2021届一轮复习人教版铁及其化合物学案

2021届一轮复习人教版铁及其化合物学案

第三节　铁及其化合物 ‎[高考备考指南]‎ 考纲定位 ‎1.掌握铁的主要性质及应用。‎ ‎2.掌握铁的重要化合物的主要性质及应用。‎ ‎3.了解铁及其重要化合物的制备方法。‎ ‎4.了解Fe2＋、Fe3＋的检验方法。‎ 核心素养 ‎1.宏观辨识——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.科学探究——能提出有价值的Fe(OH)2的制备方案，并进行实验探究。‎ ‎3.科学态度——利用铁及其化合物的性质，科学认识铁及其化合物的分离，提纯和制备工艺流程，同时具有严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。‎ ‎　铁及其氧化物 ‎1．铁的结构、位置和物理性质 ‎2．铁的化学性质 ‎(1)铁与非金属单质的反应 ‎①铁与O2的反应 常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3·xH2O。‎ 点燃：3Fe＋2O2Fe3O4。‎ ‎②铁与Cl2的反应：2Fe＋3Cl22FeCl3。‎ ‎③铁与S的反应：Fe＋SFeS。‎ ‎(2)铁与水的反应 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)铁与酸的反应 ‎①铁与非氧化性酸反应的离子方程式：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。‎ ‎②铁与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化，与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应无H2产生。‎ ‎(4)铁与某些盐溶液的反应 ‎①铁与CuSO4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋。‎ ‎②铁与FeCl3溶液反应的离子方程式：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。‎ ‎[提醒]　(1)Fe与一般酸反应生成Fe2＋，与酸的量无关，但Fe与稀HNO3反应时最终铁的价态与铁的量有关。‎ ‎(2)铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。‎ ‎3．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价 ‎＋3价 ‎＋2、＋3价 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 ‎[注意]　①FeO、Fe3O4与硝酸反应时均生成Fe3＋。‎ ‎②Fe3O4的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe2O3，即有1/3的铁显＋2价，2/3的铁显＋3价。‎ 角度1　铁及其氧化物的主要性质及应用 ‎1．下列说法正确的是________(填序号)。‎ ‎①取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，‎ 证明含有Fe2O3‎ ‎②向2 mL 0.1 mol/L的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液，若出现黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变可得出还原性：Fe>Fe2＋‎ ‎③FeFeCl2Fe(OH)2系列转化能实现 ‎④根据铁比铜金属性强，在实际应用中可用FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板 ‎⑤将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液，有气体生成，溶液呈血红色，则稀硝酸将Fe氧化成Fe3＋‎ ‎⑥Fe3O4与任何足量强酸反应均生成Fe3＋‎ ‎[答案]　①②‎ ‎2．(2019·樟树模拟)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·3Fe2O3‎ B．2FeO·3Fe2O3‎ C．FeO·2Fe2O3‎ D．2FeO·Fe2O3‎ B　[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。]‎ 角度2　铁及其氧化物的定量计算 ‎3．某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3，若向其中逐渐加入铁粉，溶液中Fe2＋浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示。则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为(　　)‎ A．1∶1∶1　　　　　　　B．1∶3∶1‎ C．3∶3∶8 D．1∶1∶4‎ D　[据氧化性由强到弱的顺序：HNO3>Fe3＋>Cu2＋，可知随铁粉的增加，‎ 反应的方程式分别为 ‎4HNO3(稀)＋Fe===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O ‎4 mol　　　　1 mol　1 mol ‎2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2‎ ‎2 mol　　　 1 mol　 3 mol Cu(NO3)2＋Fe===Fe(NO3)2＋Cu ‎1 mol　　　 1 mol　 1 mol 所以原溶液中，Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为(2 mol－1 mol)∶1 mol∶4 mol＝1∶1∶4。]‎ ‎4．准确称取某种铁的氧化物2.88 g，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 g，则这种铁的氧化物为(　　)‎ A．Fe3O4 ‎ B．Fe2O3‎ C．FeO ‎ D．以上都不是 C　[4 g CaCO3沉淀的物质的量为0.04 mol，则CO2的物质的量也为0.04 mol，增加的氧元素为0.04 mol，质量为0.04 mol×16 g·mol－1＝0.64 g，铁的氧化物中氧元素质量为0.64 g，铁元素质量为2.88 g－0.64 g＝2.24 g，铁的氧化物中铁元素与氧元素物质的量之比为∶＝1∶1，则铁的氧化物化学式为FeO。]‎ ‎　铁的氢氧化物和盐(Fe2＋、Fe3＋)‎ ‎1．铁的氢氧化物 化学式 Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ 色态 白色固体 红褐色固体 溶解性 难溶于水 难溶于水 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 制法 可溶性亚铁盐与强碱溶液反应：‎ Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓‎ 可溶性铁盐与强碱溶液反应：‎ Fe3＋＋3OH－===‎ Fe(OH)3↓‎ 二者的 关系 空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ ‎[提醒]　因为Fe(OH)2易被氧化，在制备Fe(OH)2时要注意避免O2的干扰。‎ ‎2．亚铁盐和铁盐 ‎(1)亚铁盐 ‎①氧化性与还原性 含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋既有氧化性，又有还原性，Fe2＋与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋、2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。‎ ‎②可水解 保存或配制FeSO4时常加入少量H2SO4的理由是(写离子方程式)Fe2＋＋2H2O??Fe(OH)2＋2H＋。‎ ‎(2)铁盐 ‎①氧化性 含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋具有氧化性，Fe3＋与Fe、Cu反应的离子方程式分别为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、‎ ‎2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。‎ ‎②特性 含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN时变成红色。‎ ‎③可水解 a．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。‎ b．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。如可通过加入MgO或Mg(OH)2调节pH来除去MgCl2溶液中的Fe3＋。‎ c．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。‎ ‎3．Fe2＋、Fe3＋的检验方法 ‎(1)用KSCN溶液和氯水 Ｋ Ｋ(2)用NaOH溶液 Ｋ ‎(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．“铁三角”中的转化关系 ‎2．“铁三角”的重要应用 ‎(1)除杂 主要物质 杂质 除杂方法 Fe2＋‎ Fe3＋‎ 加过量铁屑后过滤 FeCl3‎ FeCl2‎ 加氯水或H2O2溶液 Fe2＋‎ Cu2＋‎ 加过量铁屑后过滤 Fe Al 加过量强碱溶液后过滤 Fe2O3‎ Al2O3、SiO2‎ 加过量强碱溶液后过滤 ‎(2)判断离子共存 ‎①Fe2＋NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)(因发生氧化还原反应)。‎ ‎②Fe3＋S2－、I－、SO、HS－(因发生氧化还原反应)。‎ ‎③Fe2＋、Fe3＋HCO、CO、AlO等(因互相促进水解反应)。‎ ‎(3)盐溶液的配制与保存 ‎(4)物质的制备 角度1　Fe(OH)2的性质及制备 ‎1．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，‎ 在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣。上述沉淀和残渣分别是(　　)‎ A．Fe(OH)3、Fe2O3　　　B．Fe(OH)2、Fe2O3‎ C．Fe(OH)2、Fe(OH)3 D．Fe(OH)2、Fe3O4‎ B　[FeFe2＋Fe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3。]‎ ‎2．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)。‎ ‎[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。①、②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中液面加苯阻止了空气进入；④由于胶头滴管能带入空气中的氧气，能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。‎ ‎[答案]　①②③⑤‎ 成功制备Fe(OH)2的关键 Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3。在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成功的关键有以下两点：‎ ‎①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质；‎ ‎②制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。‎ 角度2　Fe2＋、Fe3＋的主要性质和检验 ‎3．(2016·全国卷Ⅱ)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0.1 mol·L－1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2 mL FeCl2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2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL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10 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液，加入6 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验：‎ ‎①第一支试管中加入1 mL CCl4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________。‎ ‎(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________；‎ 一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 ‎________________________________________________________________________；‎ 生成沉淀的原因是_______________________________________________________(用平衡移动原理解释)。‎ ‎[解析]　(1)Fe2＋具有很强的还原性，易被空气中的O2氧化为Fe3＋，在FeCl2溶液中加入少量铁屑，可防止Fe2＋被氧化。‎ ‎(2)Fe2＋被氧化为Fe3＋，Cl2被还原为Cl－，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。‎ ‎(3)O2难溶于煤油，加入煤油能隔绝空气，排除O2对实验的影响。‎ ‎(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。K3[Fe(CN)6]是检验Fe2＋的试剂。实验③溶液变红，说明溶液中仍存在Fe3＋，由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。‎ ‎(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应，Fe2＋被氧化为Fe3＋，H2O2被还原为H2O，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋对H2O2的分解起催化作用，当反应一段时间后，会发生反应：2H2O22H2O＋O2↑，故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热，促使Fe3＋＋3H2O??Fe(OH)3＋3H＋平衡右移，最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。‎ ‎[答案]　(1)防止Fe2＋被氧化　(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)　(4)Fe2＋　Fe3＋　可逆反应　(5)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　Fe3＋催化H2O2分解产生O2　H2O2分解反应放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动 角度3　“铁三角”关系的应用 ‎4．A、B、C为3种单质(其中A为固体，B、C为气体)，将D的饱和溶液滴入沸水中继续煮沸，溶液呈红褐色，B、C反应的产物易溶于水得到无色溶液E。它们之间的转化关系如图，下列推断正确的是(　　)‎ A．物质B是H2　　　　　　B．物质C是Cl2‎ C．物质D是FeCl2 D．物质F是FeCl2‎ D　[由题意和图示转化可知A为Fe，B为Cl2，C为H2，D为FeCl3，E为HCl，F为FeCl2。]‎ 角度4　涉及Fe及其化合物的化工流程综合试题 ‎5．(2019·贵阳模拟)α铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛，用赤铁矿石(含Fe2O3、FeO，也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下：‎ 已知部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如表所示：‎ 沉淀物 Al(OH)3‎ Fe(OH)3‎ Fe(OH)2‎ Cu(OH)2‎ 开始沉淀 时的pH ‎3.7‎ ‎2.3‎ ‎7.6‎ ‎5.4‎ 完全沉淀 时的pH ‎5.2‎ ‎3.2‎ ‎9.7‎ ‎6.7‎ 回答以下问题：‎ ‎(1)实验流程中首先对赤铁矿进行“碾碎”，目的是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)固体A的成分是________(填写化学式)，在滤液A中加H2O2的目的是________________________________________________________________________‎ ‎(用离子方程式进行说明)。‎ ‎(3)步骤②中需调节pH的范围是_____________________________________。‎ ‎(4)步骤③中灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、________________(填写三种仪器)，发生反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(1)对赤铁矿进行碾碎，可以增大接触面积，从而加快反应速率，提高矿石的浸出率。(2)赤铁矿中只有MnO2与稀硫酸不反应，故固体A为MnO2。滤液A中加H2O2的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋。(3)步骤②调节pH的目的是将Fe3＋与Al3＋、Cu2＋分离，即完全沉淀Fe3＋，而不沉淀Al3＋、Cu2＋，故需调节3.2≤pH＜3.7。(4)步骤③为灼烧Fe(OH)3，需要用到的仪器还有坩埚、泥三角、坩埚钳。灼烧Fe(OH)3时发生分解反应：2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O。‎ ‎[答案]　(1)增大接触面积，从而加快反应速率，提高矿石的浸出率 ‎(2)MnO2　2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O ‎(3)3.2≤pH＜3.7‎ ‎(4)泥三角、坩埚、坩埚钳　2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O ‎6．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，其流程如下：‎ 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有Al、Fe、Li C．“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 D　[废旧电池中含有的金属、电解质溶液会对水体和土壤等造成污染，处理废旧电池有利于资源再利用，同时能够降低环境污染，保护环境，A项正确；从流程图看出，正极材料涉及了铝、铁、锂等金属，B项正确；因流程中加入的有HNO3，故在含Li、P、Fe等滤液中加碱液，发生“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋，C项正确；因为锂及其化合物的性质与镁相似，由硫酸镁易溶于水推知，硫酸锂易溶于水，由碳酸镁微溶于水推知，碳酸锂微溶于水，所以不能用硫酸钠代替碳酸钠，D项错误。]‎ 两种常见流程模型图 ‎x((1)回收Cu和制备FeCl3的流程,,(2)废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3、CuSO4·5H2O的流程,废品(Fe2O3、,CuO、FeO、SiO2))o(――→,sup7(足量H2SO4),sdo5(过滤))) ＫＫ