考点精析
1.数轴法分析铁与稀HNO3反应的产物
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HNO3中加入铁粉,直至过量反应方程式:
HNO3过量:
Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O;
过量的Fe:
Fe+2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2;
两者相加得总化学方程式:
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。
2.成功制备Fe(OH)2的关键
由于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,成为物质制备实验探究的热点。
制备原理:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
成功关键:
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。
题组强化
●题组1—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,它能和水蒸气反应生成H2和Fe(OH)3
2.下列说法正确的是( )
A.铁是位于第四周期ⅧB族元素,是一种重要的过渡元素
B.四氧化三铁是氧化铁和氧化亚铁组成的混合物
C.14克铁粉和7克硫粉混合后高温下充分反应能生成21克硫化亚铁
D.铁在溴蒸气中点燃可生成FeBr3
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
●题组2—铁及其化合物与HNO3反应
4.现有等物质的量组成的Fe、Cu合金共0.1mol,研成粉末后,全部投入稀硝酸中,微热使其充分反应,已知硝酸的还原产物只有NO。
由于HNO3用量的不同,溶液中的金属离子和残留固体的成分会有多种情况。
下列说法正确的是( )
A.溶液中的金属离子和残留固体的成分最多会有5种情况
B.若金属有剩余,在溶液中再滴入稀硫酸后,金属不会溶解
C.当合金刚好溶解时,在标准状况下产生2.24LNO
D.若合金全部溶解,在溶液中加入过量的氨水(已知铜离子可转化为四氨合铜络离子溶于水),则经过滤、洗涤、干燥、充分灼烧、称量可得固体4g
5.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
●题组3—Fe(OH)2的制备
6.在如图所示的装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是______________。
(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是__________________。
(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验步骤是____________________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,理由是____________。
【答案】
(1)稀H2SO4和铁屑
(2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度,当排出的H2已经纯净时再夹紧止水夹
(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ,故外界O2不易进入
[规律方法]
制备Fe(OH)2常用的三种方法
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1所示。
图1 图2
方法二:
还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。
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3所示。
图3
考点2|铁盐、亚铁盐的化学性质
固本探源
1.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。
在中学阶段接触Fe2+的氧化还原反应中其主要表现还原性,如:
Fe2+遇Br2、Cl2、H2O2、NO
(H+)等均表现还原性。
2.Fe3+的氧化性
Fe3+处于铁的高价态,表现较强的氧化性,如:
它能氧化Fe、Cu、HI、H2S等。
3.Fe2+与Fe3+的相互转化
用离子方程式实现下列转化:
Fe2+
Fe3+
①2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;
②3Fe2++4H++NO
===3Fe3++2H2O+NO↑;
③2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;
④2Fe3++Fe===3Fe2+;
⑤Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。
典例引领
[典例2] (2014·上海高考)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
【解题导引】
(1)写出腐蚀液中能与铁粉反应的相关离子方程式。
【提示】 2Fe3++Fe===3Fe2+;Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
(2)铁粉与腐蚀液中离子反应的顺序是什么?
你能通过举例解释原因吗?
【提示】 Fe3+比Cu2+先与铁粉反应。
反应2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,说明氧化性Fe3+>Cu2+。
考点精析
1.Fe2+、Fe3+的检验
(1)直接观察颜色
Fe2+溶液呈浅绿色,Fe3+溶液呈棕黄色。
(2)利用显色反应(形成络离子)
(3)利用Fe(OH)3沉淀的颜色
(4)利用Fe3+的氧化性
(5)利用Fe2+的还原性
2.Fe3+氧化性、Fe2+的还原性
(1)Fe3+具有较强的氧化性,Fe3+水解能力强,实际上pH>3.7时,Fe3+几乎完全水解生成Fe(OH)3沉淀。
欲除去某溶液中含有的Fe2+杂质时,一般先向溶液中加入氧化剂(如H2O2),使Fe2+被氧化为Fe3+,然后加碱或盐调节pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。
如除去MgCl2中的少量FeCl3的方法是向溶液中加入Mg[或MgO、Mg(OH)2、MgCO3],再过滤。
(2)Fe3+既具有较强的氧化性又易水解,当遇到还原性离子(如I-、S2-、SO
)时,优先考虑氧化还原反应。
(3)Fe2+主要表现为还原性,Fe2+与NO
在酸性条件下不共存。
(4)配制FeSO4溶液时加入稀硫酸抑制Fe2+的水解,加入铁粉防止Fe2+被氧化。
(5)配制Fe2(SO4)3溶液,应将Fe2(SO4)3固体溶于H2SO4,再加水稀释到指定浓度。
题组强化
●题组1—Fe2+、Fe3+的相互转化与检验
1.下列离子的检验方法合理的是( )
A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色,说明不含Fe2+
B.用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2
C.向某溶液中加入NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+
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,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+
2.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.①③ B.③②
C.③①D.①②③
3.常温下,往H2O2溶液中滴加少量的FeSO4溶液,可发生如下两个反应:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,2Fe3++H2O2===2Fe2++O2↑+2H+,下列说法正确的是( )
A.H2O2的氧化性比Fe3+强,其还原性比Fe2+弱
B.在H2O2分解过程中,溶液的pH逐渐降低
C.在H2O2分解过程中,Fe2+起催化作用
D.在H2O2分解过程中,Fe2+和Fe3+的总量不变,所以往含少量FeSO4的Fe2(SO4)3溶液中滴加适量的H2O2溶液不能除去杂质
●题组2—涉及Fe2+、Fe3+的离子反应与离子共存
4.下列离子方程式书写正确的是( )
A.FeO固体放入稀硝酸中:
FeO+2H+===Fe2++H2O
B.过量的铁粉与稀硝酸反应:
Fe+4H++NO
===Fe3++NO↑+2H2O
C.向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸:
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
D.向Fe(OH)3中加入氢碘酸:
2Fe(OH)3+6H++2I-===2Fe2++I2+6H2O
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+
6.在含有下列离子组的溶液中,加入Fe(NO3)2固体后,仍然能够大量共存的离子组是( )
A.K+、SO
、NH
、CO
B.K+、Ba2+、OH-、Cl-
C.Na+、H+、Cl-、SO
D.Na+、Mg2+、Cl-、NO
●题组3—Fe2+还原性、Fe3+氧化性探究实验
7.甲同学进行Fe2+还原性的实验,并针对异常现象进行探究。
步骤一:
制取FeCl2溶液。
向0.1mol·L-1FeCl3溶液中加足量铁粉振荡,静置后取上层清液,测得pH<1。
步骤二:
向2mLFeCl2溶液中滴加2滴0.1mol·L-1KSCN溶液,无现象;再滴加5滴5%H2O2溶液(物质的量浓度约为1.5mol·L-1、pH约为5),观察到溶液变红,大约10秒左右红色褪去,有气体生成(经检验为O2)。
(1)用离子方程式表示步骤二中溶液变红的原因:
________________________________________________、
________________________________________________。
(2)甲探究步骤二中溶液褪色的原因:
Ⅰ.取褪色后溶液两份,一份滴加FeCl3溶液无现象;另一份滴加KSCN溶液出现红色。
Ⅱ.取褪色后溶液,滴加盐酸和BaCl2溶液,产生白色沉淀。
Ⅲ.向2mL0.1mol·L-1FeCl3溶液中滴加2滴0.1mol·L-1KSCN溶液,变红,通入O2,无明显变化。
①实验Ⅰ说明_______________________;
②实验Ⅲ的目的是_________________。
得出结论:
溶液褪色的原因是酸性条件下H2O2将SCN-氧化成SO
。
(3)甲直接用FeCl2·4H2O配制________mol·L-1的FeCl2溶液,重复步骤二中的操作,发现液体红色并未褪去。
进一步探究其原因:
Ⅰ.用激光笔分别照射红色液体和滴加了KSCN溶液的FeCl3溶液,前者有丁达尔效应,后者无。
测所配FeCl2溶液的pH,约为3。
由此,乙认为红色不褪去的可能原因是____________________。
Ⅱ.查阅资料后推测,红色不褪去的原因还可能是pH较大时H2O2不能氧化SCN-。
乙利用上述部分试剂,通过实验排除了这一可能。
乙的实验操作及现象是:
步骤
试剂及操作
现象
ⅰ
________________________________________________________________________
生成白色沉淀
ⅱ
向ⅰ所得溶液中滴加0.1mol·L-1FeCl3溶液
________
【答案】
(1)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(2)①溶液红色褪去是因为SCN-发生了反应而不是Fe3+发生反应 ②排除H2O2分解产生的O2氧化SCN-的可能
(3)0.15 H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,pH增大促进Fe3+水解形成红色Fe(OH)3胶体 取2mLBaCl2溶液,滴加2滴0.1mol·L-1KSCN溶液和5滴5%H2O2溶液 无明显现象
考点3|“铁三角”的转化关系及其应用
固本探源
“铁三角”的转化关系
根据上图写出下列反应的方程式(是离子反应的写出离子方程式)。
(1)Fe与CuSO4溶液:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu;
(2)Fe与I2反应:
Fe+I2
FeI2;
(3)Fe2+与H2O2(H+):
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;
(4)Fe3+与H2S(少量):
2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+;
(5)Al与Fe2O3:
2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe;
(6)Fe与过量HNO3反应:
Fe+4H++NO
===Fe3++NO↑+2H2O。
典例引领
[典例3] (2014·浙江高考)某研究小组为了探究
一种无机矿物盐X(仅含四种元素)的组成和性质,
设计并完成了如下实验:
另取10.80gX在惰性气流中加热至完全分解,得到6.40g固体1。
请回答如下问题:
(1)画出白色沉淀1中金属元素的原子结构示意图________,写出气体甲的电子式________。
(2)X的化学式是________,在惰性气流中加热X至完全分解的化学反应方程式为___________。
(3)白色沉淀2在空气中变成红褐色沉淀的原因是_____________(用化学反应方程式表示)。
(4)一定条件下,气体甲与固体1中的某种成分可能发生氧化还原反应,写出一个可能的化学反应方程式_____________,
并设计实验方案验证该反应的产物______________。
【解题导引】
(1)根据哪些现象能确定X所含元素?
【提示】 气体甲通入溶液1直至过量的现象,可以说明X中含碳和钙元素。
溶液3加入碱后一系列变化说明含有铁元素。
X受热分解产生固体1的反应说明含有碳、氧元素。
(2)如何确定X的化学式?
【提示】 根据题给信息可知X中含有Ca2+、Fe2+、CO
,利用题给数据可计算出X的化学式为CaFe(CO3)2。
【答案】
(1)
:
:
(2)CaFe(CO3)2 CaFe(CO3)2
CaO+FeO+2CO2↑
(3)4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
(4)2FeO+CO2
Fe2O3+CO
检测Fe2O3:
将固体用稀盐酸溶解,加入KSCN溶液若显红色,表明产物中有Fe3+
检测CO:
将气体通过灼热CuO,黑色固体变为红色
考点精析
“铁三角”的重要应用
1.除杂
溶液
杂质
除杂方法
FeCl2
FeCl3
加过量铁粉后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2
FeCl2
CuCl2
加过量铁粉后过滤
2.盐溶液的配制与保存
Fe2+的盐溶液加少量铁粉,防止Fe2+被氧化;加
少量相应的酸,抑制Fe2+水解。
Fe3+的盐溶液加少量相应的酸,抑制Fe3+水解。
3.物质制备
制备无水FeCl3在HCl气氛中加热蒸干FeCl3溶液。
制备Fe(OH)3胶体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。
题组强化
●题组1—关于“铁三角”转化的基础性考查
1.(2016·南通调研)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 Fe2O3 B.Fe(OH)2 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.Fe(OH)2 Fe3O4
2.下列说法正确的是( )
A.Fe在一定条件下与水反应生成H2和Fe(OH)3
B.Fe3O4溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液,溶液显血红色
C.FeCl2溶液蒸干灼烧后得到FeCl2固体
D.将FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液中可制备Fe(OH)3胶体
3.(2016·宁波镇海中学单元检测)用已被部分氧化的金属屑A制备某工业常用的无水盐C的步骤如下:
将C溶于水,向其中滴入NaOH溶液,出现白色沉淀,后逐渐变为红褐色,下列判断正确的是( )
A.过滤所得的残渣中一定没有金属A
B.滤液可能是CuSO4溶液或MgSO4溶液
C.水合盐B可能是FeSO4·7H2O
D.无水盐C可能是Fe2(SO4)3
[误区警示]
(1)Fe3+的检验使用KSCN溶液会掩盖Fe2+。
(2)Fe(OH)3胶体的制备通过Fe3+水解制取,利用Fe3+溶液与碱溶液反应生成Fe(OH)3悬浊液。
(3)FeCl3溶液蒸干得到的是Fe(OH)3,Fe2(SO4)3溶液蒸干得到的是Fe2(SO4)3。
●题组2—关于铁及其化合物的综合考查
4.已知A为淡黄色固体,T、R为两种常见的用途很广的金属单质,D是具有磁性的黑色晶体,C是无色无味的气体,H是白色沉淀,且在潮湿空气中迅速变为灰绿色,最终变为红褐色固体。
(1)写出下列物质的化学式:
A:
______________________,D:
__________________,
R:
______________________。
(2)按要求写出下列反应方程式:
H在潮湿空气中变成M的过程中的化学方程式:
___________