高考化学一轮复习第三章金属及其化合物第二讲铁及其化合物学案新人教版

这是一份高考化学一轮复习第三章金属及其化合物第二讲铁及其化合物学案新人教版，共30页。学案主要包含了备选例题，加固训练—拔高，规律方法等内容，欢迎下载使用。
考点一 铁及其氧化物(命题指数★★★★★)
1．铁：
(1)铁的位置与结构。
(2)物理性质。
(3)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。
2．铁的氧化物：
(1)物理性质。
(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。
②Fe3O4分别与HNO3和HI反应的离子方程式为
3Fe3O4＋28H＋＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ===9Fe3＋＋NO↑＋14H2O；
Fe3O4＋8H＋＋2I－===3Fe2＋＋I2＋4H2O。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)Fe在稀硝酸中发生钝化。( )
提示：×。Fe在浓硝酸中发生钝化。
(2)铁表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化。( )
提示：×。铁表面形成的氧化膜较疏松，不能保护内层金属。
(3)四氧化三铁和稀盐酸反应的离子方程式为Fe3O4＋8H＋===3Fe3＋＋4H2O。( )
提示：×。离子方程式为Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O。
(4)铁是较活泼的金属，它与卤素单质(X2)反应的生成物均为FeX3。( )
提示：×。铁与碘化合生成FeI2。
(5)过量的铁与氯气反应生成FeCl2。( )
提示：×。Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3。
2．铁是日常生活中最常见的金属。某班同学在学习铁的知识时，对“铁为何称为黑色金属？”这个问题产生了浓厚的兴趣：
对于该问题，同学们上网查寻，有两种解释：
A．因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属。
B．因为铁的粉末为黑色，铁的氧化物也均为黑色，所以叫黑色金属。
(1)你认为哪种说法正确？
(2)若有一黑色粉末，你如何鉴别是铁粉，还是Fe3O4粉末？
(3)若有一黑色粉末，为Fe和Fe3O4的混合物，你如何证明其中有Fe3O4?
【解析】(1)铁的氧化物中Fe2O3为红棕色，B的说法是错误的。(2)可以利用Fe、Fe3O4与稀盐酸或稀硫酸反应现象的不同来鉴别两种物质。(3)检验Fe和Fe3O4的混合物中Fe3O4的存在，实质是检验混合物中O的存在，可以用干燥的氢气或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，然后检验产物中是否有水或二氧化碳产生。
答案： (1)A (2)取黑色粉末少许于试管中，加适量稀盐酸或稀硫酸，有气泡产生的原黑色粉末为铁粉，若无气泡产生则原粉末为Fe3O4(其他合理答案亦可)
(3)用干燥的氢气与黑色粉末加热反应，用无水硫酸铜检测有水产生或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，用澄清石灰水检测有二氧化碳产生(其他合理答案亦可)
命题角度1：铁的性质
【典例1】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。
【以图析题·培养关键能力】
【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＋。
答案：(1)① (2)④ (3)③

(1)(宏观辨识与微观探析)上图AB段、BC段消耗铁的物质的量之比是多少？
提示：BC段发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，反应中n(Fe3＋)∶n(Fe)＝2∶1，而
Fe3＋是由AB段反应的铁生成的，则上图AB段、BC段消耗铁的物质的量之比是2∶1。
(2)(宏观辨识与微观探析)若将稀硝酸换作稀硫酸，试画出得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系图。
提示：铁与稀硫酸只能生成Fe2＋，图象如下：
【备选例题】
(2021·成都模拟)某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个实验。下列从分类角度分析正确的是( )
A.实验①、③反应制得的物质均为纯净物
B.实验②、③均未发生氧化还原反应
C.实验①、③均为放热反应
D.实验①、②所涉及的物质均为电解质
【解析】选B。实验③制得的是Fe(OH)3胶体，属于混合物，且属于吸热反应，A、C错误；实验①中Cl2、铁丝均为单质，既不属于电解质，也不属于非电解质，D错误。
命题角度2：铁的氧化物
【典例2】实验室用下面装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，D装置的硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。
(1)如何检查装置A的气密性？_________________________________________。
(2)为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，必须进行的操作是_______________。
(3)装置B的作用是____________________________。装置C中装的液体是____________，所起的作用是____________________________。
(4)点燃D处的酒精灯，写出在硬质双通玻璃管中发生反应的化学方程式____________________________。
(5)若FeO和Fe2O3固体混合物的质量为23.2 g，反应完全后U形管的质量增加7.2 g，则混合物中Fe2O3的质量为____________________________。
【以图析题·培养关键能力】
【解析】解答此题，要明确实验目的，理解装置的工作原理、各仪器的作用。U形管的作用是吸收反应生成的水，为了保证纯净的H2进入D装置，必须利用B、C装置除杂(HCl气体和水蒸气)；为了保证U形管增加的质量等于反应生成水的质量，必须用F装置防止空气中的水蒸气进入E装置。由反应方程式知：Fe2O3＋3H2 eq \(=====,\s\up7(△)) 2Fe＋3H2O，FeO＋H2 eq \(=====,\s\up7(△)) Fe＋H2O，m(Fe2O3)＋m(FeO)＝23.2 g，两反应生成的水：m(H2O)＝7.2 g，列方程组可求得m(Fe2O3)＝16 g。
答案：(1)关闭a，从球形漏斗口加水，待水从漏斗管上升与容器的水面形成一段水柱差，停止加水，静置片刻，如水柱不下降，证明其气密性良好
(2) 在b出口处必须检验氢气的纯度
(3)除去H2中混有的HCl气体 浓硫酸 干燥氢气
(4)Fe2O3＋3H2 eq \(=====,\s\up7(△)) 2Fe＋3H2O，FeO＋H2 eq \(=====,\s\up7(△)) Fe＋H2O
(5)16 g

(1)(科学探究与创新意识)U形管E右边又连接干燥管F的目的是什么？
提示：防止空气中的水蒸气等气体进入E中。
(2)(科学探究与创新意识)若无干燥管F，测得Fe2O3的质量将如何变化？若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，测得的Fe2O3质量将如何变化？
提示：若无干燥管F，测得水的质量偏大，计算所得Fe2O3的质量偏大；若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，测得水的质量偏小，计算所得的Fe2O3质量将偏小。
【备选例题】
纳米级四氧化三铁是应用最为广泛的软磁性材料之一。沉淀法是目前制备纳米四氧化三铁的重要方法，其流程如图所示：
下列说法错误的是( )
A．保存溶液A时，应加入少量铁粉
B．其制备反应类型属于氧化还原反应
C．取滤液进行焰色反应，火焰为黄色
D．FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比最好应为1∶2
【解析】选B。Fe2＋易被空气中的氧气氧化，在保存含Fe2＋的溶液时，需要加入铁粉，A正确；反应中无元素化合价的变化，不是氧化还原反应，B错误；滤液中含有Na＋，所以进行焰色反应时火焰为黄色，C正确；Fe3O4可写成FeO·Fe2O3，所以n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1∶2，D正确。
数轴法分析铁与稀HNO3反应的产物
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：
(1)HNO3过量：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，铁元素的存在形式为
Fe3＋。
(2)Fe过量： 3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，铁元素的存在形式为Fe2＋。
(3)用数轴表示：
(4)解题时需注意量的范围：
命题点1：铁及氧化物的性质(基础性考点)
1．(2021·龙岩模拟)《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病，而通耳明目。慈石，色轻紫，石上皲涩，可吸连针铁，俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是( )
A．铁 B．氧化铜 C．氧化铁 D．四氧化三铁
【解析】选D。由材料可知慈石可吸连针铁，故其为磁石，即四氧化三铁(Fe3O4)。
2．中国每年要进口5亿吨左右的铁矿石，占世界海上铁矿石贸易量的一半以上，关于铁矿石的说法正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.铁矿石的主要成分与铁锈的主要成分相同
C.磁铁矿粉末溶于盐酸后，加入KSCN溶液，溶液变红色
D.FeO俗称铁红
【解析】选C。A项，赤铁矿的成分为Fe2O3；B项，铁矿石有很多种，不一定与铁锈(含Fe2O3)相同；C项，磁铁矿的主要成分为Fe3O4，其中含＋3价铁；D项，铁红为Fe2O3。
命题点2：铁的氧化物组成的确定(综合性考点)
3．有一种铁的氧化物样品，用5 ml·L－1的盐酸40 mL恰好完全溶解，所得溶液还需吸收0.56 L Cl2(标准状况)才能使Fe2＋全部转化为Fe3＋，则该氧化物中Fe原子与O原子的物质的量之比为 ( )
A．2∶3 B．3∶4 C．5∶6 D．7∶8
【解析】选C。铁的氧化物与盐酸反应生成相应的氯化物和水，因n(HCl)＝5 ml·L－1×0.040 L＝0.2 ml，则易推知生成0.1 ml水，因此该氧化物中n(O)＝0.1 ml；由2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，容易算出n(Fe2＋)＝0.05 ml，则与盐酸反应生成的FeCl2的物质的量为0.05 ml，从而推出与盐酸反应生成的FeCl3所含Cl－的物质的量为n(Cl－)＝0.2 ml－2×0.05 ml＝0.1 ml，则有n(Fe3＋)＝ eq \f(1,3) n(Cl－)＝ eq \f(0.1,3) ml，故该氧化物中Fe原子与O原子的物质的量之比为 eq \f(n（Fe）,n（O）) ＝
eq \f(n（Fe2＋）＋n（Fe3＋）,n（O）) ＝ eq \f(0.05 ml＋\f(0.1,3) ml,0.1 ml) ＝ eq \f(5,6) 。
4．铁的氧化物极为复杂。为测定一种铁的氧化物样本X的化学式，实验过程如下：
根据实验结果，该氧化物X的化学式为( )
A．Fe2O3 B．Fe3O4 C．Fe4O5 D．Fe5O7
【解析】选D。铁的氧化物X加稀硫酸溶解，用过量的氯气氧化，再加氢氧化钠生成氢氧化铁沉淀，过滤、洗涤、干燥、灼烧，最后得到氧化铁，则生成的氧化铁的物质的量为n(Fe2O3)＝ eq \f(m,M) ＝ eq \f(4.00 g,160 g·ml－1) ＝0.025 ml，则Fe的物质的量为n(Fe)＝2n(Fe2O3)＝2×0.025 ml＝0.05 ml，Fe的质量为m(Fe)＝n(Fe)×M＝0.05 ml×56 g·ml－1＝2.8 g，氧化物X中O的质量为m(O)＝3.92 g－2.8 g＝1.12 g, n(O)＝ eq \f(m,M) ＝ eq \f(1.12 g,16 g·ml－1) ＝0.07 ml，n(Fe)∶n(O)＝0.05 ml∶
0.07 ml＝5∶7，所以氧化物X的化学式为Fe5O7。选项D合理。
【加固训练—拔高】
1．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
【解析】选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：n＋2m＝8、n＋3m＝11，解得n＝2，m＝3，该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。
2．向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100 mL浓度为1.0 ml·L－1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，有气体放出，所得溶液中加入KSCN溶液后无红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量此混合物，能得到铁的质量是( )
A．11.2 g B．5.6 g C．2.8 g D．1.4 g
【解析】选C。Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O；Fe＋2FeCl3===3FeCl2。由题意“恰好使混合物完全溶解”及“加入KSCN溶液后无红色出现”，可知溶液中无Fe3＋，为FeCl2溶液，即Fe、FeO、Fe2O3中的Fe全部转化到FeCl2中，因n(Cl)＝0.1 L×1.0 ml·L－1＝0.1 ml，所以n(Fe)＝0.05 ml，则m(Fe)＝0.05 ml×56 g·ml－1＝2.8 g。
考点二 铁的氢氧化物(命题指数★★★★★)
判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁。( )
提示：×。制备氢氧化亚铁应避免被氧气氧化，向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时应把胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌。
(2)向FeCl3溶液中加入Mg(OH)2：3Mg(OH)2＋2Fe3＋===2Fe(OH)3＋3Mg2＋。( )
提示：√。溶解度较小转化为溶解度更小的容易实现。
(3)在中性溶液中Cl－、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 、Na＋、Fe3＋可大量共存。( )
提示：×。中性溶液中Fe3＋水解生成Fe(OH)3。
(4)Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3，说明稳定性：Fe(OH)2