高考化学一轮复习讲练测 铁三角综合实验题解题策略精讲解析版.docx

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高考化学一轮复习讲练测铁三角综合实验题解题策略精讲解析版

【考情分析】

铁元素有多种价态，化合物种类较多，特别是Fe2＋、Fe3＋的性质多样，是命制综合实验题恰当的载体。

考查内容可涉及物质性质的探究、物质的制备、成分测定、离子检验等，通过上述问题的设计，同时可考查仪器的使用、条件的控制、物质的分离提纯、实验安全等化学实验基础知识。

【核心素养分析】

1.能从问题和假设出发,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究。

2.在探究中学会合作,面对“异常”现象敢于提出自己的见解。

【重点知识梳理】

一、“铁三角”的转化关系

1.Fe3＋与还原剂[Fe、Cu、S2－（H2S）、I－（HI）等]反应时，被还原为Fe2＋。

写出下列反应的离子方程式：

（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溶液滴入淀粉KI溶液，溶液变蓝：

2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。

（3）FeCl3可溶解铁片：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。

（4）三价铁盐腐蚀印刷电路铜板：

Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。

2.Fe2＋与强氧化剂[O2、Cl2、Br2、H2O2（H＋）、Na2O2、KMnO4（H＋）、浓硫酸、HNO3、NO2、K2Cr2O7等]反应时，被氧化为Fe3＋。

【特别提醒】

（1）氧化性：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋；还原性：

S2－＞I－＞Fe2＋＞Br－＞Cl－。

（2）只有在固态时Fe3＋才能被还原为Fe，在溶液中Fe3＋一般被还原为Fe2＋。

二、“铁三角”的重要应用

1.判断离子共存

Fe2＋

NO

（H＋）、ClO－、MnO

（H＋）；

Fe3＋

S2－、I－、SO

；

Fe2＋、Fe3＋

HCO

、CO

。

2.除杂

溶液

杂质

除杂方法

FeCl2

FeCl3

加过量铁粉后过滤

FeCl3

FeCl2

加足量氯水或H2O2溶液

FeCl2

CuCl2

加过量铁粉后过滤

3.盐溶液的保存

加少量铁粉，作用是防止Fe2＋被氧化；加少量相应的酸，作用是抑制Fe2

＋水解

4.物质的制备

向沸水中滴入几滴饱和FeCl3溶液并煮沸至溶液呈红褐色为止

三、含铁物质之间的转化关系图

【典型题分析】

例1．[2019·新课标Ⅰ]硫酸铁铵[NH4Fe（SO4）2·xH2O]是一种重要铁盐。

为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________。

（2）步骤②需要加热的目的是_________________，温度保持80~95℃，采用的合适加热方式是_________________。

铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为_________________（填标号）。

（3）步骤③中选用足量的H2O2，理由是_______________。

分批加入H2O2，同时为了_________________，溶液要保持pH小于0.5。

（4）步骤⑤的具体实验操作有______________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

（5）采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150℃时，失掉1.5个结晶水，失重5.6%。

硫酸铁铵晶体的化学式为______________。

【答案】

（1）碱煮水洗

（2）加快反应热水浴C

（3）将Fe2+全部氧化为Fe3+；不引入杂质防止Fe3+水解

（4）加热浓缩、冷却结晶、过滤（洗涤）

（5）NH4Fe（SO4）2·12H2O

【解析】

（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，油污在碱性条件下容易水解，所以工业上常常用热的碳酸钠溶液清洗，即碱煮水洗；

（2）步骤②需要加热的目的是为了加快反应速率；温度保持80~95℃，由于保持温度比较恒定且低于水的沸点，故采用的合适加热方式是水浴加热（热水浴）；铁屑中含有少量硫化物，硫化物与硫酸反应生成硫化氢气体，可以用氢氧化钠溶液吸收，为了防止倒吸可以加装倒置的漏斗，故选择C装置；

（3）步骤③中选用足量的H2O2，H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+，且H2O2的还原产物为H2O，不会引入新的杂质，故理由是：

将Fe2+全部氧化为Fe3+，不引入新的杂质。

因为H2O2本身易分解，所以在加入时需分量加入，同时为了防止Fe3+水解，溶液要保持pH小于0.5；

（4）为了除去可溶性的硫酸铵、铁离子等，需要经过的步骤为：

加热浓缩、冷却结晶、过滤（洗涤）；

（5）设硫酸铁铵的化学式为NH4Fe（SO4）2∙xH2O，其相对分子质量为266+18x，1.5个水分子的相对分子质量为1.5×18=27，则27/（266+18x）=5.6%，解得x=12，则硫酸铁铵的化学式为NH4Fe（SO4）2∙12H2O。

【变式探究】（2018·北京卷）实验小组制备高铁酸钾（K2FeO4）并探究其性质。

资料：

K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。

（1）制备K2FeO4（夹持装置略）

①A为氯气发生装置。

A中反应方程式是________________（锰被还原为Mn2+）。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。

③C中得到紫色固体和溶液。

C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH===

2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外还有________________。

（2）探究K2FeO4的性质

①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。

为证明是否K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：

方案Ⅰ

取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。

方案Ⅱ

用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。

取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。

Ⅰ．由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有______离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl－氧化，还可能由________________产生（用方程式表示）。

Ⅱ．方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl－。

用KOH溶液洗涤的目的是________________。

②根据K2FeO4的制备实验得出：

氧化性Cl2________

（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ实验表明，Cl2和

的氧化性强弱关系相反，原因是________________。

③资料表明，酸性溶液中的氧化性

＞

，验证实验如下：

将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性

＞

。

若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。

理由或方案：

________________。

【答案】

（1）①2KMnO4+16HCl==2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O②

③Cl2+2OH−==Cl−+ClO−+H2O

（2）①Fe3+4FeO42−+20H+==4Fe3++3O2↑+10H2O排除ClO−的干扰

②>溶液的酸碱性不同

③若能，理由：

FeO42−在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是MnO4−的颜色（若不能，方案：

向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）

【解析】

（1）①A为氯气发生装置，KMnO4与浓盐酸反应时，锰被还原为Mn2+，浓盐酸被氧化成Cl2，KMnO4与浓盐酸反应生成KCl、MnCl2、Cl2和H2O，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为2KMnO4+16HCl（浓）=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O，离子方程式2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O。

②由于盐酸具有挥发性，所得Cl2中混有HCl和H2O（g），HCl会消耗Fe（OH）3、KOH，用饱和食盐水除去HCl，除杂装置B为

。

③C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，还有Cl2与KOH的反应，Cl2与KOH反应的化学方程式为Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。

（2）①根据上述制备反应，C的紫色溶液中含有K2FeO4、KCl，还可能含有KClO等。

I.方案I加入KSCN溶液，溶液变红说明a中含Fe3+。

但Fe3+的产生不能判断K2FeO4与Cl-发生了反应，根据题意K2FeO4在酸性或中性溶液中快速产生O2，自身被还原成Fe3+，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，可能的反应为4FeO42-+20H+=3O2↑+4Fe3++10H2O。

II.产生Cl2还可能是ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O，即KClO的存在干扰判断；K2FeO4微溶于KOH溶液，用KOH溶液洗涤的目的是除去KClO、排除ClO-的干扰，同时保持K2FeO4稳定存在。

②制备K2FeO4的原理为3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，在该反应中Cl元素的化合价由0价降至-1价，Cl2是氧化剂，Fe元素的化合价由+3价升至+6价，Fe（OH）3是还原剂，K2FeO4为氧化产物，根据同一反应中，氧化性：

氧化剂＞氧化产物，得出氧化性Cl2＞FeO42-；方案II的反应为2FeO42-+6Cl-+16H+=2Fe3++3Cl2↑+8H2O，实验表明，Cl2和FeO42-氧化性强弱关系相反；对比两个反应的条件，制备K2FeO4在碱性条件下，方案II在酸性条件下；说明溶液的酸碱性的不同影响物质氧化性的强弱。

③该小题为开放性试题。

若能，根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe3+和O2，最后溶液中不存在FeO42-，溶液振荡后呈浅紫色一定是MnO4-的颜色，说明FeO42-将Mn2+氧化成MnO4-，所以该实验方案能证明氧化性FeO42-＞MnO4-。

（或不能，因为溶液b呈紫色，溶液b滴入MnSO4和H2SO4的混合溶液中，c（FeO42-）变小，溶液的紫色也会变浅；则设计一个空白对比的实验方案，方案为：

向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）。

【举一反三】【2017新课标3卷】绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。

某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。

回答下列问题：

（1）在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。

再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。

由此可知：

______________、_______________。

（2）为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管（带端开关K1和K2）（设为装置A）称重，记为m1g。

将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2g。

按下图连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是____________________。

②将下列实验操作步骤正确排序___________________（填标号）；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3g。

a.点燃酒精灯，加热b.熄灭酒精灯c.关闭K1和K2

d.打开K1和K2，缓缓通入N2e.称量Af.冷却至室温

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x=________________（列式表示）。

若实验时按a、d次序操作，则使x__________（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

（3）为探究硫酸亚铁的分解产物，将

（2）中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。

实验后反应管中残留固体为红色粉末。

①C、D中的溶液依次为_________（填标号）。

C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为_______________。

a．品红b．NaOHc．BaCl2d．Ba（NO3）2e．浓H2SO4

②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式_____________________。

【答案】样品中无Fe3+硫酸亚铁易被空气氧化为硫酸铁干燥管dabfce

偏小c、a产生白色沉淀、品红溶液褪色2FeSO4

Fe2O3+SO2↑+SO3

【解析】

（1）样品溶于水滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中无Fe3+；再向试管中通入空气，溶液逐渐变红，这说明有铁离子产生，即硫酸亚铁易被空气氧化为硫酸铁，铁离子遇KSCN溶液显红色；

（2）①根据仪器构造可知B是干燥管；

②由于装置中含有空气，空气能氧化硫酸亚铁，所以加热前需要排尽装置中空气，利用氮气排出空气，为了使生成的水蒸气完全排除，应该先熄灭酒精灯再冷却，然后关闭K1和K2，最后称量，即正确的排序是dabfce；

③样品的质量是（m2－m1）g，加热后剩余固体是硫酸亚铁，质量为（m3－m1）g，生成水的质量为（m2－m3）g，

FeSO4·xH2O

FeSO4+xH2O

15218x

（m3－m1）g（m2－m3）g

则：

，解得：

x=

；

若实验时按a、d次序操作，在加热过程中硫酸亚铁被空气氧化为硫酸铁，导致m3增加，因此x偏小；

（3）①最终得到红棕色固体，说明有氧化铁生成，即分解过程发生了还原还原反应，根据化合价变化可知一定有SO2生成，这说明硫酸亚铁分解生成氧化铁、SO2和三氧化硫。

三氧化硫溶于水生成硫酸，硫酸和钡离子结合生成白色沉淀硫酸钡，由于硝酸钡在酸性溶液中有氧化性，能氧化SO2，所以应该用氯化钡，检验SO2用品红溶液，所以C、D的溶液依次为氯化钡溶液和品红溶液，实验现象是C中溶液变浑浊产生白色沉淀，D中品红溶液褪色，故答案为c、a；

②根据以上分析可知硫酸亚铁高温分解生成氧化铁、SO2和SO3，根据电子守恒和原子守恒得此反应的方程式为2FeSO4

Fe2O3+SO2↑+SO3。