1、专题十三 铁及其化合物,高考化学（天津专用）,考点 铁及其化合物 基础知识 1.金属概述 (1)金属元素包括部分主族元素、 全部 副族元素和 第 族 元素;它们集中排在元素周期表的左下方。金属元素的原子半径比同周 期的非金属元素的原子半径大;其原子的最外层电子数一般少于4;易失 去 最外层 电子,成为金属阳离子。 常温下,除 汞 是液体外,其余金属都是固体。大多数金属呈银白 色,不透明,有金属光泽,有延展性,一般都是电和热的良导体。,考点清单,(2)合金是金属与金属或金属与非金属熔合在一起而形成的具有金属特 性的物质。一般来说,合金的熔点比其成分金属 低 ,硬度、强度 比其成分金属大。 2.铁
2、及其化合物 (1)铁位于周期表中第四周期第族,是一种应用最广泛的过渡金属元 素;铁元素是一种变价金属元素,通常显+2价和+3价;其原子结构示意图 为 。 (2)铁的化学性质 常温下,铁单质比较活泼,具有较强的 还原 性,遇一般的氧化剂如,S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等被氧化为+2价;遇强氧化剂如Cl2、Br2、 HNO3等被氧化为+3价。但在常温下会被 浓硫酸、浓硝酸 钝 化。 1)与O2等非金属单质反应 3Fe+2O2 Fe3O4 2)与H2O反应 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 3)与酸反应 a.与非氧化性强酸反应, Fe+2H+ Fe2+H2 b.与氧化性酸(硝酸
3、、浓硫酸等)反应 Fe+6HNO3(浓) Fe(NO3)3+3NO2+3H2O 2Fe+6H2SO4(浓) Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O 4)与某些盐溶液反应(如FeCl3、CuSO4溶液等) Fe+2Fe3+ 3Fe2+、Fe+Cu2+ Cu+Fe2+ (3)铁的氧化物 铁和O2在不同的条件下反应,所生成的氧化物不同,通常有FeO、Fe2O3、 Fe3O4三种。其中,氧化亚铁是 黑 色粉末;氧化铁是 红棕,色粉末;四氧化三铁是具有磁性的 黑色晶体 ,它是一种结构较复 杂的氧化物,可以看作 FeOFe2O3 ,其中有1/3的铁元素显+2价,有2/ 3的铁元素显+3价。 三种氧化物都可
4、以和强酸反应,如Fe3O4+8H+ Fe2+2Fe3+4H2O 。 三种氧化物都可在高温条件下与CO、H2、Al等具有还原性的物质反 应。如:Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 。 (4)铁的氢氧化物 Fe(OH)2是白色絮状物,易被空气中的氧气氧化,生成Fe(OH)3,颜色由 白色变为灰绿色 ,最后变为 红褐 色。其化学方程式为 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 。,Fe(OH)2、Fe(OH)3都是弱碱,二者均能溶于强酸。 Fe(OH)2、Fe(OH)3均不稳定,受热易分解。 (5)铁盐、亚铁盐 Fe2+在水溶液中较易 水解 ,使溶液变浑浊;又易被氧化,生成 Fe3+
5、,所以在保存亚铁盐的溶液时,应在溶液中放入少量 相应的酸 和铁屑 ,以抑制Fe2+水解和被氧化。,重点难点 1.“铁三角”及举例,FeO+H2 Fe+H2O Fe+2HCl FeCl2+H2 2FeCl2+Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe 3FeCl2 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 2Fe+3Cl2 2FeCl3 在应用时要弄清两点:一是反应的条件和环境(否则记忆方程式无意义); 二是要从氧化性、还原性的强弱角度考虑反应能否进行。 2.Fe3+具有氧化性,可与I-、S2-(H2S)、S (SO2、H2SO3)等常见的具有还 原性的微粒反应。 Fe2+主要表现还原性,可与HNO3
6、、KMnO4、Cl2等常见的具有氧化性的 微粒反应。,知识拓展 1.FeCl3变色总结 向FeCl3溶液中加入几滴KSCN溶液后呈红色; FeCl3溶液能使紫色石蕊溶液变为红色; FeCl3与NaOH溶液反应,生成红褐色沉淀; 向FeCl3溶液中通入H2S气体,生成淡黄色沉淀; 向FeCl3溶液中加入几滴Na2S溶液,生成淡黄色沉淀,当加入的Na2S溶 液过量时,又生成黑色沉淀; 向FeCl3溶液中加入过量Fe粉,溶液变成浅绿色; 向FeCl3溶液中加入过量Cu粉,溶液变成蓝绿色; 将FeCl3溶液滴入到淀粉碘化钾溶液中,溶液变为蓝色; 向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液,溶液变成紫色;,将FeC
7、l3溶液滴入到AgNO3溶液中,生成白色沉淀; 将FeCl3溶液与NaHCO3溶液混合,放出气体,生成红褐色沉淀; 将饱和FeCl3溶液滴入沸水中,生成红褐色Fe(OH)3胶体。 2.铜及其化合物的相互转化关系, +H2O+CO2 (碱式碳酸铜) +O2 +5H2O 3.铜及其化合物的颜色 紫红色:Cu;红色:Cu2O;青灰色:青铜;黄色:黄铜;绿色: Cu2(OH)2CO3、CuCl2;蓝色:Cu(OH)2、CuSO45H2O、Cu(NO3)2;白色:无 水CuSO4;黑色:CuO、CuS。 4.铜的还原性 铜是不活泼金属,在金属活动性顺序中位于氢元素之后,要说明某物质 具有强氧化性时,可选
8、用该物质与铜反应,因为铜是不活泼金属的代表, 如Cu与Cl2、Cu与HNO3、Cu与浓硫酸的反应,通过以上三个反应来说,明Cl2、HNO3、浓硫酸具有强氧化性。此外,Cu还应用于印刷电路板的 制作:2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+。 5.铜及其化合物与有机化学部分的联系 (1)Cu在醇的催化氧化反应中作催化剂,并可实现从CuO至Cu的转化。 如:2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O或2Cu+O2 2CuO、CH3CH 2OH+CuO CH3CHO+Cu+H2O (2)用新制的Cu(OH)2悬浊液来检验醛基,并可实现从Cu(OH)2至Cu2O的 转化。 CH3CHO+2Cu(OH
9、)2+NaOH CH3COONa+Cu2O+3H2O (3)Cu2+为重金属离子,能使蛋白质变性,利用此性质可用来配制农药,如 配制波尔多液。,6.铜及其化合物在电化学中扮演重要角色 (1)原电池:铜作铜锌原电池中的正极材料。 (2)电解池:电解CuCl2溶液的电池反应为CuCl2 Cu+Cl2。 (3)铜的精炼:以粗铜为阳极,纯铜为阴极,CuSO4溶液为电解质溶液进行 电解,可将粗铜提纯。阳极反应:Cu-2e- Cu2+;阴极反应:Cu2+2e- Cu。 (4)铜生锈:铜在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铜绿,其中铜作负极,所 含杂质(如C等)作正极,与铁的吸氧腐蚀类似。,方法1 Fe3+与Fe
10、2+的鉴别方法归纳 1.直接观察颜色 含Fe2+的溶液呈浅绿色,含Fe3+的溶液呈棕黄色。 2.利用显色反应 (1) (2),方法技巧,4.利用Fe3+的氧化性 (1) (2) (3),3.利用氢氧化物沉淀的颜色,(1) (2) 例1 下列有关实验原理、方法和结论都正确的是 ( ) A.室温下向苯和少量苯酚的混合溶液中加入适量NaOH溶液,振荡、静 置后分液,可除去苯中少量苯酚 B.取少量溶液X,向其中加入适量新制氯水,再加几滴KSCN溶液,溶液变 红,说明X溶液中一定含有Fe2+ C.向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水,可制取Fe(OH)3胶体 D.已知 I2+I-,向盛有KI3溶液的试管中
11、加入适量CCl4,振荡静置后 CCl4层显紫色,说明KI3在CCl4中的溶解度比在水中的大,5.利用Fe2+的还原性,注意检验Fe2+时氯水与KSCN溶液的加入顺序。 解析 +NaOH +H2O, 易溶于水,苯不溶于 水,A正确;若溶液X中含有Fe3+,会出现同样的现象,B不正确;向饱和FeCl3 溶液中滴加过量氨水,得到的是Fe(OH)3沉淀,C不正确;I2的CCl4溶液显紫 色,CCl4萃取了KI3溶液中的I2,而不是KI3,D不正确。 答案 A,解题导引,方法2 守恒法在铁及其化合物的相关计算中的应用 守恒法是中学化学计算中一种很重要的方法,也是解题中应用最多的方 法之一。其特点是抓住有
12、关变化的始态和终态,忽略中间过程,利用其 中某种不变量建立关系式,从而简化思路,快速解题。 守恒法主要包括质量守恒法、原子守恒法、电荷守恒法、得失电子守 恒法等。 1.质量守恒法 质量守恒主要包括两项内容:参加反应的各物质的质量总和等于生成 的各物质的质量总和;反应前后各元素的质量守恒。 2.原子守恒法 原子守恒主要指系列反应中某原子个数(或物质的量)不变,以此为基础 可求出与该原子相关联的某些物质的数量(或质量)。,3.电荷守恒法 电荷守恒即溶液中阳离子所带的正电荷总数=阴离子所带的负电荷总 数。常见的电荷守恒有以下几种情况:化合物化学式中存在的电中性 原则(正、负化合价代数和为0);离子反
13、应中的电荷守恒(反应前后净 电荷数相等);电解质溶液中存在的电荷守恒(阴、阳离子电荷总数相 等)。 4.得失电子守恒法 氧化还原反应中(或系列化学反应中),氧化剂得电子总数=还原剂失电 子总数。,例2 现有CuO和Fe2O3组成的混合物a g,向其中加入2 molL-1的硫酸溶 液50 mL,恰好完全反应。若将a g该混合物在足量H2中加热,使其充分 反应,冷却后剩余固体质量为( ) A.1.6a g B.(a-1.6) g C.(a-3.2) g D.1.6 g 混合物中氧元素的物质的量与硫酸根离子的物质的量 是相等的。 解析 金属氧化物与硫酸恰好完全反应,生成n(H2O)=n(H2SO4)=5010-3 L2 molL-1=0.1 mol。生成的H2O中的氧元素完全来自金属氧化物,所 以a g金属氧化物中氧元素的质量为0.1 mol16 gmol-1=1.6 g,则a g金属 氧化物被足量H2还原后剩余固体质量为(a-1.6) g。 答案 B,解题导引,
