考点16 铁及其重要化合物一、铁的性质1．铁的物理性质纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。
2．铁的化学性质铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。
（1）与非金属单质的反应： ①与O 2的反应：常温下：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe 2O 3。
点燃时：3Fe ＋2O 2=====点燃Fe 3O 4。
②与Cl 2的反应：2Fe ＋3Cl 2=====点燃2FeCl 3。
③与S 的反应：Fe ＋S=====△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：3Fe ＋4H 2O(g)=====高温Fe 3O 4＋4H 2。
（3）与酸的反应：①与非氧化性酸反应的离子方程式：Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑。
②与氧化性酸：遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应无H 2产生。
Fe 过量 3Fe+8H ++23NO -3Fe 2++2NO↑+4H 2O Fe 不足Fe+4H ++3NO -Fe 3++NO↑+2H 2O（4）与某些盐溶液的反应：①与CuSO 4溶液反应的离子方程式：Fe ＋Cu 2＋===Fe 2＋＋Cu 。
②与FeCl 3溶液反应的离子方程式：2Fe 3＋＋Fe===3Fe 2＋。
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 Fe 2O 3 Fe 3O 4 俗称 无 铁红 磁性氧化铁 色、态 黑色粉末 红棕色粉末黑色晶体 铁的价态 +2+3 +2、+3水溶性 难溶于水 稳定性不稳定性 6FeO+O 22Fe 3O 4 稳定稳定 与非氧化性酸的反应 FeO+2H +Fe 2++H 2OFe 2O 3+6H +2Fe 3++3H 2OFe 3O 4+8H +2Fe 3++ Fe 2++4H 2O与CO 的反应Fe x O y +y COx Fe+y CO 2制取高温熔融，过量的铁与氧气反应 2Fe+O 22FeOFe(OH)3的分解 2Fe(OH)3Fe 2O 3+3H 2O铁在氧气中燃烧3Fe+2O 2Fe 3O 4提醒：（1）Fe 3O 4的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe 2O 3，即有13的铁显＋2价，23的铁显＋3价； （2）Fe 3O 4与一般酸反应生成两种盐，Fe 3O 4与稀硝酸反应生成一种盐[Fe(NO 3)3]。
2．铁的氢氧化物的比较铁的氢氧化物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+10HNO33Fe(NO3)3+NO↑+8H2O（3）空气中放置被氧化4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3（1）与酸反应Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O（2）受热分解2Fe(OH)3Fe2O3+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↓三、“铁三角”及其应用“铁三角”的四应用：（1）判断离子共存．．．．．．：Fe3+、Fe2+与3HCO-、2AlO-、23CO-等在溶液中因发生相互促进水解反应而不能大量共存；Fe2+与3NO-(H+)、ClO−、4MnO-(H+)，Fe3+与S2−、I−、HS−、23SO-在溶液中因发生氧化还原反应而不能大量共存。
（2）除杂方法．．．．(．括号内为杂质．．．．．．)．：Fe2+(Fe3+)：加过量铁粉过滤；FeCl3(FeCl2)：加氯水或H2O2；FeCl2(CuCl2)：加过量铁粉过滤；Fe(Al)、Fe2O3(Al2O3、SiO2)：加过量强碱溶液过滤；（3）盐溶液的保存．．．．．．：亚铁盐溶液——加入少量铁屑以防止Fe2+被氧化。
铁盐溶液——加入少量相应的酸溶液以防止Fe3+水解。
（4）物质制备．．．．：①制备无水氯化铁：在HCl气流中加热浓缩氯化铁溶液；②制备氢氧化铁胶体：向沸水中加入饱和氯化铁溶液并煮沸至变为红褐色为止。
四、重要的铁盐三氯化铁(FeCl3)：棕黄色固体，一种常见的氧化剂，能与多种还原剂发生氧化还原反应，能回收废铜，其反应的离子方程式为2Fe3++Cu Cu2++2Fe2+。
绿矾(FeSO4·7H2O)：一种重要的还原剂，可用作补血剂及植物的补铁剂。
高铁酸钾(K2FeO4)：深紫色晶体，具有强氧化性，可用作水处理剂或高能电池。
铁铵矾[NH4Fe(SO4)2·12H2O]：无色晶体，易溶于水，常用作化学分析试剂、药物和织物媒染剂。
赤血盐[K3Fe(CN)6]：红色晶体，易溶于水，常用于检验Fe2+，生成蓝色沉淀。
考向一Fe2+、Fe3+的鉴别（1）直接观察颜色：Fe2+溶液呈浅绿色，Fe3+溶液呈棕黄色。
（2）利用显色反应(形成络离子)①②（3）利用Fe(OH)3沉淀的颜色：（4）利用Fe3+的氧化性①②③（5）利用Fe2+的还原性①②（6）利用铁氰化钾与亚铁离子反应生成蓝色的铁氰化亚铁沉淀检验亚铁离子。
典例1下列除杂的操作不正确的是A．MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量氢氧化镁充分反应后过滤B．FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤C．CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入NaOH溶液充分反应后过滤D．CuCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入CuO充分反应后过滤【解析】FeCl3溶液中存在水解平衡：FeCl3＋3H2O Fe(OH)3＋3HCl，加入Mg(OH)2与H＋反应，平衡右移，使Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去，A正确；先用H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再利用FeCl3的水解，加入CuO与H＋反应将Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去，D正确。
【答案】C1．下列离子的检验方法合理的是A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2+B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红，说明原溶液中含有Fe2+C．向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3+D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2+，不含有Mg2+考向二Fe(OH)2的制备制备Fe(OH)2常用的三种方法方法一：有机覆盖层法将吸有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1所示。
方法二：还原性气体保护法用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀。
如图2所示。
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3所示。
典例1 用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。
Ⅰ.方法一：用FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
（1）除去蒸馏水中溶解的O2常采用的方法。
（2）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。
Ⅱ.方法二：在如图所示装置中，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，其理由是。
【解析】Ⅰ.方法一：（1）气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。
（2）避免生成的Fe(OH)2被空气(氧气)氧化。
Ⅱ.方法二：试管Ⅱ是开口式的，无法用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以应在试管Ⅰ中制取FeSO4，而在试管Ⅱ中盛NaOH溶液。
将Fe与稀H2SO4放入试管Ⅰ后，产生的H2可从试管Ⅰ内短管处排出试管Ⅰ内的空气，经过止水夹进入试管Ⅱ内的NaOH溶液中，再排尽NaOH溶液和试管Ⅱ内的空气，然后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，压强增大，将FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内的NaOH溶液中，在此过程中，液体都处于H2环境中，从而避免了空气中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。
【答案】Ⅰ.（1）煮沸（2）避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2Ⅱ.（1）稀H2SO4、铁屑（2）NaOH溶液（3）检验试管Ⅱ出口处排出H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹（4）试管Ⅰ中反应生成的H2将所用溶液和装置内的空气排尽，且外界空气不容易进入装置，可防止白色的Fe(OH)2沉淀被氧化2．下列各图示中，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是__________。
考向三守恒思想在铁及其化合物计算中的应用数轴法分析铁与稀硝酸反应的产物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：（1）HNO3过量：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，铁元素的存在形式为Fe3＋。
（2）Fe过量：3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，铁元素的存在形式为Fe2＋。
（3）用数轴表示：（4）无论二者的量如何变化，铁与稀HNO3反应，被还原的HNO3与参加反应的HNO3的物质的量之比总是1∶4。
（5）硝酸的作用及其量的确定铁与硝酸的反应中，一是氧化剂作用，二是酸性作用。
作为氧化剂的硝酸可以根据氧化还原反应中得失电子守恒的方法确定，作为酸性作用的可以通过金属铁的物质的量确定，即铁的物质的量乘以铁显示的化合价。
典例1 把22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，若反应只收集到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)2C．反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为1∶3 D．反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为3∶1【解析】由于铁的物质的量为22.4 g56 g·mol－1＝0.4 mol，所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8mol(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×(5－4)＋0.2 mol×(5－2)＝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，后者的物质的量为y，则由铁原子守恒可得x＋y＝0.4 mol，由得失电子守恒得3x＋2y＝0.9 mol，解得x＝0.1 mol，y＝0.3 mol。