高考化学一轮复习 课时19 铁及其化合物考点过关.docx

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高考化学一轮复习课时19铁及其化合物考点过关

2019-2020年高考化学一轮复习课时19铁及其化合物考点过关

铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物

【基础梳理】

1.铁

（1）纯铁具有金属的共性，如具有　　　　色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被　　　　吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。

（2）用化学方程式或离子方程式表示下列变化

①铁与非金属单质反应

4Fe+3O2　　　　（现象:

在潮湿的空气中生锈，生成　　　　色固体）

3Fe+2O2　　　　（现象:

氧气中点燃，火星四射、生成　　　　色晶体）

2Fe+3Cl2　　　　（现象:

生成　　　　色烟）

Fe+S　　　　（现象:

生成黑色固体）

铁跟氯气、硫反应时，分别生成+3价和+2价的铁，说明氧化性:

氯气　　　　硫。

②铁与水、酸溶液的反应

3Fe+4H2O（g）　　　　　　　　　　　

Fe+2HCl（稀）　　　　　　　　　　　

Fe+4HNO3（稀）　　　　　　　　　　　

③铁与盐溶液反应

Fe+2FeCl3　　　　　　　

Fe+CuSO4　　　　　　　

2.铁的氧化物与氢氧化物

（1）氧化物

化学式

FeO

Fe2O3

Fe3O4

俗名

颜色

黑色

　　　色

黑色

铁元素价态

与盐酸反应生成的离子

（2）氢氧化物

化学式

Fe（OH）2

Fe（OH）3

颜色、状态

　　　　色固体

　　　　色固体

与盐酸反应

Fe（OH）2+2H+

Fe（OH）3+3H+

受热分解

2Fe（OH）3　　　

制法

可溶性亚铁盐与碱溶液反应:

Fe2++2OH-　　　

可溶性铁盐与碱溶液反应:

Fe3++3OH-　　　

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　　　　色絮状沉淀迅速变成　　　　色，最后变成　　　　色，反应的化学方程式为4Fe（OH）2+O2+2H2O　　　　

（3）几种典型的制备Fe（OH）2的方法:

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，成为物质制备实验探究的热点。

由于Fe（OH）2具有很强的还原性，易被氧化为Fe（OH）3，所以实验的关键是防止Fe（OH）2被　　　　。

制备原理:

Fe2++2OH-Fe（OH）2↓。

方法1:

FeSO4溶液与NaOH溶液反应制备

（1）配制FeSO4溶液和NaOH溶液的蒸馏水要事先煮沸，除去氧气;

（2）在装有FeSO4溶液的试管里加入苯（或植物油），使其起到隔绝空气的作用;

（3）吸有NaOH溶液的胶头滴管应插入到FeSO4溶液的液体中，再挤出NaOH溶液。

（见下图）

方法2:

氢气氛围中的复分解反应法

在图1所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀硫酸等试剂制备。

图1图2

方法3:

电解法

利用电解实验可以制得纯净的Fe（OH）2白色沉淀，如图

2所示，两电极的材料分别为石墨和铁。

（4）有关Fe2+、Fe3+的水解反应:

Fe2+、Fe3+是典型的弱碱阳离子，与C、HC、Al等在溶液中因发生水解互促反应而不能共存。

如:

2Fe3++3C+3H2O图12Fe（OH）3↓+3CO2↑。

①配制亚铁盐溶液:

加入少量铁屑以防止Fe2+被氧化，滴入少量相应的酸溶液以防止Fe2+水解。

②配制铁盐溶液:

加入少量相应的酸溶液以防止Fe3+水解。

例:

在FeSO4溶液中，需加铁粉和稀硫酸;Fe2（SO4）3溶液中需加H2SO4。

微课1　Fe、Fe2+、Fe3+三者之间的相互转化

说明:

（1）Fe3+具有较强的氧化性，可以氧化H2S、S2-、I-、SO2、S、Fe、Cu等物质。

2Fe3++S2-2Fe2++S↓

2Fe3++2I-2Fe2++I2

（2）Fe2+既有氧化性又有还原性，主要表现还原性，易被氧化剂氧化成Fe3+:

2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-

2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O

Fe2+与Mn、N（H+）、ClO-等因发生氧化还原反应而不共存。

当Cl2不足，n（Cl2）∶n（FeBr2）≤时，只有Fe2+被氧化:

2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。

【典型例题】

将铁片投入下列溶液中，不放出气体，并且铁片质量减轻的是（　　）

A.CuSO4　　B.H2SO4　C.AgNO3　D.FeCl3

[答案]　D

[解析]　A项中Fe置换出Cu而使铁片质量增大;B项中产生气体;C项中Fe置换出Ag而使铁片质量增大;D项发生反应:

Fe+2FeCl33FeCl2，符合条件，故选D。

题组训练

1.常温下可以用铁制容器盛装的是（　　）

A.浓盐酸B.浓硫酸

C.稀硝酸D.硫酸铜溶液

[答案]　B

[解析]　铁能溶于浓盐酸，故A错;浓硫酸能钝化铁，故B正确;铁能溶于稀硝酸，故C错;铁与硫酸铜溶液能反应，故D错。

2.X、Y、Z、W均为中学化学的常见物质，一定条件下它们之间有如下转化关系（其他产物已略去）:

下列说法不正确的是（　　）

A.若W是单质铁，则Z溶液可能是FeCl2溶液

B.若W是氢氧化钠，则X与Z可反应生成Y

C.若X是金属镁，则W可能是强氧化性的单质

D.若X是金属Na，则Z可以是Na2O2

[答案]　C

[解析]　若W为铁，则X、Y、Z分别为Cl2、FeCl3和FeCl2，A对;若W为NaOH，则X、Y、Z分别为CO2、NaHCO3和Na2CO3，也可能分别为AlCl3、Al（OH）3、NaAlO2，B对;镁没有可变价，C不成立;X为Na、W为O2、Y为Na2O、Z为Na2O2，D对。

3.2.8gFe全部溶于一定浓度100mL的HNO3溶液中，得到标准状况下的气体1.12L，测得反应后溶液的pH为1。

若反应前后溶液体积变化忽略不计，则下列有关判断不正确的是（　　）

A.反应前HNO3溶液的浓度为2.0mol·L-1

B.1.12L的气体全部是NO

C.反应后溶液中c（N）=1.6mol·L-1

D.反应后的溶液最多还能溶解1.61gFe

[答案]　A

[解析]　答本题应注意以下两点:

（1）当HNO3过量时，铁与HNO3反应生成Fe（NO3）3;

（2）除剩余的HNO3能溶解铁外，生成的Fe（NO3）3仍能溶解铁。

由于反应后溶液的pH为1，说明HNO3过量，所得溶液为Fe（NO3）3溶液，则n（反应前HNO3）=n（未被还原HNO3）+n（被还原HNO3）+n（剩余HNO3）=（×3++0.1×0.1）mol=0.21mol，所以反应前HNO3溶液的浓度为=2.1mol·L-1，故A项错误;由Fe→Fe3+知，0.05mol的Fe反应时失去0.15mol电子，则HNO3得到0.15mol电子生成0.05mol气体，所以该气体全部为NO，故B项正确;反应后溶液中n（N）=3n（Fe）+n（剩余HNO3）=（3×0.05+0.1×0.1）mol=0.16mol，所以反应后溶液中c（N）==1.6mol·L-1，故C项正确;根据:

3Fe+8HNO3+2NO↑+4H2O知，剩余的0.01molHNO3能溶解0.00375molFe，根据Fe+2Fe3+3Fe2+得，生成的0.05molFe3+能溶解0.025molFe，所以反应后溶液最多还能溶解0.02875molFe，即1.61gFe，故D项正确。

4.为研究硝酸的性质，某同学设计并完成如下实验:

室温下，将等质量的铁片分别与足量的浓硝酸和稀硝酸反应（如下图）。

回答下列问题:

（1）试管A中发生反应的化学方程式是　，该反应的氧化剂是　　　　。

图中气球的作用是　　。

（2）为使试管A中的反应速率减慢，可采取的措施是　　　　　　　　　　　　　。

（3）试管B中实验无明显现象，该同学进一步探究如下:

假设①:

常温下铁与浓硝酸不反应。

假设②:

　。

将试管B中的铁片取出并洗净后，放入CuSO4溶液中，无明显现象，则说明假设①　　　　（填“成立”或“不成立”）。

[答案]　

（1）Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O　HNO3　①观察反应速率的快慢;②收集有毒气体，防止有毒气体散逸到空气中，污染空气

（2）降低反应体系的温度，降低硝酸的浓度

（3）常温下，铁在浓硝酸中会“钝化”　不成立

[解析]　

（1）铁片与足量稀硝酸反应，生成硝酸铁、NO和水，铁元素由0价升为+3价，被氧化，则铁是还原剂，部分氮元素由+5价降为+2价，被还原，则HNO3是氧化剂，根据化合价升降法配平可得化学方程式;气球是为了观察反应速率的快慢，收集有毒气体，防止有毒气体散逸到空气中，污染空气;

（2）根据浓度、压强、温度、催化剂对反应速率的影响规律，减小硝酸的浓度，降低反应体系的温度等措施都能使试管A中反应速率减慢;（3）将试管B中的铁片取出并洗净后，放入CuSO4溶液中，无明显现象，则说明常温下铁与浓硝酸反应，使铁表面生成一层致密的氧化膜，阻止里面的金属继续发生反应，因此假设②为常温下铁在浓硝酸中会“钝化”，假设①不成立。

1.铁与硝酸的反应规律

（1）铁与浓硝酸在常温下钝化，在加热时剧烈反应。

（2）铁与稀硝酸的反应:

硝酸过量时:

Fe+4HNO3Fe（NO3）3+NO↑+2H2O　　Ⅰ

Fe过量时:

3Fe+8HNO33Fe（NO3）2+2NO↑+4H2OⅡ

铁与稀硝酸反应有关量的问题，可用数轴表示如下:

①当≤时，按反应Ⅰ进行，产物仅有Fe（NO3）3，HNO3可能有剩余。

②当≥时，按反应Ⅱ进行，产物仅有Fe（NO3）2，Fe可能有剩余。

③当<<时，则反应Ⅰ、Ⅱ均发生，产物为Fe（NO3）2和Fe（NO3）3。

Fe2+和Fe3+的检验与实验探究

【基础梳理】

1.Fe2+的检验

方法一:

滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。

方法二:

滴加NaOH溶液，生成　　　　色絮状沉淀，该沉淀迅速变为　　　　色，最后变为　　　　色。

2.Fe3+的检验

方法一:

滴加KSCN（或NH4SCN）溶液，溶液立即变为　　　　色。

方法二:

滴加NaOH溶液，出现　　　　色沉淀。

方法三:

与苯酚反应显　　　色:

Fe3++6C6H5OH　　　　　　　　　

【典型例题】

下列有关离子的检验方法合理的是（　　）

A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2+

B.向某溶液中加入酸性KMnO4溶液，溶液褪色，说明原溶液中一定含Fe2+

C.向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中一定不含有Fe2+

D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中含有Fe2+，可能含有Mg2+

[答案]　D

[解析]　A项，说明含Fe3+，但不排除Fe2+的存在;B项，也可能含S等还原性离子;C项不能排除Fe2+。

FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉，充分反应后仍有固体存在，则下列判断不正确的是（　　）

A.加入KSCN溶液一定不变红色

B.溶液中一定含Fe2+

C.溶液中一定含Cu2+

D.剩余固体中一定含铜

[答案]　C

[解析]　氧化性:

Fe3+>Cu2+，加入Fe先还原Fe3+，然后再还原Cu2+。

（xx·上海卷）用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，所得溶液中加入铁粉。

对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是（　　）

A.若无固体剩余，则溶液中一定有Fe3+

B.若有固体存在，则溶液中一定有Fe2+

C.若溶液中有Cu2+，则一定没有固体析出

D.若溶液中有Fe2+，则一定有Cu析出

[答案]　B

[解析]　所得溶液中加入铁粉，发生的反应可能有Fe+2FeCl33FeCl2、Fe+CuCl2FeCl2+Cu、Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2，若无固体剩余，说明铁粉以及生产的Cu全部参加反应，此时溶液中可能含有Fe3+，也有可能不含有Fe3+，A错误;若有固体存在，说明固体中一定含有Cu，还有可能含有Fe，因此溶液中一定含有Fe2+，B正确;若溶液中有Cu2+，那么可能会有部分Cu2+被Fe置换出Cu，所以不一定没有固体析出，C错误;若溶液中有Fe2+，如若溶液中Fe3+过量，则不一定有Cu析出，D错误。

（xx·扬州模拟）将金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应，下列对反应情况设想的评价正确的是（　　）

选项

反应情况设想

评价

A

当铁、铜均不剩余时，溶液中一定有Fe2+、Cu2+，一定无Fe3+

正确，Fe3+和Fe、Cu均可反应

B

当铁、铜均有剩余时，溶液中一定有Fe2+、Cu2+，无Fe3+

正确，Fe和Cu与Fe3+都反应，故有Fe2+和Cu2+，无Fe3+

C

当铜有剩余，铁无剩余时，溶液中一定只有Fe2+，无Cu2+

正确，Cu有剩余故无Cu2+

D

当铁有剩余，铜无剩余时，溶液中一定有Fe2+、Cu2+

不正确，不可能有Fe剩余、Cu不剩余，因为Fe比Cu优先与Fe3+反应

　　[答案]　D

[解析]　离子的氧化性强弱顺序:

Fe3+>Cu2+>Fe2+，如果Fe3+的量很多，可以将铁和铜全部氧化后还有剩余，A项错误;当铁有剩余时，溶液中不会存在Cu2+，B项错误;因为还原性:

Fe>Cu，故不存在有铜无铁的情况，C项错误。

（xx·江苏高考改编）某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3）出发，制备绿矾。

下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L-1计算）。

金属离子

开始沉淀的pH

沉淀完全的pH

Fe3+

1.1

3.2

Al3+

3.0

5.0

Fe2+

5.8

8.8

请结合右上图的绿矾溶解度曲线，补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的实验步骤（可选用的试剂:

铁粉、稀硫酸和NaOH溶液）:

向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，得到FeSO4溶液;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，得到FeSO4·7H2O晶体。

[答案]　（过滤，）向反应液中加入足量的铁粉，充分搅拌后，滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤（或过滤，向滤液中滴加过量的NaOH溶液，过滤，充分洗涤固体，向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后，过滤）　（滴加稀硫酸酸化，）加热浓缩得到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥

[解析]　先加稀硫酸溶解，由表沉淀完全的pH可以得知滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5时，生成氢氧化铝沉淀，过滤除去;或过滤，向滤液中滴加过量的NaOH溶液，过滤除去偏铝酸钠，充分洗涤固体，向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后，过滤。

两个过程中加入足量的铁粉，都是为了让三价铁变为二价铁。

加热浓缩得到60℃饱和溶液前一般滴加稀硫酸酸化，为防止二价铁离子受热水解;少量冰水洗涤减少FeSO4·7H2O晶体溶解;低温干燥减少FeSO4·7H2O晶体失水分解。

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H2O2溶液、稀硝酸等合理氧化剂）　溶液由浅绿色变为红色

（2）将Fe2+全部氧化为Fe3+

（3）Fe3++3OH-Fe（OH）3↓

[或Fe3++3NH3·H2OFe（OH）3↓+3N]

（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H2O2溶液、稀硝酸等），若滤液由浅绿色变为红色，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·H2OFe（OH）3↓+3N]。

（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）=×g=0.07ag。

某化学研究性学习小组探究Fe3+和S之间发生的反应。

（1）取5mLFeCl3浓溶液于试管中，逐滴加入Na2SO3浓溶液，观察到溶液颜色由黄色变为红棕色，继续加入Na2SO3浓溶液至过量，溶液颜色加深，最终变为红褐色。

无气泡产生，无沉淀生成。

这种红褐色液体是　。

（2）除了观察到以上的现象外，有成员提出了另一种可能:

发生氧化还原反应。

反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）研究性学习小组设计了两种实验方案证明发生了氧化还原反应。

请把实验方案补充完整:

方案一:

检验溶液中含有Fe2+，证明发生了氧化还原反应。

方案二:

检验溶液中含有　　　　，证明发生了氧化还原反应。

实验用品:

0.1mol·L-1BaCl2、3mol·L-1盐酸、3mol·L-1硝酸、新制氯水、20%KSCN、0.5mol·L-1KI;试管若干、胶头滴管若干。

①预处理:

将

（1）中获得的混合物放在如下图装置中处理足够时间，该操作名称为　　　。

　②检验过程:

操作

现象及结论

基于方案一:

基于方案二:

　　[答案]

（1）Fe（OH）3胶体

（2）2Fe3++S+H2O2Fe2++S+2H+

（3）S　①渗析

②

操作

现象及结论

基于方案一:

取12mL烧杯中的溶液于试管中，滴加23滴20%KSCN溶液，再加入足量氯水（或3mol·L-1硝酸）

滴加KSCN溶液无明显变化，再加入氯水（或3mol·L-1硝酸）后溶液变血红色，证明溶液中含有Fe2+

基于方案二:

取12mL烧杯中的溶液于试管中，加入足量3mol·L-1盐酸，再滴加23滴0.1mol·L-1BaCl2溶液

加入盐酸有刺激性气味气体产生，滴加BaCl2溶液有白色沉淀生成，证明溶液中含有S

如何快速有效地处理涉及Fe、Cu及其相关离子共存问题

运用大家熟悉的“三角”等几何图形，可“网络化”归纳出Fe、Fe2+、Fe3+、Cu、Cu2+等微粒间的反应情况:

这些微粒间发生的反应有:

Fe+Cu2+Fe2++Cu、Fe+2Fe3+3Fe2+、2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。

可用于判断相关微粒的共存问题，如边线相邻（用双箭头连接的微粒）不能共存;边线不相邻或对角线上的能共存，如Fe、Fe2+和Cu，Fe3+、Fe2+和Cu2+可以共存（包括Cu和Cu2+）。