2021届高考化学一轮复习铁及其化合物学案

2021届高考化学一轮复习铁及其化合物学案

第三节　铁及其化合物 考纲定位 要点网络 ‎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。‎ ‎ 铁的单质、氧化物及氢氧化物 ‎1．铁的位置、存在和物理性质 ‎2．化学性质 铁单质性质活泼，有较强的还原性。‎ ‎(1)与非金属单质的反应 Fe与S反应：Fe＋SFeS。‎ ‎(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)Fe3O4＋4H2。‎ ‎(3)与酸的反应 ‎①与非氧化性酸反应的离子方程式：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)与某些盐溶液的反应 ‎①与CuSO4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋。‎ ‎②与FeCl3溶液反应的离子方程式：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。‎ ‎3．铁的三种典型氧化物 ‎(1)物理性质 化学式 FeO Fe2O3‎ Fe3O4‎ 俗称 ‎—‎ 铁红 磁性氧化铁 色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水 铁的价态 ‎＋2价 ‎＋3价 ‎＋2价、＋3价 ‎(2)化学性质 ‎①FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式为 FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O。‎ ‎②FeO不稳定，在空气中受热生成Fe3O4，其化学方程式为6FeO＋O22Fe3O4。‎ ‎4．铁的氢氧化物的性质与制备 Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ 颜色状态 白色固体 红褐色固体 与H＋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，反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ ‎[补短板]‎ ‎(1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同，Fe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)Fe与S蒸气、I2蒸气反应时只生成＋2价Fe的化合物。‎ ‎(4)Fe3O4的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe2O3，即有的铁显＋2价，的铁显＋3价；‎ ‎(5)Fe3O4与一般酸反应生成两种盐，Fe3O4与稀硝酸反应只生成一种盐[Fe(NO3)3]。‎ ‎(6)Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与足量HI反应时，发生氧化还原反应，Fe3＋被I－还原生成Fe2＋。‎ ‎(1)铁有＋2、＋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　⑩FeCl3溶液 ‎[答案]　①⑥　④⑤⑦⑧⑩　②③‎ ‎(2)写出利用化合反应制备FeCl2、Fe(OH)3、FeCl3的化学方程式分别为________________________________________________，‎ ‎________________________________________________________，‎ ‎_______________________________________________________。‎ ‎[答案]　Fe＋2FeCl3===3FeCl2　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=== 4Fe(OH)3　2Fe＋3Cl22FeCl3或2FeCl2＋Cl2===2FeCl3‎ 命题点1　铁及其氧化物的性质及实验探究 ‎1．铁片投入下列溶液后，金属片质量减少，但无气体产生的是(　　)‎ A．冷的浓硝酸　　　　　 B．Cu(NO3)2溶液 C．稀硫酸 D．Fe(NO3)3溶液 ‎[答案]　D ‎2．(2019·望都模拟)“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。同是由黏土烧制的砖瓦，有的是黑色的，有的却是红色的，你猜测其中的原因可能是 ‎ ‎(　　)‎ A．土壤中含有铁粉、二氧化锰等 B．黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑，红砖瓦则是添加了红色耐高温染料 C．土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色CuO和红色Cu D．土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3‎ D　[A项，土壤中不含铁粉；B项，黑砖瓦中含有C、Fe3O4、FeO等，红砖瓦含有Fe2O3；C项，煅烧生成Cu2O红色物质，不是Cu。]‎ ‎3．铁与水蒸气反应，通常有以下两种装置，请回答下列问题：‎ 装置一 装置二 实验 装置 ‎(1)装置一中，装置A的作用：_________________________；‎ 装置二中，装湿棉花的作用：_________________________。‎ ‎(2)实验完毕后，取出装置一的少量固体，溶于足量稀盐酸，再滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，试解释原因：______________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎[答案]　(1)提供水蒸气　提供水蒸气　(2)固体中含有Fe，在足量酸中，固体溶解时发生2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe3＋被Fe还原为 Fe2＋‎ 命题点2　Fe与HNO3反应的定量关系 ‎4．把‎22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，若反应只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列说法正确的是(　　)‎ A．反应后生成的盐只为Fe(NO3)3‎ B．反应后生成的盐只为Fe(NO3)2‎ C．反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为1∶3‎ D．反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为3∶1‎ C　[由于铁的物质的量为＝0.4 mol，所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8 mol(此时只产生Fe2＋)和1.2 mol(此时只产生Fe3＋)之间，又产生0.3 mol NO2和0.2 mol NO，即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3 mol×(5－4)＋0.2 mol×(5－2)＝0.9 mol，所以对应的产物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2，设前者的物质的量为x，后者的物质的量为y，则由铁原子守恒可得x＋y＝0.4 mol，由得失电子守恒得3x＋2y＝0.9 mol，解得x＝0.1 mol，y＝0.3 mol。]‎ ‎5．向含a g HNO3的稀溶液中，加入b g铁粉充分反应后全部溶解。已知有 g HNO3被还原，则a∶b不可能是(　　)‎ A．2∶1 B．3∶1‎ C．4∶1 D．9∶2‎ A　[只生成Fe2＋：××3＝×2，＝3；只生成Fe3＋：××3＝×3，＝＝4.5。故a∶b的范围为3∶1～9∶2。]‎ Fe与稀硝酸反应有关计算 ‎(1)硝酸的作用及其量的确定 铁与硝酸的反应中，一是氧化剂作用，二是酸性作用。作为氧化剂的硝酸可以根据氧化还原反应中得失电子守恒的方法确定，作为酸性作用的可以通过金属铁的物质的量确定，即铁的物质的量乘以铁显示的化合价。‎ ‎(2)铁与稀硝酸反应 随着两者量的不同，生成氧化产物亦不同，可用讨论的方法确定。‎ ‎①Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O ‎②Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2‎ ‎①×2＋②可得 ‎③3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 命题点3　Fe(OH)2的性质及其制备 ‎6．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)。‎ 若用②装置制备，简述制备原理与操作为___________________________‎ ‎____________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎[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，就要排出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　铁与稀硫酸反应产生氢气，让氢气赶尽装置内空气，当B中导管处氢气纯净，关闭止水夹a，FeSO4溶液被压入在氢气保护下的NaOH溶液中 Fe(OH)2制备的三种思维方法 方法一：有机覆盖层法 将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如题中的③⑤。‎ 方法二：还原性气体保护法 用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀，如题中的①②。‎ 方法三：电解法 用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯(或煤油)，如题中的③。‎ 总之：Fe(OH)2制备的关键 ‎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在密闭隔绝空气的体系中。‎ ‎ 铁盐、亚铁盐的性质及应用 ‎1．亚铁盐(Fe2＋)和铁盐(Fe3＋)的氧化性或还原性 ‎(1)亚铁盐的氧化性和还原性 含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，既有氧化性，又有还原性。‎ ‎①氧化性：Fe2＋与Zn反应的离子方程式：Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋。‎ ‎②还原性：‎ a．向FeCl2溶液中滴入几滴KSCN溶液，再加入氯水(或通入Cl2)，若溶液变红色，证明Fe2＋具有还原性。反应原理用离子方程式表示为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。‎ b．向FeCl2溶液中滴入双氧水，溶液变黄，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。‎ c．向少量酸性KMnO4溶液中加入FeCl2溶液，若溶液紫红色褪去，证明Fe2＋具有还原性。反应原理用离子方程式表示为MnO＋5Fe2＋＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。‎ ‎(2)铁盐的氧化性 含Fe3＋的溶液呈黄色，Fe3＋具有较强的氧化性。‎ ‎①向FeCl3溶液中滴入几滴KSCN溶液，再加入过量活泼金属(如Fe)，若溶液红色褪去，证明Fe3＋具有氧化性。反应原理用离子方程式表示为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。‎ ‎②向FeCl3溶液中加入淀粉KI溶液，若溶液变成蓝色，证明 Fe3＋具有氧化性。反应原理用离子方程式表示为2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋。‎ ‎③向FeCl3溶液中通入H2S气体，若出现黄色浑浊，证明Fe3＋具有氧化性。反应原理为2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。‎ ‎2．亚铁盐与铁盐的水解 ‎(1)亚铁盐 ‎(2)铁盐 ‎①配制FeCl3溶液时，应将FeCl3溶于稀盐酸中，然后稀释。‎ ‎②将FeCl3饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。‎ ‎③除去CuCl2溶液中的Fe3＋，可向溶液中加入足量CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，调节pH，使Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀。‎ ‎④因Fe3＋易水解，故制备无水的FeCl3应在HCl气流中使结晶FeCl3失去H2O。‎ ‎3．Fe2＋、Fe3＋的检验方法 ‎(1)用KSCN溶液和氯水 ‎(2)用NaOH溶液 ‎(3)混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验 ‎①Fe3＋的检验 a.溶液变红，说明含有Fe3＋‎ b.试纸变蓝，说明含有Fe3＋‎ ‎②Fe2＋的检验 a.酸性KMnO4溶液褪色，说明含有Fe2＋(Cl－可干扰)‎ b.生成蓝色沉淀，说明含有 Fe2＋，其离子方程式为3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。‎ ‎[补短板]‎ ‎(1)Fe2＋、Fe3＋的相互转化 Fe2＋Fe3＋‎ ‎(2)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－)。‎ ‎(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)常考的重要的含铁盐 ‎①绿矾(FeSO4·7H2O)：一种重要的还原剂，可用作补血剂及植物的补铁剂。‎ ‎②高铁酸钾(K2FeO4)：深紫色晶体，具有强氧化性，可用作水处理剂和高能电池。‎ ‎③铁铵矾[NH4Fe(SO4)2·12H2O]：无色晶体，易溶于水，常用作化学分析试剂、药物和织物媒染剂。‎ ‎④赤血盐[K3Fe(CN)6]：红色晶体，易溶于水，常用于检验 Fe2＋，生成蓝色沉淀。‎ ‎1．欲探究浓硫酸与Fe共热反应后铁元素的价态，设计下列实验，请填空：‎ 将反应后试管中的溶液稀释。取少量溶液，滴入3～5滴________溶液，若溶液呈红色，则证明含有Fe3＋，否则不含Fe3＋；取少量溶液，滴入3～5滴________溶液，若溶液褪色，则证明含有Fe2＋，否则不含Fe2＋。若实验证明反应后的溶液中只含有Fe3＋，则反应的化学方程式是________________________ __________________________________________________________________。‎ ‎[答案]　KSCN　酸性KMnO4‎ ‎2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O ‎2．设计方案：除去MgSO4溶液中Fe2＋。(写出流程图)‎ ‎[答案]　 命题点1　Fe2＋、Fe3＋的性质及检验 ‎1．(2019·长沙模拟)在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g铜，完全溶解后，再加b g铁，充分反应后得到c g残余固体，且a＞c，则下列说法正确的是(　　)‎ A．残余固体是铜和铁 B．最后得到的溶液中一定含有Cu2＋‎ C．将残余固体加入稀硫酸中，有气泡产生 D．最后得到的溶液中可能含有Fe3＋‎ B　[因为a＞c，说明b g铁完全反应，溶液中含Cu2＋、Fe2＋，不含Fe3＋。]‎ ‎2．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KMnO4溶液　③加入少量NH4SCN溶液 A．①③　　　　　　　 B．③②‎ C．③① D．①②③‎ ‎[答案]　C ‎3．下列除杂的操作不正确的是 (　　)‎ A．MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量镁充分反应后过滤 B．FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤 C．CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量锌粉充分反应后过滤 D．CaCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2＋氧化成 Fe3＋，再加入CaCO3充分反应后过滤 C　[FeCl3溶液中存在水解平衡：FeCl3＋3H2OFe(OH)3＋3HCl，加入Mg与H＋反应，平衡右移，使Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去，A正确；加入过量铁粉，FeCl3与Fe反应生成FeCl2而达到除杂的目的，B正确；C项中加入足量锌粉，‎ Cu2＋、Fe3＋均与Zn反应，不符合除杂要求，错误；先用H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再利用FeCl3的水解，加入CaCO3与H＋反应将Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去，D正确。]‎ 命题点2　Fe2＋、Fe3＋的性质实验探究 ‎4．(2017·北京高考，T28节选)某小组在验证反应“Fe＋2Ag＋===Fe2＋＋2Ag”的实验中检测到Fe3＋，发现和探究过程如下。‎ 向硝酸酸化的0.05 mol·L－1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。‎ ‎(1)检验产物 ‎①取出少量黑色固体，洗涤后，_____________________________________‎ ‎_________________________________________________________________‎ ‎(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。‎ ‎②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有________。‎ ‎(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3＋，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，乙依据的原理是_________________________‎ ‎_________________________________________________________‎ ‎(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验：‎ ‎①‎ 取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：‎ 序号 取样时间/min 现象 ⅰ ‎3‎ 产生大量白色沉淀；溶液呈红色 ⅱ ‎30‎ 产生白色沉淀，较3 min时量少；溶液红色较3 min时加深 ⅲ ‎120‎ 产生白色沉淀，较30 min时量少；溶液红色较30 min时变浅 ‎(资料：Ag＋与SCN－生成白色沉淀AgSCN)‎ ‎②对Fe3＋产生的原因作出如下假设：‎ 假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3＋；‎ 假设b：空气中存在O2，由于____________________________‎ ‎(用离子方程式表示)，可产生Fe3＋；‎ 假设c：酸性溶液中的NO具有氧化性，可产生Fe3＋；‎ 假设d：根据__________________________________________‎ 现象，判断溶液中存在Ag＋，可产生Fe3＋。‎ ‎[解析]　(1)①若黑色固体中含有Ag，可先加入硝酸，加热使之溶解，再加入盐酸，能产生白色沉淀AgCl。‎ ‎②K3[Fe(CN)6]溶液是常见的检验Fe2＋的试剂。取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明含有Fe2＋。‎ ‎(2)Fe3＋具有较强的氧化性，可与Fe发生氧化还原反应：Fe＋2Fe3＋===‎ ‎3Fe2＋。‎ ‎②Fe2＋与O2可发生氧化还原反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，生成Fe3＋。加入KSCN溶液后产生白色沉淀，说明溶液中含有Ag＋，Ag＋可将Fe2＋氧化为Fe3＋。‎ ‎[答案]　(1)①加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀　‎ ‎②Fe2＋　 (2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋‎ ‎②4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　加入KSCN溶液后产生白色沉淀 命题点3　涉及铁及其化合物的基本化工流程 ‎5．(2019·重庆七校联考)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2‎ ‎，含少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下：‎ 下列说法错误的是(　　)‎ A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用 B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物 C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素的存在形式由AlO转化为Al3＋‎ D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2‎ C　[SO2属于大气污染气体，用NaOH溶液吸收有利于保护环境和资源再利用，A项正确；由高硫铝土矿的组成和流程图可知，从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物，B项正确；向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素的存在形式由AlO转化为沉淀Al(OH)3，C项错误；FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧发生反应：FeS2＋16Fe2O3===11Fe3O4＋2SO2↑，D项正确。]‎ ‎6．(2019·黑龙江名校联考)某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取绿矾(FeSO4·7H2O)，设计了如下流程图：‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．溶解烧渣可选用足量稀盐酸，试剂X选用铁粉 B．固体1是SiO2，固体3是Al(OH)3和Fe(OH)3‎ C．从溶液3中得到绿矾的操作方法是调节pH、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 D．若在溶液1中直接加NaOH溶液至过量，得到的沉淀用稀硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到绿矾 C　[溶解烧渣选用稀盐酸会引入Cl－，该流程最终要得到绿矾，故应选用稀硫酸，试剂X的作用是将Fe3＋还原为Fe2＋，且不能引入新杂质，故试剂X应选用Fe，A项错误；由流程可知，固体1是SiO2，固体3是Al(OH)3，B项错误；从硫酸亚铁溶液中得到绿矾需要调节pH，防止Fe2＋‎ 被氧化和水解，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，C项正确；若在溶液1中直接加入NaOH溶液至过量，得到的沉淀用稀硫酸溶解，其溶液经结晶分离最终得到的是硫酸铁晶体，D项错误。]‎ 废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3和FeSO4·7H2O的一般流程模板 ‎ 铁的不同价态化合物的转化及应用 ‎——物质变化与模型认知 铁的化合价有＋2、＋3、＋6，其中＋2、＋3为两种铁的离子Fe2＋、Fe3＋，＋6在FeO中呈现，具有强氧化性，近几年高考试题对铁的常见化合物的性质及应用考查非常关注。特别是＋2、＋3价之间转化更为重要。体现了“物质变化与模型认知”的学科素养。‎ ‎[价态——物质类别坐标]‎ 下图是铁的常见价态与物质的对应关系图 ‎[应用体验]‎ 根据上图示，回答下列问题：‎ ‎(1)写出Fe―→Fe3O4的两个化学方程式___________________ ____________，____________________________。‎ ‎(2)除去FeCl2溶液中Fe3＋，可用试剂________，离子方程式为_______________________________________________________。‎ ‎(3)写出Fe2＋Fe3＋的离子方程式__________________‎ ‎________________________________________________________。‎ ‎(4)制备Fe(OH)2要避空的原因是________________________‎ ‎________________________________________________________。‎ ‎(5)高铁酸钾净水原理是________________________________ _______________________________________________________。‎ ‎[答案]　(1)3Fe＋2O2Fe3O4　3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2‎ ‎(2)Fe　Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋‎ ‎(3)5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O ‎(4)Fe(OH)2极易被空气中O2氧化为Fe(OH)3‎ ‎(5)K2FeO4具有强氧化性，能氧化杀菌消毒，同时生成Fe3＋水解生成胶体，吸附水中悬浮物而净水 ‎1．A、B、C三种物质中均含有同一种元素M，它们之间有如图所示的转化关系。A为一种金属单质，其产量直接关系国民经济命脉。反应①②③均为化合反应，反应④为置换反应。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．①中所加试剂可能是氯气 B．③中需要加具有氧化性的试剂 C．A与稀硝酸反应一定能实现元素M在①中发生的价态变化 ‎ D．元素M在②中发生的价态变化也能通过加碘化钾溶液实现 C　[Fe与稀硝酸反应，当Fe过量时生成Fe2＋，当Fe少量时生成Fe3＋。]‎ ‎2．(2019·南昌模拟)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　[根据题意知，A为Fe，B为Cl2，C为H2，D为FeCl3，E为HCl，F为FeCl2。]‎ ‎3．在一定量的稀硝酸中慢慢加入铁粉，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。‎ ‎(4)AB段与BC段所需Fe的质量比为________。‎ ‎[解析]　向稀硝酸中加入铁粉，开始时稀硝酸过量应生成 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Fe3＋全部转化为Fe2＋。‎ ‎[答案]　(1)①　(2)④　(3)③　(4)2∶1‎ ‎4．(2019·贵阳模拟)高铁酸钠(Na2FeO4)具有很强的氧化性，是一种新型的绿色净水消毒剂。工业上以菱铁矿(主要成分是FeCO3及少量SiO2)为原料制备高铁酸钠的生产过程如下：‎ 已知：Na2FeO4只在碱性环境中稳定存在。‎ ‎(1)Na2FeO4中铁元素的化合价为________。‎ ‎(2)菱铁矿粉碎的目的是__________________________________________，‎ ‎“碱浸”过程中SiO2所发生反应的化学方程式为______________________‎ ‎________________________________________________________。‎ ‎(3)操作1与操作2的实验名称均为________，步骤③的目的是将Fe2＋氧化成Fe3＋，其离子方程式为_______________________________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎(4)高铁酸钠消毒后的还原产物具有净水作用，解释净水原理为___________________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(2)粉碎后，反应物表面积增大，可提高碱浸速率，提高浸出率。碱浸时，菱铁矿中的SiO2杂质与NaOH反应生成Na2SiO3，反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。(3)操作1和操作2后均为固体，故这两个操作均为过滤。步骤③加入氧化剂NaClO，Fe2＋转化为Fe3＋，故该反应的离子方程式为2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(4)高铁酸钠可用于消毒主要是因为其具有强氧化性，故消毒过程中，＋6价Fe被还原，生成＋3价Fe，即Fe3＋，其水解生成的Fe(OH)3胶体具有吸附性，可起到净水的作用。‎ ‎[答案]　(1)＋6‎ ‎(2)增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率　2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O ‎(3)过滤　2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O ‎(4)高铁酸盐在杀菌消毒时，本身被还原成Fe3＋，Fe3＋易水解生成Fe(OH)3胶体，可吸附水中的悬浮杂质，从而起到净水的作用 ‎“铁三角”中的转化关系 ‎ [一题串知，落实考法]‎ ‎(2016·全国卷Ⅱ，改编)某班同学用如下实验探究Fe、Fe2＋、Fe3＋的性质及转化。‎ ‎(1)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________ ___________________________________。[考查Fe2＋、Fe3＋的性质与检验方法]‎ ‎(2)乙组同学认为甲组同学的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再向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____________________________________________________‎ ‎_____________________________________。[考查Fe2＋的还原性]‎ ‎(3)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________。[考查Fe3＋的氧化性及性质探究]‎ ‎(4)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)。[考查Fe2＋、Fe3＋的性质及应用]‎ ‎[答案]　(1)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－‎ ‎(2)防止外界空气中的O2进入溶液氧化Fe2＋‎ ‎(3)Fe2＋　Fe3＋　可逆反应 ‎(4)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 ‎[真题体验，感悟考向]‎ ‎1．(2018·全国卷Ⅰ，T7)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。]‎ ‎2．(2018·全国卷Ⅱ，T28(2))所得残留物中含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________________。‎ ‎[答案]　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 ‎3．(2017·全国卷Ⅲ，T26节选)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：_______________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________________、‎ ‎_________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　绿矾溶液中滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中没有Fe3＋；再向试管中通入空气，溶液变红，说明有 Fe3＋生成，即Fe2＋易被氧气氧化为Fe3＋。‎ ‎[答案]　样品中没有Fe3＋[或Fe(Ⅲ)]　Fe2＋[或Fe(Ⅱ)]易被氧气氧化为Fe3＋[或Fe(Ⅲ)]‎ ‎4．(2019·全国卷Ⅰ，T27节选)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是__________________‎ ‎_________________________________________________________________。‎ ‎(2)步骤③中选用足量的H2O2，理由是______________________________ _________________。分批加入H2O2，同时为了____________，溶液要保持pH小于0.5。‎ ‎(3)步骤⑤的具体实验操作有______________________________________ ______________________________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。‎ ‎[解析]　(1)铁屑表面的油污可以用热的氢氧化钠溶液洗涤，然后用蒸馏水洗净。‎ ‎(2)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁，加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===‎ ‎2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋在水中易水解生成氢氧化铁沉淀，为了抑制 Fe3＋水解，溶液要保持较强的酸性，使用H2O2的优点是不引入新的杂质。‎ ‎(3)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵，为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。‎ ‎[答案]　(1)碱煮水洗　(2)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质　防止Fe3＋水解　(3)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)‎