步步高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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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0.4