一、鐵元素的存在1.含量鐵元素在地殼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅次于氧、硅和鋁。2.鐵的存在形態(tài)(1)游離態(tài):如隕鐵。純鐵具有銀白色金屬光澤,有良好的延展性,也是電和熱的良導(dǎo)體,能被磁鐵吸引。(2)化合態(tài):鐵元素主要以+2價(jià)和+3價(jià)的化合態(tài)存在。鐵的化合物在自然界主要以鐵礦石的形式存在,如黃鐵礦FeS2、赤鐵礦Fe2O3、磁鐵礦Fe3O4等。
二、鐵及其化合物的氧化性或還原性1.預(yù)測(cè)與假設(shè)及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證
2.實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1)Fe3+的性質(zhì)探究。
(2)Fe2+的性質(zhì)探究。
1.下列敘述正確的是(　　)①鐵能被磁鐵吸引,但純鐵易被腐蝕?、谠谌梭w內(nèi)的血紅蛋白中含鐵元素　③Fe在純氧中燃燒可得Fe2O3?、蹻e2O3不可與水反應(yīng)得Fe(OH)3,所以不能通過化合反應(yīng)制Fe(OH)3?、軫e(OH)2在空氣中加熱,可得Fe2O3A.② B.②⑤ C.②③④⑤D.①②⑤
2.要證明某溶液中不含F(xiàn)e3+,而可能含F(xiàn)e2+,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作時(shí),最佳順序是(　　)①加足量氯水?、诩幼懔縆MnO4溶液?、奂由倭縆SCN溶液A.①②B.③②C.③①D.①②③解析：本題檢驗(yàn)方法的關(guān)鍵是Fe3+遇SCN-反應(yīng)顯紅色,而Fe2+遇SCN-不顯紅色。加入KSCN溶液不顯紅色證明溶液中無Fe3+,再加氯水,如有Fe2+則被氧化為Fe3+,Fe3+與SCN-反應(yīng)產(chǎn)物顯紅色。KMnO4溶液也能氧化Fe2+,但因其本身呈紫色,Fe3+與SCN-反應(yīng)生成的紅色物質(zhì)不易觀察。答案：C
在學(xué)習(xí)鐵及其化合物的性質(zhì)時(shí),同學(xué)們做了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。已知苯是一種不溶于水的有機(jī)溶劑,密度比水的小。(1)圖甲實(shí)驗(yàn)中生成的產(chǎn)物Fe3O4,可以寫成FeO·Fe2O3的形式,那么Fe3O4是混合物嗎?(2)圖乙中實(shí)驗(yàn)制取的Fe(OH)2為何便于較長時(shí)間地觀察?
探究提示(1)不是。盡管Fe3O4中鐵元素的化合價(jià)為+2價(jià)和+3價(jià),可以寫成FeO·Fe2O3的形式,但Fe3O4是一種化合物而非混合物。(2)苯浮在液面上層隔絕了空氣,使生成的Fe(OH)2難以被氧化。
【例題1】下圖為Fe(OH)2制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)裝置,使用該裝置將能在較長時(shí)間內(nèi)觀察到白色絮狀沉淀。關(guān)于此實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是(　　)
A.裝入藥品后應(yīng)關(guān)閉止水夾,等反應(yīng)完成后再打開止水夾B.此裝置是通過H2的排出使A中壓強(qiáng)減小,從而將B中的NaOH溶液吸入A中產(chǎn)生Fe(OH)2C.H2的作用是排盡裝置內(nèi)的空氣和將A中溶液壓入B中D.在藥品用量上稀硫酸應(yīng)過量,使鐵粉能充分反應(yīng)完解析：裝入藥品后應(yīng)該打開止水夾,讓足量鐵與稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣將裝置中空氣排凈,避免后來生成的氫氧化亞鐵被氧化,故A、D錯(cuò)誤,C正確;該裝置是利用鐵與稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣將A中硫酸亞鐵溶液壓入B中,從而使硫酸亞鐵與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化亞鐵,故B錯(cuò)誤。答案：C
規(guī)律方法點(diǎn)撥(1)Fe(OH)2在空氣中加熱生成Fe2O3,Fe(OH)2懸濁液暴露在空氣中,被氧氣氧化成Fe(OH)3。(2)實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化亞鐵時(shí),因氫氧化亞鐵在空氣中極易與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化鐵,制備時(shí)要注意以下幾點(diǎn):①亞鐵鹽需新制(用足量鐵與稀硫酸反應(yīng)或還原氯化鐵溶液);②將所用氫氧化鈉溶液煮沸以趕盡溶于其中的氧氣;③使用長滴管吸入氫氧化鈉溶液后將滴管伸至氯化亞鐵溶液的液面以下,慢慢擠壓膠頭使氫氧化鈉與氯化亞鐵接觸。例題1中利用Fe與稀硫酸反應(yīng)生成的還原性氣體H2將體系中的空氣趕盡,防止氧化生成的Fe(OH)2,可以較長時(shí)間看到白色的Fe(OH)2沉淀。
跟蹤訓(xùn)練1能與Fe3+反應(yīng),且能證明Fe3+具有氧化性的是(　　)①SCN-?、贔e　③Fe2+?、蹸u　⑤Zn?、轔H-A.①②③B.②④⑤C.①③⑥D(zhuǎn).①②⑤解析:Fe3+與SCN-、OH-反應(yīng)時(shí),Fe3+的化合價(jià)未變;Fe3+與Fe2+不反應(yīng);Fe3+與Fe、Cu、Zn三種金屬單質(zhì)反應(yīng)時(shí),Fe3+的化合價(jià)降低,做氧化劑,顯示氧化性。答案:B
Fe2+、Fe3+的相互轉(zhuǎn)化及檢驗(yàn)
為了檢驗(yàn)Fe3O4中鐵元素的價(jià)態(tài),設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn):(1)甲實(shí)驗(yàn)中可觀察到什么現(xiàn)象?可證明溶液中存在Fe2+還是Fe3+?(2)乙實(shí)驗(yàn)?zāi)芊褡C明Fe2+的存在,為什么?(3)丙實(shí)驗(yàn)可證明Fe2+還是Fe3+的存在?
探究提示(1)紫色退去,溶液棕黃色加深?？勺C明存在具有還原性的Fe2+。(2)不能。由于溶液中含有Fe3+,與OH-結(jié)合生成Fe(OH)3紅褐色沉淀,掩蓋了Fe2+與OH-反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(3)Fe3+。
1.Fe、Fe2+、Fe3+間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系(1)圖示。
2.Fe2+、Fe3+的檢驗(yàn)
【例題2】下列離子的檢驗(yàn)方法合理的是(　　)A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈紅色,說明該溶液中不含F(xiàn)e2+B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液變紅色,說明該溶液中含有Fe2+C.向某溶液中加入NaOH溶液,得紅褐色沉淀,說明該溶液中含有Fe3+D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,接著觀察到白色沉淀逐漸變?yōu)榧t褐色,說明該溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+
規(guī)律方法點(diǎn)撥(1)與鐵有關(guān)的顏色變化:Fe2+(淺綠色)、Fe3+(棕黃色)、Fe3+與SCN-反應(yīng)使溶液呈紅色,在空氣中Fe2+與OH-反應(yīng)時(shí)沉淀顏色的特征變化等。(2)Fe2+、Fe3+檢驗(yàn)時(shí)要根據(jù)題目所給的條件靈活選擇方法。①只有Fe3+時(shí),a.加KSCN溶液;b.加NaOH溶液。②只有Fe2+時(shí),a.加KSCN溶液,再加氯水;b.加NaOH溶液,靜置。③有Fe2+存在的情況下,檢驗(yàn)Fe3+,同①。④有Fe3+存在的情況下,檢驗(yàn)存在Fe2+:加酸性KMnO4溶液。⑤同時(shí)檢驗(yàn)Fe2+、Fe3+:將溶液分成兩份,分別按①④進(jìn)行操作。
跟蹤訓(xùn)練2某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,開始時(shí)有白色絮狀沉淀,然后迅速變成灰綠色,最后變成紅褐色,下列結(jié)論正確的是(　　)A.一定有Fe2+,一定沒有Fe3+、Mg2+B.一定有Fe3+,一定沒有Fe2+、Mg2+C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定沒有Mg2+D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定沒有Fe3+解析:白色沉淀可能是Fe(OH)2和Mg(OH)2;沉淀能變?yōu)榛揖G色,最終變?yōu)榧t褐色,一定有Fe(OH)2,即原溶液中一定有Fe2+;因Fe(OH)3顯紅褐色,所以剛開始時(shí)無Fe(OH)3,即原溶液中不含F(xiàn)e3+。答案:D
1.下列關(guān)于鐵礦石的說法正確的是(　　)A.赤鐵礦的主要成分是FeOB.鐵礦石的主要成分與鐵銹的主要成分相同C.磁鐵礦粉末溶于鹽酸后,加入KSCN溶液,溶液變紅色D.FeO俗稱鐵紅解析:因?yàn)榇盆F礦(Fe3O4)中含有三價(jià)的鐵離子,溶于鹽酸后產(chǎn)生自由移動(dòng)的Fe3+,遇SCN-顯紅色。答案:C
2.下列有關(guān)鐵及其化合物的說法中正確的是(　　)A.赤鐵礦的主要成分是Fe3O4B.鐵與水蒸氣在高溫下的反應(yīng)產(chǎn)物為Fe2O3和H2C.除去FeCl2溶液中的FeCl3雜質(zhì)可以向溶液中加入過量鐵粉,然后過濾D.Fe3+與KSCN結(jié)合產(chǎn)生紅色沉淀解析：赤鐵礦的主要成分是Fe2O3,鐵與水蒸氣在高溫下的反應(yīng)產(chǎn)物為Fe3O4和H2,鐵粉可將FeCl3還原成FeCl2,Fe3+與KSCN反應(yīng)的生成物不是沉淀。答案：C
3.將適量鐵粉放入三氯化鐵溶液中,完全反應(yīng)后,溶液中的Fe3+和Fe2+濃度相等。則已反應(yīng)的Fe3+和未反應(yīng)的Fe3+的物質(zhì)的量之比是(　　)A.2∶3B.3∶2C.1∶2D.1∶1解析:Fe3+有較強(qiáng)的氧化性,與Fe發(fā)生反應(yīng):2Fe3++Fe==3Fe2+,由題意知反應(yīng)后,c(Fe3+)=c(Fe2+),設(shè)生成了3 ml Fe2+,則需消耗2 ml Fe3+,顯然n(反應(yīng)Fe3+)∶n(未反應(yīng)Fe3+)=2∶3。答案:A
4.已知A為常見的金屬單質(zhì),根據(jù)如圖所示的關(guān)系回答下列問題。(1)確定B、D、E的化學(xué)式,B為　　　,D為　　　,E為　　　。(2)寫出⑧的化學(xué)方程式及④⑤的離子方程式:⑧　,?④　,?⑤　。?

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第3節(jié) 氧化劑和還原劑

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