2022年高考化学二轮复习讲义第7讲 铁及其化合物（讲）原卷版

第7讲铁及其化合物【学科核心素养】1.宏观辨识与微观探析：认识铁及其化合物的性质及应用，能以“铁三角”转化关系理解变价元素的转化条件。2.科学态度与社会责任：利用铁及其化合物的性质，科学认识铁及其化合物的提纯和制备工艺流程，形成严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。3.科学探究与创新意识：能提出有价值的氢氧化亚铁及其他铁的化合物的制备方案，并进行实验探究。【核心素养发展目标】1.能从物质类别和铁元素化合价的角度认识铁及其化合物的性质，理清铁元素不同价态之间的转化关系，增强证据推理与模型认知的能力。2.会设计实验制备氢氧化亚铁，检验Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性与还原性，增强科学探究与创新意识。【知识点解读】知识点一铁及其重要化合物的性质1．铁铁位于元素周期表中第4周期Ⅷ族，是一种应用最广泛的过渡金属元素；铁元素是一种典型的变价金属元素。(1)结构(2)铁的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。(3)铁的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。 ①与非金属单质的反应与O2反应常温铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)点燃3Fe＋2O2Fe3O4与Cl2反应点燃2Fe＋3Cl22FeCl3与S、I2反应Fe＋SFeS、Fe＋I2FeI2②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与酸的反应与H＋反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑与稀HNO3反应过量Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O少量3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O与浓H2SO4、浓HNO3反应常温下钝化，加热分别生成SO2、NO2④与某些盐溶液反应Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋【归纳总结】①Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。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铁与一般氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2＋，铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等)反应时被氧化为Fe3＋。④在电化学中铁作负极时电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。(3)铁的冶炼 冶炼原理：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO22．铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4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＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O3.铁的氢氧化物(1)Fe(OH)2是白色絮状物，易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，颜色由白色变为灰绿色，最后变为红褐色，方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(2)Fe(OH)3是红褐色、难溶于水的固体，在空气中久置会部分失水生成铁锈(Fe2O3·xH2O)，受热易分解，方程式为2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O；制取Fe(OH)3用可溶性铁盐与碱反应，离子方程式：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。4．亚铁盐(1)Fe2＋的氧化性和还原性含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，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：遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H＋)等均表现为还原性。Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(2)可水解Fe(OH)2是弱碱，含Fe2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。配制硫酸亚铁溶液时常加少量硫酸抑制Fe2＋的水解，加少量铁屑防止Fe2＋被氧化。5．铁盐的性质及应用(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。①Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO等具有较强还原性的离子不能大量共存。②Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。(2)易水解：Fe(OH)3是很弱的碱，且溶度积很小，因而Fe3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。 ①利用Fe3＋易水解的性质，实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学方程式：FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。②利用Fe3＋易水解的性质，工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。③利用Fe3＋易水解的性质，实验室配制氯化铁溶液，通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中，然后再稀释至所需浓度。④Fe3＋与HCO、[Al(OH)4]－、CO、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。知识点二Fe2＋和Fe3＋的检验1．亚铁盐(1)Fe2＋的氧化性和还原性含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，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，如遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H＋)、MnO(H＋)等均表现为还原性。Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O向FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液褪色。反应的离子方程式：MnO＋5Fe2＋＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。(2)可水解Fe2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液因水解呈酸性。2．铁盐(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。如用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe3＋＋Cu2＋。(2)易水解：Fe3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。3．Fe2＋、Fe3＋的检验方法(1)Fe2＋的检验方法1无现象溶液变红色，证明含有Fe2＋方法2产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明含有Fe2＋方法3生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋(2)Fe3＋的检验 方法1溶液变红色，证明含有Fe3＋方法2产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋(3)混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验①Fe3＋的检验a.溶液变血红色，说明含有Fe3＋b.试纸变蓝色，说明含有Fe3＋②Fe2＋的检验a.KMnO4溶液褪色，说明含有Fe2＋b.溴水褪色，说明含有Fe2＋c.生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋4．亚铁盐、铁盐性质应用(1)盐溶液的配制与保存(2)物质的制备(3)判断离子能否共存Fe2＋NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)Fe3＋S2－、I－、SOFe3＋HCO、CO等水解相互促进的离子【典例剖析】高频考点一铁及其化合物的性质例1.（高考组合题）下列有关物质性质的叙述错误的是（） A.（2021·浙江卷）铁粉与氧化铝发生的铝热反应可用于焊接铁轨B．（2019·天津卷）将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2C．（2020·江苏卷）室温下，Fe与浓H2SO4反应生成FeSO4D.（2018·江苏卷）Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2【变式探究】（高考组合题）下列观点的叙述正确的是（）A.（2021·浙江卷）将生铁进一步炼制减少含碳量，能得到耐腐蚀的钢B.（2017·江苏卷）FeFeCl2Fe(OH)2C.（2018·江苏卷）D.（2017·新课标II卷）向2mL0.1mol·L－1的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液，黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，说明还原性：Fe>Fe2+高频考点二　铁及其化合物的转化与计算例2．在给定条件下，下列物质间的转化不能实现的是(　　)A．FeFeCl3B．FeFeSO4C．FeFe3O4D．FeFeCl2【变式探究】含有agHNO3的稀硝酸与bg铁恰好反应，铁全部溶解，生成NO。已知有gHNO3被还原，则a∶b不可能是(　　)A．3∶1　B．3∶2C．4∶1D．9∶2【方法技巧】数轴法分析铁与稀硝酸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。根据化学方程式：HNO3过量：Fe＋4HNO3(稀)===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(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；可以用数轴表示：　解题时需注意量的范围：①≤，产物仅有Fe(NO3)3，稀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和稀HNO3都完全反应。　高频考点三、铁及其化合物的实验探究例3.（2019·新课标Ⅰ卷）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)。 A　　　　　B　　　　　C　　　　　D(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　　　　　　　　。 1.5×18266+18x【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________FeO42−（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ实验表明，Cl2和FeO42−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FeO42−＞MnO4−，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FeO42−＞MnO4−。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：________________。高频考点四　氢氧化亚铁制备方法的实验创新改进例4.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）。 【方法技巧】制备Fe（OH）2常用的三种方法（1）有机层覆盖法将吸有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。（2）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，这样可较长时间观察到白色沉淀，如图2所示。（3）电解法用铁做阳极，电解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆盖苯（或煤油），如图3所示。另外，反应液要现用现配，且配制亚铁盐溶液和碱溶液所用的蒸馏水都需要加热煮沸除氧。　【变式探究】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中烧瓶内应预先加入的药品是　　　　。A中反应的离子方程式是_________________________________________________________________________________。（2）实验开始时先将止水夹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处止水夹，放入一部分空气，此时B中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。高频考点五考查Fe2＋、Fe3＋检验与计算例5.向含有1molHNO3和1molH2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量，溶液中金属阳离子a、b与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。下列有关判断不正确的是(　　)A．a表示Fe3＋的关系曲线B．n1＝0.75C．P点时，n(Fe2＋)＝0.5625molD．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解12.2g【举一反三】某班同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol/L的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是___________________________________________。(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_____________________。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是_____________________________________。 (4)丙组同学取10mL0.1mol/LKI溶液，加入6mL0.1mol/LFeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验：①第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。实验②检验的离子是________(填离子符号)；实验①和③说明：在I－过量的情况下，溶液中仍含有______(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为____________________。【方法技巧】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后的混合溶液加入足量的新制氯水中（新制氯水可以氧化SCN－）。（2）当溶液浓度较稀时，利用观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe2＋和Fe3＋的存在。（3）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）。（4）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]。②检验Fe3＋也可用苯酚（C6H5OH），在FeCl3溶液中滴加苯酚，溶液显紫色。【变式探究】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．③②C．③①D．①②③高频考点六铁及其化合物的转化例6.（2021·广东高考真题）部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是A．可与反应生成B．既可被氧化，也可被还原C．可将加入浓碱液中制得的胶体 D．可存在的循环转化关系【举一反三】（2018·高考全国卷Ⅰ）磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如图所示：下列叙述错误的是（　　）A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素Al、Fe、LiC.“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠【变式探究】（2019·全国卷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　　　　　　　。