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第12讲　铁及其氧化物、氢氧化物
1.了解铁的主要性质及其在生产、生活中的应用。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。
考点一　铁及其氧化物
1.铁元素
(1)存在:主要以化合态的形式存在。自然界中游离态的铁存在于陨铁中。
(2)周期表中的位置:基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,位于第四周期第Ⅷ族。
2.铁的单质
(1)物理性质
铁是银白色固体,熔点较高,具有良好的导热、导电、延展性,能被磁体吸引。
(2)化学性质
铁的性质活泼,有较强的还原性,主要被氧化为+2价和+3价,但纯铁有很强的抗腐蚀能力。
如图所示的装置可实现铁和水蒸气的反应。
(1)加热湿棉花的目的是提供水蒸气,使之与还原铁粉在高温下发生反应。
(2)B处酒精灯上网罩的作用是集中火焰,产生高温,实验开始时,应先点燃A处酒精灯,目的是用水蒸气排尽装置中的空气。
(3)将产生的气体导入肥皂液中的目的是产生气泡,便于点燃验证产物中的气体。
3.铁的氧化物
(1)物理性质与用途
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 — 铁红 磁性氧化铁
色、态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体
铁元素的价态 +2价 +3价 +2价、+3价
用途 用于瓷器制作 用作红色颜料 用作磁性材料
(2)化学性质
稳定性 FeO不稳定,在空气中受热,能迅速被氧化成Fe3O4
和非氧化性酸反应(如稀硫酸) FeO+2H+===Fe2++H2O; Fe2O3+6H+===2F+3H2O; Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O
和氧化性酸反应 FeO与稀硝酸反应: 3FeO+10H++N===3Fe3++NO↑+5H2O
和还原性酸反应 Fe2O3与氢碘酸反应: Fe2O3+6H++2I-===2Fe2++ I2+3H2O
一、铁单质的性质
1.(2025·黑龙江哈尔滨模拟)下列关于铁的说法正确的是(　C　)
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↑
2.用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验,下列有关说法正确的是(　C　)
A.实验时,先点燃酒精喷灯再点燃酒精灯
B.反应中H2O作氧化剂,发生反应的化学方程式为2Fe+3H2O===Fe2O3+3H2
C.干燥管中加入的固体干燥剂可以是无水氯化钙
D.收集反应产生的气体选用装置②
解析:实验时,应先用水蒸气排出装置中的空气,即先点燃酒精灯再点燃酒精喷灯,A错误;铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,B错误;氢气是中性气体,可以用无水氯化钙干燥,C正确;收集的是氢气,密度比空气小,应用向下排空气法,选用装置①,D错误。
二、铁的氧化物的性质、组成
3.(2025·江苏南京模拟)下列关于铁的三种氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)的叙述中正确的是(　C　)
A.铁的三种氧化物中铁元素的化合价完全相同
B.都是金属氧化物,都能与盐酸反应生成FeCl3和水
C.FeO在空气中加热可生成更稳定的Fe3O4
D.Fe3O4中铁元素有+2价和+3价,它是一种混合物
解析:A项,FeO中铁的化合价为+2价,Fe2O3中铁元素的化合价为+3价,Fe3O4为复杂的氧化物,其中铁的化合价可以看作是由+2、+3价组成的,错误;B项,FeO与盐酸反应生成FeCl2和水,Fe3O4与盐酸反应生成FeCl3、FeCl2和水,错误;C项,FeO在空气中加热可生成更稳定的Fe3O4,正确;D项,Fe3O4是复杂的化合物,属于纯净物,错误。
4.(2025·内蒙古包头模拟)铁的常见化合价有+2价和+3价。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(　C　)
A.FeO·3Fe2O3 B.FeO·2Fe2O3
C.2FeO·3Fe2O3 D.2FeO·Fe2O3
解析:FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为7︰10,不符合8︰11,故A不符合题意;FeO·2Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为5︰7,不符合8︰11,故B不符合题意;2FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为8︰11,故C符合题意;2FeO·Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为4︰5,不符合8︰11,故D不符合题意。
确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m︰n,则氧化物中n(Fe)︰n(O)==a︰b。
(1)若a︰b=1︰1,则铁的氧化物为FeO;
(2)若a︰b=2︰3,则铁的氧化物为Fe2O3;
(3)若a︰b=3︰4,则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1︰1组成的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为1︰1,Fe3O4的物质的量为任意值)。
考点二　铁的氢氧化物
1.Fe(OH)2和Fe(OH)3的性质比较
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
色、态 白色固体 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 — 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
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,现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2.Fe(OH)2的制备
(1)制备原理:Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。
(2)成功关键:溶液中不含O2等氧化性物质;制备过程中保证生成的Fe(OH)2在密闭、隔绝空气体系中。
(3)常用方法
有机覆 盖层法 将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到FeSO4溶液液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应
还原性 气体保 护法 先在装置Ⅰ中生成FeSO4溶液,并利用生成的H2将装置内的空气排尽后,再把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀
电解法 用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖一层苯(或煤油)
判断正误。
(1)既可通过复分解反应,又可通过化合反应制取Fe(OH)3。(　√　)
(2)Fe(OH)3与氢碘酸反应生成FeI3。(　×　)
(3)Fe(OH)2与HNO3发生反应的离子方程式为Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O。(　×　)
(4)Fe(OH)3在空气中加热分解生成Fe2O3,则Fe(OH)2在空气中加热分解生成FeO。(　×　)
(5)向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液,边加边搅拌,即可制得白色的Fe(OH)2。(　×　)
1.某化学兴趣小组同学设计以下实验探究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用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入稀硫酸、铁屑。
②除去蒸馏水中溶解的O2常采用煮沸的方法。
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)利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀,如图所示,已知两电极的材料分别为石墨和铁。
①a电极的材料应为Fe,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+。
②电解液c可以是BC(填字母)。
A.纯水 B.NaCl溶液
C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
③d为苯,其作用是隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化,在加入苯之前对电解液c应作何简单处理 加热煮沸,排出溶解的O2。
④若c为Na2SO4溶液,当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,另一明显现象为白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色。
2.某同学设计如图所示的装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。请回答下列问题:
(1)仪器1的名称是分液漏斗。装置5的作用是液封,防止空气进入装置4。
(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,发现装置3中溶液不能进入装置4中。请为装置做一处改进,使溶液能进入装置4中:在装置2、3之间添加控制开关。
(3)装置改进后,将装置3中反应后的溶液压入装置4中,在装置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:装置4内的空气没有排尽。
1.(2025·北京卷)我国科研人员在研究嫦娥五号返回器带回的月壤时,发现月壤钛铁矿(FeTiO3)存在亚纳米孔道,吸附并储存了大量来自太阳风的氢原子。加热月壤钛铁矿可生成单质铁和大量水蒸气,水蒸气冷却为液态水储存起来以供使用。下列说法不正确的是(　B　)
A.月壤钛铁矿中存在活泼氢
B.将地球上开采的钛铁矿直接加热也一定生成单质铁和水蒸气
C.月壤钛铁矿加热生成水蒸气的过程中发生了氧化还原反应
D.将获得的水蒸气冷却为液态水的过程会放出热量
2.(2024·新课标卷)实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气反应。下列说法错误的是(　B　)
A.反应为3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更佳
C.用火柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
解析:酒精灯放在铁粉下方加热可以产生高温,且不影响水的蒸发,若移至湿棉花下方则难以产生高温,实验效果不好,B错误。
3.下列叙述正确的是(　D　)
A.(2021·浙江1月选考)铁粉与氧化铝发生的铝热反应可用于焊接铁轨
B.(2022·北京卷)向NaOH和Fe(OH)2的悬浊液中通入空气生成红褐色沉淀,此过程因发生氧化还原反应使溶液pH减小
C.(2022·辽宁卷)由金属性:Fe>Cu推理得氧化性:Fe3+D.(2021·湖南卷)FeO粉末在空气中受热,迅速被氧化成Fe3O4
解析:铝热反应中的反应物是铝单质与金属氧化物,A错误;向NaOH和Fe(OH)2的悬浊液中通入空气,发生氧化还原反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,消耗水,c(OH-)增大,pH增大,B错误;由金属性:Fe>Cu可推出氧化性:Cu2+>Fe2+,但氧化性:Fe3+>Cu2+,C错误;氧化亚铁具有较强的还原性,在空气中受热容易被氧气氧化为稳定的四氧化三铁,D正确。
4.(2025·河南卷)X是自然界中一种常见矿物的主要成分,可以通过如图所示的四步反应转化为Q(略去部分参与反应的物质和反应条件)。已知X和Q的组成元素相同。
下列说法错误的是(　C　)
A.Y常用作油漆、涂料等的红色颜料
B.溶液Z加热煮沸后颜色会发生变化
C.R→Q反应需要在强酸性条件下进行
D.Q可以通过单质间化合反应制备
解析:X是自然界中一种常见矿物的主要成分,根据溶液Z、R和固体Q的颜色可知X中含有铁元素,根据固体颜色可知X是FeS2,Y是Fe2O3,溶液中Z含有Fe3+,溶液R中含有Fe2+,Q是FeS。FeS与强酸发生反应生成H2S,所以R→Q反应不能在强酸性溶液中进行,C错误。
5.(2025·浙江6月选考)下列含铁化合物的制备方案正确的是(　C　)
选项 目标产物 制备方案
A FeCl3·6H2O FeCl2溶液通入足量Cl2后,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
B Fe2O3 红热的铁粉与水蒸气反应
C FeCl2 FeCl2·4H2O在干燥的HCl气流中脱水
D Fe(OH)2 FeCl2溶液中滴加煮沸过的NaOH溶液,在空气中过滤
解析:FeCl2溶液通入足量Cl2后,得到FeCl3溶液,若通过蒸发浓缩会促进Fe3+水解且水解生成的HCl挥发,导致生成Fe(OH)3,无法得到FeCl3·6H2O,A错误;红热的铁粉与水蒸气反应会生成Fe3O4,得不到Fe2O3,B错误;Fe2+在水溶液中会水解生成HCl且易被空气中的氧气氧化,则让FeCl2·4H2O在干燥的HCl气流中脱水可以得到FeCl2,C正确;FeCl2溶液中滴加煮沸过的NaOH溶液,在空气中过滤,生成的Fe(OH)2易被氧化为Fe(OH)3,D错误。
课时作业12(总分:55分)
1.(4分)坦克、导弹的制造材料主要是金属合金,钢铁便是其中十分重要的一种。下列关于铁的说法中正确的是(　A　)
A.铁元素属于过渡元素,其原子序数为26
B.铁单质与浓硫酸在常温下不反应
C.铁单质只具有还原性,其阳离子只具有氧化性
D.与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率,纯铁比生铁的快
2.(4分)(2025·内蒙古呼和浩特模拟)颗粒大小达到纳米级的单质铁俗称“纳米铁”,用途很广泛。下列说法不正确的是(　C　)
A.“纳米铁”是纯净物
B.“纳米铁”在处理硝态氮生成N2的过程中作还原剂
C.“纳米铁”与水蒸气在高温下反应生成红棕色粉末
D.“纳米铁”可在氩气氛围中保存
3.(4分)(2025·江苏泰州一模)Fe3O4可表示为Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)[Fe(Ⅲ)O4],下列说法正确的是(　D　)
A.Fe在常温下锈蚀或在纯氧中燃烧,均生成Fe2O3
B.加热条件下,Fe与浓硝酸反应能生成致密的薄膜
C.氧化亚铁晶体中<1,是因为其晶体中混有0价Fe
D.铁元素的两种离子与O2-的结合能力:Fe3+>Fe2+
解析:Fe在纯氧中燃烧生成Fe3O4,A错误;常温下,Fe与浓硝酸反应能生成致密的薄膜,加热条件下Fe与浓硝酸发生氧化还原反应,B错误;氧化亚铁晶体中n(Fe)︰n(O)=1︰1,若<1,说明有多余的O存在,O越多Fe的化合价越高,故氧化亚铁晶体中不可能存在0价Fe,C错误;由题意可知,Fe3O4中Fe3+与O2-结合形成酸根离子,故铁离子结合氧离子的能力更强,D正确。
4.(4分)铁与水蒸气反应实验改进前后的装置如图所示:
下列说法错误的是(　D　)
A.将湿棉花改为浸水的纸尿裤,酒精灯由单头改为双头,可提供足量的水蒸气
B.用具支试管可将试管口附近冷凝的水导出,避免冷凝水与灼热铁粉接触
C.肥皂液改为吹泡泡水,收集H2效果更好,点燃效果更明显
D.悬挂的磁铁仅能吸引铁粉,不能吸引反应产物
解析:Fe与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4和H2,Fe、Fe3O4均可被磁铁吸引,故D错误。
5.(4分)(2025·吉林四平实验中学一模)一种制备Fe(OH)2的改进装置如图所示,下列说法错误的是(　D　)
A.配制FeSO4溶液时需加入硫酸
B.实验时先注入稀硫酸,再注入NaOH溶液和FeSO4溶液
C.装置N的作用是液封,并判断装置M中的空气是否排尽
D.用铁粉代替Na2CO3粉末,也能排尽空气
解析:实验时先注入稀硫酸,Na2CO3和H2SO4反应放出CO2,等烧杯内紫色石蕊溶液变红,再注入NaOH溶液和FeSO4溶液生成Fe(OH)2。FeSO4易水解,为防止FeSO4水解,配制FeSO4溶液时需加入硫酸,故A正确;实验时先注入稀硫酸,等CO2排出锥形瓶内的空气后再注入NaOH溶液和FeSO4溶液,故B正确;烧杯内紫色石蕊溶液变红,说明锥形瓶内空气完全排出,同时装置N可以防止空气进入锥形瓶,故C正确;H2的密度比空气小,用铁粉代替Na2CO3粉末,不能排尽空气,故D错误。
6.(4分)(2025·福建福州模拟)铁黄(FeOOH)是一种优质颜料。制备铁黄晶种时,向精制FeSO4溶液中滴加氨水(弱碱性),先出现白色沉淀,后变为灰绿色。加氨水至pH=6时,开始通入空气,溶液pH随时间的变化曲线如图。下列分析不正确的是(　D　)
A.产生白色沉淀的离子方程式为Fe2++2NH3·H2O===Fe(OH)2↓+2N
B.0~t1段发生的主要反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
C.t1~t2段发生的主要反应为4Fe2++O2+6H2O===4FeOOH+8H+
D.t3后仅发生反应4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O
解析:Fe2+和NH3·H2O反应生成Fe(OH)2,离子方程式为Fe2++2NH3·H2O===Fe(OH)2↓+2N,故A正确;0~t1段,溶液pH随氧气通入基本保持不变,则发生Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3,主要反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,故B正确;t1~t2段,溶液pH随氧气通入明显变小,则发生Fe2+的氧化反应,发生的反应为4Fe2++O2+6H2O===4FeOOH+8H+,故C正确;t3后溶液的pH几乎不变,若仅发生反应4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O,消耗了H+,溶液的pH增大,与图像不符,故D错误。
7.(4分)通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验操作与现象的解释正确的是(　D　)
选项 实验操作与现象 解释
A 向淀粉-KI溶液中加入FeCl3溶液,溶液变蓝 Fe3+能与淀粉发生显色反应
B 把生铁置于潮湿的空气中,铁表面有一层红棕色的斑点 铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C 向稀硝酸中加入少量铁粉,有气泡产生 Fe置换出硝酸中的氢,生成了氢气
D 新制Fe(OH)2露置于空气中,白色物质变成了红褐色 Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
解析:A项中Fe3+将I-氧化为I2,淀粉遇碘变蓝;B项中红棕色的斑点是Fe2O3;C项中铁与稀硝酸反应产生的气体为NO。故选D。
8.(4分)(2025·福建福州一模)向盛有2 mL 0.1 mol·L-1 FeSO4溶液的试管中逐滴滴加0.1 mol·L-1 NaOH溶液,出现白色絮状沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。为探究灰绿色物质的成分,做如下实验,下列说法错误的是(　B　)
项目 实验操作及现象
实验一 白色的Fe(OH)2固体露置在空气中,颜色由白色变为红褐色的过程中,没有灰绿色物质出现
实验二 向2 mL 0.01 mol·L-1 FeSO4溶液中逐滴滴加0.1 mol·L-1 NaOH溶液,出现灰绿色物质且颜色加深
A.试管中发生的反应:Fe2++2OH-===Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
B.灰绿色物质是Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3时生成的
C.溶液中生成Fe(OH)2越少颜色越深
D.灰绿色物质可能是Fe(OH)2水合物
解析:白色絮状沉淀为Fe(OH)2,红褐色沉淀为Fe(OH)3,试管中发生反应:Fe2++2OH-===Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,故A正确;实验一中并没有灰绿色物质生成,得不出B项结论,故B错误;对比题干实验与实验二可知,溶液中生成Fe(OH)2越少颜色越深,故C正确;实验表明,灰绿色物质可能是Fe(OH)2水合物,故D正确。
9.(4分)纳米级四氧化三铁是应用最为广泛的软磁性材料之一。沉淀法是目前制备纳米四氧化三铁的重要方法,其流程如图所示:
下列说法错误的是(　B　)
A.保存溶液A时,应加入少量铁粉
B.其制备反应类型属于氧化还原反应
C.取滤液进行焰色试验,火焰为黄色
D.FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比最好为1︰2
解析:Fe2+易被空气中的氧气氧化,在保存含Fe2+的溶液时,需要加入铁粉,A正确;反应中无元素化合价的变化,不是氧化还原反应,B错误;滤液中含有Na+,所以进行焰色试验时火焰为黄色,C正确;Fe3O4可写成FeO·Fe2O3,所以n(Fe2+)︰n(Fe3+)=1︰2,D正确。
10.(19分)某实验小组在实验室利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。
(一)制备硫酸亚铁溶液
(1)步骤①,加入稀硫酸的目的是抑制Fe3+的水解。
(2)步骤②,加入还原铁粉后观察到的现象是铁粉逐渐溶解,有无色气体生成,溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色。
(二)制备氢氧化亚铁
(3)选择上图中的装置制备氢氧化亚铁,连接顺序为A→C→B→D(按气流方向,用装置字母表示)。反应结束后继续通一段时间的N2,目的是使装置中残留的氨气全部被水吸收,防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气。
(4)装置B中发生反应的离子方程式是Fe2++2NH3+2H2O===Fe(OH)2↓+2N。装置C的作用是作安全瓶,防倒吸。
(三)探究思考
反应后将装置B中固体过滤时白色沉淀会逐渐转变为灰绿色。在查阅不同资料后,有同学认为灰绿色物质是Fe(OH)2被空气中的氧气氧化后生成的Fe3(OH)8。
(5)Fe3(OH)8中n(Fe2+)︰n(Fe3+)=1︰2,用氧化物的形式表示可写成FeO·Fe2O3·4H2O。
(6)设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8:取少量灰绿色物质于试管中,加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解,将溶液分成两等份,一份滴入几滴KSCN溶液,变为红色;另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀,则灰绿色物质中含Fe3(OH)8。(共60张PPT)
第四章　金属及其化合物
第12讲　铁及其氧化物、
氢氧化物
目
录
考点二　铁的氢氧化物
课时作业
考点一　铁及其氧化物
真题演练 感悟高考
复习目标
1.了解铁的主要性质及其在生产、生活中的应用。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。
一
考点一 铁及其氧化物
1.铁元素
(1)存在:主要以________的形式存在。自然界中游离态的铁存在于______中。
(2)周期表中的位置:基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,位于第四周期第____族。
化合态
陨铁
Ⅷ
2.铁的单质
(1)物理性质
铁是_____色固体,熔点较高,具有良好的导热、导电、延展性,能被_____吸引。
银白
磁体
(2)化学性质
铁的性质活泼,有较强的还原性,主要被氧化为+2价和+3价,但纯铁有很强的抗腐蚀能力。
钝化
+3
如图所示的装置可实现铁和水蒸气的反应。
(1)加热湿棉花的目的是___________
______________________________。
(2)B处酒精灯上网罩的作用是
__________________,实验开始时,
应先点燃A处酒精灯,目的是
________________________。
(3)将产生的气体导入肥皂液中的目的是___________________________
________。
微点助学
提供水蒸气,
使之与还原铁粉在高温下发生反应
集中火焰,产生高温
用水蒸气排尽装置中的空气
产生气泡,便于点燃验证产物中
的气体
3.铁的氧化物
(1)物理性质与用途
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 — _____ ___________
色、态 黑色粉末 ___________ 黑色晶体
铁元素的价态 _______ _______ _______________
用途 用于瓷器制作 用作红色颜料 用作磁性材料
铁红
磁性氧化铁
红棕色粉末
+2价
+3价
+2价、+3价
(2)化学性质
稳定性 FeO不稳定,在空气中受热,能迅速被氧化成_______
和非氧化性酸反应(如稀硫酸) FeO+2H+===Fe2++H2O;
Fe2O3+6H+===2F+3H2O;
_________________________________
和氧化性酸反应 FeO与稀硝酸反应:
______________________________________
和还原性酸反应 Fe2O3与氢碘酸反应:
______________________________________
Fe3O4
Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O
3FeO+10H++N===3Fe3++NO↑+5H2O
Fe2O3+6H++2I-===2Fe2++ I2+3H2O
一、铁单质的性质
1.(2025·黑龙江哈尔滨模拟)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↑
C
2.用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验,下列有关说法正确的是
(　　)
A.实验时,先点燃酒精喷灯再点燃酒精灯
B.反应中H2O作氧化剂,发生反应的化学
方程式为2Fe+3H2O===Fe2O3+3H2
C.干燥管中加入的固体干燥剂可以是无
水氯化钙
D.收集反应产生的气体选用装置②
C
解析:实验时,应先用水蒸气排出装置中的空气,即先点燃酒精灯再点燃酒精喷灯,A错误;铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,B错误;氢气是中性气体,可以用无水氯化钙干燥,C正确;收集的是氢气,密度比空气小,应用向下排空气法,选用装置①,D错误。
二、铁的氧化物的性质、组成
3.(2025·江苏南京模拟)下列关于铁的三种氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)的叙述中正确的是(　　)
A.铁的三种氧化物中铁元素的化合价完全相同
B.都是金属氧化物,都能与盐酸反应生成FeCl3和水
C.FeO在空气中加热可生成更稳定的Fe3O4
D.Fe3O4中铁元素有+2价和+3价,它是一种混合物
C
解析:A项,FeO中铁的化合价为+2价,Fe2O3中铁元素的化合价为+3价,Fe3O4为复杂的氧化物,其中铁的化合价可以看作是由+2、+3价组成的,错误;B项,FeO与盐酸反应生成FeCl2和水,Fe3O4与盐酸反应生成FeCl3、FeCl2和水,错误;C项,FeO在空气中加热可生成更稳定的Fe3O4,正确;D项,Fe3O4是复杂的化合物,属于纯净物,错误。
4.(2025·内蒙古包头模拟)铁的常见化合价有+2价和+3价。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
C
解析:FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为7︰10,不符合8︰11,故A不符合题意;FeO·2Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为5︰7,不符合8︰11,故B不符合题意;2FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为8︰11,故C符合题意;2FeO·Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为4︰5,不符合8︰11,故D不符合题意。
确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m︰n,则氧化物中n(Fe)︰n(O)==a︰b。
(1)若a︰b=1︰1,则铁的氧化物为FeO;
(2)若a︰b=2︰3,则铁的氧化物为Fe2O3;
(3)若a︰b=3︰4,则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1︰1组成的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为1︰1,Fe3O4的物质的量为任意值)。
方法点拨
二
考点二 铁的氢氧化物
1.Fe(OH)2和Fe(OH)3的性质比较
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
色、态 _________ ___________
与盐酸反应 _________________________ __________________________
受热分解 — 2Fe(OH)3 　　 Fe2O3+3H2O
白色固体
红褐色固体
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
制法 可溶性亚铁盐与碱溶液反应: ________________________ 可溶性铁盐与碱溶液反应:
___________________________
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___色絮状沉淀迅速变成_____色,最后变成_____色,反应的化学方程式为__________________________________________
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
白
灰绿
红褐
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2.Fe(OH)2的制备
(1)制备原理:Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。
(2)成功关键:溶液中不含O2等氧化性物质;制备过程中保证生成的Fe(OH)2在密闭、隔绝空气体系中。
(3)常用方法
有机覆 盖层法 将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到FeSO4溶液液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止______________________发生反应
还原性 气体保 护法 先在装置Ⅰ中生成FeSO4溶液,并利用生成的H2将装置内的____排尽后,再把________溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀
空气与Fe(OH)2接触
空气
FeSO4
电解法 用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖一层苯(或煤油)
判断正误。
(1)既可通过复分解反应,又可通过化合反应制取Fe(OH)3。(　　)
(2)Fe(OH)3与氢碘酸反应生成FeI3。(　　)
(3)Fe(OH)2与HNO3发生反应的离子方程式为Fe(OH)2+2H+===Fe2++
2H2O。(　　)
(4)Fe(OH)3在空气中加热分解生成Fe2O3,则Fe(OH)2在空气中加热分解生成FeO。(　　)
(5)向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液,边加边搅拌,即可制得白色的Fe(OH)2。(　　)
微点助学
√
×
×
×
×
1.某化学兴趣小组同学设计以下实验探究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用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入_____________。
②除去蒸馏水中溶解的O2常采用_____的方法。
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____________
___________________________。
稀硫酸、铁屑
煮沸
避免生成的
Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
(2)利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀,如图所示,已知两电极的材料分别为石墨和铁。
①a电极的材料应为_____,电极反应式为_______________。
②电解液c可以是____(填字母)。
A.纯水 B.NaCl溶液
C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
Fe
Fe-2e-===Fe2+
BC
③d为苯,其作用是____________________________________,在加入苯之前对电解液c应作何简单处理 _______________________。
④若c为Na2SO4溶液,当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,另一明显现象为_____________________
__________________。
隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化
加热煮沸,排出溶解的O2
白色沉淀迅速变为灰绿
色,最后变成红褐色
2.某同学设计如图所示的装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。请回答下列问题:
(1)仪器1的名称是_________。装置5的作用是______________________。
分液漏斗
液封,防止空气进入装置4
(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,发现装置3中溶液不能进入装置4中。请为装置做一处改进,使溶液能进入装置4中:_____________________________。
(3)装置改进后,将装置3中反应后的溶液压入装置4中,在装置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:____________
_____________。
在装置2、3之间添加控制开关
装置4内的
空气没有排尽
三
真题演练 感悟高考
1.(2025·北京卷)我国科研人员在研究嫦娥五号返回器带回的月壤时,发现月壤钛铁矿(FeTiO3)存在亚纳米孔道,吸附并储存了大量来自太阳风的氢原子。加热月壤钛铁矿可生成单质铁和大量水蒸气,水蒸气冷却为液态水储存起来以供使用。下列说法不正确的是(　　)
A.月壤钛铁矿中存在活泼氢
B.将地球上开采的钛铁矿直接加热也一定生成单质铁和水蒸气
C.月壤钛铁矿加热生成水蒸气的过程中发生了氧化还原反应
D.将获得的水蒸气冷却为液态水的过程会放出热量
B
2.(2024·新课标卷)实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气反应。下列说法错误的是(　　)
A.反应为3Fe(s)+4H2O(g) 　　 Fe3O4(s)+4H2(g)
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更佳
C.用火柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
解析:酒精灯放在铁粉下方加热可以产生高温,且不影响水的蒸发,若移至湿棉花下方则难以产生高温,实验效果不好,B错误。
B
3.下列叙述正确的是(　　)
A.(2021·浙江1月选考)铁粉与氧化铝发生的铝热反应可用于焊接铁轨
B.(2022·北京卷)向NaOH和Fe(OH)2的悬浊液中通入空气生成红褐色沉淀,此过程因发生氧化还原反应使溶液pH减小
C.(2022·辽宁卷)由金属性:Fe>Cu推理得氧化性:Fe3+D.(2021·湖南卷)FeO粉末在空气中受热,迅速被氧化成Fe3O4
D
解析:铝热反应中的反应物是铝单质与金属氧化物,A错误;向NaOH和Fe(OH)2的悬浊液中通入空气,发生氧化还原反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===
4Fe(OH)3,消耗水,c(OH-)增大,pH增大,B错误;由金属性:Fe>Cu可推出氧化性:Cu2+>Fe2+,但氧化性:Fe3+>Cu2+,C错误;氧化亚铁具有较强的还原性,在空气中受热容易被氧气氧化为稳定的四氧化三铁,D正确。
4.(2025·河南卷)X是自然界中一种常见矿物的主要成分,可以通过如图所示的四步反应转化为Q(略去部分参与反应的物质和反应条件)。已知X和Q的组成元素相同。
下列说法错误的是(　　)
A.Y常用作油漆、涂料等的红色颜料
B.溶液Z加热煮沸后颜色会发生变化
C.R→Q反应需要在强酸性条件下进行
D.Q可以通过单质间化合反应制备
C
解析:X是自然界中一种常见矿物的主要成分,根据溶液Z、R和固体Q的颜色可知X中含有铁元素,根据固体颜色可知X是FeS2,Y是Fe2O3,溶液中Z含有Fe3+,溶液R中含有Fe2+,Q是FeS。FeS与强酸发生反应生成H2S,所以R→Q反应不能在强酸性溶液中进行,C错误。
5.(2025·浙江6月选考)下列含铁化合物的制备方案正确的是(　　)
选项 目标产物 制备方案
A FeCl3·6H2O FeCl2溶液通入足量Cl2后,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
B Fe2O3 红热的铁粉与水蒸气反应
C FeCl2 FeCl2·4H2O在干燥的HCl气流中脱水
D Fe(OH)2 FeCl2溶液中滴加煮沸过的NaOH溶液,在空气中过滤
C
解析:FeCl2溶液通入足量Cl2后,得到FeCl3溶液,若通过蒸发浓缩会促进Fe3+水解且水解生成的HCl挥发,导致生成Fe(OH)3,无法得到FeCl3·6H2O,A错误;红热的铁粉与水蒸气反应会生成Fe3O4,得不到Fe2O3,B错误;Fe2+在水溶液中会水解生成HCl且易被空气中的氧气氧化,则让FeCl2·4H2O在干燥的HCl气流中脱水可以得到FeCl2,C正确;FeCl2溶液中滴加煮沸过的NaOH溶液,在空气中过滤,生成的Fe(OH)2易被氧化为Fe(OH)3,D错误。
四
课时作业12
1.(4分)坦克、导弹的制造材料主要是金属合金,钢铁便是其中十分重要的一种。下列关于铁的说法中正确的是(　　)
A.铁元素属于过渡元素,其原子序数为26
B.铁单质与浓硫酸在常温下不反应
C.铁单质只具有还原性,其阳离子只具有氧化性
D.与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率,纯铁比生铁的快
A
2.(4分)(2025·内蒙古呼和浩特模拟)颗粒大小达到纳米级的单质铁俗称“纳米铁”,用途很广泛。下列说法不正确的是(　　)
A.“纳米铁”是纯净物
B.“纳米铁”在处理硝态氮生成N2的过程中作还原剂
C.“纳米铁”与水蒸气在高温下反应生成红棕色粉末
D.“纳米铁”可在氩气氛围中保存
C
3.(4分)(2025·江苏泰州一模)Fe3O4可表示为Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)[Fe(Ⅲ)O4],下列说法正确的是(　　)
A.Fe在常温下锈蚀或在纯氧中燃烧,均生成Fe2O3
B.加热条件下,Fe与浓硝酸反应能生成致密的薄膜
C.氧化亚铁晶体中<1,是因为其晶体中混有0价Fe
D.铁元素的两种离子与O2-的结合能力:Fe3+>Fe2+
D
解析:Fe在纯氧中燃烧生成Fe3O4,A错误;常温下,Fe与浓硝酸反应能生成致密的薄膜,加热条件下Fe与浓硝酸发生氧化还原反应,B错误;氧化亚铁晶体中n(Fe)︰n(O)=1︰1,若<1,说明有多余的O存在,O越多Fe的化合价越高,故氧化亚铁晶体中不可能存在0价Fe,C错误;由题意可知,Fe3O4中Fe3+与O2-结合形成酸根离子,故铁离子结合氧离子的能力更强,D正确。
4.(4分)铁与水蒸气反应实验改进前后的装置如图所示:
下列说法错误的是(　　)
A.将湿棉花改为浸水的纸尿裤,
酒精灯由单头改为双头,可提供
足量的水蒸气
B.用具支试管可将试管口附近冷
凝的水导出,避免冷凝水与灼热铁粉接触
C.肥皂液改为吹泡泡水,收集H2效果更好,点燃效果更明显
D.悬挂的磁铁仅能吸引铁粉,不能吸引反应产物
D
解析:Fe与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4和H2,Fe、Fe3O4均可被磁铁吸引,故D错误。
5.(4分)(2025·吉林四平实验中学一模)一种制备Fe(OH)2的改进装置如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.配制FeSO4溶液时需加入硫酸
B.实验时先注入稀硫酸,再注入NaOH溶液和
FeSO4溶液
C.装置N的作用是液封,并判断装置M中的空
气是否排尽
D.用铁粉代替Na2CO3粉末,也能排尽空气
D
解析:实验时先注入稀硫酸,Na2CO3和H2SO4反应放出CO2,等烧杯内紫色石蕊溶液变红,再注入NaOH溶液和FeSO4溶液生成Fe(OH)2。FeSO4易水解,为防止FeSO4水解,配制FeSO4溶液时需加入硫酸,故A正确;实验时先注入稀硫酸,等CO2排出锥形瓶内的空气后再注入NaOH溶液和FeSO4溶液,故B正确;烧杯内紫色石蕊溶液变红,说明锥形瓶内空气完全排出,同时装置N可以防止空气进入锥形瓶,故C正确;H2的密度比空气小,用铁粉代替Na2CO3粉末,不能排尽空气,故D错误。
6.(4分)(2025·福建福州模拟)铁黄(FeOOH)是一种优质颜料。制备铁黄晶种时,向精制FeSO4溶液中滴加氨水(弱碱性),先出现白色沉淀,后变为灰绿色。加氨水至pH=6时,开始通入空气,溶液pH随时间的变化曲线如图。下列分析不正确的是(　　)
A.产生白色沉淀的离子方程式为Fe2++2NH3·H2O===
Fe(OH)2↓+2N
B.0~t1段发生的主要反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O===
4Fe(OH)3
C.t1~t2段发生的主要反应为4Fe2++O2+6H2O===4FeOOH+8H+
D.t3后仅发生反应4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O
D
解析:Fe2+和NH3·H2O反应生成Fe(OH)2,离子方程式为Fe2++2NH3·H2O===
Fe(OH)2↓+2N,故A正确;0~t1段,溶液pH随氧气通入基本保持不变,则发生Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3,主要反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O===
4Fe(OH)3,故B正确;t1~t2段,溶液pH随氧气通入明显变小,则发生Fe2+的氧化反应,发生的反应为4Fe2++O2+6H2O===4FeOOH+8H+,故C正确;t3后溶液的pH几乎不变,若仅发生反应4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O,消耗了H+,溶液的pH增大,与图像不符,故D错误。
7.(4分)通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验操作与现象的解释正确的是(　　)
选项 实验操作与现象 解释
A 向淀粉-KI溶液中加入FeCl3溶液,溶液变蓝 Fe3+能与淀粉发生显色反应
B 把生铁置于潮湿的空气中,铁表面有一层红棕色的斑点 铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C 向稀硝酸中加入少量铁粉,有气泡产生 Fe置换出硝酸中的氢,生成了氢气
D 新制Fe(OH)2露置于空气中,白色物质变成了红褐色 Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
D
解析:A项中Fe3+将I-氧化为I2,淀粉遇碘变蓝;B项中红棕色的斑点是Fe2O3;C项中铁与稀硝酸反应产生的气体为NO。故选D。
8.(4分)(2025·福建福州一模)向盛有2 mL 0.1 mol·L-1 FeSO4溶液的试管中逐滴滴加0.1 mol·L-1 NaOH溶液,出现白色絮状沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。为探究灰绿色物质的成分,做如下实验,下列说法错误的是(　　)
项目 实验操作及现象
实验一 白色的Fe(OH)2固体露置在空气中,颜色由白色变为红褐色的过程中,没有灰绿色物质出现
实验二 向2 mL 0.01 mol·L-1 FeSO4溶液中逐滴滴加0.1 mol·L-1 NaOH溶液,出现灰绿色物质且颜色加深
A.试管中发生的反应:Fe2++2OH-===Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
B.灰绿色物质是Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3时生成的
C.溶液中生成Fe(OH)2越少颜色越深
D.灰绿色物质可能是Fe(OH)2水合物
B
解析:白色絮状沉淀为Fe(OH)2,红褐色沉淀为Fe(OH)3,试管中发生反应:Fe2++2OH-===Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,故A正确;实验一中并没有灰绿色物质生成,得不出B项结论,故B错误;对比题干实验与实验二可知,溶液中生成Fe(OH)2越少颜色越深,故C正确;实验表明,灰绿色物质可能是Fe(OH)2水合物,故D正确。
9.(4分)纳米级四氧化三铁是应用最为广泛的软磁性材料之一。沉淀法是目前制备纳米四氧化三铁的重要方法,其流程如图所示:
下列说法错误的是(　　)
A.保存溶液A时,应加入少量铁粉
B.其制备反应类型属于氧化还原反应
C.取滤液进行焰色试验,火焰为黄色
D.FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比最好为1︰2
B
解析:Fe2+易被空气中的氧气氧化,在保存含Fe2+的溶液时,需要加入铁粉,A正确;反应中无元素化合价的变化,不是氧化还原反应,B错误;滤液中含有Na+,所以进行焰色试验时火焰为黄色,C正确;Fe3O4可写成FeO·Fe2O3,所以n(Fe2+)︰n(Fe3+)=1︰2,D正确。
10.(19分)某实验小组在实验室利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。
(一)制备硫酸亚铁溶液
(1)步骤①,加入稀硫酸的目的是_______________。
(2)步骤②,加入还原铁粉后观察到的现象是__________________________
_______________________________。
抑制Fe3+的水解
铁粉逐渐溶解,有无色气体生
成,溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色
(二)制备氢氧化亚铁
(3)选择上图中的装置制备氢氧化亚铁,连接顺序为______________(按气流方向,用装置字母表示)。反应结束后继续通一段时间的N2,目的是_____________________________________________________________________。
(4)装置B中发生反应的离子方程式是________________________________
_________。装置C的作用是________________。
A→C→B→D
使装置中残留的氨气全部被水吸收,防止拆除装置时残留的氨气逸出污染
空气
Fe2++2NH3+2H2O===Fe(OH)2↓
+2N
作安全瓶,防倒吸
(三)探究思考
反应后将装置B中固体过滤时白色沉淀会逐渐转变为灰绿色。在查阅不同资料后,有同学认为灰绿色物质是Fe(OH)2被空气中的氧气氧化后生成的Fe3(OH)8。
(5)Fe3(OH)8中n(Fe2+)︰n(Fe3+)=_______,用氧化物的形式表示可写成__________________。
1︰2
FeO·Fe2O3·4H2O
(6)设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
取少量灰绿色物质于试管中,加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解,将溶液分成两等份,一份滴入几滴KSCN溶液,变为红色;另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀,则灰绿色物质中含Fe3(OH)8
Thank you
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