专题14 铁及其化合物-【教师】.docx
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1、专题 铁及其化合物(教师)知识点一铁的存在和冶炼,物理性质和应用I.自然界中铁的存在铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝元素,居第四位。铁元素在自然界中主要以+2价和+3价化合物的形式存在于铁矿石。2 .铁的冶炼(高炉炼铁)焦炭、铁矿石、石灰石 原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气工业炼铁得到的铁是:生铁(混合物) 高炉(炼铁炉):从下到上化学方程式为:C+02电叁C02 C+CO2逼遢2co (吸收热量)3C0 + FezCh堇遢2Fe + 3CO2焦炭的作用:提供热量C+O2电燧CO2 (放热反应)提供还原剂:C+CO?圜随2co炼铁过程中石灰石的主要作用是:将矿石中的二氯化硅转变为炉渣3 .
2、铁的物理性质和应用(1)物理性质纯铁具有银白色金属光泽,质软,有良好的延展性,密度是熔点为I535C,沸点为2750C,铁 是电和热的良导体,铁可以被磁铁吸引。(2)应用钢铁是人类生活和生产中非常重要的材料,广泛应用用于生活用具、生产工具、建筑、机械、电力、桥梁、 国防等领域。【典例1】高炉炼铁的过程中既被氧化又被还原的元素是()A.铁B.氮C.氧D.碳【答案】D【解析】高炉炼铁过程包括:C+02电蟋CCh, C+C0?直显2co (吸收热量)3CO + Fe?O3篁42Fe +3c02等反应,碳元素的化合价既有升高又有降低,氧元素化合价降低,铁元素化 合价降低。【训练1】在高炉炼铁中将铁的氧
3、化物还原成单质铁的主要还原剂是()A. CaC03B. CC. Si02D. CO【答案】D【解析】在高炉炼铁生产中,投入的原料是焦炭,焦炭与氧气反应生成CO,该反有两个作用:废液加过 量 过滤L滤液(含有)滤渣()加过最过滤一滤液()一1一金属铜合并通入FeCLf溶液(1)写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式。, (2)请写出相关反应的化学方程式。【答案】(1)FeFeCbFe和CuHC1FeCL Cl2(2)CuCh+Fe=FeC12+CuFe+2HQ=FeCb+H2T2FeCl3+Fe=3FeCl2 2FeCl2+Cl2=2FeCh【解析】詈:加过量Fc鼠、FT通入CL, -FeC
4、l3Fe2+(FeCL)r*FeCl,- 加过量盐酸Cu、FerTTz 【训练1】下列试剂中,不能使Fc2+转化为Fe3+的是() 氯气Na。溶液KMnO4溶液稀HNCh盐酸NaNCh溶液A.B.C.D.【答案】D【解析】CL、KMnCM稀HN。,都具有强氧化性,能将Fe?+氧化成Fe3+,而NaCl溶液、盐酸、NaNQa溶液不能将Fe?十氧化成Fe3【训练2为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计了如下实验方案,其中符合实验要求且 完全正确的是()选项实验操作实验现象离子方程式实验结论A.在氯化亚铁溶液 中滴加新制氯水浅绿色溶液变成棕 黄色溶液2Fc2+C12=2Fc3+4-2CCF
5、e?+具有还原性B.在氯化亚铁溶液 中加入锌片浅绿色溶液变成无 色溶液Fe2+4-Zn= Fe+ZirFe?+具有还原性C.在氯化铁溶液中 加入铁粉棕黄色溶液变成浅 绿色溶液Fe3+4-Fe=2Fe2+铁单质具有还原 性D.在氯化铁溶液中蓝色溶液变成棕黄2Fe3,+Cu=2Fe2+F/+具有氧化性加入铜粉色溶液+Cu2+【答案】A【解析】氯气能够将Fe?+(浅绿色)氧化为FN+(棕黄色),A项正确;B项得到的结论应该是Fe? .具有氧化性;C项的离子方程式错误;D项的实验现象应该是铜粉逐渐溶解,溶液由棕黄色变为蓝色。知识点七铁和铁的氧化物的混合物与酸(H+)反应的计算用终态法、关系式法、守恒法
6、等方法巧解这类计算问题1 .终态法:固体和盐酸(硫酸)恰好完全反应,溶液中没有Fe3+,即多个反应后的“终态”是溶质只有 FeC12(FeSO4)的溶液,因此有 n(Fe2+):n(C)=l:2n(Fe2+):n(SOM)=l:l,混合物中 n(Fe)与盐酸(硫酸)中 n(H+) 之比为1:2等结论。2 .关系式法:由 Fe4-2H+=Fe2+ + H2t,Fe+Fe2Ch+6H+=3Fe2+3H2O 可知,若没有 Fe?+生成,则反 应的Fc (不产生H2)与Fe?O3的关系是Fe-Fe2O3,则有n(Fe)=n(Fe2()3)+n(H2)等关系。3 .守恒法:主要有Fe原子守恒、C(SCT
7、)守恒、溶液中电荷守恒、Fe失去的电子与H+和Fe3+得到的电 子守恒。【典例1】将1.1 g铁、铝混合物溶于200 mL5 mol-L-1的盐酸中,反应后盐酸的浓度变为4.6 molL(溶液 体积变化忽略不计),则下列表述不正确的是()A.反应中消耗HC1为0.08 mol B.混合物中含有0.02 mol AlC.混合物中含有0.01 mol FcD.混合物中Al与Fe的物质的量之比为1 : 1【答案】D【解析】n(消耗HCI)=0.2 Lx5 mol-L-1-0.2 Lx4.6 mol-LO.OS mol, A正确;可设混合物中Al、Fe 物质的量分别为 x、y,则根据 Al3HCI,
8、Fe-2HCI,可得 3x+2y=0.08 mol ,27 g moFxx +56 g mol-|xy= 1.1 g ,联立可得 x=0.02 mol、y=0.01 mol,可知 B、C 正确,D 错误。【典例2】28 g铁粉溶于稀盐酸中,然后加入足量的Na2O2固体,充分反应后过滤,将滤渣加强热,最终 得到的固体质量为()A. 36gB. 40gC. 80gD. 160g【答案】B【解析】28 g铁粉的物质的量是0.5 mol,溶于稀盐酸中生成氯化亚铁,然后加入足量的Na?。? 固体,充分反应后过滤得到氢氧化铁,将滤渣加强热,最终得到的固体是氧化铁,根据铁原子守恒可知氧 化铁的质量为 0.2
9、5 molxl60g mo=40g。【训练1】部分氧化的铁铜合金样品(氧化产物为FezCh、CuO洪5.76g,经如下处理:广!广标准状况下v mL气体曾 .漉渣3.2 g足量NaH凹稼现漉液A(不含。产)著-浊渣麴固体3.2 g过虎 灼烧下列说法正确的是()A.滤液A中的阳离子为Fe3+、Fe2 H+ B.样品中Fe元素的质量为2.24 gC.样品中CuO的质量为4.0 gD. V = 896【答案】B【解析】硫酸足量,只有金属Cu不与H2s。4反应,所以滤渣3.2 g为金属铜,物质的量为0.05 mol, 因滤液A中不含Cu2+,故合金样品中总共含有铜原子0.05 mol,滤液A中加入足量
10、NaOH溶液,所得滤 渣灼烧得到的固体3.2 g为FC2O3。生成的滤渣3.2 g是铜,金属铜可以和F/+反应,所以滤液A中一定不含Fe3+,则滤液A中含有的阳离子为Fe?+、H+, A错误;Fe的物质的量为年产区产72=0.04 mol,其质 lou g-nioi量为0.04 molx56 g-mol =2.24 g, B正确;根据B项分析可知铁元素质量为2.24 g,而合金样品质量为5.76 g,所以CuO的质量不超过5.76 g2.24g=3.52g, C错误;最后滤液A中溶质为过量H2sCh和FeSCh, 而铁原子的物质的量为0.04 mol,说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04 m
11、ol,含H、).。8 mol,其中部分 H+生成氢气,另外的H+和合金中的氧原子结合成水,由于合金中氧原子的物质的量为76几S,即产4 8 io g-moi=0.02 mol,全部转化为H2O需消耗H+0.04 mol,所以硫酸中生成H2的H*的物质的量为0.08 mol-0.04 mol =0.04 mol,即生成0.02 mol %,标准状况下体积为448 mL, D错误。提供热量提供还原剂。co将铁的氧化物还原为铁。知识点二铁的化学性质I.铁与非金属单质反应(I)铁与氧气反应:3Fe+2O2(纯)亶蟋FesOu现象:剧烈燃烧,放出大量热,火星四射,产生黑色固体。(2)铁与氯气反应:2Fc
12、+3c2直迤2FeCb 现象:剧烈燃烧,放出大量热,产生棕黄色烟。(3)铁与硫反应:Fe+S=FeS.铁与酸(非氧化性酸)反应 Fe4-2H+=Fe2+ + H2t2 .铁与盐(溶液)反应(I)与铜盐:Fe+Cu2+= Fe2+Cu (2)与铁盐:Fe+ 2Fe3+=3Fe2+3 .铁与水反应铁不能与冷水、热水反应,但能和水蒸气反应。yA1r % pg反应的化学方程式为3Fc+4比0您)问皿Fe-Q4+4H2;现象为加热时试管内铁粉红热,点燃从试管中逸出的气体可听到爆鸣声。瞑泡【典例1】下列叙述正确的是()A.足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCh和FeCl3C. 3moi单质Fe完全转化为FC
13、3O4,失去8NA个电子【典例1】下列叙述正确的是()A.足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCh和FeCl3D. 3moi单质Fe完全转化为FC3O4,失去8NA个电子B. Fe与S混合加热生成FeS?E. Fe与C/+反应生成Fe3+【答案】C【解析】3Fe+C12=2FeC13,所以A错;Fe+S=FeS,所以B错。铁与水蒸汽反应3Fe +4H2O(g)星整Fe3C)4+4H2此反应3moi铁原子转移8moi电子,所以C正确;铁与铜盐反应:Fe+Cu二Fc2+Cu,生成二价铁,所以D错。【训练1】某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水反应”的实验,并检验产物的性质,请回答下列问题:(1)A装
14、置的作用是B中反应的化学方程式为 o(2)D装置的作用是o(3)E装置中的现象是。(4)A、B两个装置中应先点燃 处的酒精(喷)灯,点燃E处酒精灯之前应进行的操作是【答案】(I)产生水蒸气【答案】(I)产生水蒸气3Fe+4H2O(g)=Fe3O4+4H2(2)除去未反应的水蒸气,干燥H2【解析】(1用中进行的反应是3Fe+4H2O(g)g=Fe.Q4+4H2,故A为提供水蒸气的装置。(2)装置D的作用是除去未反应的水蒸气,干燥H2。(3)E装置中发生的反应为H2+CuO=2=Cu + H2O,故 现象为黑色粉末变红,同时硬质玻璃管右端会有水珠生成。(4)应先点燃A处酒精灯,若先点燃B处酒精 喷
15、灯,B中的Fe会与空气中的02反应;点燃E处酒精灯前要先收集Hz,检验其纯度。知识点三铁的氧化物【典例1】判断正误,正确的打“铲,错误的打“X”。化学式FeOFeoOsFes。名称(俗称)氧化亚铁氧化铁(铁红)四氧化三铁(磁性氧化铁)物质类别碱性氧化物碱性氧化物色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的价态+2价+3价+2价,+3价与H+反应的离 子方程式FeO+2H+=Fe2+ +H20Fe203+6H +=2Fe* * + 3H2OFe3O4+8H+=Fe2+2Fe3+4H2O共性高温时,都能被C、CO、H2x Al等还与CO化碳反应:FeAOv+j CO=原剂还原,
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