铁、铜及其重要化合物

        1、Fe2+有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe3+：在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2+氧化：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O在碱性溶液中，Fe2+的还原性更强，它能把NO-3和NO-2还原成NH3，能把Cu2+还原成金属铜。

         2、Fe3+在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe2+：Fe3+还能被金属铁还原：

在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe2+被氧化为Fe3+。

【典型例题】

例1.把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属阳离子是（       ）

A.只有Fe2+                          B.只有Fe3+

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

思路与解析：浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe3+和Cu2+，过量的铁又与Fe2+和Cu2+反应生成Fe2+和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金属阳离子为Fe2+，故选A。

例2.将6g纯铁粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中充分反应后得到200mL0.5mol/L的FeSO4溶液和5.2g固体，求：

（1）反应后生成铜多少克？

（2）加入铁粉前Fe2(SO4)3物质的量浓度。

[思路]：在Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中投入铁粉后，Fe3+和Cu2+均可与铁发生反应，但由于氧化性Fe3+>Cu2+，所以Fe应首先还原Fe3+，即首先发生反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，但不可以只发生此反应，原因有二：第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余，则不可能有5.2g不溶物；第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO4为（6g÷56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通过以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe3+还原后，不发生了还原Cu2+的反应，此时的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固体中肯定有Cu，是否含Fe呢？这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。

[解析]：发生反应的化学方程式为：

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

两个反应共生成FeSO4为：0.2L×0.5mol/L=0.1mol

观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO4，②式消耗的铁更多。假设0.1molFeSO4全部为②式产生，则此时消耗的铁将达最大量为a。      

 Fe    ～     FeSO4

                  1mol          1mol

                   a           0.1mol

a=0.1mol，即铁为5.6g，则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe，设原溶液的Fe2(SO4)3和CuSO4的物质的量分别为x和y。

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

X    x       3x                                 y    y   y    y

由题意得  3x+y=0.1mol

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

解得：x=0.02mol             y=0.04mol

则生成铜：0.04mol×64g/mol=2.56g

原Fe2(SO4)3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L

例3.mg 铁粉与一定量的HNO3在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况nL氧气混合,恰好能被水完全吸收,m和n的关系是什么?

[思路]此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因HNO3的浓度和用量不同,生成Fe(NO3)3还是Fe(NO3)2不能确定,HNO3的还原产物是NO还是NO2也不能确定。所以消耗的氧气也无从下手求出.但是从始态和终态来看,HNO3的还原产物与氧气混合后,最终还是生成HNO3,这样消耗的氧气相当于把mg铁粉氧化成+2价或+3价化合物,用极端思考法很容易求出。

   [解析]:假设HNO3为稀的,铁与HNO3反应后的价态是+2,

   则有:  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

    可改写为 ： 2Fe + O2 +4HNO3 =  2FeO + 4HNO3

             即：  2Fe + O2 =2FeO

    同理可得 ：  4Fe +3O2=2Fe2O3  问题便得以解决

即 ：当铁被氧化为+2价时，由电子得失守衡得：

   m/56×2=n/22.4×4    n=O.2m

当铁被氧化为=+3价时，由电子得失守衡得：

   m/56×3=n/22.4×4    n=O.3m  

则m与n的关系是：O.2m≤n≤O.3m

[小结]此题在解题过程中，巧妙得使用了始态和终态，使复杂的问题简单化。氧化还原反应中，电子得失守衡的使用，避免了繁琐的计算，在应试中赢得了时间，思维训练方面堪称是一道好题。

例4.由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21：8，，则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是（      ）。

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

[思路]：可用平均组成法来求解：

[解析]在混合物中Fe原子和氧原子物质的量之比为(21/56)：（8/16）=3：4，则混合物的平均组成为Fe3O4，在三种组合中Fe3O4则不必多考虑，应注意FeO和Fe2O3混合后也应符合Fe3O4，所以在混合物中它们的物质的量之比必需是1：1.故答案应选C、D。

例5.某铁的“氧化物”样品，用5mol/L的盐酸140mL恰好完全溶解，所得溶液还能吸收标准状况下0.56L氯气，使其中Fe2+全部转化为Fe3+。该样品可能的化学式是（       ）

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

[思路]：利用正、负电荷相等列方程可快速解题。

[解析]设铁的氧化物中含O2-为xmol，则其化学式为FexOy，由O2-个数守恒有：

2yH++  FexOy  = yH2O+ xFe+（2y/x）

2ymol   ymol

0.7mol   amol

2y：y=0.7：a      a=0.35（mol）

设FexOy中含Fe2+bmol,则：

2Fe2++  Cl2   = Fe3＋+ 2Cl-    

2mol  22.4L

bmol  0.56L

2：b=22.4：0.56     b=0.05（mol）

设样品FexOy中含Fe3+为cmol,则由电荷守恒可得：

（2×0.05mol）×3cmol=2×0.35mol

解之得c=0.2mol

故样品FexOy中：x：y=（0.05+0.02）：0.35=5：7

即样品“氧化铁”化学式为：Fe5O7。