专题03铁及其化合物(原卷版)

专题03铁及其化合物知识详解知识详解考点1.铁单质的物理性质1）铁在地壳中的含量：铁在地壳中的含量居第四位，仅次于氧、硅和铝．铁元素的原子结构：铁的原子序数为26，位于元素周期表第四周期Ⅶ族，属过渡元素．铁原子的最外层电子数为2个，可失去2个或3个电子而显+2价或+3价，但+3价的化合物较稳定．2）物理性质：⑴纯铁是光亮银白色金属；⑵纯铁的抗蚀力相当强；⑶有延展性、导热性和导电性；⑷具有铁磁性，能被磁铁吸引，在磁场的作用下，自身也能产生磁性。考点2.铁单质的化学性质铁单质能与非金属化合，能与水蒸气、酸反应，在冷的浓H2SO4、浓HNO3中钝化、能与盐溶液反应。=1\*GB3①FeFe2+=2\*GB3②FeFe3+=3\*GB3③Fe2+Fe3+=4\*GB3④Fe3+Fe2+※Fe与水蒸气反应生成四氧化三铁是混合价态。考点3．铁的氧化物铁的氧化物氧化亚铁氧化铁四氧化三铁化学式FeOFe2O3Fe3O4溶名铁红磁性氧化铁色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体化合价+2+3+2，+3水溶性不溶⑴跟酸反应：FeO+2H+→Fe2++2H2OFe3O4+8H+→Fe2++2Fe3++4H2O3FeO+10HNO3（稀）→3Fe(NO3)3+NO↑+5H2OFe2O3+6HI→2FeI2+I2+3H2O氧化亚铁不稳定性：6FeO+O22Fe3O4具有氧化性：FexOy+yCOxFe+yCO28Al+3Fe3O4高温4Al2O3+9Fe考点4.铁的氢氧化物名称氢氧化亚铁氢氧化铁化学式Fe(OH)2Fe(OH)3颜色白色红褐色水溶性不溶不溶与酸反应Fe(OH)2+2HCl→FeCl2+2H2O3Fe(OH)2+10HNO3(稀)→3Fe(NO3)3+NO↑+8H2OFe(OH)3+3HCl→FeCl3+3H2O2Fe(OH)3+6HI→2FeI2+I2+6H2O加热分解6Fe(OH)2+O22Fe3O4+6H2O2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O还原性4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3制法Fe2++2OH→Fe(OH)2↓Fe3++3OH→Fe(OH)3↓考点5．Fe2+与Fe3+的检验与保存(1)Fe2＋的检验方法：①含有Fe2＋的溶液呈浅绿色；②向待检液中滴加NaOH溶液或氨水，产生白色絮状沉淀，露置在空气中一段时间后，沉淀变为灰绿色，最后变为红褐色，说明含Fe2＋．③向待检液中先滴加KSCN溶液，无变化，再滴加新制的氯水，溶液显红色，说明含Fe2＋．有关的离子方程式为：2Fe2＋+Cl2→2Fe3＋+2Cl－Fe3＋+3SCN→Fe(SCN)3保存方法：酸性条件下加铁粉保存(2)Fe3＋的检验方法：①含有Fe3＋的溶液呈黄色；②向待检液中滴加NaOH溶液或氨水，产生红褐色沉淀，说明含Fe3＋．③向待检液中滴加KSCN溶液，溶液呈血红色，说明含Fe3＋．保存方法：酸性条件防水解。考点6．进行铁及其化合物的计算规律总结：(1)铁元素有变价特点，要正确判断产物（如有强氧化剂浓H2SO4，HNO3等存在时生成三价铁）；(2)铁及其化合物可能参加多个反应，要正确选择反应物及反应的化学方程式；(3)反应中生成的铁化合物又可能与过量的铁反应，因此要仔细分析铁及其化合物在反应中是过量、适量，还是不足量；(4)当根据化学方程式或离子方程式计算时，找出已知量与未知量的关系，列出方程式或方程式组（关系式法）；(5)经常用到差量法、守恒法（尤其是电荷守恒与电子守恒）．考点7．炼钢炼铁1、概念：金属从矿石里提炼出来的过程，叫金属的冶炼。大概步骤：矿石的富集、冶炼、精炼。一般方法：a、热分解法：适合Hg与Ag的冶炼如2HgO2Hg+O2↑b、热还原法：适合金属活动性顺序表中位于Zn与Cu之间的金属的冶炼Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3；Fe2O3+3CO2Fe+3CO2C、电解法：适合活泼金属Mg、K、Na、Al的冶炼。2NaCl（熔融）Na+Cl2↑；2Al2O3（熔融）4Al+3O2↑（2）炼铁和炼钢炼铁炼钢原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、空气(或纯氧、氧化铁)、生石灰、脱氧剂化学原理在高温下用还原剂从铁矿石里还原出来在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化为气体或炉渣除去主要反应①还原剂的生成C+O2→CO2CO2+C2CO②铁的还原Fe2O3+3CO2Fe+3CO2③炉渣的生成CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO3①氧化：2Fe+O22FeOFeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。如C+FeOFe+CO↑②造渣：生成的硅锰氧化物与铁水里的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。③脱氧，并调整Mn、Si含量2FeO+Si2Fe+SiO2主要设备高炉转炉典例剖析典例剖析1.铁与钢铁的性质[例1]铁和铁合金是生活中常用的材料，下列说法正确的是（）A．不锈钢是铁合金，只含金属元素B．一定条件下，铁粉可与水蒸气反应C．铁与盐酸反应，铁合金不与盐酸反应D．在空气中，铁板比镀锌铁板更耐腐蚀[答案]B[解析]钢铁/生铁/熟铁都是含碳钢,属于铁合金的一种,铁合金同样可以与酸反应,一定条件下，铁粉可与水蒸气反应,在空气中，镀锌铁板比铁板更耐腐蚀,这是由于形成了铁锌原电池,保护了铁片,2.铁的化学性质[例2]把一块Al、Fe合金放入足量盐酸中，通入足量的Cl2，再加过量NaOH溶液、过滤，把滤渣充分灼烧，得到固体残留物恰好与原合金质量相等，则合金中Fe、Al质量比为（）A、1:1B、3:1C、1:4D、7:3答案：D解析：终态为固体残留物Fe2O3，且与始态Al、Fe合金质量相等。所以，合金中Fe、Al的质量比等于Fe2O3中Fe、O的质量比mFe:mAl=112:48=7:3。3.铁的氧化物[例3]合成氨工业生产中所用的α－Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3（1）某FeO、Fe2O3混合物中，铁、氧的物质的量之比为4︰5，其中Fe2＋与Fe3＋物质的量之比为___________。（2）当催化剂中Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为1︰2时，其催化活性最高，此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为___________（用小数表示，保留2位小数）。（3）以Fe2O3为原料制备上述催化剂，可向其中加入适量炭粉，发生如下反应：2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑。为制得这种活性最高的催化剂，应向480gFe2O3粉末中加入炭粉的质量为_________g。答案：（1）1︰1（2）0.72（3）6克[解析](1)设混合物中FeO、Fe2O3的物质的量分别是ab，则有(a+2b)/(a+3b)=4/5，解得a/b=2/1n(Fe2+)∶n(Fe3+)=1:1。(2)设Fe2+为1mol，Fe3+为2mol，则Fe元素的质量为3mol*56g/mol=168g，混合物总质量为1mol*72g/mol+1mol*160g/mol=232g，Fe元素的质量分数为168g/232g0.72。(3)480gFe2O3的物质的量为3mol，设molc与之反应生成FeO，根据反应的化学方程式可知消耗的Fe2O3为2xmol，生成的FeO为4xmol，剩余的Fe2O3为(32x)mol，则有4x/2(32x)=1/2解得x=05，即m(c)=12g·mol*0.5mol=6g。4.铁的氢氧化物例4、用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀．方法一：用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备．(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入_____________。(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用_____________的方法．(3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液．这样操作的理由是__________________________。方法二：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_____________。答案：方法一：(1)稀H2SO4、铁屑；(2)煮沸；(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2．方法二：(1)稀H2SO4、铁屑；(2)NaOH溶液；(3)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度；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．【解析】制备白色的Fe(OH)2沉淀是教材中安排的一个不易做成功的实验．方法一是再现教材中的实验．方法二则是延伸教材的创新实验，应依题意，弄清相关原理，如“打开止水夹”则可放出氢气，只有用氢气排尽了装置内的氧气后，再夹紧止水夹时，试管I生成的FeSO4溶液就能在氢气的压力下倒吸进入试管Ⅱ，与不含O2的NaOH溶液反应生成Fe(OH)2．5.铁离子的性质[例5]某兴趣小组对如何延长硫酸亚铁溶液的保质期展开了研究。（1）制备硫酸亚铁溶液，最合适的试剂组为___________（填编号）；a．过量铁屑和稀硫酸b．过量稀硫酸和铁屑c．过量硫酸铁溶液和铁屑（2）实验室保存硫酸亚铁溶液的一般方法是_____________________________________；该兴趣小组取等体积的硫酸亚铁溶液分别加入三个烧杯中，各滴入3滴KSCN试剂，然后进行如下实验：烧杯编号①②③加入试剂铁粉0.1g铁粉0.1g，0.1mol/LH2SO43mL0.1mol/LH2SO43mL红色出现时间(天)1天4天左右8天以上（3）在烧杯②中加入2种试剂后，即可观察到的现象为_____________________________；（4）通过比较上述3组实验，可以得出的结论为___________________________________；（5）硫酸亚铁溶液在空气中易氧化，氧化产物易水解生成Fe(OH)3，导致溶液酸性增大。①试用一个离子方程式表示上述反应过程中的变化_________________________；②硫酸亚铁溶液在空气中变质的反应为可逆反应，试用化学平衡理论解释烧杯③出现红色最晚的原因____________________________________________________。答案：（1）a（2）加入铁钉（或铁屑，合理即可）（以及少量硫酸）（3）有气泡产生，铁粉溶解（4）溶液酸度越大，硫酸亚铁越不易被氧化（5）①4Fe2++O2+10H2O→4Fe(OH)3+8H+②Fe2+在氧化变质的过程生成H+，所以加入硫酸有利于抑制反应正向进行[解析](1)制备硫酸亚铁溶液时，为防止亚铁离子被氧化而使铁过量;(2)硫酸亚铁是强酸弱碱盐易水解，为防止硫酸亚铁水解而加入铁或硫酸;(3)稀硫酸和铁反应生成可溶性的硫酸亚铁和氢气;(4)根据酸的浓度及被氧化时间长短分析;(5)①亚铁离子易被氧化生成铁离子，铁离子易水解生成氢氧化铁;②向溶液中加入含有相同离子的溶液能抑制亚铁离子被氧化.6.有关铁的计算例6.将14ｇ铁粉溶于1Ｌ稀硝酸中恰好完全反应，放出ＮＯ气体后称量所得溶液，发现比原溶液质量增加8ｇ，则原溶液中硝酸的浓度为（）

A．0．4ｍｏｌ·Ｌ－1B．0．6ｍｏｌ·Ｌ－1

C．0.8ｍｏｌ·Ｌ－1D．1.0ｍｏｌ·Ｌ－1[答案]C

解析：按常规解本题需先判断出反应中同时生成了+2、+3价的铁，然后再根据方程式求解。若运用守恒原理则可避开繁琐的讨论和方程式的书写。

假设铁单质在反应中被氧化成+n价，由题意有：

Ｆｅ－ｎｅ－→Ｆｅ（ＮＯ3）ｎ→ｎＨＮＯ3

（反应中作酸用的）

1ｎｎ

（14／56）ｍｏｌ0．25ｎｍｏｌ0．25ｎｍｏｌ

由题意知，产生气体ＮＯ的质量为14ｇ－8ｇ＝6ｇ，物质的量为6ｇ／30ｇ·mol·L1＝0．2ｍｏｌ。

则有ＨＮＯ3（反应起氧化剂作用的）＋3ｅ－→ＮＯ

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0．2ｍｏｌ0．6ｍｏｌ0．2ｍｏｌ

据电子的守恒原理可得0．25ｎ＝0．6；又由氮元素守恒原理可推知，反应中共消耗硝酸的物质的量为：

0．25ｎｍｏｌ＋0．2ｍｏｌ＝0．8ｍｏｌ

故选C。【变式训练】.在100ｍL的ＦｅＢｒ2溶液中，通入2．24Ｌ的标准状况下的氯气，充分反应后，溶液中有1／3的Ｂｒ－被氧化成溴单质。求原ＦｅＢｒ2溶液的物质的量浓度。[答案]1.2mol·L1

解析：设ＦｅＢｒ2溶液的物质的量浓度为ｘmol·L1，根据氧化还原反应中氧化剂和还原剂得失电子数相等的原则知，Ｃｌ2所得电子的物质的量应等于Ｆｅ2＋和Ｂｒ－所失电子的物质的量之和。则有：

2．24Ｌ／22．4Ｌ·ｍｏｌ－1×2＝0．1ｘ×1＋（0．1ｘ／3）×2×1

解得ｘ＝1．2。因此，原ＦｅＢｒ2溶液的物质的量浓度为1．2mol·L1。专项练习专项练习铁及其化合物一、单选题下列叙述正确的是(????)A.向FeCl3溶液中加入KSCN溶液，会生成红色沉淀

B.灼烧白色粉末，火焰呈黄色，证明该粉末中有Na+，无K+

C.Na2由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21:8，则这种混合物中FeOA.1:2:1 B.2:1:1 C.1:3:1 D.1:1:3在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是(????)A.NaHCO3(s)??Na2C如图是物质间发生化学反应时颜色的变化情况，下列选项中正确的是(

)A.A B.B C.C D.D在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是(????)A.

B.

C.

D.铁是一种应用非常广泛的金属，下列有关铁及其化合物的说法中正确的是A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4

B.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2

C.除去FeCl2溶液中的FeCA、B、C、D四种元素，已知A元素是地壳中含量最多的元素，B元素为金属元素，它的原子核外K、L层上电子数之和等于M、N层电子数之和，C3+离子d轨道处于半充满状态，D元素在第三周期中第一电离能最大。下列有关叙述错误的是A.原子序数排序A<?D?<?B?<?C

B.元素B，C与元素A均可组成两种化合物

C.B，C单质在常温下均可与水剧烈反应

D.元素A，