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3.1.1铁及其化合物导学案
1、了解铁单质的物理和化学性质。
2、了解FeO、Fe2O3、Fe3O4的性质和应用。
3、掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备和性质。
4、掌握Fe2＋、Fe3＋的检验方法及相互转化。
一、铁单质
1、铁在自然界中主要以 +2、+3 价化合物的形式存在于矿石中。
2、铁有延展性和导热性。
3、铁的化学性质比较活泼，它能与许多物质发生化学反应。铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。铁与氧化性较弱的氧化剂（如盐酸、硫酸铜等）反应。红热的铁能与水蒸气发生反应，生成四氧化三铁和氢气。
二、铁的重要化合物
1、铁元素可以形成三种氧化物，分别是氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）
2、Fe2O3是一种红棕色粉末，俗称铁红，通常作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料。
3、铁有两种氢氧化物，它们可以分别由相对应的可溶性盐与碱溶液反应而制的。
FeSO4 + 2NaOH = Fe（OH）2 + Na2SO4
4Fe（OH）2 + O2 + 2H2O = 4 Fe（OH）3
4、Fe3+ 的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色，我们可以利用这一反应检验Fe3+的存在。
5、铁盐遇到较强的还原剂会被还原成亚铁盐，亚铁盐在较强的氧化剂作用下会被氧化成铁盐，即Fe3+ 和 Fe2+ 在一定条件下是可以相互转化的。
一、铁的单质
1、铁在自然界中主要以 +2、+3 价化合物的形式存在于矿石中。
2、铁有延展性和导热性。
3、铁的化学性质比较活泼，它能与许多物质发生化学反应。铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。铁与氧化性较弱的氧化剂（如盐酸、硫酸铜等）反应。
在常温下铁与水不反应，在高温下铁与水蒸气发生反应。化学反应方程式为：
3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2
注意：①试管口略向下倾斜。
②酒精灯先放在湿棉花的位置加热一会儿，待有部分水蒸气形成时，再将酒精灯移至放铁粉的位置加热。
③加热一会儿再将导管插入到肥皂液中，因为开始时出来的是空气。
④肥皂液不宜太稀。
⑤实验结束，应先从肥皂液中撤出导管，再移去酒精灯，以防产生倒吸现象。
特别提醒：①铁与水蒸气反应生成的是Fe3O4，不是碱。②Fe3O4为黑色晶体，俗名为磁性氧化铁。
二、 铁的氧化物
1、铁的单质与其他物质反应时，既可以失去两个电子，也可以失去三个电子，也就是说在化合物中铁有＋2价和＋3价两种化合价，那么它的氧化物应该有多种，这些氧化物的性质如何呢？
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 —— 铁红 磁性氧化铁
色态 黑色粉末 红棕色固体 黑色晶体
价态 ＋2 ＋3 1/3＋2价， 2/3＋3价
水溶性 不溶 不溶 不溶
与酸的反应 FeO＋2H＋=== Fe2＋＋H2O遇氧化性酸生成Fe3＋盐 Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
与CO的反应 FexOy＋yCO xFe＋yCO2
2、铁的氢氧化物
探究实验：向两支试管中分别加入少量FeCl3和FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液，观察现象。
思考：(1)两试管中现象是否相同？
(2)为了使FeSO4与NaOH溶液反应现象更明显，可采取怎样的措施？
氢氧化铁和氢氧化亚铁的性质
氢氧化亚铁 氢氧化铁
组成和价态 (OH)2 (OH)3
物质类别 二元弱碱 三元弱碱
物理 性质 色态 白色固体 红褐色固体
溶解性 难溶于水 难溶于水
氢氧化亚铁 氢氧化铁
化学性质 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 2Fe(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
氢氧化亚铁 氢氧化铁
制法 可溶性亚铁盐与 碱反应 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ Fe2＋＋2NH3·H2O ===Fe(OH)2↓＋2 NH 可溶性铁盐与碱反应Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓ Fe3＋＋3NH3·H2O ===Fe(OH)3↓＋3NH
3、Fe(OH)2的制备
(1)操作
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插入新制备的亚铁盐溶液的液面以下，缓慢挤出NaOH溶液。
(2)原理
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
(3)注意事项
①Fe2＋必须是新制的并放入Fe粉，以防Fe2＋被氧化成Fe3＋；②除去溶液中溶解的O2，其方法是加热煮沸NaOH溶液；③滴管末端插入试管内的液面以下；④必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。
(4)改进方法
为了防止Fe(OH)2被O2氧化，在制备Fe(OH)2时，一般从两个角度考虑，一是反应试剂，二是反应环境。
①反应试剂
取用最新配制的FeSO4溶液；NaOH溶液加热煮沸并冷却后使用，以驱除溶液中溶解的O2。
②反应环境
方法1：装置如右图所示。在试管中加入适量的5%FeSO4溶液，并覆盖一层苯，再用长滴管注入不含O2的1 mol·L－1NaOH溶液。由于苯的液封作用，防止了生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀。
方法2：装置如下图所示。实验时，先打开弹簧夹K，再将分液漏斗的旋塞打开，使稀硫酸与铁粉作用，用产生的H2排出装置中的空气；然后关闭K，使生成的H2将试管中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可较长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀。若拔去广口瓶上的橡皮塞，则白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。
特别提醒：①Fe(OH)2在空气中加热，在分解的同时被O2氧化，化学方程式为：4Fe(OH)2＋O2 2Fe2O3＋4H2O，所以在空气中加热Fe(OH)2得不到FeO。
②Fe(OH)2、Fe(OH)3制备时，铁盐与强碱或弱碱反应均可，它们均不溶于过量的碱液中。
③在含Fe2＋的溶液中滴入NaOH溶液时，开始产生白色沉淀，迅速变为灰绿色[已有部分Fe(OH)2被空气氧化为Fe(OH)3]，最后慢慢变为红褐色[全部氧化为Fe(OH)3]，即现象是：白色沉淀→灰绿色沉淀→红褐色沉淀。
④要观察Fe(OH)2的稳定的白色沉淀，应注意以下几点：
a．排除亚铁盐溶液中的Fe3＋，以免Fe3＋直接与OH－反应生成Fe(OH)3。
b．尽量排除溶液中溶解的O2，以减慢Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3的速率。
实验中亚铁盐溶液要现用现配制，不能用久置的亚铁盐溶液，同时在溶液中加入铁屑以防止Fe2＋被氧化生成Fe3＋。配制碱溶液的蒸馏水也要用新制备的，把滴管的尖嘴插入液面下再加入碱溶液，则可观察到白色絮状沉淀。
4、Fe2＋和Fe3＋的检验
(1)两支试管中分别加入少量FeCl2溶液和FeCl3溶液，各滴入几滴KSCN溶液，二者现象是否相同？
(2)怎样检验Fe2＋和Fe3＋的溶液？
(3)若向FeCl3溶液中先加入一定量Fe粉，再滴入KSCN溶液，有何现象？若再滴入氯水又会有什么现象？这说明Fe3＋、Fe2＋具有什么性质？
Fe2＋ Fe3＋
(1)观察法 浅绿色 棕黄色
(2)加碱法 ①现象：白色沉淀 灰绿色 红褐色沉淀 ②反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色) 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O ===4Fe(OH)3↓(红褐色) ①现象：红褐色沉淀 ②反应： Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色)
Fe2＋ Fe3＋
(3)加盐(SCN－)法 ①现象：加入KSCN溶液无明显现象，再滴入氯水变成红色溶液 ②反应：2Fe2＋＋Cl2 ===2Fe3＋＋2Cl－ Fe3＋ ＋3SCN－=== Fe(SCN)3(红色) ①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色 ②反应：Fe3＋＋3SCN－=== Fe(SCN)3(红色)
特别提醒：含Fe3＋的溶液与含SCN－的溶液混合后的现象不是出现红色沉淀，而是红色溶液。
Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的三角转化
Fe的化合价为0，是最低价态，单质铁只表现还原性，Fe2＋中铁的化合价为＋2价，处于中间价态，Fe2＋既有氧化性，又有还原性，Fe3＋中铁的化合价为＋3价，为最高价态，Fe3＋只具有氧化性。
1、某铁的“氧化物”样品，用5 mol/L盐酸140 mL恰好完全溶解，所得溶液还能吸收标准状况下0.56 L氯气，使其中Fe2＋全部转化为Fe3＋。该样品可能的化学式是( )
A．Fe2O3 B．Fe3O4 C．Fe4O5 D．Fe5O7
2、m g铁粉与Fe2O3组成的混合物投入到足量的稀H2SO4中，在标准状况下收集到VL H2，所得溶液遇KSCN溶液不显红色，则混合物中Fe2O3的物质的量为( )
A．2.5V mol B.mol C.mol D.mol
3、向一定量的FeO、Fe、Fe3O4的混合物中加入100 mL 1 mol·L－1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL(标准状况)的气体，在所得溶液中经检验无Fe3＋。若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物，能得到铁的质量是( )
A．11.2 g B．5.5 g C．2.8 g D．无法计算
4、下列物质不能通过化合反应得到的是(　　)
A．Al(OH)3 B．Fe(OH)3 C．Al2O3 D．Fe3O4
5、在氯化铁、氯化铜和盐酸的混合溶液中加入铁粉，待反应结束后，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是(　　)
A．Cu2＋ B．Fe3＋ C．Fe2＋ D．H＋
参考答案
自主学习
一、铁单质
1、+2、+3
3、四氧化三铁和氢气。
二、铁的重要化合物
1、氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）
2、铁红
3、FeSO4 + 2NaOH = Fe（OH）2 + Na2SO4
4Fe（OH）2 + O2 + 2H2O = 4 Fe（OH）3
4、KSCN
随堂检测
1、解析：该Fe的氧化物中Fe的化合价必为＋2、＋3两种，只要求出氯化物中Fe2＋、Fe3＋的物质的量，便可知其化学式。
设氧化物中Fe2＋为a mol
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
2 1
a ＝0.025
2∶1＝a∶0.025
a＝0.05 mol
再依据Cl原子守恒知Fe2＋结合Cl－的物质的量为0.05×2＝0.1 mol。
Fe3＋结合Cl－的物质的量为0.7－0.1＝0.6 mol
由FeCl3===Fe3＋＋3Cl－知FeCl3的物质的量为0.2 mol即n(Fe3＋)＝0.2 mol
则n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4
故FeO·2Fe2O3即Fe5O7
答案：D
2、解析：所得溶液遇KSCN溶液不显红色，则知反应所得溶液中无Fe3＋，仅有Fe2＋，则反应的化学方程式为：
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
56g 22.4L
2.5Vg VL
设混合物中Fe2O3的物质的量为x，则
Fe　＋　Fe2O3＋3H2SO4===3FeSO4＋3H2O
xmol xmol
依题意有：56x＋160x＝m－2.5V，
x＝mol。
答案：B
3、答案：C
4、解析：　不溶于水的氧化物，不能与水反应制取相应的氢氧化物，如Fe2O3不溶于水，不能与水化合生成Fe(OH)3，但反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3为化合反应。
答案：　A
5、解析：　因所剩固体能被磁铁吸引，说明Fe有剩余，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，即Fe3＋、Cu2＋、H＋等可与Fe反应，不可能存在较多。
答案：　C

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