有关铁的变价计算

穆玉鹏

铁是重要的变价金属， 无论是单质， 还是化合物， 在一定条件下参加化学反应时都可能发生变价， 因此铁的变价计算是重点内容.

一、铁单质参加反应产生两种价态化合物

例1在含a g HNO3的溶液里放入b g铁， 铁完全溶解， 假设有a4g HNO3被还原， 且放出的气体是NO.试回答： 反应溶液中的溶质是什么？并求与溶质对应的ab的值？

解析稀硝酸是强氧化剂， 铁单质被氧化Fe（NO3）3， 硝酸被还原成一氧化氮.当HNO3与Fe的量取不同值时， 反应后溶液中的溶质会有所不同：如果硝酸过量， 铁单质只被氧化成Fe（NO3）3.如果Fe过量， 由Fe（NO3）3有较强的氧化性， 可以氧化Fe单质产生Fe（NO3）2.如果Fe过量的不多， 此时反应后溶液中的溶质应为Fe（NO3）2和

Fe（NO3）3， 涉及到化学反应方程式为：

Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O

2Fe（NO3）3+Fe3Fe（NO3）

解题方法选用极值讨论法

①假设反应后溶液中溶质皆为Fe（NO3）3， 满足条件：Fe与HNO3均适量

Fe+4HNO3（稀）

Fe（NO3）3+NO↑+2H2O

56 g4×63 g

b g a g

∵b56=a4×63∴ab=4×6356=92

当ab=92反应后溶液中的溶质应为Fe（NO3）3

②假设反应后的溶液中的溶质皆为Fe（NO3）2，满足条件Fe与HNO3均适量应用总方程式讨论：

2Fe+8HNO3（稀）2Fe（NO3）3+2NO↑+4H2O

2Fe（NO3）3+Fe3Fe（NO3）2

总化学方程式

3Fe+8HNO3（稀）

3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O

3×56 g8×63 g

bga g

∵b3×56=a8×63，

∴ab=8×633×56=31

当ab=31反应后溶液中的溶质为Fe（NO3）2

③假设Fe过量的不多， 2Fe（NO3）3+Fe3Fe（NO3）2反应中Fe（NO3）3不能全部变为Fe（NO3）2， 此时反应后溶液中为Fe（NO3）2和Fe（NO3）3.

从①②中不难得出当31

说明Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O（n为物质的量）

3Fe+8HNO33Fe（NO3）2 +2NO↑+4H2O

上述两个反应中， n（被还原HNO3）n（总HNO3）=14

∴皆为a4g HNO3被还原.

例2现有10.42克纯净铁粉， 溶于过量的稀硫酸中， 在所得的溶液中加入5.05克硝酸钾后共热， 充分反应后部分Fe2+离子氧化.溶液中剩余Fe2+离子恰好被24毫升， 0.3摩/升的酸性高锰酸钾溶液所氧化（ 被还原为Mn2+）试通过计算确定反应中硝酸钾被还原后的产物.

解析用图解法分析题意

此题根据分步反应进行化学方程式计算显然麻烦，特别是书写本题涉及氧化还原反应离子方程式也有较大难度，因此是不可取的解题方法.

此题应根据关系式及电子得失守恒法解题.

设Fe粉溶于过量的稀H2SO4后Fe2+的物质的量为x.

Fe～Fe2+

56 g 1 mol

10.42 g x

x=10.42 g×1 mol56 g=0.186 mol

Fe2+～Fe3+～e-

0.186 mol 0.186 mol

MnO-4～Mn2+～5e-

1 mol 5 mol

0.024 L×0.3 mol/L5×0.024 L×0.3 mol/L

设硝酸钾被还原产生的氮元素化合价为y.

KN+5O3～Ny ～（5-y）e-

101 g （5-y）mol

5.05 g5.05×（5-y）101mol

依据电子得失数守恒

0.186=5.05×（5-y）101+0.024×0.3×5y=+2

∴还原产物为NO.

二、铁的化合物参加化学反应变价

例3在2 L Fe2（SO4）3和CuSO4的混合溶液中，加入30 g纯铁粉，充分反应后得到2 L 0.25 mol/L的FeSO4溶液以及26 g固体沉淀物，求原混和溶液中Fe2（SO4）3和CuSO4的物质的量浓度.

解析此题是有关混合物计算，也是判断反应物是否过量的计算.解题关键要求分析清楚反应物铁粉是否过量，26g固体沉淀物是混合物还是纯净物.

混合物的计算一般可采用代数法列方程求解.

通过极值法讨论30g铁粉是否过量.

依据题意n（Fe2+）=2×0.25=0.5 mol

①假设FeSO4皆由Fe2（SO4）3+Fe3FeSO4反应而得，求m（Fe）=？

设需Fe质量为x g

Fe2（SO4）3+Fe3FeSO4

56 g 3 mol

x 0.5 mol

②假设FeSO4皆由CuSO4+FeFeSO4 +Cu反应而得，m（Fe） =？

设需Fe质量为y g

CuSO4 +FeFeSO4 +Cu

56 g1 mol

y0.5 mol

通过①、②讨论30 g铁粉分别与CuSO4和Fe2（SO4）3反应需铁粉质量<30 g

∴铁粉过量，即：26g固体应为剩余Fe与生成Cu的质量之和

依据题意，设原混合溶液中含Fe2（SO4）3物质的量为x，含CuSO4的物质的量为y

Fe2（SO4）3+Fe3FeSO4

xx3x

CuSO4+FeFeSO4+Cu

yyyy

列方程式

3x+y=2×0.2530-56（x+y）+64y=26

x=0.1（mol）y=0.2（mol）

∴c（Fe2（SO4）3）=0.1 mol2 L=0.05 mol/L

c（CuSO4）=0.2 mol2 L=0.1 mol/L

例4将铁和三氧化二铁的混合物2.72 g，加入50 mL 1.6 mol/L的盐酸中恰好完全反应，滴入KSCN溶液后不显红色.若忽略化学反应中溶液体积变化，则在所得溶液中Fe2+离子的物质的量浓度为多少？

解析审题是关键.依据题意完全反应后溶液中滴入KSCN溶液不显红色说明溶液中无Fe3+，因此涉及到反应为

Fe+2HClFeCl2+H2↑

Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O

2FeCl3+Fe3FeCl2

本题属混合物的计算，可用代数法列方程求解

解Ⅰ.设混合物中Fe物质的量为x，Fe2O3物质的量为y.

Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O

y6y2y

2FeCl3+Fe3FeCl2

2y y 3y

Fe+2HClFeCl2+H2↑

（x-y） 2（x-y） （x-y）

列方程：56x+160y=2.722（x-y）+6y=0.05×1.6

解得x=0.02 mol，y=0.01 mol

∴c（Fe2+）=（0.02-0.01）+0.01×30.05=0.8 mol/L

Ⅱ.上述解法较为复杂，如巧用电荷守恒法可使计算大为简化

反应物恰好完全反应，溶液中有下列关系

Fe2+～2Cl-

∴c（Fe2+）=12c（Cl-）=12×1.6 mol/L

=0.8 mol/L

（收稿日期：2014-10-17）