北 京 四 中

铁和铁的化合物

责　　编：顾振海

　　[学习难点]
　　铁的化学性质，Fe2+、Fe3+的相互转化及鉴别。

　　[重点内容讲析]
　　铁位于元素周期表中第4周期，第Ⅷ族，其原子结构示意图为：

　　其失电子情况： Fe-2e－→Fe2+或Fe-3e－→Fe3+。

　　因而铁是中等活动性的金属，具有可变化合价（+2或+3），在学习中，要牢牢抓住铁的变价特征。

　　铁及其重要化合物的转化关系：

　　一、铁的单质化学性质
　　铁是比较活泼的金属，当铁跟弱氧化剂反应时：Fe-2e－=Fe2+；当跟强氧化剂反应时：Fe-3e－=Fe3+。

　　1．铁跟氧气等其它非金属单质的反应：
　　　 3Fe+2O2Fe3O4 　　（一定要注意产物）
　　　 2Fe+3Cl22FeCl3　　 2Fe+3Br2=2FeBr3
　　　 Fe+I2=FeI2　　 Fe+SFeS　　　 3Fe+CFe3C

　　2．铁跟水的反应：2Fe+4H2OFe3O4+4H2↑（注意产物也是Fe3O4）

　　　 在此也可以有意识地总结金属与水反应的基本规律。

　　3．铁跟酸的反应：
　　①与非氧化性酸：Fe+2H+=Fe2++H2↑

　　②与强氧化性酸：Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
　　　铁和冷浓硝酸、冷浓H2SO4发生钝化，但在加热条件下，钝化作用立即遭到破坏：
　　　Fe+6HNO3(浓)Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O
　　　Fe+6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3+3SO2↑+3H2O

　　4．铁和某些盐溶液的作用：
　　　 Fe+Cu2+=Fe2++Cu　 Fe+2Fe3+=3Fe2+

　　　 这些反应在除杂、鉴别等方面都有一定作用，要理论联系实际，领会和理解反应实质。

　　二、铁的氧化物

铁的氧化物 FeO Fe3O4 Fe2O3
铁的化合价 +2价 +2价(1/3)，+3价(2/3) +3价
俗　　称 —— 磁性氧化铁 铁红
状态和颜色 黑色固体 黑色晶体 红棕色固体
与H2O的关系 不反应，不溶解
与非氧化性酸的反应 FeO+2H＋=Fe2++H2O　 Fe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O　 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
氧化性 高温下被CO、H2、Al、C、Si等还原
还原性 被热空气氧化成Fe3O4等 可被氧化性酸、盐等氧化 一般不再被氧化
主要用途 —— 炼铁 炼铁、作热剂、颜料
说　　明 Fe3O4可以看作由FeO、Fe2O3所组成的化合物，其中是Fe2+，是Fe3+

　　三、铁的氢氧化物
　　1．Fe(OH)2可由易溶性的亚铁盐跟碱溶液起反应制得。Fe(OH)2为白色絮状沉淀，易被空气中O2迅速氧化成Fe(OH)3。因此，白色絮状沉淀能迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。

　　　 Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

　　　 制备时：
　　　（1）要将滴管口插入硫酸亚铁液面下，再滴入NaOH溶液；

　　　（2）配液时可用加热的方法尽可能除去溶解氧；

　　　（3）可在液面加少许汽油或苯等有机溶剂，以隔绝空气。

　　2．Fe(OH)3可由易溶性的铁盐跟碱溶液起反应制得。Fe(OH)3为红褐色沉淀，可溶于强酸，受热易分解。

　　　 Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓，Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O，2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O

　　四、“铁三角”关系：

　　1．
　　 　这三种转化是在有氧化剂的条件下进行的。

　　①Fe→Fe2+需要较弱的氧化剂，如S、Cu2+、Fe3+、H+（稀H2SO4、盐酸）等。

　　②Fe→Fe3+和Fe2+→Fe3+需要强的氧化剂：

　　　实现Fe→Fe3+，可选用Cl2、Br2、浓H2SO4(足量)、HNO3(足量)、KMnO4等强氧化剂。注意在用浓H2SO4或浓HNO3反应时，需加热，否则Fe钝化。

　　　实现Fe2+→Fe3+可选用O2、Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4、KMnO4(H+)溶液等。

　　（注意Cl2与FeBr2溶液反应情况：①若Cl2通入FeBr2溶液，Cl2不足时，2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；
　　　　　　　　　　　　　　　　　 ②Cl2足量时，2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+6Cl-。）

　　2．
　　　 这三种转化是在有还原剂存在的条件下进行的。

　　①Fe2+→Fe，可选用的还原剂为在金属活动性顺序表中排在铁前的金属（如Zn、Al等），或者用碳、CO、H2等。K、Ca、Na等活泼金属在溶液中不能完成此转化，因为它们在水溶液中先与水反应。

　　②Fe3+→Fe，需用H2、CO、Al等强还原剂。如炼铁：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，铝热反应：Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe。

　　③Fe3+→Fe2+，实现此转化可选用的还原剂如Zn、Fe、Al、Cu、H2S（或S2-）、I-、SO32-等。
　　　Fe+2Fe3+=3Fe2+，2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+（铁盐腐蚀印刷电路板），2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+，
　　　2Fe3++2I-=I2+2Fe2+。

　　注意：
　　Fe3+S↓，Fe2+无变化。

　　五、重点化学实验现象：



　　（注意这些反应的化学方程式和离子方程式）

　　六、Fe2+、Fe3+的鉴别常用方法：
　　1、KSCN法：加入KSCN或其他可溶性硫氰化物溶液，呈血红色的是Fe3+溶液，而Fe2+的溶液无此现象。这是鉴别时最常用、最灵敏的方法。Fe3++SCN-=[Fe(SCN)]2+。

　　2．碱液法：取两种溶液分别通入NH3或加入氨水或碱液，生成红褐色沉淀的是Fe3+的溶液，生成白色沉淀并迅速变为灰绿色，最后变成红褐色沉淀的是Fe2+的溶液。沉淀颜色变化原因为：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。

　　3．H2S法：通入H2S气体或加入氢硫酸，有浅黄沉淀析出的是Fe3+溶液，而Fe2+溶液不反应。

　　4．淀粉KI试纸法：能使淀粉KI试纸变蓝的是Fe3+溶液，Fe2+溶液无此现象。

　　5．KMnO4法：分别加入少量KMnO4(H+)溶液，振荡，能使KMnO4溶液褪色的是Fe2+溶液，不褪色的是Fe3+溶液。

　　[典型例题]
　　例1．在含ng HNO3的稀溶液里加入mg铁粉，铁完全溶解。假设有g HNO3被还原，则n∶m可能是：（　 ）
　　A、1∶1　　　
　　B、2∶1　　　
　　C、3∶1　　　
　　D、9∶2

　　分析：
　　本题是一道需讨论计算的选择题。要满足题目中所给条件，有三种情况：

　　①Fe足量全部生成Fe(NO3)2，则：3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O， =3

　　②HNO3足量，Fe都生成Fe(NO3)3，则：Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O， =

　　　若反应产物中既有Fe(NO3)2，又有Fe(NO3)3，则3<<

　　　通过此题可看出，铁与硝酸反应时，要注意HNO3的浓度及各自物质的量，条件不同，产物不同，应注意讨论。

　　答案：CD


　　例2．将纯铁丝5.21g溶于过量的稀H2SO4，在加热条件下，用2.53gKNO3去氧化溶液中的Fe2+。待反应完成后，NO3-只被还原成一种产物。溶液中剩余的Fe2+尚需12.0moL 0.3mol/L的KMnO4溶液将其完全氧化。已知MnO4-的还原产物为Mn2+，通过计算确定NO3-的还原产物为（　 ）
　　A、N2O　　　
　　B、NO　　　
　　C、NO2　　　　
　　D、NH3

　　分析：
　　此题涉及了多个氧化还原反应，如用化学方程式求解，将十分复杂。电子得失守恒法将其化繁为简，此法在氧化还原的判断、计算中有广泛应用。具体解法如下：

　　还原剂是Fe2+：Fe2+～Fe3+～失1e－，n(失e－　)=n(Fe2+)= mol；

　　氧化剂为MnO4-　和NO3-：MnO4-～Mn2+～5e－，

　　n(MnO4-　得e－　)=5n(MnO4-)=5×0.012L×0.3mol/L=0.018mol，所以1mol NO3-　得电子数应为：

　　 =3，∴还原产物为NO。

　　答案：B

　　例3．将27.2g Fe与Fe2O3的混合物投入足量的稀H2SO4中，反应完毕后，共放出H2 2.24L（标况），在溶液中滴入KSCN溶液后不显红色，则混合物中Fe和Fe2O3的质量各是多少？

　　分析：
　　根据题目内容，本题所涉及的化学反应有：
　　Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O，Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，Fe+H2SO4(稀)=FeSO4+H2↑。需要用到的关系式：Fe～H2，Fe～Fe2O3，
　　设Fe2O3的物质的量为x，则：
　　Fe　 ～　 Fe2O3　　　　 Fe　 ～　 H2
　　x　　　　　x　　　　 　0.1mol 　　 =0.1mol
　　56(x+0.1)+160x=27.2，　 ∴x=0.1mol，
　　∴m(Fe2O3)=16g，m(Fe)=(27.2-16)g=11.2g

　　答案：
　　m(Fe2O3)=16g，m(Fe)=11.2g

　　例4．在加热情况下，用足量CO还原7g铁的氧化物组成的混合物，产生气体全部通入足量石灰水中得到12.5g沉淀，此混合物不可能为：（　 ）
　　A、FeO、Fe2O3　　　　
　　B、FeO、Fe3O4　　　　
　　C、Fe2O3、Fe3O4　　　　　
　　D、FeO、Fe2O3、Fe3O4

　　分析：
　　平均值法。CO～CO2～CaCO3；n(O)=n(CaCO3)==0.125mol，m(O)=0.125×16=2g，则：n(Fe)= mol，所以 。而FeO： > ，Fe2O3： < ，Fe3O4： > ，∴B不可能。

　　答案：B

　　[参考练习]
　　1、铜粉放入稀硫酸中加热后无明显现象发生，当加入一种盐后，铜粉的质量减少，溶液是蓝色，同时有气体逸出，该盐是（　 ）
　　A、Fe2(SO4)3　　
　　B、Na2CO3　　
　　C、KNO3　　　
　　D、FeSO4

　　2、某溶液中含有NH4+、Mg2+、Fe2+和Al3+四种离子，若向其中加入过量氢氧化钠溶液，微热并搅拌，再加入过量盐酸溶液，溶液中大量减少的阳离子有（　 ）
　　A、NH4+ 　　
　　B、Mg2+ 　　　
　　C、Fe2+　　
　　D、Al3+

　　3、把20g铁粉投到盛得一定量的稀HNO3溶液的烧杯中，HNO3的还原产物为NO，反应停止后，烧杯中溶液的质量增加了12.27g，此时烧杯中的物质可能是（　 ）
　　①Fe和Fe(NO3)3　 　②Fe和Fe(NO3)2　　 ③HNO3和Fe(NO3)2　　 ④Fe(NO3)2和Fe(NO3)3
　　A、①④　　　
　　B、②③　　　
　　C、③④　　　
　　D、②④

　　4、向相同体积的KI、Na2S和FeBr2溶液中分别通入适量Cl2，待充分反应后(Br－也恰好完全被氧化)，3种溶液消耗Cl2的体积相同（同温同压下），则KI、Na2S和FeBr2溶液的物质的量浓度之比为（　 ）
　　A、1∶1∶2　　　
　　B、1∶2∶3　　　
　　C、6∶3∶2　　　
　　D、2∶1∶3

　　5、向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中，加入100mL 1mol/L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出224mL (标况)气体，所得溶液加KSCN溶液无血红色出现，那么若用足量的CO在高温下还原相同质量的混合物，能得到铁（　 ）
　　A、11.2g　　　　
　　B、2.8g　　　　
　　C、5.6g　　　
　　D、无法计算

　　6、在FeCl3与CuCl2的混合溶液中加入过量的铁粉，反应完毕后，剩余固体的质量恰好与所加铁粉的质量相等，则原混合液中FeCl3与CuCl2的物质的量之比为（　 ）
　　A、5∶2　　
　　B、4∶3　　
　　C、2∶7　　
　　D、7∶4

　　7、在Fe(NO3)2溶液中滴加浓盐酸，下列叙述正确的是（　 ）
　　A、溶液颜色逐渐变浅　　　　
　　B、浅绿色逐渐变深
　　C、溶液颜色由浅绿色变成黄色　
　　D、溶液颜色不会发生变化

　　[练习答案]
　　1．C

　　2．A、C

　　　 提示：
　　　 Fe2+在微热过程中被氧化。

　　3．D

　　　 提示：
　　　 ①若Fe、HNO3恰好完全反应，
　　　 　则：a. Fe～Fe3+～NO　 △m
　　　 　　　　 56 　　　　　　 26
　　　 　　　　 20g 　　　　　　9.3g
　　　 　b. 3Fe～3Fe2+～2NO 　△m
　　　 　　 168　　　　　　　　108
　　　　 　 20　　　　 　　　　12.9
　　　 　而9.3<△m=12.27<12.9，∴Fe(NO3)2、Fe(NO3)3都有。
　　　 ②若都生成Fe3+，9.3g<12.27g，所以不可能HNO3过量。
　　　 ③若都生成Fe2+，HNO3不能过量，而12.9g>12.27g，∴Fe过量，Fe有剩余

　　4．C

　　　 提示：
　　　 用得失电子守恒法较简便。

　　5．B

　　　 提示：
　　　 由Fe元素守恒，最终都成FeCl2。Fe～FeCl2～2HCl
　　　 ∴n(Fe)= n(HCl)=×0.1mol=0.05mol，
　　　 ∴m(Fe)=0.05×56g=2.8g

　　6．C

　　7．C