第1节　铁的多样性

核心素养发展重点

学业要求

1.依据核心元素的化合价推断物质的氧化性或还原性。

2．通过反应实现物质转化，提出有依据的假设，选取试剂，设计实验方案并实施，基于实验事实得出结论。

1.能辨识Fe、FeCl2、FeCl3等含铁元素的物质的重要的物理性质和化学性质及其实验现象，并能用化学方程式、离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。

2．能从元素化合价的角度、依据氧化还原反应原理预测铁及其化合物的性质及其物质间的转化，设计实验进行验证，并能分析、解释有关现象。

3．能利用铁及其化合物的性质和转化关系，设计制备、分离、检验等简单任务的方案，并分析科学实验、生产、生活中的某些常见问题，说明妥善保存、合理使用化学品的常见方法。

自主学习

铁元素的存在

1.含量

铁元素在地壳中的含量仅次于01(□)氧、02(□)硅和03(□)铝。

2.存在形态

(1)游离态：存在于04(□)陨铁中。

(2)化合态：主要以05(□)＋2价和06(□)＋3价的化合物存在。如黄铁矿(主要成分是07(□)FeS2)、赤铁矿(主要成分是08(□)Fe2O3)、磁铁矿(主要成分是09(□)Fe3O4)等。

(3)日常生活用品中也有许多含有铁元素的物质，例如补铁的保健品中含有10(□)亚铁盐，红色涂料中含有11(□)三氧化二铁，激光打印机的墨粉中含有12(□)四氧化三铁。

亚铁盐和铁盐

1.Fe3＋的氧化性

2.Fe2＋的氧化性与还原性

其他含有铁元素的物质

1.铁与水蒸气的反应

续表

方法一

方法二

实验现象

用小试管收集一试管气体，点燃，听到轻微的“噗”声，证明生成了01(□)H2

用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了02(□)H2

实验结论

铁不能与冷水、热水反应，但在高温条件下能与03(□)水蒸气反应，化学方程式为04(□)3Fe＋4H2O(g)高温(=====)Fe3O4＋4H2

2.铁的氧化物

名称

氧化亚铁

氧化铁

四氧化三铁

化学式

05(□)FeO

06(□)Fe2O3

07(□)Fe3O4

铁的化合价

08(□)＋2

09(□)＋3

10(□)＋2、＋3

颜色

11(□)黑色

12(□)红棕色

13(□)黑色

溶解性

14(□)不溶于水

氧化物类别

15(□)碱性氧化物

16(□)碱性氧化物

复杂氧化物

与盐酸反应的离子方程式

17(□)FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O、

18(□)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、

Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O

3.铁的氢氧化物

(1)铁的氢氧化物的制备

(2)化学性质

Fe(OH)2

Fe(OH)3

稳定性

很不稳定，易被O2氧化

不稳定，受热易分解：2Fe(OH)3△(=====)Fe2O3＋3H2O

与盐酸反应(离子方程式)

24(□)Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O

25(□)Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O

铁及其化合物之间的转化关系

1.铁及其化合物之间存在两种转化关系：含有相同价态铁元素的物质之间的转化，可借助01(□)复分解反应实现；含有不同价态铁元素的物质之间的转化，可借助02(□)氧化还原反应实现。

2.写出下图中转化关系的化学方程式或离子方程式(合理即可)

①03(□)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

②04(□)3Fe＋2O2点燃(=====)Fe3O4

③05(□)Fe2O3＋3CO高温(=====)2Fe＋3CO2

④06(□)FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O

⑤07(□)Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O

⑥08(□)Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓

⑦09(□)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

⑧10(□)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O

⑨11(□)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

⑩12(□)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

13(□)Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓

14(□)Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O

课堂探究

一、亚铁盐和铁盐

某同学检验某工业矿渣FeO中是否含Fe2O3时的步骤为：取矿渣样品加稀HNO3取上层清液于试管中滴加KSCN溶液(――→)溶液变为红色―→结论，该矿渣中含Fe2O3，其结论是否正确？为什么？

提示：该同学的结论不一定正确。因为HNO3能与FeO反应生成Fe(NO3)3，故该同学结论不一定正确。

1.Fe3＋和Fe2＋的检验

2.检验Fe2＋溶液中是否含Fe3＋的方法是：取待测液少许于试管中，向待测液中滴加KSCN溶液，若溶液变红色，证明含Fe3＋。

3.检验Fe3＋溶液中是否含Fe2＋的方法是：取待测液1～2mL于试管中，然后滴加几滴KMnO4(H＋)溶液，若紫色褪去，证明含Fe2＋。

知识拓展

在浓度相差不大的溶液中，同时含几种还原剂(如某溶液中含有Fe2＋、Br－、I－)时，若加入一种氧化剂(如通入Cl2)，则它首先与溶液中还原性最强的(I－)反应，然后与还原性较强的反应(即当I－反应完全后，再与Fe2＋反应)；同理含几种氧化剂时，所加还原剂先与氧化性最强的氧化剂反应。

几种常见微粒的氧化性和还原性强弱顺序：

氧化性：MnO4(－)(H＋)＞Cl2＞Br2＞Fe3＋＞I2

还原性：I－＞Fe2＋＞Br－＞Cl－＞Mn2＋

1.铁的化合物常见的有①FeO、②Fe2O3、③Fe3O4、④FeS、⑤Fe(OH)3、⑥NH4Fe(SO4)2·12H2O、⑦FeSO4，将上述物质分别溶于足量稀盐酸后进行实验，已知K3[Fe(CN)6]溶液遇亚铁盐会产生蓝色沉淀。下列说法不正确的是( 　　)

A.滴加KSCN溶液不显红色，滴加新制氯水后显红色的是①④⑦

B.加铜片能发生反应2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋的是②⑤⑥

C.滴加KSCN溶液显红色，滴加KMnO4溶液紫色褪去的是③

D.滴加K3[Fe(CN)6]溶液，能产生蓝色沉淀的是①③④⑦

答案　B

解析　题述含铁元素的化合物溶于足量稀盐酸后的溶液中含Fe2＋不含Fe3＋的为①FeO、④FeS、⑦FeSO4；含Fe3＋不含Fe2＋的为②Fe2O3、⑤Fe(OH)3、⑥NH4Fe(SO4)2·12H2O；既含Fe2＋又含Fe3＋的为③Fe3O4；A项说明溶液中含Fe2＋不含Fe3＋，符合题意的为①④⑦；B项说明溶液中含有Fe3＋，符合题意的为②③⑤⑥；C项说明溶液中既含Fe2＋又含Fe3＋，符合题意的为③；D项说明溶液中含有Fe2＋，符合题意的有①③④⑦。

2.有下列三个氧化还原反应：

①2FeCl3＋2KI===2KCl＋2FeCl2＋I2

②2Fe＋3Cl2点燃(=====)2FeCl3

③2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O

若某溶液中有Fe2＋、I－和Cl－，要氧化除去I－而不影响Fe2＋和Cl－，可加入的试剂是( 　　)

A.KMnO4B．FeCl3C．Cl2D．HCl

答案　B

解析　本题可根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性、还原剂的还原性强于还原产物的还原性，并结合题述三个反应进行求解。

因为KMnO4、Cl2均可将Fe2＋氧化，所以除去I－又不影响Fe2＋和Cl－，只能选FeCl3。

二、其他含有铁元素的物质

Fe(OH)2很容易被空气中的氧气氧化，在制备Fe(OH)2时应如何防止Fe(OH)2被氧化？

提示：①隔绝空气；②排除溶液中溶解的O2。

制备Fe(OH)2的注意事项

(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。

(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液和NaOH溶液的蒸馏水要煮沸、冷却，尽可能除去O2。

(3)为防止Fe2＋被氧化，FeSO4溶液中要加少量铁粉，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。

(4)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。

3.由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量之比为21∶8，则这种混合物中FeO、Fe2O3、Fe3O4的物质的量之比可能为( 　　)

A.1∶2∶1B．1∶2∶3C．1∶3∶1D．1∶1∶3

答案　D

解析　由铁元素与氧元素的质量之比为21∶8，求得铁元素与氧元素的物质的量之比为3∶4，所以Fe3O4物质的量的多少不影响混合物中铁元素与氧元素的质量比。Fe3O4可拆为FeO·Fe2O3，故只要FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1即可。

4.用足量的CO还原32.0g某种氧化物，将生成的气体通入足量的澄清石灰水中，得到60g沉淀，则该氧化物是( 　　)

A.FeOB．Fe2O3C．CuOD．Fe3O4

答案　B

解析　由生成CaCOg可得反应掉CO为0.6mol，即32g金属氧化物中含氧原子为0.6mol，若该氧化物含有铁原子：

56g·mol－1(32.0g－0.6mol×16g·mol－1)＝0.4mol，则N(Fe)∶N(O)＝0.4∶0.6＝2∶3，即该氧化物为Fe2O3。

方法规律

1.Fe3O4有固定的组成，属于纯净物，不是混合物，由于其与非氧化性酸反应生成铁盐和亚铁盐，故不属于碱性氧化物。

2.Fe3O4可看成FeO·Fe2O3，所以在书写其与盐酸的反应方程式时可看成FeO、Fe2O3分别与盐酸反应，然后把两个反应相加。

三、铁及其化合物之间的转化关系

1.把铁片分别加入足量的稀H2SO4和CuSO4溶液中，一段时间后分别取上层清液于两支试管中分别滴加几滴KSCN溶液，发现试管中的溶液均不显红色。说明Fe与H＋、Cu2＋反应生成的是Fe2＋还是Fe3＋？

提示：Fe与H＋、Cu2＋反应生成Fe2＋。

2.红热的铁丝在Cl2中剧烈燃烧反应完全后，冷却，把得到的固体粉末溶解在稀盐酸中滴加KSCN溶液，溶液变为红色。说明Fe与Cl2反应生成几价铁？

提示：Fe与Cl2反应生成＋3价铁。

铁元素有三种价态：0价、＋2价和＋3价，这三种价态的铁在一定条件下可相互转化，通常称之为“铁三角”：

(1)Fe只有还原性，可以被氧化成＋2价或＋3价的铁

如Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋

2Fe＋3Cl2点燃(=====)2FeCl3

3Fe＋4H2O(g)高温(=====)Fe3O4＋4H2

(2)Fe2＋既有氧化性又有还原性

如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋

(3)Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁

如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

3CO＋Fe2O3高温(=====)2Fe＋3CO2

5.下列物质能通过化合反应直接制得的是( 　　)

①FeCl2　②FeCl3　③Fe(OH)3　④Fe3O4

A.仅①②③B．仅②③

C.仅①③④D．①②③④

答案　D

解析　①2FeCl3＋Fe===3FeCl2；②2Fe＋3Cl2点燃(=====)2FeCl3；③4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；④3Fe＋2O2点燃(=====)Fe3O4。

6.现有下列物质：①新制氯水、②铁、③铜、④稀硫酸。

(1)将Fe2＋转化为Fe3＋，可选用的物质有________；相关的离子方程式：________________________________________________________________。

(2)将Fe3＋转化为Fe2＋，可选用的物质有________；相关的离子方程式：________________________________________________________________

(任写一个即可)。

答案　(1)①　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

(2)②③　2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋(或2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋)(合理即可)

解析　(1)将Fe2＋转化为Fe3＋，须加入强氧化剂，如氯水、溴水、HNO3等。

(2)将Fe3＋转化为Fe2＋，须加入还原剂，如铁、铜、I－、S2－等。

本课小结

1.铁及其化合物之间的转化关系

2.Fe3＋的检验——KSCN溶液

Fe2＋的检验——先加KSCN溶液再滴加新制氯水(或HNO3或H2O2)