版高考化学大一轮复习第3讲元素化学考点14铁及其重要化合物学案.docx
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版高考化学大一轮复习第3讲元素化学考点14铁及其重要化合物学案
考点14 铁及其重要化合物
知识条目
必考要求
加试要求
1.自然界铁的存在形式，铁的物理性质
a
a
2.工业炼铁的反应原理
b
b
3.铁的化学性质（跟某些非金属、酸、盐的反应）
b
b
4.Fe2＋、Fe3＋的性质及转化
c
c
5.检验Fe2＋、Fe3＋的常用方法
b
c
6.不锈钢的主要组成元素及其用途
a
一、铁的原子结构及位置
铁位于元素周期表中第四周期Ⅷ族，原子结构示意图为
，最外层有2个电子，在化学反应中易失去2个或3个电子而表现为＋2价或＋3价。
铁在地壳中的含量占第4位。
自然界中铁元素主要以化合态形式存在，如赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、菱铁矿（FeCO3）、硫铁矿等。
二、铁的性质
1．物理性质：
纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。
2．化学性质：
铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成＋2、＋3两种价态的化合物。
①与非金属单质的反应：
a．与O2的反应：
常温下：
铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3·nH2O。
点燃时：
3Fe＋2O2
Fe3O4。
b．与Cl2的反应：
2Fe＋3Cl2
2FeCl3。
（现象：
剧烈反应，有棕褐色烟生成。
）
c．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：
a．与非氧化性酸反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
b．与氧化性酸：
遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应，但无H2产生。
（当稀硝酸和铁反应时，若稀硝酸过量，则产物为硝酸铁；若铁过量，则产物为硝酸亚铁）
④与某些盐溶液的反应：
a．与CuSO4溶液反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
b．与FeCl3溶液反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
三、铁的氧化物和氢氧化物
1．铁的氧化物
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
色态
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
化合价
＋2
＋3
＋2，＋3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与HCl反应
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===
Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
与稀HNO3反应
3FeO＋10H＋＋NO
===
3Fe3＋＋5H2O＋NO↑
Fe2O3＋6H＋===
2Fe3＋＋3H2O
3Fe3O4＋28H＋＋NO
===
9Fe3＋＋14H2O＋NO↑
2.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
Fe（OH）2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe（OH）3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
受热
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，反应的化学方程式为4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
四、Fe2＋和Fe3＋的性质及其检验方法
1．Fe2＋、Fe3＋的性质
a．Fe2＋的氧化性和还原性
Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还原性为主，如：
Fe2＋遇Br2、Cl2、H2O2、NO
（H＋）等均表现还原性。
b．Fe3＋的氧化性
Fe3＋处于铁的高价态，只有氧化性，如：
它能氧化Fe、Cu、HI、H2S等。
c．Fe2＋与Fe3＋的相互转化
Fe2＋
Fe3＋用离子方程式表示其转化关系：
①2Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－；②3Fe2＋＋4H＋＋NO
===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑；
③2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；④Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu；⑤2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
2．Fe2＋、Fe3＋的检验方法
a．直接观察颜色：
Fe2＋溶液呈浅绿色，Fe3＋溶液呈黄色。
b．利用显色反应（形成络离子）
②
c．利用铁的氢氧化物的颜色
d．利用Fe3＋的氧化性
e．利用Fe2＋的还原性
3．“铁三角”及其重要应用
a．“铁三角”中的转化关系
b．重要应用
①判断离子共存：
Fe2＋与NO
（H＋）、ClO－、MnO
（H＋），Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO
在溶液中因发生氧化还原反应而不能大量共存。
②盐溶液的保存。
a．含Fe2＋的溶液：
加入少量铁粉，防止Fe2＋被氧化；加入少量非氧化性酸，防止Fe2＋水解。
b．含Fe3＋的溶液：
加入少量非氧化性酸，防止Fe3＋水解。
五、铁的冶炼及其应用
1．铁的冶炼
a．制备：
①原理：
工业上冶炼铁的反应方程式为3CO＋Fe2O3
2Fe＋3CO2。
②原料：
铁矿石（提供铁元素），焦炭（制备还原气CO，提供能量）、空气（提供氧气）、石灰石（除二氧化硅）等。
③设备：
炼铁高炉
b．用途：
用途最广泛的是铁合金——钢，用于制造不锈钢、特种钢、钢板、钢管等。
2．铁及其化合物的应用
用于制造氧化铁红颜料；氯化铁、硫酸亚铁是优良的净水剂；磁性材料大多数都是含铁的化合物，FeCl3溶液的反应可制作印刷电路板（2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋）等。
六、不锈钢的主要组成元素及其用途
不锈钢是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢。
不锈钢都含有17%～22%的铬，较好的钢中还含有镍。
添加钼可进一步改善其耐腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。
不锈钢的应用领域极其广泛，如建筑领域的电梯装饰板，好的不锈钢可以避免留下手印；在食品加工、餐饮、酿造、医院和化工领域也广泛运用，主要是因为不锈钢便于每天清洗，还因为它不易滋生细菌。
试验表明不锈钢在这方面的性能与玻璃和陶瓷相同。
【例1】 下列关于铁及其化合物的说法不正确的是（ ）
A．炼铁原料有铁矿石、焦炭、空气和石灰石
B．FeCl3溶液能使KI淀粉溶液变蓝色
C．灼热的铁丝放入盛有干燥氯气的集气瓶中燃烧生成棕色的烟雾
D．利用Cu与FeCl3溶液的反应制作印刷电路板
【解析】 炼铁中，铁矿石提供铁元素，焦炭和空气制取还原剂CO气体同时提供能量，石灰石除铁矿石中的SiO2，则A说法正确；Fe3＋和I－能发生如下反应：
2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，生成的I2遇淀粉变蓝，则B说法正确；烟是固体小颗粒，雾是液体小液滴，2Fe＋3Cl2点燃,2FeCl3，生成的FeCl3是固体，看到的现象是棕色的烟，而非雾，则C选项错误；2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，用FeCl3溶液可以腐蚀铜制电路板，则D选项正确。
【答案】 C
【提炼】 本题涉及的知识点主要有铁及其化合物的性质、炼铁的原理、印刷电路板的原理。
A选项考查了炼铁过程中所用到的原料，从铁矿石中获得铁元素，焦炭和空气提供还原剂和热量，石灰石除杂质；B和C选项分别考查了Fe3＋的氧化性和Fe单质的还原性，这个可以从氧化还原角度思考，Fe3＋处于最高价态，具有氧化性，同理铁单质具有还原性；D选项考查的是印刷电路板的原理。
【例2】 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，再观察溶液是否变红色
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＋
【解析】 滴加KSCN溶液，溶液不变色说明原溶液中不存在Fe3＋，滴加氯水后溶液显红色，说明有Fe3＋生成，可以说明原溶液中存在可以被氯水氧化成Fe3＋的Fe2＋，则A正确；酸性KMnO4溶液的强氧化性可以将Fe2＋氧化使紫红色褪去，同时也能将Cl－氧化成Cl2，故不可取，则B错误；绿矾晶体的化学式为FeSO4·7H2O，变质前后的区别是变质后有Fe3＋生成（被空气中的氧气氧化），所以只需检验是否存在Fe3＋即可判断是否变质，则C正确；D：
加入NaOH溶液产生红褐色沉淀，根据红褐色沉淀可推测为氢氧化铁沉淀，则D正确。
【答案】 B
【提炼】 本题考查Fe2＋和Fe3＋的检验方法。
Fe3＋的检验经常利用Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3这个特征反应来判断Fe3＋是否存在。
Fe2＋的检验可采取先后加Fe（SCN）3和双氧水，若加入Fe（SCN）3溶液不变色，滴加氯水后有红色物质生成，则存在Fe2＋。
或直接加入酸性高锰酸钾，看紫红色是否褪去，要注意在Cl－存在时不能用酸性高锰酸钾检验或滴定Fe2＋，因为高锰酸钾的强氧化性在氧化Fe2＋的同时也能将Cl－氧化，产生刺激性气味气体氯气。
【例3】 下列离子在溶液中能大量共存的是（ ）
A．Fe3＋、NH
、SCN－、Cl－B．Na＋、H＋、NO
、SO
C．Fe2＋、H＋、Na＋、NO
D．Fe2＋、K＋、OH－、NO
【解析】 Fe3＋和SCN－会生成血红色络合物Fe（SCN）3，故不能大量共存，则A错误；四种粒子之间互不反应，可大量共存，则B正确；Fe2＋在H＋、NO
的作用下能被氧化为Fe3＋，故不能大量共存，则C错误；Fe2＋和OH－能生成白色的Fe（OH）2沉淀，故不能大量共存，则D错误。
【答案】 B
【提炼】 本题考查的是离子大量共存的知识点，离子大量共存的前提是离子间互不反应。
主要有以下几类不能共存的情况：
①不能发生复分解反应生成气体、沉淀、弱电解质，如D项中Fe2＋不能与OH－大量共存，因为有沉淀生成，如A项中Fe3＋不能与SCN－大量共存，因为会生成弱电解质或称之为络合物的Fe（SCN）3；②不能发生氧化还原反应。
常见的具有强还原性的离子有：
I－、S2－、Fe2＋、SO
等；常见的强氧化性离子有：
Fe3＋、MnO
、ClO－、NO
等。
这两大类离子不能大量共存。
如C项中Fe2＋、H＋与NO
由于会发生氧化还原反应而不能大量共存。
【例4】 在足量的稀氯化亚铁溶液中，加入1～2滴液溴，振荡后溶液变为黄色。
（1）甲同学认为这不是发生化学反应所致，使溶液变黄色的物质是________（填粒子的化学式，下同）；乙同学认为这是发生化学反应所致，使溶液变黄色的物质是________。
（2）为了验证甲、乙同学的推断，现提供以下试剂：
A．酸性高锰酸钾溶液B．氢氧化钠溶液
C．四氯化碳D．硫氰化钾溶液
请选择合适的试剂并用简要的文字说明你的实验方案：
验证甲同学方案：
_________________________________________________；
验证乙同学方案：
___________________________________________________。
（3）根据所学知识判断，你认为________的推断是正确的；则溴化亚铁与氯气以4∶5反应时的离子方程式为_________________________________________________。
【解析】
（1）FeCl2稀溶液中滴加液溴，存在如下反应：
2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－，由于液溴溶于水为棕黄色，Fe3＋在水溶液中亦显黄色，所以就有两位同学的不同观点。
甲同学认为这不是化学反应所致，显黄色的是液溴溶于水的颜色，即Br2；乙同学认为这是发生化学反应所致，使溶液变黄色的物质是Fe3＋。
（2）甲同学认为是Br2，证明溶液中存在Br2即可，而Br2在CCl4中的溶解度大于水，能将Br2萃取到CCl4中使下层显示橙红色；乙同学认为是Fe3＋，证明溶液中存在Fe3＋即可，Fe3＋遇SCN－有血红色物质生成。
（3）因为液溴量少，而氯化亚铁溶液是足量的，所以液溴最终反应完，黄色是Fe3＋的颜色。
因为还原性Fe3＋＞Br－，4molFe2＋需要2molCl2，还有3molCl2用来氧化6molBr－，所以溴化亚铁与氯气以4∶5反应的离子方程式为4Fe2＋＋5Cl2＋6Br－===4Fe3＋＋10Cl－＋3Br2。
【答案】
（1）Br2 Fe3＋
（2）CCl4，加入CCl4后振荡、静置，下层溶液变橙红色，KSCN，滴加KSCN后，溶液变红色
（3）乙 4Fe2＋＋5Cl2＋6Br－===4Fe3＋＋10Cl－＋3Br2
【提炼】
（1）
（2）（3）主要考查了Fe2＋的还原性，针对含Fe3＋和Br2的水溶液颜色相近展开实验设计。
甲、乙同学若要证明自己的观点正确，只要设计实验证明存在该物质就行，如甲同学只需证明存在溴单质，乙同学只需证明存在Fe3＋即可，最终还是落实到元素化合物性质上。
（4）考查的知识点是关于过量问题离子方程式的书写，首先要判断先后反应顺序，再根据量进行配平。
【例5】 某研究小组为了探究一种无机矿物盐X（仅含Ca、Fe、C、O四种元素）的组成和性质，设计并完成了如下实验：
（1）流程图中红褐色沉淀是________，白色沉淀2是________，由白色沉淀2转化成红褐色沉淀的化学方程式是________________________________________________________________________。
（2）固体2的成分为FeO，写出固体2与盐酸反应的离子方程式________________________________________________________________________。
（3）在酸性条件下，H2O2能将Fe2＋氧化成Fe3＋，反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
（4）溶液3中含有的金属阳离子是________，如何通过实验检验该离子的存在________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）气体甲的成分是________，气体甲与固体2在一定条件下可以发生氧化还原反应，写出此反应的化学方程式________________________________________________________________________，
设计实验方案验证该反应的产物________________________________________________________________________。
【解析】
（1）根据题意有Fe元素，溶液3加OH－生成白色沉淀，白色沉淀又在空气中氧化为红褐色沉淀可推测溶液3中有Fe2＋，白色沉淀为Fe（OH）2，红褐色沉淀为Fe（OH）3；由白色沉淀2转化成红褐色沉淀的化学方程式为4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3；
（2）已知固体2的成分为FeO，其与盐酸反应的离子方程式为FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O；（3）氧化还原方程式的配平：
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；（4）根据题
（1）分析，溶液3中有Fe2＋，检验方法见答案；（5）从无机盐矿物所含元素分析，加酸后的气体为CO2，固体2为FeO，属于陌生化学方程式的书写，根据反应类型为氧化还原反应，从化合价判断氧化剂和还原剂，CO2的C元素已经是最高价，化合价下降得到CO，FeO的Fe元素上升到＋3价氧化铁，进行配平。
检验方法见答案。
【答案】
（1）Fe（OH）3 Fe（OH）2 4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
（2）FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
（3）2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
（4）Fe2＋ 取少量溶液3置于试管中，滴入几滴KSCN溶液，无明显现象，再滴加氯水，溶液变红色，说明溶液3中含有Fe2＋
（5）CO2 CO2＋2FeO△,Fe2O3＋CO
检验Fe2O3：
将固体用盐酸溶解，加入KSCN溶液，若显红色，表明产物中含有氧化铁；
检验CO：
将气体通过灼热CuO，黑色固体变为红色
【提炼】 本题属于元素化合物推断题，主要考查元素化合物的相关性质。
一般可以先从物理性质着手，根据物质颜色初步推断物质的化学式，再根据题意所给的四种元素进行验证。
有时题中还会出现数据，这时需要通过定量计算得出每种元素的原子个数之比，然后根据性质推测出相应的化学式。
本题考查的是铁及其化合物的方程式和化学式的运用以及相关化学用语，理解并能运用Fe2＋和Fe3＋的检验方法以及试剂的添加顺序。
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