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新高考化学一轮复习讲练测第09讲 铁及其重要化合物（精讲）（解析版）
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【考情分析】
本讲内容为高考的高频考点，从分值来看，铁所占的比重最大，除铁是重要的金属元素外，还取决于铁元素与生产生活的紧密联系，Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的转化，以及所承载的氧化还原反应等重要知识点。考查内容主要集中在“铁三角”，Fe与酸的反应，铁的变价、Fe(OH)2和Fe(OH)3的性质等。考查内容能在多种题型中出现，选择、简答、实验、推断、计算都有。
【核心素养分析】
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。
【网络构建】
【知识梳理】
知能点一 铁
1.位置：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。
2.结构
3.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。
4.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
①与O2的反应：
常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。
点燃：3Fe＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃))Fe3O4。
②与Cl2的反应：2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3。
③与S的反应：Fe＋SFeS。
④与I2的反应：Fe＋I2FeI2
（2）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)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。
（3）与酸的反应
（4）与某些盐溶液反应
①与CuSO4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
②与FeCl3溶液反应的离子方程式：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
【易错提醒】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＋。
5.铁的冶炼
（1）原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
（2）设备：高炉。
（3）主要反应：
①还原剂的生成：C＋O2eq \(=====,\s\up7(高温))CO2，CO2＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))2CO；
②铁的生成：Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。
智能点二 铁的重要化合物
1．铁的氧化物
2.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↓。
【易错提醒】①Fe(OH)2与硝酸反应不是发生中和反应生成盐和水，而是发生氧化还原反应3Fe(OH)2＋10HNO3=3Fe(NO3)3＋NO↑＋8H2O。
②Fe(OH)3与氢碘酸(HI)反应不是发生中和反应生成盐和水，而是发生氧化还原反应2Fe(OH)3＋6HI=2FeI2＋I2＋6H2O。
(2)制法
①可溶性亚铁盐与强碱或氨水反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓或Fe2＋＋2NH3·H2O===Fe(OH)2↓+2NH4+。
注意：空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，防止Fe(OH)2氧化的方法：
A.将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
B.将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
C.在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
D.在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
②可溶性铁盐与强碱或氨水反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓或Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH4+。
3．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、NOeq \\al(－,3)(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。
4．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－、SOeq \\al(2－,3)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HCOeq \\al(－,3)、[Al(OH)4]－、COeq \\al(2－,3)、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。
知能点三 Fe2＋和Fe3＋的检验
1．亚铁盐
(1)Fe2＋的氧化性和还原性
①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、NOeq \\al(－,3)(H＋)、MnOeq \\al(－,4)(H＋)等均表现为还原性。
②Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
③向FeSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液褪色。反应的离子方程式：MnOeq \\al(－,4)＋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。
①Fe3＋与Cu反应的离子方程式：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。
②Fe3＋与I－反应的离子方程式：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。
(2)特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。
(3)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
(2)Fe3＋的检验
(3)混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
①Fe3＋的检验
a.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变血红色，说明含有Fe3＋
b.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(淀粉/KI试纸))试纸变蓝色，说明含有Fe3＋
②Fe2＋的检验
a.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up11(滴加酸性),\s\d4(KMnO4溶液))KMnO4溶液褪色，说明含有Fe2＋
b.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加溴水))溴水褪色，说明含有Fe2＋
c.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加K3[Fe(CN)6]溶液))生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋
【易错提醒】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(新制氯水能氧化SCN－)。
(2)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)。
知能点四 “铁三角”的转化关系及其应用
(1)“铁三角”的转化
用离子方程式表现转化
①2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋
②2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)
③3Fe2＋＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑
④5Fe2＋＋MnOeq \\al(－,4)＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
⑤2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
(2)判断离子共存
Fe2＋与NOeq \\al(－,3)(H＋)、ClO－、MnOeq \\al(－,4)(H＋)发生氧化还原反应，不能大量共存；
Fe3＋与S2－、I－、SOeq \\al(2－,3)发生氧化还原反应，不能大量共存；
Fe2＋、Fe3＋与HCOeq \\al(－,3)、COeq \\al(2－,3)等水解相互促进生成沉淀，不能大量共存。
(3)除杂
(4)盐溶液的配制与保存
(5)物质的制备
【典例剖析】
高频考点1 考查铁及其化合物的性质与应用
例1．（2021·上海浦东新区·高三二模）在铁粉与水蒸气反应后的残留固体X中，加入足量的稀硫酸，充分反应后得到溶液Y。下列说法正确的是
A．若X中含有铁，则反应时一定有气泡
B．若向Y中滴入KSCN溶液显红色，则X中无铁
C．Y一定能使高锰酸钾溶液褪色
D．Y中滴入NaOH溶液，一定有沉淀产生
【解析】铁和水蒸气反应生成Fe3O4和氢气，残留固体为Fe3O4或Fe3O4和Fe的混合物。加入足量的稀硫酸，Fe3O4和硫酸反应：Fe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O，若有铁剩余，由于氧化性：Fe3+＞H+，所以还会依次发生反应：Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。
A．若X中含有铁，但铁可能全部和Fe2(SO4)3反应，则没有气泡，故A错误；B．若向Y中滴入KSCN溶液显红色，说明Y中含Fe3+，可能X中无铁，也可能X中铁不足以将Fe2(SO4)3全部转化为FeSO4，故B错误；C．不论X是Fe3O4，还是Fe3O4和Fe的混合物，和硫酸反应后都有Fe2+，所以一定能使高锰酸钾溶液褪色，故C正确；D．若硫酸过量，则向Y中滴入NaOH溶液，硫酸消耗了NaOH，则没有沉淀产生，故D错误；故选C。
【答案】C
【名师点睛】本题考查氧化还原反应以及铁的单质化合物的性质，题目难度不大，本题关键是把握物质的氧化性、还原性强弱判断反应的先后顺序。
【变式训练】（2021·上海青浦区·高三二模）春秋初年，我国已掌握了冶铁技术。下列有关铁的化学反应的叙述正确的是
A．室温下，过量Fe与浓硫酸反应生成FeSO4
B．加热时，过量Fe与氯气反应生成FeCl2
C．高温下，铁与水蒸气反应有Fe3O4生成
D．高温下，铁粉与氧化铝粉末反应生成单质铝
【解析】A．室温下，Fe在浓硫酸中钝化，无法持续反应，A错误；B．氯气氧化性较强，无论Fe是否过量与氯气加热反应都只生成FeCl3，B错误；C．高温条件下，Fe与水蒸气反应得到Fe3O4和氢气，C正确；D．Fe的活动性不如Al，不能从氧化铝中置换出Al单质，D错误；综上所述答案为C。
【答案】C
高频考点2 考查Fe2＋、Fe3＋ 的性质及其检验
例2．（2021·上海静安区·高三一模）欲证明某稀溶液中含有Fe2+而无Fe3+，必要的实验操作及最佳顺序为
①滴加少量氯水②滴加足量碘水③滴加少量硫氰化钾溶液
A．①→③B．③→②C．③→①D．①→②→③
【解析】Fe3+遇硫氰化钾溶液会变红色，欲证明某稀溶液中含有Fe2+而无Fe3+，可先滴加少量硫氰化钾溶液，同时，Fe2+易被氧化为Fe3+，氧化剂可以为：氯水，而碘水不能氧化Fe2+，故最佳顺序为③→①，答案选C。
【答案】C
【易错警示】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(新制氯水可能氧化SCN－)。
(2)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)。
【变式训练】（2021·上海奉贤区·高三二模）要证明某久置的溶液中是否还含有，以下最适合的试剂是
A．KSCN溶液B．溶液C．酸性溶液D．溶液
【解析】A．三价铁离子遇到溶液或是KSCN溶液显红色，常用溶液或是KSCN溶液来检验三价铁离子，无法检验Fe2+，故A错误；B．加入氯化钡，都生成白色沉淀，不能证明含有亚铁离子，故B错误；C．加入酸性溶液，可氧化亚铁离子，能证明含有亚铁离子，故C正确；D．加入KI，Fe3+与I-反应，Fe2+与I-不反应，不能证明含有亚铁离子，故D错误；故选C。
【答案】C
高频考点3 考查“铁三角”的转化及应用
例3.（2020·河北正定中学模拟）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6.0g
【解析】Na2CO3溶液中COeq \\al(2－,3)水解使溶液呈碱性，油污在碱性环境中能够水解，升高温度，COeq \\al(2－,3)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＋在空气中被氧气氧化为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5.0g－2.2g＝2.8g，物质的量为eq \f(2.8g,56g/ml)＝0.05ml，理论上可制备0.05ml硫酸亚铁铵晶体，则需要加入0.05ml（NH4）2SO4，所以加入（NH4）2SO4固体的质量为0.05ml×132g/ml＝6.6g，D项错误。
【答案】D
【题后归纳】价类二维图在铁及其化合物转化中的应用
(1)横向变化体现了同价态不同类别(氧化物、碱、盐)之间的转化；
(2)纵向变化体现不同价态同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。
(3)斜向变化体现不同价态、不同类别之间物质的转化，主要体现物质的氧化物和还原性。
【变式训练】 (2020·青铜峡市高级中学月考)下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是( )
A．为了防止氯化亚铁溶液久置变质，常在其溶液中加入少许铁钉
B．将饱和FeCl3溶液滴入沸水中，能形成胶体
C．新制的氢氧化亚铁沉淀露置在空气中最终会变为红褐色
D．除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中加铁粉，然后过滤
【解析】亚铁离子在空气中易被氧化为铁离子，加铁钉可以防止氯化亚铁溶液的变质，故A正确；制备氢氧化铁胶体的方法是将饱和FeCl3溶液滴入沸水中，产生红褐色即可，故B正确；新制的氢氧化亚铁沉淀露置在空气中迅速变成灰绿色，最终会变为红褐色的氢氧化铁，故C正确；除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中滴加氯水，将氯化亚铁氧化为氯化铁，故D错误。
【答案】D
高频考点4 考查氢氧化亚铁的制备
例4.(2020·河北唐山市区县联考)下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
A．①②③④B．①②③⑤
C．①③④⑤D．②③④⑤
【解析】①铁与稀硫酸反应产生H2，排出了装置中的空气，烧杯中的水，隔绝空气中的氧气进入试管中，然后滴加NaOH溶液，生成的Fe(OH)2能长时间存在，故①符合题意；②首先打开止水夹a，铁粉与稀硫酸反应生成H2，排出装置中的空气，以及NaOH溶液中的氧气，让装置处于H2氛围中，关闭止水夹，利用压强，将FeSO4压入NaOH溶液中，生成氢氧化亚铁，Fe(OH)2能长时间观察，故②符合题意；③该装置为电解装置，铁作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，C为阴极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－汽油隔绝空气中氧气的进入，能长时间观察到氢氧化亚铁，故③符合题意；④该装置，没有隔绝空气的进入，生成氢氧化亚铁迅速转化成氢氧化铁，不能长时间观察到氢氧化亚铁，故④不符合题意；⑤苯能隔绝空气的进入，能够长时间观察到氢氧化亚铁白色沉淀，故⑤符合题意；综上所述，选项B正确。
【答案】B
【反思归纳】防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
【变式训练】（2020·山东淄博一中模拟）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6ml·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__________________。
【解析】Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，发生反应：Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓；Fe（OH）2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe（OH）3，即发生反应：4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3。
【答案】（1）铁屑 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
（2）打开
（3）待A装置反应一段时间后关闭止水夹a，产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应
（4）4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
高频考点5 考查有关铁及其化合物的计算
例5．(2020·郑州质检)有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 ml·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 ml Cl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，则该样品可能的化学式为( )
A．Fe2O3B．Fe3O4
C．Fe4O5D．Fe5O7
【解析】n(O)＝n(H2O)＝eq \f(1,2)n(HCl)＝eq \f(1,2)×eq \f(140,1 000)×5 ml＝0.35 ml，n(Fe)＝n(FeCl3)＝eq \f(1,3)n(Cl－)＝eq \f(1,3)[n(HCl)＋2n(Cl2)]＝eq \f(1,3)(eq \f(140,1 000)×5＋0.05) ml＝0.25 ml，n(Fe)∶n(O)＝0.25∶0.35＝5∶7，即氧化物为Fe5O7。
【答案】D
【方法归纳】确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n，
则氧化物中n(Fe)∶n(O)＝eq \f(m,56)∶eq \f(n,16)＝a∶b，
若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO；
若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；
若a∶b＝3∶4，则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1∶1，Fe3O4为任意值)。
【变式训练】(2020·河北唐山市区县联考)铁的常见化合价有＋2价和＋3价。据研究，铁在浓HNO3中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为( )
A．FeO·3Fe2O3B．FeO·2Fe2O3
C．2FeO·3Fe2O3D．2FeO·Fe2O3
【解析】一般拆写成氧化物时，低价在前，高价在后，同时符合原子守恒； FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子个数比为7∶10，不符合8∶11，故A不符合题意； FeO·2Fe2O3中铁原子和氧原子个数比为5∶7，不符合8∶11，故B不符合题意； 2FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子个数比为8∶11，符合8∶11，故C符合题意； 2FeO·Fe2O3中铁原子和氧原子个数比为4∶5，不符合8∶11，故D不符合题意。
【答案】C
高频考点6、考查铁及其化合物性质的实验探究
例6．（2021·江苏常州市·高三二模）利用如下实验研究与的反应。
步骤1：向烧杯中加入10mL 0.1的KI溶液，再滴加2mL 0.1的溶液，振荡，把溶液分为四等份于编号为①②③④的四支试管中。
步骤2：向试管①中加入淀粉溶液，观察到溶液变蓝。
步骤3：向试管②中滴加15% KSCN溶液5～6滴，观察到溶液变红。
步骤4：向试管③、试管④中分别加入1mL 2.0的溶液和1mL的蒸馏水，振荡，观察到试管③中溶液颜色比试管④中溶液颜色浅。
下列说法不正确的是
A．试管①中的现象说明此条件下的氧化性大于
B．试管②中的现象说明与的反应为可逆反应
C．试管②中红色物质的组成为，此微粒中心离子的配位数为
D．步骤4的现象不能说明此条件下能将氧化成
【解析】A．向试管①中加入淀粉溶液，观察到溶液变蓝，则有碘单质生成，即此条件下的氧化性大于，故A不选；B．由10mL 0.1的KI溶液，再滴加2mL 0.1的溶液可知，KI溶液过量；所以向试管②中滴加15% KSCN溶液5～6滴，观察到溶液变红，则溶液中含有铁离子，则说明该反应为可逆反应，故B不选；C．中心离子的配位数为n+(6-n)=6，故C不选；D．向试管③、试管④中分别加入1mL 2.0的溶液和1mL的蒸馏水，振荡，观察到试管③中溶液颜色比试管④中溶液颜色浅，则③中亚铁离子浓度小于④中亚铁离子浓度，说明亚铁离子与碘单质发生反应，则能说明能将氧化成，故选D；答案选D。
【答案】D
【名师点睛】性质探究性实验方案的设计：主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。设计的基本流程为：根据物质的组成、结构和类型→提出性质猜想→设计实验逐个验证→记录现象和数据→归纳分析→合理推断得出结论。
【变式训练】（2021·四川成都市·高三三模）将铁棒插入95%的浓硫酸中(如图所示)，探究铁与浓硫酸的反应。观察到立即产生大量的细腻气泡聚集在液体表面，犹如白色泡沫，由快变慢直至停止，酸液中出现白色不溶物，静置后分层。下列说法错误的是
A．产生的气体可能是SO2和少量的H2
B．取上层清液滴加少量饱和FeSO4溶液，有白色固体X析出，推测固体X可能是FeSO4
C．反应过程中FeSO4的生成也可能使反应由快变慢
D．取反应后铁棒直接放入盛有KSCN溶液的烧杯中，可检验反应时是否有Fe3+生成
【解析】A．Fe和浓硫酸发生氧化还原反应：2Fe+6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O，铁与稀硫酸会发生置换反应：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，所用浓硫酸的质量分数为95%，两个反应都可能发生，所以产生的气体可能为SO2和少量的H2，故A正确；B．上层清液滴加少量饱和FeSO4溶液，有白色固体X析出，说明此时溶液中原有溶质已经过饱和，则固体X可能是FeSO4，故B正确；C．铁和浓硫酸生成硫酸铁，硫酸铁和铁单质反应生成FeSO4：Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，反应生成的FeSO4浓度过大，已经过饱和，会阻碍反应继续进行，可能使反应由快变慢，故C正确；D．反应后的铁棒上沾有浓硫酸，直接放入KSCN溶液的烧杯中，会发生铁和稀硫酸的置换反应，同时铁和硫酸铁会发生反应：Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，所以用此方法不能检验反应时是否有Fe3+生成，故D错误；故选D。
【答案】D
酸
化学方程式或现象
稀H2SO4
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
稀HNO3
Fe不足
Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O
Fe过量
3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
浓HNO3、浓H2SO4
常温下钝化
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
方法1
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))无现象eq \(―――――――→,\s\up11(滴加氯水),\s\d4(或双氧水))溶液变红色，证明含有Fe2＋
方法2
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(――――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))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
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――――→,\s\up7(加入K3[Fe(CN)6]溶液))生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
方法1
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(――――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法2
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
方法3
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――――→,\s\up7(加入K4[Fe(CN)6]溶液))生成蓝色沉淀，证明含有Fe3＋
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
【考情分析】
本讲内容为高考的高频考点，从分值来看，铁所占的比重最大，除铁是重要的金属元素外，还取决于铁元素与生产生活的紧密联系，Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的转化，以及所承载的氧化还原反应等重要知识点。考查内容主要集中在“铁三角”，Fe与酸的反应，铁的变价、Fe(OH)2和Fe(OH)3的性质等。考查内容能在多种题型中出现，选择、简答、实验、推断、计算都有。
【核心素养分析】
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。
【网络构建】
【知识梳理】
知能点一 铁
1.位置：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。
2.结构
3.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。
4.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
①与O2的反应：
常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。
点燃：3Fe＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃))Fe3O4。
②与Cl2的反应：2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3。
③与S的反应：Fe＋SFeS。
④与I2的反应：Fe＋I2FeI2
（2）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)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。
（3）与酸的反应
（4）与某些盐溶液反应
①与CuSO4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
②与FeCl3溶液反应的离子方程式：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
【易错提醒】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＋。
5.铁的冶炼
（1）原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
（2）设备：高炉。
（3）主要反应：
①还原剂的生成：C＋O2eq \(=====,\s\up7(高温))CO2，CO2＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))2CO；
②铁的生成：Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。
智能点二 铁的重要化合物
1．铁的氧化物
2.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↓。
【易错提醒】①Fe(OH)2与硝酸反应不是发生中和反应生成盐和水，而是发生氧化还原反应3Fe(OH)2＋10HNO3=3Fe(NO3)3＋NO↑＋8H2O。
②Fe(OH)3与氢碘酸(HI)反应不是发生中和反应生成盐和水，而是发生氧化还原反应2Fe(OH)3＋6HI=2FeI2＋I2＋6H2O。
(2)制法
①可溶性亚铁盐与强碱或氨水反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓或Fe2＋＋2NH3·H2O===Fe(OH)2↓+2NH4+。
注意：空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，防止Fe(OH)2氧化的方法：
A.将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
B.将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
C.在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
D.在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
②可溶性铁盐与强碱或氨水反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓或Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH4+。
3．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、NOeq \\al(－,3)(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。
4．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－、SOeq \\al(2－,3)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HCOeq \\al(－,3)、[Al(OH)4]－、COeq \\al(2－,3)、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。
知能点三 Fe2＋和Fe3＋的检验
1．亚铁盐
(1)Fe2＋的氧化性和还原性
①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、NOeq \\al(－,3)(H＋)、MnOeq \\al(－,4)(H＋)等均表现为还原性。
②Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
③向FeSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液褪色。反应的离子方程式：MnOeq \\al(－,4)＋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。
①Fe3＋与Cu反应的离子方程式：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。
②Fe3＋与I－反应的离子方程式：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。
(2)特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。
(3)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
(2)Fe3＋的检验
(3)混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
①Fe3＋的检验
a.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变血红色，说明含有Fe3＋
b.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(淀粉/KI试纸))试纸变蓝色，说明含有Fe3＋
②Fe2＋的检验
a.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up11(滴加酸性),\s\d4(KMnO4溶液))KMnO4溶液褪色，说明含有Fe2＋
b.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加溴水))溴水褪色，说明含有Fe2＋
c.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加K3[Fe(CN)6]溶液))生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋
【易错提醒】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(新制氯水能氧化SCN－)。
(2)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)。
知能点四 “铁三角”的转化关系及其应用
(1)“铁三角”的转化
用离子方程式表现转化
①2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋
②2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)
③3Fe2＋＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑
④5Fe2＋＋MnOeq \\al(－,4)＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
⑤2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
(2)判断离子共存
Fe2＋与NOeq \\al(－,3)(H＋)、ClO－、MnOeq \\al(－,4)(H＋)发生氧化还原反应，不能大量共存；
Fe3＋与S2－、I－、SOeq \\al(2－,3)发生氧化还原反应，不能大量共存；
Fe2＋、Fe3＋与HCOeq \\al(－,3)、COeq \\al(2－,3)等水解相互促进生成沉淀，不能大量共存。
(3)除杂
(4)盐溶液的配制与保存
(5)物质的制备
【典例剖析】
高频考点1 考查铁及其化合物的性质与应用
例1．（2021·上海浦东新区·高三二模）在铁粉与水蒸气反应后的残留固体X中，加入足量的稀硫酸，充分反应后得到溶液Y。下列说法正确的是
A．若X中含有铁，则反应时一定有气泡
B．若向Y中滴入KSCN溶液显红色，则X中无铁
C．Y一定能使高锰酸钾溶液褪色
D．Y中滴入NaOH溶液，一定有沉淀产生
【解析】铁和水蒸气反应生成Fe3O4和氢气，残留固体为Fe3O4或Fe3O4和Fe的混合物。加入足量的稀硫酸，Fe3O4和硫酸反应：Fe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O，若有铁剩余，由于氧化性：Fe3+＞H+，所以还会依次发生反应：Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。
A．若X中含有铁，但铁可能全部和Fe2(SO4)3反应，则没有气泡，故A错误；B．若向Y中滴入KSCN溶液显红色，说明Y中含Fe3+，可能X中无铁，也可能X中铁不足以将Fe2(SO4)3全部转化为FeSO4，故B错误；C．不论X是Fe3O4，还是Fe3O4和Fe的混合物，和硫酸反应后都有Fe2+，所以一定能使高锰酸钾溶液褪色，故C正确；D．若硫酸过量，则向Y中滴入NaOH溶液，硫酸消耗了NaOH，则没有沉淀产生，故D错误；故选C。
【答案】C
【名师点睛】本题考查氧化还原反应以及铁的单质化合物的性质，题目难度不大，本题关键是把握物质的氧化性、还原性强弱判断反应的先后顺序。
【变式训练】（2021·上海青浦区·高三二模）春秋初年，我国已掌握了冶铁技术。下列有关铁的化学反应的叙述正确的是
A．室温下，过量Fe与浓硫酸反应生成FeSO4
B．加热时，过量Fe与氯气反应生成FeCl2
C．高温下，铁与水蒸气反应有Fe3O4生成
D．高温下，铁粉与氧化铝粉末反应生成单质铝
【解析】A．室温下，Fe在浓硫酸中钝化，无法持续反应，A错误；B．氯气氧化性较强，无论Fe是否过量与氯气加热反应都只生成FeCl3，B错误；C．高温条件下，Fe与水蒸气反应得到Fe3O4和氢气，C正确；D．Fe的活动性不如Al，不能从氧化铝中置换出Al单质，D错误；综上所述答案为C。
【答案】C
高频考点2 考查Fe2＋、Fe3＋ 的性质及其检验
例2．（2021·上海静安区·高三一模）欲证明某稀溶液中含有Fe2+而无Fe3+，必要的实验操作及最佳顺序为
①滴加少量氯水②滴加足量碘水③滴加少量硫氰化钾溶液
A．①→③B．③→②C．③→①D．①→②→③
【解析】Fe3+遇硫氰化钾溶液会变红色，欲证明某稀溶液中含有Fe2+而无Fe3+，可先滴加少量硫氰化钾溶液，同时，Fe2+易被氧化为Fe3+，氧化剂可以为：氯水，而碘水不能氧化Fe2+，故最佳顺序为③→①，答案选C。
【答案】C
【易错警示】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(新制氯水可能氧化SCN－)。
(2)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)。
【变式训练】（2021·上海奉贤区·高三二模）要证明某久置的溶液中是否还含有，以下最适合的试剂是
A．KSCN溶液B．溶液C．酸性溶液D．溶液
【解析】A．三价铁离子遇到溶液或是KSCN溶液显红色，常用溶液或是KSCN溶液来检验三价铁离子，无法检验Fe2+，故A错误；B．加入氯化钡，都生成白色沉淀，不能证明含有亚铁离子，故B错误；C．加入酸性溶液，可氧化亚铁离子，能证明含有亚铁离子，故C正确；D．加入KI，Fe3+与I-反应，Fe2+与I-不反应，不能证明含有亚铁离子，故D错误；故选C。
【答案】C
高频考点3 考查“铁三角”的转化及应用
例3.（2020·河北正定中学模拟）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6.0g
【解析】Na2CO3溶液中COeq \\al(2－,3)水解使溶液呈碱性，油污在碱性环境中能够水解，升高温度，COeq \\al(2－,3)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＋在空气中被氧气氧化为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5.0g－2.2g＝2.8g，物质的量为eq \f(2.8g,56g/ml)＝0.05ml，理论上可制备0.05ml硫酸亚铁铵晶体，则需要加入0.05ml（NH4）2SO4，所以加入（NH4）2SO4固体的质量为0.05ml×132g/ml＝6.6g，D项错误。
【答案】D
【题后归纳】价类二维图在铁及其化合物转化中的应用
(1)横向变化体现了同价态不同类别(氧化物、碱、盐)之间的转化；
(2)纵向变化体现不同价态同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。
(3)斜向变化体现不同价态、不同类别之间物质的转化，主要体现物质的氧化物和还原性。
【变式训练】 (2020·青铜峡市高级中学月考)下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是( )
A．为了防止氯化亚铁溶液久置变质，常在其溶液中加入少许铁钉
B．将饱和FeCl3溶液滴入沸水中，能形成胶体
C．新制的氢氧化亚铁沉淀露置在空气中最终会变为红褐色
D．除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中加铁粉，然后过滤
【解析】亚铁离子在空气中易被氧化为铁离子，加铁钉可以防止氯化亚铁溶液的变质，故A正确；制备氢氧化铁胶体的方法是将饱和FeCl3溶液滴入沸水中，产生红褐色即可，故B正确；新制的氢氧化亚铁沉淀露置在空气中迅速变成灰绿色，最终会变为红褐色的氢氧化铁，故C正确；除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中滴加氯水，将氯化亚铁氧化为氯化铁，故D错误。
【答案】D
高频考点4 考查氢氧化亚铁的制备
例4.(2020·河北唐山市区县联考)下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
A．①②③④B．①②③⑤
C．①③④⑤D．②③④⑤
【解析】①铁与稀硫酸反应产生H2，排出了装置中的空气，烧杯中的水，隔绝空气中的氧气进入试管中，然后滴加NaOH溶液，生成的Fe(OH)2能长时间存在，故①符合题意；②首先打开止水夹a，铁粉与稀硫酸反应生成H2，排出装置中的空气，以及NaOH溶液中的氧气，让装置处于H2氛围中，关闭止水夹，利用压强，将FeSO4压入NaOH溶液中，生成氢氧化亚铁，Fe(OH)2能长时间观察，故②符合题意；③该装置为电解装置，铁作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，C为阴极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－汽油隔绝空气中氧气的进入，能长时间观察到氢氧化亚铁，故③符合题意；④该装置，没有隔绝空气的进入，生成氢氧化亚铁迅速转化成氢氧化铁，不能长时间观察到氢氧化亚铁，故④不符合题意；⑤苯能隔绝空气的进入，能够长时间观察到氢氧化亚铁白色沉淀，故⑤符合题意；综上所述，选项B正确。
【答案】B
【反思归纳】防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
【变式训练】（2020·山东淄博一中模拟）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6ml·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__________________。
【解析】Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，发生反应：Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓；Fe（OH）2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe（OH）3，即发生反应：4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3。
【答案】（1）铁屑 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
（2）打开
（3）待A装置反应一段时间后关闭止水夹a，产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应
（4）4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
高频考点5 考查有关铁及其化合物的计算
例5．(2020·郑州质检)有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 ml·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 ml Cl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，则该样品可能的化学式为( )
A．Fe2O3B．Fe3O4
C．Fe4O5D．Fe5O7
【解析】n(O)＝n(H2O)＝eq \f(1,2)n(HCl)＝eq \f(1,2)×eq \f(140,1 000)×5 ml＝0.35 ml，n(Fe)＝n(FeCl3)＝eq \f(1,3)n(Cl－)＝eq \f(1,3)[n(HCl)＋2n(Cl2)]＝eq \f(1,3)(eq \f(140,1 000)×5＋0.05) ml＝0.25 ml，n(Fe)∶n(O)＝0.25∶0.35＝5∶7，即氧化物为Fe5O7。
【答案】D
【方法归纳】确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n，
则氧化物中n(Fe)∶n(O)＝eq \f(m,56)∶eq \f(n,16)＝a∶b，
若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO；
若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；
若a∶b＝3∶4，则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1∶1，Fe3O4为任意值)。
【变式训练】(2020·河北唐山市区县联考)铁的常见化合价有＋2价和＋3价。据研究，铁在浓HNO3中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为( )
A．FeO·3Fe2O3B．FeO·2Fe2O3
C．2FeO·3Fe2O3D．2FeO·Fe2O3
【解析】一般拆写成氧化物时，低价在前，高价在后，同时符合原子守恒； FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子个数比为7∶10，不符合8∶11，故A不符合题意； FeO·2Fe2O3中铁原子和氧原子个数比为5∶7，不符合8∶11，故B不符合题意； 2FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子个数比为8∶11，符合8∶11，故C符合题意； 2FeO·Fe2O3中铁原子和氧原子个数比为4∶5，不符合8∶11，故D不符合题意。
【答案】C
高频考点6、考查铁及其化合物性质的实验探究
例6．（2021·江苏常州市·高三二模）利用如下实验研究与的反应。
步骤1：向烧杯中加入10mL 0.1的KI溶液，再滴加2mL 0.1的溶液，振荡，把溶液分为四等份于编号为①②③④的四支试管中。
步骤2：向试管①中加入淀粉溶液，观察到溶液变蓝。
步骤3：向试管②中滴加15% KSCN溶液5～6滴，观察到溶液变红。
步骤4：向试管③、试管④中分别加入1mL 2.0的溶液和1mL的蒸馏水，振荡，观察到试管③中溶液颜色比试管④中溶液颜色浅。
下列说法不正确的是
A．试管①中的现象说明此条件下的氧化性大于
B．试管②中的现象说明与的反应为可逆反应
C．试管②中红色物质的组成为，此微粒中心离子的配位数为
D．步骤4的现象不能说明此条件下能将氧化成
【解析】A．向试管①中加入淀粉溶液，观察到溶液变蓝，则有碘单质生成，即此条件下的氧化性大于，故A不选；B．由10mL 0.1的KI溶液，再滴加2mL 0.1的溶液可知，KI溶液过量；所以向试管②中滴加15% KSCN溶液5～6滴，观察到溶液变红，则溶液中含有铁离子，则说明该反应为可逆反应，故B不选；C．中心离子的配位数为n+(6-n)=6，故C不选；D．向试管③、试管④中分别加入1mL 2.0的溶液和1mL的蒸馏水，振荡，观察到试管③中溶液颜色比试管④中溶液颜色浅，则③中亚铁离子浓度小于④中亚铁离子浓度，说明亚铁离子与碘单质发生反应，则能说明能将氧化成，故选D；答案选D。
【答案】D
【名师点睛】性质探究性实验方案的设计：主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。设计的基本流程为：根据物质的组成、结构和类型→提出性质猜想→设计实验逐个验证→记录现象和数据→归纳分析→合理推断得出结论。
【变式训练】（2021·四川成都市·高三三模）将铁棒插入95%的浓硫酸中(如图所示)，探究铁与浓硫酸的反应。观察到立即产生大量的细腻气泡聚集在液体表面，犹如白色泡沫，由快变慢直至停止，酸液中出现白色不溶物，静置后分层。下列说法错误的是
A．产生的气体可能是SO2和少量的H2
B．取上层清液滴加少量饱和FeSO4溶液，有白色固体X析出，推测固体X可能是FeSO4
C．反应过程中FeSO4的生成也可能使反应由快变慢
D．取反应后铁棒直接放入盛有KSCN溶液的烧杯中，可检验反应时是否有Fe3+生成
【解析】A．Fe和浓硫酸发生氧化还原反应：2Fe+6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O，铁与稀硫酸会发生置换反应：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，所用浓硫酸的质量分数为95%，两个反应都可能发生，所以产生的气体可能为SO2和少量的H2，故A正确；B．上层清液滴加少量饱和FeSO4溶液，有白色固体X析出，说明此时溶液中原有溶质已经过饱和，则固体X可能是FeSO4，故B正确；C．铁和浓硫酸生成硫酸铁，硫酸铁和铁单质反应生成FeSO4：Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，反应生成的FeSO4浓度过大，已经过饱和，会阻碍反应继续进行，可能使反应由快变慢，故C正确；D．反应后的铁棒上沾有浓硫酸，直接放入KSCN溶液的烧杯中，会发生铁和稀硫酸的置换反应，同时铁和硫酸铁会发生反应：Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，所以用此方法不能检验反应时是否有Fe3+生成，故D错误；故选D。
【答案】D
酸
化学方程式或现象
稀H2SO4
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
稀HNO3
Fe不足
Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O
Fe过量
3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
浓HNO3、浓H2SO4
常温下钝化
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
方法1
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))无现象eq \(―――――――→,\s\up11(滴加氯水),\s\d4(或双氧水))溶液变红色，证明含有Fe2＋
方法2
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(――――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))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
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――――→,\s\up7(加入K3[Fe(CN)6]溶液))生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
方法1
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(――――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法2
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
方法3
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――――→,\s\up7(加入K4[Fe(CN)6]溶液))生成蓝色沉淀，证明含有Fe3＋
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
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