"铁三角"及其计算

“铁三角”互变及其有关计算

一、“铁三角”转化关系：

Fe 、Fe 2、Fe 3之间的相互转化关系可表示为下列三角关系——铁三角： ＋＋

Fe

1、 Fe2＋ 关系： 这类转化是在氧化剂存在下实现的。

（1）、Fe ——→ Fe 3和Fe 2

性KMnO 4溶液等）。 ＋＋ ——→ Fe 3需要强氧化剂（如O 2、Cl 2、Br 2、HNO 3、浓H 2SO 4、酸＋

2 Fe +2 Cl2 点燃 2 FeCl3 2 Fe +2 Br2 点燃 2 Fe Br3

Fe + 4 HNO3 = Fe(NO3) 3 + NO ↑ + 2 H2O 2 FeCl2 + Cl 2 == 2 FeCl3

＋＋（2）、需要较弱的氧化剂（如S 、Cu 2、H ——非氧化性酸等）就能实现。

＋＋＋＋Fe ＋ Cu 2 ＝ Cu ＋ Fe 2 Fe ＋ 2 H ＝＝ Fe 2 ＋ H 2↑

注意：铁与O 2、H 2O 的反应的特殊性：

A 、铁与氧气的反应比较复杂，产物与反应温度、反应物用量有关。常见的反应有：

3 Fe +2 O2 点燃 Fe 3O 4 2 Fe + O 2 高温 2 FeO

在常温下铁与干燥空气中的氧气不反应，但加热时发生复杂反应：

在潮湿的空气中铁易生锈：22 232B 、铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气：3 Fe + 4H2O 高温 Fe 3O 4 ＋ 4 H2↑

Fe

2、Fe 2＋ ←—— Fe3＋ 关系： 这种转化是在有还原剂存在下实现的。

（1）、Fe 2 → Fe ： 在金属活动顺序表中铁前金属（如Zn 、Al 、Mg 等）能从亚铁盐溶液中的Fe 2还原出来。 ＋＋

注意： K 、Ca 、Na 等及活泼金属在水溶液中会先与水反应，一般不能把它们作为还原剂来实现Fe 2＋→Fe 的转化。

＋＋－－（2）、Fe 3 —→ Fe 2： 需要较强的还原剂来实现，如Fe 、Zn 、Cu 、H 2S(S2) 、Na 2SO 3（SO 32）

等。 H 2S ＋ 2 FeCl3 = 2 FeCl2 + S↓ + 2 HCl 2 KI + 2 FeCl3 = 2 FeCl2 + I 2 + 2 KCl

＋（3）、Fe 3 —→ Fe ： 常发生在金属的热还原反应过程中，如工业炼铁、铝热反应等。

Fe 2O 3 + 3 H2

Fe 2O 3 + 3 Al 高温 高温 2 Fe ＋ 3 H2O Fe 2O 3 + 3 CO 2 Fe ＋ Al 2O 3 高温 2 Fe ＋ 3 CO 2

二、有关计算例析：

【例1】 将适量铁粉放入氯化铁溶液中，完全反应后，溶液中Fe 3和Fe 2浓度相等，则已反应的＋＋Fe 3和未反应的Fe 3的物质的量之比为（ ）

A 、2:3 B 、3:2 C 、1:2 D 、1:1

【析解】 由于铁与氯化铁溶液之间有反应： Fe + 2 Fe3+ ＝ 3 Fe2+

＋＋在同一溶液中，Fe 3和Fe 2浓度相等，即物质的量相等。设已反应的Fe 3+的物质的量为a ，则生成Fe 2+的

＋＋＋物质的量为3a/2 ，故未反应的Fe 3的物质的量也是3a/2 。所以，已反应的Fe 3和未反应的Fe 3的物质的

量之比为： a : 3a/2＝2:3 即答案为A 。

【例2】 在500 mL 0.1 mol/L 的FeCl 2溶液中通入一定量Cl 2，待反应结束后，将溶液稀释到1 L,再取出1/10稀溶液，加入足量的AgNO 3溶液，共到2.009 g 沉淀。若不考虑氯气与水的反应，则原溶液

＋＋中的Fe 2是否完全氧化？若未完全氧化，求Fe 2被氧化的百分率。

【析解】 将氯气通入溶液中发生的反应为 Cl 2 ＋2FeCl 2 ＝2FeCl 3

设通入的氯气和溶液中的氯化亚铁的物质的量之比为1:2，则反应后溶液中促在的氯离子的物质的量为： (1/2) ×0.5×0.1 ×2 mol＋0.5×0.1×2 mol＝0.15 mol

稀释后取1/10溶液与硝酸银溶液完全反应后，得到的沉淀质量为:

0.15 mol×1/10×143.5g/mol＝2.1525g > 2.009 g

2＋∴ 原溶液中的Fe 未被完全氧化。 ＋＋

设被氧化的的物质的量为a ，有 Fe 2 ＋1e −−→ Fe 3 ，Cl 2 ＋2e −−→ 2 Cl －

依据得失电子守恒原理可得： 1×a ＝(

＋2. 009x 10-0. 5x 0. 1x 2) ×2/2 143. 5 ∴ a＝0.04 mol 则Fe 2被氧化的百分率为： 0.04/(0.5×0.1) ×100%＝80%

【例3】 再含有 n g HNO3的溶液里投入m g 铁粉，铁完全溶解。假设有 n/4 g的硝酸被还原，放出NO 气体，通过计算确定反应后溶液里的溶质及其与溶质对应的n/m 的值。

【析解】 由于铁与硝酸的反应比较复杂，但本题已知硝酸的还原产物是NO ，所以根据发生的可能反应：Fe + 4 HNO3 = Fe(NO3) 3 + NO ↑ + 2 H2O …………………………………… ①

Fe + 2 Fe(NO3) 3 = 3 Fe(NO3) 2 …………………………………………… ②

可知，所得溶液中的溶质有三种可能（因为有n/4 g的硝酸被还原，则n g HNO3已完全反应）：

（1）、HNO 3过量，Fe 被完全氧化为Fe(NO3) 3，即只发生反应①，溶质为Fe(NO3) 3。则

Fe ———————— 4 HNO3

m n ∴ n/m =

（2）、HNO 3不足，Fe 被完全氧化为Fe(NO3) 3后，生成的Fe(NO3) 3被剩余的铁完全还原（可能Fe 还有剩余），最终只生成Fe(NO3) 2，即只发生反应①和②，溶质为Fe(NO3) 2。则

3 Fe ———————— 8 HNO3

m n ∴ n/m = 3

（3）、HNO 3不足，Fe 被完全氧化为Fe(NO3) 3后有剩余，生成的Fe(NO3) 3未被剩余的铁完全还原（，最终溶液中的溶质为Fe(NO3) 2和Fe(NO3) 3。则 4.5 > n/m > 3

注意： 本题还可以利用元素守恒和得失电子守恒求解。

【例4】 FeCl 2溶液再空气中久置，部分被氧化，发生如下反应：12FeCl 2＋3O 2＝8 FeCl3＋2 Fe2O 3 取一定体积的此溶液并加入足量的AgNO 3溶液，反应完全后得到28.7 g AgCl 沉淀。另取等体积的此溶液并加入铁粉直至溶液不再使KSCN 溶液变红时，溶液质量减少0.56 g 。求FeCl 2被氧化的物质的量分数。

【析解】 根据题给信息反应，设被氧气氧化的FeCl 2的物质的量为m ，则有

12 FeCl2 ＋ 3 O2 = 8 FeCl3 + 2 Fe2O 3 8 FeCl3 + 4 Fe = 12 FeCl2

得反应关系式为： 3 FeCl 2 ————— Fe

m 0.56

又设原FeCl 2溶液中FeCl 2的物质的量为n ，则有

2 AgCl ——————— FeCl 2

28.7 n

故FeCl 2被氧化的物质的量分数为 n/m x 100% = 0.01/0.03 ∴ m = 0.03 mol ∴ n = 0.01 mol x 100% = 30%