专题14铁及其化合物-2022-2023学年高一化学教学专题讲义

专题14铁及其化合物铁的存在和冶炼，物理性质和应用铁的化学性质铁的氧化物铁的氢氧化物知识点一铁的存在和冶炼，物理性质和应用1．自然界中铁的存在铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝元素，居第四位。铁元素在自然界中主要以+2价和+3价化合物的形式存在于铁矿石。2．铁的冶炼（高炉炼铁）原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气工业炼铁得到的铁是：生铁（混合物）高炉（炼铁炉）：从下到上化学方程式为：C+O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2C+CO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO（吸收热量）3CO+Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe+3CO2焦炭的作用：提供热量C+O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2（放热反应）②提供还原剂：C+CO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO炼铁过程中石灰石的主要作用是：将矿石中的二氧化硅转变为炉渣3．铁的物理性质和应用(1)物理性质纯铁具有银白色金属光泽，质软，有良好的延展性，密度是3,熔点为1535℃，沸点为2750℃，铁是电和热的良导体，铁可以被磁铁吸引。(2)应用钢铁是人类生活和生产中非常重要的材料，广泛应用用于生活用具、生产工具、建筑、机械、电力、桥梁、国防等领域。【典例1】★☆☆☆☆高炉炼铁的过程中既被氧化又被还原的元素是()A．铁B．氮C．氧 D．碳【答案】D【解析】高炉炼铁过程包括：C+O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2，C+CO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO（吸收热量）3CO+Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe+3CO2等反应，碳元素的化合价既有升高又有降低，氧元素化合价降低，铁元素化合价降低。【训练1】★☆☆☆☆在高炉炼铁中将铁的氧化物还原成单质铁的主要还原剂是()A．CaCO3B．CC．SiO2 D．CO【答案】D【解析】在高炉炼铁生产中，投入的原料是焦炭，焦炭与氧气反应生成CO，该反有两个作用：①提供热量②提供还原剂。CO将铁的氧化物还原为铁。知识点二铁的化学性质1．铁与非金属单质反应（1）铁与氧气反应：3Fe+2O2(纯)eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4现象：剧烈燃烧，放出大量热，火星四射，产生黑色固体。（2）铁与氯气反应:2Fe+3Cl2=eq\o(=,\s\up7(点燃))2FeCl3现象：剧烈燃烧，放出大量热，产生棕黄色烟。（3）铁与硫反应：Fe+Seq\o(=,\s\up7(△))FeS2．铁与酸(非氧化性酸)反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑3．铁与盐（溶液）反应（1）与铜盐：Fe+Cu2+=Fe2＋＋Cu（2）与铁盐：Fe+2Fe3＋=3Fe2＋4．铁与水反应铁不能与冷水、热水反应，但能和水蒸气反应。反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2；现象为加热时试管内铁粉红热，点燃从试管中逸出的气体可听到爆鸣声。【典例1】★☆☆☆☆下列叙述正确的是()A．足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3B．Fe与S混合加热生成FeS2C．3mol单质Fe完全转化为Fe3O4，失去8NA个电子D．Fe与Cu2+反应生成Fe3+【答案】C【解析】3Fe+Cl2=eq\o(=,\s\up7(点燃))2FeCl3，所以A错；Fe+Seq\o(=,\s\up7(△))FeS，所以B错。铁与水蒸汽反应3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2此反应3mol铁原子转移8mol电子，所以C正确；铁与铜盐反应:Fe+Cu2+=Fe2＋＋Cu,生成二价铁，所以D错。【训练1】★★☆☆☆某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水反应”的实验，并检验产物的性质，请回答下列问题：(1)A装置的作用是____________________________________________，B中反应的化学方程式为_______________________________________。(2)D装置的作用是___________________________________________。(3)E装置中的现象是________________________________________。(4)A、B两个装置中应先点燃________处的酒精(喷)灯，点燃E处酒精灯之前应进行的操作是_______________________________________________________________________________________________________________。【答案】(1)产生水蒸气3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2(2)除去未反应的水蒸气，干燥H2【解析】(1)B中进行的反应是3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2，故A为提供水蒸气的装置。(2)装置D的作用是除去未反应的水蒸气，干燥H2。(3)E装置中发生的反应为H2＋CuOeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2O，故现象为黑色粉末变红，同时硬质玻璃管右端会有水珠生成。(4)应先点燃A处酒精灯，若先点燃B处酒精喷灯，B中的Fe会与空气中的O2反应；点燃E处酒精灯前要先收集H2，检验其纯度。知识点三铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4名称（俗称）氧化亚铁氧化铁（铁红）四氧化三铁（磁性氧化铁）物质类别碱性氧化物碱性氧化物——色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的价态＋2价＋3价＋2价，＋3价与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O共性高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，生成单质铁与CO化碳反应：FexOy＋yCOeq\o(=,\s\up7(高温))xFe＋yCO2【典例1】★☆☆☆☆判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)Fe3O4中化合价有＋2和＋3价为混合物。()(2)FeO在空气中加热生成Fe2O3。()(3)磁铁矿的主要成分为Fe3O4。()(4)FeO和Fe2O3均为碱性氧化物。()【答案】(1)×(2)×(3)√(4)√【典例2】★☆☆☆☆《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病，而通耳明目。慈石，色轻紫，石上皲涩，可吸连针铁，俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是()A．铁B．氧化铜C．氧化铁 D．四氧化三铁【答案】D【解析】磁石，古代炼丹常用的矿物原料，又称作“慈石”，即四氧化三铁(Fe3O4)。【训练1】★★☆☆☆我国清代《本草纲目拾遗》中叙述了“铁线粉”：“粤中洋行有舶上铁丝……日久起销，用刀刮其销……所刮下之销末，名铁线粉”。下列关于“铁线粉”的说法错误的是()A．铁线粉的主要成分为Fe2O3·xH2O B．“用刀刮其销……所刮下之销末”指质地疏松C．“铁线粉”易溶于水 D．“铁线粉”可以与硫酸反应【答案】C【解析】“铁线粉”为铁锈，主要成分为Fe2O3·xH2O，A正确；“铁线粉”能够用刀刮下，说明其质地疏松，易脱落，B正确；氧化铁等大多数金属氧化物不溶于水，C错误；“铁线粉”为铁锈，主要成分为Fe2O3·xH2O，与硫酸反应，D正确。【训练2】★★☆☆☆用足量的CO还原32.0g某种氧化物，将生成的气体通入足量的澄清石灰水中，得到60g沉淀，则该氧化物是()A．FeOB．Fe2O3C．CuOD．Fe3O4【答案】B【解析】由生成CaCO360g可得反应掉CO为0.6mol，即32.0g金属氧化物中含氧原子为0.6mol，铁原子：eq\f(32.0g－0.6mol×16g·mol－1,56g·mol－1)＝0.4mol，n(Fe)∶n(O)＝0.4∶0.6＝2∶3，即氧化物为Fe2O3。知识点四铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体溶解性难溶于水难溶于水与盐酸反应Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O受热分解—2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O制法可溶性亚铁盐与碱反应：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓可溶性铁盐与碱反应：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓二者的关系空气中，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注意①FeO、Fe3O4、Fe(OH)2与HNO3反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋被HNO3氧化成Fe3＋。②Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。拓展：氢氧化亚铁的制备原理和方法1.制备原理(1)制备原理：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓。(2)成功关键：溶液中不含O2等氧化性物质；制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的、隔绝空气的体系中。2.常用方法(1)有机层隔离法①反应在试管底部进行(这是唯一一种把胶头滴管插入反应溶液的实验)。②加隔氧剂，如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂[如图，由于苯的液封作用，可防止生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀]。(2)还原性气体保护法该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽整个装置中的空气，待检验H2的纯度后，再关闭止水夹K，利用产生的H2把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。【典例1】★★☆☆☆如图两圆相交部分A、B、C、D分别表示两物质间的反应。下列各对应反应的离子方程式书写不正确的是()A．Fe＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=Fe3＋＋NO↑＋2H2OB．Fe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2OC．Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2OD．3Fe(OH)2＋10H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋8H2O【答案】B【解析】Fe3O4与HNO3反应生成Fe3＋，正确的离子方程式为3Fe3O4＋28H＋＋NOeq\o\al(－,3)=9Fe3＋＋NO↑＋14H2O。【典例2】★★☆☆☆下列各图所示的实验中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是()A．①②③B．①②④C．①②③④ D．②③④【答案】B【解析】Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，因此想要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排出装置中的氧气或空气。①、②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，能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀；④中FeSO4溶液液面加苯阻止了空气进入，能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀；③由于空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3，因而不能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。【训练1】★☆☆☆☆将Fe(OH)2露置在空气中加热灼烧所得的产物为（）A．FeOB．Fe2O3C．Fe3O4D．Fe(OH)3【答案】B【解析】Fe(OH)2露置在空气中，反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，Fe(OH)3受热分解2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O【训练2】★★★☆☆如下图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是____________，A中反应的离子方程式是_______________________________________________。(2)实验开始时先将止水夹E____________(填“打开”或“关闭”)，C中收集到气体的主要成分是_______________________________________________。(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：__________________________________。(4)拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：__________________。【答案】(1)铁屑Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(2)打开H2(3)关闭止水夹E，使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3【解析】实验开始时先打开E，让H2把A、B装置中的空气排出，让Fe(OH)2在H2气氛中生成，以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。1．下列成语或谚语中蕴含着一定的化学知识或原理，下列有关说法错误的是()A．百炼成钢——通过反复锤炼，除去铁中部分杂质，使其转化为钢B．水滴石穿——CO2＋H2O＋CaCO3=Ca(HCO3)2(以大理石为例)C．恨铁不成钢——钢的性能远优于铁D．真金不怕火炼——单质金的熔点很高【答案】D【解析】锤炼过程中可除去一部分碳等杂质，A项正确；空气中的CO2可与CaCO3在水中缓慢反应，B项正确；钢的性能比铁好，C项正确；真金不怕火炼是指在高温下金也很难发生反应，D项错误。2．下列铁的化合物通过化合反应、置换反应、复分解反应均能得到的是()A．Fe3O4B．Fe2(SO4)3C．FeCl2 D．Fe(OH)3【答案】C【解析】Fe3O4无法通过复分解反应得到，A错误；硫酸铁可以通过FeSO4溶液与氧气的化合得到，也可以通过氢氧化亚铁与稀硫酸发生复分解反应得到，但无法通过置换反应得到，B错误；FeCl2可以由FeCl3和Fe的化合得到，也可以由Fe和HCl的置换得到，也可以由Fe(OH)2和HCl的复分解得到，C正确；Fe(OH)3可以通过Fe(OH)2和氧气、水的化合得到，也可以通过氯化铁与氢氧化钠的复分解反应得到，但无法通过置换得到，D错误。3．下列物质能用化合反应直接制得的是()①FeCl2②Fe(OH)3③NaHSO3④Fe(OH)2A．②B．②③C．①②③ D．①②③④【答案】C【解析】2FeCl3＋Fe=3FeCl2、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3、Na2SO3＋H2O＋SO2=2NaHSO3，以上反应均为化合反应。Fe(OH)2不能用化合反应直接制得。4．有关铁的氧化物的说法中，不正确的是()A．赤铁矿主要成分是Fe2O3，Fe2O3是红棕色的，常用作红色油漆和涂料B．Fe3O4是黑色晶体，其中eq\f(1,3)的铁显＋2价，eq\f(2,3)的铁显＋3价C．FeO、Fe2O3、Fe3O4都不溶于水，但都能和盐酸反应生成相应的盐D．FeO不稳定，在空气中加热迅速被氧化成Fe2O3【答案】D【解析】FeO不稳定，在空气里受热迅速被氧化成Fe3O4。5．有关铁的化合物的说法中，错误的是()A．Fe(OH)2是一种黑色固体，不稳定，在空气中易被氧化转变为红褐色B．由图示操作可制取Fe(OH)2C．Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得D．Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明，能发生丁达尔效应【答案】A【解析】解析Fe(OH)2是一种白色固体，A错误；煤油能减少FeSO4溶液与氧气接触，可以避免试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化，B正确；铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4，可通过化合反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3制取Fe(OH)3，C正确；Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明，能发生丁达尔效应，D正确。6．下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是()A．反应中有氢气产生 B．此反应需在加热下才能发生C．生成的铁的化合物中铁全部呈＋3价 D．该反应中水作氧化剂【答案】C【解析】铁与水蒸气反应需在高温下进行，生成四氧化三铁和氢气，铁作还原剂，水作氧化剂。7．下列离子方程式正确的是()A．将氨水滴入到FeCl3溶液中Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓B．氧化铁与盐酸反应Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OC．向FeCl3溶液中加入铁粉Fe＋Fe3＋=2Fe2＋D．向氯化亚铁溶液中通入Cl2Fe2＋＋Cl2=Fe3＋＋2Cl－【答案】B【解析】解析A项在书写离子方程式时，弱电解质NH3·H2O不能拆写成离子的形式；C项离子方程式中除遵循元素守恒外，电荷也必须守恒，正确的离子方程式应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋；D项只符合元素守恒，不符合电荷守恒，正确的离子方程式应为2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－。8．A、B、C是中学化学中常见的单质，A是金属单质，B、C是气体单质。甲、乙两化合物在常温下分别为黑色晶体和无色液体。这些化合物和单质之间的关系如图所示。据此判断：(1)若金属元素A有可变化合价，则A的化学式为____________________，甲的化学式为____________________。(2)写出A＋乙eq\o(→,\s\up7(高温))甲＋C反应的化学方程式：__________________________。【答案】(1)FeFe3O4(2)3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2【解析】金属元素A有可变化合价，一般为铁，有＋2价和＋3价，可以作为本题的突破口。金属A与气体单质B点燃可化合生成甲，可推知B为氧气。从而推出甲是Fe3O4，气体单质C将单质A还原出来，且乙为无色液体，可推知C为具有还原性的氢气，甲与C发生的反应为Fe3O4＋4H2eq\o(=,\s\up7(高温))3Fe＋4H2O。A与乙发生的反应为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。9．用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀：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_________________________________。【答案】(1)稀硫酸、铁屑(2)①煮沸（3）避免生