高三化学知识点之铁及其化合物

1精品小班课程辅导讲义讲义编号2014暑假12HX01辅导科目：化学年级：新高三课题铁及其化合物教学目标1、复习铁及其化合物的性质，及其转化关系。2、掌握铁离子的检验方法。3、掌握铁及其化合物有关的应用与计算。教学重点、难点2教学内容一、考纲要求铁铁的物理性质A铁的化学性质B(1)铁与氧气、硫、氯气、盐酸、硫酸铜溶液、水的反应(2)铁在浓硫酸中的钝化现象铁合金及其用途A(1)合金的概念及其优良特点(2)铁合金的性能及其用途钢铁的冶炼炼铁B(1)炼铁、炼钢中氧化剂、还原剂的选择及有关的氧化还原反应炼钢A二、知识梳理1.金属键和金属晶体1）金属键：金属阳离子和自由电子之间所形成的强作用力就是金属键。2）金属晶体：通过金属键所形成的晶体叫金属晶体。（1）构成微粒：金属阳离子和自由电子（2）元素种类：金属（3）微粒间作用力：金属键（4）熔沸点：一般较高（5）典型实例：Cu、Fe等金属以及合金3）金属的物理通性（1）金属表面一般都有光泽，黄金、白银、铂金等饰品就是利用了这一性质。（2）金属具有导电性。（3）金属具有导热性。（4）金属具有良好的延展性。2.铁单质的物理性质和化学性质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。33）化学性质：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。①Fe等较弱氧化剂如Ag,Hg,Cu,H,I,222SFe2+②Fe等浓较强氧化剂如423222,HN,Br,Cl,SOHOOFe3+③Fe2+等氧化剂如4322222,,H,O,Br,KMnOHNOOClFe3+④Fe3+等还原剂22-2,,,S,Fe,CuSOSHIFe2+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+3H2O⑵氧化亚铁不稳定性：6FeO+O22Fe3O4⑶具有氧化性：FexOy+yCO△xFe+yCO28Al+3Fe3O4高温4Al2O3+9Fe4．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+O22Fe3O4+6H2O2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O还原性4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3制法Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓5．Fe2+与Fe3+的检验：(1)Fe2＋的检验方法：4①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(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＋．6．Fe3＋和Fe2＋的相互转化例如：2Fe3＋+Fe→3Fe2＋应用：①除去亚铁盐(含Fe2＋)溶液中混有的Fe3＋；②亚铁盐很容易被空气中的O2氧化成铁盐，为防止氧化，可向亚铁盐溶液中加入一定量的铁屑．例如：2Fe2＋+Cl2→2Fe3＋+2Cl－应用：氯化铁溶液中混有氯化亚铁时，可向溶液中通入足量氯气或滴加新制的氯水，除去Fe2＋离子．Fe2＋Fe3＋7．进行铁及其化合物的计算时应注意的事项：(1)铁元素有变价特点，要正确判断产物；(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；(5)经常用到差量法、守恒法．8．金属的冶炼1、概念：金属从矿石里提炼出来的过程，叫金属的冶炼。2、步骤：矿石的富集、冶炼、精炼。3、方法：（1）热分解法：适合Hg与Ag的冶炼2HgO2Hg+O2↑（2）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5Fe2O3+2Al高温2Fe+Al2O3；Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2（3）电解法：适合活泼金属Mg、K、Na、Al的冶炼。2NaCl（熔融）电解Na+Cl2↑；2Al2O3（熔融）电解4Al+3O2↑（4）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+C高温2CO②铁的还原Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2③炉渣的生成CaCO3高温CaO+CO2CaO+SiO2高温CaSiO3①氧化：2Fe+O2高温2FeOFeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。如C+FeO高温Fe+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+Si高温2Fe+SiO2主要设备高炉转炉三、典型例题【例1】把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子是()A．只有Fe2+B．只有Fe3+C．有Fe2+和Cu2+D．有Fe3+和Cu2+【解析】本题主要考查金属与浓硝酸的反应。浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe3+和Cu2+，过量的铁又与Fe3+和Cu2+反应生成Fe2+和Cu，所以充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子为Fe2+，本题答案为A。【例2】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FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是()A．1：2：1B．2：1：1C．1：1：1D．1：1：3【解析】本题主要考查铁的氧化物。可用平均组成法来求解：在混合物中Fe原子和氧原子物质的量之比为(21／56)：(8／16)=3：4，则混合物的平均组成为Fe3O4，在三种组合中Fe3O4则不必多考虑，应注意FeO和Fe2O3混合后也应符合Fe3O4，所以在混合物中它们的物质的量之比必须是1：1。答案：C、D．6【例3】在下列所指的各溶液中，分别滴加NH。SCN溶液后，溶液不呈血红色的是()A．加入足量镁粉的Fe2(SO4)3溶液B．加入过量铁粉的稀硝酸溶液C．铁丝在足量的氯气中燃烧后，所得产物的溶液D．长期暴露在空气中的绿矾溶液【解析】实验室鉴定Fe3+的方法是利用KSCN溶液，它们相遇会呈血红色，若利用NH4SCN溶液，实质是一样的：Fe3++SCN-→[Fe(SCN)]2+，Fe3+可以结合1～6个SCN-，产物皆为血红色。A．足量的镁粉可以使Fe3+转化为Fe2+或Fe，因为反应后不再有Fe3+，所以加入SCN-后，不会出现血红色。B．过量的铁与稀硝酸进行如下反应：Fe+4HNO3→Fe(NO3)3+NO↑+2H2O2Fe3++Fe→3Fe2+因为反应后无Fe3+所以加入SCN-后，也不会出现血红色。C．Fe在Cl2中燃烧的产物是FeCl3，它的水溶液中存在着大量的Fe3+，所以加入SCN-后，会出现血红色。D．FeSO4溶液中的Fe2+因暴露在空气中会被空气中的氧气氧化成Fe3+：4FeSO4+O2+2H2SO4→2Fe2(SO4)3+2H2O所以加入SCN-后，会出现血红色。答案：AB。【例4】在由Fe、FeO和Fe2O3组成的混合物中加入100mL2mol／L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，并放出448mL气体(标准状况)，此时溶液中无Fe3+离子．则下列判断正确的是()．A．混合物里三种物质反应时消耗盐酸的物质的量之比为1：1：3B．反应后所得溶液中的Fe2+离子与Cl-离子的物质的量之比为1：2C．混合物里，FeO的物质的量无法确定，但Fe比Fe2O3的物质的量多D．混合物里，Fe2O3的物质的量无法确定，但Fe比FeO的物质的量多【解析】根据Fe、FeO和Fe2O3均能与盐酸反应，假如三者物质的量相等，则消耗HCl的物质的量之比为1：1：3；但因反应后溶液中无Fe3+，即发生了隐蔽反应：2Fe3++4Fe→3Fe2+，则有定量关系：Fe2O3～2Fe3+～Fe，所以Fe比FFe2O3的物质的量多；由于反应后溶液中最终只有一种溶质FeCl2，则n(Fe2+)：n(C1-)=l：2(此乃终态分析法)；若设FeO和Fe2O3分别有xmol、ymol，则Fe有(y+0.02)tool，据Cl-守恒得：(y+0.02+x+2y)×2=0.1×2，仅由此式无法确定FeO和Fe2O3的物质的量．答案：BC。【例5】agFe和含bgHNO3的稀溶液恰好完全反应生成NO，若a：b=1：3，则被还原的HNO3的质量可能为_____________或_____________．【解析】HNO3过量时：Fe+4HNO3(稀)→Fe(NO3)3+NO↑+2H2O；7Fe过量时：3Fe+8HNO3(稀)→3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O．由此可知Fe与稀HNO3反应生成NO时，无论是生成Fe3+盐、Fe2+盐或Fe3+与Fe2+两种盐，被还原的HNO3与被消耗的HNO3的质量比均为1：4(此乃对应关系法)．答案：b／4g；3a／4g．【归纳】在解答有关铁及其化合物之间转化的推断分析或计算问题时，要注意应用Fe与Fe2+、Fe3+之间存在的“铁三角”转化关系(如右图)；并能选用相应的巧解方法，如终态分析法、守恒法、平均值法、十字交叉法、对应关系法等．【例6】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