铁及其化合物转化关系的应用(解析版)

第三章铁金属材料
第一节铁及其化合物
3.1.4 铁及其化合物转化关系的应用板块导航
01/学习目标明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练课后训练巩固，提升能力素养
1．掌握铁及其化合物的转化关系及应用。

2．理解化工流程及实验室中实现铁及其化合物的转化原理和条件分析。

重点:铁及其化合物相互转化。

难点:铁及其化合物相互转化的实质。

一、铁及其化合物之间的转化——“铁三角”
从Fe 、Fe 2+和Fe 3+的结构可知：Fe 只有还原性，Fe 3+通常只有氧化性，Fe 2+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，才能实现不同价态铁的相互转化，我们把这个相互转化设计成三角形，常称为铁三角。

1．Fe 3+的形成
由于Fe 3+的氧化性较强，要想生成Fe 3+，需要强氧化剂，通常有：Cl 2、Br 2、HNO 3、浓H 2SO 4、KMnO 4(H +)。

与Cl 2反应：2Fe 2++Cl 2===2Fe 3++2Cl −、2Fe+3Cl 2
2FeCl 3；
与KMnO 4反应：5Fe 2++ MnO 4-+8H +===5Fe 3++Mn 2++4H 2O 。

2．0
Fe 的形成
单质Fe 的还原性较强，要想生成单质Fe ，得需强还原剂，通常有：Al 、Zn 、CO 、H 2。

Fe 2++Zn===Fe+Zn 2+；
FeO+Al(CO 、H 2)−−−
→高温
Fe+Al 2O 3(CO 2、H 2O) ； Fe 2O 3+Al(CO 、H 2)−−−
→高温
Fe+Al 2O 3(CO 2、H 2O)。

3．Fe 2+的形成
Fe 2+的氧化性、还原性都不强，所以，从Fe→Fe 2+，弱氧化剂即可，通常有：S 、H +、Cu 2+、Fe 3+；从Fe 3+→Fe 2+，能被Fe 3+氧化的还原剂有：Fe 、Cu 、I −、S 2−、HS −、SO 2、SO 32-。

(1)0
Fe →Fe 2+： Fe+2H +===Fe 2++H 2↑；
Fe+Cu 2+===Fe 2++Cu(湿法炼铜)； Fe+S FeS 。

(2)Fe 3+→Fe 2+：
2Fe 3++Fe===3Fe 2+(据此反应，用Fe 可除去Fe 2+溶液中的Fe 3+；在FeSO 4溶液中，常放少量铁粉，就是为了防止FeSO 4被氧化)；
2Fe 3++Cu===2Fe 2++Cu 2+(据此反应，可用FeCl 3溶液腐蚀Cu 来制线路板：把一铜板粘在塑料板上，用油漆画出线路图，然后浸在FeCl 3溶液中，Cu 被FeCl 3腐蚀，而用漆画过的线条留了下来，这就成了线路)。

4．从化合价的角度理解“铁三角”
（1）Fe单质中铁元素化合价为0价，仅具有还原性
Fe+Cu2+Fe2++Cu；Fe+2H+H2↑+Fe2+；2Fe+3Cl22FeCl3；3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2
（2）Fe2+化合价可以升高到+3价，表现为还原性，也可以降低到0价，表现为氧化性。

Fe2++Zn Fe+Zn2+；2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－；5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O
（3）Fe（OH）2具有还原性，能被氧化为Fe（OH）3：4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3
（4）Fe2O3中的铁元素为高价态，具有氧化性，因而可用还原剂将其还原为铁单质。

3CO+Fe2O32Fe+3CO2
（5）Fe3+是铁元素的高价态，可以被还原剂还原为+2或0价，具有氧化性。

2Fe3++Zn（少量）2Fe2++Zn2+；2Fe3++3Zn（过量）2Fe+3Zn2+；2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑
【探究——利用覆铜板制作图案】p70
【实验现象】没有被油性笔颜料覆盖部分，表面的铜被反应掉，露出覆铜板底色；被油性笔颜料覆盖部分的铜没有参加反应，依然为亮红色。

覆铜板上可清楚看出所画图案。

【实验说明】本实验应用了FeCl3可作氧化剂，具有氧化性的知识。

将预先设计好的图案用蜡或不透水的物料覆盖，以保护不被反应。

铜为金属元素单质，可作还原剂，具有还原性，FeCl3可以与覆铜板上不需要的铜发生氧化还原反应，生成易溶于水的CuCl2:2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。

反应完成后，未被保护的覆铜板部分露出底色，并产生凹痕，将覆盖在图案上的物料清洗干净后，设计好的图案即凸显出来。

【思考与讨论】
（1）实验中FeCl3作氧化剂，Fe3+化合价降低，得到电子；Cu作为金属单质，在反应中失去电子，作还原剂，发生的反应是：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。

（2）使用后的“腐蚀液”含有大量CuC12、FeCl2和FeCl3,任意排放将导致环境污染及资源的浪贵可从该腐蚀液中回收铜，并将铁的化合物金部转化为FeCl3溶液，作为腐蚀液原料循环使用。

从铜电路板腐蚀废液中回收铜和氯化铁流程：
二、铁及其化合物的价类二维图
从物质类别和物质所含核心元素的化合价两个角度总结、预测物质的性质是学习化学的重要方法之一。

1.横向变化体现了同价态不同物质类别(氧化物、盐、碱)之间的转化：
（1）Fe2O3、FeO都是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水。

Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O；FeO+2H+H2O+Fe2+。

（2）FeSO4和FeCl3都属于盐类，能和碱反应生成Fe（OH）2及Fe（OH）3。

Fe2++2OH－Fe（OH）2↓；Fe3++3OH－Fe（OH）3↓。

（3）Fe（OH）2和Fe（OH）3均属于碱，能与酸反应生成盐和水。

Fe（OH）2+2H+Fe2++2H2O；Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O。

2.纵向变化体现不同价态同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。

3.斜向变化体现不同价态、不同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。

【思考与讨论】p69参考答案：
（1）金属单质Fe化合价为0价，处于铁元素的最低价态，因此，单质Fe作还原剂；Fe2(S04)3中铁元素为+3价，为铁的较高价态，有得电子、价态降低的可能，可作氧化剂；FeSO4中铁元素为+2价，处于铁元素的中间价态，即可以被氧化为+3价的铁离子，又可以被还原为0价铁，因此FeSO4既可以作氧化剂又可以作还原剂。

化学方程式：
Fe作还原剂：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
离子方程式：Fe+2H+=Fe2++H2↑
Fe2(SO4)3作氧化剂：Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4
离子方程式：2Fe3++Fe=3Fe2+
FeSO4作还原剂：6FeSO4+3Cl2=2FeCl3+2Fe2(SO4)3
离子方程式：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
FeSO4作氧化剂：Zn+FeSO4=ZnSO4+Fe
离子方程式：Fe2++Zn=Fe+Zn2+
（2）Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的相互转化关系
三、变价“铁”的常见考点
1．Fe2＋与Fe3＋的氧化还原性强弱顺序
氧化性：Cl2>Br2>Fe3＋>Cu2＋>I2>Fe2＋
还原性：Cl－<Br－<Fe2＋<Cu<I－<S2－
2．工业生产时溶液中Fe3＋、Fe2＋的除去方法
(1)原理：Fe3＋、Fe2＋完全生成氢氧化物沉淀时，溶液的pH分别为pH≥3.7、pH≥9.6。

(2)步骤：
①除去溶液中的Fe3＋时，一般是加入能与酸反应的物质(但不能引入新的杂质)，调节溶液的pH≥3.7，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。

①除去溶液中的Fe2＋时，先加入H2O2(或其他氧化剂，但不引入新杂质)，使Fe2＋转化为Fe3＋，然后调节溶液的pH≥3.7，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。

(3)示例：
①除去MgCl2溶液中的Fe3＋，可在加热搅拌条件下，加入足量MgO或MgCO3或Mg(OH)2，充分反应过滤除去。

①除去CuCl2溶液中的Fe2＋，先加入H2O2(或通入Cl2)，然后在加热搅拌条件下，加入足量CuO或CuCO3或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，充分反应后过滤除去。

3．判断离子能否大量共存
(1)Fe2＋：与NO－3(H＋)、ClO－、MnO－4(H＋)不能大量共存(因发生氧化还原反应)。

(2)Fe3＋：与S2－、I－、SO2－3、HS－不能大量共存(因发生氧化还原反应)。

4．含Fe2＋、Fe3＋溶液的配制要点
(1)配制FeCl3溶液时先将FeCl3固体溶于浓盐酸中(抑制FeCl3水解，防止生成沉淀而导致溶液变浑浊)，再加水稀释至所需浓度。

(2)配制FeCl2溶液时，为防止Fe2＋被空气氧化还需加入少量铁粉。

5．高铁酸钾的性质
高铁酸钾(K2FeO4)中的Fe显＋6价，它是一种高效复合水处理剂：
(1)由于具有强氧化性能杀菌、消毒。

(2)由于反应后还原产物为Fe 3＋
，Fe 3＋
在溶液中水解生成氢氧化铁胶体，能吸附水中的悬浮杂质，起到净水的作用。

1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)Fe(OH)3和HI 的反应：Fe(OH)3＋3H ＋=Fe 3＋＋3H 2O 。

( ) (2)含有大量Fe 3+的溶液：Na +、－
SCN 、Cl -、I -能大量共存。

( )
(3)Fe 2+与H 2O 2在酸性溶液中的反应：2Fe 2++H 2O 2+2H +=2Fe 3++2H 2O 。

( )
(4)在含有Fe 2＋、Fe 3＋、Al 3＋、+4NH 的溶液中加入足量的Na 2O 2固体，再加入过量的稀盐酸，完全反应后，离子数目几乎没有改变的是Fe 3＋。

( )
(5)向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸，反应的离子方程式是Fe(OH)2+2H +=Fe 2++2H 2O 。

( ) (6)Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3，说明稳定性：Fe(OH)2<Fe(OH)3。

( )
(7)向酸性4KMnO 溶液中加入34Fe O 粉末，紫色褪去，证明34Fe O 中含Fe (①)。

( ) (8)足量铁与稀硝酸反应后溶液呈浅绿色，说明稀硝酸不能氧化Fe 2＋。

( ) (9)Fe 和Fe 2O 3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出。

( ) (10)金属阳离子只有氧化性，不可能有还原性。

( ) 【答案】(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√(7)√(8)×(9)√(10)×
2．利用“价类二维图”可以从不同角度研究含铁物质的性质及其转化关系，图中甲~戊均含铁元素。

回答下列问题：
(1)Na 2FeO 4是一种新型饮用水消毒剂。

工业上常用NaClO 、
Fe(NO 3)3、NaOH 制备：3ClO -+2Fe 3++10OH -=2FeO 24
+3Cl -+5H 2O ，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。

(2)打印机使用的墨粉中含有Fe 3O 4，下列关于Fe 3O 4的说法正确的是 (填标号)。

A ．有磁性，是FeO 与Fe 2O 3的混合物 B ．属于两性氧化物，与酸、碱都能反应
C ．Fe 3O 4与稀盐酸反应生成Fe 2+与Fe 3+物质的量之比为1：2
D ．Fe 与水蒸气在高温下反应能生成Fe 3O 4
(3)维生素C 易溶于水，可将Fe 3+转化为Fe 2+被人体吸收。

为检验转化产物Fe 2+，设计如下实验：取适量
Fe 2(SO 4)3溶液置于试管中，加入过量维生素C 片振荡溶解后，滴加酸性高锰酸钾溶液，紫色褪去。

该设计方案能否检验Fe 2+并说明理由 。

(4)丁与烧碱溶液反应可生成乙，在空气中放置一段时间后乙转化为丙。

乙转化为丙的现象为 ，发生反应的化学方程式为 。

(5)若用丁溶液经一系列反应来制备Fe 2O 3。

不考虑过程损失，若100mL 丁溶液最终制得1.6gFe 2O 3，变质前丁溶液的物质的量浓度为 。

【答案】(1)3:2 (2)CD
(3)不能，过量维生素C 会使酸性高锰酸钾溶液褪色，无法说明一定有Fe 2+生成
(4)现象为白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色 4Fe(OH)2+O 2+2H 2O=4Fe(OH)3 (5)0.2mol•L -1
【解析】（1）32423ClO 2Fe 10OH =2FeO 3Cl 5H O -+---
++++反应中，氧化剂为次氯酸钠，氯元素由+1价降
低到-1价，铁为还原剂，化合价由+3变为+6，根据电子守恒可知，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3:2；
（2）A ．Fe 3O 4有磁性，组成固定，是一种纯净物，不是FeO 与Fe 2O 3的混合物，A 错误；B ．其能和酸反应生成两种盐和水，不与碱反应，不属于两性氧化物，B 错误；C ．Fe 3O 4中二价铁、三价铁之比为1:2，与稀盐酸发生复分解反应生成Fe 2+与Fe 3+物质的量之比为1:2，C 正确； D ．Fe 与水蒸气在高温下反应能生成Fe 3O 4和氢气，D 正确；故选CD ；
（3）维生素C 易溶于水，可将3Fe +转化为2Fe +被人体吸收，说明维生素C 具有还原性；亚铁离子也具有强的还原性，亚铁离子、过量的维生素C 均能被酸性高锰酸钾溶液氧化，导致高锰酸钾溶液褪色，干扰了亚铁离子的检验，此实验方案设计不严密；
（4）丁为亚铁盐与烧碱溶液反应可生成乙氢氧化亚铁，在空气中放置一段时间后乙氢氧化亚铁和空气中氧气、水反应转化为丙氢氧化铁，4Fe(OH)2+O 2+2H 2O=4Fe(OH)3；乙转化为丙的现象为白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色； （5）231.6gFe O 的物质的量为
1.6g
160g/mol
=0.01mol ，铁元素的物质的量n(Fe)=0.02mol ；根据铁元素守恒规律，
变质前n(FeCl 2)= n(Fe)=0.02mol ，则100mL 该溶液中，c(FeCl 2)=
0.020.1L
mol
=0.2mol/L 。

3．长期放置的4FeSO 溶液易被氧化而变质，某兴趣小组进行了如下实验： (1)设计实验检验4FeSO 溶液的变质程度。

实验方案
步骤1
步骤2
取待检测液于试管中，向其中滴加KSCN 溶液
取待检测液于试管中，向其中滴加少量酸性高锰酸钾溶液
实验现象 _______ _______
实验结论
4FeSO 溶液部分变质
上述方案补充完整 、 。

①若要使部分变质的4FeSO 复原，方法是 (用离子方程式表示)。

(2)100mL 部分变质的4FeSO 溶液经过一系类反应制得231.6gFe O ，则变质前4FeSO 溶液的浓度为 。

(3)4FeSO 可用作补铁剂，使用时建议与维生素C 同服，同学甲猜测维生素C 可将3+Fe 转化为2+Fe ，以利于人体吸收。

为了验证这一猜想，设计了如下实验： 实验方案
实验现象
取适量()243Fe SO 溶液于试管中，加入维生素C 片，振荡溶解后，滴加酸性高锰酸钾溶液 紫色褪去 Fe Fe 的结论？请说明理由： 。

【答案】(1)溶液变红 紫色褪去 3+2+2Fe +Fe 3Fe = (2)0.2mol/L
(3)不能，维生素C 也具有还原性，若其过量，也可使酸性高锰酸钾溶液褪色，则无法说明一定有2+Fe 生成 【解析】（1）①根据实验结论，4FeSO 溶液部分变质，说明溶液中同时含3+Fe 和2+Fe ；步骤1向待检测液中加入KSCN 溶液，溶液变红；2+Fe 具有还原性，步骤2向待检测液中滴加少量酸性高锰酸钾溶液，紫色褪去。

①要使变质的4FeSO 溶液复原，可向溶液中加入过量Fe 粉，铁把3+Fe 还原为2+Fe ，再经过滤除去剩余Fe 粉即可，反应的离子方程式为3+2+2Fe +Fe 3Fe =； （2）()23-1
1.6g
n Fe O =
=0.01mol 160g mol ⋅，根据铁元素守恒，则变质前100mL 溶液中含()4n FeSO =0.02mol ，故
()40.02mol
c FeSO =
=0.2mol/L 0.1L
； （3）维生素C 具有还原性，若维生素C 过量，也可使酸性高锰酸钾溶液褪色，则无法说明维生素C 一定将3+Fe 转化为2+Fe 。

►问题一 “铁三角”的转化及应用
【典例1】铁元素的常见价态有＋2、＋3价，实验室可用赤血盐()()
36K Fe CN ⎡⎤⎣⎦溶液检验2+
Fe ，黄血盐
()()
3
6K
Fe CN ⎡⎤⎣⎦溶液检验3+Fe 。

硫铁矿烧渣中含有大量23Fe O ，工业上常用于制取绿矾()42FeSO 7H O ⋅。

在
指定条件下，下列有关铁单质的转化不能．．
实现的是 A ．()()()2H O g
23Fe s Fe O s −−−→高温
B ．()()()2Cl g
3Fe s FeCl s −−−−→少量点燃
C ．()()()3
HNO 33Fe s Fe NO aq −−−−
−→足量稀 D ．()()()4CuSO aq
4Fe s FeSO aq −−−−
→ 【答案】A
【解析】A ．高温条件下，Fe 和水蒸气反应生成Fe 3O 4，故A 错误；B ．点燃条件下，Fe 和氯气反应生成氯化铁，故B 正确；C ．Fe 和足量稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，故C 正确；D ．Fe 和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，故D 正确；故选A 。

【解题必备】从Fe 、Fe 2+和Fe 3+的结构可知：Fe 只有还原性，Fe 3+通常只有氧化性，Fe 2+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，才能实现不同价态铁的相互转化，我们把这个相互转化设计成三角形，常称为铁三角。

（1）Fe 单质中铁元素化合价为0价，仅具有还原性 Fe+Cu 2+
Fe 2++Cu ；Fe+2H +
H 2↑+Fe 2+；2Fe+3Cl 2
2FeCl 3；3Fe+4H 2O （g ）
Fe 3O 4+4H 2
（2）Fe 2+化合价可以升高到+3价，表现为还原性，也可以降低到0价，表现为氧化性。

Fe 2++Zn
Fe+Zn 2+；2Fe 2++Cl 2
2Fe 3++2Cl －
；5Fe 2++MnO 4－
+8H +
5Fe 3++Mn 2++4H 2O
（3）Fe （OH ）2具有还原性，能被氧化为Fe （OH ）3 4Fe （OH ）2+O 2+2H 2O
4Fe （OH ）3
（4）Fe 2O 3中的铁元素为高价态，具有氧化性，因而可用还原剂将其还原为铁单质。

3CO+Fe 2O 3
2Fe+3CO 2
（5）Fe 3+是铁元素的高价态，可以被还原剂还原为+2或0价，具有氧化性。

2Fe 3++Zn （少量）
2Fe 2++Zn 2+；2Fe 3++3Zn （过量）
2Fe+3Zn 2+；2Fe 2O 3+3C
4Fe+3CO 2↑
【变式1-1】铁、铜混合粉末12.0g 加入到100mL3.0 mol·L －
1FeCl 3溶液中，充分反应后，剩余固体的质量为
2.8g 。

下列说法正确的是 A ．剩余固体是铁、铜混合物 B ．原固体混合物中铜的质量是9.6g C ．反应后溶液中n(Fe 3+)=0.10mol D ．反应后溶液中n(Fe 2+)+ n(Cu 2+)=0.45mol
【答案】D
【分析】因为有固体剩余，所以FeCl 3全部消耗，所以消耗的n(Fe 3+)=0.3mol ，设反应消耗的铁为x mol ，反
应消耗的铜为y mol ，则可列方程组：56+64=12-2.8220.3x y x y ⎧⎨+=⎩，解：=0.05
0.1x y ⎧⎨=⎩；【解析】A ．铁比铜活泼，铁首先
反应、然后铜反应，因为铜已开始消耗，所以剩余固体为铜，故A 项错误；B ．因为消耗的铜为0.1mol ，质量为6.4g ，再加上剩余的2.8g 铜，原固体混合物中铜的质量是9.2g ，故B 项错误；C ．铜会和铁离子反应生成亚铁离子、铜离子，铜过量，故反应后溶液没有Fe 3+，故C 项错误；D ．因为反应后溶液溶质为FeCl 2和CuCl 2，所以2[n(Fe 2+)+n(Cu 2+)]=n(Cl -)=0.3×3mol ，故n(Fe 2+)+n(Cu 2+)=0.45 mol ，故D 项正确；故答案为D 。

【变式1-2】A 为常见的金属单质，现有如图所示的转化关系：
下列叙述中不正确
．．．的是
A．A为Fe，B为Fe3O4
B．C−−→D过程中溶液的颜色变化：由黄色至浅绿色
C．①的离子方程式：Fe+2Fe3+=3Fe2+
D．①的化学方程式：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
【答案】B
【分析】A为常见的金属单质，由转化关系可以，红褐色固体为氢氧化铁，则E为氢氧化亚铁，A为铁，B 为四氧化三铁，C为氯化亚铁，D为氯化铁。

据此解答。

【解析】A．经分析，A为Fe，B为Fe3O4，A正确，不符合题意；B．C−−→D过程中溶液的颜色变化：由浅绿色至黄色，B错误，符合题意；C．①是铁和铁离子反应生成亚铁离子，离子方程式：Fe+2Fe3+=3Fe2+，C正确，不符合题意；D．①的化学方程式：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，D正确，不符合题意；故选B。

►问题二利用价类二维图理解铁及其化合物的转化关系
【典例2】如图为铁元素的价类二维图，其中的箭头表示部分物质间的转化关系。

下列说法正确的是()
A．铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①
B．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，迅速发生转化①生成红棕色粉末
C．加热Fe(OH)3发生转化①，加水溶解可实现转化①
D．由图可预测：高铁酸盐(FeO2－4)具有强氧化性，可用于消毒，FeO2－4与水反应最终可生成Fe(OH)3胶体，从而吸附水中的悬浮物，故高铁酸盐可作净水剂
【答案】D
【解析】铁与高温水蒸气的反应生成四氧化三铁和氢气，不能实现上述转化①，故A错误；FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，部分被氧化，氧化生成Fe3O4，不能发生转化①，故B错误；加热Fe(OH)3发生转化①分解生成氧化铁，氢氧化铁不溶于水，加水溶解不可实现转化①，故C错误；高铁酸盐中铁为＋6价，具有强氧化性，可用于消毒，与水发生氧化还原反应后生成铁离子，铁离子与水反应生成Fe(OH)3胶
体。

【解题必备】1．分析铁的化合物时的“两分清”
(1)价态要分清
要注意单质铁被不同氧化剂氧化时，产物不同；要注意不同价态的化合物所表现的不同的化学性质，如Fe3＋以氧化性为主，Fe2＋以还原性为主。

(2)颜色要分清
铁的化合物“五颜六色”，一定要记牢：Fe2＋溶液为浅绿色，Fe3＋溶液为棕黄色，Fe(SCN)3溶液为血红色，Fe(OH)3胶体为红褐色，Fe(OH)2沉淀在空气中的颜色变化为白色→灰绿色→红褐色，Fe(OH)3沉淀为红褐色固体，Fe2O3为红棕色，Fe3O4、FeO、FeS均为黑色。

2.价类二维图在铁及其化合物转化中的应用
(1)横向变化体现了同价态不同类别(氧化物、碱、盐)之间的转化；
(2)纵向变化体现不同价态同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。

(3)斜向变化体现不同价态、不同类别之间物质的转化，主要体现物质的氧化物和还原性。

【变式2-1】价类二维图是学习元素及其化合物知识的重要模型。

铁元素的价类二维图如图，下列有关说法不正确的是
A．a能导电，能被磁体吸引B．物质c可以用于制备油漆的成分
C．e转化为f需加入氧化剂D．制备b可以用g在空气中加热分解
【答案】D
【分析】根据铁元素的价类二维图，a是Fe、b是FeO、c是Fe2O3、d是亚铁盐、e是铁盐、f是高铁酸盐、g是Fe(OH)2、h是Fe(OH)3。

【解析】A．Fe是金属单质能导电，铁能被磁体吸引，故A正确；B．Fe2O3是红色粉末，可以用于制备油漆的成分，故B正确；C．e转化为f，铁元素化合价升高发生氧化反应，需加入氧化剂，故C正确；D．Fe(OH)2
在空气中加热分解，会被氧气氧化为Fe 2O 3，故D 错误；选D 。

【变式2-2】化合价和物质类别是整理元素及化合物知识的两个要素，可表示为“价类”二维图。

下图是铁元素的“价类”二维图，下列说法正确的是( )
A ．常温下 Fe 与水反应生成 Fe 3O 4
B ．工业上用 CO 还原 Fe 2O 3炼铁，该反应属于置换反应
C ．维生素C 能将 Fe 3+转化为 Fe 2+，过程中维生素C 做还原剂
D ．Fe(OH)2浊液露置于空气中，白色迅速转变为红褐色 【答案】C
【解析】A 项，Fe 与水在高温条件下才反应生成Fe 3O 4，故A 错误；B 项，CO 和Fe 2O 3均为化合物，不符合置换反应的形式，故B 错误；C 项，Fe 3+转化为 Fe 2+，Fe 元素化合价降低被还原，说明维生素C 做还原剂，故C 正确；D 项，Fe(OH)2浊液露置于空气中，白色迅速转变为灰绿色，最终变成红褐色，故D 错误；故选C 。

►问题三 基于“铁三角”的铁的重要化合物制备与性质实验探究
【典例3】现有下列实验探究摩尔盐()()44222NH Fe SO 6H O ⎡⎤⋅⎣⎦的化学性质。

装置
实验 试剂a 现象 ① 紫色石蕊溶液 溶液变红色 ① 过量NaOH 溶液
产生白色沉淀 ① 酸性KMnO 4溶液 KMnO 4溶液褪色 ①
()
36K Fe CN ⎡⎤⎣⎦溶液
产生蓝色沉淀
A ．①中溶液变红：4232NH H O
NH H O H +
++⋅+；()222Fe 2H O
Fe OH 2H ++++
B ．①中产生白色沉淀：()24322NH Fe 3OH NH H O Fe OH ++-
++=⋅+↓
C ．①中溶液褪色：232425Fe MnO 8H 5Fe Mn 4H O +-+++
++=++
D ．①中产生蓝色沉淀：()()3266K Fe Fe CN KFe Fe CN -
++⎡⎤⎡⎤++=↓⎣⎦⎣⎦ 【答案】B
【解析】A ．铵根离子、亚铁离子水解使得溶液显酸性，酸性溶液使紫色石蕊试液变红色，A 正确；B ．少量摩尔盐()()44222NH Fe SO 6H O ⎡⎤⋅⎣⎦与过量的NaOH 溶液反应的离子方程式为
()243222NH Fe
4OH 2NH H O Fe OH ++-++=⋅+↓，B 错误；C ．+2价的铁被4MnO -氧化为+3价，4MnO -被还原为2Mn +，反应的离子方程式为232425Fe MnO 8H 5Fe Mn 4H O +-+++
++=++，C 正确；D ．()36K Fe CN ⎡⎤⎣⎦用来
鉴别2Fe +生成蓝色沉淀，反应的离子方程式为()()3266K Fe Fe CN KFe Fe CN -
++⎡⎤⎡⎤++=↓⎣⎦⎣⎦，D 正确；故答案选B 。

【解题必备】“铁三角”的转化关系
【变式3-1】用切割的废铁屑(主要成分为 Fe ，少量 FeO 、Fe 2O 3、油污、沙土)制备超顺磁性(平均直径 25 nm)纳米Fe 3O 4 的流程示意图如图：
下列叙述中正确的是
A ．可用 Na 2CO 3 溶液、乙醇、乙酸等对废铁屑进行预处理
B ．步骤①中的 H 2O 2 作还原剂
C ．步骤①发生的反应方程式为 Fe 2++2FeOOH=Fe 3O 4+2H +
D ．纳米Fe 3O 4 均匀分散到水中形成的混合物能发生丁达尔效应 【答案】D
【分析】废铁屑中含有油污，应在碱性条件下处理；处理后的废铁屑加入盐酸，生成氯化亚铁、氯化铁，则滤液A 的主要成分为氯化亚铁、氯化铁和未反应的盐酸，加入铁粉，氯化铁反应生成氯化亚铁，则滤液B 铁元素为亚铁离子；部分溶液加入NaOH 生成氢氧化亚铁沉淀，加入过氧化氢使+2价的铁变为+3价，产物为FeOOH ；与氯化亚铁混合经多步操作生成纳米四氧化三铁。

【解析】A ．铁可与乙酸反应，进行油污处理时，可用Na 2CO 3溶液对废铁屑进行预处理，A 叙述错误；B ．步骤①中的H 2O 2氧化+2价铁为+3价，作氧化剂，B 叙述错误；C ．Fe 3O 4与H +不能共存，步骤①发生的反应方程式为 Fe 2++2FeOOH+2OH -=Fe 3O 4+2H 2O ，C 叙述错误；D ．纳米Fe 3O 4的直径介于1~100nm 之间，其均匀分散到水中形成的混合物为胶体，能发生丁达尔效应，D 叙述正确；答案为D 。

【变式3-2】高铁酸钾()24K FeO 是一种新型、高效、无毒的多功能水处理剂。

已知：24K FeO 为紫色固体，微溶于KOH 溶液，具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生2O ，在碱性溶液中较稳定。

(1)制备24K FeO 。

①在装置A 中发生的化学反应中HCl 显示出来的性质为 。

①C 为制备24K FeO 装置，写出离子反应方程式 。

(2)探究24K FeO 的性质。

取C 中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a ，经检验气体中含有2Cl ，为证明24K FeO 是否氧化了Cl -而产生2Cl ，设计如下方案： 实验方案与现象
方案①
方案①
用KOH 溶液充分洗涤C 中所得固体，再用KOH 溶液将24K FeO 溶出，得到紫色溶液b ，取少量b ，滴加盐酸，有2Cl 产生
Fe ，写出相应的操作及现象 ；但该离子的产生不能判断一定是
24K FeO 将Cl -氧化，还可能是因为发生 （填化学方程式）。

①方案①可证明24K FeO 氧化了Cl -。

用KOH 溶液洗涤的目的是 。

(3)根据24K FeO 的制备实验得出：氧化性2Cl 24FeO -（填“＞”或“＜”），而方案①表明，2Cl 和24FeO -
的
氧化性强弱关系相反，原因是。

(4)24K FeO 与水反应能产生具有强吸附性的()3Fe OH 胶体，除去水中细微的悬浮物，写出24K FeO 与水反应的化学方程式 。

【答案】(1)还原性、酸性 -232422Fe(OH)+3Cl 10OH 2FeO 6Cl 8H O --
+=++
(2)取少量溶液a 于试管内，滴加几滴KSCN 溶液，溶液变红 23+
4224FeO 20H 4Fe
3O 10H O -++=+↑+ 24K FeO 微溶于KOH 溶液，在碱性溶液中较稳定 (3)> 溶液的酸碱性不同
(4)()2423210H O 4Fe(OH)3O 8KO Fe H 4K O +=+↑+胶体
【分析】A 制备氯气，B 除氯气中的氯化氢，C 中氢氧化铁、氢氧化钾、氯气反应生成24K FeO ，D 吸收过量氯气分子污染。

【解析】（1）①在装置A 中盐酸和高锰酸钾反应生成氯化钾、氯化锰、氯气、水，部分 HCl 中氯元素化合价升高生成氯气，部分氯元素化合价不变生成盐，HCl 显示出来的性质为还原性、酸性。

①C 中氢氧化铁、氢氧化钾、氯气反应生成24K FeO 、氯化钾，根据得失电子守恒，反应的离子反应方程式
-232422Fe(OH)+3Cl 10OH 2FeO 6Cl 8H O -
-+=++ 。

（2）①Fe 3+遇KSCN 溶液变红，所以方案①证明溶液a 中含有3Fe +的方案为：取少量溶液a 于试管内，滴加几滴KSCN 溶液，溶液变红；由信息可知稀硫酸与高铁酸钾溶液也能反应生成铁离子和氧气，反应的离子
方程式为23+
4224FeO 20H 4Fe 3O 10H O -++=+↑+；①24K FeO 微溶于KOH 溶液，在碱性溶液中较稳定，所以
用KOH 溶液洗涤24K FeO 。

（3）根据24K FeO 的制备实验，氯气在碱性条件下能制取24K FeO ，氧化性2Cl >24FeO -
，而方案①表明，在
酸性条件下24FeO -
能氧化氯离子生成2Cl ，所以氧化性强弱关系相反，原因是溶液的酸碱性不同。

（4）24K FeO 与水反应能产生具有强吸附性的()3Fe OH 胶体，除去水中细微的悬浮物，24K FeO 与水反应的化学方程式为()2423210H O 4Fe(OH)3O 8KO Fe H 4K O +=+↑+胶体。

1．铁元素的“价一类”二维图如图所示。

下列说法正确的是
A ．a 在纯2O 中燃烧可直接转化为e
B ．检验含d 溶液中金属阳离子的方法为先加入氯水，再加入KSCN 溶液
C ．c 在空气中直接加热可转化为b
D ．在不同条件下，g 可能分别转化为f 沉淀或胶体 【答案】D
【分析】由图可知，a 为铁单质，b 为氧化亚铁，c 为氢氧化亚铁，d 为亚铁盐，e 为氧化铁，f 为氢氧化铁，g 为铁盐。

【解析】A ．铁在纯氧气中燃烧生成四氧化三铁，A 错误；B ．检验亚铁离子的方法是先加KSCN 溶液，无现象，在加入氯水，溶液变为红色，B 错误；C ．氢氧化亚铁直接加热，被氧气氧化为氧化铁，不能得到氧化亚铁，C 错误；D ．铁盐与氢氧化钠反应生成氢氧化铁，饱和氯化铁溶液滴到沸水中可以制得氢氧化铁胶体，D 正确；故选D 。

2．为了探究铁及其化合物的氧化性或还原性，某同学设计如下实验操作，对应的实验现象、实验结论及离子方程式均正确的是 选项
实验操作
实验现象
实验结论
离子方程式
A
向2FeCl 溶液中加入
Zn 片
浅绿色溶液变为无色，有黑色固体生成
2Fe +具有还原性
22Fe Zn Zn Fe +++=+
B
向2FeCl 溶液中滴加新制氯水
浅绿色溶液变为棕黄色
2Fe +具有还原性 2322Fe Cl 2Fe 2Cl ++-+=+
C
向3FeCl 溶液中加入铁粉
棕黄色溶液变为浅绿色
Fe 具有还原
性
32Fe Fe 2Fe +++=
D
向3FeCl 溶液中加入铜粉
蓝色溶液变为棕黄色
2Fe +具有还原性
322Fe Cu Fe Cu ++++=+
【解析】A ．锌具有还原性，氯化亚铁溶液中2+价的铁具有氧化性，能氧化锌，A 错误；
B ．氯化亚铁溶液为浅绿色，向氯化亚铁溶液中滴加新制氯水，2+价的铁被氯水氧化生成3+价的铁，溶液由浅绿色变为棕黄色，离子方程式正确，B 正确；
C ．向3FeCl 溶液中加入铁粉，发生反应生成氯化亚铁，棕黄色溶液变为浅绿色，离子方程式为322Fe Fe 3Fe +++=，C 错误；
D ．反应前氯化铁溶液为棕黄色，3Fe +具有氧化性，与铜发生反应生成氯化亚铁和氯化铜蓝色溶液，离子方程式为3222Fe Cu 2Fe Cu ++++=+，D 错误；故选B 。

3．下列可以由化合反应制得的盐是 A ．()243Fe SO B ．()3Fe OH
C ．2FeCl
D ．()33Fe NO
【答案】C
【解析】A ．()243Fe SO 一般由氧化铁和稀硫酸反应制备，该反应不是化合反应，故不选A ；
B ．()3Fe OH 是碱，不是盐，故不选B ；
C ．2FeCl 可由2FeCl 3+Fe=3FeCl 2反应制备，该反应为化合反应，故选C ；
D ．()33Fe NO 一般由氧化铁和稀硝酸反应制备，该反应不是化合反应，故不选D ；选C 。

4．某课题研究小组探究铁粉还原Fe 3＋的最佳反应条件，保持其他反应条件不变，体系中Fe(①)含量随溶液。