1、为了方便你我他-廖志航铁和铁的化合物知识结构【基础知识】一、铁元素在元素周期表中位置及铁原子结构铁元素位于元素周期表第四周期第族属于过渡元素铁原子结构简图:铁元素常见化合价: 。铁元素的+3 价化合物稳定。铁元素是典型的Fe23、变价元素。二、铁单质的性质1、物理性质: 纯铁是银白色金属, 密度为 7.86 克 / 厘米 3(属于黑色金属、重金属类)、质硬、熔点高(1535)有可塑性、传导性、易磁化和去磁。2、化学性质: 金属性(还原性)Fe2+ (离子结构简图)Fe2Fe3+ (离子结构简图)e3注意: 离子的最外电子层电子数不全是八电子结构3、铁的氧化物为了方便你我他-廖志航氧化亚铁 氧化
2、铁 四氧化三铁分子式 FeO Fe2O3 Fe3O4化合价 Fe2 FeFe;2俗称 铁红(红土) 磁性氧化铁分类 碱性氧化物 碱性氧化物色态 黑色粉末 红棕色粉末 磁性黑色晶体溶解性 不溶于水 不溶于水 不溶于水与非氧化性强酸反应FeO2HeO2Fe6H2Fe3O232Fe3O4 + 8H+= Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O 氧化性 还原性 还原性4FeO + O2 2Fe2O3还原性 氧化性FeO + CO Fe + CO2高 温氧化性Fe2O3 + 3CO 2Fe + 高 温3CO2氧化性存在 赤铁矿 磁铁矿4、铁的氢氧化物氢氧化亚铁 氢氧化铁分子式 Fe(OH)2 Fe(OH)
3、3色态 白色固体 红褐色固体溶解性 不溶于水 不溶于水与非氧化性强酸反应Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2O Fe(OH)3 + 3H+ = Fe3+ + 3H2O不稳定性 Fe(OH)2 FeO + H2O2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O还原性 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3白色沉淀灰绿色沉淀 红褐色沉淀制法 可溶性亚铁盐溶液与可溶性碱反应 Fe2+ + 2OH = Fe(OH)2Fe2+ + 2NH3H2O = Fe(OH)2 + N4可溶性铁盐溶液与可溶性碱反应 Fe3+ + 3OH = Fe(OH)3Fe3+ + 3NH3H2
4、O = Fe(OH)3 + N45、Fe 3+的检验鉴别试剂 KSCN 溶液或 NH4SCN 溶液现象: 血红色溶液为了方便你我他-廖志航离子方程式 FeSCNFe326、铁及其化合物的系列实验实验内容 现象 化学方程式、离子方程式(1) 铁钉溶解生成无色气体, 试管口红棕色气体, 加稀硝酸后溶液呈黄色加入 KSCN 溶液后溶液呈血红色Fe + 4HNO3(稀) = Fe(NO 3)3 + NO + 2H2O2NO + O2 = 2NO2FeSCNFe(2) 加入 KSCN 溶液后无明显变化; 加入浓 HNO3 后溶液呈血红色3FeSO4 + 6HNO3(浓)= Fe2(SO4)3 + Fe(
5、NO3)3 + 3NO2 + 3H2O FeSCNFe2(3)加入 KSCN 溶液后无明显变化; 加入 Cl2 水后溶液呈血红色6FeSO4 + 3Cl2 = 2Fe2(SO4)3 + 2FeCl3elelFSCF2(4) 加入 FeSO4 溶液后, 紫色高锰酸钾酸性溶液褪色; 加入 KSCN 溶液后溶液呈血红色10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O5Fe2+ + + 8H+ = Mn5Fe3+ + Mn2+ + 4H2OFeSCNFe3(5) 加入 KI 溶液后, 液体颜色变深加淀粉液后, 液体变蓝色2Fe
6、Cl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KClI2 遇淀粉液呈蓝色(6) 铜丝变细溶解溶液变为绿色Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2Cu + 2Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+(7) Fe 溶解溶液颜色变浅出现淡绿色2FeCl3 + Fe = 3FeCl22Fe3+ + Fe = 3Fe2+(8)对比实验 加入 KSCN 溶液后无 3FeSO4 + 4HNO3(稀) = 为了方便你我他-廖志航实验内容 现象 化学方程式、离子方程式明显变化; 加入稀 HNO3溶液后, 溶液呈血红色整个过程无明显变化Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + NO +
7、2H2O FeSCNFe2结论:说明 Fe2+、 、H离子不能共存(酸性3条件下发生氧化还原反应)Fe 2+、 、 离子NaO3可以共存7、铁三角关系(1)通过弱氧化剂可以实现: 如 I2、S、非氧化性酸(H +)铜盐溶液(Cu 2+)银盐溶液 (Ag+)等。通过强氧化剂可以实现: 如 Cl2、Br 2、硝酸、浓 H2SO4 等。通过强氧化剂可以实现: Cl 2、硝酸、O 2 等。通过还原剂可以实现: 如 Al、C、CO、H 2 等。通过还原剂可以实现: 如碘化物、硫化物、 Cu、Fe 等。(2)常见氧化剂 : KMnO4(H+)高锰酸钾的酸性溶液、硝酸、浓 H2SO4、高氯酸(HClO4)、
8、FeCl 3、CO 2、K 2Cr2O7(H+)重铬酸钾酸性溶液、无氧酸、稀H2SO4、KNO 3(H+)硝酸钾的酸性溶液、Cl2、 Br2、I 2、O 2、HClO、H 2O2、Na 2O2、KNO 3(固体)等。(3)常见还原剂 : H2S、Na 2S、KI、HI、CO、NH 3、H 2、C 某些金属单质等。(4)无氧酸性质ClI2酸 性（ ） 、 氧 化 性（ ） 、 还 原 性（ 酸 根 阴 离 子 ）(5)铁及其化合物间的转化关系: (书写有关化学方程式或离子方程式 )为了方便你我他-廖志航8、关于铁的变价计算铁是重要的变价金属, 无论是单质, 还是化合物, 在一定条件下参加化学反应
9、时都可能发生变价, 因此铁的变价计算是重点内容。(1)铁单质参加反应产生两种价态化合物例 1、在含 a 克 HNO3 的溶液里放入 b 克铁, 铁完全溶解, 假设有 克a4HNO3 被还原, 且放出的气体是 NO。试回答: 反应溶液中的溶质是什么？并求与溶质对应的 的值(要求写计算过程)？b分析: 稀硝酸是强氧化剂, 铁单质 成 Fe(NO3)3, 硝酸被还原成一氧被 氧 化 化氮(NO) 。当 HNO3 与 Fe 的量取不同值时, 反应后溶液中的溶质会有不同 : 如果硝酸过量, 铁单质只被氧化成 Fe(NO3)3。如果 Fe 过量, 由 Fe(NO3)3 有较强的氧化性, 可以氧化 Fe 单
10、质产生 Fe(NO3)2。如果 Fe 过量的不多, 此时反应后溶液中的溶质应为 Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3, 涉及到化学反应方程式为:Fe4HNOFeNOH（ 稀 ）23解题方法: 选用极值讨论法假设反应后溶液中溶质皆为 Fe(NO3)3, 满足条件 Fe 与 HNO3 均适量Fe4HNOFeNO2H33稀56g 463gbg ag b56a3ab46592当 反应后溶液中的溶质应为 Fe(NO3)392假设反应后的溶液中的溶质皆为 Fe(NO3)2 满足条件 Fe 与 HNO3 均适量(题目中条件铁完全溶解) 应用总方程式讨论:Fe8HNO2Fe2NO4H+233稀总化学方程式
11、83Fe2NO4H2稀356g 863g6g ag b56a8 31当 反应后溶液中的溶质为 Fe(NO3)2ab假设 Fe 过量的不多, 2Fe(NO 3)3 + Fe = 3Fe(NO3)2 反应中 Fe(NO3)3 不能全为了方便你我他-廖志航部变为 Fe(NO3)2, 此时反应后溶液中为 Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3从中不难得出当 31ab92ab4.5反应后溶液中的溶质应为 Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3说明 Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O n物质的量3Fe + 8HNO3 = 3Fe(NO3)2 + 2NO + 4H2O上述两个
12、反应中, nHN14被 还 原总 皆为 被还原(符合题意)a4gHNO3例 2、现有 10.42 克纯净铁粉, 溶于过量的稀硫酸中, 在所得的溶液中加入5.05 克硝酸钾后共热, 充分反应后部分 Fe2+离子氧化。溶液中剩余 Fe2+离子恰好被 24 毫升, 0.3 摩 / 升的酸性高锰酸钾溶液所氧化 ( 被还原为 Mn2+)试通MnO4过计算确定反应中硝酸钾被还原后的产物。用图解法分析题意解题方法：此题如根据分步反应进行化学方程式计算显然麻烦，特别是书写本题涉及氧化还原反应离子方程式也有较大难度，因此是不可取解题方法。此题应根据关系式及电子得失数守恒法解题。解：设 Fe 粉溶于过量的稀 H2
13、SO4 后 Fe2+的物质的量为 x。Fe Fe2+56g 1mol10.42g x10.42gmol560.186lFe2+ Fe3+ e Mn2+ 5eMnO40.186mol 0.186mol 1mol 5mol0.0240.3mol 50.0240.3mol设硝酸钾被还原产生中氮元素化合价为 y。 （5y）eKNO35y101g (5y)mol为了方便你我他-廖志航5.05g 5.0(y)1mol依据电子得失数守恒y = +20.1865.(y)01.24.3还原产物为 NO。（2）铁的化合物参加化学反应变价例 1、在 2 升 Fe2(SO4)3 和 CuSO4 的混合溶液中，加入 3
14、0 克纯铁粉，充分反应后得到 2 升 0.25 摩 / 升的 FeSO4 溶液以及 26 克固体沉淀物，求原混和溶液中 Fe2(SO4)3 和 CuSO4 的摩尔浓度。分析：此题是有关混合物计算，及判断反应物是否过量的计算。解题关键要分析清楚反应物铁粉是否过量，26 克固体沉淀物是混合物还是纯净物。混合物的计算一般可采用代数法列方程求解。解：通过极值法讨论 30 克铁粉是否过量。依据题意 n(Fe)20.5.mol假设 FeSO4 皆由 反应而得 求 m(Fe) = ?(SO)Fe3S44设需 Fe 质量为 x 56g 3molx 0.5molx56g0.mol39.3g0假设 FeSO4 皆
15、由 CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu 反应而得 求m(Fe) = ?设需 Fe 质量为 y 56g 1moly 0.5moly56g0.mol128g30通过、讨论 30g 铁粉分别与 CuSO4 和 Fe2(SO4)3 反应需铁粉质量 30g铁粉过量，26g 固体应为余 Fe 与生成 Cu 质量总和依据题意，设原混合溶液中含 Fe2(SO4)3 物质的量为 x含 CuSO4 的物质的量为 yFe2(SO4)3 + Fe = 3FeSO4 CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cux x 3x y y y y列 方 程 式 y20.5x0.1(mol)6()262 C.1mo
16、l.l/LFe(SO)2430u4为了方便你我他-廖志航例 2、将铁和三氧化二铁的混合物 2.72 克，加入 50 毫升 1.6 摩 / 升的盐酸中恰好完全反应，滴入 KSCN 溶液后不显红色。若忽略化学反应中溶液体积变化，则在所得溶液中 Fe2+离子的物质的量浓度为多少？分析：审题是关键。依据题意完全反应后溶液中滴入 KSCN 溶液不显红色说明溶液中无 Fe3+，因此涉及到反应为Fe2HClelO6F3HOll232本题属混合物的计算，可用代数法列方程求解解、设混合物中 Fe 物质的量为 x，Fe 2O3 物质的量为 y。Fe2ClFel2Fe6HCl2Fel3O2(x y) 2(xy) (
17、xy) y 6y 2y2FeCl3 + Fe = 3FeCl22y y 3y列 方 程 56x10.70.1mol2()51.6x2 C38l/LFe解、上述解法较为复杂，如巧用电荷守恒法可使计算大为简化反应物恰好完全反应，溶液中有下列关系Fe2+ 2Cl C121.6mol/L0.8l/FeCl9、工业生产：炼铁、炼钢炼铁 炼钢原料 铁矿石、石灰石、焦炭、空气 生铁、生石灰、氧气设备 炼铁高炉、热风炉 转炉、平炉、电炉原理 在高温下用还原剂（CO）从铁矿石里把铁还原出来在高温下用氧化剂（FeO）使生铁中碳的含量降低，并用生石灰除磷硫，再调整合金元素含量（主要 SiMn 等）主要反应 C + O2 CO2CO2 + C 2COFe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2CaCO3 CaO + CO2CaO + SiO2 CaSiO32Fe + O2 2FeOC + FeO CO + FeSi + 2FeO 2Fe + SiO2
