五维透视命题“宠儿”——铁及其化合物

山东 孙 晶

五维透视命题“宠儿”
——铁及其化合物

山东 孙 晶

一、把握一个整体框架

二、掌握Fe2＋与Fe3＋的鉴别

（1）直接观察颜色：

Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe3＋的溶液呈棕黄色。

（2）利用显色反应：

Fe2＋的溶液＋KSCN或NH4SCN溶液，溶液不呈红色；Fe3＋的溶液＋KSCN或NH4SCN溶液，溶液呈血红色。

有关离子方程式：

Fe3＋＋SCN－［Fe（SCN）］2＋

（3）利用铁化合物沉淀的颜色：

Fe2＋的溶液＋NaOH溶液，出现白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色；Fe3＋的溶液＋NaOH溶液，出现红褐色沉淀。

有关反应式：

（4）利用Fe3＋的氧化性：

①Fe2＋的溶液＋Cu片，无明显现象；Fe3＋的溶液＋Cu片，铜被腐蚀，溶液变为蓝绿色。

有关离子方程式

②Fe2＋的溶液＋淀粉－KI试纸，试纸不变蓝；Fe3＋的溶液＋淀粉－KI试纸，试纸变蓝。

有关离子方程式：

（5）利用Fe2＋的还原性：

①Fe2＋的溶液＋酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液紫色褪去；Fe3＋的溶液＋酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液紫色不褪。

②Fe2＋的溶液＋氯水，溶液变为棕黄色；Fe3＋的溶液＋氯水，无明显现象。

有关离子反应式：

注意：以上方法以KSCN溶液鉴别最常用。

三、明晰铁的三种氧化物

_________ ______FeO Fe2O3Fe3O4____________俗名—铁红______ ____磁性氧化铁__色态__ ____黑色粉末____ ___红棕色粉末黑色晶体水溶性_ ______难溶难溶难溶化合价_ _______＋2＋3＋2、＋3_____ FeO＋CO △Fe2O3＋3CO △Fe3O4＋4CO △与CO、H2反应Fe＋CO22Fe＋3CO23Fe＋4CO2FeO＋H2 △Fe2O3＋3H2 △Fe3O4＋4H2 △Fe＋H2O 2Fe＋3H2O 3Fe＋4H2O 4 4与稀硫酸反应FeO＋H2SO 4 Fe3O4＋4H2SO Fe2（SO4）3＋3H2O Fe2O3＋3H2SO FeSO4＋H2O Fe2（SO4）3＋FeSO4＋4H2O

四、澄清铁及其化合物的四个易错点

1．Fe与O2、H2O（g）反应的产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。Fe与Cl2反应时生成FeCl3，与S反应时生成FeS，说明Cl2的氧化能力大于S的。常温下，Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，但加热后继续反应。Fe在Cl2中燃烧，无论Cl2过量还是不足均生成FeCl3。

2．生成FeCl2除了用Fe和HCl的置换反应外，还可用化合反应：2FeCl3＋Fe3FeCl2；生成Fe（OH）3除了用Fe3＋与碱的复分解反应外，还可用化合反应：4Fe（OH）2＋O2＋2H2O4Fe（OH）3。

3．配制FeCl2溶液既要防氧化（加入Fe粉），又要抑制水解（加入盐酸）；配制FeCl3溶液要加入浓盐酸抑制水解。

4．铁与稀硝酸反应产物分析：

铁与稀硝酸反应产物有两个特征反应：硝酸充分过量时为Fe＋4HNO3（稀Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O（铁少量），此时n（Fe）∶n（HNO3）＝1∶4；铁充分过量时为3Fe＋4HNO3（稀）3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，此时n（Fe）∶n（HNO3）＝3∶8。很明显，当n（Fe）∶n（HNO3）≤1∶4时，只发生前一个反应，生成的盐只有Fe（NO3）3；当n（Fe）∶n（HNO3）≥3∶8时，只发生后一个反应，生成的盐只有Fe（NO3）2；当3∶8＞n（Fe）∶n（HNO3）＞1∶4时，可生成两种盐。

五、解读铁的五种经典题型

题型1 铁及其化合物的性质转化

【例1】A、B、C是中学化学中常见的三种元素的单质。A、B、C及其他物质反应的关系如下图示，其中B、D、E溶液呈酸性，又知常温下B为气态：

请回答：

（1）A、B、C三种单质分别是：A：_______，B：_______，C：_______。

（2）B与C反应生成E时的可能反应现象是_________。

（3）写出下列反应的离子方程式：

F＋B→D_________________。

D＋C→E＋F_________________。

（4）E溶液显酸性的离子方程式：__________________。

【解析】由B的状态知B为非金属单质，B的溶液呈酸性，故B为氯气；D、E溶液为酸性，A、C可能是金属，A能从E中置换出C，A比C活泼；D与单质C反应生成两种生成含C的物质及含A的物质F，说明A具有变价，故A为铁、C为铜；D、E显酸性是因为金属离子发生水解反应。

【答案】（1）Fe Cl2Cu

（2）产生产生棕黄色的烟

解法指南：本题表面看是推断题，但因题中没有任何特征性质的信息，解答中主要是利用物质间的转化关系进行分析，从结果上看，主要涉及了铁单质（铜单质）的性质，较具特征的反应是D（盐）＋C（单质）→E（盐）＋F（盐），符合此反应的主要是铁盐与单质铜的反应。

题型2 铁盐与亚铁盐的检验

【例2】为证明氢氧化铁胶体中存在氯化铁，某学习小组的几位同学分别提出了如下几种方案（方案中均是首先取一定量的胶体，放入适当的仪器中）。请对相应的方案做出评价，若不妥，请指出原因。

方案1：加KSCN显红色说明有FeCl3。

________________________________________________。

方案2：加AgNO3溶液形成白色沉淀证明有FeCl3。

__________________________________________________。

方案3：先将半透膜袋放在盛有蒸馏水的烧杯中，一段时间后取出烧杯中的水放入两支试管中，向一支中加入酸性AgNO3溶液，产生白色沉淀，向另一支中加入KSCN得到红色溶液，说明有FeCl3。

__________________________________________________。

方案4：先将半透膜袋放在流动的蒸馏水中，经过相当时间后从半透膜袋放内取出适量的液体放入两支试管中，向一支中加入酸性AgNO3溶液，产生白色沉淀，向另一支中加入KSCN得到红色溶液，说明有FeCl3。

__________________________________________________。

【解析】方案1不妥，一是因为该胶体本身是红褐色，二是可能导致胶体聚沉而影响检验结果。

方案2一是只能说明含有Cl－，二是可能导致胶体聚沉而影响检验结果。

方案3可行，因为通过渗析将胶体中的FeCl3转移到蒸馏水中。

方案4不妥，因为通过较长时间的渗析，胶体中可能存在的FeCl3已全部转入蒸馏水中。

【答案】见解析

解法指南：检验试剂直接加入到电解质中，会导致胶体聚沉；检验中应先用渗析法将相应的离子分离出来。

题型3 有关铁反应的计算

【例3】向含4mol HNO3的稀溶液中，逐渐加入Fe粉至过量（假设生成的气体只有一种），在此过程中n（Fe2＋）随n（Fe）变化关系如图所示。下列有关说法正确的是（ ）

A．图中a＝1、b＝1．5

B．该过程中产生的气体是NO2

C．当加入Fe粉1．2mol时，溶液中n（Fe2＋）＝0．4mol

D．若向加入过量Fe粉充分反应后的滤液中加入稀盐酸后可继续溶解Cu

【解析】A项，稀硝酸与铁反应时，硝酸被还原为NO，因此向稀硝酸溶液中加入铁粉，依次发生反应为Fe＋4HNO3Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O、2Fe（NO3）3＋Fe3Fe（NO3）2，结合题中硝酸的量可知a＝1．5、b＝1；B项，由反应方程式可知，该过程产生的气体为NO；C项，由反应方程式可知，当加入铁粉大于1mol时开始生成Fe2＋，再结合2Fe（NO3）3＋Fe3Fe（NO3）2可知，当加入1．2mol Fe时，0．4mol Fe3＋转化为Fe2＋，故溶液中n（Fe2＋）＝0．6mol；D项，滤液为Fe（NO3）2，向该溶液中加入HCl后，H＋、NO、Fe2＋发生氧化还原反应生成Fe3＋，因此，加入盐酸后溶液可继续溶解铜。

【答案】D

解法指南：该题主要涉及稀硝酸与铁反应时，铁的用量的不同导致产物价态的差异；同时注意H＋与NO－3的组合能够把Fe2＋氧化成Fe3＋。

题型4 考查铁的框图推断

【例4】A、B、C、D、E是中学化学中常见的几种单质，其中A、D是金属，B、C、E常温下是气体；甲、乙、丙、丁、戊为化合物，其中乙在常温下是无色无味的液体。它们之间有如下图所示的转化关系（有些产物已略去）：

（1）写出下列反应的化学方程式：

A＋乙：_________________，甲＋D：_________________。

（2）D与烧碱反应的离子方程式是_________________。

（3）戊→丁的离子方程式是________________________。

【解析】从乙的状态与性质看，乙极可能是H2O，单质气体只有H2、O2、N2、Cl2、F2，B、C、E分别是谁需要结合框图进一步推断。从框图中特殊的反应条件“点燃”（一般有O2）、“高温”“电解”等信息，可推断置换反应“D＋甲→A＋丙”必为铝热反应。综合分析，不难推出：A为Fe，B为O2，C为H2，D为Al，E为Cl2，甲为Fe3O4，乙为H2O，丙为Al2O3，丁为FeCl3，戊为FeCl2。

解法指南：物质推断的关键在于找出突破口，特殊的现象、反应条件、状态、颜色均可成为解题的突破口。一般说来，无色无味的液体是水，点燃时有氧气（少数情况下也可以是Cl2）。

题型5 铁的实验设计

【例5】某化学研究性学习小组讨论Fe3＋与SO之间发生怎样的反应，提出了如下几种可能：

可能一：发生氧化还原反应2Fe3＋＋SO＋H2O2Fe2＋＋SO＋2H＋。

可能二：发生互促水解反应2Fe3＋＋3SO＋6H2O2Fe（OH）3（胶体）＋3H2SO3。

可能三：以上两种同时发生。

为证明发生的是哪种反应，小组内的同学经讨论设计并实施了下列实验

实验Ⅰ 同学们选择的实验用品：Na2SO3浓溶液、BaCl2稀溶液、稀盐酸；试管若干、胶头滴管若干。从选择的药品分析，设计这个实验的目的是_____________________。

实验Ⅱ 取5mL FeCl3浓溶液于试管中，逐滴加入Na2SO3浓溶液，观察到溶液由黄色变为红棕色，无气泡及沉淀生成，继续滴加Na2SO3浓溶液至过量，溶液颜色加深，最终变成红褐色。这种红褐色液体是________，向红褐色液体中逐滴加入稀盐酸至过量，可观察到的现象是______ __________。将溶液分成两等份，其中一份加入KSCN溶液，溶液变成血红色，另一份加入BaCl2稀溶液，有少量白色沉淀生成。由上述实验得出的结论是_________________ _____________________________________________________。

实验Ⅲ 若在FeCl3浓溶液中加入Na2CO3浓溶液，观察到红褐色沉淀并且产生无色气体。从形式上看，Na2CO3与Na2SO3相似，但是从上述实验中可以看到，二者的水溶液与FeCl3溶液反应的现象差别很大，分析其可能的原因是①_____________________；②_____________________。

【解析】由于实验Ⅰ中只用了Na2SO3浓溶液、BaCl2稀溶液、稀盐酸三种试剂，而前两种能反应生成沉淀，盐酸又能溶解生成的沉淀，故这是用来检验Na2SO3是否变质或混有Na2SO4。实验Ⅱ中，因无沉淀及气体生成且溶液颜色由黄色变成红褐色，说明发生了双水解反应，得到了Fe（OH）3胶体，加入盐酸后胶体先聚沉后溶解同时导致SO2气体放出；加BaCl2有沉淀生成，说明溶液有SO被氧化为SO2－4。

【答案】实验Ⅰ：检验Na2SO3是否变质或混有Na2SO4，排除可能存在的SO的干扰

实验Ⅱ：Fe（OH）3胶体 先产生红褐色沉淀，后逐渐溶解得到黄色溶液并产生气泡 SO与Fe3＋混合后同时发生互促水解反应与氧化还原反应

解法指南：实验问题涉及的知识往往是实验目的与原理、主要仪器及主要操作、实验现象及现象分析、结论或理论解释，其中实验目的与原理是核心，分析中必须首先抓住这一点。

知识回扣：

铁盐性质具有多样性：①铁盐具有较强的氧化性，能氧化“铁前”的金属单质、位于其后面的Cu及H2S、S2－、SO、SO2、I－等；②铁盐具有较强的水解性能，将饱和FeCl3溶液滴入到沸水中，则可得到红褐色的胶体：Fe3＋＋3H2OFe（OH）3（胶体）＋3H＋；③当铁盐溶液与可溶性碳酸盐、可溶性酸式碳酸盐时，因发生互促水解反应而产生红褐色沉淀：2Fe3＋＋3CO23－＋3H2O2Fe（OH）3↓＋3CO2↑；④铁盐遇可溶性碱溶液会产生红褐色沉淀：Fe3＋＋3OH－Fe（OH）3↓；⑤遇KSCN或NH4SCN溶液则会由黄色变成红色；⑥遇苯酚溶液则会变成绿色溶液。

【查漏补缺训练】

1．要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋，进行以下实验操作时的最佳顺序为（ ）

①通入足量的Cl2

②加入足量的KMnO4溶液

③加入少量KSCN

A．①③B．③②

C．③①D．①②③

2．已知FeS2与某浓度的HNO3反应时生成Fe（NO3）3、H2SO4和某单一的还原产物，若FeS2和参与反应的HNO3的物质的量之比为1∶8，则该反应的还原产物是（ ）

A．NO2B．NO

C．N2O D．NH4NO3

3．在如图所示元素Fe单质及其化合物变化中，下列说法正确的是（ ）

A．③反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－

B．钢铁腐蚀时，负极发生的反应：Fe－3e－Fe3＋

C．以Fe为阳极，电解饱和NaCl溶液，阳极反应式：2Cl－－2e－Cl2↑

D．FeCl2溶液中混有少量FeCl3，可以加入Cu除去FeCl3

【参考答案及解题提示】

1．C

2．B 提示：设参加反应的FeS2为1mol，HNO3为8mol，还原产物中N元素化合价为x，FeS2中Fe显＋2价，S显－1价，反应后生成1mol Fe（NO3）3，由N元素守恒知做氧化剂的HNO3为8mol－3mol＝5mol，即还原产物中N为5mol，由得失电子守恒知1＋7×2＝5×（5－x），解得x＝2，所以还原产物是NO，B项正确。

3．A 提示：B项，钢铁腐蚀时，负极发生的电极反应是Fe－2e－Fe2＋，错误；C项，以铁为阳极，电解NaCl溶液时，因铁为活性阳极，首先溶解，即阳极电极：Fe－2e－Fe2＋，错误；D项，因铜和FeCl3溶液反应生成FeCl2，同时生成CuCl2杂质，错误。

（作者单位：山东省日照市莒县第四中学）