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第3讲　铁及其氧化物和氢氧化物(基础课)
【复习目标】　
1．掌握铁的主要性质及应用。
2．知道不同价态的铁的氧化物的主要性质和用途。
3．掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的性质及Fe(OH)2的制备方法。
1.铁的原子结构
Fe的价层电子排布式为______，是应用最广泛的铁位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族。
过渡金属元素，其原子结构示意图：_________________。
3d64s2
2．铁单质
(1)物理性质
具有银白色金属光泽，熔点较高，能导电，有导热性和延展性，能被________吸引。
磁体

②与水蒸气的反应：_________________________________。
③与酸反应
Fe与H＋：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；
常温下，Fe遇浓HNO3、浓H2SO4发生钝化反应，加热时可将铁氧化为________价铁盐。
④与某些盐溶液的反应
与CuSO4溶液反应的离子方程式：
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
与FeCl3溶液反应的离子方程式：_________________________。
＋3
Fe＋2Fe3+===3Fe2+


[微思考]　(1)铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是________，而铁在纯氧中燃烧的产物是________。
(2)铁与卤素单质Cl2、Br2、I2反应，产物中铁的化合价是否相同？并说明原因？
Fe2O3
Fe3O4
提示：不相同 因为氧化性Cl2＞Br2＞Fe3+＞I2，所以铁与Cl2、Br2反应产物中Fe为＋3价，而铁与I2反应产物中Fe为＋2价
关键能力 · 拓展教材
1.下列关于铁的说法正确的是(　　)
A．铁在空气中点燃剧烈反应，火星四射
B．铁在硫蒸气中燃烧生成黑色的硫化铁
C．已知Fe能和CuSO4溶液反应，推测Fe与AgNO3溶液也能反应
D．铁与过量的盐酸反应的离子方程式：2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
答案：C
2．某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁粉与水蒸气反应”的实验，并检验产物的性质。

答案：D
3．为了探究铁与硫反应产物中铁的化合价，下面是某同学设计的实验过程的一部分：
回答下列问题：
(1)混合粉末A中硫粉过量的原因是
答案：防止因铁粉过量而使滤渣C中含铁粉，剩余铁粉与H2SO4反应生成Fe2+干扰实验
(2)反应在“稀有气体环境”中进行的原因是________________________。
(3)操作①是用烧热的玻璃棒点触混合粉末，反应即可持续进行，说明_______________________________________________。
(4)操作②的作用是__________________，反应的化学方程式是_____________________________，也可改用________（填化学式）。
防止空气中的O2参与反应
硫和铁粉反应是放热的
除去混合物中的硫粉
3S＋6KOH 2K2S＋K2SO3＋3H2O
CS2
解析：(1)实验目的为探究铁和硫反应产物中铁元素的化合价，铁粉和硫粉在稀有气体环境中反应生成硫化亚铁，如果铁粉过量，过量的铁粉与硫酸反应生成Fe2+会干扰实验产物的检验，所以混合粉末A中硫粉必须要过量，保证铁粉完全反应。(2)四氧化三铁为黑色固体，铁能和氧气反应生成四氧化三铁，硫和氧气反应生成二氧化硫，混合粉末A中硫粉反应在“稀有气体环境”中进行的原因是防止Fe和硫被氧化，尤其是Fe被氧化成Fe3O4而干扰实验。(3)因硫和铁粉反应是放热反应，所以用烧热的玻璃棒点触，该反应即能持续进行。
(4)操作②在黑色固体中加入热的氢氧化钾溶液，除去混合物中过量的硫粉；硫和氢氧化钾反应生成硫化钾和亚硫酸钾，化学方程式为3S＋6KOH 2K2S＋K2SO3＋3H2O；硫可以溶解在二硫化碳中，故可以改用CS2。
必备知识 · 助学教材
1.物理性质
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4也可表示为FeO·Fe2O3
俗称 — ________ ____________
色态 黑色粉末 ________色粉末 黑色晶体
水溶性 不溶于水 不溶于水 不溶于水
铁的价态 ＋2价 ＋3价 ____________
铁红
磁性氧化铁
红棕
＋2价、＋3价

2Fe＋3CO2
2Fe＋Al2O3
关键能力 · 拓展教材
一、铁的氧化物的性质
1．(2024·黑龙江哈尔滨模拟) 铁的氧化物在中学化学中经常提到的有FeO、Fe2O3和Fe3O4，而且在一定条件下，它们之间是可以相互转化的，例如在1 400 ℃以上的温度下加热Fe2O3时，Fe2O3会部分失去氧，生成Fe3O4，下列有关说法正确的是(　　)
A．FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体
B．Fe3O4中既有＋2价的铁，又有＋3价的铁，所以Fe3O4是一种混合物
C．热稳定性Fe2O3>Fe3O4
D．FeO、Fe2O3和Fe3O4均可与盐酸反应，且反应类型均为复分解反应
答案：D
2．写出下列反应的离子方程式。
(1)FeO溶于足量稀硝酸中：___________________________________。
(2)Fe2O3溶于足量HI溶液中：______________________________。
Fe2O3＋6H＋＋2I－===2Fe2+＋I2＋3H2O
二、铁的氧化物组成分析
3．有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 mol·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，计算确定该氧化物的化学式。
答案：Fe5O7
解析：根据2Fe2+＋Cl2===2Fe3+＋2Cl－，可知铁的氧化物样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)＝0.025 mol×2＝0.05 mol，根据电荷守恒得2n(Fe2+)＋3n(Fe3+)＝n(Cl－)，则n(Fe3+)＝0.2 mol，故n(Fe2+)∶n(Fe3+)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。
4．准确称取某种铁的氧化物2.88 g，用足量的CO进行还原，将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4.00 g，计算确定该氧化物的化学式。
答案：FeO
必备知识 · 助学教材
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
色、态 ______色固体 红褐色固体
与盐酸反应 Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
受热分解 — ______________________
制法 可溶性亚铁盐与碱溶液反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 可溶性铁盐与碱溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
二者的关系 在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是___________________________，最后变成________，化学方程式为__________________________________
白
白色絮状沉淀迅速变成灰绿色
红褐色
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
关键能力 · 拓展教材
一、Fe(OH)2的制备
1．用FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2。
(1)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
(2)用硫酸亚铁晶体配制FeSO4溶液时还需要加入______________。
煮沸
稀H2SO4、铁屑
(3)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液，这样操作的理由是___________________________________。
避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
2．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________ (填标号)。
①②③⑤
[归纳总结]　防止Fe(OH)2被氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，除去溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。
二、Fe(OH)2制备实验的拓展
3．醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题：
(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是____________________，仪器a的名称是________。
(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开K1、K2，关闭K3。
①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为________________________。
②同时c中有气体产生，该气体的作用是__________________。
除去水中溶解的氧气
分液漏斗
Zn ＋ 2Cr3+===Zn2+ ＋ 2Cr2+
排尽装置c中的空气
(3)打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点：
冷却结晶
过滤
答案：敞开体系，醋酸亚铬会与空气接触而被氧化，且缺少氢气的处理装置
解析：醋酸亚铬在气体分析中用作氧气吸收剂，说明亚铬离子具有强还原性，易与氧气反应，则制备实验中应避免接触氧气，实验时，将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置，打开K1、K2，关闭K3，盐酸与锌反应可生成氢气，可将装置内的空气排出，避免亚铬离子被氧化，且发生Zn＋2Cr3+===Zn2+＋2Cr2+，可观察到c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，打开K3，关闭K1和K2，c中压强增大，可使亮蓝色溶液流入d，可生成醋酸亚铬砖红色沉淀。(1)为避免亚铬离子被氧化，应除去水中的溶解氧，实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是除去水中溶解的氧气。
(2)①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，说明生成亚铬离子，该反应的离子方程式为Zn ＋ 2Cr3+===Zn2+ ＋ 2Cr2+。②盐酸与锌反应可生成氢气，可将装置内的空气排出，避免亚铬离子被氧化。(3)打开K3，关闭K1和K2。c中压强增大，c中亮蓝色溶液流入d，d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
教考互应　命题溯源悟真谛——考教衔接突出创新性应用性
命题溯源
【示例】　(2024·山东卷，5)物质性质决定用途，下列两者对应关系错误的是(　　)
A．石灰乳除去废气中二氧化硫，体现了Ca(OH)2的碱性
B．氯化铁溶液腐蚀铜电路板，体现了Fe3＋的氧化性
C．制作豆腐时添加石膏，体现了CaSO4的难溶性
D．用氨水配制银氨溶液，体现了NH3的配位性
答案：C
[教材溯源]　B项中氯化铁溶液腐蚀铜电路板源于人教版必修第一册第74页中的“探究:利用覆铜板制作图案”;C项中豆腐的制作源于人教版必修第二册第115页中“研究与实践”的豆腐的制作;D项中银氨溶液的配制源于人教版选择性必修2第 97页中的“实验3-5”。
[价值引领]　本题以生活与生产中四个情景为素材，从化学与环境、化学与生活、化学与生产等几个层面考查考生对物质性质与用途的掌握情况。与《课程标准》学业质量水平1中“能运用所学的化学知识和方法分析讨论生产、生活中简单的化学问题”以及学业质量水平2中“能分析物质性质与用途的关系”的要求吻合。本题能力要求较低，主要考查考生逻辑推理与论证能力。
[关键能力]　
A项，
B项，氯化铁溶液腐蚀铜电路板→发生的反应为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋→Fe的化合价降低→体现了Fe3＋的氧化性→所以正确；
C项，制作豆腐时添加石膏→利用的是电解质使胶体发生聚沉这一性质→与CaSO4难溶性无关→所以错误；
D项，银氨溶液的配制是在硝酸银溶液中逐滴加入氨水→最后生成易溶于水的Ag(NH3)2OH→Ag(NH3)2OH中Ag＋和NH3之间以配位键结合→体现了NH3的配位性→所以正确。
[考教衔接]　备考时，要引导学生掌握源于教材中的基础知识。除教材中的主栏目和实验外，还包括课后习题和相关栏目中的内容。
真题体验
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)浓硝酸与铁在常温下不反应，所以可用铁质容器贮运浓硝酸(202浙江6月卷，9C)(　　)
(2)工人将模具干燥后再注入熔融钢水，是因为铁与H2O高温下会反应(2022广东卷，6C)(　　)
(3)将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2(2019天津，3A)(　　)
(4)铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·nH2O(2020浙江1月卷，9B)(　　)
×
√
√
√
答案：B
1．下列对铁元素的认识正确的是(　　)
A．铁有两种不溶于水的氢氧化物
B．铁在自然界中不存在单质形态
C．铁元素是地壳中含量最多的金属元素
D．自然界存在的铁元素均显＋3价
答案：A
2．下列反应既可得到正二价铁又可得到正三价铁的是(　　)
A．铁在纯氧中燃烧
B．铁与稀硫酸反应
C．铁在氯气中燃烧
D．铁粉与硫粉混合加热
答案：A
3．下列关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的说法不正确的是(　　)
A．铁元素的化合价不完全相同
B．氧元素的化合价完全相同
C．氧化亚铁俗称铁红，为红棕色固体
D．铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体
答案：C
4．下列关于铁及其化合物的叙述正确的是(　　)
A．氢氧化铁受热分解可制得Fe3O4
B．Fe2O3、Fe3O4都有磁性
C．FeO不稳定，在空气里受热，能迅速被氧化
D．高温下，铁能与水蒸气反应生成Fe2O3
答案：C
5．实验室用FeCl2溶液和烧碱制备Fe(OH)2，为使生成的产物不被氧化，下列采取的措施错误的是(　　)
A．配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水要煮沸
B．可在FeCl2溶液的上面加一层苯，以隔绝空气
C．向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，胶头滴管尖嘴不能伸入试管中
D．产生Fe(OH)2沉淀后，不能振荡试管
答案：C
6．根据Fe(OH)3的物质类别和元素化合价推测，下列物质不与其反应的是(不考虑溶解氧)(　　)
A．潮湿的空气 B．盐酸
C．新制氯水 D．烧碱溶液
答案：D
请回答下列问题：
(1)仪器1的名称为________。装置5的作用______________________。
(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进，使溶液能进入4中________________________。
(3)装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因___________________。
分液漏斗
液封，防止空气进入装置4
在装置2、3之间添加控制开关
装置4内的空气没有排尽
8．下列有关铁元素的叙述中，错误的是(　　)
A．自然界中存在赤铁矿、磁铁矿等铁矿石，说明铁的氧化物与水难以直接化合
B．铁是较活泼的金属，但它与卤素(X2)反应的生成物不一定为FeX3
C．氢氧化铁与氢碘酸反应的化学方程式为Fe(OH)3＋3HI===FeI3＋3H2O
D．Fe2O3能与铝粉发生置换反应放出大量热，可用于焊接钢轨
答案：C
9. 铁的常见化合价有＋2和＋3。据研究，铁在浓硝酸中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以表示为FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物为(　　)
A．FeO·3Fe2O3 B．FeO·2Fe2O3
C．2FeO·3Fe2O3 D．2FeO·Fe2O3
答案：C
10．废铁屑制Fe2O3的一种流程如图：
下列说法不正确的是(　　)
A．热的纯碱溶液可去除废铁屑表面的油污
B．操作a是萃取
C．冰水既可洗去杂质又可减少固体的溶解
D．Fe2O3可用作红色颜料
答案：B
解析：操作a是过滤，B项错误。
11．由硫铁矿烧渣(主要成分为Fe3O4、Fe2O3、FeO和SiO2)制备绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如图，已知：FeS2难溶于水。
答案：D
C项，因为亚铁离子易被氧化，所以步骤③须控制条件防止氧化，正确；D项，将溶液b加热至有晶膜出现时，冷却、结晶、过滤即可，蒸干的过程中，绿矾可能会失去结晶水，从而不能得到纯净的绿矾，错误。
12．(8分)用如图所示装置(夹持仪器省略)制备氢氧化亚铁。
实验步骤如下：
Ⅰ.检查装置气密性后，关闭K2、K5、K6，打开K1、K3、K4，使装置A中产生的气体进入装置B中，排尽装置B中空气。
Ⅱ.待装置B中空气排尽后，关闭K3，打开K2，将装置A中溶液压入装置B中并观察现象。
Ⅲ.关闭K1、K2，打开K5、K6，使装置C中气体通入装置B中并观察现象。
回答下列问题：
(1)仪器a的名称是______________，B中长玻璃管的作用是_______________________________。
(2)装置A中金属离子的检验方法是_________________________。
恒压滴液漏斗
平衡气压，辅助排出装置B中的空气
答案：取少量装置A烧瓶中的液体于洁净试管中，滴加几滴KSCN溶液，无红色出现，再滴加H2O2，溶液变为红色，则证明溶液中存在Fe2＋
(3)步骤Ⅲ装置B中的现象是_________________________________，其发生反应的化学方程式为___________________________。
白色沉淀逐渐变为灰绿色，最后变为红褐色
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
13．(12分)实验室用下面装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，D装置的硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。
(1)如何检查装置A的气密性？
(2)为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，必须进行的操作是______________________。
答案：关闭a，从球形漏斗口加水，待水从漏斗管上升与容器的水面形成一段水柱差，停止加水，静置片刻，如水柱不下降，证明其气密性良好
在b出口处检验氢气的纯度
(3)装置B的作用是______________________。装置C中装的液体是________，所起的作用是_________________________________。
(4)点燃D处的酒精灯，写出在硬质双通玻璃管中发生反应的化学方程式___________________________________________。
(5)若FeO和Fe2O3固体混合物的质量为23.2 g，反应完全后U形管的质量增加7.2 g，则混合物中Fe2O3的质量为________。
除去H2中混有的HCl气体
浓硫酸
干燥氢气
16 g

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