新人教版高考化学一轮复习第3章金属及其重要化合物第10讲铁及其重要化合物学案

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第10讲　铁及其重要化合物

考点一　铁的单质、氧化物和氢氧化物

一、铁元素及其原子结构
1．铁元素位于元素周期表中第四周期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。
2．原子结构

二、铁单质
1．物理性质
纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽，具有导电性、导热性和延展性。另外，铁还具有能被磁铁吸引的特征。
2．化学性质
铁单质性质活泼，有较强的还原性，其氧化产物中铁元素主要化合价为＋2价和＋3价。

(1)与非金属单质反应
①与O2反应
a．常温：铁在潮湿的空气中被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3·xH2O。
b．在纯氧中燃烧：3Fe＋2O2Fe3O4。
②与Cl2反应：2Fe＋3Cl22FeCl3。
③与S反应：Fe＋SFeS。
(2)与水反应
常温下铁与水不反应，高温下与水蒸气反应：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
(3)与酸反应
①与非氧化性酸反应(离子方程式)：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
②与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸发生钝化，属于化学变化；与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应，但无H2产生。
a．Fe与过量稀硝酸反应(离子方程式)：Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；
b．Fe与少量稀硝酸反应(离子方程式)：3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O。
(4)与盐溶液反应
①与CuSO4溶液反应(离子方程式)：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
②与FeCl3溶液反应(离子方程式)：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。
三、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
铁元素的化合价
＋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
四、铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色、状态
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)3Fe2O3＋3H2O
制备
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，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2020·高考江苏卷)室温下，Fe与浓H2SO4反应生成FeSO4。(　　)
(2)铁元素位于元素周期表中第四周期ⅧB族。(　　)
(3)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。(　　)
(4)在给定条件下，FeFeCl2Fe(OH)2所表示的物质间转化能实现。(　　)
(5)1 mol Fe溶于过量稀硝酸，转移电子数为2NA。(　　)
(6)Fe3O4中铁元素的化合价有＋2价和＋3价，因而Fe3O4是FeO和Fe2O3的混合物。(　　)
(7)Fe2O3是碱性氧化物，所以Fe2O3可用作红色油漆和涂料。(　　)
(8)CO还原Fe2O3得到的黑色固体加入盐酸溶解后，再加入KSCN溶液，溶液不显红色，不能确定黑色固体中有无Fe3O4。(　　)
(9)氢氧化铁与HI溶液仅发生中和反应。(　　)
(10)FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3都可以通过化合反应制取。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√　(9)×　(10)√
2．化合物中铁有＋2价、＋3价两种价态，单质铁与__________(填下列编号，下同)反应时只生成＋3价铁；与__________反应时只生成＋2价铁；与__________反应时既生成＋2价铁又生成＋3价铁。
供选试剂：①Cl2　②纯氧　③H2O(g)　④S　⑤盐酸　⑥稀硝酸(足量)　⑦稀硫酸　⑧CuSO4溶液　⑨FeCl2溶液
答案：①⑥　④⑤⑦⑧　②③

演练一　铁及其氧化物的性质与计算
1．铁是日常生活中使用最广泛的金属，下列关于铁的一些说法正确的是(　　)
A．常温下浓硫酸与铁不反应，故常温下可用铁制容器贮藏、贮运浓硫酸
B．铁是较活泼的金属，它与卤素单质(X2)反应的生成物均为FeX3
C．Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3，说明稳定性：Fe(OH)2Fe3＋>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＋。
三、Fe2＋与Fe3＋的检验
1．单一溶液中Fe2＋、Fe3＋的检验
(1)用KSCN溶液和氯水

(2)用NaOH溶液

2．含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe2＋、Fe3＋的检验
溶液变红色，说明含有Fe3＋；
酸性KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2＋。
3．Fe2＋的特征检验
待检溶液产生蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋，反应的离子方程式为3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅱ，10D)向盛有FeCl3 溶液的试管中加过量铁粉，充分振荡后溶液黄色逐渐消失，加1滴KSCN溶液，溶液颜色不变。(　　)
(2)(2018·高考全国卷Ⅱ，13B)为探究维生素C的还原性，可向盛有2 mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液，观察颜色变化。(　　)
(3)(2018·高考北京卷改编)K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液。向Fe(OH)3和过量KOH溶液的混合物中通入氯气，得到紫色固体的反应为3Cl2＋2Fe(OH)3＋10KOH===2K2FeO4＋6KCl＋8H2O。(　　)
(4)用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)√
2．混合溶液中除去Fe3＋、Fe2＋的常用方法。
已知：
化合物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mg(OH)2
Cu(OH)2
Ksp近似值
10－39
10－17
10－11
10－20
(1)除去Mg2＋中混有的Fe3＋的方法
向混合溶液中加入________、________、________中之一，与Fe3＋水解产生的H＋反应，促进Fe3＋的水解，将Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀除去。
(2)除去Mg2＋中混有的Fe2＋的方法
先加入氧化剂(如________)将溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再按(1)的方法除去溶液中的Fe3＋。
(3)请设计实验方案：除去CuCl2溶液中混有的少量FeCl2的方法是__________________________________________________________________。
答案：(1)MgO　MgCO3　Mg(OH)2　(2)H2O2(答案合理即可)　(3)先通入适量Cl2(或加入H2O2)，然后再向混合溶液中加入足量CuO[或CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3中之一]，充分反应后过滤

演练一　Fe2＋、Fe3＋的性质及应用
1．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
解析：选B。FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上铜的反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，所得的溶液中存在FeCl2和CuCl2，还可能有过量的FeCl3溶液，加入铁粉充分反应后，A项若无固体剩余，说明原溶液中含有Fe3＋，反应后不一定还含有Fe3＋；B项不管固体是铁粉还是铜粉，溶液中一定含有Fe2＋；C项若溶液中有Cu2＋，可能有部分Cu析出；D项若溶液中有Fe2＋，不一定有Cu析出。
2．从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下：

则下列说法正确的是(　　)
A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸
B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同
C．试剂c是氯气，相应反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2＋
解析：选C。A项，由最终要得到氯化铁晶体及流程图可知，试剂b是稀盐酸，错误；B项，操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ是蒸发结晶，所用仪器不同，错误；C项，滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此试剂c为氯气，正确；D项，酸性高锰酸钾溶液也能氧化氯离子而褪色，因此不能用于检验溶液W中是否含有亚铁离子，错误。
3．下列有关Fe3＋、Fe2＋的性质及应用的说法正确的是________(填序号)。
①Fe2(SO4)3易溶于水，所以可用作净水剂
②向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉，可制得硫酸亚铁溶液
③室温下，向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液，再滴加几滴淀粉溶液，溶液变蓝色，则说明Fe3＋的氧化性比I2的强
④Fe2＋与H2O2在酸性溶液中的反应：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
⑤硫酸亚铁片和维生素C同时服用，能增强治疗缺铁性贫血的效果
答案：②③④⑤
演练二　Fe2＋、Fe3＋的检验
4．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硫酸后滴加KSCN溶液，再观察溶液是否变红
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＋
解析：选B。向含有Fe2＋的溶液中加入KSCN溶液，溶液不变色，加入氯水后，Fe2＋被氧化为Fe3＋，溶液显红色，故A项正确。Cl－也能和酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应而使溶液的紫红色褪去，故B项错误。若绿矾变质则晶体中会有Fe3＋，将绿矾晶体溶于稀硫酸后滴加KSCN溶液，若溶液显红色，说明绿矾变质；若不显红色，说明绿矾没有变质，故C项正确。Fe3＋遇OH－会生成Fe(OH)3红褐色沉淀，故D项正确。
5．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加入氯水　②加入酸性KMnO4溶液　③加入少量NH4SCN溶液
A．①③　　 B．③②
C．③① D．①②③
解析：选C。在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变红色，证明无Fe3＋存在，再加入氯水，将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液变为红色。KMnO4溶液呈紫红色，对实验现象有干扰，且KMnO4能氧化SCN－，所以不能用酸性KMnO4溶液代替氯水检验。

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K3[Fe(CN)6]溶液。
②检验Fe3＋也可用苯酚(C6H5OH)，在FeCl3溶液中滴加苯酚，溶液显紫色。
演练三　铁及其化合物的转化与计算
6．废铁屑制Fe2O3的一种流程如下图：

下列说法不正确的是(　　)
A．热的纯碱溶液可去除废铁屑表面的油污
B．操作a是萃取
C．冰水既可洗去杂质又可减少固体的溶解
D．Fe2O3可用作红色颜料
解析：选B。热的纯碱溶液可去除废铁屑表面的油污，A项正确；操作a是过滤，B项错误；冰水既可洗去杂质又可降低温度，减少固体的溶解，C项正确；Fe2O3俗名铁红，可用作红色颜料，D项正确。
7．(名师原创)硫酸亚铁铵晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]在空气中比一般亚铁盐稳定，是定量分析化学中常用的还原剂，其实验室制备流程如图所示：

下列说法不正确的是(　　)
A．“除油污”过程中使用热的Na2CO3溶液效果更好
B．制备硫酸亚铁时铁屑与硫酸反应完全时的现象是不再有气泡产生
C．“趁热过滤”后的滤液略显黄色的原因是4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
D．理论上加入(NH4)2SO4固体的质量为6.0 g
解析：选D。Na2CO3溶液中CO水解使溶液呈碱性，油污在碱性环境中能够水解，升高温度，CO水解平衡正向移动，溶液碱性增强，故用热的Na2CO3溶液除油污效果更好，A项正确；为防止Fe2＋被氧化，加入的铁屑需过量，铁屑与硫酸反应完全就是硫酸反应完全，反应完全时不再有气泡产生，B项正确；“趁热过滤”后的滤液略显黄色是因为Fe2＋易被空气中的氧气氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，C项正确；由工艺流程图可知，反应的铁的质量为5.0 g－2.2 g＝2.8 g，物质的量为＝0.05 mol，理论上可制备 0.05 mol 硫酸亚铁铵晶体，则需要加入0.05 mol(NH4)2SO4，所以加入(NH4)2SO4固体的质量为0.05 mol×132 g/mol＝6.6 g，D项错误。
8．(2021·昆明重点中学调研)铁及其化合物在日常生产生活中用途广泛。利用FeSO4制备还原铁粉的工业流程如下：

实验室中可用FeSO4(用铁粉和稀硫酸反应制得)和NH4HCO3在如下装置中模拟上述流程中的“转化”环节。

(1)装置A的名称是________，装置B中盛放的试剂是________，NH4HCO3盛放在装置________中。
(2)实验过程中，欲将生成的FeSO4溶液和NH4HCO3溶液混合，操作方法是____________________________________________________，发生主要反应的离子方程式为_____________________________________________。
FeSO4溶液要现用现配的原因是___________________________________，检验久置的FeSO4是否变质的方法是_______________________________。
(3)干燥的主要目的是脱去游离水，过程中会有少量FeCO3在空气中被氧化为FeOOH，该反应的化学方程式为_____________________________，取干燥后的FeCO3样品12.49 g，与炭混合后焙烧，最终得到还原铁粉6.16 g，计算样品中杂质FeOOH的质量为________g。
解析：(1)装置A是分液漏斗，盛放稀硫酸，装置B中盛放铁粉，稀硫酸与铁粉反应生成H2和FeSO4。装置C中盛放NH4HCO3。(2)检验D处氢气已纯净时，表明装置中空气已排尽，关闭活塞3，打开活塞2，在氢气作用下将FeSO4溶液压入C中发生反应。FeSO4具有还原性，易被O2氧化，故FeSO4溶液要现用现配。用KSCN溶液检验久置的FeSO4是否变质。(3)设FeCO3、FeOOH的物质的量分别为x、y，则x×116 g·mol－1＋y×89 g·mol－1＝12.49 g，56 g·mol－1×(x＋y)＝6.16 g，解得x＝0.1 mol，y＝0.01 mol，故m(FeOOH)＝0.01 mol×89 g·mol－1＝0.89 g。
答案：(1)分液漏斗　铁粉　C
(2)(待D处的气体纯净后)关闭活塞3，打开活塞2　Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋H2O＋CO2↑(或Fe2＋＋HCO===FeCO3↓＋H＋、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O)　亚铁离子易被氧化　取样品配成溶液，取少量溶液于试管中，再向试管中加入KSCN溶液，观察是否显红色(答案合理即可)
(3)4FeCO3＋O2＋2H2O===4FeOOH＋4CO2　0.89