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2019-2020年高考化學一輪復習 課時19 鐵及其化合物考點過關 鐵、鐵的氧化物和鐵的氫氧化物 【基礎梳理】 1. 鐵 (1)純鐵具有金屬的共性，如具有　　　　色金屬光澤和良好的延展性，是電和熱的良導體，具有能被　　　　吸引的特性，純鐵有很強的抗腐蝕能力。 (2)用化學方程式或離子方程式表示下列變化 ①鐵與非金屬單質反應 4Fe+3O2　　　　(現象:在潮濕的空氣中生銹，生成　　　　色固體) 3Fe+2O2　　　　(現象:氧氣中點燃，火星四射、生成　　　　色晶體) 2Fe+3Cl2　　　　(現象:生成　　　　色煙) Fe+S　　　　(現象:生成黑色固體) 鐵跟氯氣、硫反應時，分別生成+3價和+2價的鐵，說明氧化性:氯氣　　　　硫。 ②鐵與水、酸溶液的反應 3Fe+4H2O(g)　　　　　　　　　　　 Fe+2HCl(稀)　　　　　　　　　　　 Fe+4HNO3(稀)　　　　　　　　　　　 ③鐵與鹽溶液反應 Fe+2FeCl3　　　　　　　 Fe+CuSO4　　　　　　　 2. 鐵的氧化物與氫氧化物 (1)氧化物 化學式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 　　　 　　　 顏色 黑色 　　　色 黑色 鐵元素價態(tài) 　　　 　　　 　　　 與鹽酸反應生成的離子 　　　 　　　 　　　 (2)氫氧化物 化學式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 顏色、狀態(tài) 　　　　色固體 　　　　色固體 與鹽酸反應 Fe(OH)2+2H+ 　　　　　　　 Fe(OH)3+3H+ 　　　　　　　 受熱分解 2Fe(OH)3　　　 制法 可溶性亞鐵鹽與堿溶液反應: Fe2++2OH-　　　 可溶性鐵鹽與堿溶液反應:Fe3++3OH-　　　 二者的關系 在空氣中，Fe(OH)2能夠非常迅速地被氧氣氧化成Fe(OH)3，現象是　　　　色絮狀沉淀迅速變成　　　　色，最后變成　　　　色，反應的化學方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O　　　　 (3)幾種典型的制備Fe(OH)2的方法: 在實驗室中制備Fe(OH)2，并使Fe(OH)2長時間保持白色沉淀狀態(tài)，成為物質制備實驗探究的熱點。由于Fe(OH)2具有很強的還原性，易被氧化為Fe(OH)3，所以實驗的關鍵是防止Fe(OH)2被　　　　。制備原理:Fe2++2OH-Fe(OH)2↓。 方法1:FeSO4溶液與NaOH溶液反應制備 (1)配制FeSO4溶液和NaOH溶液的蒸餾水要事先煮沸，除去氧氣; (2)在裝有FeSO4溶液的試管里加入苯(或植物油)，使其起到隔絕空氣的作用; (3)吸有NaOH溶液的膠頭滴管應插入到FeSO4溶液的液體中，再擠出NaOH溶液。(見下圖) 方法2:氫氣氛圍中的復分解反應法 在圖1所示的裝置中，用NaOH溶液、鐵屑、稀硫酸等試劑制備。 　　 圖1 圖2 方法3:電解法 利用電解實驗可以制得純凈的Fe(OH)2白色沉淀，如圖 2所示，兩電極的材料分別為石墨和鐵。 (4)有關Fe2+、Fe3+的水解反應: Fe2+、Fe3+是典型的弱堿陽離子，與C、HC、Al等在溶液中因發(fā)生水解互促反應而不能共存。如:2Fe3++3C+3H2O圖12Fe(OH)3↓+3CO2↑。 ①配制亞鐵鹽溶液:加入少量鐵屑以防止Fe2+被氧化，滴入少量相應的酸溶液以防止Fe2+水解。②配制鐵鹽溶液:加入少量相應的酸溶液以防止Fe3+水解。例:在FeSO4溶液中，需加鐵粉和稀硫酸;Fe2(SO4)3溶液中需加H2SO4。 微課1　Fe、Fe2+、Fe3+三者之間的相互轉化 說明: (1)Fe3+具有較強的氧化性，可以氧化H2S、S2-、I -、SO2、S、Fe、Cu 等物質。 2Fe3++S2-2Fe2++S↓ 2Fe3++2I-2Fe2++I2 (2)Fe2+既有氧化性又有還原性，主要表現還原性，易被氧化劑氧化成Fe3+: 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- 2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O Fe2+與Mn、N(H+)、ClO-等因發(fā)生氧化還原反應而不共存。 當Cl2不足，n(Cl2)∶n(FeBr2)≤時，只有Fe2+被氧化:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。 【典型例題】 將鐵片投入下列溶液中，不放出氣體，并且鐵片質量減輕的是 (　　) A. CuSO4　　B. H2SO4　C. AgNO3　D. FeCl3 [答案]　D [解析]　A項中Fe置換出Cu而使鐵片質量增大;B項中產生氣體;C項中Fe置換出Ag而使鐵片質量增大;D項發(fā)生反應:Fe+2FeCl33FeCl2，符合條件，故選D。 題組訓練 1. 常溫下可以用鐵制容器盛裝的是 (　　) A. 濃鹽酸 B. 濃硫酸 C. 稀硝酸 D. 硫酸銅溶液 [答案]　B [解析]　鐵能溶于濃鹽酸，故A錯;濃硫酸能鈍化鐵，故B正確;鐵能溶于稀硝酸，故C錯;鐵與硫酸銅溶液能反應，故D錯。 2. X、Y、Z、W均為中學化學的常見物質，一定條件下它們之間有如下轉化關系(其他產物已略去): 下列說法不正確的是 (　　) A. 若W是單質鐵，則Z溶液可能是FeCl2溶液 B. 若W是氫氧化鈉，則X與Z可反應生成Y C. 若X是金屬鎂，則W可能是強氧化性的單質 D. 若X是金屬Na，則Z可以是Na2O2 [答案]　C [解析]　 若W為鐵，則X、Y、Z分別為Cl2、FeCl3和FeCl2，A對;若W為NaOH，則X、Y、Z分別為CO2、NaHCO3和Na2CO3，也可能分別為AlCl3、Al(OH)3、NaAlO2，B對;鎂沒有可變價，C不成立;X為Na、W為O2、Y為Na2O、Z為Na2O2，D對。 3. 2.8 g Fe全部溶于一定濃度100 mL的HNO3溶液中，得到標準狀況下的氣體1.12 L，測得反應后溶液的pH為1。若反應前后溶液體積變化忽略不計，則下列有關判斷不正確的是(　　) A. 反應前HNO3溶液的濃度為2.0 molL-1 B. 1.12 L的氣體全部是NO C. 反應后溶液中c(N)=1.6 molL-1 D. 反應后的溶液最多還能溶解1.61 g Fe [答案]　A [解析]　答本題應注意以下兩點:(1)當HNO3過量時，鐵與HNO3反應生成Fe(NO3)3;(2)除剩余的HNO3能溶解鐵外，生成的Fe(NO3)3仍能溶解鐵。由于反應后溶液的pH為1，說明HNO3過量，所得溶液為Fe(NO3)3溶液，則n(反應前HNO3)=n(未被還原HNO3)+n(被還原HNO3)+n(剩余HNO3)=(3++0.10.1)mol=0.21 mol，所以反應前HNO3溶液的濃度為=2.1 molL-1，故A項錯誤;由Fe→Fe3+知，0.05 mol的Fe反應時失去0.15 mol 電子，則HNO3得到0.15 mol電子生成0.05 mol 氣體，所以該氣體全部為NO，故B項正確;反應后溶液中n(N)=3n(Fe)+n(剩余HNO3)=(30.05+0.10.1)mol=0.16 mol，所以反應后溶液中c(N)==1.6 molL-1，故C項正確;根據:3Fe+8HNO3+2NO↑+4H2O知，剩余的0.01 mol HNO3能溶解0.003 75 mol Fe，根據Fe+2Fe3+3Fe2+得，生成的0.05 mol Fe3+能溶解0.025 mol Fe，所以反應后溶液最多還能溶解0.028 75 mol Fe，即1.61 g Fe，故D項正確。 4. 為研究硝酸的性質，某同學設計并完成如下實驗:室溫下，將等質量的鐵片分別與足量的濃硝酸和稀硝酸反應(如下圖)。 回答下列問題: (1)試管A中發(fā)生反應的化學方程式是 　 ， 該反應的氧化劑是　　　　。圖中氣球的作用是　 　。 (2)為使試管A中的反應速率減慢，可采取的措施是 　　　　　　　　　　　　　。 (3)試管B中實驗無明顯現象，該同學進一步探究如下: 假設①:常溫下鐵與濃硝酸不反應。 假設②:　 。 將試管B中的鐵片取出并洗凈后，放入CuSO4溶液中，無明顯現象，則說明假設①　　　　(填“成立”或“不成立”)。 [答案]　(1)Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO↑+2H2O　HNO3?、儆^察反應速率的快慢;②收集有毒氣體，防止有毒氣體散逸到空氣中，污染空氣 (2)降低反應體系的溫度，降低硝酸的濃度 (3)常溫下，鐵在濃硝酸中會“鈍化”　不成立 [解析]　(1)鐵片與足量稀硝酸反應，生成硝酸鐵、NO和水，鐵元素由0價升為+3價，被氧化，則鐵是還原劑，部分氮元素由+5價降為+2價，被還原，則HNO3是氧化劑，根據化合價升降法配平可得化學方程式;氣球是為了觀察反應速率的快慢，收集有毒氣體，防止有毒氣體散逸到空氣中，污染空氣;(2)根據濃度、壓強、溫度、催化劑對反應速率的影響規(guī)律，減小硝酸的濃度，降低反應體系的溫度等措施都能使試管A中反應速率減慢;(3)將試管B中的鐵片取出并洗凈后，放入CuSO4溶液中，無明顯現象，則說明常溫下鐵與濃硝酸反應，使鐵表面生成一層致密的氧化膜，阻止里面的金屬繼續(xù)發(fā)生反應，因此假設②為常溫下鐵在濃硝酸中會“鈍化”，假設①不成立。 　 1. 鐵與硝酸的反應規(guī)律 (1)鐵與濃硝酸在常溫下鈍化，在加熱時劇烈反應。 (2)鐵與稀硝酸的反應: 硝酸過量時: Fe+4HNO3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O　?、? Fe過量時: 3Fe+8HNO33Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O Ⅱ 鐵與稀硝酸反應有關量的問題，可用數軸表示如下: ①當≤時，按反應Ⅰ進行，產物僅有Fe(NO3)3，HNO3可能有剩余。 ②當≥時，按反應Ⅱ進行，產物僅有Fe(NO3)2，Fe可能有剩余。 ③當<<時，則反應Ⅰ、Ⅱ均發(fā)生，產物為Fe(NO3)2和Fe(NO3)3。 Fe2+和Fe3+的檢驗與實驗探究 【基礎梳理】 1. Fe2+的檢驗 方法一:滴加KSCN溶液，無明顯現象，再滴加新制氯水，溶液立即變紅色。 方法二:滴加NaOH溶液，生成　　　　色絮狀沉淀，該沉淀迅速變?yōu)椤　　　∩詈笞優(yōu)椤　　　∩? 2. Fe3+的檢驗 方法一:滴加KSCN(或NH4SCN)溶液，溶液立即變?yōu)椤　　　∩? 方法二:滴加NaOH溶液，出現　　　　色沉淀。 方法三:與苯酚反應顯　　　色:Fe3++6C6H5OH　　　　　　　　　 【典型例題】 下列有關離子的檢驗方法合理的是 (　　) A. 向某溶液中滴入KSCN溶液呈紅色，說明不含Fe2+ B. 向某溶液中加入酸性KMnO4溶液，溶液褪色，說明原溶液中一定含Fe2+ C. 向某溶液中加入NaOH溶液，得紅褐色沉淀，說明溶液中一定不含有Fe2+ D. 向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又觀察到顏色逐漸變?yōu)榧t褐色，說明該溶液中含有Fe2+，可能含有Mg2+ [答案]　D [解析]　A項，說明含Fe3+，但不排除Fe2+的存在;B項，也可能含S等還原性離子;C項不能排除Fe2+。 FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入鐵粉，充分反應后仍有固體存在，則下列判斷不正確的是 (　　) A. 加入KSCN溶液一定不變紅色 B. 溶液中一定含Fe2+ C. 溶液中一定含Cu2+ D. 剩余固體中一定含銅 [答案]　C [解析]　氧化性:Fe3+>Cu2+，加入Fe先還原Fe3+，然后再還原Cu2+。 (xx上海卷)用FeCl3溶液腐蝕印刷電路板上的銅，所得溶液中加入鐵粉。對加入鐵粉充分反應后的溶液分析合理的是 (　　) A. 若無固體剩余，則溶液中一定有Fe3+ B. 若有固體存在，則溶液中一定有Fe2+ C. 若溶液中有Cu2+，則一定沒有固體析出 D. 若溶液中有Fe2+，則一定有Cu析出 [答案]　B [解析]　所得溶液中加入鐵粉，發(fā)生的反應可能有Fe+2FeCl33FeCl2、Fe+CuCl2FeCl2+Cu、Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2，若無固體剩余，說明鐵粉以及生產的Cu全部參加反應，此時溶液中可能含有Fe3+，也有可能不含有Fe3+，A錯誤;若有固體存在，說明固體中一定含有Cu，還有可能含有Fe，因此溶液中一定含有Fe2+，B正確;若溶液中有Cu2+，那么可能會有部分Cu2+被Fe置換出Cu，所以不一定沒有固體析出，C錯誤;若溶液中有Fe2+，如若溶液中Fe3+過量，則不一定有Cu析出，D錯誤。 (xx揚州模擬)將金屬銅、鐵置于氯化鐵溶液中充分反應，下列對反應情況設想的評價正確的是 (　　) 選項 反應情況設想 評價 A 當鐵、銅均不剩余時，溶液中一定有Fe2+、Cu2+，一定無Fe3+ 正確，Fe3+和Fe、Cu均可反應 B 當鐵、銅均有剩余時，溶液中一定有Fe2+、Cu2+，無Fe3+ 正確，Fe和Cu與Fe3+都反應，故有Fe2+和Cu2+，無Fe3+ C 當銅有剩余，鐵無剩余時，溶液中一定只有Fe2+，無Cu2+ 正確，Cu有剩余故無Cu2+ D 當鐵有剩余，銅無剩余時，溶液中一定有Fe2+、Cu2+ 不正確，不可能有Fe剩余、Cu不剩余，因為Fe比Cu優(yōu)先與Fe3+反應 　　[答案]　D [解析]　離子的氧化性強弱順序:Fe3+>Cu2+>Fe2+，如果Fe3+的量很多，可以將鐵和銅全部氧化后還有剩余，A項錯誤;當鐵有剩余時，溶液中不會存在Cu2+，B項錯誤;因為還原性:Fe>Cu，故不存在有銅無鐵的情況，C項錯誤。 (xx江蘇高考改編)某研究性學習小組欲從硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、SiO2、Al2O3 )出發(fā)，制備綠礬。下表列出了相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 molL-1計算)。 金屬離子 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3+ 1.1 3.2 Al3+ 3.0 5.0 Fe2+ 5.8 8.8 請結合右上圖的綠礬溶解度曲線，補充完整由硫鐵礦燒渣制備FeSO47H2O晶體的實驗步驟(可選用的試劑:鐵粉、稀硫酸和NaOH溶液):向一定量燒渣中加入足量的稀硫酸充分反應，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，得到FeSO4 溶液;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，得到FeSO47H2O 晶體。 [答案]　(過濾，)向反應液中加入足量的鐵粉，充分攪拌后，滴加NaOH溶液調節(jié)反應液的pH約為5，過濾(或過濾，向濾液中滴加過量的NaOH溶液，過濾，充分洗滌固體，向固體中加入足量稀硫酸至固體完全溶解，再加入足量的鐵粉，充分攪拌后，過濾)　(滴加稀硫酸酸化，)加熱濃縮得到60 ℃飽和溶液，冷卻至0 ℃結晶，過濾，少量冰水洗滌，低溫干燥 [解析]　先加稀硫酸溶解，由表沉淀完全的pH可以得知滴加NaOH溶液調節(jié)反應液的pH約為5時，生成氫氧化鋁沉淀，過濾除去;或過濾，向濾液中滴加過量的NaOH溶液，過濾除去偏鋁酸鈉，充分洗滌固體，向固體中加入足量稀硫酸至固體完全溶解，再加入足量的鐵粉，充分攪拌后，過濾。兩個過程中加入足量的鐵粉，都是為了讓三價鐵變?yōu)槎r鐵。加熱濃縮得到60 ℃飽和溶液前一般滴加稀硫酸酸化，為防止二價鐵離子受熱水解;少量冰水洗滌減少FeSO47H2O晶體溶解;低溫干燥減少FeSO47H2O晶體失水分解。 硫酸亞鐵晶體(FeSO47H2O)在醫(yī)藥上作補血劑。某課外小組的同學欲測定該補血劑中鐵元素的含量。實驗步驟如下: 請回答下列問題: (1)證明步驟①濾液中含有Fe2+的方法是:取樣，先滴加KSCN溶液，再滴加　　　　　，該過程的現象為　 　　　　　　　　　　　　。 (2)步驟②加入過量H2O2的目的是 　　　　　　　　　　　　。 (3)步驟③中反應的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)步驟④中一系列處理的操作步驟:過濾、　　　　、灼燒、　　　　　、稱量。 (5)若實驗中鐵無損耗，則每片補血劑中含鐵元素的質量為　　　　　g。 [答案]　(1)氯水(或H2O2溶液、稀硝酸等合理氧化劑)　溶液由淺綠色變?yōu)榧t色 (2)將Fe2+全部氧化為Fe3+ (3)Fe3++3OH-Fe(OH)3 ↓ [或Fe3++3NH3H2OFe(OH)3 ↓+3N] (4)洗滌　冷卻 (5)0.07a [解析]　(1)證明步驟①濾液中含有Fe2+的方法是:取樣，先滴加KSCN溶液，再滴加氯水(或H2O2溶液、稀硝酸等)，若濾液由淺綠色變?yōu)榧t色，則說明濾液中含有Fe2+。(2)由于H2O2具有氧化性，加入過量H2O2的目的是將Fe2+全部氧化為Fe3+。(3)步驟③的目的是將Fe3+全部轉化為Fe(OH)3，所以步驟③需加入過量的NaOH溶液或氨水，反應的離子方程式是Fe3++3OH-Fe(OH)3 ↓[或Fe3++3NH3H2OFe(OH)3↓+3N]。(4)步驟④的目的是將產生的紅褐色懸濁液分離，最終得到固體Fe2O3，所以步驟④的操作步驟是:過濾、洗滌、灼燒、冷卻、稱量。(5)由于實驗中鐵無損耗，根據鐵元素守恒得，每片補血劑中m(Fe)=g=0.07a g。 某化學研究性學習小組探究Fe3+和S之間發(fā)生的反應。 (1)取5 mL FeCl3濃溶液于試管中，逐滴加入Na2SO3濃溶液，觀察到溶液顏色由黃色變?yōu)榧t棕色，繼續(xù)加入Na2SO3濃溶液至過量，溶液顏色加深，最終變?yōu)榧t褐色。無氣泡產生，無沉淀生成。這種紅褐色液體是　 。 (2)除了觀察到以上的現象外，有成員提出了另一種可能:發(fā)生氧化還原反應。反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)研究性學習小組設計了兩種實驗方案證明發(fā)生了氧化還原反應。請把實驗方案補充完整: 方案一:檢驗溶液中含有Fe2+，證明發(fā)生了氧化還原反應。 方案二:檢驗溶液中含有　　　　，證明發(fā)生了氧化還原反應。 實驗用品:0.1 molL-1 BaCl2、3 molL-1鹽酸、3 molL-1硝酸、新制氯水、20% KSCN、0.5 molL-1 KI;試管若干、膠頭滴管若干。 ①預處理:將(1)中獲得的混合物放在如下圖裝置中處理足夠時間，該操作名稱為　 　　。 　②檢驗過程: 操作 現象及結論 基于方案一: 基于方案二: 　　[答案] (1)Fe(OH)3膠體 (2)2Fe3++S+H2O2Fe2++S+2H+ (3)S?、贊B析 ② 操作 現象及結論 基于方案一:取12 mL燒杯中的溶液于試管中，滴加23滴20% KSCN溶液，再加入足量氯水(或3 molL-1硝酸) 滴加KSCN溶液無明顯變化，再加入氯水(或3 molL-1硝酸)后溶液變血紅色，證明溶液中含有Fe2+ 基于方案二:取12 mL燒杯中的溶液于試管中，加入足量3 molL-1鹽酸，再滴加23滴0.1 molL-1 BaCl2溶液 加入鹽酸有刺激性氣味氣體產生，滴加BaCl2溶液有白色沉淀生成，證明溶液中含有S 如何快速有效地處理涉及Fe、Cu及其相關離子共存問題 運用大家熟悉的“三角”等幾何圖形，可“網絡化”歸納出Fe、Fe2+、Fe3+、Cu、Cu2+等微粒間的反應情況: 這些微粒間發(fā)生的反應有:Fe+Cu2+Fe2++Cu、Fe+2Fe3+3Fe2+ 、2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+?？捎糜谂袛嘞嚓P微粒的共存問題，如邊線相鄰(用雙箭頭連接的微粒)不能共存;邊線不相鄰或對角線上的能共存，如 Fe、Fe2+和Cu，Fe3+、Fe2+和Cu2+可以共存(包括Cu和Cu2+)。