1、1铁 及 其 化 合 物 李仕才考点一 铁的氧化物和氢氧化物1铁的位置、结构、化合价(1)周期表中的位置：第四周期第族；原子结构示意图： 。(2)在参加化学反应时，铁易失去最外层上的 2 个电子，有时它还失去次外层上的一个电子，所以铁有2、3 两种价态，且3 价稳定。2铁的物理性质和存在形式纯净的铁是银白色的金属，铁的熔点较高。当含有碳和其他元素时，熔点将降低，导电性比铜、铝差。铁能被磁铁吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性。重要的铁矿石有(填化学式)：赤铁矿 Fe2O3，磁铁矿 Fe3O4，褐铁矿 2Fe2O33H2O，菱铁矿 FeCO3。3铁的化学性质2(1)与非金属单质的反应与 O2的
2、反应：常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为 Fe2O3。点燃：3Fe2O 2 Fe3O4。= = = = =点 燃 与 Cl2的反应：2Fe3Cl 2 2FeCl3。= = = = =点 燃 与 S 的反应：FeS FeS。= = = = = (2)与水的反应常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：3Fe4H 2O(g) Fe3O44H 2。= = = = =高 温 (3)与酸的反应3(4)与某些盐溶液的反应与 CuSO4溶液反应的离子方程式：FeCu 2 =Fe2 Cu。与 FeCl3溶液反应的离子方程式：2Fe 3 Fe= =3Fe2 。4铁的氧化物45.铁的氢氧化物5判断正误(正确
3、的打“” ，错误的打“”)1Fe 和 Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出。( )2Fe 分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。( )3用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸。( )4Fe 2O3不可与水反应得到 Fe(OH)3，所以不能通过化合反应制取 Fe(OH)3。( )5Fe 与稀 HNO3、稀 H2SO4反应均有气泡产生，说明 Fe 与两种酸均发生置换反应。( )6Fe 在足量 Cl2中燃烧生成 FeCl3，在少量 Cl2中燃烧生成 FeCl2。( )7根据 Cl2、S 与铁的反应可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱。( )8Fe 3O4为 FeO 和 Fe2O3的混合物。( )
4、9FeCl 3、FeCl 2、Fe(OH) 3都可以通过化合反应制取。( )61常利用氧化铁的颜色将其配成涂料，同时利用了 Fe2O3在空气中性质稳定的性质。2铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是 Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。3铁与硫蒸气反应生成的是 FeS 而不是 Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是 FeI2而不是FeI3。74Fe 3O4可以用 FeOFe2O3表示，所以可以与强酸反应生成盐。但不能认为是二者的混合物。反应规律为：与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时生成 Fe2 和 Fe3 ；与氧化性酸(如 HNO3)反应时生成 Fe3 ；与还原性酸(如 HI)反应时
5、生成 Fe2 。一、铁及其化合物的性质1铁片放入下列溶液中，反应时无气体放出，取出后铁片质量减轻，则该溶液是( )A稀硫酸 B浓盐酸CAgNO 3 DFe 2(SO4)3解析：铁片投入稀硫酸、浓盐酸中，生成相应的亚铁盐和 H2。Fe 与 AgNO3溶液发生置换反应，析出的 Ag 附着到铁片表面，铁片的质量增加。Fe 与 Fe2(SO4)3溶液发生反应生成FeSO4，铁片质量减轻，溶液的质量增加。答案：D2下列反应最终能生成 Fe3 的化合物的是( )过量 Fe 与稀 HNO3溶液反应铁丝在硫蒸气中燃烧向 FeBr2溶液中通入少量 Cl2铁与 CuCl2溶液反应Fe(OH) 2露置于空气中A B
6、C D解析：过量 Fe 与稀 HNO3溶液反应生成 Fe(NO3)2、NO 和 H2O；Fe 与硫蒸气反应生成 FeS；由于 Fe2 的还原性强于 Br ，向 FeBr2溶液中通入少量 Cl2，先氧化 Fe2 生成Fe3 ；铁与 CuCl2溶液发生置换反应，生成 FeCl2和 Cu；Fe(OH) 2露置于空气中，被空气中 O2氧化，最终转化为 Fe(OH)3。答案：D3下列叙述正确的是( )AFe 与稀 HNO3、稀 H2SO4反应均有气泡产生，说明 Fe 与两种酸均发生置换反应B足量的 Fe 在 Cl2中燃烧生成 FeCl2和 FeCl3CFe 和 Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气
7、体放出DFe 2O3 FeCl3(aq) 无水 FeCl3，在给定的条件下能实现转化 HCl aq 解析：HNO 3具有强氧化性，与 Fe 反应产生的气体为 NO，A 项错；Fe 与 Cl2反应，无论8Fe 的量是多少，产物都是 FeCl3，B 项错；C 项中 Fe2O3溶解产生 Fe3 恰好将 Fe 单质氧化，因而不能置换出 H2，正确；FeCl 3溶液加热时，水解产生的 HCl 会挥发，促进 FeCl3水解，得不到无水 FeCl3，D 项错。答案：C4下列物质可通过置换反应一步得到，也可以通过化合反应一步得到的是( )HCl FeCl 3Fe 3O4 NaOHA只有 B都能得到C都不能得到
8、 D只有解析：通过 2HBrCl 2=2HClBr 2置换反应可以一步得到 HCl，通过 H2Cl 22HCl 化合反应也可一步得到 HCl，正确，FeCl 3可通过氯气和溴化铁发= = = = =点 燃 生置换反应生成氯化铁和溴单质，也可以通过氯化亚铁和氯气化合反应一步得到，正确；高温下，铁和水蒸气发生置换反应生成四氧化三铁和氢气，也可以通过铁在氧气中燃烧的化合反应一步得到，正确；NaOH 可以通过 2Na2H 2O=2NaOHH 2置换反应一步得到，也可通过 H2ONa 2O=2NaOH 化合反应一步得到，正确。答案：B5某同学欲探究铁及其化合物的性质，他的下列实验方案可行的是( )A将铁
9、粉加入热的浓硫酸中：探究铁的活泼性B将热的 NaOH 溶液滴入 FeCl3溶液中：制备 Fe(OH)3胶体C在蒸发皿中加热蒸干 FeSO4溶液：制备 FeSO46H2O 晶体D将铜粉加入 FeCl3溶液中：验证 Fe3 的氧化性强于 Cu2解析：热的浓硫酸不仅能与铁反应，还能与铜等不活泼金属反应，因此将铁粉加入热的浓硫酸中，不能用于探究铁的活泼性，故 A 项方案不可行；将热的 NaOH 溶液滴入 FeCl3溶液中，会得到氢氧化铁沉淀而不是氢氧化铁胶体，故 B 项方案不可行；在蒸发皿中加热蒸干 FeSO4溶液，一方面氧气可将 FeSO4氧化，另一方面会得到不含结晶水的化合物，故 C项方案不可行；
10、将铜粉加入 FeCl3溶液中，发生反应：Cu2Fe 3 =Cu2 2Fe 2 ，该反应说明 Fe3 的氧化性强于 Cu2 ，故 D 项方案可行。答案：D6等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是( )A11 B34C23 D43解析：设 Fe 的物质的量为 1 mol，则：9Fe2HCl= =FeCl2H 21 mol 1 mol3Fe4H 2O(g) Fe3O44H 2= = = = =高 温 1 mol mol43相同条件下体积之比等于物质的量之比，则两反应中生成氢气体积之比为 1 mol 43mol34。答案：B二、铁及其氧化物的计算及
11、实验探究7一定质量的某铁的氧化物 FexOy，与足量的 4 molL1 硝酸溶液充分反应，消耗硝酸溶液 700 mL，生成 2.24 L NO(标准状况)。则该铁的氧化物的化学式为( )AFeO BFe 2O3CFe 3O4 DFe 4O5解析：铁的氧化物 FexOy与足量的 4 molL1 硝酸溶液充分反应，生成 Fe(NO3)3，硝酸被还原生成 NO，NO 的物质的量为 0.1 mol，根据氮原子守恒，2.24 L22.4 Lmol 13nFe(NO3)3n(NO)n(HNO 3)，故 3nFe(NO3)30.1 mol0.7 L4 molL 1 ，解得nFe(NO3)30.9 mol，令
12、氧化物 FexOy中 Fe 元素的平均化合价为 a，根据得失电子守恒，则 0.9 mol(3a)0.1 mol(52)，解得 a ，由化合物中正负化合价代数和为 0 可83得 x2y，则 xy34，故该氧化物的化学式为 Fe3O4。83答案：C8向 Fe2O3和铁粉组成的混合物中，加入适量的稀硫酸，各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中不含 Fe3 ，且 Fe2 与 H2的物质的量之比为 41，那么在反应中Fe2O3、Fe、H 2SO4之间的物质的量之比为( )A111 B124C123 D235解析：Fe 2O3和铁粉的混合物中，加入适量稀硫酸，发生反应的顺序为Fe2O33H 2SO4=Fe2
13、(SO4)33H 2O、Fe 2(SO4)3Fe= =3FeSO4、FeH 2SO4=FeSO4H 2，又知各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中不含 Fe3 。Fe 2 与 H2的物质的量之比为41，据此可知 Fe2O3、Fe、H 2SO4的物质的量之比为 124。答案：B9实验室用如图装置测定 FeO 和 Fe2O3固体混合物中 Fe2O3的质量，装置 D 中硬质双10通玻璃管中的固体物质是 FeO 和 Fe2O3的混合物。(1)为了安全，在点燃 D 处的酒精灯之前，必须_。(2)装置 B 的作用是_；装置 C 中装的液体是_，所起的作用是_。(3)检验装置 A 气密性的方法是_。(4)若
14、FeO 和 Fe2O3固体混合物的质量为 23.2 g，反应完全后 U 形管的质量增加 7.2 g，则混合物中 Fe2O3的质量为_g。(5)若装置中无干燥管 F，则测得的 Fe2O3质量将_(填“偏大” “偏小”或“无影响” ，下同)，若反应后得到的残留固体中还有少量 FeO，则测得的 Fe2O3质量将_；证明 FeO 和 Fe2O3固体混合物中含有 FeO 的方法是_。解析：(1)装置 D 中发生的是氧化铁、氧化亚铁与氢气的反应，化学方程式为：3H2Fe 2O3 2Fe3H 2O，H 2FeO FeH 2O，氢气是可燃性气= = = = =高 温 = = = = =高 温 体，装置中需要充
15、满氢气后方可进行加热反应，所以需要对氢气进行验纯，避免混有空气加热时发生爆炸，在 b 处收集氢气并验纯。(2)由于 A 中产生的 H2中混有 HCl 和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验，所以 B 的作用是除去氢气中的氯化氢，C 中装浓硫酸，用于干燥氢气。(3)检查装置 A 的气密性，需要关闭开关 a，在长颈漏斗中加入水到下端液面高于试管中的液面，一段时间后液面不变证明气密性良好。(4)U 形管的质量增加的 7.2 g 是水，其物质的量是 0.4 mol，设7.2 g18 gmol 1FeO、Fe 2O3物质的量分别为 x、y，则：x3y0.4 mol11根据质量可列式：72 gm
16、ol1 x160 gmol 1 y23.2 g解得 y0.1 mol，x0.1 mol，所以氧化铁的质量为：160 gmol 1 0.1 mol16 g。(5)干燥管 F 的作用是防止空气中的水蒸气对实验干扰，若无干燥管 F，空气中的水蒸气被 E 吸收则所测生成水的质量增大，导致氧的含量增大，Fe 2O3的质量将偏大，若反应后得到的残留固体中还有少量 FeO，即 U 形管增加的质量将减小，测得的 Fe2O3质量将偏小。FeO 中 n(Fe)n(O)11，Fe 2O3中 n(Fe)n(O)23，装置 D 中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，固体混合物反应前后减少的质量其实是其中氧元素的质量，
17、根据铁、氧原子的个数比判断 FeO 和 Fe2O3固体混合物中含有 FeO。答案：(1)在 b 处收集氢气并验纯(2)除去氢气中的氯化氢 浓硫酸 除水蒸气(或干燥氢气)(3)关闭 a，往长颈漏斗中加水，长颈漏斗下端有一段水柱高于试管中液面，一段时间后液面不变，则装置气密性良好(4)16(5)偏大 偏小 根据铁、氧原子的个数比判断 FeO 和 Fe2O3固体混合物中含有 FeO一、铁与稀硝酸反应的有关计算一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式：HNO3过量：Fe4HNO 3=Fe(NO3)3NO2H 2O；Fe 过量：Fe2Fe(NO 3)3=3Fe(NO3)2；
18、两者相加得总方程式：3Fe8HNO 3=3Fe(NO3)22NO4H 2O，可以用数轴表示：解题时需注意量的范围。即： ，产物仅有 Fe(NO3)3，HNO 3可能有剩余； ，产物n Fen HNO3 14 n Fen HNO3 38仅有 Fe(NO3)2，Fe 可能有剩余； ，产物为 Fe(NO3)3和 Fe(NO3)2，Fe 和14 n Fen HNO3 38HNO3都反应完全。121把 22.4 g 铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到 0.3 mol NO2和 0.2 mol NO，下列说法正确的是( )A反应后生成的盐只为 Fe(NO3)3B反应后生成的盐只为 Fe(NO3)
19、2C反应后生成的盐为 Fe(NO3)3和 Fe(NO3)2，其物质的量之比为 13D反应后生成的盐为 Fe(NO3)3和 Fe(NO3)2，其物质的量之比为 31解析：由于铁的物质的量为 0.4 mol，所以在反应的过程中它失去的电22.4 g56 gmol 1子数应介于 0.8 mol(此时只产生 Fe2 )和 1.2 mol(此时只产生 Fe3 )之间，又产生 0.3 mol NO2和 0.2 mol NO，即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为 0.3 mol(54)0.2 mol(52)0.9 mol，所以对应的产物既有 Fe(NO3)3又有 Fe(NO3)2。设前者的物质的量为 x，后
20、者的物质的量为 y，则由铁原子守恒可得 xy0.4 mol，由得失电子守恒得3x2y0.9 mol，解得 x0.1 mol，y0.3 mol。答案：C2向 200 mL 某浓度的硝酸溶液中投入 2.8 g 铁粉，结果铁粉全部溶解，同时得到1.12 L(标准状况)气体，并测得反应后溶液的 pH1。若反应前后溶液的体积变化忽略不计，则下列有关判断中不正确的是( )A反应前 c(HNO3)1.0 molL 1B1.12 L 气体全部是 NOC反应后溶液中 c(NO )0.85 molL 1 3D反应后的溶液最多还能溶解 1.82 g 铁粉解析：溶液的 pH1，说明 HNO3有剩余，Fe 完全反应生成
21、 Fe(NO3)3，根据 N 原子守恒可知，与 Fe3 结合的 NO 物质的量 0.15 mol，氮的氧化物的物质的量 332.8 g56 gmol 1 0.05 mol，剩余硝酸的物质的量0.2 L0.1 molL 1 0.02 mol。1.12 L22.4 Lmol 1开始时硝酸的物质的量0.15 mol0.05 mol0.02 mol0.22 mol，c(HNO 3) 1.1 molL 1 ，A 错误；n(Fe) 0.05 mol，n(气体)0.22 mol0.2 L 2.8 g56 g/mol0.05 mol，令 N 元素在还原产物中化合价为 a，则由电子守恒可知，1.12 L22.4
22、 L/mol0.0530.05(5a)，解得 a2，故生成气体为 NO，B 正确；反应后 c(NO ) 30.15 mol 0.02 mol0.2 L130.85 molL 1 ，C 正确；铁过量生成 Fe(NO3)2，3Fe8HNO 3=3Fe(NO3)22NO4H 2O，n(Fe)3n HNO38 0.082 5 mol，即还可溶解铁的质量0.082 5 mol56 30.22 mol8gmol1 2.8 g1.82 g，D 正确。答案：A3在一定量的稀 HNO3中慢慢加入铁粉，得到的 Fe2 的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横
23、线上。Fe 3 Fe 2Fe、Fe 2 Fe 2 、Fe 3(1)AB 段铁元素以_形式存在。(2)BC 段铁元素以_形式存在。(3)CD 段铁元素以_形式存在。解析：向稀 HNO3中加入铁粉，开始时稀 HNO3过量应生成 Fe3 ，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应 2Fe3 Fe= =3Fe2 ，最后全部转化为 Fe2 。答案：(1) (2) (3)二、Fe(OH) 2的制备Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为 Fe(OH)3。在实验室中制备 Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成功的关键有以下两点：溶液中不含 Fe3 和 O2等氧化性物质；制备过
24、程中，保证生成的 Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。方法一：有机覆盖层法14将吸有 NaOH 溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与 Fe(OH)2接触发生反应，如图所示。此法中，要采取加热的方法除去 NaOH 溶液中溶解的 O2，冷却后再反应。同时要确保FeSO4溶液中无 Fe3 ，可加入铁粉，也可用新配制的 FeSO4溶液。方法二：用产生气体(或通入气体)赶走空气的方法。如方案一、方案二，此方法可以长时间看到白色的 Fe(OH)2沉淀。方案一：先在 A 处通 H2(或 N2)，排尽装置中的空气，再在 B 处通 H2(或 N2)至试管中有
25、白色沉淀产生。该方法是先用气体排尽溶液中、装置内的氧气，再把试管中的 NaOH 溶液压入试管中反应。方案二：15该方法是先在装置中产生 FeSO4溶液，并利用产生的 H2排尽溶液中和装置内的空气，再关闭止水夹 K，利用产生的 H2把 FeSO4溶液压入 NaOH 溶液中反应。方法三：电解法用铁作阳极，电解 NaCl(或 NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯或煤油，如图所示。4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
26、_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_。解析：(1)稀硫酸抑制 Fe2 水解，铁屑防止 Fe2 被氧化。(3)Fe(OH) 2很容易被氧化，实验过程中要确保在无氧条件下进行。答案：(1)稀硫酸、铁屑 (2)加热煮沸 (3)避免生成的 Fe(OH)2与氧气接触而被氧化165如图所示，此装置可用来制取和观察 Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和 6 molL1 的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：(1)B 中盛有一定量的 NaOH 溶液，A 中应预先
27、加入的试剂是_。A 中反应的离子方程式是_。(2)实验开始时应先将活塞 a_(填“打开”或“关闭”)。(3)简述生成 Fe(OH)2的操作过程：_。(4)实验完毕，打开 b 处活塞，放入一部分空气，此时 B 瓶中发生的反应为_。(5)下列各图示中_能较长时间看到 Fe(OH)2白色沉淀。17解析：Fe2H =Fe2 H 2，当关闭活塞 a 时，由于 H2的压力使溶液压入 B 中，从而发生 Fe2 2OH =Fe(OH)2；Fe 2 在空气中很容易被氧化，即 4Fe(OH)2O 22H 2O=4Fe(OH)3。因此在 H2的环境中就不易被 O2侵入，从而可以较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。答案：(1)铁屑 Fe2H =Fe2 H 2(2)打开(3)关闭活塞 a，使 FeSO4溶液压入 B 中进行反应(4)4Fe(OH)22H 2OO 2=4Fe(OH)3(5)
