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1.    鐵是26號(hào)元素，位于第四周期第Ⅷ族，屬于過(guò)渡元素。

原子結(jié)構(gòu)示意圖：

主要化合價(jià)：+2，+3

2.鐵在金屬的分類中屬于黑色金屬，重金屬，常見(jiàn)金屬。純凈的鐵是光亮的銀白色金屬，密度為7.86g/┩³,熔沸點(diǎn)高，有較好的導(dǎo)電、傳熱性，能被磁鐵吸引，也能被磁化。還原鐵粉為黑色粉末。

3.鐵是較活潑的金屬元素，在金屬活動(dòng)性順序表中排在氫的前面。

①跟非金屬反應(yīng)：  點(diǎn)燃                點(diǎn)燃             △

           3Fe+2O₂  == Fe₃O₄    2Fe+3Cl₂  ==2FeCl₃          Fe+S= FeS

         Fe+I₂= FeI₂

②跟水反應(yīng)：     3Fe+4H₂O= Fe₃O₄+4H₂↑

③跟酸作用：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑(遇冷濃硝酸、濃硫酸鈍化；與氧化性酸反應(yīng)不產(chǎn)生H₂，且氧化性酸過(guò)量時(shí)生成Fe³⁺)

④與部分鹽溶液反應(yīng)：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu    Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺

3.生鐵與鋼的比較

鐵的合金

生鐵

鋼

含碳量

2%～4.3%

0.03%～2%

其它雜質(zhì)

含硅、錳、硫、磷較多

含硅、錳少量，硫和磷幾乎沒(méi)有

機(jī)械性能

硬而脆、無(wú)韌性

硬而韌、有彈性

機(jī)械加工

可鑄不可鍛

可鑄、可鍛、可壓延

4.煉鐵和煉鋼的比較?

煉鐵

煉鋼

原料

鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣

生鐵、空氣（或純氧、氧化鐵）、生石灰、脫氧劑

化學(xué)原理

在高溫下用還原劑從鐵礦石里還原出來(lái)

在高溫下用氧化劑把生鐵里過(guò)多的碳和其它氧化為氣體或爐清除去

主

要

反

應(yīng)

①還原劑的生成

C+O₂CO₂

CO₂+C2CO

②鐵的還原

Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂

③爐渣的生成

CaCO₃CaO+CO₂

CaO+SiO₂CaSiO₃

①氧化：2Fe+O₂2FeO

FeO氧化鐵水里的Si、Mn、C等。如C+FeO

Fe+CO

②造渣：生成的硅錳氧化物得鐵水里的硫、磷跟造渣材料反應(yīng)形成爐渣排出。

③脫氧，并調(diào)整Mn、Si含量

2FeO+Si2Fe+SiO₂

主要設(shè)備

高爐

轉(zhuǎn)爐

    1.過(guò)渡元素位于周期表中中部從ⅢB～ⅡB族十個(gè)縱行，分屬于第四周期至第七周期。過(guò)渡元素都是金屬，又叫過(guò)渡金屬。

過(guò)渡金屬的密度一般比較大，熔沸點(diǎn)較高，有較高的硬度、較好的延展性和機(jī)械加工性能，較好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和耐腐蝕性能。

過(guò)渡元素的原子最外層電子數(shù)不超過(guò)兩個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中，最外層和次外層都容易失去電子，因此過(guò)渡元素有可變化合價(jià)。所以當(dāng)Fe與弱氧化劑反應(yīng)時(shí)，只失去最外層上的2個(gè)電子，形成Fe²⁺；當(dāng)Fe與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)時(shí)，還能進(jìn)一步失去次外層上的一個(gè)電子，形成Fe³⁺。這就是鐵在其化合物中通常顯+2價(jià)或+3價(jià)的原因。則Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)能得到+2價(jià)還是+3價(jià)，需看參加反應(yīng)的氧化劑的強(qiáng)弱，有時(shí)還要看反應(yīng)物的量之間的關(guān)系。

例如：①鐵在O₂中燃燒的，一定要在集氣瓶低留有少量的水或一層沙子，防止瓶子被炸裂；②Fe與S反應(yīng)中Fe只能失去其最外層的2個(gè)電子而變成+2價(jià)，反應(yīng)開(kāi)始后撤去酒精燈，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行，說(shuō)明反應(yīng)放熱；③Fe在Cl₂中燃燒時(shí)不但能失去最外層的2個(gè)電子，而且還可失去次外層的1個(gè)電子后成+3價(jià)，說(shuō)明氧化性Cl₂>S；④在高溫時(shí)能與C、P、Si等化合。

2.鐵的合金

一般地說(shuō)，含碳量在2%～4.3%的鐵的合金叫做生鐵。生鐵里除含碳外，還含有硅、錳以及少量的硫、磷等，它可鑄不可煅。根據(jù)碳的存在形式可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。

一般地說(shuō)，含碳量在0.03%～2%的鐵的合金叫做鋼。鋼堅(jiān)硬有韌性、彈性，可以鍛打、

壓延，也可以鑄造。

鋼的分類方法很多，如果按化學(xué)成分分類，鋼可以分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼就是普通的鋼。合金鋼也叫特種鋼，是在碳素鋼是適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或幾種，如錳、鉻、鎳、鎢、銅等合金元素而制成的。合金元素使合金鋼具有各種不同的特殊性能。

3.煉鐵

(1)反應(yīng)原理：利用氧化――還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑(主要是CO)把鐵從鐵礦石里還原出來(lái)。

(2)原料：鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣

(3)設(shè)備：高爐

(4)生產(chǎn)過(guò)程

①還原劑的生成

C+O₂ CO₂        CO₂+C  2CO

②鐵礦石還原成鐵

Fe₂O₃+3CO  2Fe+3CO₂↑

③除脈石、爐渣的形成

CaCO₃CaO+CO₂↑

SiO₂+CaOCaSiO₃

4.煉鋼

(1)設(shè)備：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐

(2)主要原料：煉鋼生鐵、生石灰、氧氣。

(3)反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑把生鐵中過(guò)多的碳和其它雜質(zhì)氧化為氣體或爐渣除去。

(4)煉鋼時(shí)的主要反應(yīng)：

①氧化劑的生成，熱能的來(lái)源  2Fe+O₂2FeO

②降低碳的含量  C+FeOCO+Fe

③除去S、P等雜質(zhì)

④加硅鐵、錳鐵、鋁除剩余FeO――脫氧

2FeO+Si2Fe+SiO₂

1.鐵的氧化物的比較

鐵的氧

化物

FeO

Fe₂O₃

Fe₃O₄

俗稱

鐵紅

磁性氧化鐵

色、態(tài)

黑色粉末

黑色晶體

紅棕色粉末

鐵的價(jià)態(tài)

+2

+3

+2、+3

水溶性

難溶于水

穩(wěn)定性

不穩(wěn)定性

6FeO+O₂=2Fe₃O₄

穩(wěn)定

穩(wěn)定

與酸的反應(yīng)

FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O

Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺

+3H₂O

Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+ Fe²⁺+4H₂O

與CO的反應(yīng)

Fe_xO_y+yCO=xFe+yCO₂

制取

高溫熔融，過(guò)量的鐵與氧氣反應(yīng)

2Fe+O₂=2FeO

Fe(OH)₃的分解

2Fe(OH)₃=Fe₂O₃

+3H₂O

鐵在氧氣中燃燒

3Fe+2O₂=Fe₃O₄

2.鐵的氫氧化物的比較

Fe(OH)₂

Fe(OH)₃

物理性質(zhì)

白色，難溶于水的固體

紅褐色，難溶于水的固體

化學(xué)性質(zhì)

（1）與非氧化性強(qiáng)酸反應(yīng)

Fe(OH)₂+2H⁺=Fe²⁺+2H₂O

(2)與氧化性酸反應(yīng)

3Fe(OH)₂+10HNO₃=3Fe(NO₃)₃+NO↑+8H₂O

（3）空氣中放置被氧化

4Fe(OH)₂+2H₂O+O₂=4Fe(OH)₃

（1）與酸反應(yīng)

Fe(OH)₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O

（2）受熱分解

2Fe(OH)₃=Fe₂O₃+3H₂O

制備

①煮沸蒸餾水，趕走溶解的氧氣②煮沸NaOH溶液，趕走溶解的氧氣③配制FeSO₄溶液，加少量的還原鐵粉④用長(zhǎng)滴管將NaOH溶液送入FeSO₄溶液液面以下

Fe²⁺+2OH^-=Fe(OH)₂↓

將NaOH溶液滴入Fe₂(SO₄)₃溶液中

Fe³⁺+3OH^-=Fe(OH)₃↓

    1. Fe₃O₄是復(fù)雜的化合物，經(jīng)研究證明，在Fe₃O₄晶體中有1/3的Fe是+2價(jià)，有2/3的Fe是+3價(jià)，可看成FeO?Fe₂O₃，實(shí)際應(yīng)寫(xiě)成Fe(FeO₂)₂,即鐵酸亞鐵鹽，不是一般的氧化物。

2.Fe(OH)₂和Fe(OH)₃從溶液中析出的現(xiàn)象不同，前者是白色絮狀沉淀，后者是紅褐色沉淀。而Fe(OH)₂極不穩(wěn)定，易被氧化成Fe(OH)₃，反應(yīng)現(xiàn)象是：白色→灰綠色→紅褐色。

若要觀察到白色的Fe(OH)₂沉淀，需要?jiǎng)?chuàng)造以下條件：

（1）排除亞鐵鹽溶液里的Fe³⁺離子，以免Fe³⁺離子直接與OH^-結(jié)合生成Fe(OH)₃。

（2）盡量排除溶液中溶解的氧氣（絕對(duì)排除是辦不到的），以減慢生成的Fe(OH)₂被氧化成Fe(OH)₃的速度。

反應(yīng)要用新制備的亞鐵鹽溶液，并放入少量的鐵以防止Fe³⁺離子產(chǎn)生。亞鐵鹽溶液與堿溶液在混合前分別加熱以排除溶有的空氣，然后，把堿溶液沿著試管壁加入盛亞鐵鹽溶液的試管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入堿溶液，可觀察到白色絮狀沉淀。

從Fe、Fe²⁺和Fe³⁺的結(jié)構(gòu)可知:Fe只有還原性，F(xiàn)e³⁺通常只有氧化性，F(xiàn)e²⁺既具有氧化性又具有還原性。上述微粒通過(guò)跟一定的氧化劑或還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)的鐵相互轉(zhuǎn)化，如下圖（常稱為鐵三角）：

                           Fe                               

                                   Cl₂                           

                  CO     Fe³⁺  CO     O₂                    

               Zn     Cu²⁺        H₂      HNO₃        

                   I^-、I₂、S         Al     KMnO₄         

                  Cl₂、O₂、HNO₃、KMnO₄、H₂O₂                   

        Fe²⁺ Fe、Cu、I^-、S^2-、H₂S         Fe³⁺ 

 （溶液為綠色）                          （溶液為棕黃色）

1.學(xué)習(xí)鐵及其化合物的性質(zhì)要注意：

(1)抓價(jià)態(tài)：從鐵元素三種價(jià)態(tài)的相互轉(zhuǎn)化(鐵三角關(guān)系)去認(rèn)識(shí)鐵及其化合物間的氧化―還原反應(yīng)規(guī)律.

(2)想屬類：如鐵是一種比較活潑的過(guò)渡金屬，氧化亞鐵、氧化鐵為堿性氧化物，氫氧化亞鐵、氫氧化鐵為不溶性弱堿，氯化鐵為強(qiáng)酸弱堿鹽，由此去分析理解它們各自所具有的性質(zhì).

2.鐵元素的原子在化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)遇弱氧化劑(如S、H⁺、Cu²⁺、I₂等)時(shí)，鐵只能失去最外層的兩個(gè)電子，而生成+2價(jià)鐵的化合物，當(dāng)遇到強(qiáng)氧化劑(如Cl₂、Br₂、HNO₃等)時(shí)，鐵原子可以再失去次外層上的一個(gè)電子而生成+3價(jià)鐵的化合物.

    3.具體反應(yīng)有：

    （1）Fe²⁺→Fe³⁺

    ①2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-（在亞鐵鹽溶液中通入氯氣，溶液由淺綠色變?yōu)樽攸S色）。

②4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O（亞鐵鹽溶液在空氣中容易變質(zhì)，如綠礬露置于空氣中則是：12FeSO₄+3O₂=4Fe₂(SO₄)₃+2Fe₂O₃）

③3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+2H₂O+NO↑

④5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+4H₂O+Mn²⁺

如在FeCl₂溶液中滴加酸性KMnO₄溶液，溶液由淺綠色變棕黃色，在酸性KMnO₄溶液滴加FeCl₂溶液，溶液由紫紅變棕黃。

⑤2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O

（2）Fe³⁺→Fe²⁺

①2Fe³⁺+S²⁺=2Fe²⁺+S,如在FeCl₃溶液中滴加適量的Na₂S溶液,溶液變渾濁，濾去沉淀則濾液為淺綠色；如加入過(guò)量的Na₂S溶液，，則又有黑色沉淀生成（FeS），向Fe³⁺溶液中通入H2S氣體的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂S=2Fe³⁺+2H⁺+S↓。

②2Fe³⁺+SO₃^2－+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺

③2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺,在FeSO₃溶液中往往要加鐵的原因是可以防止Fe²⁺被氧化為Fe³⁺。

④2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺,電路板的制作是利用FeCl₃溶液與裸露的銅反應(yīng)。

⑤2Fe³⁺+2I^－=2Fe²⁺+I₂

4.Fe²⁺和Fe³⁺的檢驗(yàn)

（1）Fe²⁺的檢驗(yàn)：

方法一：滴加KSCN溶液，無(wú)明顯現(xiàn)象，再滴加新制氯水，溶液立即變紅色。

方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮狀沉淀，該沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色。

（2）Fe³⁺的檢驗(yàn)：

方法一：滴加KSCN溶液或NH₄SCN溶液，溶液立即變?yōu)檠�紅色。

方法二：滴加NaOH溶液,出現(xiàn)紅褐色沉淀。

1.Fe²⁺和Fe³⁺的相互轉(zhuǎn)化

Fe²⁺有還原性，高錳酸鉀、重鉻酸鉀、過(guò)氧化氫等氧化劑能把它氧化成Fe³⁺：

MnO^-₄+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O

+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2F³⁺+2H₂O

在酸性溶液中，空氣中的氧也能把Fe²⁺氧化：

4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O

在堿性溶液中，F(xiàn)e²⁺的還原性更強(qiáng)，它能把NO^-₃和NO^-₂還原成NH₃，能把Cu²⁺還原成金屬銅.Fe³⁺具有氧化性，它能把I^-氧化成I₂：

2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂

在無(wú)線電工業(yè)上，常利用FeCl₃溶液來(lái)刻蝕銅，制造印刷線路，它們反應(yīng)的化學(xué)方程式是：

2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺

因此，銅在氯化鐵溶液中能作還原劑，而FeCl₃是氧化劑.

Fe³⁺在酸性溶液中容易被H₂S、SnCl₂等還原成Fe²⁺：

2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺

2F³⁺+Sn²⁺=2Fe²⁺+Sn⁴⁺

Fe³⁺還能被金屬鐵還原：

2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺

在亞鐵鹽溶液中加入鐵釘可防止Fe²⁺被氧化為Fe³⁺.

2.Fe²⁺和Fe³⁺的顏色

Fe²⁺在水溶液中通常以水合離子［Fe(H₂O)₆］²⁺形式存在，呈淡綠色，并存在下列平衡：

［Fe(H₂O)₆］²⁺+H₂O［Fe(H₂O)₅OH］⁺+H₂O⁺

這個(gè)平衡的pK=9.5，水解的程度很小，溶液近于中性.

Fe³⁺在酸性溶液中，通常以淡紫色的［Fe(H₂O)⁶］³⁺形式存在.三氯化鐵以及其他+3價(jià)鐵鹽溶于水后都發(fā)生顯著的水解，實(shí)質(zhì)是+3價(jià)水合鐵離子的水解.只有在PH=0左右時(shí)，才有［Fe(H₂O)₆］³⁺存在(但由于有陰離子的存在，會(huì)生成其他的絡(luò)離子，影響淡紫色的觀察).當(dāng)PH為2～3時(shí)，水解趨勢(shì)很明顯.它們的水解平衡如下：

［Fe(H₂O)₆］³⁺+H₂O［Fe(H₂O)₅(OH)］²⁺+H₃O⁺

K=10^-3.05

［Fe(H₂O)₅(OH)］²⁺+H₂O［Fe(H₂O)₄(OH)₂］⁺+H₃O⁺

K=10^-3.26

生成的堿式離子呈黃色，它可聚合成二聚體：

2［Fe(H₂O)₆］³⁺ ［Fe₂(H₂O)₈(OH) ₂］⁴⁺+2H₃O⁺

K=10^-2.91

二聚體是借OH^-為橋把2個(gè)Fe³⁺連結(jié)起來(lái)形成的多核絡(luò)離子.溶液的PH越高，水解聚合的傾向越大，最后逐漸形成膠體，析出紅綜色水合氧化鐵沉淀。

3．例題精講

例1.把銅粉和過(guò)量的鐵粉加入到熱的濃硝酸中，充分反應(yīng)后，溶液中大量存在的金屬陽(yáng)離子是                                         （       ）

A.只有Fe²⁺                     B.只有Fe³⁺

C.有Fe²⁺和Cu²⁺                  D.有Fe³⁺和Cu²⁺

思路與解析：濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，熱的濃硝酸可將Fe和Cu分別氧化成Fe³⁺和Cu²⁺，過(guò)量的鐵又與Fe²⁺和Cu²⁺反應(yīng)生成Fe²⁺和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金屬陽(yáng)離子為Fe²⁺，故選A。

例2.將6g純鐵粉加入200mLFe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中充分反應(yīng)后得到200mL0.5mol/L的FeSO₄溶液和5.2g固體，求：

（1）反應(yīng)后生成銅多少克？

（2）加入鐵粉前Fe₂(SO₄)₃物質(zhì)的量濃度。

[思路]：在Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中投入鐵粉后，F(xiàn)e³⁺和Cu²⁺均可與鐵發(fā)生反應(yīng)，但由于氧化性Fe³⁺>Cu²⁺，所以Fe應(yīng)首先還原Fe³⁺，即首先發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，但不可以只發(fā)生此反應(yīng)，原因有二：第一是若只發(fā)生此反應(yīng)則說(shuō)明鐵粉較少，已完全反應(yīng)無(wú)剩余，則不可能有5.2g不溶物；第二，若只發(fā)生此反應(yīng)可依此反應(yīng)計(jì)算出生成的FeSO₄為（6g÷56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通過(guò)以上分析，可以看出，F(xiàn)e在把全部的Fe³⁺還原后，不發(fā)生了還原Cu²⁺的反應(yīng)，此時(shí)的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固體中肯定有Cu，是否含F(xiàn)e呢？這就是此題的關(guān)鍵所在，需通過(guò)計(jì)算推導(dǎo)確定。

[解析]：發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

①Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄        ②Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

兩個(gè)反應(yīng)共生成FeSO₄為：0.2L×0.5mol/L=0.1mol

觀察兩個(gè)反應(yīng)不難發(fā)現(xiàn)，若生成同樣的FeSO₄，②式消耗的鐵更多。假設(shè)0.1molFeSO₄全部為②式產(chǎn)生，則此時(shí)消耗的鐵將達(dá)最大量為a。

 Fe    ～     FeSO₄

                  1mol          1mol

                   a           0.1mol

a=0.1mol，即鐵為5.6g，則5.2g固體中含Cu也含剩余的Fe，設(shè)原溶液的Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的物質(zhì)的量分別為x和y。

Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄             Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

X    x       3x               y    y   y    y

由題意得  3x+y=0.1mol

         6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g

解得：x=0.02mol             y=0.04mol

則生成銅：0.04mol×64g/mol=2.56g

原Fe₂(SO₄)₃和物質(zhì)的量濃度為0.02mol/0.2L=0.1mol/L

例3.mg 鐵粉與一定量的HNO₃在一定條件下充分反應(yīng),將生成的氣體與標(biāo)準(zhǔn)狀況nL氧氣混合,恰好能被水完全吸收,m和n的關(guān)系是什么?

[思路]此題看起來(lái),涉及的化學(xué)反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜,因HNO₃的濃度和用量不同,生成Fe(NO₃)₃還是Fe(NO₃)₂不能確定,HNO₃的還原產(chǎn)物是NO還是NO₂也不能確定。所以消耗的氧氣也無(wú)從下手求出.但是從始態(tài)和終態(tài)來(lái)看,HNO₃的還原產(chǎn)物與氧氣混合后,最終還是生成HNO₃,這樣消耗的氧氣相當(dāng)于把mg鐵粉氧化成+2價(jià)或+3價(jià)化合物,用極端思考法很容易求出。

   [解析]:假設(shè)HNO₃為稀的,鐵與HNO₃反應(yīng)后的價(jià)態(tài)是+2,

   則有:  3 Fe +8 HNO₃= 3 Fe(NO₃)₂ + 2 NO↑+ 4 H₂O    (1)

         4NO +3O₂ +2H₂O=4HNO₃                     (2)

(1)×2 +(2)得：2Fe + O₂ +4HNO₃= 2Fe(NO₃)₂ +2H₂O

    可改寫(xiě)為 ： 2Fe + O₂ +4HNO₃ =  2FeO + 4HNO₃

             即：  2Fe + O₂ =2FeO

    同理可得 ：  4Fe +3O₂=2Fe₂O₃  問(wèn)題便得以解決

即 ：當(dāng)鐵被氧化為+2價(jià)時(shí)，由電子得失守衡得：

   m/56×2=n/22.4×4    n=O.2m

當(dāng)鐵被氧化為=+3價(jià)時(shí)，由電子得失守衡得：

   m/56×3=n/22.4×4    n=O.3m  

則m與n的關(guān)系是：O.2m≤n≤O.3m

[小結(jié)]此題在解題過(guò)程中，巧妙得使用了始態(tài)和終態(tài)，使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。氧化還原反應(yīng)中，電子得失守衡的使用，避免了繁瑣的計(jì)算，在應(yīng)試中贏得了時(shí)間，思維訓(xùn)練方面堪稱是一道好題。

例4.由FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄組成的混合物，測(cè)得其中鐵元素與氧元素的質(zhì)量比為21：8，，則這種混合物中FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的物質(zhì)的量之比是（      ）。

A.1：2：1      B. 2：1：1      C. 1：1：1     D. 1：1：3

[思路]：可用平均組成法來(lái)求解：

[解析]在混合物中Fe原子和氧原子物質(zhì)的量之比為(21/56)：（8/16）=3：4，則混合物的平均組成為Fe₃O₄，在三種組合中Fe₃O₄則不必多考慮，應(yīng)注意FeO和Fe₂O₃混合后也應(yīng)符合Fe₃O₄，所以在混合物中它們的物質(zhì)的量之比必需是1：1.故答案應(yīng)選C、D。

例5.某鐵的“氧化物”樣品，用5mol/L的鹽酸140mL恰好完全溶解，所得溶液還能吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.56L氯氣，使其中Fe²⁺全部轉(zhuǎn)化為Fe³⁺。該樣品可能的化學(xué)式是                                                 （       ）

A. Fe₂O₃        B. Fe₃O₄         C. Fe₄O₅          D. Fe₅O₇

[思路]：利用正、負(fù)電荷相等列方程可快速解題。

[解析]設(shè)鐵的氧化物中含O^2-為xmol，則其化學(xué)式為Fe_xO_y，由O^2-個(gè)數(shù)守恒有：

2yH⁺+  Fe_xO_y  = yH₂O+ xFe^+（2y/x）

2ymol   ymol

0.7mol   amol

2y：y=0.7：a      a=0.35（mol）

設(shè)Fe_xO_y中含F(xiàn)e²⁺bmol,則：

2Fe²⁺+  Cl₂   = Fe^3＋+ 2Cl^-    

2mol   22.4L

bmol   0.56L

2：b=22.4：0.56     b=0.05（mol）

設(shè)樣品Fe_xO_y中含F(xiàn)e³⁺為cmol,則由電荷守恒可得：

（2×0.05mol）×3cmol=2×0.35mol

解之得c=0.2mol

故樣品Fe_xO_y中：x：y=（0.05+0.02）：0.35=5：7

即樣品“氧化鐵”化學(xué)式為：Fe₅O₇。

例6：試樣x由氧化亞鐵和氧化銅組成.取質(zhì)量相等的兩份試樣，按下圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

(1)請(qǐng)寫(xiě)出步驟③中所發(fā)生的全部反應(yīng)的離子方程式.

(2)若全部的溶液y和全部的粉末Z充分反應(yīng)后，生成的不溶物的質(zhì)量是m，則每份試樣x中氧化銅的質(zhì)量為            (用m表示).

[思路]：本題第一問(wèn)比較簡(jiǎn)單.發(fā)生的反應(yīng)為：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，F(xiàn)e+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑

第二問(wèn)是考查思維的嚴(yán)密性和敏捷性.由題意，反應(yīng)后溶液中不含Cu²⁺，所以兩份試樣中的銅元素全部轉(zhuǎn)化為單質(zhì)銅，而溶液是強(qiáng)酸性，則固體物中無(wú)Fe,所以m為銅的質(zhì)量.故一份試樣中氧化銅的質(zhì)量為×M_CuO=m=m.

[解析]：(1)Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu  Fe+2H⁺=Fe²+H₂↑

(2) m

例7.在下列所指的各溶液中，分別滴加NH₄SCN溶液后，溶液不呈血紅色的是                                                        （       ）。

A.加入足量鎂粉的Fe₂(SO₄)₃溶液

B.加入過(guò)量鐵粉的稀硝酸溶液

C.鐵絲在足量的氯氣中燃燒后，所得產(chǎn)物的溶液

D.長(zhǎng)期暴露在空氣中的綠礬溶液

[思路]：實(shí)驗(yàn)室鑒定Fe³⁺的方法是利用KSCN溶液，它們相遇會(huì)呈血紅色，若利用NH₄SCN溶液，實(shí)質(zhì)是一樣的：

Fe³⁺+SCN^-=[Fe（SCN）]²⁺

Fe³⁺可以結(jié)合1～6個(gè)SCN^-，產(chǎn)物皆為血紅色。

A.足量的鎂粉可以使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺或Fe，因?yàn)榉磻?yīng)后不再有Fe³⁺，所以加入SCN^-后，不會(huì)出現(xiàn)血紅色。

B.過(guò)量的鐵與稀硝酸進(jìn)行如下反應(yīng)：

Fe+4HNO₃=Fe(NO₃)₃+NO↑+H₂O               2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺

因?yàn)榉磻?yīng)后無(wú)Fe³⁺，所以加入SCN^-后，也不會(huì)出現(xiàn)血紅色。

C.Fe在Cl₂中燃燒的產(chǎn)物是FeCl₃，它的水溶液中存在著大量的Fe³⁺，所以加入SCN^-后，會(huì)出現(xiàn)血紅色。

D.FeSO₄溶液中的Fe²⁺因暴露在空氣中會(huì)被空氣中的氧氣氧化成Fe³⁺：

4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄=2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

所以加入SCN^-后，會(huì)出現(xiàn)血紅色。

[解析]：選A、B。

例8.將8gFe₂O₃投入150mL某濃度的稀硫酸中，再投入7g鐵粉收集到1.68LH₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），同時(shí)，F(xiàn)e和Fe₂O₃均無(wú)剩余，為了中和過(guò)量的硫酸，且使溶液中鐵元素完全沉淀，共消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。則原硫酸的物質(zhì)的量濃度為                                                   （          ）。

A.1.5mol/L                B.0.5mol/L

現(xiàn)將有銅的印刷線路板浸入120mLFeCl₃的濃溶液中，有9.6gCu被腐蝕掉。取出印刷線路板，向溶液中加入8.4g鐵粉，經(jīng)充分反應(yīng)，溶液中還存在4.8g不溶物。則：

（1）溶液中存在那些離子？

（2）離子的濃度各是多少？（設(shè)溶液體積不變）

[思路]：存在的不溶物有兩種可能：一可能是鐵、銅混合物，二可能只是鐵。若為鐵、銅混合物，則溶液中的Cu²⁺必然全部析出，即不溶物的質(zhì)量大于9.6g，顯然錯(cuò)誤，故不溶物為Cu。

[解析]：（1）溶液中存在的離子為：Fe²⁺、Cu²⁺、Cl^-。

（2）溶液中n（Cu²⁺）=（9.6g-4.8g）÷64g/mol=0.075mol

Cu²⁺的物質(zhì)的量濃度為：0.075mol÷0.12L=0.625mol/L

設(shè)被還原的Fe³⁺的物質(zhì)的量為x：

根據(jù)Fe³⁺得電子數(shù)與Fe、Cu失電子數(shù)相等，列式為：

x×1=（8.4g÷56g/mol）×2+0.075mol×2=0.45mol

溶液中n（Fe³⁺）=8.4g÷56g/mol+0.45mol=0.6mol

Fe²⁺的物質(zhì)的量濃度為：0.6mol÷1.2L=5mol/L

Cl⁺的物質(zhì)的量濃度為：0.625mol/L×2+5mol/L×2=11.25mol/L。

例10：氯化銅(CuCl₂?2H₂O)中含F(xiàn)eCl₂雜質(zhì).為制得純凈氯化銅晶體，首先將其制成水溶液，然后按下面所示操作步驟進(jìn)行提純.

                                                ↓蒸發(fā)結(jié)晶

CuCl₂?2H₂O(純)

(1)加入氧化劑X的目的是                                                

(2)下列氧化劑中最適合本實(shí)驗(yàn)的是                                        

A.H₂O₂           B.KMnO₄         C.NaClO         D.K₂Cr₂O₇

(3)物質(zhì)Y和沉淀Z的化學(xué)式分別是            和            .

(已知完全成氫氧化物所需PH值：Fe³⁺為3.7，Cu²⁺為6.4，F(xiàn)e²⁺為9.6.)

[思路]：本題是對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題進(jìn)行理論分析.

解答本題的關(guān)鍵是理解題中提供的一條中學(xué)未曾接觸的信息的含意.由于Fe²⁺沉淀為Fe(OH)₂的PH值與Cu²⁺沉淀為Cu(OH)₂的PH較大，而與Fe³⁺沉淀為Fe(OH)₃的PH相差較大，所以可以通過(guò)先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調(diào)節(jié)溶液的PH使鐵以Fe(OH)₃沉淀形式而被除去.為了使加入的氧化劑不帶入新的雜質(zhì)，顯然用H₂O₂最好.出于同樣的考慮，加入y調(diào)節(jié)溶液PH值時(shí)，應(yīng)選用能與H⁺反應(yīng)，而溶解度較小的物質(zhì)如CuO為好，CuO稍多不會(huì)帶入新雜質(zhì)也不會(huì)使PH值升高太多而使Cu²⁺沉淀.

[解析]：(1)使溶液A中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺；  (2)A  (3)Y：CuO或Cu(OH)₂  Z：Fe(OH)₃

例11：向含有0.8mol的稀硝酸溶液中慢慢加入22.4g的鐵粉.假設(shè)反應(yīng)分為兩個(gè)階段.第一階段為：Fe+HNO₃Fe(NO₃)₃+NO↑+H₂O

(1)寫(xiě)出這兩個(gè)階段反應(yīng)的離子方程式.

(2)求這兩個(gè)階段反應(yīng)中，加入鐵粉的物質(zhì)的量和溶液中鐵元素存在的形式.

(3)在圖中畫(huà)出溶液中Fe²⁺、離子的物質(zhì)的量隨加入鐵粉的物質(zhì)的量變化的關(guān)系圖像(縱坐標(biāo)是溶液中離子的物質(zhì)的量).

分析：鐵與稀硝酸反應(yīng)規(guī)律

①Fe+4HNO₃ Fe(NO₃)₃+NO↑+2H₂O

②3Fe+8HNO₃3Fe(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

(1)當(dāng)≤時(shí)，按反應(yīng)①進(jìn)行；

  當(dāng)≥時(shí)，按反應(yīng)②進(jìn)行.

  當(dāng)≤≤時(shí)，則①②兩反應(yīng)都發(fā)生，且Fe、HNO₃均反應(yīng)完全.

(2)上述反應(yīng)可以認(rèn)為先發(fā)生反應(yīng)①，若Fe有剩余則發(fā)生2Fe(NO₃)₃+Fe3Fe(NO₃)₂.

答案為：

(1)Fe+4H⁺+Fe³⁺+NO↑+2H₂O

   2Fe³⁺+Fe3Fe²⁺.

(2)①加入Fe粉為0～0.2mol時(shí)，存在形式為Fe³⁺.

②加入鐵粉為0.2～0.3mol時(shí)，存在形式為Fe²⁺和Fe³⁺

③加Fe粉為n(Fe)≥0.3mol時(shí)，存在形式為Fe²⁺.

(3)如下圖.

4．實(shí)戰(zhàn)演練

1.（2002年全國(guó)高考題）鐵屑溶于過(guò)量的稀硫酸，過(guò)濾后向?yàn)V液中加入適量硝酸，再加入過(guò)量的氨水，有紅褐色沉淀生成。過(guò)濾，加熱沉淀物至質(zhì)量不再發(fā)生變化，得到紅棕色的殘?jiān)�。上述沉淀和殘�(jiān)�分別為?

A.Fe(OH)₃;Fe₂O₃                                                              B.Fe(OH)₂;FeO?

C.Fe(OH)₂、Fe(OH)₃;Fe₃O₄                               D.Fe₂O₃;Fe(OH)₃?

2.要證明某溶液中不含F(xiàn)e^3＋而可能含有Fe^2＋進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作時(shí)最佳順序?yàn)?/p>

①加入足量氯水  ②加入足量KMnO₄溶液  ③加入少量NH₄SCN溶液?

A.①③                                              B.③②?

C.③①                                              D.①②③?

3.在氯化鐵、氯化銅和鹽酸混合液中加入鐵粉，待反應(yīng)結(jié)束，所剩余的固體濾出后能被磁鐵吸引，則反應(yīng)后溶液中存在較多的陽(yáng)離子是?

A.Cu^2＋                                              B.Fe^3＋?

C.Fe^2＋                                              D.H^＋?

4.在FeCl₃,CuCl₂,FeCl₂的混合溶液中，F(xiàn)e^3＋,Cu^2＋和Fe^2＋的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1,現(xiàn)加入適量鐵粉，使溶液中三種離子物質(zhì)的量濃度之比變化為1∶2∶4,則參加反應(yīng)的鐵粉與原溶液Fe^3＋的物質(zhì)的量之比為?

A.2∶1                                              B.1∶2?

C.1∶3                                              D.1∶4?

5.在濃度均為3　mol?L^－1的鹽酸和硫酸各100�。鞮中，分別加入等質(zhì)量的鐵粉，反應(yīng)完畢后生成氣體的質(zhì)量比為3∶4，則加入鐵粉的質(zhì)量為?

A.5．6�。�                                       B．8．4�。�?

C．11．2�。�                                   Ｄ．1．8�。�?

6.把a g鐵鋁合金粉末溶于足量鹽酸中，加入過(guò)量NaOH溶液。過(guò)濾出沉淀，經(jīng)洗滌、干燥、灼燒，得到的紅色粉末的質(zhì)量仍為a g，則原合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為?

A.70%                                              B.52.4%?

C.47.6%                                            D.30%?

7.制印刷電路時(shí)常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”，發(fā)生的反應(yīng)為2FeCl₃＋Cｕ===2FeCl₂＋CｕCl₂。向盛有氯化鐵溶液的燒杯中同時(shí)加入鐵粉和銅粉，反應(yīng)結(jié)束后，下列結(jié)果不可能出現(xiàn)的是

A.燒杯中有銅無(wú)鐵?                         B.燒杯中有鐵無(wú)銅?

C.燒杯中鐵、銅都有?                            D.燒杯中鐵、銅都無(wú)?

8.某溶液中含有大量的Fe^2＋、Fe^3＋、Mg^2＋和NH，其c(H^＋)=10^－2 mol?L^－1，在該溶液中可以大量存在的陰離子是?

A.SO                                            B.NO

C.SCN^－                                            D.CO

9.某強(qiáng)酸性溶液中可能存在NO、Cl^－、I^－、Fe^3＋中的一種或幾種。向該溶液中加入溴水，單質(zhì)溴被還原，由此推斷溶液中?

A.不含NO、也不含F(xiàn)e^3＋?

B.含有NO、I^－、Cl^－?

C.含I^－，但不能確定是否含Cl^－?

D.含有Fe^3＋?

10.用足量的稀硫酸溶解FeS和Fe（OH）₃的混合物28．3　ｇ，最終得到沉淀1．6�。�，則原混合物中FeS的質(zhì)量可能是?

A．4．4�。�                                    B．7．8�。�?

C．13．5�。�                                   D．17．6　ｇ?

11.(6分)在燒制磚瓦時(shí)，用粘土做成的坯經(jīng)過(guò)烘燒后，鐵的化合物轉(zhuǎn)化成            而制得紅色磚瓦。若烘燒后期從窯頂向下慢慢澆水，窯內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的            氣體，它們把該紅色物質(zhì)還原成的黑色化合物是            ，同時(shí)還有未燒的碳顆粒，而制得了青色磚瓦。?

12.(6分)有關(guān)物質(zhì)間有下圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系。其中：A的濃溶液與單質(zhì)B在加熱時(shí)才發(fā)生反應(yīng)①；A的稀溶液與足量B發(fā)生反應(yīng)②。據(jù)此填寫(xiě)下列空白：?

 (1)反應(yīng)④的現(xiàn)象是                                                 。

(2)寫(xiě)出反應(yīng)②的離子方程式                                         。

(3)根據(jù)題示信息判斷，A的濃溶液和單質(zhì)B加熱時(shí)能否產(chǎn)生G，說(shuō)明理由(寫(xiě)出化學(xué)方程式回答)：                                                          。

13.（6分）室溫下，單質(zhì)A、B、C分別為固體、黃綠色氣體、無(wú)色氣體，在合適反應(yīng)條件下，它們可以按下圖進(jìn)行反應(yīng)。又知E溶液是無(wú)色的，請(qǐng)回答：?

反應(yīng)流程

（1）A是                         ，B是                         ，

C是                         。（請(qǐng)?zhí)罨瘜W(xué)式）?

（2）反應(yīng)①的化學(xué)方程式為：                         。?

（3）反應(yīng)③的化學(xué)方程式為：                         。?

（4）反應(yīng)④的化學(xué)方程式為：                         。

14.（10分）A、B、C、D、E分別是鐵的單質(zhì)或鐵的化合物。其相互反應(yīng)關(guān)系如下圖所示：

根據(jù)上圖所示變化，要求回答：?

（1）推斷A、B、C、D、E各是什么物質(zhì)?

A                         、B                         、C                         、D                         、E                         ；

（2）寫(xiě)出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式：?

①                                                             ;

②                                                             ;?

③                                                             ;?

④                                                             ;?

⑤                                                             ;?

⑥                                                             ;?

⑦                                                             ;?

⑧                                                             。?

15.（10分）將一生銹的鐵片置于稀HNO₃中充分反應(yīng)后，共收集到11.2 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）NO氣體，溶液中還剩余5 g固體殘?jiān)�，在過(guò)濾后的濾液中通入35.5 g氯氣，恰好使溶液中的Fe^2＋全部氧化。求原帶銹鐵片的質(zhì)量和鐵銹的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（鐵銹成分以Fe₂O₃計(jì)）。

16.（12分）（2001年全國(guó)高考卷）已知Fe₂O₃在高爐中有下列反應(yīng)：?

Fe₂O₃＋CO2FeO＋CO₂?

反應(yīng)形成的固體混合物（含F(xiàn)e₂O₃和FeO）中，元素鐵和氧的質(zhì)量比用m（Fe）∶m（O）表示。

（1）上述固體混合物中，m（Fe）∶m（O）不可能是           （選填a、b、c多選扣1分）。?

a.21∶9                          b.21∶7.5                         c.21∶6?

(2)若m（Fe）∶m（O）=21∶8，計(jì)算Fe₂O₃被CO還原的百分率。?

（3）設(shè)Fe₂O₃被CO還原的百分率為A%，則A%和混合物中m（Fe）∶m（O）的關(guān)系式為［用含m（Fe）、m（O）的代數(shù)式表示］A%=           。

請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫(huà)出A%和m（Fe）∶m（O）關(guān)系的圖形。

（4）如果Fe₂O₃和CO的反應(yīng)分兩步進(jìn)行：?

3Fe₂O₃＋CO2Fe₃O₄＋CO₂  Fe₃O₄＋CO3FeO＋CO₂?

試分析反應(yīng)形成的固體混合物可能的組成及相應(yīng)的m（Fe）∶m（O）［令m（Fe）∶

m（O）=21∶a，寫(xiě)出a的取值范圍］。將結(jié)果填入下表。?

混合物組成（用化學(xué)式表示）

a的取值范圍