铁的三种身份 Fe、Fe²⁺、Fe³⁺ 围成一个"三角循环"。谁能变谁、要用什么试剂、怎么检验、怎么保存除杂——本质都是一条"氧化还原强弱顺序"在指挥。把这条链讲成人话、动手拨一拨,选择与实验题就能稳拿。
三个顶点、六条边。向上(升价)靠氧化剂,向下(降价)靠还原剂。先看清每条边要用什么。
| 转化 | 方向 | 常用试剂 | 典型方程(离子式) |
|---|---|---|---|
| Fe → Fe²⁺ | 升价(弱氧化) | 非氧化性酸(稀盐酸/稀硫酸)、弱氧化剂、Fe³⁺ | Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑ ; Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺ |
| Fe → Fe³⁺ | 升价(强氧化) | Cl₂、稀HNO₃(过量)、热浓H₂SO₄ | 2Fe+3Cl₂ =(点燃)= 2FeCl₃ |
| Fe²⁺ → Fe³⁺ | 升价(被氧化) | Cl₂、HNO₃、H₂O₂、KMnO₄(H⁺)、O₂ | 2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl⁻ |
| Fe³⁺ → Fe²⁺ | 降价(被还原) | Fe、Cu、I⁻、SO₂、H₂S | 2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺ |
| Fe³⁺ → Fe | 深度还原 | 铝热反应、CO、H₂(高温) | 2Al+Fe₂O₃ =(高温)= 2Fe+Al₂O₃ |
| Fe²⁺ → Fe | 降价(析出) | 更活泼金属(Zn)、电解 | Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe |
⚠ Fe 与足量稀 HNO₃ / Cl₂ / 热浓硫酸 → 得 Fe³⁺;Fe 过量时(或加非氧化性酸)→ 只得 Fe²⁺。"过量还是不足"决定最终价态,是最爱考的分岔口。
⚠ 常温下 Fe 遇冷浓 H₂SO₄ / 冷浓 HNO₃ 会钝化(表面生成致密氧化膜而反应停止),不能一路氧化到 Fe³⁺。
点三角形上任意一条边:高亮该转化方向,箭头会"流动"起来,下方显示所需试剂与离子方程式。上行=氧化,下行=还原。
同时记住金属离子氧化性次序里:Fe³⁺ 排在 Cu²⁺ 之上——所以 Fe³⁺ 能氧化 Cu(2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺)。
| Fe³⁺ 能否氧化? | 结论 | 依据 |
|---|---|---|
| Fe³⁺ + Cu | 能,生成 Fe²⁺、Cu²⁺ | Fe³⁺ 氧化性 > Cu²⁺ |
| Fe³⁺ + I⁻ | 能,生成 Fe²⁺、I₂ | Fe³⁺ 氧化性 > I₂ |
| Fe³⁺ + Br⁻ | 不能 | Br₂ 氧化性 > Fe³⁺,故 Fe³⁺ 拉不动 Br⁻ |
⚠ 向 FeBr₂ 溶液中通 Cl₂:因还原性 Fe²⁺ > Br⁻,先氧化 Fe²⁺ 再氧化 Br⁻。少量 Cl₂ 只把 Fe²⁺ 变 Fe³⁺;足量 Cl₂ 才连 Br⁻ 一起氧化。顺序题的经典陷阱。
氧化剂按强弱排在一条轴上。点上面一个"氧化剂",下面高亮它能氧化的还原剂(位置在它下方的都能拉动)。看 Fe³⁺ 卡在 Cu²⁺ 与 I₂ 之间的妙用。
| 试剂 | 加入 Fe²⁺ | 加入 Fe³⁺ | 结论 |
|---|---|---|---|
| KSCN 溶液 | 不变红(需先氧化) | 立即变红(血红色) | 变红即证有 Fe³⁺ |
| NaOH 溶液 | 白色→灰绿→红棕(渐变) | 红棕色沉淀(直接) | 颜色变化过程验 Fe²⁺ |
| K₃[Fe(CN)₆](铁氰化钾) | 蓝色沉淀(滕氏蓝) | 无蓝色沉淀 | 生成蓝色沉淀即证有 Fe²⁺ |
严谨检验 Fe²⁺ 的方案(排除 Fe³⁺ 干扰): 取样,先加 KSCN 不变红(证原来无 Fe³⁺),再加氯水(或 H₂O₂),变红(证 Fe²⁺ 被氧化成 Fe³⁺)——两步才严谨。
⚠ 检验 Fe²⁺ 时若直接加 KSCN 不变红只能说明"此刻无 Fe³⁺",不能直接证明有 Fe²⁺;必须再用氧化剂氧化后变红。用 K₃[Fe(CN)₆] 出蓝色沉淀则可直接证 Fe²⁺。
点一种检验试剂,分别看它遇 Fe²⁺ 与 Fe³⁺ 各自的现象与颜色。理解"哪个试剂验哪种离子"。
Fe(OH)₂ 在空气中被 O₂ 氧化,颜色由白经灰绿最终变红棕(生成 Fe(OH)₃)。点"通入空气"看颜色随时间连续变化,这是必考的现象描述。
Fe²⁺ 在空气中易被 O₂ 氧化成 Fe³⁺(4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O)。保存 FeSO₄ / FeCl₂ 溶液的两招:
| 目标(主) | 杂质 | 方法 | 原理 |
|---|---|---|---|
| FeCl₂ | 混有 FeCl₃ | 加过量铁粉后过滤 | Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺,把杂质 Fe³⁺ 变成主体 Fe²⁺,不引入新杂质 |
| FeCl₃ | 混有 FeCl₂ | 通入适量 Cl₂ | 2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl⁻,把杂质 Fe²⁺ 氧化成主体 Fe³⁺ |
⚠ 除杂"不减主、不增新":FeCl₂ 除 Fe³⁺ 只能用 Fe(不能用 Cu,会引入 Cu²⁺);FeCl₃ 除 Fe²⁺ 只能通 Cl₂(不能加氯水以外的会引杂的氧化剂,也不能过量以免… Cl₂ 恰好即可,多余 Cl₂ 逸出不留杂)。
⚠ 不能用硝酸把 FeCl₂ 里的 Fe²⁺ 氧化——会引入 NO₃⁻ 杂质;也不能用双氧水后残留问题需具体分析。首选 Cl₂ 因为它只带入 Cl⁻(与主体一致)。
选"主体"和"杂质",系统给出正确的除杂试剂、原理与方程式,并解释为什么其它试剂会引入新杂质。
Fe³⁺ 是"氧化性强 + 易水解 + 会络合"的离子,一堆离子不能与它共存:
| 与 Fe³⁺ 不共存 | 原因 |
|---|---|
| I⁻ | 被氧化:2Fe³⁺+2I⁻=2Fe²⁺+I₂(氧化还原) |
| S²⁻、HS⁻ | 被氧化:2Fe³⁺+S²⁻=2Fe²⁺+S↓(氧化还原) |
| SCN⁻ | 络合变红:Fe³⁺+3SCN⁻=Fe(SCN)₃(生成络合物) |
| CO₃²⁻、HCO₃⁻、AlO₂⁻ | 双水解:2Fe³⁺+3CO₃²⁻+3H₂O=2Fe(OH)₃↓+3CO₂↑ |
| OH⁻ | 生成沉淀 Fe(OH)₃↓ |
Fe²⁺ 的共存要点: Fe²⁺ 有还原性,不能与强氧化性离子(如酸性 MnO₄⁻、NO₃⁻/H⁺、ClO⁻)共存;也不与 OH⁻、S²⁻ 共存(生成沉淀)。
⚠ Fe²⁺ 与 NO₃⁻ 在酸性条件下不共存(NO₃⁻/H⁺ 相当于稀硝酸,会氧化 Fe²⁺);中性时 Fe²⁺ 与 NO₃⁻ 可共存。加不加 H⁺ 是关键分岔。
点选若干离子(含 Fe³⁺ 或 Fe²⁺),系统判断这组离子能否大量共存,并逐条列出冲突原因。
1. Fe 与 Cl₂ / 足量稀 HNO₃ / 热浓硫酸 → Fe³⁺;而 Fe 与盐酸、稀硫酸 → 只到 Fe²⁺。别把非氧化性酸也氧化到 +3。
2. Fe 过量时(如 Fe 与稀 HNO₃、Fe 与 FeCl₃),最终产物是 Fe²⁺,不是 Fe³⁺。"过量还是不足"决定价态。
3. 常温下 Fe 遇冷浓硫酸 / 冷浓硝酸钝化,不是不反应,而是生成致密氧化膜后停止。
4. 检验 Fe²⁺ 直接加 KSCN 不变红只能证"无 Fe³⁺",不能证"有 Fe²⁺";要再加氧化剂变红才严谨,或用 K₃[Fe(CN)₆] 出蓝色沉淀。
5. Fe(OH)₂ 白色只是瞬间,题目问现象要写"白→灰绿→红棕"完整过程;方程 4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃ 别漏 H₂O。
6. FeBr₂ 通 Cl₂:还原性 Fe²⁺>Br⁻,少量 Cl₂ 先氧化 Fe²⁺,足量才氧化 Br⁻。别一上来就写 Br⁻ 被氧化。
7. Fe³⁺ 能氧化 Cu、I⁻,但不能氧化 Br⁻、Cl⁻。Fe³⁺ 卡在 Cu²⁺ 与 I₂ 之间。
8. 除杂 FeCl₂ 中的 Fe³⁺ 用铁粉不用铜;FeCl₃ 中的 Fe²⁺ 用 Cl₂ 不用硝酸(否则引入新杂质离子)。
9. Fe²⁺ 与 NO₃⁻ 共存要看酸碱性:加 H⁺ 则相当于稀硝酸会氧化 Fe²⁺,不共存;不加 H⁺ 可共存。
10. 蒸干灼烧 FeCl₃ 溶液得 Fe₂O₃(水解 + 灼烧),不是 FeCl₃。
▸ 所有铁三角问题 = 在强弱顺序轴上找位置。 记住这条氧化性序:Cl₂ > Br₂ > Fe³⁺ > I₂ >(Cu²⁺ 在 Fe³⁺ 之下)。任何"能不能反应""谁先反应""生成什么价态",都在这条轴上一眼看穿。
▸ "强吃弱"定所有产物: 氧化剂过量→还原剂被氧化到最高可及价态(Fe→Fe³⁺);还原剂过量→氧化剂被还原、且多余还原剂把已生成的高价拉回(Fe 过量→Fe²⁺)。判断产物先问"谁过量"。
▸ 多种还原剂共存,按还原性从强到弱依次被氧化: FeBr₂ 通 Cl₂,先 Fe²⁺ 后 Br⁻;FeI₂ 通 Cl₂,先 I⁻(还原性 I⁻>Fe²⁺)后 Fe²⁺——顺序会因 I⁻/Br⁻ 而不同,这是压轴分。
▸ 得失电子守恒秒杀计算: 氧化剂得电子总数 = 还原剂失电子总数。不必写全方程,数电子即可。例:n 个 Fe³⁺ 被还原成 Fe²⁺ 得 n 个电子,对应 Cu 失电子数 = n/2 × 2… 直接列等式。
▸ 检验先排干扰: 严谨方案永远是"先证无干扰离子、再制造目标现象"。检验 Fe²⁺ 先加 KSCN 证无 Fe³⁺,再氧化变红——这套"先排除后确认"的思路适用于所有离子检验。
thebest2dan · 化学攻坚包 · 配套:氧化还原反应 / 化学实验