高考化学 第3章金属及其化合物第3节 铁及其化合物 考点1铁的氧化物和氢氧化物讲.docx
《高考化学 第3章金属及其化合物第3节 铁及其化合物 考点1铁的氧化物和氢氧化物讲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考化学 第3章金属及其化合物第3节 铁及其化合物 考点1铁的氧化物和氢氧化物讲.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高考化学第3章金属及其化合物第3节铁及其化合物考点1铁的氧化物和氢氧化物讲
李仕才
考点一 铁的氧化物和氢氧化物
1．铁的位置、结构、化合价
（1）周期表中的位置：
第四周期第Ⅷ族；原子结构示意图：
。
（2）在参加化学反应时，铁易失去最外层上的2个电子，有时它还失去次外层上的一个电子，所以铁有＋2、＋3两种价态，且＋3价稳定。
2．铁的物理性质和存在形式
纯净的铁是银白色的金属，铁的熔点较高。
当含有碳和其他元素时，熔点将降低，导电性比铜、铝差。
铁能被磁铁吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性。
重要的铁矿石有（填化学式）：
赤铁矿Fe2O3，磁铁矿Fe3O4，褐铁矿2Fe2O3·3H2O，菱铁矿FeCO3。
3．铁的化学性质
（1）与非金属单质的反应
①与O2的反应：
常温：
铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。
点燃：
3Fe＋2O2
Fe3O4。
②与Cl2的反应：
2Fe＋3Cl2
2FeCl3。
③与S的反应：
Fe＋S
FeS。
（2）与水的反应
常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：
3Fe＋4H2O（g）
Fe3O4＋4H2。
（3）与酸的反应
（4）与某些盐溶液的反应
①与CuSO4溶液反应的离子方程式：
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
②与FeCl3溶液反应的离子方程式：
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
4．铁的氧化物
5.铁的氢氧化物
判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
1．Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出。
（ √ ）
2．Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。
（ × ）
3．用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸。
（ √ ）
4．Fe2O3不可与水反应得到Fe（OH）3，所以不能通过化合反应制取Fe（OH）3。
（ × ）
5．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。
（ × ）
6．Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3，在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。
（ × ）
7．根据Cl2、S与铁的反应可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱。
（ √ ）
8．Fe3O4为FeO和Fe2O3的混合物。
（ × ）
9．FeCl3、FeCl2、Fe（OH）3都可以通过化合反应制取。
（ √ ）
1．常利用氧化铁的颜色将其配成涂料，同时利用了Fe2O3在空气中性质稳定的性质。
2．铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
3．铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。
4．Fe3O4可以用FeO·Fe2O3表示，所以可以与强酸反应生成盐。
但不能认为是二者的混合物。
反应规律为：
与非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）反应时生成Fe2＋和Fe3＋；与氧化性酸（如HNO3）反应时生成Fe3＋；与还原性酸（如HI）反应时生成Fe2＋。
一、铁及其化合物的性质
1．铁片放入下列溶液中，反应时无气体放出，取出后铁片质量减轻，则该溶液是（ ）
A．稀硫酸 B．浓盐酸
C．AgNO3D．Fe2（SO4）3
解析：
铁片投入稀硫酸、浓盐酸中，生成相应的亚铁盐和H2。
Fe与AgNO3溶液发生置换反应，析出的Ag附着到铁片表面，铁片的质量增加。
Fe与Fe2（SO4）3溶液发生反应生成FeSO4，铁片质量减轻，溶液的质量增加。
答案：
D
2．下列反应最终能生成Fe3＋的化合物的是（ ）
①过量Fe与稀HNO3溶液反应
②铁丝在硫蒸气中燃烧
③向FeBr2溶液中通入少量Cl2
④铁与CuCl2溶液反应
⑤Fe（OH）2露置于空气中
A．①②③B．①③⑤
C．③④D．③⑤
解析：
①过量Fe与稀HNO3溶液反应生成Fe（NO3）2、NO和H2O；②Fe与硫蒸气反应生成FeS；③由于Fe2＋的还原性强于Br－，向FeBr2溶液中通入少量Cl2，先氧化Fe2＋生成Fe3＋；④铁与CuCl2溶液发生置换反应，生成FeCl2和Cu；⑤Fe（OH）2露置于空气中，被空气中O2氧化，最终转化为Fe（OH）3。
答案：
D
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．Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于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
解析：
HNO3具有强氧化性，与Fe反应产生的气体为NO，A项错；Fe与Cl2反应，无论Fe的量是多少，产物都是FeCl3，B项错；C项中Fe2O3溶解产生Fe3＋恰好将Fe单质氧化，因而不能置换出H2，正确；FeCl3溶液加热时，水解产生的HCl会挥发，促进FeCl3水解，得不到无水FeCl3，D项错。
答案：
C
4．下列物质可通过置换反应一步得到，也可以通过化合反应一步得到的是（ ）
①HCl②FeCl3
③Fe3O4④NaOH
A．只有①②③B．①②③④都能得到
C．①②③④都不能得到D．只有①③④
解析：
①通过2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2置换反应可以一步得到HCl，通过H2＋Cl2
2HCl化合反应也可一步得到HCl，正确，②FeCl3可通过氯气和溴化铁发生置换反应生成氯化铁和溴单质，也可以通过氯化亚铁和氯气化合反应一步得到，正确；③高温下，铁和水蒸气发生置换反应生成四氧化三铁和氢气，也可以通过铁在氧气中燃烧的化合反应一步得到，正确；④NaOH可以通过2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑置换反应一步得到，也可通过H2O＋Na2O===2NaOH化合反应一步得到，正确。
答案：
B
5．某同学欲探究铁及其化合物的性质，他的下列实验方案可行的是（ ）
A．将铁粉加入热的浓硫酸中：
探究铁的活泼性
B．将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中：
制备Fe（OH）3胶体
C．在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液：
制备FeSO4·6H2O晶体
D．将铜粉加入FeCl3溶液中：
验证Fe3＋的氧化性强于Cu2＋
解析：
热的浓硫酸不仅能与铁反应，还能与铜等不活泼金属反应，因此将铁粉加入热的浓硫酸中，不能用于探究铁的活泼性，故A项方案不可行；将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中，会得到氢氧化铁沉淀而不是氢氧化铁胶体，故B项方案不可行；在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液，一方面氧气可将FeSO4氧化，另一方面会得到不含结晶水的化合物，故C项方案不可行；将铜粉加入FeCl3溶液中，发生反应：
Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，该反应说明Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，故D项方案可行。
答案：
D
6．等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是（ ）
A．1∶1B．3∶4
C．2∶3D．4∶3
解析：
设Fe的物质的量为1mol，则：
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
1mol 1mol
3Fe＋4H2O（g）
Fe3O4＋4H2
1mol
mol
相同条件下体积之比等于物质的量之比，则两反应中生成氢气体积之比为1mol∶
mol＝3∶4。
答案：
B
二、铁及其氧化物的计算及实验探究
7．一定质量的某铁的氧化物FexOy，与足量的4mol·L－1硝酸溶液充分反应，消耗硝酸溶液700mL，生成2.24LNO（标准状况）。
则该铁的氧化物的化学式为（ ）
A．FeOB．Fe2O3
C．Fe3O4D．Fe4O5
解析：
铁的氧化物FexOy与足量的4mol·L－1硝酸溶液充分反应，生成Fe（NO3）3，硝酸被还原生成NO，NO的物质的量为
＝0.1mol，根据氮原子守恒，3n[Fe（NO3）3]＋n（NO）＝n（HNO3），故3n[Fe（NO3）3]＋0.1mol＝0.7L×4mol·L－1，解得n[Fe（NO3）3]＝0.9mol，令氧化物FexOy中Fe元素的平均化合价为a，根据得失电子守恒，则0.9mol×（3－a）＝0.1mol×（5－2），解得a＝
，由化合物中正负化合价代数和为0可得
x＝2y，则x∶y＝3∶4，故该氧化物的化学式为Fe3O4。
答案：
C
8．向Fe2O3和铁粉组成的混合物中，加入适量的稀硫酸，各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中不含Fe3＋，且Fe2＋与H2的物质的量之比为4∶1，那么在反应中Fe2O3、Fe、H2SO4之间的物质的量之比为（ ）
A．1∶1∶1B．1∶2∶4
C．1∶2∶3D．2∶3∶5
解析：
Fe2O3和铁粉的混合物中，加入适量稀硫酸，发生反应的顺序为Fe2O3＋3H2SO4===Fe2（SO4）3＋3H2O、Fe2（SO4）3＋Fe===3FeSO4、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，又知各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中不含Fe3＋。
Fe2＋与H2的物质的量之比为4∶1，据此可知Fe2O3、Fe、H2SO4的物质的量之比为1∶2∶4。
答案：
B
9．实验室用如图装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，装置D中硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。
（1）为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，必须________。
（2）装置B的作用是______________________________________
________________________________________________________；
装置C中装的液体是________，所起的作用是______________
_________________________________________________________。
（3）检验装置A气密性的方法是___________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________。
（4）若FeO和Fe2O3固体混合物的质量为23.2g，反应完全后U形管的质量增加7.2g，则混合物中Fe2O3的质量为________g。
（5）若装置中无干燥管F，则测得的Fe2O3质量将________（填“偏大”“偏小”或“无影响”，下同），若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，则测得的Fe2O3质量将____________；证明FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO的方法是____________________________
________________________________________________________。
解析：
（1）装置D中发生的是氧化铁、氧化亚铁与氢气的反应，化学方程式为：
3H2＋Fe2O3
2Fe＋3H2O，H2＋FeO
Fe＋H2O，氢气是可燃性气体，装置中需要充满氢气后方可进行加热反应，所以需要对氢气进行验纯，避免混有空气加热时发生爆炸，在b处收集氢气并验纯。
（2）由于A中产生的H2中混有HCl和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验，所以B的作用是除去氢气中的氯化氢，C中装浓硫酸，用于干燥氢气。
（3）检查装置A的气密性，需要关闭开关a，在长颈漏斗中加入水到下端液面高于试管中的液面，一段时间后液面不变证明气密性良好。
（4）U形管的质量增加的7.2g是水，其物质的量是
＝0.4mol，设FeO、Fe2O3物质的量分别为x、y，则：
x＋3y＝0.4mol
根据质量可列式：
72g·mol－1x＋160g·mol－1y＝23.2g
解得y＝0.1mol，x＝0.1mol，
所以氧化铁的质量为：
160g·mol－1×0.1mol＝16g。
（5）干燥管F的作用是防止空气中的水蒸气对实验干扰，若无干燥管F，空气中的水蒸气被E吸收则所测生成水的质量增大，导致氧的含量增大，Fe2O3的质量将偏大，若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，即U形管增加的质量将减小，测得的Fe2O3质量将偏小。
FeO中n（Fe）∶n（O）＝1∶1，Fe2O3中n（Fe）∶n（O）＝2∶3，装置D中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，固体混合物反应前后减少的质量其实是其中氧元素的质量，根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO。
答案：
（1）在b处收集氢气并验纯
（2）除去氢气中的氯化氢 浓硫酸 除水蒸气（或干燥氢气）
（3）关闭a，往长颈漏斗中加水，长颈漏斗下端有一段水柱高于试管中液面，一段时间后液面不变，则装置气密性良好
（4）16
（5）偏大 偏小 根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO
一、铁与稀硝酸反应的有关计算
一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式：
HNO3过量：
Fe＋4HNO3===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O；
Fe过量：
Fe＋2Fe（NO3）3===3Fe（NO3）2；
两者相加得总方程式：
3Fe＋8HNO3===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，可以用数轴表示：
解题时需注意量的范围。
即：
①
≤
，产物仅有Fe（NO3）3，HNO3可能有剩余；②
≥
，产物仅有Fe（NO3）2，Fe可能有剩余；③
<
<
，产物为Fe（NO3）3和Fe（NO3）2，Fe和HNO3都反应完全。
1．把22.4g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO，下列说法正确的是（ ）
A．反应后生成的盐只为Fe（NO3）3
B．反应后生成的盐只为Fe（NO3）2
C．反应后生成的盐为Fe（NO3）3和Fe（NO3）2，其物质的量之比为1∶3
D．反应后生成的盐为Fe（NO3）3和Fe（NO3）2，其物质的量之比为3∶1
解析：
由于铁的物质的量为
＝0.4mol，所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8mol（此时只产生Fe2＋）和1.2mol（此时只产生Fe3＋）之间，又产生0.3molNO2和0.2molNO，即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3mol×（5－4）＋0.2mol×（5－2）＝0.9mol，所以对应的产物既有Fe（NO3）3又有Fe（NO3）2。
设前者的物质的量为x，后者的物质的量为y，则由铁原子守恒可得x＋y＝0.4mol，由得失电子守恒得3x＋2y＝0.9mol，解得x＝0.1mol，y＝0.3mol。
答案：
C
2．向200mL某浓度的硝酸溶液中投入2.8g铁粉，结果铁粉全部溶解，同时得到1.12L（标准状况）气体，并测得反应后溶液的pH＝1。
若反应前后溶液的体积变化忽略不计，则下列有关判断中不正确的是（ ）
A．反应前c（HNO3）＝1.0mol·L－1
B．1.12L气体全部是NO
C．反应后溶液中c（NO
）＝0.85mol·L－1
D．反应后的溶液最多还能溶解1.82g铁粉
解析：
溶液的pH＝1，说明HNO3有剩余，Fe完全反应生成Fe（NO3）3，根据N原子守恒可知，与Fe3＋结合的NO
物质的量＝
＝0.15mol，氮的氧化物的物质的量＝
＝0.05mol，剩余硝酸的物质的量＝0.2L×0.1mol·L－1＝0.02mol。
开始时硝酸的物质的量＝0.15mol＋0.05mol＋0.02mol＝0.22mol，c（HNO3）＝
＝1.1mol·L－1，A错误；n（Fe）＝
＝0.05mol，n（气体）＝
＝0.05mol，令N元素在还原产物中化合价为a，则由电子守恒可知，0.05×3＝0.05×（5－a），解得a＝2，故生成气体为NO，B正确；反应后c（NO
）＝
＝0.85mol·L－1，C正确；铁过量生成Fe（NO3）2，3Fe＋8HNO3===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，n（Fe）＝
＝
＝0.0825mol，即还可溶解铁的质量＝0.0825mol×56g·mol－1－2.8g＝1.82g，D正确。
答案：
A
3．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。
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＋。
答案：
（1）①
（2）④ （3）③
二、Fe（OH）2的制备
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。
方法一：
有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油（不能用CCl4），以防止空气与Fe（OH）2接触发生反应，如图所示。
此法中，要采取加热的方法除去NaOH溶液中溶解的O2，冷却后再反应。
同时要确保FeSO4溶液中无Fe3＋，可加入铁粉，也可用新配制的FeSO4溶液。
方法二：
用产生气体（或通入气体）赶走空气的方法。
如方案一、方案二，此方法可以长时间看到白色的Fe（OH）2沉淀。
方案一：
先在A处通H2（或N2），排尽装置中的空气，再在B处通H2（或N2）至试管Ⅰ中有白色沉淀产生。
该方法是先用气体排尽溶液中、装置内的氧气，再把试管Ⅱ中的NaOH溶液压入试管Ⅰ中反应。
方案二：
该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽溶液中和装置内的空气，再关闭止水夹K，利用产生的H2把FeSO4溶液压入NaOH溶液中反应。
方法三：
电解法
用铁作阳极，电解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆盖苯或煤油，如图所示。
4．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________________________________________________________
_________________________________________________________。
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进行。
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
5．如图所示，此装置可用来制取和观察Fe（OH）2在空气中被氧化的颜色变化。
实验时必须使用铁屑和6mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。
填写下列空白：
（1）B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________。
A中反应的离子方程式是_________________________
_______________________________________________________。
（2）实验开始时应先将活塞a________（填“打开”或“关闭”）。
（3）简述生成Fe（OH）2的操作过程：
_______________________
________________________________________________________。
（4）实验完毕，打开b处活塞，放入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为__________________。
（5）下列各图示中________能较长时间看到Fe（OH）2白色沉淀。
解析：
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，当关闭活塞a时，由于H2的压力使溶液压入B中，从而发生Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓；Fe2＋在空气中很容易被氧化，即4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3。
因此在H2的环境中就不易被O2侵入，从而可以较长时间看到Fe（OH）2白色沉淀。
答案：
（1）铁屑 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
（2）打开
（3）关闭活塞a，使FeSO4溶液压入B中进行反应
（4）4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3
（5）①②③⑤
升级会员 