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考點14　鐵及其重要化合物 知識條目 必考要求 加試要求 1.自然界鐵的存在形式，鐵的物理性質(zhì) a a 2.工業(yè)煉鐵的反應(yīng)原理 b b 3.鐵的化學性質(zhì)(跟某些非金屬、酸、鹽的反應(yīng)) b b 4.Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化 c c 5.檢驗Fe2＋、Fe3＋的常用方法 b c 6.不銹鋼的主要組成元素及其用途 a 一、鐵的原子結(jié)構(gòu)及位置 鐵位于元素周期表中第四周期Ⅷ族，原子結(jié)構(gòu)示意圖為，最外層有2個電子，在化學反應(yīng)中易失去2個或3個電子而表現(xiàn)為＋2價或＋3價。鐵在地殼中的含量占第4位。自然界中鐵元素主要以化合態(tài)形式存在，如赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦(Fe3O4)、菱鐵礦(FeCO3)、硫鐵礦等。 二、鐵的性質(zhì) 1．物理性質(zhì)：純鐵具有金屬的共性，如具有銀白色金屬光澤和良好的延展性，是電和熱的良導體，具有能被磁鐵吸引的特性，純鐵有很強的抗腐蝕能力。 2．化學性質(zhì)：鐵是較活潑的金屬，發(fā)生化學反應(yīng)時可生成＋2、＋3兩種價態(tài)的化合物。 ①與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)： a．與O2的反應(yīng)： 常溫下：鐵被腐蝕生成鐵銹，其主要成分為Fe2O3nH2O。 點燃時：3Fe＋2O2Fe3O4。 b．與Cl2的反應(yīng)：2Fe＋3Cl2,2FeCl3。(現(xiàn)象：劇烈反應(yīng)，有棕褐色煙生成。) c．與S的反應(yīng)：Fe＋SFeS。 ②與水的反應(yīng)： 常溫下鐵與水不反應(yīng)，在高溫條件下與水蒸氣反應(yīng)： 3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。 ③與酸的反應(yīng)： a．與非氧化性酸反應(yīng)的離子方程式為Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 b．與氧化性酸： 遇冷的濃硫酸或濃硝酸發(fā)生鈍化，與稀硝酸或在加熱條件下與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)，但無H2產(chǎn)生。 (當稀硝酸和鐵反應(yīng)時，若稀硝酸過量，則產(chǎn)物為硝酸鐵；若鐵過量，則產(chǎn)物為硝酸亞鐵) ④與某些鹽溶液的反應(yīng)： a．與CuSO4溶液反應(yīng)的離子方程式為Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。 b．與FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。 三、鐵的氧化物和氫氧化物 1．鐵的氧化物 化學式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 鐵紅 磁性氧化鐵 色態(tài) 黑色粉末 紅棕色粉末 黑色晶體(有磁性) 溶解性 難溶于水 難溶于水 難溶于水 化合價 ＋2 ＋3 ＋2，＋3 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 穩(wěn)定 與HCl反應(yīng) FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋=== Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O 與稀HNO3反應(yīng) 3FeO＋10H＋＋NO=== 3Fe3＋＋5H2O＋NO↑ Fe2O3＋6H＋=== 2Fe3＋＋3H2O 3Fe3O4＋28H＋＋NO=== 9Fe3＋＋14H2O＋NO↑ 2.鐵的氫氧化物 化學式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 色態(tài) 白色固體 紅褐色固體 與鹽酸 Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 受熱 2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O 制法 可溶性亞鐵鹽與堿溶液反應(yīng) Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 可溶性鐵鹽與堿溶液反應(yīng) Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓ 二者的關(guān)系 在空氣中，F(xiàn)e(OH)2能夠非常迅速地被氧氣氧化成Fe(OH)3，現(xiàn)象是白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，反應(yīng)的化學方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 四、Fe2＋和Fe3＋的性質(zhì)及其檢驗方法 1．Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì) a．Fe2＋的氧化性和還原性 Fe2＋處于鐵的中間價態(tài)，既有氧化性，又有還原性，其中以還原性為主，如：Fe2＋遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H＋)等均表現(xiàn)還原性。 b．Fe3＋的氧化性 Fe3＋處于鐵的高價態(tài)，只有氧化性，如：它能氧化Fe、Cu、HI、H2S等。 c．Fe2＋與Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化 Fe2＋Fe3＋用離子方程式表示其轉(zhuǎn)化關(guān)系： ①2Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－；②3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑； ③2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；④Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu；⑤2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2 2．Fe2＋、Fe3＋的檢驗方法 a．直接觀察顏色：Fe2＋溶液呈淺綠色，F(xiàn)e3＋溶液呈黃色。 b．利用顯色反應(yīng)(形成絡(luò)離子) ② c．利用鐵的氫氧化物的顏色 d．利用Fe3＋的氧化性 e．利用Fe2＋的還原性 3．“鐵三角”及其重要應(yīng)用 a．“鐵三角”中的轉(zhuǎn)化關(guān)系 b．重要應(yīng)用 ①判斷離子共存：Fe2＋與NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)，F(xiàn)e3＋與S2－、I－、HS－、SO在溶液中因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。 ②鹽溶液的保存。 a．含F(xiàn)e2＋的溶液：加入少量鐵粉，防止Fe2＋被氧化；加入少量非氧化性酸，防止Fe2＋水解。 b．含F(xiàn)e3＋的溶液：加入少量非氧化性酸，防止Fe3＋水解。 五、鐵的冶煉及其應(yīng)用 1．鐵的冶煉 a．制備： ①原理：工業(yè)上冶煉鐵的反應(yīng)方程式為3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。 ②原料：鐵礦石(提供鐵元素)，焦炭(制備還原氣CO，提供能量)、空氣(提供氧氣)、石灰石(除二氧化硅)等。 ③設(shè)備：煉鐵高爐 b．用途：用途最廣泛的是鐵合金——鋼，用于制造不銹鋼、特種鋼、鋼板、鋼管等。 2．鐵及其化合物的應(yīng)用 用于制造氧化鐵紅顏料；氯化鐵、硫酸亞鐵是優(yōu)良的凈水劑；磁性材料大多數(shù)都是含鐵的化合物，F(xiàn)eCl3溶液的反應(yīng)可制作印刷電路板(2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋)等。 六、不銹鋼的主要組成元素及其用途 不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼。不銹鋼都含有17%～22%的鉻，較好的鋼中還含有鎳。添加鉬可進一步改善其耐腐蝕性，特別是耐含氯化物大氣的腐蝕。不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，如建筑領(lǐng)域的電梯裝飾板，好的不銹鋼可以避免留下手?。辉谑称芳庸?、餐飲、釀造、醫(yī)院和化工領(lǐng)域也廣泛運用，主要是因為不銹鋼便于每天清洗，還因為它不易滋生細菌。試驗表明不銹鋼在這方面的性能與玻璃和陶瓷相同。 【例1】　下列關(guān)于鐵及其化合物的說法不正確的是(　　) A．煉鐵原料有鐵礦石、焦炭、空氣和石灰石 B．FeCl3溶液能使KI淀粉溶液變藍色 C．灼熱的鐵絲放入盛有干燥氯氣的集氣瓶中燃燒生成棕色的煙霧 D．利用Cu與FeCl3溶液的反應(yīng)制作印刷電路板 【解析】　煉鐵中，鐵礦石提供鐵元素，焦炭和空氣制取還原劑CO氣體同時提供能量，石灰石除鐵礦石中的SiO2，則A說法正確；Fe3＋和I－能發(fā)生如下反應(yīng)：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，生成的I2遇淀粉變藍，則B說法正確；煙是固體小顆粒，霧是液體小液滴，2Fe＋3Cl2點燃,2FeCl3，生成的FeCl3是固體，看到的現(xiàn)象是棕色的煙，而非霧，則C選項錯誤；2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，用FeCl3溶液可以腐蝕銅制電路板，則D選項正確。 【答案】　C 【提煉】　本題涉及的知識點主要有鐵及其化合物的性質(zhì)、煉鐵的原理、印刷電路板的原理。A選項考查了煉鐵過程中所用到的原料，從鐵礦石中獲得鐵元素，焦炭和空氣提供還原劑和熱量，石灰石除雜質(zhì)；B和C選項分別考查了Fe3＋的氧化性和Fe單質(zhì)的還原性，這個可以從氧化還原角度思考，F(xiàn)e3＋處于最高價態(tài)，具有氧化性，同理鐵單質(zhì)具有還原性；D選項考查的是印刷電路板的原理。 【例2】　下列有關(guān)物質(zhì)檢驗方法不合理的是(　　) A．向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不變色，滴加氯水后溶液顯紅色，該溶液中一定含有Fe2＋ B．用酸性KMnO4溶液檢驗FeCl3溶液中是否含有FeCl2 C．檢驗綠礬晶體是否已氧化變質(zhì)，可將綠礬晶體溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液，再觀察溶液是否變紅色 D．向某溶液中加入NaOH溶液產(chǎn)生紅褐色沉淀，說明溶液中含有Fe3＋ 【解析】　滴加KSCN溶液，溶液不變色說明原溶液中不存在Fe3＋，滴加氯水后溶液顯紅色，說明有Fe3＋生成，可以說明原溶液中存在可以被氯水氧化成Fe3＋的Fe2＋，則A正確；酸性KMnO4溶液的強氧化性可以將Fe2＋氧化使紫紅色褪去，同時也能將Cl－氧化成Cl2，故不可取，則B錯誤；綠礬晶體的化學式為FeSO47H2O，變質(zhì)前后的區(qū)別是變質(zhì)后有Fe3＋生成(被空氣中的氧氣氧化)，所以只需檢驗是否存在Fe3＋即可判斷是否變質(zhì)，則C正確；D：加入NaOH溶液產(chǎn)生紅褐色沉淀，根據(jù)紅褐色沉淀可推測為氫氧化鐵沉淀，則D正確。 【答案】　B 【提煉】　本題考查Fe2＋和Fe3＋的檢驗方法。Fe3＋的檢驗經(jīng)常利用Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3這個特征反應(yīng)來判斷Fe3＋是否存在。Fe2＋的檢驗可采取先后加Fe(SCN)3和雙氧水，若加入Fe(SCN)3溶液不變色，滴加氯水后有紅色物質(zhì)生成，則存在Fe2＋?；蛑苯蛹尤胨嵝愿咤i酸鉀，看紫紅色是否褪去，要注意在Cl－存在時不能用酸性高錳酸鉀檢驗或滴定Fe2＋，因為高錳酸鉀的強氧化性在氧化Fe2＋的同時也能將Cl－氧化，產(chǎn)生刺激性氣味氣體氯氣。 【例3】　下列離子在溶液中能大量共存的是(　　) A．Fe3＋、NH、SCN－、Cl－B．Na＋、H＋、NO、SO C．Fe2＋、H＋、Na＋、NOD．Fe2＋、K＋、OH－、NO 【解析】　Fe3＋和SCN－會生成血紅色絡(luò)合物Fe(SCN)3，故不能大量共存，則A錯誤；四種粒子之間互不反應(yīng)，可大量共存，則B正確；Fe2＋在H＋、NO的作用下能被氧化為Fe3＋，故不能大量共存，則C錯誤；Fe2＋和OH－能生成白色的Fe(OH)2沉淀，故不能大量共存，則D錯誤。 【答案】　B 【提煉】　本題考查的是離子大量共存的知識點，離子大量共存的前提是離子間互不反應(yīng)。主要有以下幾類不能共存的情況：①不能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成氣體、沉淀、弱電解質(zhì)，如D項中Fe2＋不能與OH－大量共存，因為有沉淀生成，如A項中Fe3＋不能與SCN－大量共存，因為會生成弱電解質(zhì)或稱之為絡(luò)合物的Fe(SCN)3；②不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。常見的具有強還原性的離子有：I－、S2－、Fe2＋、SO等；常見的強氧化性離子有：Fe3＋、MnO、ClO－、NO等。這兩大類離子不能大量共存。如C項中Fe2＋、H＋與NO由于會發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。 【例4】　在足量的稀氯化亞鐵溶液中，加入1～2滴液溴，振蕩后溶液變?yōu)辄S色。 (1)甲同學認為這不是發(fā)生化學反應(yīng)所致，使溶液變黃色的物質(zhì)是________(填粒子的化學式，下同)；乙同學認為這是發(fā)生化學反應(yīng)所致，使溶液變黃色的物質(zhì)是________。 (2)為了驗證甲、乙同學的推斷，現(xiàn)提供以下試劑： A．酸性高錳酸鉀溶液B．氫氧化鈉溶液 C．四氯化碳D．硫氰化鉀溶液 請選擇合適的試劑并用簡要的文字說明你的實驗方案： 驗證甲同學方案：_________________________________________________； 驗證乙同學方案：___________________________________________________。 (3)根據(jù)所學知識判斷，你認為________的推斷是正確的；則溴化亞鐵與氯氣以4∶5反應(yīng)時的離子方程式為_________________________________________________。 【解析】　(1)FeCl2稀溶液中滴加液溴，存在如下反應(yīng)：2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－，由于液溴溶于水為棕黃色，F(xiàn)e3＋在水溶液中亦顯黃色，所以就有兩位同學的不同觀點。甲同學認為這不是化學反應(yīng)所致，顯黃色的是液溴溶于水的顏色，即Br2；乙同學認為這是發(fā)生化學反應(yīng)所致，使溶液變黃色的物質(zhì)是Fe3＋。(2)甲同學認為是Br2，證明溶液中存在Br2即可，而Br2在CCl4中的溶解度大于水，能將Br2萃取到CCl4中使下層顯示橙紅色；乙同學認為是Fe3＋，證明溶液中存在Fe3＋即可，F(xiàn)e3＋遇SCN－有血紅色物質(zhì)生成。(3)因為液溴量少，而氯化亞鐵溶液是足量的，所以液溴最終反應(yīng)完，黃色是Fe3＋的顏色。因為還原性Fe3＋＞Br－，4molFe2＋需要2molCl2，還有3molCl2用來氧化6molBr－，所以溴化亞鐵與氯氣以4∶5反應(yīng)的離子方程式為4Fe2＋＋5Cl2＋6Br－===4Fe3＋＋10Cl－＋3Br2。 【答案】　(1)Br2　Fe3＋ (2)CCl4，加入CCl4后振蕩、靜置，下層溶液變橙紅色，KSCN，滴加KSCN后，溶液變紅色 (3)乙　4Fe2＋＋5Cl2＋6Br－===4Fe3＋＋10Cl－＋3Br2 【提煉】　(1)(2)(3)主要考查了Fe2＋的還原性，針對含F(xiàn)e3＋和Br2的水溶液顏色相近展開實驗設(shè)計。甲、乙同學若要證明自己的觀點正確，只要設(shè)計實驗證明存在該物質(zhì)就行，如甲同學只需證明存在溴單質(zhì)，乙同學只需證明存在Fe3＋即可，最終還是落實到元素化合物性質(zhì)上。(4)考查的知識點是關(guān)于過量問題離子方程式的書寫，首先要判斷先后反應(yīng)順序，再根據(jù)量進行配平。 【例5】　某研究小組為了探究一種無機礦物鹽X(僅含Ca、Fe、C、O四種元素)的組成和性質(zhì)，設(shè)計并完成了如下實驗： (1)流程圖中紅褐色沉淀是________，白色沉淀2是________，由白色沉淀2轉(zhuǎn)化成紅褐色沉淀的化學方程式是________________________________________________________________________。 (2)固體2的成分為FeO，寫出固體2與鹽酸反應(yīng)的離子方程式________________________________________________________________________。 (3)在酸性條件下，H2O2能將Fe2＋氧化成Fe3＋，反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。 (4)溶液3中含有的金屬陽離子是________，如何通過實驗檢驗該離子的存在________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)氣體甲的成分是________，氣體甲與固體2在一定條件下可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，寫出此反應(yīng)的化學方程式________________________________________________________________________， 設(shè)計實驗方案驗證該反應(yīng)的產(chǎn)物________________________________________________________________________。 【解析】　(1)根據(jù)題意有Fe元素，溶液3加OH－生成白色沉淀，白色沉淀又在空氣中氧化為紅褐色沉淀可推測溶液3中有Fe2＋，白色沉淀為Fe(OH)2，紅褐色沉淀為Fe(OH)3；由白色沉淀2轉(zhuǎn)化成紅褐色沉淀的化學方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；(2)已知固體2的成分為FeO，其與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O；(3)氧化還原方程式的配平：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；(4)根據(jù)題(1)分析，溶液3中有Fe2＋，檢驗方法見答案；(5)從無機鹽礦物所含元素分析，加酸后的氣體為CO2，固體2為FeO，屬于陌生化學方程式的書寫，根據(jù)反應(yīng)類型為氧化還原反應(yīng)，從化合價判斷氧化劑和還原劑，CO2的C元素已經(jīng)是最高價，化合價下降得到CO，F(xiàn)eO的Fe元素上升到＋3價氧化鐵，進行配平。檢驗方法見答案。 【答案】　(1)Fe(OH)3　Fe(OH)2　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 (2)FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O (3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (4)Fe2＋　取少量溶液3置于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象，再滴加氯水，溶液變紅色，說明溶液3中含有Fe2＋ (5)CO2　CO2＋2FeO△,Fe2O3＋CO 檢驗Fe2O3：將固體用鹽酸溶解，加入KSCN溶液，若顯紅色，表明產(chǎn)物中含有氧化鐵； 檢驗CO：將氣體通過灼熱CuO，黑色固體變?yōu)榧t色 【提煉】　本題屬于元素化合物推斷題，主要考查元素化合物的相關(guān)性質(zhì)。一般可以先從物理性質(zhì)著手，根據(jù)物質(zhì)顏色初步推斷物質(zhì)的化學式，再根據(jù)題意所給的四種元素進行驗證。有時題中還會出現(xiàn)數(shù)據(jù)，這時需要通過定量計算得出每種元素的原子個數(shù)之比，然后根據(jù)性質(zhì)推測出相應(yīng)的化學式。本題考查的是鐵及其化合物的方程式和化學式的運用以及相關(guān)化學用語，理解并能運用Fe2＋和Fe3＋的檢驗方法以及試劑的添加順序。