2021高三化学人教版一轮学案：第三章 第三节　铁及其化合物 Word版含解析

2021高三化学人教版一轮学案：第三章 第三节　铁及其化合物 Word版含解析

www.ks5u.com 第三节　铁及其化合物 最新考纲：1.掌握铁及其重要化合物的主要性质。2.掌握铁及其重要化合物的应用。3.了解常见金属及其重要化合物的制备方法。‎ 核心素养：1.宏观辨识与微观探析：认识铁及其化合物的性质，能以Fe2＋、Fe3＋的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应实质。2.科学探究与创新意识：能发现和提出有探究价值的氢氧化亚铁的制备探究方案，进行实验探究。‎ 知识点一　铁及其氧化物、氢氧化物 ‎1．铁的存在 ‎2．铁的性质 ‎(1)物理性质 颜色状态 导电、导热性、延展性 特性 地壳含量 银白色固体 良好 被磁铁吸引 占第4位 ‎(2)化学性质(写出化学方程式或离子方程式)‎ ‎①与非金属反应 与O2反应 常温 铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)‎ 点燃 ‎3Fe＋2O2Fe3O4‎ 与Cl2反应 点燃 ‎2Fe＋3Cl22FeCl3‎ 与S、I2反应 Fe＋SFeS、Fe＋I2FeI2‎ ‎②与H2O(g)反应 ‎3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2‎ ‎③与酸反应 与H＋反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ 与稀HNO3‎ 反应 HNO3‎ 过量 Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O HNO3‎ 少量 ‎3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O 与浓H2SO4、‎ 浓HNO3反应 常温下钝化，加热分别生成SO2、NO2‎ ‎④与盐(Cu2＋、Fe3＋)反应 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋‎ ‎3．铁的氢氧化物 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 与氧化性 酸反应 ‎(稀HNO3)‎ ‎3Fe(OH)2＋10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3＋NO↑＋8H2O Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 与还原性 酸(HI)反 应　　　‎ Fe(OH)2＋2HI===FeI2＋2H2O ‎2Fe(OH)3＋6HI===2FeI2＋I2＋6H2O 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 ‎4.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 与盐酸反 应的离子 方程式　‎ FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O ‎(续表)‎ 化学式 FeO Fe2O3‎ Fe3O4‎ 与氧化性 酸反应 ‎(稀HNO3)‎ ‎3FeO＋10HNO3===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O Fe2O3＋6HNO3===2Fe(NO3)3＋3H2O ‎3Fe3O4＋28HNO3===9Fe(NO3)3＋NO↑＋14H2O 与还原性 Fe2O3‎ Fe3O4‎ 酸反应 ‎(如HI)‎ FeO＋2HI===FeI2＋H2O ‎＋6HI===2FeI2＋I2＋3H2O ‎＋8HI===3FeI2＋I2＋4H2O 与还原 剂反应 FeO＋COFe＋CO2‎ Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2‎ Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2‎ 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎1．铁位于元素周期表中第四周期第ⅧB族(　×　)‎ 提示：周期表中不存在第ⅧB族。‎ ‎2．氧化铁能与酸反应，所以可用于制作红色染料(　×　)‎ 提示：氧化铁作红色燃料与其颜色有关，而与其化学性质无关。‎ ‎3．根据铁与Cl2、S反应的条件可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱(　×　)‎ 提示：铁与氯气在点燃条件下反应生成氯化铁，铁与硫加热反应生成硫化亚铁，根据反应产物可判断硫元素和氯元素非金属性的强弱。‎ ‎4．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(　×　)‎ 提示：铁在自然界中存在游离态，如陨石中铁以单质形式存在。‎ ‎5．水溶液中Fe2＋、H＋、CO、ClO－可以共存(　×　)‎ 提示：Fe2＋能被ClO－氧化，且H＋与CO、ClO－不能共存。‎ ‎6．活泼金属与水反应时，均生成氢氧化物和H2(　×　)‎ 提示：铁与水蒸气反应生成Fe3O4和H2。‎ ‎7．饱和FeCl3溶液为红褐色，Fe(OH)2为灰绿色(　×　)‎ 提示：饱和FeCl3溶液为棕黄色，Fe(OH)2为白色。‎ ‎8．Fe3O4可写作FeO·Fe2O3，所以Fe3O4是FeO和Fe2O3的混合物(　×　)‎ 提示：Fe3O4可写成FeO·Fe2O3，但Fe3O4是纯净物，并非FeO和Fe2O3的混合物。‎ ‎1．常利用氧化铁的颜色将其配成涂料，同时利用了Fe2O3在空气中性质稳定的性质。‎ ‎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。‎ ‎4．Fe3O4可以用FeO·Fe2O3表示，所以可以与强酸反应生成盐。但不能认为是二者的混合物。反应规律为：与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时生成Fe2＋和Fe3＋；与氧化性酸(如HNO3)反应时生成Fe3＋；与还原性酸(如HI)反应时生成Fe2＋。‎ ‎1．(2020·湖南长郡中学月考)我国清代《本草纲目拾遗》中叙述了“铁线粉”：“粤中洋行有舶上铁丝，……日久起销，用刀刮其销，……，所刮下之销末，名铁线粉”。这里的“铁线粉”是指(　D　)‎ A．Fe B．FeCl3‎ C．FeO D．Fe2O3‎ 解析：铁在空气中容易发生吸氧腐蚀，根据题意“舶上铁丝，……日久起销”，说明销是铁锈，铁锈的主要成分为Fe2O3，D项正确。‎ ‎2．某同学欲探究铁及其化合物的性质，下列实验方案可行的是(　D　)‎ A．将铁粉加入热的浓硫酸中：探究铁的活泼性 B．将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中：制备Fe(OH)3胶体 C．在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液：制备FeSO4·6H2O晶体 D．将铜粉加入FeCl3溶液中：验证Fe3＋的氧化性强于Cu2＋‎ 解析：由于浓硫酸具有强氧化性，铁与其反应生成Fe2(SO)3和SO2，无法说明铁的活泼性，故A方案不可行；将NaOH加入FeCl3溶液中，得到Fe(OH)3沉淀，无法得到Fe(OH)3胶体，B方案不可行；在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液，一方面氧气可将FeSO4氧化，另一方面会得到不含结晶水的化合物，故C方案不可行；将铜粉加入FeCl3溶液中，发生反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，该反应说明Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，故D方案可行。‎ ‎3．下列反应最终能生成Fe3＋的化合物的是(　D　)‎ ‎①过量Fe与稀HNO3溶液反应 ‎②铁丝在硫蒸气中燃烧 ‎③向FeBr2溶液中通入少量Cl2‎ ‎④铁与CuCl2溶液反应 ‎⑤Fe(OH)2露置于空气中 A．①②③ B．①③⑤‎ C．③④ D．③⑤‎ 解析：①过量Fe与稀HNO3溶液反应生成Fe(NO3)2、NO和H2O；②Fe与硫蒸气反应生成FeS；③由于Fe2＋的还原性强于Br－，向FeBr2溶液中通入少量Cl2，先氧化Fe2＋生成Fe3＋；④铁与CuCl2溶液发生置换反应，生成FeCl2和Cu；⑤Fe(OH)2露置于空气中，被空气中O2氧化，最终转化为Fe(OH)3。‎ ‎4．(2020·洛阳模拟)中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途，其生产过程的部分流程如下图所示。‎ FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁 下列有关叙述不合理的是(　B　)‎ A．纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病 B．纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3‎ 溶液的分散质直径大小相等 C．在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解 D．反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2‎ 解析：纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料，可作为药物载体用于疾病的治疗，A正确；纳米四氧化三铁分散在适当的分散剂中形成的分散系属于胶体，不同于溶液中溶质微粒的直径，B错误；反应①中环丙胺不参加反应，但加入环丙胺后FeCl3发生水解生成FeOOH，即环丙胺会促进氯化铁的水解，C正确；由制备过程可知，反应②的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知，反应为6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2，D正确。‎ ‎5．(2020·武汉高三质检)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(　B　)‎ A．FeO·3Fe2O3 B．2FeO·3Fe2O3‎ C．FeO·2Fe2O3 D．2FeO·Fe2O3‎ 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。‎ 素养一　含铁物质的相关计算 ‎1．铁与稀硝酸反应的有关计算 一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式：‎ HNO3过量：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；‎ Fe过量：Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2；‎ 两者相加得总方程式：3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，可以用数轴表示：‎ 解题时需注意量的范围。‎ 即：①≤，产物仅有Fe(NO3)3，HNO3可能有剩余；②≥，产物仅有Fe(NO3)2，Fe可能有剩余；③<<，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，Fe和HNO3都反应完全。‎ ‎2．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)。‎ ‎1．(2020·长春模拟)向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入120 mL 4 mol·L－1的稀硝酸，恰好使混合物完全溶解，放出‎1.344 L NO(标准状况)，往所得溶液中加入KSCN溶液，无红色出现。若用足量的CO在加热下还原相同质量的混合物，能得到铁的物质的量为(　B　)‎ A．0.24 mol B．0.21 mol C．0.16 mol D．0.14 mol 解析：根据题意知反应后的溶液为Fe(NO3)2‎ 溶液，根据氮原子守恒可知n(Fe)＝×(0.12×4 mol－ mol)＝0.21 mol，故相同质量的混合物与足量CO反应生成的Fe为0.21 mol。‎ ‎2．把‎22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列说法正确的是(　C　)‎ 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 解析：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。‎ ‎3．向含有1 mol HNO3和1 mol H2SO4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(　C　)‎ A．a表示Fe3＋的关系曲线 B．n1＝0.75‎ C．P点时，n(Fe2＋)＝0.562 5 mol D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解‎14.4 g 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3 mol H＋参加反应，消耗铁为0.75 mol，B正确；P点n(Fe2＋)＝n(Fe3＋)，二者均为0.45 mol，C错误，剩余0.45 mol Fe3＋，消耗0.225 mol铜，质量为‎14.4 g，D正确。‎ 素养二　铁元素变价的理解、Fe(OH)2制备 ‎1．铁元素变价的理解 ‎(1)单质铁 ‎①生成＋2价：铁与S、H＋、Cu2＋、I2等反应生成＋2价。如Fe＋SFeS、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。‎ ‎②生成＋3价：铁与Cl2、Br2等反应生成＋3价。‎ 如2Fe＋3Cl22FeCl3。‎ ‎③生成＋2、＋3价：铁与H2O、O2反应生成Fe3O4。‎ 如3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。‎ ‎④铁与HNO3反应：‎ 当Fe过量生成＋2价，3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O；当Fe不足时生成＋3价，Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O。‎ ‎(2)铁的化合物：FeO、Fe3O4、Fe2O3、Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe2＋、Fe3＋等。‎ ‎＋2价铁具有还原性，与强氧化剂如HNO3、Cl2等发生氧化还原反应：如3FeO＋10HNO3===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O。‎ ‎＋3价铁具有氧化性，与强还原剂如：HI、Fe、Cu、I－、S2－‎ 等发生氧化还原反应，如Fe2O3＋6HI===2FeI2＋I2＋3H2O,2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。‎ ‎2．氢氧化亚铁的制备原理和方法 ‎(1)制备原理 ‎①制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。‎ ‎②成功关键：溶液中不含O2等氧化性物质；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。‎ ‎(2)常用方法 ‎①有机层隔离法 a．反应在试管底部进行(这是唯一一种把胶头滴管插入反应溶液的实验)。‎ b．加隔氧剂，如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂[如图，由于苯的液封作用，可防止生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀]。‎ ‎②还原性气体保护法 该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽整个装置中的空气，待检验H2的纯度后，再关闭止水夹K，利用H2产生的压力把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。‎ ‎③电解法 该方法中铁作电解池的阳极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，生成的氢气可以赶走溶液中的氧气，溶液中c(OH－)增大，与Fe2＋结合生成Fe(OH)2沉淀，汽油起“液封”作用。‎ 电解时，在两极间最先观察到白色沉淀。‎ ‎1．(2020·天津南开中学月考)在硫酸铁溶液中，加入a g铜完全溶解后再加入b g铁，充分反应后得到c g残余固体，下列说法中正确的有(　D　)‎ ‎①若a>c，则残余固体是铁和铜的混合物 ‎②若a>c，则最终溶液中一定有Fe2＋和Cu2＋‎ ‎③若a>c，则最终溶液中一定没有Fe3＋‎ ‎④若ac，则铜没有被完全置换出来，故剩余固体为铜，溶液中存在的阳离子为Fe2＋和Cu2＋，溶液中一定不存在Fe3＋，若a

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