铁及其化合物的性质实验探究

一、铁及其化合物间的转化

⒈ 实验原理：

⑴ Fe的还原性、Fe3+的氧化性、Fe2+既有还原性又有氧化性；

⑵ Fe、Fe3+、Fe2+之间的转化关系。

⒉ 实验探究一：探究Fe具有还原性，并实现“Fe→Fe2+与Fe→Fe3+”的转化。

⑴ 实验操作：

在三只试管中，分别倒入约5ml的稀硫酸、5ml的硫酸铜溶液、5ml的稀硝酸，各加入少量的铁粉，并振荡试管，观察试管内的实验现象。 ⑵ 实验现象及结论：

① 实验现象：

盛稀硫酸的试管中，有气泡生成，溶液呈浅绿色，铁粉不断溶解。

盛硫酸铜溶液的试管中，有红色物质生成，溶液蓝色变浅，铁粉不断溶解。

盛稀硝酸的试管中，有气泡生成，溶液呈黄色，铁粉不断溶解。

② 结论：

说明Fe具有还原性，Fe遇稀硫酸或硫酸铜反应生成硫酸亚铁，Fe遇稀硝酸反应生成硝酸铁。有关转化反应的离子方程式：

Fe＋2H+==Fe2+＋H2↑；

Fe＋Cu2+==Fe2+＋Cu；

Fe＋4H+＋NO3－==Fe3+＋NO↑＋2H2O

⑶ 转化规律：

① Fe与弱氧化剂(如Cu2+、Ag+、S、I2、非氧化性酸等)反应时生成+2价的铁的化合物。

② Fe与强氧化剂(如Cl2、F2、Br2、稀HNO3、热浓HNO3、热浓H2SO4等)反应时生成+3价的化合物。

⒊ 实验探究二：探究Fe3+具有氧化性，并实现“Fe3+→Fe2+”的转化。

⑴ 实验操作：

在三只试管中，分别盛有少量FeCl3溶液，然后分别加入少量铁粉、铜片、KI溶液及CCl4，振荡试管，观察实验现象。

⑵ 实验现象及结论：

① 实验现象：

加入铁粉的试管中，溶液从黄色变为浅绿色，铁粉不断溶解。

加入铜片的试管中，溶液从黄色变为蓝绿色，铜片不断溶解。

加入KI溶液及CCl4的试管中，溶液分层，CCl4层呈紫红色。

② 结论：

说明Fe3+具有氧化性，Fe3+遇较强还原剂时，可转化为Fe2+。

有关转化反应的离子方程式：

2Fe3+＋Fe== 3Fe2+；

2Fe3+＋Cu== 2Fe2+＋Cu2+；

2Fe3+＋2I－==I2＋2Fe2+

⑶ 转化规律：

① 还原性比亚铁离子强的还原剂都能实现“Fe3+→Fe2+”的转化。如：Zn、Fe、Cu等金属单质；S2－、H2S、SO2、H2SO3、亚硫酸盐、I－、HI等还原剂。

② +3价铁的固体化合物在高温下与H2、CO、碳、铝等还原剂起反应时，被还原成单质铁。

⒋ 实验探究三：探究Fe2+既有还原性又有氧化性，并实现“Fe2+→Fe3+与Fe2+→Fe”的转化。

⑴ 实验操作：

向盛有FeSO4溶液的试管中，滴加KSCN溶液，溶液不显红色，再向试管中滴加几滴新制的氯水(或双氧水)，并振荡试管，观察实验现象。

向盛有FeSO4溶液的试管中，加入锌片，并振荡试管，观察实验现象。

⑵ 实验现象及结论：

① 实验现象：

往FeSO4溶液中加氯水(或双氧水)，溶液呈血红色。

往FeSO4溶液中加锌片，锌片不断溶解，溶液从浅绿色变为无色，有黑色固体生成。

② 结论：

说明Fe2+具有还原性，Fe2+可被强氧化剂氧化成Fe3+。

说明Fe2+具有氧化性，Fe2+可被强还原剂还原成Fe。

有关转化反应的离子方程式：

2Fe2+＋Cl2==2Cl－＋2Fe3+；

Fe3+＋3SCN－==Fe(SCN)3；

2Fe2+＋H2O2＋2H+==2H2O＋2Fe3+；

Fe2+＋Zn==Fe＋Zn2+

⑶ 转化规律：

① 氧化性比亚铁离子强的氧化剂都能实现“Fe2+→Fe3+”的转化，Fe2+在转化中显还原性。如：Cl2、Br2、O2等非金属单质；稀HNO3、浓HNO3、浓H2SO4等氧化性酸；KMnO4、K2Cr2O7、H2O2、Na2O2等其他氧化剂。

② +2价铁的化合物溶液与Mg、Al、Zn等强还原剂，或+2价铁的固体化合物在高温下与H2、CO、碳、铝等起反应时，被还原成单质铁，反应中+2价铁的化合物显氧化性。

⒌ 问题：

⑴ 用FeSO4溶液和NaOH溶液制取Fe(OH)2时，为什么滴管可以伸入到液面以下？为什么制备FeSO4溶液要用煮沸过的蒸馏水？为什么要用新煮沸过的NaOH溶液？

(均是为了防止空气中的O2将Fe2+氧化成Fe3+。)

⑵ Fe2+既不能在碱性条件下稳定存在，也不能在空气中稳定存在的，那么在酸性和中性两种情况下，FeSO4溶液被氧气O2氧化的离子方程式如何书写？

(酸性条件下：4Fe2+＋O2＋4H+==4Fe3+＋2H2O；

中性条件下：12Fe2+＋3O2＋6H2O==8Fe3+＋4Fe(OH)3↓)

⑶ 如何除去FeCl3溶液中的FeCl2？如何除去FeCl2溶液中的FeCl3？写出有关反应的离子方程式。

⑷ 实验室中如何保存FeSO4溶液？如何鉴别FeCl2溶液与FeCl3溶液？

⑸ 在FeBr2溶液中分别通入足量Cl2、少量Cl2时，离子方程式如何书写？若向FeI2溶液中通入少量Cl2时，离子方程式又是如何书写？

⑹ 在FeCl3和CuCl2的混合液中，加入一定量的Fe粉，完全反应后，溶液中一定有的金属阳离子是什么？如果反应后有固体剩余，则溶液中一定没有的离子是什么？一定有的金属阳离子是什么？如果反应后剩余的固体只有Cu，则溶液一定没有的离子是什么？一定有的金属阳离子是什么？可能有的金属阳离子是什么？如果反应后剩余的固体为Fe和Cu，则溶液中一定没有的离子是什么？一定有的金属阳离子是什么？

⑺ 在一定条件下，铁分别与O2、H2O(气)反应时，生成物中铁元素是什么价态？

⑻ 取少量的酸性KMnO4溶液、稀HNO3、Na2O2分装三支试管中，分别滴加FeSO4溶液，并振荡试管，观察到的实验现象分别是什么？写出有关反应的离子方程式。

二、氯化铁（或氯化亚锡）水解的促进或抑制

⒈ 实验原理：

氯化铁(或氯化亚锡)都是强酸弱碱盐，溶于水后发生水解，使溶液显酸性。氯化铁(或氯化亚锡)水溶液中加酸抑制水解，加碱促进水解。

⒉ 实验操作：

向试管中加入少量氯化铁(或氯化亚锡)固体，注入适量蒸馏水，振荡试管，观察发生的现象。然后再加入一定量的盐酸，振荡试管，观察发生的现象。

⒊ 实验现象及解释：

① 实验现象：

少量氯化铁溶于适量蒸馏水，溶液出现浑浊，再加入一定量的盐酸，得到黄色溶液。

Fe3+＋3H2O＝Fe(OH)3＋3H+

少量氯化亚锡溶于适量蒸馏水，溶液中产生白色沉淀，再加入一定量的盐酸，白色沉淀溶解。SnCl2＋H2O==Sn(OH)Cl↓＋HCl，因水解而导致溶液中生成沉淀。

② 解释：

因水解而导致溶液变成浑浊；增加盐酸即增加氢离子的浓度，抑制铁离子的水解，平衡左移，制得氯化铁溶液。

加入一定量的盐酸，抑制亚锡离子水解，碱式氯化亚锡[Sn(OH)Cl]白色沉淀溶解。

⒋问题：

⑴ 为什么在实验室中配制FeCl3、SnCl2等易水解的盐溶液时，先溶于少量浓盐酸中，再加蒸馏水稀释至所需要的浓度？为什么在实验室中配制SnCl2溶液时，还要加入少量的锡粒？

⑵ 加热FeCl3溶液能得到无水FeCl3固体吗？如何得到无水FeCl3固体？

⑶ 为什么需要用饱和FeCl3溶液和沸水来制备Fe(OH)3胶体？

⑷ 为什么FeCl3可做净水剂？它与明矾净水的原理一样吗？为什么？

⑸ 不纯的KNO3溶液中若含有Fe3+，可用加热的方法除去所含的Fe3+，为什么？

⑹ MgCl2溶液中混有FeCl3溶液，不论加Mg、MgO、Mg(OH)2、MgCO3还是Mg2(OH)2CO3，均可除去Fe3+，为什么？

⑺ 实验中手不慎被玻璃划破，为什么FeCl3溶液能够应急止血？

⑻ 金属镁与氯化铁溶液反应时，有气泡产生，溶液颜色逐渐变浅，同时逐渐产生红褐色沉淀。为什么会有这些现象发生？