【同步讲义】高中化学（鲁科版2019）必修第一册--第17讲 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物 讲义

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第17讲 铁的氧化物和铁的氢氧化物
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课程标准
课标解读
1．结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁的氧化物和铁的氢氧化物的主要性质。
2．结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁的氧化物和铁的氢氧化物在生产、生活中的应用。
3．认识铁元素在物质中可以具有不同价态，可通过氧化还原反应实现含有不同价态铁元素的物质的相互转化。
4．认识一定条件下铁及其化合物之间可以相互转化。能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径。
1．能根据实验现象辨识铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物及其反应，能从物质分类和铁的化合价入手认识它们]的性质，依据复分解反应和氧化还原反应的原理预测铁及其化合物的性质。
2．能对氢氧化亚铁的制备提出可能的假设，依据假设设计实验方案，与同学合作完成实验操作，提出自己的看法。
3．能从物质类别和元素化合价的角度，依据复分解反应和氧化还原反应的原理，预测铁及其化合物的转化。
4．从定性与定量角度收集证据，能通过定性分析和定量计算推测含铁化合物的成分。
5．围绕“补铁剂中铁元素价态的检验”设计简单的实验方案，完成实验操作，观察实验现象。对实验现象做出解释，发现和提出需要进一步研究的问题。
知识精讲

知识点01 铁的氧化物
1．物理性质
化学名称
氧化亚铁
氧化铁
四氧化三铁
铁元素化合价
+2
+3
+2、+3
俗称
\
_________
_________
色、态
______粉末
______粉末
______晶体
2．化学性质
（1）与盐酸反应（用离子方程式表示）
①FeO：___________________________
②Fe2O3：___________________________
③Fe3O4：___________________________
（2）铝热反应化学方程式为：___________________________。
【即学即练1】（2021~2022学年湖南武冈高一上期末）北宋沈括的《梦溪笔谈》对指南针已有详细记载：“方家以磁石磨针缝，则能指南。”磁石的主要成分是（ ）。
A．Fe3O4 B．Fe2O3 C．FeO D．CuFeS2
知识点02 铁的氢氧化物
1．铁的氢氧化物的性质比较

Fe（OH）2
Fe（OH）3
颜色、状态
_______色固体
_______色固体
与盐酸反应
____________________________
_____________________
受热分解
\
____________________________
2．氢氧化亚铁的制备方法
（1）实验装置

（2）实验现象：试管中先生成_______沉淀，迅速变成_______色，最后变成_______色。
（3）反应原理
①__________________________________________
②__________________________________________
（4）实验室要制取Fe（OH）2关键是：____________________________。
（5）实验改进：取用最新配制的FeSO4溶液；NaOH溶液加热煮沸并冷却后使用。

①NaOH溶液要经过加热煮沸，目的是_____________________；
②在FeSO4溶液表面覆盖一层苯，作用是_____________________。
【即学即练2】（2021·开封高一检测）在稀硫酸中加入适量铁粉，反应完全后再加入适量氢氧化钠溶液，放置片刻，从反应体系中观察到颜色变化是（ ）。
A．无色→灰绿色→红褐色
B．无色→浅绿色→白色→灰绿色→红褐色
C．灰绿色→绿褐色→蓝色
D．无色→白色→浅绿色→灰绿色→红褐色
知识点03 铁及其化合物的“价－类”二维图

（1）不同价态铁元素的物质之间的转化为氧化还原反应。
①___________________________________
②___________________________________
③___________________________________
⑦___________________________________
⑨___________________________________
⑩___________________________________
（2）相同价态铁元素的物质之间的转化为复分解反应。
④___________________________________
⑤___________________________________
⑥___________________________________
⑧___________________________________
⑪___________________________________
⑫___________________________________
【即学即练3】下列转化关系不能通过一步反应实现的是（ ）。
A．Fe→FeCl2 B．Fe2O3→Fe（OH）3
C．FeCl3→FeCl2 D．Fe（OH）3→FeCl3
知识点04 补铁剂中铁元素价态的检验
实验步骤
实验现象
实验结论
取少量补铁口服液于试管中，滴入KSCN溶液
A．不变红
______
B．变红
______
若出现现象A，向反应后的溶液中滴加氯水
溶液变红
______
若出现现象B，另取补铁剂滴加酸性KMnO4溶液
紫红色褪去
______
紫红色不褪去
______
【即学即练4】某补血剂的主要成分是FeSO4，老师将其交给化学研究小组某同学检验补血剂是否有变质现象，这位同学取样品做了简单的检验，得出的结论是：已经开始氧化。该同学所用的试剂和判断依据是（ ）。
选项
A
B
C
D
试剂
氯水
氢氧化钠溶液
铁屑
KSCN溶液
现象
出现黄褐色
生成红褐色沉淀
绿色加深
有较浅的血红色
能力拓展

考法01 铁的氧化物的性质及应用
【典例1】某研究性学习小组在用CO还原Fe2O3的实验中，用磁铁吸出生成的黑色粉末X，他们认为X不一定是Fe，若温度不同、受热不均时会生成Fe3O4，也能被磁铁吸引。为探究X的成分，他们进行了如下实验。
I．定性检验
实验编号
实验操作
实验现象
①
取少量黑色粉末X放入试管1中，注入浓盐酸，微热
黑色粉末逐渐溶解，溶液呈黄绿色；有少量气泡产生
②
向试管1中滴加几滴KSCN溶液，振荡
溶液出现血红色
③
另取少量黑色粉末X放入试管2中，注入足量硫酸铜溶液，振荡，静置
有极少量红色物质析出，仍有较多黑色固体未溶解
（1）实验②的目的是_______________________________________。
（2）由上述实验现象推断，黑色粉末X的成分是____________（填化学式）。
II．定量测定

（1）操作Z是__________________。下列仪器中，在灼烧沉淀时必须用到的是（填名称）__________________。

（2）写出溶液Y中滴加H2O2溶液时发生反应的离子方程式__________________。
（3）通过以上数据，得出2.376g黑色粉末X中各成分的物质的量为____________。
【知识拓展】铁的氧化物的化学性质及化学式的确定
1．化学性质
（1）和非氧化性酸（如稀盐酸）发生复分解反应
①FeO：FeO+2H+Fe2++H2O
②Fe3O4：Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O
③Fe2O3：Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
（2）能够被某些还原剂还原（以Fe3O4为例）
①H2：FeO+H2Fe+H2O
②CO：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2（高炉炼铁的主反应）
③C：Fe3O4+2C3Fe+2CO2↑
④Al：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3（铝热反应）
2．简单的铁的氧化物组成的确定：元素物质的量比法
（1）方法：计算铁和氧的物质的量之比，n（Fe）∶n（O）＝a∶b
（2）结果
①若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO；
②若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；
③若a∶b＝3∶4，则铁的氧化物组成如下表：
氧化物组成
Fe3O4
FeO与Fe2O3
FeO、Fe2O3、Fe3O4
物质的量比

1∶1
1∶1∶x（x为任意值）
3．混合价态铁的氧化物组成的确定：FeO和Fe2O3组合法
（1）已知铁的氧化物为FeaOb，设化学式为nFeO·mFe2O3
（2）根据铁元素和氧元素守恒：计算m、n的数值即可。
考法02 铁的氢氧化物的性质及应用
【典例2】（2021~2022学年河北省定州市高一上期末）如图所示装置可用来制取Fe（OH）2和观察Fe（OH）2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂：铁屑、6mol/L硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是（ ）。

A．B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是铁屑
B．实验开始时应先将活塞E关闭
C．生成Fe（OH）2的操作为：关闭E，使A中溶液压入B瓶中
D．取下装置B中的橡皮塞，使空气进入，有关反应的化学方程式为：4Fe（OH）2+O2+2H2O＝4Fe（OH）3
【知识拓展】Fe（OH）2沉淀的制备实验
1．防止Fe（OH）2被氧化的方法
（1）将配制溶液的蒸馏水煮沸，除去其中的氧气。
（2）将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管内的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
（3）在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
（4）在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
2．典型改进装置
（1）有机保护层法：将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油（不能用CCl4），以防止空气与Fe（OH）2接触发生反应，如图1所示。
（2）还原气保护法：打开止水夹a用H2将装置内的空气排尽后，再关闭止水夹a将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀。如图2所示。


图1
图2
考法03 铁及其化合物之间的转化
【典例3】如图为铁及其化合物的“价－类”二维图。

（1）填写二维图缺失的类别①________和化学式②________。
（2）某同学利用以下试剂研究FeCl3性质，进行了如下预测：
①Cl2 ②Fe ③NaOH ④H2SO4 ⑤AgNO3
从物质类别上看，FeCl3属于________，可能与________发生反应（填序号）；
从化合价角度看，Fe3+具有________性，可能与________发生反应（填序号）。
（3）某工厂用FeCl3溶液腐蚀镀有铜的绝缘板生产印刷电路，其化学原理为如下反应：Cu+2FeCl3＝CuCl2+2FeCl2
①用单线桥表示电子转移。
_____________________________________________________
②反应中FeCl3作________剂，理由是______________________________。
③写出该反应的离子方程式___________________________________。
【知识拓展】
1．“铁三角”转化关系

2．“铁三角”的转化关系及应用举例
（1）含铁物质的分离与提纯
主要物质
杂质
除杂方法
反应原理
Fe2+
Fe3+
加过量铁粉
后过滤
Fe+2Fe3+3Fe2+
FeCl3
FeCl2
加氯水或
H2O2
2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－
或2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
Fe2+
Cu2+
加过量铁粉
后过滤
Cu2++FeFe2++Cu
（2）判断离子共存
①Fe2+NO3－（H+）、ClO－、MnO4－（H+）
②Fe3+S2－、HS－、I－、SO32－、HSO3－
（3）亚盐溶液的配制与保存：加少量铁粉，防止Fe2+被氧化：Fe+2Fe3+＝3Fe2+。
分层提分

题组A 基础过关练
1．2022年3月3日，天问一号第八批科学探测数据发布。火星被称为“红色的星球”，这是因为它的岩石和土壤中含有丰富的（ ）。
A．FeO B．Fe3O4 C．Fe2O3 D．Fe
2．根据目前对铁元素价态的认识，下列所含铁元素的物质既有氧化性又有还原性是（ ）。
A．Fe B．FeCl3 C．FeSO4 D．Fe2O3
3．火星上存在针铁矿［化学式：FeO（OH）］和黄钾铁矾，从而证明火星表面曾经存在过水。已知两种矿物中铁的价态相同，则黄钾铁矾［化学式记为：KFe3（SO4）2（OH）n］中n值为（ ）。
A．4 B．5 C．6 D．7
4．实验室有NaCl、KSCN、NaOH、AgNO3四种溶液，某同学只用一种试剂就把它们鉴别开来了，这种试剂是（ ）。
A．FeCl3溶液 B．Na2CO3溶液
C．氯水 D．盐酸
5．（2021~2022学年河北省邢台市高一上期末）某同学向一新制的FeSO4溶液中逐滴滴加NaOH溶液直至过量，生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，一段时间后，有红褐色物质生成．下列说法正确的是（ ）。
A．灰绿色沉淀为Fe（OH）2
B．红褐色物质灼烧后可得到铁单质
C．在隔绝空气的条件下进行上述实验，可长时间观察Fe（OH）2沉淀的颜色
D．沉淀颜色变化的过程中未发生氧化还原反应
6．把一块生锈的铁片投入盛有稀硫酸的烧杯里，待铁片完全溶解后，往烧杯里滴加氢氧化钠溶液至过量，然后过滤，并充分灼烧不溶物，则最终留下的固体是（ ）。
A．Na2O B．Fe2O3和Fe
C．Fe2O3 D．Fe2O3和NaOH
7．人民币在票面文字、号码等处所采用的磁性油墨中含有一种金属氧化物，它在磁码识别器上有磁性信号反应，借此可辨别真伪。
（1）该金属氧化物是________________（写化学式）。
（2）糕点等食品包装中常加入一个装有脱氧剂的小袋，其作用是吸收氧气，使食物因缺氧而不变质，从而长期保存食品。铁脱氧剂就是利用铁易被氧化的性质来吸收氧气，最终产物是Fe2O3·3H2O。有关反应式如下：
A．2Fe+2H2O+O2＝2Fe（OH）2
B．4Fe（OH）2+2H2O+O2＝4Fe（OH）3
C．2Fe（OH）3＝Fe2O3·3H2O
①铁脱氧剂使用后最终的颜色为________。
②以上反应中，属于氧化还原反应的是________（填编号）。
③反应b的还原剂是________（填化学式）。
（3）近年来，我国以铁矿石为原料的产业发展迅猛，磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等都得到了大力开发。
①赤铁矿的主要成分是__________________。
②工业上用焦炭和赤铁矿为原料炼铁，写出反应的化学方程式__________。
8．铁在一定条件下的反应如图所示。请回答下列问题：

（1）东晋的《抱朴子》中曾有记载“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。曾青就是胆矾，即五水硫酸铜。将铁放在胆矾溶液（古人称为胆水）中，可以得到金属铜，请写出该反应的化学方程式：______________________________________。
（2）工业上，向500～600℃的铁屑中通入Cl2生产FeCl3，每生产1kgFeCl3，消耗Cl2的物质的量为________（计算结果保留2位小数）。
（3）实现Fe转化为Fe2+，可选用________（填化学式）溶液。
（4）高温下，Fe粉与水蒸气反应的化学方程式为________________________。
（5）请写出Fe3O4溶于稀盐酸的离子方程式：_______________________________。
题组B 能力提升练
1．（2022·厦门高一检测）红珊瑚栖息于200～2000米的海域，产于台湾海峡、南中国海，它与琥珀、珍珠被统称为有机宝石。在中国，珊瑚是吉祥富有的象征，一直用来制做珍贵的工艺品。红珊瑚是无数珊瑚虫分泌的石灰质大量堆积形成的干支状物，其红色是因为在海底长期积淀某种元素，该元素是（ ）。
A．Na B．Fe C．Si D．Cu
2．铁有多种氧化物，下列关于铁的氧化物说法正确的是（ ）。
A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，可能是来自氧化亚铁
B．Fe2O3是红棕色粉末，俗称磁性氧化铁，常用作红色油漆和涂料
C．Fe3O4中Fe元素的化合价有+2价和+3价，因而Fe3O4是FeO与Fe2O3的混合物
D．铁的氧化物都是碱性氧化物
3．能与大量Fe3+共存的是（ ）。
A．Fe B．S2－ C．Cu2+ D．Cu
4．化学探究活动中提供下列任务，有关反应中不涉及铁元素价态变化的是（ ）。
A．用铁粉除去氯化亚铁溶液中的少许氯化铁杂质
B．铁在氧气中燃烧，其产物溶于热的浓盐酸中
C．氢氧化亚铁是白色固体，在空气中迅速变成灰绿色，最终变成红褐色
D．氢氧化铁受热分解
5．（2021·北京顺义区高一检测）某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个实验。从分类角度分析，下列说法正确的是（ ）。

A．实验①、②所涉及的物质均为电解质
B．实验①、③发生的均为离子反应
C．实验②、③均未发生氧化还原反应
D．实验①、③反应制得的物质均为纯净物
6．（2022·鄂尔多斯高一检测）“百炼成钢”是指反复将炽热的生铁在空气中锤打，转化为坚硬的钢，其实质是对生铁的不断除杂过程。下列关于物质的除杂叙述不正确的是（ ）。
选项
被提纯物质
杂质
除杂试剂或方法
A
FeCl3溶液
FeCl2
通入适量Cl2
B
FeCl2溶液
FeCl3
加入过量铁粉并过滤
C
铁粉
铝粉
加入过量NaOH溶液并过滤
D
Fe（OH）3
Fe（OH）2
在空气中灼烧
7．（2021学年湖南武冈高一上期末）铁的常见化合价有+2和+3。据研究，铁在浓HNO3中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物．该化合物可以表示为（ ）。
A．FeO•3Fe2O3 B．2FeO•3Fe2O3
C．FeO•2Fe2O3 D．2FeO•Fe2O3
8．A、B、C均为单质，B与C反应后的产物溶于水得无色酸性溶液。B的水溶液有漂白作用且显酸性，E可作还原剂，其浓溶液用于实验室制B。A、B、C之间的反应及其他反应如图所示：

试填空：
（1）写化学式：B____________，D____________，F____________。
（2）鉴别D溶液中阳离子的方法是_______________________________。
（3）写出下列反应的离子方程式：
①A+E→F+C：________________________________。
②B+F→D：___________________________________。
9．（2021·成都高一检测）氢氧化亚铁的制造通常是向亚铁盐溶液中添加碱金属氢氧化物，由于容易被氧化，所以反应必须在较稳定的气体（例如氮气、氩气）中进行。在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备。

（1）在试管Ⅰ中加入的试剂是_____________________________________。
（2）在试管Ⅱ中加入的试剂是______________________________________。
（3）为了制得白色Fe（OH）2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是__________________________________。
（4）这样生成的Fe（OH）2沉淀能较长时间保持白色，其理由是________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
10．Fe3O4是重要的化学试剂，铁粉在氧气中燃烧是制取它最为常见和快捷的方法。图1是制取四氧化三铁的系列装置，A装置用于制取二氧化碳气体，并要求气流稳定，流速可控。

请回答下列问题：
（1）图2中仪器a的名称是________。
（2）根据题目要求，在图2中最好选择________（填序号）作为A装置。
（3）对图2中装置①进行气密性检查的方法是________，向分液漏斗中加足量水，过一会，水不再下滴，说明装置①的气密性良好。
（4）在B装置中发生的主要反应的化学方程式是_____________。
（5）当产生的气体与事先预热的铁粉接触时，在硬质玻璃管中将观察到的明显现象是_____________。
（6）反应一段时间后，若将硬质玻璃管中的固体粉末用盐酸溶解，取少许溶液于试管中，加入淀粉碘化钾溶液，没有蓝色出现，推测固体粉末中除Fe3O4外，一定有_________。
（7）若铁粉被完全消耗，某同学为确定生成物中有+2价铁，取少量生成物于试管中，加入适量的稀硫酸溶解。
①写出溶解过程发生反应的离子方程式____________________。
②写出确定+2价铁所用试剂名称、操作步骤、实验现象和结论______________________________________________________。
题组C 培优拔尖练
1．（2021·哈尔滨高一检测）用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的CuO反应制单质铜，有人设计了以下两种方案：
①FeH2Cu；②CuOCuSO4Cu
若按实验原理进行操作，则两者制得单质铜的量（ ）。
A．一样多 B．①多 C．②多 D．无法判断
2．FeCl3、CuCl2混合溶液中加入铁粉，充分反应后仍有固体存在，则下列判断不正确的是（ ）。
A．加入KSCN溶液一定不变红色
B．溶液中一定含有Fe3+
C．溶液中可能含Cu2+
D．剩余固体中一定有铜
3．（2021·广东省选择考）部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是（ ）。

A．a可与e反应生成b
B．b既可被氧化，也可被还原
C．可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D．可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
4．（2021·济南高一检测）向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100mL1.0mol·L－1的盐酸，恰好使混合物溶解，放出224mL的气体（标准状况）。所得溶液中加KSCN溶液后无红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物，能得到铁（ ）。
A．2.8g B．5.6g C．0.001mol D．无法确定
5．（2021·玉林高一检测）某金属A及其化合物之间有如下的转化关系：

（1）请写出A、B、C的化学式：A__________；B__________；C__________。
（2）写出E转化为C的化学方程式：_____________________________。
（3）写出A转化为D的离子方程式：_____________________________。
6．为验证Cl2、Fe3+、I2三者氧化性的相对强弱，某小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。

实验过程：
I．打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。
II．当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。
III．向B中加入一定量KSCN溶液，混合液显红色，一段时间后，B中溶液红色加深，关闭活塞a。
Ⅳ．……
（1）A中产生黄绿色气体，写出A中发生反应的离子方程式_____________。
（2）验证氯气的氧化性强于碘单质的实验现象是_____________。
（3）B中溶液发生反应的离子方程式是_____________。
（4）为验证Fe3+的氧化性强于碘单质，过程Ⅳ的操作和现象是_____________，对应反应的离子方程式是_____________。
（5）浸有氢氧化钠溶液的棉花作用是_____________。
（6）过程III实验的目的是_______________________________________。
（7）若将氯气通入无色碘化钾溶液中，无色溶液先变为黄色，继续通入氯气后，溶液又变为无色，已知每1molKI完全反应转移6mol电子，写出过量氯气与碘化钾溶液反应的离子方程式__________________________。