第三章第二节第3课时 铁的重要化合物 同步辅导与测试

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第三章　金属及其化合物
第二节　几种重要的金属化合物
第3课时　铁的重要化合物
三、铁的重要化合物
1．铁的氧化物
(1)物理性质
(2)化学性质
2．铁的氢氧化物
(1)制备
Fe(OH)2　Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)
Fe2＋＋2NH3·H2O===Fe(OH)2↓＋2NH
Fe(OH)3Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色)
Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH
(2)性质
①Fe(OH)2的还原性　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
②与酸的反应　Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
③不稳定性　2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
3．铁盐和亚铁盐
(1)Fe3＋的检验
Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3血红色
(2)Fe3＋的氧化性
Fe3＋Fe2＋
1．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，在所得溶液中加入KSCN溶液无血红色出现。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.5.6 g C.2.8 g D无法计算
答案　C
解析　依题意，恰好反应后溶液中只存在FeCl2，根据元素守恒，可建立关系n(Fe)＝n(Fe2＋)＝n(Cl－)＝n(HCl)＝×0.1 L×1 mol·L－1＝0.05 mol，
m(Fe)＝2.8 g。
解此题若用常规方法会很繁琐，而用守恒法，从整体角度去思考，则非常简捷。
方法技巧本题给出了由三种铁的氧化物组成的混合物中的铁与氧的质量比，要求出三种铁的氧化物的物质的量之比。在求解时，先算出铁原子与氧原子的个数比，在此基础上结合三种氧化物的组成进行分析和推理，找出符合题意的关系。
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溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
(1)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
(2)用FeSO4·7H2O配制FeSO4溶液时还需加入稀H2SO4和________。
(3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作可采用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面以下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是________________________________________________________________________。
方法二：在如图装置中，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)加热煮沸　(2)铁屑或铁粉(钉)
(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2被氧化
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，且外界空气不易进入
解析　方法一(1)除去蒸镏水中溶解的O2常采用加热煮沸的方法；(2)考虑到FeSO4易水解和易被氧化，加入稀H2SO4抑制水解，加入铁屑以防氧化；(3)制得白色的Fe(OH)2沉淀的关键是“无氧”，理由是避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2，而被氧化成Fe(OH)3沉淀。
方法二　图示将置原理：利用左边装置产生氢气的压力将生成的FeSO4溶液压入右边装置氢氧化钠溶液中，生成Fe(OH)2沉淀，在氢气“保护”下，Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色。
规律总结　Fe(OH)2很容易被空气中的O2氧化，因此，实验中往往得不到白色的Fe(OH)2沉淀。为避免这种现象的发生，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：一般考虑用密度比水小且与水互不相溶的有机试剂隔绝空气；也可以利用本题所述充入非氧化性气体；也可利用本题中Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，生成的H2排出环境中的O2，再利用H2将FeSO4溶液压入NaOH溶液中。
3．制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是(　　)
A
.烧杯中有铜无铁B.烧杯中有铁无铜
C．烧杯中铁、铜都有D烧杯中铁、铜都无
答案　B
解析　根据方程式可知FeCl3作氧化剂，Cu作还原剂，结合金属活动性顺序，还原性Fe＞Cu，所以向FeCl3溶液中同时加铁粉和铜粉时，FeCl3首先与Fe反应；如果Fe3＋有剩余，剩余的Fe3＋再与Cu反应。铁粉未反应完时铜粉不会被氧化，所以不可能出现烧杯中有铁无铜的现象，故应选B。其他三个选项的情况都可能出现，当FeCl3过量或恰好完全反应时，Fe、Cu均无剩余，D正确，反应后溶液中有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋或Fe2＋、Cu2＋。当FeCl3不足量时，有两种情况：①Fe粉有剩余，则Cu尚未参加反应，即C正确，反应后溶液中阳离子只有Fe2＋(不考虑H＋)；②铁粉无剩余，则Cu反应了一部分或尚未参加反应，即A
正确，反应后溶液中阳离子有Fe2＋、Cu2＋或只有Fe2＋(不考虑H＋)。
规律总结　在氧化还原反应中，氧化剂与不同还原剂反应时，应先与还原性强的反应；同样，还原剂与不同氧化性物质反应时，也先与氧化性强的反应，即遵循“先强后弱”的规律。
4．向某溶液中加入含Fe2＋的溶液后，无明显变化。当再滴入新制氯水后，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
DFe2＋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如下反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，氧化性：Fe3＋＜Cl2，能使含有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Fe2＋无明显变化，说明Fe2＋与SCN－不能形成红色物质。
利用Fe3＋与SCN－生成红色溶液，不仅可用来检验Fe3＋，还可用来检验Fe2＋。当溶液中加入KSCN溶液，不变红色，说明没有Fe3＋；当加入氧化剂如双氧水、硝酸、新制氯水等时，溶液变为红色，说明产生了Fe3＋，则说明原溶液中存在Fe2＋。Fe3＋与Fe2＋还可以利用OH－来检验，当向溶液中加入OH－时，若产生红褐色沉淀，则说明原溶液中含有Fe3＋；若产生白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，则说明原溶液中存在Fe2＋。
易错警示　Fe2＋、Fe3＋同时存在时，不能用NaOH溶液检验，而用KSCN溶液(或NH4SCN溶液)检验，区别Fe2＋与Fe3＋可用酸性KMnO4溶液。但检验Fe2＋时不用酸性KMnO4溶液和
KSCN溶液，因KMnO4溶液呈紫色，干扰对Fe(SCN)3的颜色分辨。
1．要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含Fe2＋，进行如下实验操作时的最佳顺序为(　　)
①加足量氯水　②加少量KMnO4溶液　③加少量NH4SCN溶液　
A.①③ B.③② C.③① D①②③
答案　C
解析　KMnO4溶液本身带有颜色，不能用于鉴别；如果先加足量氯水，则无法检验原溶液中Fe3＋、Fe2＋的存在情况；因此，如果是先加少量NH4SCN溶液，没有明显现象，再加足量氯水，则因2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Fe3＋遇NH4SCN溶液呈红色，证明原溶液中不含Fe3＋，而含有Fe2＋。
2．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＋ DH＋
答案　C
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。
3．铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加入过量的氨水，有红褐色的沉淀生成。过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣。上述沉淀和残渣分别是(　　)
A.Fe(OH)3；Fe2O3
B．Fe(OH)2；FeO
C．Fe(OH)2；Fe(OH)3；Fe3O4
DFe2O3；Fe(OH)3
答案　A
解析　铁屑溶于稀H2SO4生成FeSO4，加入稀HNO3后，Fe2＋转化为Fe3＋，再加氨水生成红褐色Fe(OH)3沉淀，过滤加热至质量不再变化得红棕色的Fe2O3。
备课资源　在含FeCl3、FeCl2、AlCl3、NaCl的溶液中，加入足量的Na2O固体，在空气中充分搅拌反应后再加入过量的稀盐酸，溶液中离子数目变化最小的是(　　)
A.Na＋ B.Al3＋ C.Fe3＋ DFe2＋
答案　B
解析　加入的氧化钠与水反应生成NaOH，生成的NaOH与FeCl3反应生成Fe(OH)3沉淀，与FeCl2反应生成Fe(OH)2搅拌后与空气中氧气反应生成Fe(OH)3沉淀；NaOH与AlCl3反应生成NaAlO2；再加入足量盐酸时Fe(OH)3沉淀溶解，HCl与NaAlO2反应生成AlCl3。所以溶液中离子数目变化最小的是Al3＋。
4．将铜片放入0.1 mol·L－1的FeCl3溶液中，反应一段时间后取出铜片，溶液中c(Fe3＋)∶c(Fe2＋)＝2∶3，则Cu2＋与Fe3＋的物质的量之比是(　　)
A.3∶2 B.3∶5 C.4∶3 D3∶4
答案　D
解析　由铁原子守恒可知c(Fe2＋)＝0.1 mol·L－1×＝0.06 mol·L－1，剩余c(Fe3＋)＝0.04 mol·L－1，由2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可知，生成的Cu2＋的物质的量为Fe2＋的，所以c(Cu2＋)＝c(Fe2＋)＝×0.06 mol·L－1＝0.03 mol·L－1。
5．在由Fe、FeO和Fe2O3组成的混合物中加入100 mL 2 mol·L－1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，并放出448 mL气体(标准状况)，此时溶液中无Fe3＋，则下列判断正确的是(　　)
A.混合物中三种物质反应时消耗盐酸的物质的量之比为1∶1∶3
B．混合物里，Fe2O3的物质的量无法确定，但Fe比FeO的物质的量多
C．混合物里，FeO的物质的量无法确定，但Fe比Fe2O3的物质的量多
D反应后所得溶液中的Fe2＋与Cl－的物质的量之比为1∶3
答案　C
解析　依题意反应为：Fe2O3＋Fe＋6H＋===3Fe2＋＋3H2O；FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O；Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，显然，n(Fe)>n(Fe2O3)，但FeO的物质的量无法确定，无法列方程式求解出三者的组成，各自消耗盐酸的物质的量当然无法确定，所以A、B错误；滴入KSCN溶液没有颜色变化表明此时溶液中无Fe3＋，溶质只为FeCl2，故C正确。
6．某500 mL溶液中含0.1 mol Fe2＋、0.2 mol Fe3＋，加入0.2 mol铁粉，待Fe3＋完全还原后，溶液中Fe2＋的物质的量浓度为(假设反应前后体积不变)(　　)
A.0.4 mol·L－1 B.0.6 mol·L－1
C．0.8 mol·L－1 D1.0 mol·L－1
答案　C
解析　本题主要考查铁及其化合物的性质和有关计算。由反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋可知Fe粉过量，0.2 mol Fe3＋与过量Fe粉作用生成0.3 mol Fe2＋，故反应后Fe2＋的总物质的量为0.4 mol，溶液中c(Fe2＋)＝＝0.8 mol·L－1。
7．有一瓶存放时间较长的硫酸亚铁，外观上并无明显变化，但某学生怀疑其有部分因氧化而变质。
(1)请你设计一个检验硫酸亚铁是否变质的实验方案：
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(2)如果有变质，当配制硫酸亚铁溶液时，应如何除去变质的杂质？
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(3)怎样将氯化铝和氯化铁的混合溶液分离成氯化铝和氯化铁两种溶液？(写出实验操作步骤和有关离子方程式)
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答案　(1)取少量硫酸亚铁样品盛于试管，加蒸馏水使之溶解，滴入几滴KSCN溶液，若溶液呈血红色，说明样品有变质，若溶液不呈血红色，则未变质
(2)配制硫酸亚铁溶液时，在溶液中加入少量还原铁粉
(3)①向混合液中加过量NaOH溶液，然后过滤。Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
②把Fe(OH)3沉淀洗涤后加入盐酸到沉淀完全溶解得FeCl3溶液。Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
③取步骤①所得滤液，通入足量CO2至完全沉淀为止。
AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
④再过滤，沉淀经洗涤后，再用盐酸溶解，得AlCl3溶液。
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
解析　(1)由题意可知硫酸亚铁变质即为亚铁离子被空气中的氧气氧化为三价铁离子，故只需检验三价铁离子的存在即可检验其是否变质。
(2)因为三价铁离了与铁发生反应生成亚铁离子，故可向溶液中加入还原铁粉来除去变质的杂质。
(3)必须对A
l3＋、Fe3＋性质的差异及各自相互转化条件和关系有清楚的认识。答好这类题要注意当步骤较多时，应考虑周全、条理清晰、分步列答。一、为使A
l3＋、Fe3＋完全分离，步骤①所加NaOH溶液必须过量，这是答题时要考虑的；二、在②、④两步中，洗涤沉淀的目的是洗去沉淀里吸附的可溶性杂质离子，这属较高层次要求，答题时洗涤操作不写会扣分；三、在③步中，若加入过量盐酸，直接得到AlCl3溶液，因混有Na＋使制得AlCl3溶液不纯，因此在步骤中要注意不要犯这种错误。
8．将单质Fe、Cu与FeCl3、FeCl2、CuCl2溶液一起放进某容器内，根据下述不同情况，填写金属或金属离子。
(1)充分反应后，如果Fe有剩余，则容器内不可能有________________________；
(2)充分反应后，如果容器内还有大量Fe3＋，则还含有________，一定没有________；
(3)充分反应后，如果容器内有较多Cu2＋和相当量的Cu，则容器内不可能有________。
答案　(1)Fe3＋、Cu2＋　(2)Cu2＋、Fe2＋　Fe、Cu
(3)Fe、Fe3＋
解析　(1)若Fe有剩余，与Fe反应的FeCl3、CuCl2不会存在。
(2)有大量Fe3＋，则不可能含有Fe、Cu，因其与Fe3＋反应生成Fe2＋和Cu2＋。
(3)有较多的Cu2＋和相当量的Cu，因Fe能与Cu2＋反应，Fe3＋能与Cu反应，故不可能有Fe、Fe3＋。
备课资源　某校化学小组学生利用如图所列装置进行“铁与水反应”的实验，并利用产物进一步制取FeCl3·6H2O晶体。(图中夹持及尾气处理装置均已略去)
(1)装置B中发生反应的化学方程式是__________。
(2)装置E中的现象是__________________。
(3)停止反应，待B管冷却后，取其中的固体，加入过量稀盐酸充分反应，过滤。简述检验滤液中Fe3＋的操作方法：_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)该小组学生利用上述滤液制取FeCl3·6H2O晶体，设计流程如下：
滤液FeCl3溶液,ⅡFeCl3·6H2O晶体
①步骤Ⅰ中通入Cl2的作用是____________________。
②步骤Ⅱ从FeCl3稀溶液中得到FeCl3·6H2O晶体的主要操作包括：____________________________。
③该流程中需保持盐酸过量，主要原因是(结合离子方程式简要说明)________________________________________________________________________。
答案　(1)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(2)黑色固体变红，右端管壁有水珠
(3)取少量溶液，滴入几滴KSCN溶液，观察溶液是否变红色
(4)①将Fe2＋氧化成Fe3＋　②加热浓缩，冷却结晶，过滤　③Fe3＋＋3H2O??Fe(OH)3＋3H＋，过量盐酸抑制FeCl3水解
解析　本题不仅需要掌握Fe与H2O(g)的反应原理，还要掌握H2和CuO的反应、Fe3＋的检验及FeCl3·6H2O的制备。有利于强化考生利用所学知识解决实际问题的能力。
(1)A
中产生水蒸气通过B时与铁发生反应生成Fe3O4和H2，所以方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(2)由B中反应产生的H2通过K：_______________________________________________。干燥进入E，与CuO反应产生红色Cu和水蒸气，故现象为黑色固体变红，右端管壁有水珠。
(3)由于B管中反应后固体主要成分为Fe3O4，与盐酸反应产生Fe2＋和Fe3＋，检验Fe3＋可加入KSCN看是否变红色。
(4)由于(3)的滤液中含有Fe2＋，通入Cl2可将Fe2＋氧化为Fe3＋，又由于FeCl3易水解，故只能加热浓缩后，用冷却结晶的方法使FeCl3·6H2O析出，然后过滤。保持盐酸过量是为了抑制FeCl3的水解。
9．如图所示，当容器A中的反应开始后，若分别进行下列操作，请回答有关问题：
(1)若弹簧夹C打开，B容器中有什么现象发生？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若弹簧夹C关闭一会儿，容器A
中的反应还在进行时，B容器中有什么现象发生？________________________________________________________________________。
写出B容器中有关反应的化学方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若先打开弹簧夹C一段时间，容器A
中的反应还在进行时，再关闭弹簧夹C一会儿，B容器中有什么现象发生？
________________________________________________________________________。
答案　(1)容器B中的导管口有气泡冒出
(2)容器A
中溶液进入容器B，容器B中有白色沉淀生成，沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色
2NaOH+FeSO4===Fe(OH)2↓+Na2SO4、
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(3)开始时容器B中的导管口有气泡冒出，弹簧夹关闭后容器A
中溶液进入容器B，有白色沉淀生成
解析　此题是一道综合Fe2+的性质和实验操作的复合实验题。解答该题必须明确：当NaOH溶液中空气未排尽时，NaOH与FeSO4反应的产物Fe(OH)2只能短暂存在，但当通入H2一段时间后，即认为其中的空气已排净，生成的Fe(OH)2能较长时间存在。
备课资源　已知X为FeO和CuO的混合物，取两份等质量的X样品进行下列实验：
(1)写出①、②和③步所有反应的方程式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(2)设从③步所得固体D的质量为32 g，溶液E只含有一种金属离子，气体F在标准状况下体积为5.6 L，试计算取用的每份X的质量和X中FeO与CuO的质量比。
答案　(1)①CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O，
FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O
②CuO＋COCu＋CO2，
FeO＋COFe＋CO2
③Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2，
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
(2)X质量为56 g，FeO与CuO的质量比为9∶5
解析　在反应①中，混合物与过量盐酸反应，生成了铜离子和亚铁离子，故A
中为CuCl2、FeCl2和过量的盐酸；在反应②中，FeO和CuO被还原为单质铁、铜和二氧化碳；能与铜离子和亚铁离子、盐酸发生反应③的为单质铁，故C为二氧化碳；F为氢气，D为铜；发生反应的化学方程式为：
①CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O，FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O，②CuO＋COCu＋CO2，FeO＋COFe＋CO2；③Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2，Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，E为盐酸与FeCl2的混合溶液。
(2)由题意分析，D为铜，且质量为两份X中总的含铜量，故每一份X中n(Cu)＝＝0.25 mol，m(CuO)＝80 g/mol×0.25 mol＝20 g，n(H2)＝＝0.25 mol，n(Fe)＝0.25 mol＋0.25 mol＝0.5 mol，m(FeO)＝0.5 mol×72 g/mol＝36 g；则每份X的质量为56 g，FeO与CuO的质量比为9∶5。
备课资源　合成氨工业生产中所用的α－Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3。
(1)某FeO、Fe2O3混合物中，铁、氧的物质的量之比为4∶5，其中Fe2＋与Fe3＋物质的量之比为________。
(2)当催化剂中Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为1∶2时，其催化活性最高，此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为________(用小数表示，保留2位小数)。
(3)以Fe2O3为原料制备上述催化剂，可向其中加入适量炭粉，发生如下反应：
2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑。
为制得这种活性最高的催化剂，应向480 g Fe2O3粉末中加入炭粉的质量为________ g。
答案　(1)1∶1　(2)0.72　(3)6
解析　(1)设混合物中FeO、Fe2O3的物质的量分别为x，y
则＝ ＝，从而推得Fe2＋与Fe3＋物质的量之比为1∶1。
(2)若Fe2＋与Fe3＋物质的量之比为1∶2，可推出FeO和Fe2O3物质的量之比为1∶1，所以铁的质量分数为
＝0.72
(3)480 g Fe2O3的物质的量为 3 mol，设其中有x mol与C反应生成FeO，根据2Fe2O3～C～4FeO知生成2x mol FeO，剩余Fe2O3(3－x) mol，则有＝，得x＝1，需要C 0.5 mol，即6 g。。
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