全国高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第12讲铁及其化合物讲义新人教版.docx
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全国高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第12讲铁及其化合物讲义新人教版
第12讲铁及其化合物
考点一 用物质分类思想认识铁及其重要化合物
1.铁
(1)物理性质
银白色固体,熔点较高,具有良好的导热、导电、延展性,能被磁铁吸引。
(2)结构
(3)化学性质
铁元素性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
按要求书写下列反应的方程式:
①Fe与Cl2、S反应的化学方程式:
2Fe+3Cl2
2FeCl3;
Fe+S
FeS。
②Fe与水蒸气的反应:
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2。
③与氧化性酸(如HNO3)的反应(写离子方程式)。
Fe与过量稀HNO3的反应:
Fe+NO
+4H+===Fe3++NO↑+2H2O。
Fe与少量稀HNO3的反应:
3Fe+2NO
+8H+===3Fe2++2NO↑+4H2O。
④Fe与FeCl3溶液的反应(写离子方程式):
Fe+2Fe3+===3Fe2+。
2.铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的化合价
+2
+3
+2,+3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+===Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O
3.铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
与盐酸
反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
受热分解
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱溶液反应
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者的
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变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
4.亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,Fe2+既有__________性,又有__________性,Fe2+与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为__________________________________________________________。
(2)铁盐
①氧化性:
含有Fe3+的溶液呈______色,Fe3+具有氧化性,Fe3+与Cu反应的离子方程式为__________________________________。
②特性:
含有Fe3+的盐溶液遇到________时变成血红色。
③易水解:
FeCl3滴入沸水中的化学方程式:
________________________________________________________________________。
答案
(1)氧化 还原 Zn+Fe2+===Zn2++Fe 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(2)①棕黄 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ ②KSCN ③FeCl3+3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3HCl
深度思考
1.铁有+2、+3价两种价态,单质铁与①⑥(填下列编号,下同)反应时只生成+3价铁;与④⑤⑦⑧反应时只生成+2价铁;与②③反应时既生成+2价铁也生成+3价铁。
所选试剂:
①Cl2 ②O2 ③H2O(g) ④S ⑤盐酸
⑥稀硝酸(足量) ⑦稀硫酸 ⑧CuSO4溶液 ⑨FeCl2溶液
2.FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取?
答案 都可以。
2Fe+3Cl2
2FeCl3;
2FeCl3+Fe===3FeCl2;
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
3.按要求书写下列反应的离子方程式:
(1)FeO与HNO3的反应
答案 3FeO+NO
+10H+===3Fe3++NO↑+5H2O
(2)Fe3O4与HNO3的反应
答案 3Fe3O4+NO
+28H+===9Fe3++NO↑+14H2O
(3)Fe(OH)3与HI的反应(HI是强酸)
答案 2Fe(OH)3+2I-+6H+===2Fe2++I2+6H2O
题组一 铁及其化合物的性质
1.下列关于铁的说法正确的是( )
A.纯铁为灰黑色,所以铁属于黑色金属
B.铁在硫蒸气中燃烧生成Fe2S3
C.纯铁的抗腐蚀能力非常强,铁在干燥的空气里不易被氧化
D.铁的化学性质比较活泼,所以铁在自然界中全部以化合态存在
答案 C
解析 纯铁为银白色,A错;铁在硫蒸气中燃烧生成FeS,B错;自然界中有少量铁以单质形式存在(如陨铁),D错。
2.铁屑溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止,得到红棕色残渣。
上述沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3 Fe2O3B.Fe(OH)2 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.Fe(OH)2 Fe3O4
答案 B
解析 铁与稀硫酸反应生成FeSO4,再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2,在空气中加热Fe(OH)2,铁元素被氧化为+3价,最后所得红棕色残渣为Fe2O3。
3.下列叙述正确的是( )
A.Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应
B.足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3
C.先后将等物质的量的Fe2O3和Fe分别溶于同一稀盐酸时无气体放出
D.Fe2O3
FeCl3(aq)
无水FeCl3,在给定的条件下能实现转化
答案 C
解析 HNO3具有强氧化性,与Fe反应产生的气体为NO,A项错;铁与Cl2反应无论量的多少产物都是FeCl3,B项错;C项中Fe2O3溶解产生Fe3+恰好将铁单质氧化,因而不能置换出H2,正确;FeCl3溶液加热时易水解,D项错。
4.在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉,得到的Fe2+的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。
请将正确答案的序号填在相应的横线上。
①Fe3+ ②Fe2+ ③Fe、Fe2+ ④Fe2+、Fe3+
(1)AB段铁元素以__________形式存在。
(2)BC段铁元素以__________形式存在。
(3)CD段铁元素以__________形式存在。
答案
(1)①
(2)④ (3)③
解析 向稀HNO3中加入铁粉,开始时稀HNO3过量应生成Fe3+,随加入铁粉量的增加,HNO3反应完全后,发生反应2Fe3++Fe===3Fe2+,最后全部转化为Fe2+。
题组二 Fe2+、Fe3+的检验
5.下列有关物质检验方法不合理的是( )
A.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显血红色,该溶液中一定含有Fe2+
B.用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2
C.检验绿矾晶体是否已氧化变质,可将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液,再观察溶液是否变血红
D.向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+
答案 B
解析 B项中的Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色。
6.要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时,最佳顺序为( )
①加入足量氯水 ②加入足量酸性KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A.①③B.③②C.③①D.①②③
答案 C
解析 在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液,溶液不变血红色,证明无Fe3+存在,再加入氯水,将Fe2+氧化成Fe3+,溶液变为血红色。
KMnO4溶液呈紫红色,溶液颜色变化不明显,所以不能用酸性KMnO4溶液检验。
题组三 Fe(OH)2的制备方法
7.用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:
用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入________。
(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
(3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。
这样操作的理由是
________________________________________________________________________。
答案
(1)稀硫酸、铁屑
(2)加热煮沸 (3)避免生成的Fe(OH)2与氧气接触而被氧化
解析
(1)稀硫酸抑制Fe2+水解,铁屑防止Fe2+被氧化。
(3)Fe(OH)2很容易被氧化,实验过程中要确保在无氧条件下生成。
8.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
答案 ①②③⑤
解析 因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。
①、②原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解水产生的OH-结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于带入空气中的氧气,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
1.检验Fe2+、Fe3+的常用方法
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
溶液变血红色,说明含有Fe3+
KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+。
2.检验Fe2+和Fe3+时的注意事项
(1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN-)。
(2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原酸性KMnO4,有干扰)。
(3)检验Fe2+、Fe3+的其他方法
①检验Fe2+最好、最灵敏的试剂是铁氰化钾K3[Fe(CN)6]:
3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色)。
②检验Fe3+也可用苯酚(C6H5OH),在FeCl3溶液中滴加苯酚,溶液显紫色。
3.成功制备Fe(OH)2的关键
Fe(OH)2具有很强的还原性,易被氧化为Fe(OH)3。
在实验室中制备Fe(OH)2,并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态,成功的关键有以下两点:
①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质;
②制备过程中,保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。
考点二 铁及其化合物转化的综合应用
“铁三角”的转化关系
完成下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+转化条件。
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:
H2S+2Fe3+===S↓+2Fe2++2H+。
(2)将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液,溶液变蓝:
2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。
(3)用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔:
Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。
(4)将H2O2滴入到酸性FeCl2溶液中:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(5)将FeCl2溶液滴入到HNO3溶液中,有无色气体放出:
3Fe2++NO
+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O。
深度思考
1.从盐类水解角度分析,怎样用固体药品配制并保存FeCl2溶液和FeCl3溶液。
答案 先将固体溶于适量的稀盐酸中,冷却后,再加蒸馏水稀释至指定浓度;配制的FeCl2溶液中还需加成铁钉或铁屑。
2.如何除去括号中的杂质
(1)Fe2+(Fe3+):
加过量铁粉,过滤;
(2)FeCl3(FeCl2):
加氯水或H2O2;
(3)FeCl2(CuCl2):
加过量铁粉,过滤;
(4)Fe(Al):
加过量强碱溶液,过滤;
(5)Fe2O3(Al2O3、SiO2):
加过量强碱溶液,过滤;
(6)CuCl2溶液(FeCl3):
加CuO,过滤。
题组一 Fe2+与Fe3+的转化及应用
1.下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀硝酸 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液
A.①②③B.①③④C.②④⑤D.②⑤⑥
答案 D
解析 要实现Fe2+转化为Fe3+,必须加强氧化性物质,②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性,⑥NO
在酸性条件下才表现强氧化性。
2.在FeCl3、CuCl2混合溶液中,加入一定量的铁屑,反应完全后将固体滤出,下列说法中正确的是( )
A.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+
B.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,可能含Cu2+和Fe3+
C.若滤出的固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe3+和Fe2+,一定不含Cu2+
D.若滤出的固体中含有铁和铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+和Fe3+
答案 D
解析 氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+,加入铁粉后有固体剩余,Fe3+一定不存在;若剩余固体全部都是Cu,溶液中还可能有Cu2+,也可能恰好被完全置换;若剩余固体是Cu和Fe,则溶液中不可能有Cu2+。
3.在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中,废液处理和资源回收的过程简述如下:
Ⅰ.向废液中投入过量铁屑,充分反应后分离出固体和滤液;
Ⅱ.向滤液中加入一定量石灰水,调节溶液pH,同时鼓入足量的空气。
(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(2)过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是____________________________________________,
分离得到的固体主要成分是________________________________________________,
从固体中分离出铜需采用的方法是__________________________________________。
(3)过程Ⅱ中发生反应的化学方程式为_______________________________________。
答案
(1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
(2)反应掉FeCl3、CuCl2 Fe、Cu 加入足量稀盐酸后过滤
(3)4FeCl2+4Ca(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3+4CaCl2
解析 FeCl3溶液蚀刻铜箔的离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,得到的废液中含有FeCl3、CuCl2、FeCl2。
题组二 Fe2+、Fe3+的离子共存问题
4.下列各离子组能大量共存的是( )
A.Fe3+、NH
、H+、SO
B.Fe3+、Br-、Na+、I-
C.Fe2+、AlO
、Na+、NO
D.Fe3+、HCO
、NH
、NO
答案 A
解析 B项中Fe3+与I-易发生氧化还原反应不能大量共存;C项中Fe2+与AlO
发生双水解反应不能大量共存;D项中Fe3+与HCO
发生双水解反应不能大量共存。
5.下列离子在指定溶液中能大量共存的是( )
A.1.0mol·L-1的KNO3溶液:
H+、Fe2+、Cl-、SO
B.1.0mol·L-1的FeCl2溶液:
NO
、Na+、K+、ClO-
C.使酚酞变红的溶液中:
Na+、Cl-、SO
、Fe3+
D.酸性溶液中:
NO
、SO
、Fe3+、Mg2+
答案 D
解析 A项中KNO3在酸性条件下能氧化Fe2+;B项中ClO-能氧化Fe2+;C项中Fe3+在碱性条件下生成沉淀,只能存在于酸性溶液中。
题组三 高考热点——“铁三角”与实验探究的融合
6.硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上作补血剂。
某课外小组的同学欲测定该补血剂中铁元素的含量。
实验步骤如下:
请回答下列问题:
(1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加____________,
该过程的现象为______________________________________________________________。
(2)步骤②加入过量H2O2的目的是_______________________________________________。
(3)步骤③中反应的离子方程式是________________________________________________。
(4)步骤④中一系列处理的操作步骤:
过滤、____________、灼烧、____________、称量。
(5)若实验中铁无损耗,则每片补血剂中含铁元素的质量为__________g。
答案
(1)氯水(或双氧水、稀硝酸等合理氧化剂) 溶液由浅绿色变为血红色
(2)将Fe2+全部氧化为Fe3+
(3)Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
[或Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
]
(4)洗涤 冷却 (5)0.07a
解析
(1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加氯水或双氧水、稀硝酸等,若滤液由浅绿色变为血红色,则说明滤液中含有Fe2+。
(2)由于H2O2具有氧化性,加入过量H2O2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+。
(3)步骤③的目的是将Fe3+全部转化为Fe(OH)3,所以步骤③需加入过量的NaOH溶液(或氨水),反应的离子方程式是Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓[或Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
]。
(4)步骤④的目的是将产生的红褐色悬浊液分离,最终得到固体Fe2O3,所以步骤④的操作步骤是过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量。
(5)由于实验中铁无损耗,根据铁元素守恒得,每片补血剂中m(Fe)=
÷10=0.07ag。
7.一定量的铁粉在氯气中充分燃烧,将所得固体完全溶解于稀盐酸,制得溶液A。
(1)铁在氯气中燃烧的化学方程式是___________________________________________。
(2)推测A中可能含有的金属阳离子:
①只有Fe3+;②只有Fe2+;③____________________________________。
甲同学为探究溶液的组成,实验如下:
实验步骤
实验现象
实验结论及反应的离子方程式
取少量溶液A于试管中,加入KSCN溶液
假设②不成立,假设①或③成立;反应的离子方程式是________________
(3)乙同学继续探究溶液A的组成。
查阅资料:
16HCl+2KMnO4===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
实验过程:
另取少量溶液A于试管中,逐滴加入酸性KMnO4溶液,充分振荡,KMnO4溶液紫色褪去,实验结论:
________(填字母序号)。
a.可能有Fe2+ b.可能无Fe2+ c.一定有Fe2+
根据你选择的实验结论,简述理由:
_______________________________________________。
答案
(1)2Fe+3Cl2
2FeCl3
(2)含有Fe2+和Fe3+ 溶液变血红色 Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(3)ab
因为还原性Fe2+>Cl-,逐滴加入酸性KMnO4溶液,Fe2+将MnO
还原为Mn2+,使紫色褪去,故可能含有Fe2+;若溶液中无Fe2+,Cl-也能将MnO
还原为Mn2+,紫色褪去,因而溶液中也可能无Fe2+
常见的不能与Fe2+、Fe3+大量共存的离子
1.Fe3+与HCO
、AlO
、CO
、ClO-等离子相互促进水解不能大量共存。
2.Fe2+能被NO
(H+)、ClO-、MnO
(H+)氧化,不能大量共存。
3.Fe3+能氧化S2-、I-、HS-、SO
等离子,不能大量共存。
考点三 守恒思想在铁及其化合物计算中的应用
“守恒法”是中学化学中一种常用的解题方法,它利用物质变化过程中某一特定的量固定不变来列式求解,即找到起始和终止反应时某一特定量的对应关系,建立方程。
1.现有CuO和Fe2O3组成的混合物ag,向其中加入2mol·L-1的硫酸溶液50mL,恰好完全反应。
若将ag该混合物在足量H2中加热,使其充分反应,冷却后剩余固体的质量为( )
A.1.6agB.(a-1.6)g
C.(a-3.2)gD.1.6g
答案 B
解析 金属氧化物与硫酸恰好完全反应,生成硫酸盐和水,n(H2SO4)=50×10-3L×2mol·L-1=0.1mol。
由氢、氧原子守恒知:
H2SO4~H2O,生成n(H2O)=0.1mol,n(O)=0.1mol,m(O)=1.6g,ag金属氧化物中金属的质量为(a-1.6)g。
2.有一块铁的“氧化物”样品,用140mL5.0mol·L-1盐酸恰好将之完全溶解,所得溶液还能吸收0.025molCl2,恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+,则该样品可能的化学式为( )
A.Fe2O3B.Fe3O4C.Fe4O5D.Fe5O7
答案 D
解析 根据2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)=0.025mol×2=0.05mol,根据电荷守恒得2n(Fe2+)+3n(Fe3+)=n(Cl-),则n(Fe3+)=0.2mol,故n(Fe2+)∶n(Fe3+)=0.05∶0.2=1∶4,故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3,即Fe5O7。
3.向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150mL4mol·L-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解,放出2.24LNO(标准状况),往所得溶液中加入KSCN溶液,无血红色出现。
若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物,所得到的铁的物质的量为( )
A.0.21molB.0.25mol
C.0.3molD.0.35mol
答案 B
解析
n(HNO3)=0.6mol,n(NO)=0.1mol,反应后铁元素的存在形式为Fe(NO3)2,根据元素守恒,可知反应后溶液中的n(NO
)=0.5mol,n(Fe2+)=0.25mol,即n(Fe)=0.25mol。
4.铁是应用最广泛的金属,铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
(1)要确定铁的某氯化物FeClx的化学式,可用离子交换和滴定的方法。
实验中称取0.54g的FeClx样品,溶解后先进行阳离子交换预处理,再通过含有饱和OH-的阴离子交换柱,使Cl-和OH-发生交换。
交换完成后,流出溶液的OH-用0.40mol·L-
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