人教版高中化学必修一第三章 第二节 第2课时 铁的重要化合物

第2课时铁的重要化合物
[学习目标定位] 1.了解铁的重要化合物的主要性质及应用。

2.掌握Fe2＋、Fe3＋的检验方法及其相互转化。

3.了解Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备方法。

一、铁的氧化物
1．物理性质
2.化学性质
(1)氧化亚铁不稳定，在空气中受热易被氧化为Fe3O4。

(2)氧化亚铁和氧化铁属于碱性氧化物，与非强氧化性酸反应生成盐和水。

(3)写出氧化亚铁和氧化铁分别与盐酸反应的离子方程式：
①氧化亚铁FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O。

②氧化铁Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。

3．主要用途
氧化铁常用作红色油漆和涂料，赤铁矿(主要成分是Fe2O3)是炼铁原料。

(1)Fe的常见化合价只有＋2价和＋3价，Fe3O4可以看成由FeO和Fe2O3按物质的量之比1∶1组合而成的复杂氧化物，通常也可写成FeO·Fe2O3的形式。

(2)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。

(3)Fe3O4与盐酸反应可分别看作Fe2O3、FeO与盐酸反应，然后把两个反应式相加。

(4)FeO、Fe3O4遇氧化性酸(如HNO3)发生氧化还原反应，＋2价的铁均被氧化成＋3价。

例
1金属单质A可发生以下反应。

试推断：
(1)写出下列物质的化学式(B写主要成分)：
A________、B________、C________、D________、E________。

(2)写出反应③和⑤的离子方程式：
③________________________________________________________________________；
⑤________________________________________________________________________。

答案(1)Fe Fe2O3Fe3O4Cu H2 (2)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
解析推断题的解题思路：根据物质的物理性质(特别是色、态)和化学性质(相互转化关系、反应条件等)，找出具有特征条件的物质，再由相互转化关系逐步推断。

如本题中结合B、C 的颜色及与CuCl2、稀盐酸反应的性质可推知A为Fe。

二、铁的氢氧化物
1．铁的氢氧化物的制备
实验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁如下图所示：
(1)图甲实验中观察到的现象是有红褐色沉淀生成。

反应的离子方程式是Fe 3＋
＋3OH －
===Fe(OH)3↓。

(2)图乙实验中先观察到有白色沉淀生成，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应的方程式是
①Fe 2＋
＋2OH －
===Fe(OH)2↓(白色)； ②4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3。

2．铁的氢氧化物的性质
(1)氢氧化铁和氢氧化亚铁都是不溶性碱，都能与酸反应生成盐和水。

写出它们分别与盐酸反应的离子方程式： ①Fe(OH)3＋3H ＋
===Fe 3＋
＋3H 2O ， ②Fe(OH)2＋2H ＋
===Fe 2＋
＋2H 2O 。

(2)不稳定，受热易分解，其化学方程式分别为 ①Fe(OH)3：2Fe(OH)3=====△
Fe 2O 3＋3H 2O ， ②Fe(OH)2：Fe(OH)2=====△FeO ＋H 2O 。

特别提示
铁的氢氧化物的制取方法是相应盐和碱反应。

制取氢氧化亚铁时，常得到红褐色沉淀是因为Fe(OH)2极易被空气中的O 2氧化成Fe(OH)3。

所以为了防止NaOH 溶液加入时带入空气，可将吸有NaOH 溶液的长胶头滴管伸入到FeSO 4液面以下，再挤出NaOH 溶液。

例
2用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。

方法一：用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。

(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时，除加硫酸防止生成Fe(OH)2外，还需加入________________。

(2)除去蒸馏水中溶解的O2，常采用________的方法。

(3)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溶液的液面以下，再挤出NaOH溶液。

这样操作的理由是________________________________
________________________________________________________________________。

方法二：在如图所示的装置中，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)为了制得白色的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_________________________。

答案方法一：(1)铁屑(2)煮沸(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2转化成Fe(OH)3沉淀方法二：(1)稀H2SO4、铁屑(2)NaOH溶液(3)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。

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充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入
三、铁盐与亚铁盐
1．Fe2＋、Fe3＋的检验方法
(1)观察法：浅绿色溶液中含有Fe2＋；棕黄色溶液中含有Fe3＋。

(2)加碱法：若产生的白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色的为Fe2＋；若直接产生红褐色沉淀的为Fe3＋。

(3)加KSCN：无明显现象，再加新制氯水溶液变红色的为Fe2＋；若溶液直接变红色的为Fe3＋。

2．Fe2＋与Fe3＋的转化
(1)在盛有氯化铁溶液的试管中加适量铁粉振荡后，溶液变成浅绿色，再加KSCN溶液，溶液不变色，再加入氯水后，溶液变成红色。

(2)上述实验中有关反应的离子方程式是2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。

(3)由上述实验可知：Fe3＋遇到较强的还原剂，会被还原成Fe2＋；Fe2＋在较强氧化剂的作用下，会被氧化成Fe3＋。

(1)Fe只具有还原性。

可被弱氧化剂(H＋、S、Fe3＋等)氧化成Fe2＋，被强氧化剂(Cl2等)氧化成Fe3＋。

(2)Fe2＋既有氧化性又有还原性。

可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋；可被还原剂(Al、Zn、CO、C等)还原为Fe。

(3)Fe3＋只具有氧化性，可被弱还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2＋，被强还原剂(Al、Zn、CO等)
还原为Fe。

例3已知有以下物质的相互转化：
试回答：
(1)B的化学式为________；D的化学式为________。

(2)写出由E转变成F的化学方程式：__________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)常用________(填试剂名称)检验G中的阳离子，其现象为____________________。

(4)向G溶液中加入A的有关反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。

答案(1)FeCl2KCl
(2)4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
(3)KSCN溶液棕黄色溶液变为红色溶液
(4)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)赤铁矿的主要成分与铁锈的主要成分相同()
(2)Fe3O4可由单质直接化合而得到()
(3)FeCl2、FeCl3、Fe(OH)3都可通过化合反应生成()
(4)Fe3＋、Cu2＋、H＋、Fe2＋四种离子中氧化能力最强的是Fe3＋()
(5)在配制FeSO4溶液时，为防止FeSO4被氧化而变质，常在溶液中加入少量的铁粉()
(6)某溶液中滴加氯水，然后滴加KSCN溶液，溶液显红色，该溶液中一定含有Fe2＋() 答案(1)√(2)√(3)√(4)√(5)√(6)×
2．下列说法正确的是()
A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．Fe2O3为碱性氧化物，可与水反应生成Fe(OH)3
C．铁锈的主要成分是Fe2O3
D．Fe3O4中铁元素有＋2价和＋3价，Fe3O4是混合物
答案 C
解析赤铁矿、铁锈的主要成分均是Fe2O3，A错误，C正确；Fe2O3为碱性氧化物，但不与水反应，B错误；Fe3O4为化合物，不是混合物，D错误。

3．下列说法不正确的是()
A．铁的氧化物均为黑色固体，均难溶于水
B．Fe(OH)2在空气中易变质，生成红褐色Fe(OH)3
C．铁在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色的Fe3O4
D．氢氧化亚铁为白色絮状沉淀
答案 A
解析 FeO 是一种黑色粉末，Fe 2O 3是一种红棕色粉末，Fe 3O 4是一种磁性的黑色晶体。

4．向FeCl 3、CuCl 2的混合溶液中加入铁粉，充分反应后仍有固体存在，则下列判断不正确的是( )
A ．加入KSCN 溶液一定不变红色
B ．溶液中一定含Fe 2＋
C ．溶液中一定含Cu 2＋
D ．剩余固体中一定含Cu
答案 C
解析 溶液中Fe 3＋、Cu 2＋均具有氧化性，且氧化性：Fe 3＋>Cu 2＋，若加入的铁粉是少量的，Fe 3＋有剩余，加入KSCN 溶液仍会变红，但若Fe 3＋有剩余，则不会有Cu 置换出来，即没有固体存在。

铁粉无论与Fe 3＋还是与Cu 2＋反应，均生成Fe 2＋，若铁粉是过量的，则Cu 会被完全置换出来，溶液中无Cu 2＋。

5．化合物A 、B 组成元素相同，且B 为白色。

C 是一种与B 含有相同价态该金属元素的硫酸盐，向C 中加入适量的NaOH 溶液，可观察到生成的沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色沉淀A ，加热A 可得红棕色粉末D 。

回答下列问题：
(1)写出各物质的化学式：A________、B________、C________、D________。

(2)写出B 转化为A 的化学方程式：___________________________________________。

写出A 受热分解的化学方程式：_______________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案 (1)Fe(OH)3 Fe(OH)2 FeSO 4 Fe 2O 3
(2)4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=====△Fe 2O 3＋3H 2O
解析 解答本题的关键是抓住C 与NaOH 溶液反应的特征现象，确定A 是Fe(OH)3，C 是FeSO 4，B 为Fe(OH)2，D 为Fe 2O 3。

[对点训练]
题组一铁的氧化物
1．“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。

同是由黏土烧制的砖瓦，有的是黑色的，有的却是红色的，你猜测其中的原因可能是()
A．土壤中含有铁粉、二氧化锰等
B．黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑，红砖瓦则是添加了红色耐高温染料
C．土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色CuO和红色Cu
D．土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3
答案 D
解析黏土中含有铁元素，在烧制砖瓦时，与O2反应，生成氧化物，铁元素的氧化物有3种，FeO与Fe3O4为黑色，Fe2O3为红棕色，故D项正确。

2．某物质由铁和氧两种元素组成，实验测得铁元素与氧元素的质量比为21∶8，关于该物质的下列说法中不正确的是()
A．铁元素与氧元素物质的量比为3∶4
B．该物质可能为四氧化三铁
C．该物质一定为四氧化三铁
D．该物质可能为混合物
答案 C
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，该物质可能为Fe3O4；若FeO与Fe2O3混合物的物质的量比为1∶1时，混合物中铁元素与氧元素的物质的量比也为3∶4，该物质可能为混合物。

3．下列关于氧化铁和氧化亚铁的叙述中不正确的是()
A．都是碱性氧化物
B．都能与酸反应生成盐和水
C．都能与水反应生成氢氧化物
D．都能被一氧化碳还原为铁
答案 C
解析氧化铁和氧化亚铁都是不溶于水的碱性氧化物，都不能与水反应生成氢氧化物，都能与酸反应生成相应的盐和水，都具有氧化性，能被氢气、一氧化碳、金属铝等还原剂还原为铁单质。

题组二铁的氢氧化物
4．在空气中氢氧化亚铁白色沉淀可转化为红褐色沉淀。

关于该反应的下列叙述中不正确的是()
A．生成物为氢氧化铁
B．该反应是化合反应
C．该反应是氧化还原反应
D．氢氧化亚铁作氧化剂
答案 D
解析氢氧化亚铁易与氧气、水反应生成氢氧化铁，该反应既是化合反应，又是氧化还原反应，氢氧化亚铁是还原剂，氧气是氧化剂。

5．实验室制取氢氧化铁的一组试剂是()
A．氯化铁溶液和烧碱溶液B．氧化铁和烧碱溶液
C．氧化铁和水D．铁和水蒸气
答案 A
解析实验室常用可溶性铁盐溶液(如氯化铁溶液)与碱溶液(如烧碱溶液)反应来制取氢氧化铁沉淀。

6．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是()
A．①②B．①③
C．②③D．①②③
答案 B
解析因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3，故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的空气或氧气。

装置①是先用H2将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中，③中液面上加苯阻止了空气进入；②由于能接触到空气中的O2，故不能较长时间观察到白色沉淀。

题组三铁盐和亚铁盐
7．刻制印刷电路板时用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生反应为Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。

根据该反应判断下列说法不正确的是()
A．铜是还原剂B．Fe3＋具有氧化性
C．该反应是置换反应D．该反应属于离子反应
答案 C
解析该反应中铜元素化合价升高，被氧化，为还原剂；铁元素化合价降低，被还原，Fe3＋为氧化剂；生成物中没有单质，不是置换反应；但该反应为离子反应。

8．向某溶液中加入含Fe2＋的溶液后，无明显变化。

当再滴入几滴新制氯水后，混合溶液变成红色，则下列结论错误的是()
A．该溶液中一定含有SCN－
B．氧化性：Fe3＋>Cl2
C．Fe2＋与SCN－不能形成红色物质
D．Fe2＋被氧化为Fe3＋
答案 B
解析溶液中的Fe2＋与加入的新制氯水发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，故氧化性：Fe3＋<Cl2；能使含Fe3＋的溶液变为红色，说明原溶液中一定含有SCN－；因原溶液中加入含Fe2＋的溶液后，无明显变化，说明Fe2＋与SCN－不能形成红色物质。

9．选择合适试剂完成甲、乙两组实验。

甲组：检验含Fe3＋的溶液中是否含有Fe2＋；
乙组：检验含Fe2＋的溶液中是否含有Fe3＋。

下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是()
答案 B
解析甲组，在Fe3＋存在的条件下检验Fe2＋，要排除Fe3＋干扰。

所选试剂具备下列条件：一是能与Fe2＋发生有明显现象的反应；二是与Fe3＋不反应。

溴水符合条件，实验现象是溴水颜色变浅，酸性KMnO4溶液也符合条件：5Fe2＋＋MnO－4＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，实验现象是溶液的紫色变浅。

乙组，在Fe2＋存在的条件下检验Fe3＋，用KSCN溶液检验Fe3＋即可，Fe2＋不会造成干扰。

10．下列离子方程式正确的是()
A．铁跟FeCl3溶液反应：Fe＋Fe3＋===2Fe2＋
B．Fe跟稀盐酸反应：2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
C．FeCl2溶液跟Cl2反应：Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－
D．Fe(OH)3跟盐酸反应：Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
答案 D
解析A中电荷不守恒，应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；B中违反反应事实，应为Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑；C中电荷不守恒，应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。

11．为了防止枪支生锈，常采用化学处理使钢铁零件表面生成Fe3O4的致密保护层——“发蓝”。

化学处理过程中其中一步的反应为3Fe＋NaNO2＋5NaOH===3Na2FeO2＋H2O＋NH3↑。

下列叙述不正确的是()
A．枪支“发蓝”实质上是使铁表面钝化
B．上述反应中，铁被氧化
C．NO－2的氧化性大于FeO2－2的氧化性
D．反应中转移电子2 mol，生成还原产物8.5 g
答案 D
解析枪支“发蓝”的过程是使钢铁零件表面生成Fe3O4的致密保护层，即铁表面钝化，A 正确；该反应中铁被氧化成Na2FeO2，NaNO2被还原成NH3，氧化剂是NaNO2，氧化产物是Na2FeO2，NO－2的氧化性大于FeO2－2的氧化性，B、C正确；反应中转移电子2 mol，生成还原产物NH3的质量约为5.7 g，D错误。

12．(2017·北大附中检测)下列有关金属元素的说法正确的是()
A．铁红、铜绿都是铁、铜在空气中锈蚀生成的氧化物
B．硫酸铜可以用来配制农药
C．铜是重金属，使用铜器皿会使人体内蛋白质变性，从而引发中毒
D．铁盐的净水原理是铁盐能跟水中的悬浮物发生化学反应生成沉淀
答案 B
解析铜绿的主要成分为Cu2(OH)2CO3，A项错误；使用铜器皿不会中毒，C项错误；铁盐的净水原理：铁盐在水中形成胶体，吸附水中的悬浮杂质，D项错误。

[综合强化]
13．某学生小组为认识铁及其化合物的性质、分散系的性质做了如下一组综合实验，根据实验流程回答相关问题。

(1)请写出Fe2O3与①反应的离子方程式：_______________________________________
________________________________________________________________________。

(2)物质②为______________。

(3)请写出FeCl3与铁粉反应的化学方程式：_________________________________
________________________________________________________________________。

(4)向FeCl2溶液中滴加NaOH溶液最终生成Fe(OH)3浊液，该过程的现象为____________________________，此过程中发生的氧化还原反应为(用化学方程式表达)
________________________________________________________________________。

(5)将FeCl3饱和溶液滴入沸水中，并继续煮沸至红褐色，制得分散系③____________，它与FeCl3溶液、Fe(OH)3浊液的本质区别是_______________________________________。

答案(1)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
(2)NaOH溶液(其他合理答案也可)
(3)Fe＋2FeCl3===3FeCl2
(4)生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最终变成红褐色
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(5)Fe(OH)3胶体分散质粒子大小不同
解析(1)Fe2O3为碱性氧化物，能够与盐酸反应生成FeCl3和H2O。

(2)FeCl3溶液能够与碱反应生成Fe(OH)3，物质②可以是NaOH、NH3·H2O等。

(3)Fe3＋具有氧化性，能够氧化Fe：Fe＋2FeCl3===3FeCl2。

(4)Fe(OH)2是白色沉淀，能迅速被氧气氧化，会看到沉淀由白色迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，发生的氧化还原反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。

(5)将饱和氯化铁溶液滴入沸水中，继续煮沸至呈红褐色，得到的是Fe(OH)3胶体。

14．金属及其化合物在人类生活、生产中发挥着重要的作用。

印刷电路板由高分子材料和铜箔复合而成，刻制印刷电路时，工业上常用FeCl3溶液作为“腐蚀液”，有CuCl2和FeCl2生成。

如下是某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜并重新获得FeCl3溶液所采用的工艺流程图：
请回答下列问题。

(1)实验室中，检验溶液中存在Fe3＋的试剂是__________________，证明Fe3＋存在的现象是________________________________________________________________________。

(2)写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。

(3)写出上述流程图中加入或生成的有关物质的化学式：①__________________，
②________________________，④________________________。

(4)含有②的滤液与⑤反应的化学方程式为________________________________。

答案(1)KSCN溶液溶液变成红色
(2)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(3)Fe FeCl2HCl
(4)2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
解析废液中含有FeCl2、CuCl2、FeCl3，向废液中加入过量Fe，发生的离子反应为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu，然后过滤，滤液中含有FeCl2，滤渣中含有Cu、Fe，向滤渣中加入过量盐酸，Fe溶解，Cu不溶解，然后过滤得到金属单质Cu，滤液中含有FeCl2，向FeCl2滤液中通入过量Cl2，发生的离子反应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，从而得到FeCl3溶液。

(1)Fe3＋和KSCN溶液混合生成络合物硫氰化铁而使溶液呈红色，可以用KSCN溶液检验Fe3＋。

(2)氯化铁具有氧化性，能氧化Cu生成铜离子，自身被还原生成氯化亚铁，离子反应方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

(3)通过以上分析知，①②④分别是Fe、FeCl2、HCl。

(4)FeCl2与Cl2发生氧化还原反应生成FeCl3，化学方程式为2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。