铁的多样性

化学(鲁科版) | 10年级

认识铁及其不同价态化合物的性质与相互转化,掌握亚铁离子与铁离子的检验方法,了解铁及其化合物在生产和生活中的应用。

这一页讲的是必修第一册 第3章 物质的性质与转化 · 铁的多样性里的「铁的多样性」,教材要求做到:能说出二价铁与三价铁的转化条件。它不是凭空出现的——要先会「氧化还原反应」,这一页才读得顺。学完之后,它会直接支撑「硫的转化」。下面配了 8 道诊断题,其中基础 2 道、进阶 6 道,答案与解析全部公开;先自己做一遍,再对照解析找断点。

掌握标准

先修关系

先修 · 学这页之前先会氧化还原反应本知识点铁的多样性后续 · 学完接着学硫的转化

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诊断题(共 8 道,答案与解析全公开)

第 1 题 基础

铁的不同价态化合物在颜色上各有特征,下列有关颜色描述正确的是( )

  1. FeCl3 溶液呈浅绿色
  2. FeCl2 溶液呈浅绿色
  3. Fe(OH)3 沉淀呈白色
  4. Fe(OH)2 沉淀呈红褐色
看答案与解析

答案:B

解析:含 Fe2+ 的溶液呈浅绿色,FeCl2 溶液正是含 Fe2+ 的溶液,颜色描述正确;含 Fe3+ 的溶液呈棕黄色,故 A 把 FeCl3 溶液的颜色说成浅绿色是错的;Fe(OH)3 是红褐色沉淀,Fe(OH)2 是白色沉淀,C、D 两项把两种氢氧化物沉淀的颜色互相对调,均不正确。故选 B。

第 2 题 进阶

要把 FeCl2 溶液中的 Fe2+ 全部转化为 Fe3+,且不向溶液中引入其他金属元素,应选用的试剂是( )

  1. 加入过量铁粉
  2. 加入铜粉
  3. 通入适量氯气
  4. 加入稀盐酸
看答案与解析

答案:C

解析:实现 Fe2+ 到 Fe3+ 的转化需要加入氧化剂。氯气有较强氧化性,能把 Fe2+ 氧化为 Fe3+,反应为 2Fe2+ + Cl2 = 2Fe3+ + 2Cl-,且不引入新的金属元素,符合要求。铁粉是还原剂,只能把 Fe3+ 还原为 Fe2+,方向相反;铜粉同样起还原作用,还会引入铜元素;稀盐酸不能把 Fe2+ 氧化。故选 C。

第 3 题 挑战

向 FeCl3 溶液中加入过量铁粉并充分反应,下列对反应后所得溶液组成的判断,正确的是( )

  1. 溶液中只含 Fe3+,不含 Fe2+
  2. 溶液中只含 Fe2+,不含 Fe3+
  3. 铁粉不与 FeCl3 反应,溶液组成与颜色都不变
  4. 反应放出氢气,溶液由棕黄色变为无色
看答案与解析

答案:B

解析:Fe3+ 有较强氧化性,单质铁有还原性,二者发生反应 Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+,棕黄色逐渐变为浅绿色。由于铁粉过量,Fe3+ 被完全还原为 Fe2+,所以溶液中只含 Fe2+ 而不含 Fe3+。铁粉与 FeCl3 溶液之间是氧化还原反应,并不发生置换产生氢气,反应后溶液呈浅绿色而非无色,故 A、C、D 均错。故选 B。

第 4 题 基础

向 FeCl3 溶液中滴加几滴 KSCN 溶液,溶液立即变成____色,这一现象常用来检验溶液中是否含有 Fe3+。

看答案与解析

答案:红

解析:Fe3+ 与 SCN- 结合会生成红色的物质,使溶液显红色,这是检验 Fe3+ 最灵敏、最常用的方法。滴加 KSCN 溶液后溶液不变红,说明溶液中没有 Fe3+;变红则说明含有 Fe3+。因此空白处应填红。

第 5 题 进阶

Fe3O4 可看作由 FeO 与 Fe2O3 组成的复杂氧化物,其中 Fe2+ 与 Fe3+ 的物质的量之比为____。

看答案与解析

答案:1:2

解析:把 Fe3O4 写成 FeO·Fe2O3 的形式可以看出,1 个 FeO 提供 1 个 Fe2+,1 个 Fe2O3 提供 2 个 Fe3+,所以 Fe2+ 与 Fe3+ 的物质的量之比为 1:2。这也说明同一种元素的不同价态可以共存于同一种化合物中,是铁的多样性的体现。

第 6 题 进阶

有一瓶浅绿色溶液,可能是 FeCl2 溶液。请设计实验检验其中是否含有 Fe2+,并说明单独使用 KSCN 溶液为什么不能达到目的。

看答案与解析

答案:先取少量待测液于试管中,滴加 KSCN 溶液,若不变红,说明溶液中没有 Fe3+;再向其中滴加氯水或 H2O2 溶液,若溶液变红,说明原溶液中含有 Fe2+,它已被氧化为 Fe3+;若第一次滴加 KSCN 就变红,则不能排除原溶液本来就有 Fe3+,需另取试样先加 KSCN 判断。

解析:检验 Fe2+ 的关键是先排除 Fe3+ 的干扰,再利用 Fe2+ 易被氧化为 Fe3+ 的性质间接检出。KSCN 只对 Fe3+ 显红色,对 Fe2+ 不显色,所以单用 KSCN 无法判断溶液中是否含 Fe2+;而先加 KSCN 不变红、再加氧化剂后变红,两次现象配合起来才能证明原溶液中的 Fe2+ 存在。

第 7 题 挑战

结合铁的两种常见价态,说明 Fe2+ 与 Fe3+ 相互转化的条件,并各举一种能实现转化的试剂。

看答案与解析

答案:Fe2+ 转化为 Fe3+ 需要加入氧化剂,例如氯水、H2O2 或空气中的氧气,Fe2+ 被氧化后溶液由浅绿色变为棕黄色;Fe3+ 转化为 Fe2+ 需要加入还原剂,例如铁粉或铜粉,反应后溶液由棕黄色变为浅绿色;转化的方向由所加试剂的氧化性或还原性决定,因此在保存 Fe2+ 溶液时常加入少量铁粉以防止其被氧化。

解析:Fe2+ 处于中间价态,既有氧化性又有还原性,但还原性更突出,遇到较强氧化剂时被氧化为 Fe3+;Fe3+ 处于较高价态,遇到还原剂时被还原为 Fe2+。判断转化方向的核心是看试剂能否提供或夺取电子,加入氧化剂则价态升高,加入还原剂则价态降低。这一规律也可用来解释为什么久置的 FeSO4 溶液会发黄。

第 8 题 挑战

将 5.6 g 铁粉放入足量氯气中充分燃烧,铁全部转化为 FeCl3,则生成 FeCl3 的物质的量为多少 mol?(铁的摩尔质量取 56 g/mol,结果保留一位小数)

看答案与解析

答案:0.1

解析:铁与氯气反应的化学方程式为 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3,铁与 FeCl3 的化学计量数之比为 1:1。n(Fe) = 5.6 g ÷ 56 g/mol = 0.1 mol,所以生成的 FeCl3 也是 0.1 mol。注意氯气足量时铁被氧化为 +3 价,不能按与盐酸反应生成 FeCl2 来处理。

课标对应

…了解钠、铁及其重要化合物的主要性质,了解这些物质在生产生活中的应用…

《课程标准》原文节选(che-2017:G.NR.04)

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