山東 孫 晶

五維透視命題“寵兒”
——鐵及其化合物

山東 孫 晶

一、把握一個(gè)整體框架

二、掌握Fe2＋與Fe3＋的鑒別

（1）直接觀察顏色：

Fe2＋的溶液呈淺綠色，F(xiàn)e3＋的溶液呈棕黃色。

（2）利用顯色反應(yīng)：

Fe2＋的溶液＋KSCN或NH4SCN溶液，溶液不呈紅色；Fe3＋的溶液＋KSCN或NH4SCN溶液，溶液呈血紅色。

有關(guān)離子方程式：

Fe3＋＋SCN－［Fe（SCN）］2＋

（3）利用鐵化合物沉淀的顏色：

Fe2＋的溶液＋NaOH溶液，出現(xiàn)白色沉淀，迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色；Fe3＋的溶液＋NaOH溶液，出現(xiàn)紅褐色沉淀。

有關(guān)反應(yīng)式：

（4）利用Fe3＋的氧化性：

①Fe2＋的溶液＋Cu片，無(wú)明顯現(xiàn)象；Fe3＋的溶液＋Cu片，銅被腐蝕，溶液變?yōu)樗{(lán)綠色。

有關(guān)離子方程式

②Fe2＋的溶液＋淀粉－KI試紙，試紙不變藍(lán)；Fe3＋的溶液＋淀粉－KI試紙，試紙變藍(lán)。

有關(guān)離子方程式：

（5）利用Fe2＋的還原性：

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，溶液變?yōu)樽攸S色；Fe3＋的溶液＋氯水，無(wú)明顯現(xiàn)象。

有關(guān)離子反應(yīng)式：

注意：以上方法以KSCN溶液鑒別最常用。

三、明晰鐵的三種氧化物

_________ ______FeO Fe2O3Fe3O4____________俗名—鐵紅______ ____磁性氧化鐵__色態(tài)__ ____黑色粉末____ ___紅棕色粉末黑色晶體水溶性_ ______難溶難溶難溶化合價(jià)_ _______＋2＋3＋2、＋3_____ FeO＋CO △Fe2O3＋3CO △Fe3O4＋4CO △與CO、H2反應(yīng)Fe＋CO22Fe＋3CO23Fe＋4CO2FeO＋H2 △Fe2O3＋3H2 △Fe3O4＋4H2 △Fe＋H2O 2Fe＋3H2O 3Fe＋4H2O 4 4與稀硫酸反應(yīng)FeO＋H2SO 4 Fe3O4＋4H2SO Fe2（SO4）3＋3H2O Fe2O3＋3H2SO FeSO4＋H2O Fe2（SO4）3＋FeSO4＋4H2O

四、澄清鐵及其化合物的四個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)

1．Fe與O2、H2O（g）反應(yīng)的產(chǎn)物都是Fe3O4而不是Fe2O3。Fe與Cl2反應(yīng)時(shí)生成FeCl3，與S反應(yīng)時(shí)生成FeS，說(shuō)明Cl2的氧化能力大于S的。常溫下，F(xiàn)e、Al在冷的濃硫酸和濃硝酸中發(fā)生鈍化，但加熱后繼續(xù)反應(yīng)。Fe在Cl2中燃燒，無(wú)論Cl2過(guò)量還是不足均生成FeCl3。

2．生成FeCl2除了用Fe和HCl的置換反應(yīng)外，還可用化合反應(yīng)：2FeCl3＋Fe3FeCl2；生成Fe（OH）3除了用Fe3＋與堿的復(fù)分解反應(yīng)外，還可用化合反應(yīng)：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（加入鹽酸）；配制FeCl3溶液要加入濃鹽酸抑制水解。

4．鐵與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)物分析：

鐵與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)物有兩個(gè)特征反應(yīng)：硝酸充分過(guò)量時(shí)為Fe＋4HNO3（稀Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O（鐵少量），此時(shí)n（Fe）∶n（HNO3）＝1∶4；鐵充分過(guò)量時(shí)為3Fe＋4HNO3（?。?Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，此時(shí)n（Fe）∶n（HNO3）＝3∶8。很明顯，當(dāng)n（Fe）∶n（HNO3）≤1∶4時(shí)，只發(fā)生前一個(gè)反應(yīng)，生成的鹽只有Fe（NO3）3；當(dāng)n（Fe）∶n（HNO3）≥3∶8時(shí)，只發(fā)生后一個(gè)反應(yīng)，生成的鹽只有Fe（NO3）2；當(dāng)3∶8＞n（Fe）∶n（HNO3）＞1∶4時(shí)，可生成兩種鹽。

五、解讀鐵的五種經(jīng)典題型

題型1 鐵及其化合物的性質(zhì)轉(zhuǎn)化

【例1】A、B、C是中學(xué)化學(xué)中常見(jiàn)的三種元素的單質(zhì)。A、B、C及其他物質(zhì)反應(yīng)的關(guān)系如下圖示，其中B、D、E溶液呈酸性，又知常溫下B為氣態(tài)：

請(qǐng)回答：

（1）A、B、C三種單質(zhì)分別是：A：_______，B：_______，C：_______。

（2）B與C反應(yīng)生成E時(shí)的可能反應(yīng)現(xiàn)象是_________。

（3）寫出下列反應(yīng)的離子方程式：

F＋B→D_________________。

D＋C→E＋F_________________。

（4）E溶液顯酸性的離子方程式：__________________。

【解析】由B的狀態(tài)知B為非金屬單質(zhì)，B的溶液呈酸性，故B為氯氣；D、E溶液為酸性，A、C可能是金屬，A能從E中置換出C，A比C活潑；D與單質(zhì)C反應(yīng)生成兩種生成含C的物質(zhì)及含A的物質(zhì)F，說(shuō)明A具有變價(jià)，故A為鐵、C為銅；D、E顯酸性是因?yàn)榻饘匐x子發(fā)生水解反應(yīng)。

【答案】（1）Fe Cl2Cu

（2）產(chǎn)生產(chǎn)生棕黃色的煙

解法指南：本題表面看是推斷題，但因題中沒(méi)有任何特征性質(zhì)的信息，解答中主要是利用物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行分析，從結(jié)果上看，主要涉及了鐵單質(zhì)（銅單質(zhì)）的性質(zhì)，較具特征的反應(yīng)是D（鹽）＋C（單質(zhì)）→E（鹽）＋F（鹽），符合此反應(yīng)的主要是鐵鹽與單質(zhì)銅的反應(yīng)。

題型2 鐵鹽與亞鐵鹽的檢驗(yàn)

【例2】為證明氫氧化鐵膠體中存在氯化鐵，某學(xué)習(xí)小組的幾位同學(xué)分別提出了如下幾種方案（方案中均是首先取一定量的膠體，放入適當(dāng)?shù)膬x器中）。請(qǐng)對(duì)相應(yīng)的方案做出評(píng)價(jià)，若不妥，請(qǐng)指出原因。

方案1：加KSCN顯紅色說(shuō)明有FeCl3。

________________________________________________。

方案2：加AgNO3溶液形成白色沉淀證明有FeCl3。

__________________________________________________。

方案3：先將半透膜袋放在盛有蒸餾水的燒杯中，一段時(shí)間后取出燒杯中的水放入兩支試管中，向一支中加入酸性AgNO3溶液，產(chǎn)生白色沉淀，向另一支中加入KSCN得到紅色溶液，說(shuō)明有FeCl3。

__________________________________________________。

方案4：先將半透膜袋放在流動(dòng)的蒸餾水中，經(jīng)過(guò)相當(dāng)時(shí)間后從半透膜袋放內(nèi)取出適量的液體放入兩支試管中，向一支中加入酸性AgNO3溶液，產(chǎn)生白色沉淀，向另一支中加入KSCN得到紅色溶液，說(shuō)明有FeCl3。

__________________________________________________。

【解析】方案1不妥，一是因?yàn)樵撃z體本身是紅褐色，二是可能導(dǎo)致膠體聚沉而影響檢驗(yàn)結(jié)果。

方案2一是只能說(shuō)明含有Cl－，二是可能導(dǎo)致膠體聚沉而影響檢驗(yàn)結(jié)果。

方案3可行，因?yàn)橥ㄟ^(guò)滲析將膠體中的FeCl3轉(zhuǎn)移到蒸餾水中。

方案4不妥，因?yàn)橥ㄟ^(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的滲析，膠體中可能存在的FeCl3已全部轉(zhuǎn)入蒸餾水中。

【答案】見(jiàn)解析

解法指南：檢驗(yàn)試劑直接加入到電解質(zhì)中，會(huì)導(dǎo)致膠體聚沉；檢驗(yàn)中應(yīng)先用滲析法將相應(yīng)的離子分離出來(lái)。

題型3 有關(guān)鐵反應(yīng)的計(jì)算

【例3】向含4mol HNO3的稀溶液中，逐漸加入Fe粉至過(guò)量（假設(shè)生成的氣體只有一種），在此過(guò)程中n（Fe2＋）隨n（Fe）變化關(guān)系如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（ ）

A．圖中a＝1、b＝1．5

B．該過(guò)程中產(chǎn)生的氣體是NO2

C．當(dāng)加入Fe粉1．2mol時(shí)，溶液中n（Fe2＋）＝0．4mol

D．若向加入過(guò)量Fe粉充分反應(yīng)后的濾液中加入稀鹽酸后可繼續(xù)溶解Cu

【解析】A項(xiàng)，稀硝酸與鐵反應(yīng)時(shí)，硝酸被還原為NO，因此向稀硝酸溶液中加入鐵粉，依次發(fā)生反應(yīng)為Fe＋4HNO3Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O、2Fe（NO3）3＋Fe3Fe（NO3）2，結(jié)合題中硝酸的量可知a＝1．5、b＝1；B項(xiàng)，由反應(yīng)方程式可知，該過(guò)程產(chǎn)生的氣體為NO；C項(xiàng)，由反應(yīng)方程式可知，當(dāng)加入鐵粉大于1mol時(shí)開(kāi)始生成Fe2＋，再結(jié)合2Fe（NO3）3＋Fe3Fe（NO3）2可知，當(dāng)加入1．2mol Fe時(shí)，0．4mol Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，故溶液中n（Fe2＋）＝0．6mol；D項(xiàng)，濾液為Fe（NO3）2，向該溶液中加入HCl后，H＋、NO、Fe2＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe3＋，因此，加入鹽酸后溶液可繼續(xù)溶解銅。

【答案】D

解法指南：該題主要涉及稀硝酸與鐵反應(yīng)時(shí)，鐵的用量的不同導(dǎo)致產(chǎn)物價(jià)態(tài)的差異；同時(shí)注意H＋與NO－3的組合能夠把Fe2＋氧化成Fe3＋。

題型4 考查鐵的框圖推斷

【例4】A、B、C、D、E是中學(xué)化學(xué)中常見(jiàn)的幾種單質(zhì)，其中A、D是金屬，B、C、E常溫下是氣體；甲、乙、丙、丁、戊為化合物，其中乙在常溫下是無(wú)色無(wú)味的液體。它們之間有如下圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系（有些產(chǎn)物已略去）：

（1）寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：

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

（2）D與燒堿反應(yīng)的離子方程式是_________________。

（3）戊→丁的離子方程式是________________________。

【解析】從乙的狀態(tài)與性質(zhì)看，乙極可能是H2O，單質(zhì)氣體只有H2、O2、N2、Cl2、F2，B、C、E分別是誰(shuí)需要結(jié)合框圖進(jìn)一步推斷。從框圖中特殊的反應(yīng)條件“點(diǎn)燃”（一般有O2）、“高溫”“電解”等信息，可推斷置換反應(yīng)“D＋甲→A＋丙”必為鋁熱反應(yīng)。綜合分析，不難推出：A為Fe，B為O2，C為H2，D為Al，E為Cl2，甲為Fe3O4，乙為H2O，丙為Al2O3，丁為FeCl3，戊為FeCl2。

解法指南：物質(zhì)推斷的關(guān)鍵在于找出突破口，特殊的現(xiàn)象、反應(yīng)條件、狀態(tài)、顏色均可成為解題的突破口。一般說(shuō)來(lái)，無(wú)色無(wú)味的液體是水，點(diǎn)燃時(shí)有氧氣（少數(shù)情況下也可以是Cl2）。

題型5 鐵的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

【例5】某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組討論Fe3＋與SO之間發(fā)生怎樣的反應(yīng)，提出了如下幾種可能：

可能一：發(fā)生氧化還原反應(yīng)2Fe3＋＋SO＋H2O2Fe2＋＋SO＋2H＋。

可能二：發(fā)生互促水解反應(yīng)2Fe3＋＋3SO＋6H2O2Fe（OH）3（膠體）＋3H2SO3。

可能三：以上兩種同時(shí)發(fā)生。

為證明發(fā)生的是哪種反應(yīng)，小組內(nèi)的同學(xué)經(jīng)討論設(shè)計(jì)并實(shí)施了下列實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)Ⅰ 同學(xué)們選擇的實(shí)驗(yàn)用品：Na2SO3濃溶液、BaCl2稀溶液、稀鹽酸；試管若干、膠頭滴管若干。從選擇的藥品分析，設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是_____________________。

實(shí)驗(yàn)Ⅱ 取5mL FeCl3濃溶液于試管中，逐滴加入Na2SO3濃溶液，觀察到溶液由黃色變?yōu)榧t棕色，無(wú)氣泡及沉淀生成，繼續(xù)滴加Na2SO3濃溶液至過(guò)量，溶液顏色加深，最終變成紅褐色。這種紅褐色液體是________，向紅褐色液體中逐滴加入稀鹽酸至過(guò)量，可觀察到的現(xiàn)象是______ __________。將溶液分成兩等份，其中一份加入KSCN溶液，溶液變成血紅色，另一份加入BaCl2稀溶液，有少量白色沉淀生成。由上述實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是_________________ _____________________________________________________。

實(shí)驗(yàn)Ⅲ 若在FeCl3濃溶液中加入Na2CO3濃溶液，觀察到紅褐色沉淀并且產(chǎn)生無(wú)色氣體。從形式上看，Na2CO3與Na2SO3相似，但是從上述實(shí)驗(yàn)中可以看到，二者的水溶液與FeCl3溶液反應(yīng)的現(xiàn)象差別很大，分析其可能的原因是①_____________________；②_____________________。

【解析】由于實(shí)驗(yàn)Ⅰ中只用了Na2SO3濃溶液、BaCl2稀溶液、稀鹽酸三種試劑，而前兩種能反應(yīng)生成沉淀，鹽酸又能溶解生成的沉淀，故這是用來(lái)檢驗(yàn)Na2SO3是否變質(zhì)或混有Na2SO4。實(shí)驗(yàn)Ⅱ中，因無(wú)沉淀及氣體生成且溶液顏色由黃色變成紅褐色，說(shuō)明發(fā)生了雙水解反應(yīng)，得到了Fe（OH）3膠體，加入鹽酸后膠體先聚沉后溶解同時(shí)導(dǎo)致SO2氣體放出；加BaCl2有沉淀生成，說(shuō)明溶液有SO被氧化為SO2－4。

【答案】實(shí)驗(yàn)Ⅰ：檢驗(yàn)Na2SO3是否變質(zhì)或混有Na2SO4，排除可能存在的SO的干擾

實(shí)驗(yàn)Ⅱ：Fe（OH）3膠體 先產(chǎn)生紅褐色沉淀，后逐漸溶解得到黃色溶液并產(chǎn)生氣泡 SO與Fe3＋混合后同時(shí)發(fā)生互促水解反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)

解法指南：實(shí)驗(yàn)問(wèn)題涉及的知識(shí)往往是實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理、主要儀器及主要操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及現(xiàn)象分析、結(jié)論或理論解釋，其中實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理是核心，分析中必須首先抓住這一點(diǎn)。

知識(shí)回扣：

鐵鹽性質(zhì)具有多樣性：①鐵鹽具有較強(qiáng)的氧化性，能氧化“鐵前”的金屬單質(zhì)、位于其后面的Cu及H2S、S2－、SO、SO2、I－等；②鐵鹽具有較強(qiáng)的水解性能，將飽和FeCl3溶液滴入到沸水中，則可得到紅褐色的膠體：Fe3＋＋3H2OFe（OH）3（膠體）＋3H＋；③當(dāng)鐵鹽溶液與可溶性碳酸鹽、可溶性酸式碳酸鹽時(shí)，因發(fā)生互促水解反應(yīng)而產(chǎn)生紅褐色沉淀：2Fe3＋＋3CO23－＋3H2O2Fe（OH）3↓＋3CO2↑；④鐵鹽遇可溶性堿溶液會(huì)產(chǎn)生紅褐色沉淀：Fe3＋＋3OH－Fe（OH）3↓；⑤遇KSCN或NH4SCN溶液則會(huì)由黃色變成紅色；⑥遇苯酚溶液則會(huì)變成綠色溶液。

【查漏補(bǔ)缺訓(xùn)練】

1．要證明某溶液中不含F(xiàn)e3＋而可能含有Fe2＋，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的最佳順序?yàn)椋?）

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與某濃度的HNO3反應(yīng)時(shí)生成Fe（NO3）3、H2SO4和某單一的還原產(chǎn)物，若FeS2和參與反應(yīng)的HNO3的物質(zhì)的量之比為1∶8，則該反應(yīng)的還原產(chǎn)物是（ ）

A．NO2B．NO

C．N2O D．NH4NO3

3．在如圖所示元素Fe單質(zhì)及其化合物變化中，下列說(shuō)法正確的是（ ）

A．③反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－

B．鋼鐵腐蝕時(shí)，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：Fe－3e－Fe3＋

C．以Fe為陽(yáng)極，電解飽和NaCl溶液，陽(yáng)極反應(yīng)式：2Cl－－2e－Cl2↑

D．FeCl2溶液中混有少量FeCl3，可以加入Cu除去FeCl3

【參考答案及解題提示】

1．C

2．B 提示：設(shè)參加反應(yīng)的FeS2為1mol，HNO3為8mol，還原產(chǎn)物中N元素化合價(jià)為x，F(xiàn)eS2中Fe顯＋2價(jià)，S顯－1價(jià)，反應(yīng)后生成1mol Fe（NO3）3，由N元素守恒知做氧化劑的HNO3為8mol－3mol＝5mol，即還原產(chǎn)物中N為5mol，由得失電子守恒知1＋7×2＝5×（5－x），解得x＝2，所以還原產(chǎn)物是NO，B項(xiàng)正確。

3．A 提示：B項(xiàng)，鋼鐵腐蝕時(shí)，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是Fe－2e－Fe2＋，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，以鐵為陽(yáng)極，電解NaCl溶液時(shí)，因鐵為活性陽(yáng)極，首先溶解，即陽(yáng)極電極：Fe－2e－Fe2＋，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，因銅和FeCl3溶液反應(yīng)生成FeCl2，同時(shí)生成CuCl2雜質(zhì)，錯(cuò)誤。

（作者單位：山東省日照市莒縣第四中學(xué)）