铁和铁的化合物重点:1、Fe、铁的氧化物、铁的氢氧化物、铁盐、亚铁盐的性质及用途,铁盐、亚铁盐的检验2、Fe3+的强氧化性,Fe2+的还原性。
难点:1、Fe、铁的氧化物、铁的氢氧化物、铁盐、亚铁盐的性质及用途,铁盐、亚铁盐的检验2、Fe3+的强氧化性,Fe2+的还原性。
下列除去杂质的方法不正确的是()A.镁粉中混有少量铝粉:加入过量烧碱溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥B.用过量氨水除去Fe3+溶液中的少量Al3+C.用新制的生石灰,通过加热蒸馏,以除去乙醇中的少量水D.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤,向滤液中通入过量CO2后过滤(一)、铁的结构和性质1、铁是26号元素,位于第四周期第Ⅷ族,属于过渡元素。
原子结构示意图:主要化合价:+2,+32、铁在金属的分类中属于黑色金属,重金属,常见金属。
纯净的铁是光亮的银白色金属,密度为7.86g/㎝3,熔沸点高,有较好的导电、传热性,能被磁铁吸引,也能被磁化。
还原铁粉为黑色粉末。
3、铁是较活泼的金属元素,在金属活动性顺序表中排在氢的前面。
①跟非金属反应:点燃点燃△3Fe+2O2 == Fe3O42Fe+3Cl2 ==2FeCl3 Fe+S= FeSFe+I2= FeI2②跟水反应:3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2↑③跟酸作用:Fe+2H+==Fe2++H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化;与氧化性酸反应不产生H2,且氧化性酸过量时生成Fe3+)④与部分盐溶液反应:Fe+Cu2+==Fe2++Cu Fe+2Fe3+==3Fe2+4.铁的合金一般地说,含碳量在2%~4.3%的铁的合金叫做生铁。
生铁里除含碳外,还含有硅、锰以及少量的硫、磷等,它可铸不可煅。
根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。
一般地说,含碳量在0.03%~2%的铁的合金叫做钢。
钢坚硬有韧性、弹性,可以锻打、压延,也可以铸造。
钢的分类方法很多,如果按化学成分分类,钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢就是普通的钢。
合金钢也叫特种钢,是在碳素钢是适当地加入一种或几种,如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。
合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能。
5、炼铁(1)反应原理:利用氧化——还原反应,在高温下,用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石里还原出来。
(2)原料:铁矿石、焦炭、石灰石和空气(3)设备:高炉(4)生产过程①还原剂的生成C+O2点 燃CO2CO2+C ∆2CO②铁矿石还原成铁Fe2O3+3CO ∆2Fe+3CO2↑③除脉石、炉渣的形成CaCO3高 温CaO+CO2↑ SiO2+CaO高 温CaSiO3(二)、铁的氧化物和氢氧化物1.铁的氧化物的比较铁的氧化物FeO Fe2O3Fe3O4俗称铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末黑色晶体红棕色粉末铁的价态+2 +3 +2、+3水溶性难溶于水稳定性不稳定性6FeO+O2=2Fe3O4稳定稳定与酸的反应FeO+2H+=Fe2++H2O Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+==2Fe3++ Fe2++4H2O 与CO的反应Fe x O y+yCO=xFe+yCO2制取高温熔融,过量的铁与氧气反应2Fe+O2==2FeOFe(OH)3的分解2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O铁在氧气中燃烧3Fe+2O2==Fe3O4(三)、铁的氢氧化物的比较Fe(OH)2Fe(OH)3物理性质白色,难溶于水的固体红褐色,难溶于水的固体化学性质(1)与非氧化性强酸反应Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O(2)与氧化性酸反应3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O(3)空气中放置被氧化4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3(1)与酸反应Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O(2)受热分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O制备①煮沸蒸馏水,赶走溶解的氧气②煮沸NaOH溶液,赶走溶解的氧气③配制FeSO4溶液,加少量的还原铁粉④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓1、Fe3O4是复杂的化合物,经研究证明,在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是+2价,有2/3的Fe是+3价,可看成FeO·Fe2O3,实际应写成Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁盐,不是一般的氧化物。
2、Fe(OH)2和Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同,前者是白色絮状沉淀,后者是红褐色沉淀。
而Fe(OH)2极不稳定,易被氧化成Fe(OH)3,反应现象是:白色→灰绿色→红褐色。
若要观察到白色的Fe(OH)2沉淀,需要创造以下条件:(1)排除亚铁盐溶液里的Fe3+离子,以免Fe3+离子直接与OH-结合生成Fe(OH)3。
(2)尽量排除溶液中溶解的氧气(绝对排除是办不到的),以减慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。
反应要用新制备的亚铁盐溶液,并放入少量的铁以防止Fe3+离子产生。
亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气,然后,把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中,或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液,可观察到白色絮状沉淀。
(四)、Fe、Fe2+和Fe3+之间相互转化及检验从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:Fe只有还原性,Fe3+通常只有氧化性,Fe2+既具有氧化性又具有还原性。
上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应,才能实现不同价态的铁相互转化,如下图(常称为铁三角):FeCl2CO Fe3+CO O2Zn Cu2+H2HNO3I-、I2、S Al KMnO4Cl2、O2、HNO3、KMnO4、H2O2Fe2+ Fe、Cu、I-、S2-、H2S Fe3+(溶液为绿色)(溶液为棕黄色)1.学习铁及其化合物的性质要注意:(1)抓价态:从铁元素三种价态的相互转化(铁三角关系)去认识铁及其化合物间的氧化—还原反应规律.(2)想属类:如铁是一种比较活泼的过渡金属,氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物,氢氧化亚铁、氢氧化铁为不溶性弱碱,氯化铁为强酸弱碱盐,由此去分析理解它们各自所具有的性质.2.铁元素的原子在化学反应中,当遇弱氧化剂(如S、H+、Cu2+、I2等)时,铁只能失去最外层的两个电子,而生成+2价铁的化合物,当遇到强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)时,铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3价铁的化合物.3.具体反应有:(1)Fe2+→Fe3+①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-(在亚铁盐溶液中通入氯气,溶液由浅绿色变为棕黄色)。
②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O(亚铁盐溶液在空气中容易变质,如绿矾露置于空气中则是:12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3)③3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++2H2O+NO↑④5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+如在FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液,溶液由浅绿色变棕黄色,在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液,溶液由紫红变棕黄。
⑤2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O(2)Fe3+→Fe2+①2Fe3++S2+=2Fe2++S,如在FeCl3②2Fe3++SO32-+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+③2Fe3++Fe=3Fe2+,在FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2+被氧化为Fe3+。
④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,电路板的制作是利用FeCl3溶液与裸露的铜反应。
⑤2Fe3++2I-=2Fe2++I2(五).Fe2+和Fe3+的检验(1)Fe2+的检验:方法一:滴加KSCN溶液,无明显现象,再滴加新制氯水,溶液立即变红色。
方法二:滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀,该沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。
(2)Fe3+的检验:方法一:滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液,溶液立即变为血红色。
方法二:滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。
【例题1】下列关于铁的叙述正确的是( )①铁能被磁铁吸引,但纯铁易腐蚀 ②在人体的血红蛋白中含有铁元素 ③铁位于元素周期表中第4周期第ⅧB 族 ④铁能在氧气中剧烈燃烧,但不能在水蒸气中燃烧 ⑤铁与强氧化剂硝酸反应的产物仅是Fe(NO 3)3 ⑥不能通过化合反应制得FeCl 2和Fe(OH)3A .①③B .②④C .②⑤D .④⑥【答案】B【解析】当铁中含有杂质时,在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀,而纯铁的抗腐蚀能力较强;铁位于元素周期表的第Ⅷ族,而不是ⅧB 族;铁在氧气中能发光、发热、剧烈燃烧,而与水蒸气反应则不会发光,看不到燃烧现象;铁与强氧化剂反应,能被氧化为Fe 3+,但若铁过量,则Fe 3+被Fe 还原为Fe 2+,所以,Fe 与HNO 3反应可能因铁过量而生成Fe(NO 3)2;FeCl 2、Fe(OH)3都可通过化合反应制得Fe +2FeCl 3===3FeCl 2,4Fe(OH)2+O 2+2H 2O===4Fe(OH)3。
【例题2】某研究学习小组对过量碳粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。
(1)提出假设①该反应的气体产物是CO 2。
②该反应的气体产物是CO 。
③该反应的气体产物是___________________。
(2)设计方案如图所示,将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量碳粉完全反应,测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。
(3)查阅资料:氮气不与碳、氧化铁发生反应。
实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO 2)饱和溶液混合加热反应制得氮气。
请写出该反应的离子方程式:____________________________。
(4)实验步骤①按上图连接装置,并检查装置的气密性,称取3.20 g 氧化铁、2.00 g 碳粉混均匀,放入48.48 g 的硬质玻璃管中;②加热前,先通一段时间纯净干燥的氮气;③停止通入N 2后,夹紧弹簧夹,加热一段时间,澄清石灰水(足量)变浑浊;④待反应结束,再缓缓通入一段时间的氮气。
冷却至室温,称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24 g ; ⑤过滤出石灰水中的沉淀,洗涤、烘干后称得质量为2.00 g 。
步骤②④中都分别通入N 2,其作用分别为________________。
(5)数据处理根据实验数据分析,试写出该实验中氧化铁与碳发生的化学反应方程式:_______________________________。
【答案】(1)CO 2,CO 的混合物 (3)NH +4+NO -2=====△N 2↑+2H 2O(4)步骤②中是为了排尽空气,步骤④是为了赶出所有的CO 2,确保完全吸收(5)2C +Fe 2O 3=====△2Fe +CO↑+CO 2↑【解析】(2)碳氧化合物就是CO 2和CO ,所以第三种情况为二者的混合物。