第1節 鐵的多樣性
核心素養發展重點
學業要求
1.依據核心元素的化合價推斷物質的氧化性或還原性。
2．通過反應實現物質轉化，提出有依據的假設，選取試劑，設計實驗方案並實施，基於實驗事實得出結論。
1.能辨識Fe、FeCl2、FeCl3等含鐵元素的物質的重要的物理性質和化學性質及其實驗現象，並能用化學方程式、離子方程式正確表示典型物質的主要化學性質。
2．能從元素化合價的角度、依據氧化還原反應原理預測鐵及其化合物的性質及其物質間的轉化，設計實驗進行驗證，並能分析、解釋有關現象。
3．能利用鐵及其化合物的性質和轉化關係，設計製備、分離、檢驗等簡單任務的方案，並分析科學實驗、生產、生活中的某些常見問題 ，說明妥善保存、合理使用化學品的常見方法。
自主學習
鐵元素的存在
1.含量
鐵元素在地殼中的含量僅次於01(□)氧、02(□)矽和03(□)鋁。
2.存在形態
(1)游離態：存在於04(□)隕鐵中。
(2)化合態：主要以05(□)＋2價和06(□)＋3價的化合物存在。如黃鐵礦(主要成分是07(□)FeS2)、赤鐵礦(主要成分是08(□)Fe2O3)、磁鐵礦(主要成分是09(□)Fe3O4)等。
(3)日常生活用品中也有許多含有鐵元素的物質，例如補鐵的保健品中含有10(□)亞鐵鹽，紅色塗料中含有11(□)三氧化二鐵，雷射印表機的墨粉中含有12(□)四氧化三鐵。
亞鐵鹽和鐵鹽
1.Fe3＋的氧化性
2.Fe2＋的氧化性與還原性
其他含有鐵元素的物質
1.鐵與水蒸氣的反應
續表
方法一
方法二
實驗現象
用小試管收集一試管氣體，點燃，聽到輕微的「噗」聲，證明生成了01(□)H2
用火柴點燃肥皂泡，聽到爆鳴聲，證明生成了02(□)H2
實驗結論
鐵不能與冷水、熱水反應，但在高溫條件下能與03(□)水蒸氣反應，化學方程式為04(□)3Fe＋4H2O(g)高溫(=====)Fe3O4＋4H2
2.鐵的氧化物
名稱
氧化亞鐵
氧化鐵
四氧化三鐵
化學式
05(□)FeO
06(□)Fe2O3
07(□)Fe3O4
鐵的化合價
08(□)＋2
09(□)＋3
10(□)＋2、＋3
顏色
11(□)黑色
12(□)紅棕色
13(□)黑色
溶解性
14(□)不溶於水
氧化物類別
15(□)鹼性氧化物
16(□)鹼性氧化物
複雜氧化物
與鹽酸反應的離子方程式
17(□)FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O、
18(□)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、
Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O
3.鐵的氫氧化物
(1)鐵的氫氧化物的製備
(2)化學性質
Fe(OH)2
Fe(OH)3
穩定性
很不穩定，易被O2氧化
不穩定，受熱易分解：2Fe(OH)3△(=====)Fe2O3＋3H2O
與鹽酸反應(離子方程式)
24(□)Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
25(□)Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
鐵及其化合物之間的轉化關係
1.鐵及其化合物之間存在兩種轉化關係：含有相同價態鐵元素的物質之間的轉化，可藉助01(□)複分解反應實現；含有不同價態鐵元素的物質之間的轉化，可藉助02(□)氧化還原反應實現。
2.寫出下圖中轉化關係的化學方程式或離子方程式(合理即可)
①03(□)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
②04(□)3Fe＋2O2點燃(=====)Fe3O4
③05(□)Fe2O3＋3CO高溫(=====)2Fe＋3CO2
④06(□)FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
⑤07(□)Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
⑥08(□)Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
⑦09(□)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
⑧10(□)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
⑨11(□)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
⑩12(□)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
13(□)Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
14(□)Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
課堂探究
一、亞鐵鹽和鐵鹽
某同學檢驗某工業礦渣FeO中是否含Fe2O3時的步驟為：取礦渣樣品加稀HNO3取上層清液於試管中滴加KSCN溶液(――→)溶液變為紅色―→結論，該礦渣中含Fe2O3，其結論是否正確？為什麼？
提示：該同學的結論不一定正確。因為HNO3能與FeO反應生成Fe(NO3)3，故該同學結論不一定正確。
1.Fe3＋和Fe2＋的檢驗
2.檢驗Fe2＋溶液中是否含Fe3＋的方法是：取待測液少許於試管中，向待測液中滴加KSCN溶液，若溶液變紅色，證明含Fe3＋。
3.檢驗Fe3＋溶液中是否含Fe2＋的方法是：取待測液1～2 mL於試管中，然後滴加幾滴KMnO4(H＋)溶液，若紫色褪去，證明含Fe2＋。
知識拓展
在濃度相差不大的溶液中，同時含幾種還原劑(如某溶液中含有Fe2＋、Br－、I－)時，若加入一種氧化劑(如通入Cl2)，則它首先與溶液中還原性最強的(I－)反應，然後與還原性較強的反應(即當I－反應完全後，再與Fe2＋反應)；同理含幾種氧化劑時，所加還原劑先與氧化性最強的氧化劑反應。
幾種常見微粒的氧化性和還原性強弱順序：
氧化性：MnO4(－)(H＋)＞Cl2＞Br2＞Fe3＋＞I2
還原性：I－＞Fe2＋＞Br－＞Cl－＞Mn2＋
1.鐵的化合物常見的有①FeO、②Fe2O3、③Fe3O4、④FeS、⑤Fe(OH)3、⑥NH4Fe(SO4)2·12H2O、⑦FeSO4，將上述物質分別溶於足量稀鹽酸後進行實驗，已知K3[Fe(CN)6] 溶液遇亞鐵鹽會產生藍色沉澱。下列說法不正確的是( )
A.滴加KSCN溶液不顯紅色，滴加新制氯水後顯紅色的是①④⑦
B.加銅片能發生反應2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋的是②⑤⑥
C.滴加KSCN溶液顯紅色，滴加KMnO4溶液紫色褪去的是③
D.滴加K3[Fe(CN)6]溶液，能產生藍色沉澱的是①③④⑦
答案 B
解析 題述含鐵元素的化合物溶於足量稀鹽酸後的溶液中含Fe2＋不含Fe3＋的為①FeO、④FeS、⑦FeSO4；含Fe3＋不含Fe2＋的為②Fe2O3、⑤Fe(OH)3、⑥NH4Fe(SO4)2·12H2O；既含Fe2＋又含Fe3＋的為③Fe3O4；A項說明溶液中含Fe2＋不含Fe3＋，符合題意的為①④⑦；B項說明溶液中含有Fe3＋，符合題意的為②③⑤⑥；C項說明溶液中既含Fe2＋又含Fe3＋，符合題意的為③；D項說明溶液中含有Fe2＋，符合題意的有①③④⑦。
2.有下列三個氧化還原反應：
①2FeCl3＋2KI===2KCl＋2FeCl2＋I2
②2Fe＋3Cl2點燃(=====)2FeCl3
③2KMnO4＋16HCl(濃)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
若某溶液中有Fe2＋、I－和Cl－，要氧化除去I－而不影響Fe2＋和Cl－，可加入的試劑是( )
A.KMnO4 B．FeCl3 C．Cl2 D．HCl
答案 B
解析 本題可根據氧化劑的氧化性強於氧化產物的氧化性、還原劑的還原性強於還原產物的還原性，並結合題述三個反應進行求解。
因為KMnO4、Cl2均可將Fe2＋氧化，所以除去I－又不影響Fe2＋和Cl－，只能選FeCl3。
二、其他含有鐵元素的物質
Fe(OH)2很容易被空氣中的氧氣氧化，在製備Fe(OH)2時應如何防止Fe(OH)2被氧化？
提示：①隔絕空氣；②排除溶液中溶解的O2。
製備Fe(OH)2的注意事項
(1)Fe2＋極易被氧化，所以FeSO4溶液要現用現配。
(2)為了防止Fe2＋被氧化，配製FeSO4溶液和NaOH溶液的蒸餾水要煮沸、冷卻，儘可能除去O2。
(3)為防止Fe2＋被氧化，FeSO4溶液中要加少量鐵粉，還可以向盛有FeSO4溶液的試管中加入少量的煤油或其他密度小於水而不溶於水的有機物，以隔絕空氣。
(4)為了防止滴加NaOH溶液時帶入空氣，可將吸有NaOH溶液的長滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再擠出NaOH溶液。
3.由FeO、Fe2O3、Fe3O4組成的混合物，測得其中鐵元素與氧元素的質量之比為21∶8，則這種混合物中FeO、Fe2O3、Fe3O4的物質的量之比可能為( )
A.1∶2∶1 B．1∶2∶3 C．1∶3∶1 D．1∶1∶3
答案 D
解析 由鐵元素與氧元素的質量之比為21∶8，求得鐵元素與氧元素的物質的量之比為3∶4，所以Fe3O4物質的量的多少不影響混合物中鐵元素與氧元素的質量比。Fe3O4可拆為FeO·Fe2O3，故只要FeO、Fe2O3的物質的量之比為1∶1即可。
4.用足量的CO還原32.0 g某種氧化物，將生成的氣體通入足量的澄清石灰水中，得到60 g沉澱，則該氧化物是( )
A.FeO B．Fe2O3 C．CuO D．Fe3O4
答案 B
解析 由生成CaCO3 60 g可得反應掉CO為0.6 mol，即32 g金屬氧化物中含氧原子為0.6 mol，若該氧化物含有鐵原子：
56 g·mol－1(32.0 g－0.6 mol×16 g·mol－1)＝0.4 mol，則N(Fe)∶N(O)＝0.4∶0.6＝2∶3，即該氧化物為Fe2O3。
方法規律
1.Fe3O4有固定的組成，屬於純淨物，不是混合物，由於其與非氧化性酸反應生成鐵鹽和亞鐵鹽，故不屬於鹼性氧化物。
2.Fe3O4可看成FeO·Fe2O3，所以在書寫其與鹽酸的反應方程式時可看成FeO、Fe2O3分別與鹽酸反應，然後把兩個反應相加。
三、鐵及其化合物之間的轉化關係
1.把鐵片分別加入足量的稀H2SO4和CuSO4溶液中，一段時間後分別取上層清液於兩支試管中分別滴加幾滴KSCN溶液，發現試管中的溶液均不顯紅色。說明Fe與H＋、Cu2＋反應生成的是Fe2＋還是Fe3＋？
提示：Fe與H＋、Cu2＋反應生成Fe2＋。
2.紅熱的鐵絲在Cl2中劇烈燃燒反應完全後，冷卻，把得到的固體粉末溶解在稀鹽酸中滴加KSCN溶液，溶液變為紅色。說明Fe與Cl2反應生成幾價鐵？
提示：Fe與Cl2反應生成＋3價鐵。
鐵元素有三種價態：0價、＋2價和＋3價，這三種價態的鐵在一定條件下可相互轉化，通常稱之為「鐵三角」：
(1)Fe只有還原性，可以被氧化成＋2價或＋3價的鐵
如Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋
2Fe＋3Cl2點燃(=====)2FeCl3
3Fe＋4H2O(g)高溫(=====)Fe3O4＋4H2
(2)Fe2＋既有氧化性又有還原性
如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋
(3)Fe3＋具有較強的氧化性，可被還原為＋2價或0價的鐵
如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
3CO＋Fe2O3高溫(=====)2Fe＋3CO2
5.下列物質能通過化合反應直接製得的是( )
①FeCl2 ②FeCl3 ③Fe(OH)3 ④Fe3O4
A.僅①②③ B．僅②③
C.僅①③④ D．①②③④
答案 D
解析 ①2FeCl3＋Fe===3FeCl2；②2Fe＋3Cl2點燃(=====)2FeCl3；③4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；④3Fe＋2O2點燃(=====)Fe3O4。
6.現有下列物質：①新制氯水、②鐵、③銅、④稀硫酸。
(1)將Fe2＋轉化為Fe3＋，可選用的物質有________；相關的離子方程式：________________________________________________________________。
(2)將Fe3＋轉化為Fe2＋，可選用的物質有________；相關的離子方程式：________________________________________________________________
(任寫一個即可)。
答案 (1)① 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(2)②③ 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋(或2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋)(合理即可)
解析 (1)將Fe2＋轉化為Fe3＋，須加入強氧化劑，如氯水、溴水、HNO3等。
(2)將Fe3＋轉化為Fe2＋，須加入還原劑，如鐵、銅、I－、S2－等。
本課小結
1.鐵及其化合物之間的轉化關係
2.Fe3＋的檢驗——KSCN溶液
Fe2＋的檢驗——先加KSCN溶液再滴加新制氯水(或HNO3或H2O2)