7.2 铁的氢氧化物+铁盐与亚铁盐+铁及其化合物的转化关系¶
A.铁的氢氧化物¶
| \(Fe(OH)_2\) | \(Fe(OH)_3\) | |
|---|---|---|
| 色、态 | 白色固体 | 红褐色固体 |
| 溶解度(水) | 难溶 | 难溶，溶解度比 \(Fe(OH)_2\) 更小 |
| 化合价 | \(+2\) | \(+3\) |
| 化性 | 碱性、强还原性、受热不稳定性 | 碱性、受热不稳定性 |
| 与盐酸或稀硫酸反应 | \(Fe(OH)_2 + 2H^+ = Fe^{2+} + 2H_2O\) | \(Fe(OH)_3 + 3H^+ = Fe^{3+} + 3H_2O\) |
| 加热 | 隔绝空气加热：\(Fe(OH)_2 \xlongequal{\Delta} FeO + H_2O\) 空气中加热：\(4Fe(OH)_2 + O_2 \xlongequal{\Delta} 2Fe_2O_3 + 4H_2O\) （铁被氧化） |
\(2Fe(OH)_3 \xlongequal{\Delta} Fe_2O_3 + 3H_2O\) |
二者关系：在空气中，\(Fe(OH)_2\) 能够非常迅速地被氧气氧化成 \(Fe(OH)_3\)，现象是白色絮状沉淀迅速转化成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为 \(4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O = 4Fe(OH)_3\)。
a.氢氧化亚铁的制备
1.原理：可溶性亚铁盐（\(FeCl_2\)、\(FeSO_4\) 等）和强碱（\(NaOH\)）发生复分解反应，反应的离子方程式为 \(Fe^{2+} + 2OH^- = Fe(OH)_2 \downarrow\)。
2.关键点：防止 \(Fe(OH)_2\) 被氧化
3.防氧化的措施
① 配制溶液的蒸馏水要煮沸，目的是除去水中溶解的氧气（气体溶解度与温度负相关）。
② 胶头滴管伸入液面以下滴加液体（其他实验中，胶头滴管应该竖直悬空，不能伸进容器）。
③ 液体表面加植物油（或苯）隔绝氧气。
b.常用的改进装置及其工作原理
| 装置 | 原理 | 操作 |
|---|---|---|
 |
先在装置Ⅰ中生成 \(FeSO_4\) 溶液，并利用生成的 \(H_2\) 将装置内的空气排尽后，再把生成的 \(FeSO_4\) 溶液压入装置Ⅱ中与 \(NaOH\) 溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀 | ①先检查装置的气密性；②加入试剂，并打开弹簧夹 a；③收集 B 出口的气体并验纯；④再关闭弹簧夹 a |
【总结】 制备强还原性物质时，常采用以下措施防氧化：
i. 通过煮沸将溶液中溶解的 \(O_2\) 除去。
ii. 用惰性气体或还原性气体排除空气并形成保护气，保护气一般“先来后走”。
iii. 在水溶液表面加植物油或矿物油，隔绝空气。
iv. 往体系中添加还原性更强的保护剂（如配制 \(FeSO_4\) 溶液时，可以往 \(FeSO_4\) 溶液中加入 \(Fe\) 粉）。
B.铁盐与亚铁盐¶
a.组成和性质对比
| 对象 | \(Fe^{2+}\) | \(Fe^{3+}\) |
|---|---|---|
| 代表 | \(FeSO_4 \cdot 7H_2O\)（绿色固体）（绿矾） | \(FeCl_3\)（棕色固体） |
| 颜色 | 浅绿色（溶液） | （棕）黄色（溶液） |
| 反应 | (1) 复分解反应 ① 与 \(OH^-\) 沉淀：\(Fe^{2+} + 2OH^- = Fe(OH)_2 \downarrow\) ② 与 \(CO_3^{2-}\) 沉淀：\(Fe^{2+} + CO_3^{2-} = FeCO_3 \downarrow\) |
(1) 复分解反应 与 \(OH^-\) 沉淀：\(Fe^{3+} + 3OH^- = Fe(OH)_3 \downarrow\) |
| 化学性质 | (2) 氧化还原反应 ① 与氧化剂反应（体现强还原性） i. \(2Fe^{2+} + Cl_2 = 2Fe^{3+} + 2Cl^-\)（除去 \(FeCl_3\) 中的 \(FeCl_2\)） ii. \(2Fe^{2+} + H_2O_2 + 2H^+ = 2Fe^{3+} + 2H_2O\)（除去 \(Fe^{3+}\) 中的 \(Fe^{2+}\)） iii. \(3Fe^{2+} + NO_3^- + 4H^+ = 3Fe^{3+} + NO\uparrow + 2H_2O\)（酸性条件下 \(Fe^{2+}\) 与 \(NO_3^-\) 不能大量共存） iv. \(6Fe^{2+} + Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ = 6Fe^{3+} + 2Cr^{3+} + 7H_2O\)（除去污水中的 \(Cr_2O_7^{2-}\)） v. \(5Fe^{2+} + MnO_4^- + 8H^+ = 5Fe^{3+} + Mn^{2+} + 4H_2O\)（检验 \(Fe^{2+}\) 的还原性） ② 与还原剂反应（体现弱氧化性） \(Fe^{2+} + Zn = Zn^{2+} + Fe\) |
(2) 氧化还原反应：与还原剂反应（体现较强氧化性） ① \(2Fe^{3+} + Fe = 3Fe^{2+}\)（除 \(Fe^{2+}\) 中的 \(Fe^{3+}\)） ② \(2Fe^{3+} + Cu = 2Fe^{2+} + Cu^{2+}\)（用 \(Fe^{3+}\) 腐蚀 \(Cu\)，制作印刷电路板） ③ \(2Fe^{3+} + S^{2-}\)（少量）\(= 2Fe^{2+} + S\downarrow\) ④ \(2Fe^{3+} + SO_3^{2-} + H_2O = 2Fe^{2+} + SO_4^{2-} + 2H^+\) ⑤ \(2Fe^{3+} + 2I^- = 2Fe^{2+} + I_2\) (3) 显色反应 \(Fe^{3+} + 3SCN^- \rightleftharpoons Fe(SCN)_3\)（红色溶液） |
C.铁离子和亚铁离子的检验¶
| 方法 | \(Fe^{2+}\) | \(Fe^{3+}\) |
|---|---|---|
| 观察法 | 溶液显绿色 注：(1)溶液太稀都是无色；(2)黄色溶液的溶质可能是 \(CrO_4^{2-}\)、\(Br_2\)、\(I_2\) 等 |
溶液显黄色 |
| 显色法 | 先加 \(KSCN\) 无明显现象（确认没有三价铁离子），再加氯水或双氧水（将亚铁离子氧化成三价铁离子），溶液变成红色 注：(1)加入的氧化剂不要太强太多，否则可能会褪色；（\(SCN^-\)也会被氧化）(2)先加 \(KSCN\)，再加氧化剂；(3)若体系中存在 \(Fe^{3+}\)，不能用此法检验 \(Fe^{2+}\) |
加 \(KSCN\) 后溶液变成红色 |
| 沉淀法 | 滴加 \(NaOH\)，先生成白色絮状沉淀，迅速转化成灰绿色，最后转化成红褐色 注：此法对 \(c(Fe^{2+})\) 要求比较高，若 \(c(Fe^{2+})\) 过低，无法观察到白色絮状沉淀 滴加 \(K_3[Fe(CN)_6]\) 溶液，生成蓝色沉淀 注：(1)此法不受其他离子的干扰；(2)对检验离子的浓度要求低；(3)此法在高一仅作了解 |
滴加 \(NaOH\)，生成红褐色沉淀 |
| 氧化还原法 | 滴加少量酸性 \(KMnO_4\) 溶液，紫红色褪去（亚铁离子具有还原性） 注：受其他还原剂的干扰，比如\(Cl^-\)。 |
滴加淀粉 \(KI\) 溶液，溶液变蓝 注：受其他氧化剂的干扰 |
D.铁及其化合物的转化关系¶
a.\(Fe^{2+}\)、\(Fe^{3+}\) 的相互转化
+2价 \(Fe\) 处在 \(Fe\) 的中间价态，既可以被氧化到+3价，也可以被还原到0价。
+3价 \(Fe\) 也处在 \(Fe\) 的中间价态，既可以被极强氧化剂氧化成+6价，也可以被还原剂还原为+2价或0价。
\(Fe^{2+} \xrightleftharpoons[\text{向溶液中加入 } Fe, Cu, H_2S \text{ (或 } HS^-, S^{2-}), SO_2 \text{ (或 } SO_3^{2-}, HSO_3^-), I^- \text{ 等}]{\text{向溶液中加入 } O_2, Cl_2, Br_2, H_2O_2, HNO_3, KMnO_4, K_2Cr_2O_7 \text{ 等}} Fe^{3+}\)
b.\(Fe^{2+}\)、\(Fe^{3+}\) 的分离提纯
(1) 除去 \(Fe^{2+}\) 中的 \(Fe^{3+}\)：加入还原剂，为了不引入新杂质，最好是 \(Fe\) 粉
(2) 除去 \(Fe^{3+}\) 中的 \(Fe^{2+}\)：加入氧化剂，为了不引入新杂质，一般加 \(O_2\)、\(H_2O_2\) 等
c.Fe的“价-类”二维图
注意
1.纵向变化体现了不同价态、同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。
2.斜向变化体现了不同价态、不同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。
3.“价—类”二维图主要研究的对象是变价较多的元素。硝酸是强氧化性酸，其能将 \(+2\) 价 \(Fe\) 氧化为 \(+3\) 价；硝酸与铁反应，若硝酸过量氧化产物为 \(Fe^{3+}\)，若硝酸少量氧化产物为 \(Fe^{2+}\)。