版高考化学一轮复习第三章金属及其化合物第12讲铁及其重要化合物学案.docx

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版高考化学一轮复习第三章金属及其化合物第12讲铁及其重要化合物学案

第12讲　铁及其重要化合物

考纲要求

　1.了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。

2.能鉴别溶液中的Fe2＋、Fe3＋。

考点一　铁及其重要化合物的性质

1．铁

铁位于周期表中第四周期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。

（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。

按要求书写下列反应的方程式：

①Fe与Cl2、S反应的化学方程式：

2Fe＋3Cl2

2FeCl3；

Fe＋S

FeS。

②Fe与水蒸气的反应：

3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2。

③与氧化性酸（如HNO3）的反应（写离子方程式）。

Fe与过量稀HNO3的反应：

Fe＋NO

＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

Fe与少量稀HNO3的反应：

3Fe＋2NO

＋8H＋===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O。

④Fe与FeCl3溶液的反应（写离子方程式）：

Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

2．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

3.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）3

Fe2O3＋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＋3H2O

Fe（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

、AlO

、CO

、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。

铁及其化合物的性质及应用

（1）铁位于元素周期表中第四周期ⅧB族（　　）

（2）氧化铁能与酸反应，所以可用于制作红色染料（　　）

（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）用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸（　　）

（5）Fe2O3与NaOH溶液反应可制取Fe（OH）3（　　）

（6）铁与过量的硫粉共热产物是Fe2S3（　　）

（7）Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3，在少量Cl2中燃烧生成FeCl2（　　）

（8）Fe3＋有氧化性，所以FeCl3溶液可用于回收旧电路板中的铜（　　）

（9）饱和FeCl3溶液为红褐色，Fe（OH）2为灰绿色（　　）

（10）既可通过复分解反应，又可通过化合反应制取Fe（OH）3（　　）

（11）铁铝矾[Al2Fe（SO4）4·xH2O]溶液呈浅绿色，具有净水作用（　　）

（12）将FeCl3溶液蒸干可得到FeCl3晶体（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×　（7）×　（8）×　（9）×　（10）√　（11）√　（12）×

1．铁有＋2、＋3价两种价态，单质铁与①⑥（填下列编号，下同）反应时只生成＋3价铁；与④⑤⑦⑧反应时只生成＋2价铁；与②③反应时既生成＋2价铁也生成＋3价铁。

所选试剂：

①Cl2　②O2　③H2O（g）　④S　⑤盐酸⑥稀硝酸（足量）　⑦稀硫酸　⑧CuSO4溶液　⑨FeCl2溶液

2．FeCl3、FeCl2和Fe（OH）3是否都可以通过化合反应制取？

答案　都可以。

2Fe＋3Cl2

2FeCl3；

2FeCl3＋Fe===3FeCl2；

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3。

3．用下列方法可制得白色的Fe（OH）2沉淀：

用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。

（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入________。

（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。

（3）生成白色Fe（OH）2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。

这样操作的理由是____________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）稀硫酸、铁屑　

（2）加热煮沸　（3）避免生成的Fe（OH）2与氧气接触而被氧化

解析　

（1）稀硫酸抑制Fe2＋水解，铁屑防止Fe2＋被氧化。

（3）Fe（OH）2很容易被氧化，实验过程中要确保在无氧条件下生成。

题组一　用守恒思想判断氧化物的组成

1．（2017·西南大学附属中学高三模拟）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．2FeO·3Fe2O3

C．FeO·2Fe2O3D．2FeO·Fe2O3

答案　B

解析　化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物，设化学式为nFeO·mFe2O3，则

解得n＝2，m＝3，该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。

2．准确称取某种铁的氧化物2.88g，用足量的CO进行还原，将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4.00g，则这种铁的氧化物为（　　）

A．Fe3O4B．Fe2O3

C．FeOD．以上都不是

答案　C

解析　4.00gCaCO3沉淀的物质的量为0.04mol，则CO、CO2的物质的量也为0.04mol，增加的氧元素为0.04mol，质量为0.04mol×16g·mol－1＝0.64g，铁的氧化物中氧元素质量为0.64g，铁元素质量为2.88g－0.64g＝2.24g，铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为

∶

＝1∶1，则这种铁的氧化物的化学式为FeO。

3．（2018·营口质检）有一块铁的“氧化物”样品，用140mL5.0mol·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025molCl2，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

答案　D

解析　根据2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n（Fe2＋）＝0.025mol×2＝0.05mol，根据电荷守恒得2n（Fe2＋）＋3n（Fe3＋）＝n（Cl－），则n（Fe3＋）＝0.2mol，故n（Fe2＋）∶n（Fe3＋）＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。

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）＝

∶

＝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）。

题组二　氢氧化亚铁制备方法的改进

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）。

答案　①②③⑤

解析　因为Fe（OH）2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe（OH）3，即4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，因此要较长时间看到Fe（OH）2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。

①②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe（OH）2处在氢气的保护中；③的原理为铁作阳极产生Fe2＋，与电解水产生的OH－结合生成Fe（OH）2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中加苯阻止了空气进入；④由于空气中的氧气能迅速将Fe（OH）2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。

5．如下图所示，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瓶中发生的反应为________________________________________________________________________。

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，将FeSO4溶液压入B中进行反应

（4）4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

解析　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓；因为Fe（OH）2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe（OH）3，即发生4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3。

因此，要较长时间看到Fe（OH）2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。

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试管的亚铁盐溶液底部，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。

（5）用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。

考点二　“铁三角”、Fe2＋和Fe3＋的检验

1．“铁三角”的转化关系

完成下列变化的离子方程式，体会Fe2＋与Fe3＋转化条件。

（1）将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：

H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋。

（2）将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液，溶液变蓝：

2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。

（3）FeCl3可溶解铁片：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。

（4）FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色：

5Fe2＋＋MnO

＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。

（5）将FeCl2溶液滴入到HNO3溶液中，有无色气体放出：

3Fe2＋＋NO

＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

2．Fe2＋、Fe3＋的检验方法

（1）用KSCN溶液和氯水

（2）用NaOH溶液

（3）含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验

溶液变红色，说明含有Fe3＋。

KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2＋。

（4）Fe2＋的特征检验方法

溶液

产生蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋，3Fe2＋＋2[Fe（CN）6]3－===

Fe3[Fe（CN）6]2↓。

（1）金属阳离子只有氧化性，不可能有还原性（　　）

（2）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＋（　　）

（3）FeCl3溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3↓（　　）

（4）可用铁粉除去FeCl2溶液中的FeCl3（　　）

（5）氢氧化铁与HI溶液反应仅能发生中和反应（　　）

（6）FeCl3溶液可用于铜制印刷线路板制作，是因为FeCl3能从含Cu2＋的溶液中置换出铜（　　）

（7）将Fe（NO3）2样品溶于稀硫酸后，滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红，检验Fe（NO3）2晶体是否已氧化变质（　　）

（8）在给定条件下能实现Fe2O3

FeCl3（aq）

无水FeCl3的转化（　　）

（9）在“硫酸亚铁铵的制备”实验中，为了得到硫酸亚铁铵晶体，应小火加热蒸发皿，浓缩至表面出现结晶薄膜为止（　　）

（10）用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×　（7）×　（8）×　（9）√　（10）×

1．除去括号中的杂质，并写出反应的离子方程式。

（1）FeCl2（Fe3＋）除去方法：

加入过量铁粉，离子方程式：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。

（2）FeCl3（FeCl2）除去方法：

加入氯水或通入Cl2，离子方程式：

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。

（3）Fe2（SO4）3（FeSO4）除去方法：

滴加H2O2，离子方程式：

2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2H2O＋2Fe3＋。

（4）FeCl2（Cu2＋）除去方法：

加入过量铁粉，过滤，离子方程式：

Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋。

2．混合溶液中Fe3＋、Fe2＋除去的常用方法

（1）除去Mg2＋中混有的Fe3＋的方法

向混合溶液中加入MgO、MgCO3、Mg（OH）2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Cu2＋中混有的Fe3＋的方法

向混合溶液中加入CuO、CuCO3、Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3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沉淀而除去。

（3）除去Mg2＋中混有的Fe2＋的方法

先加入氧化剂（如H2O2）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＋。

（4）除去Cu2＋中混有的Fe2＋的方法

先加入氧化剂（如H2O2）将溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再按

（2）的方法除去溶液中的Fe3＋。

3．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。

答案　

（1）①　

（2）④　（3）③

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＋。

1．（Fe2＋、Fe3＋的转化与除杂）（2018·长沙模拟）Fe2＋、Fe3＋、Zn2＋完全地形成氢氧化物沉淀的pH分别为6.7、3.7、4.6。

某硫酸锌酸性溶液中含有少量Fe2＋、Fe3＋杂质离子，为除去这些离子制得纯净的ZnSO4，应加入的试剂是（　　）

A．NaOH溶液B．氨水

C．KMnO4、ZnCO3D．H2O2、ZnO

答案　D

解析　由于Fe2＋沉淀所需pH比Zn2＋大，应首先将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后调节溶液的pH使Zn2＋还不沉淀时Fe3＋已沉淀完全。

氧化剂H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，ZnO能消耗溶液中的H＋且不引入新的杂质离子，故D项符合要求。

2．（Fe2＋、Fe3＋的转化与离子检验）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．①③B．③②

C．③①D．①②③

答案　C

解析　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，溶液颜色变化不明显，所以不能用酸性KMnO4溶液检验。

3．（Fe2＋、Fe3＋的转化）（2017·荆门高三上学期期末）在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是（　　）

A．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋

B．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，可能含Cu2＋和Fe3＋

C．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3＋和Fe2＋，一定不含Cu2＋

D．若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋和Fe3＋

答案　D

解析　氧化性Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，加入铁粉后有固体剩余，Fe3＋一定不存在；若剩余固体全部都是Cu，溶液中还可能有Cu2＋，也可能恰好被完全置换；若剩余固体是Cu和Fe，则溶液中不可能有Cu2＋。

4．（Fe2＋、Fe3＋的转化与化学计算）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＝0.75

C．P点时，n（Fe2＋）＝0.5625mol

D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解14.4g

答案　C

解析　该反应可以看作两步：

①Fe＋4H＋＋NO

===Fe3＋＋NO↑＋2H2O，硝酸根过量，氢离子不足；②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。

a表示Fe3＋的关系曲线，A正确；溶液中共有3molH＋参加反应，消耗铁为0.75mol，B正确；P点n（Fe2＋）＝n（Fe3＋），二者均为0.45mol，C错误；剩余0.45molFe3＋，消耗0.225mol铜，质量为14.4g，D正确。

铁与硫酸、硝酸的混酸反应顺序总结

足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：

Fe＋NO

＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑（若H＋量不足，该反应不再发生）。

微专题

　如何面对“铁三角”的综合实验题

铁元素有多种价态，化合物种类较多，特别是Fe2＋、Fe3＋的性质多样，是命制综合实验题恰当的载体。

考查内容可涉及物质性质的探究、物质的制备、成分测定、离子检验等，通过上述问题的设计，同时可考查仪器的使用、条件的控制、物质的分离提纯、实验安全等化学实验基础知识。

专题训练

1．为了证明化学反应有一定的限度，进行了如下探究活动：

探究活动一：

取5mL0.1mol·L－1的KI溶液于试管中，滴加0.1mol·L－1的FeCl3溶液5～6滴，振荡；

探究活动二：

在上述试管中加入2mLCCl4，充分振荡、静置；

探究活动三：

取上述静置分层后的上层水溶液于试管中，滴加0.1mol·L－1的KSCN溶液5～6滴，振荡。

（1）写出探究活动一中反应的离子方程式：

_________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）探究活动二的实验现象为________。

a．溶液分层，上层呈紫色

b．溶液分层，下层呈紫色

c．溶液分层，均为无色

（3）在探究活动三中，可以证明该化学反应有一定的限度的实验现象是__________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2　

（2）b　（3）溶液变红色

解析　

（2）碘溶于水呈棕黄色，CCl4能萃取水中的碘，液体呈紫色，由于CCl4的密度比水大而且难溶于水，所以碘的四氯化碳溶液在下层，则实验现象为溶液分层，下层呈紫色，b正确。

（3）Fe3＋可与KSCN反应显红色，若溶液变红色，说明溶液中有铁离子存在，则说明铁离子没有完全反应，即该化学反应有一定的限度。

2．（2017·合肥重点中学测试）已知三氯化铁的熔点为306℃，沸点为315℃，易溶于水并且有强烈的吸水性，能吸收空气里的水分而潮解。

某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物做了如下探究实验。

（1）装置的连接顺序为_________________________________________________________。

（2）饱和食盐水的作用是_______________________________________________________。

（3）反应一段时间后熄灭酒精灯，冷却后将硬