第13讲-铁的氧化物和铁的氢氧化物(原卷版)VIP

第13讲铁的氧化物和氢氧化物【学习目标】1．了解铁的氧化物和铁的氢氧化物的主要性质2．了解铁的氧化物和铁的氢氧化物在生产、生活中的应用3．认识铁元素在物质中可以有不同的价态，可以通过氧化还原反应实现含有不同价态铁元素的物质的相互转化。4．认识在一定条件下铁及其化合物之间可以相互转化。能够从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径。【基础知识】一、铁的氧化物1．物理性质化学名称氧化亚铁氧化铁四氧化三铁铁元素化合价+2+3+2、+3俗称\__________色、态_____色粉末_____色粉末_____色晶体2．化学性质（1）与盐酸反应（用离子方程式表示）①______________________________②______________________________③______________________________（2）铝热反应：______________________________二、铁的氢氧化物Fe（OH）2Fe（OH）3颜色状态_____色固体_____色固体与盐酸反应______________________________________________受热分解\_________________________三、铁及其化合物的“价－类”二维图1．相同价态铁元素的物质之间的转化为复分解反应。④FeO+2H+Fe2++H2O⑤Fe（OH）2+2H+Fe2++2H2O⑥Fe2++2OH－Fe（OH）2↓⑧Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O⑾Fe3++3OH－Fe（OH）3↓⑿Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O2．不同价态铁元素的物质之间的转化为氧化还原反应。①Fe+2H+H2↑+Fe2+或Fe+Cu2+Fe2++Cu②3Fe+2O2Fe3O4③3CO+Fe2O32Fe+3CO2⑦4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3⑨2Fe3++Fe3Fe2+⑩2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－四、补铁剂中铁元素价态的检验实验步骤实验现象实验结论取少量补铁口服液于试管中，滴入KSCN溶液不变红_____变红_____若溶液不变红，向反应后的溶液中滴加氯水溶液变红_____若溶液变红，另取补铁剂滴加酸性KMnO4溶液紫红色褪去_____紫红色不褪去_____【考点剖析】考点一：铁的氧化物的性质及应用例1．（2022·舟山高一检测）铁的氧化物很多，在中学化学中经常提到FeO、Fe2O3和Fe3O4，而且在一定条件下它们之间是可以相互转化的。例如：在1400℃以上的温度下加热Fe2O3时，Fe2O3会部分失去氧，生成Fe3O4。下列有关说法正确的是（）。A．FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体B．Fe3O4常写成FeO·Fe2O3，其中既有+2价的Fe，又有+3价的Fe，所以Fe3O4是一种混合物C．热稳定性：Fe2O3＞Fe3O4D．FeO、Fe2O3和Fe3O4均可与盐酸反应，而且反应类型均为复分解反应【思维拓展】铁的氧化物的性质1．Fe3O4的结构和性质（1）结构：Fe3O4中有2个铁显+3价，1个铁显+2价，相当于由FeO和Fe2O3按照物质的量比1∶1组成的混合型氧化物，可以写成的FeO·Fe2O3形式。（2）性质：具有FeO和Fe2O3的双重性质①与强氧化剂反应：FeO被氧化成Fe3+②与强还原剂反应：Fe2O3被还原成Fe2+2．化学性质（1）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++3H2O（2）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++3H2O（3）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（4）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）考点二：制备纯净的氢氧化亚铁沉淀例2．（2019·浙江选考）某同学设计如图装置（气密性已检查）制备Fe（OH）2白色沉淀。请回答：（1）仪器1的名称为___________。装置5的作用为____________________。（2）实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进，使溶液能进入4中：_____________。（3）装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因____________________________。【互动探究】（1）如何排除装置3、4及溶液中的氧气？（2）用化学方程式表示4中析出灰绿色沉淀的原因。【思维拓展】铁的氢氧化物的性质及制备1．铁的氢氧化物的化学性质（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++2H2O（3）与稀硝酸反应①Fe（OH）3：Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O②Fe(OH)2：3Fe（OH）2+10H++NO3－3Fe3++NO↑+8H2O（4）与氢碘酸反应①Fe（OH）3：2Fe（OH）3+6H++2I－2Fe2++I2↓+6H2O②Fe(OH)2：Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O2．铁的氢氧化物的制备（1）方法：可溶性盐和可溶性碱反应①烧碱：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓、Fe3++3OH－Fe（OH）3↓②氨水：Fe2++2NH3·H2OFe(OH)2↓+2NH4+、Fe3++3NH3·H2OFe(OH)2↓+3NH4+（2）制备纯净的Fe(OH)2沉淀①水煮沸：除去水中溶解的氧气②管入水：胶头滴管插入液面以下，防止滴加过程中带入氧气③加油膜：液面上滴加几滴植物油、苯、汽油等，以隔绝空气④利用产生的氢气排空气：先打开止水夹，使产生的氢气排除装置内的空气同时在B试管上部产生类似油膜的“氢气层”，反应一段时间后关闭止水夹，使氢气压将硫酸亚铁溶液压入NaOH溶液中反应生成Fe(OH)2沉淀。考点三：铁及其化合物间的转化关系例3．（2021·九江高一检测）利用“价类二维图”研究物质的性质，是一种有效的学习方法。以下是铁元素及其化合物的二维图的部分信息。（1）X、Y的化学式分别为_________，_________。（2）图中只具有还原性的物质是_________（写化学式）。（3）可以证明FeCl2既具有氧化性又具有还原性的试剂分别为_________、_________（任举一例即可）。（4）某实验小组设计如下实验探究亚铁盐的性质。实验方案现象Ⅰ1.0mL0.1mol/LFeSO4溶液中滴入1.0mL0.5mol/LNaOH溶液生成白色沉淀，3min后沉淀基本变为红褐色Ⅱ1.0mL0.1mol/LFeSO4溶液中滴入1.0mL0.5mol/LNaHCO3溶液生成白色沉淀，3min后沉淀颜色几乎不变①实验I中最后生成红褐色沉淀的化学方程式是_______________________。②对实验II所得白色沉淀展开研究：（已知Fe（HCO3）2常温常压下在水中不能大量存在）i．取II中少量白色沉淀，充分洗涤，向其中加入稀硫酸，沉淀完全溶解，产生无色气泡；ii．向i所得溶液中滴入KSCN试剂，溶液几乎不变红；iii．向ii溶液中再滴入少量H2O2，溶液立即变为红色。根据以上现象，实验II中生成的白色沉淀的化学式为______________。③研究过程中发现实验II中白色沉淀在空气中久置最终也变为红褐色。则该沉淀比实验I中所得的Fe（OH）2的还原性_________（填“强”或“弱”）。【思维拓展】铁的及其化合物之间的转化关系1．“铁三角”转化关系：具体反应方程式：2．Fe、Fe2+、Fe3+之间转化关系的应用：（1）亚铁盐的保存保存亚铁盐溶液应加入少量铁屑或铁粉，目的是防止Fe2+被空气中的氧气氧化：Fe+2Fe3+3Fe2+。（2）利用FeCl3溶液腐蚀铜箔制造印刷电路板：2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。（3）铁及其化合物的制备例如，无水FeCl3可用铁屑和Cl2直接作用制得：2Fe+3Cl22FeCl3。【过关检测】一、选择题1．火星被称为“红色的星球”，这是因为它的岩石和土壤中含有丰富的（）。A．FeOB．Fe3O4C．Fe2O3D．Fe2．录音磁带是在醋酸纤维、聚酯纤维等纤维制成的片基上均匀涂上一层磁性材料－－磁粉制成的。制取该磁粉的主要物质是（）。A．FeOB．Fe2O3C．Fe3O4D．Al2O33．（2021·太原高一检测）实验室用如图所示装置制取Fe（OH）2，下列说法正确的是（）。A．FeSO4溶液为黄色B．苯的作用是隔离氧气C．可将苯换成酒精进行实验D．沉淀的颜色变化是白色→灰绿色→红褐色4．下列变化中不可能通过一步反应完成的是（）。A．Fe2O3→Fe（OH）3B．FeCl2→Fe（OH）2C．Fe→Fe3O4D．Fe（OH）2→Fe（OH）35．（2021·南昌高一检测）下列离子方程式中，正确的是（）。A．铁与盐酸反应：2Fe+6H+＝2Fe3++3H2↑B．氯气与氯化亚铁溶液反应：2FeCl2+Cl2＝2FeCl3C．氯化铁溶液与铁反应：Fe3++Fe＝2Fe2+D．氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应：Fe3++3OH－＝Fe（OH）3↓6．在氯化铁、氯化铜和盐酸的混合溶液中加入铁粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是（）。A．Cu2+B．Fe3+C．Fe2+D．H+7．（2021·鄂尔多斯高一检测）“百炼成钢”是指反复将炽热的生铁在空气中锤打，转化为坚硬的钢，其实质是对生铁的不断除杂过程。下列关于物质的除杂叙述不正确的是（）。选项被提纯物质杂质除杂试剂或方法AFeCl3溶液FeCl2通入适量Cl2BFeCl2溶液FeCl3加入过量铁粉并过滤C铁粉铝粉加入过量NaOH溶液并过滤DFe（OH）3Fe（OH）2在空气中灼烧8．高温下，Fe2O3和H2反应可转化为Fe3O4，方程式为3Fe2O3+H22Fe3O4+H2O。下列说法正确的是（）。A．Fe2O3俗名磁性氧化铁B．该反应条件下H2的还原性强于Fe3O4的还原性C．每消耗160gFe2O3，反应中转移2×6.02×1023个电子D．Fe3O4可由Fe与H2O在常温下反应制得9．把Fe3O4放入盐酸中能发生如下反应：Fe3O4+8HCl＝2FeCl3+FeCl2+4H2O，下列有关所得溶液的说法正确的是（）。A．显蓝色B．加入NaOH溶液只生成白色沉淀C．加入Cu不反应D．加入KSCN溶液后显红色10．（2021·深圳高一检测）元素的“价－类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具，它指的是以元素的化合价为纵坐标，以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图。下图为铁元素的“价－类”二维图，其中的箭头表示部分物质间的转化关系，下列说法正确的是（）。A．铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①B．加热Fe（OH）3发生转化⑥，Fe2O3加水溶解可转化为Fe（OH）3C．由图可预测：高铁酸盐（FeO42－）具有强氧化性，可用于饮用水的消毒D．FeO是一种黑色粉末，只能用作还原剂11．如图所示装置可用来制取Fe（OH）2和观察Fe（OH）2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂：铁屑、6mol/L硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是（）。A．B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是铁屑B．实验开始时应先将活塞E关闭C．生成Fe（OH）2的操作为：关闭E，使A中溶液压入B瓶中D．取下装置B中的橡皮塞，使空气进入，有关反应的化学方程式为：4Fe（OH）2+O2+2H2O＝4Fe（OH）312．（2021·武汉高一检测）铁的常见化合价有+2价和+3价。据研究，铁在浓HNO3中可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为（）。A．FeO·3Fe2O3B．2FeO·3Fe2O3C．FeO·2Fe2O3D．2FeO·Fe2O313．（2020·北京合格考真题）硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2和CuCl2的混合溶液中回收S，其转化如图所示（CuS不溶于水）。下列说法中，不正确的是（）。A．过程①中，生成CuS的反应为H2S+Cu2＋＝CuS↓+2H＋B．过程②中，Fe3＋作氧化剂C．回收S的总反应为2H2S+O2＝2H2O+2S↓D．过程③中，各元素化合价均未改变14．根据表中信息判断，下列选项不正确的是（）。反应①②③反应物FeCl3、CuFeBr2、Cl2（少量）KMnO4和浓盐酸生成物CuCl2……FeCl3、FeBr3MnCl2、Cl2……A．反应①的另一产物不可能是FeB．反应②中若FeBr2与过量Cl2反应有Br2生成，说明还原性：Fe2+＞Br－C．反应③中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶8D．氧化性由强到弱顺序为MnO4－＞Cl2＞Fe3+＞Cu2+15．（2021·无锡高一检测）向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100mL浓度为2.0mol·L－1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出224mL的气体（（标准状况）），所得溶液中加入KSCN溶液后无血红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物，能得到铁的质量是（）。A．11．2gB．5.6gC．2.8gD．1.4g二、非选择题16．（2021·玉林高一检测）某金属A及其化合物之间有如下的转化关系：（1）请写出A、B、C的化学式：A__________；B__________；C__________。（2）写出E转化为C的化学方程式：_____________________________。（3）写出A转化为D的离子方程式：_____________________________。17．硫酸亚铁晶体（FeSO4·7H2O）在医药上作补血剂。某课外小组的同学欲测定该补血剂中铁元素的含量。实验步骤如下：请回答下列问题：（1）证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是：取样，先滴加KSCN溶液，再滴加，该过程的现象为。（2）步骤②加入过量H2O2的目的是_________________。（3）步骤③中反应的离子方程式是_______________________________。（4）步骤④中一系列处理的操作步骤：过滤、________、灼烧、_______、称量。（5）若实验中铁无损耗，则每片补血剂中含铁元素的质量为_______g。18．废A201型催化剂（含FeO及少量CoO、Al2O3、CaO）可制备铁黄（Fe2O3•H2O）。（1）CoO中Co的化合价为________。（2）废催化剂中的四种氧化物均能与强酸反应，等物质的量的FeO、Al2O3分别与足量的稀HNO3反应，消耗HNO3的物质的量之比为________。（3）工业上用废催化剂制备铁黄时有多个步骤。①将废催化剂进行粉碎，其目的是________________________。②用硫酸酸化，再加入NaClO溶液将Fe2+氧化，氧化时发生反应的离子方程式为________________________________。③经过一系列步骤后可得到铁黄，已知铁黄不溶于水，使铁黄从溶液中分离出来所进行的操作中，用到的玻璃仪器有漏斗、________、________。19．Fe3O4是重要的化学试剂，铁粉在氧气中燃烧是制取它最为常见和快捷的方法。图1是制取四氧化三铁的系列装置，A装置用于制取二氧化碳气体，并要求气流稳定，流速可控。请回答下列问题：（1）图2中仪器a的名称是________。（2）根据题目要求，在图2中最好选择________（填序号）作为A装置。（3）对图2中装置①进行气密性检查的方法是________，向分液漏斗中加足量水，过一会，水不再下滴，说明装置①的气密性良好。（4）在B装置中发生的主要反应的化学方程式是______