式：①氧化亚铁：FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O；②氧化铁：Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O；③磁性氧化铁：Fe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O。(2)氧化铁与铝粉在高温下可发生铝热反应，其化学方程式为2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3，该反应常用于焊接钢轨，它体现了氧化铁的氧化性。1Fe3O4的组成可用FeO·Fe2O3表示，但不代表Fe3O4是由FeO和Fe2O3组成的混合物，Fe3O4有固定的组成，是一种纯净物。2由于Fe3O4与非氧化性酸反应，生成铁盐和亚铁盐，故Fe3O4不属于碱性氧化物，而FeO、Fe2O3属于碱性氧化物。3.铁的氢氧化物的性质与制备(1)铁的氢氧化物的性质氢氧化铁氢氧化亚铁化学式Fe(OH)3Fe(OH)2颜色状态红褐色固体白色固体溶解性难溶于水难溶于水稳定性不稳定，受热易分解不稳定，在空气中易被氧化与盐酸反应生成铁盐和水生成亚铁盐和水(2)铁的氢氧化物的制备实验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁如下图所示：①图甲实验中观察到的现象是有红褐色沉淀生成，反应的离子方程式是Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。②图乙实验中先观察到有白色沉淀生成，在空气中迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，有关反应的方程式是：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。(3)氢氧化亚铁制备注意事项在实验室制备氢氧化亚铁时，一定要用新制的亚铁盐和先加热驱赶氧气后的氢氧化钠溶液，且滴管末端插入试管内的液面下，再慢慢挤出氢氧化钠溶液，也可以在反应液面上滴加植物油或苯等物质进行液封，以防止氢氧化亚铁与氧气接触。(1)铁能与水蒸气反应，为什么在日常生活中常用铁壶烧水？提示铁只能在高温下与水蒸气反应，与冷水、热水都不能反应，所以在日常生活中常用铁壶烧水。(2)如何检验Fe3O4中铁元素的价态？提示取少量固体于试管中，加入稀硫酸(不能用盐酸)溶解，将溶液分成两份，一份加入酸性高锰酸钾溶液，溶液紫红色褪去，说明溶液中含有Fe2＋；另一份加入KSCN溶液，溶液显红色，说明溶液中含Fe3＋。(3)在空气中，Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3，Fe(OH)2受热能否分解生成FeO?提示Fe(OH)2在空气中加热不能得到FeO，因Fe(OH)2在空气中易被氧化。4.铁元素的存在与应用(1)铁元素在自然界中的存在：既有游离态，如陨铁；又有化合态如黄铁矿(主要成分为FeS2)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)、磁铁矿(主要成分为Fe3O4)等。(2)含铁物质在日常生活中的应用含铁物质铁单质氧化铁四氧化三铁亚铁盐日常用途铁制工具、用品、铁锅等炊具油漆、涂料、油墨和红色颜料激光打印机墨粉补铁保健品三、铁及其化合物之间的转化关系1.铁及其化合物间的转化知识结构图写出图中序号所示反应的离子方程式：①Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O；②Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓；③Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O；④Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；⑤2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－；⑥2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。(其他合理均可)(1)Fe只具有还原性，可被弱氧化剂(H＋、Cu2＋、Fe3＋、I2、S等)氧化为Fe2＋；被强氧化剂[O2、Cl2、Br2、HNO3、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋。(2)Fe2＋既有氧化性，又有还原性。可被强氧化剂[Cl2、Br2、O2、ClO－、KMnO4(H＋)、HNO3、H2O2等]氧化为Fe3＋；可被还原剂(Al、Zn、CO、C等)还原为Fe。(3)Fe3＋只具有氧化性，可被弱还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2＋，被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。2.根据性质和转化关系推断物质金属单质A可发生以下反应。试推断：(1)写出下列物质的化学式(B写主要成分)：A

、B

、C

、D

、E

。(2)写出反应③和⑤的离子方程式：③

；⑤

。[答案](1)FeFe2O3Fe3O4CuH2(2)Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋CuFe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑思维启迪推断题的解题思路：根据物质的物理性质(特别是色、态)和化学性质(相互转化关系、反应条件等)，找出具有特征条件的物质，再由相互转化关系逐步推断。3.补铁剂中铁元素价态的检验实验操作实验现象实验结论补铁口服液中加入硫氰酸钾溶液，溶液颜色无变化；加入足量的氯水后，溶液变为红色补铁口服液中含有Fe2＋(1)该实验方案中，不同价态铁元素之间转化的离子方程式是2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－；该转化的实验目的是利用Fe3＋的特征反应，检验补铁口服液中含有的铁元素的价态(Fe2＋)。(2)若在补铁口服液中加入氢氧化钠溶液，观察到的现象是有白色沉淀生成，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。1.所含铁元素既有氧化性又有还原性的物质是()A.FeB.FeCl2C.FeCl3D.Fe2O3[答案]B2.(2018·兰州一中高一月考)下列关于Fe2＋和Fe3＋的叙述中，错误的是()A.Fe2＋的水溶液为浅绿色B.Fe3＋的水溶液为黄色C.Fe3＋具有氧化性，Fe2＋具有还原性D.Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，立即出现红色沉淀[答案]D[解析]常见水溶液有颜色的离子有Fe2＋(浅绿色)、Fe3＋(黄色)、Cu2＋(蓝色)、MnOeq\o\al(－,4)(紫色)，故A、B项正确；通常情况下，铁的化合价有0价、＋2价、＋3价，Fe2＋处于中间价态，既能得电子，又能失电子，所以既有氧化性，又有还原性，一般认为Fe3＋处于最高价，因此具有氧化性，C项正确；Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，生成红色可溶性物质，不是红色沉淀，D项错误。3.下列反应中，铁只能生成＋3价化合物的是()A.少量铁与稀硫酸反应B.铁丝在氧气中燃烧C.过量铁粉在氯气中燃烧D.Fe投入到CuSO4溶液中[答案]C[解析]C项，虽然铁粉过量，但因为不是在溶液中进行的反应，只能生成FeCl3。4.下列关于铁与水蒸气反应的叙述不正确的是()A.是氧化还原反应B.铁是还原剂C.需在高温条件下进行D.产物是氧化铁和氢气[答案]D[解析]在高温下，铁与水蒸气发生的置换反应是氧化还原反应，生成四氧化三铁和氢气，铁做还原剂。5.下列有关铁及其化合物的叙述正确的是()A.铁在自然界中只能以化合态的形式存在B.纯净的铁为光亮的银白色金属，熔、沸点较高C.铁的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，均为黑色D.单质铁具有磁性，而铁的氧化物没有该性质[答案]B[解析]自然界中存在单质铁，A项错误；Fe2O3为红棕色，C项错误；Fe3O4具有磁性，D项错误。6.铁有＋2价和＋3价两种价态，下列反应中不涉及铁元素价态变化的是()A.用还原铁粉除去氯化亚铁溶液中的少许氯化铁杂质B.铁在氧气中燃烧，其产物溶于盐酸中可得到两种盐C.氢氧化亚铁是白色固体，在空气中迅速变成灰绿色，最终变成红褐色D.氢氧化铁受热分解[答案]D[解析]氢氧化铁受热分解得到氧化铁和水，是非氧化还原反应，铁元素价态不变。其他选项都涉及氧化还原反应，铁元素价态发生变化。7.(2018·西安校级期中)将下列四种铁的化合物溶于稀盐酸，滴加KSCN溶液没有颜色变化，再加入氯水即呈红色的是()A.FeO B.Fe2O3C.Fe3O4 D.Fe(OH)3[答案]A[解析]A项，FeO溶于盐酸得到Fe2＋，滴加KSCN溶液颜色没有变化，加入氯水后Cl2将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液变红。8.下列物质之间有如下反应关系：已知E转化成C的现象是白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。回答：(1)写出下列物质的化学式：A

，B

，D

，甲

，乙

，丙

。(2)写出E→C反应的化学方程式：