第09讲 铁及其重要化合物（讲）-2022年高考化学一轮复习讲练测

第三章  金属及其化合物

第09讲  铁及其重要化合物（精讲）

【考情分析】

本讲内容为高考的高频考点，从分值来看，铁所占的比重最大，除铁是重要的金属元素外，还取决于铁元素与生产生活的紧密联系，Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的转化，以及所承载的氧化还原反应等重要知识点。考查内容主要集中在“铁三角”，Fe与酸的反应，铁的变价、Fe(OH)2和Fe(OH)3的性质等。考查内容能在多种题型中出现，选择、简答、实验、推断、计算都有。

【核心素养分析】

1.宏观辨识与微观探析：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.科学态度与社会责任：利用铁及其化合物的性质，科学认识铁及其化合物的提纯和制备工艺流程，形成严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。

3.科学探究与创新意识：能提出有价值的氢氧化亚铁及其他铁的化合物的制备方案，并进行实验探究。

【网络构建】

【知识梳理】

知能点一   铁

1.位置：铁位于元素周期表中第4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。

2.结构

3.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。

4.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。

（1）与非金属单质的反应

①与O2的反应：

常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。

点燃：3Fe＋2O2Fe3O4。

②与Cl2的反应：2Fe＋3Cl22FeCl3。

③与S的反应：Fe＋SFeS。

④与I2的反应：Fe＋I2FeI2

（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

（4）与某些盐溶液反应

①与CuSO4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。

②与FeCl3溶液反应的离子方程式：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。

【易错提醒】①Fe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铁与一般氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2＋，铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等)反应时被氧化为Fe3＋。

④在电化学中铁作负极时电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。

5.铁的冶炼

（1）原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。

（2）设备：高炉。

（3）主要反应：

①还原剂的生成：C＋O2CO2，CO2＋C2CO；

②铁的生成：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。

智能点二  铁的重要化合物

1．铁的氧化物

2.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)3Fe2O3＋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↓。

【易错提醒】①Fe(OH)2与硝酸反应不是发生中和反应生成盐和水，而是发生氧化还原反应3Fe(OH)2＋10HNO3=3Fe(NO3)3＋NO↑＋8H2O。

②Fe(OH)3与氢碘酸(HI)反应不是发生中和反应生成盐和水，而是发生氧化还原反应2Fe(OH)3＋6HI=2FeI2＋I2＋6H2O。

(2)制法

①可溶性亚铁盐与强碱或氨水反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓或Fe2＋＋2NH3·H2O===Fe(OH)2↓+2NH4+。

注意：空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，防止Fe(OH)2氧化的方法：

A.将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。

B.将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部，并慢慢挤出NaOH溶液。

C.在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。

D.在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。

②可溶性铁盐与强碱或氨水反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓或Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH4+。

3．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。

4．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＋3H2OFe(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、[Al(OH)4]－、CO、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。

知能点三   Fe2＋和Fe3＋的检验

1．亚铁盐

(1)Fe2＋的氧化性和还原性

①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＋)、MnO(H＋)等均表现为还原性。

②Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O

③向FeSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液褪色。反应的离子方程式：MnO＋5Fe2＋＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。

(2)可水解

Fe2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液因水解呈酸性。

2．铁盐

(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。

①Fe3＋与Cu反应的离子方程式：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。

②Fe3＋与I－反应的离子方程式：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。

(2)特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN时变成血红色。

(3)易水解：Fe3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。

3．Fe2＋、Fe3＋的检验方法

(1)Fe2＋的检验

 (2)Fe3＋的检验

 (3)混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验

①Fe3＋的检验

a.溶液变血红色，说明含有Fe3＋

b.试纸变蓝色，说明含有Fe3＋

②Fe2＋的检验

a.KMnO4溶液褪色，说明含有Fe2＋

b.溴水褪色，说明含有Fe2＋

c.生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋

【易错提醒】检验Fe2＋和Fe3＋时的注意事项

(1)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(新制氯水能氧化SCN－)。

(2)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)。

知能点四   “铁三角”的转化关系及其应用

(1)“铁三角”的转化

用离子方程式表现转化

①2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋

②2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋4H＋＋SO

③3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑

④5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O

⑤2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

(2)判断离子共存

Fe2＋与NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)发生氧化还原反应，不能大量共存；

Fe3＋与S2－、I－、SO发生氧化还原反应，不能大量共存；

Fe2＋、Fe3＋与HCO、CO等水解相互促进生成沉淀，不能大量共存。

(3)除杂

(4)盐溶液的配制与保存

(5)物质的制备

【典例剖析】

高频考点1  考查铁及其化合物的性质与应用

例1．（2021·上海浦东新区·高三二模）在铁粉与水蒸气反应后的残留固体X中，加入足量的稀硫酸，充分反应后得到溶液Y。下列说法正确的是

A．若X中含有铁，则反应时一定有气泡

B．若向Y中滴入KSCN溶液显红色，则X中无铁

C．Y一定能使高锰酸钾溶液褪色

D．Y中滴入NaOH溶液，一定有沉淀产生

【变式训练】（2021·上海青浦区·高三二模）春秋初年，我国已掌握了冶铁技术。下列有关铁的化学反应的叙述正确的是

A．室温下，过量Fe与浓硫酸反应生成FeSO4

B．加热时，过量Fe与氯气反应生成FeCl2

C．高温下，铁与水蒸气反应有Fe3O4生成

D．高温下，铁粉与氧化铝粉末反应生成单质铝

高频考点2  考查Fe2＋、Fe3＋ 的性质及其检验

例2．（2021·上海静安区·高三一模）欲证明某稀溶液中含有Fe2+而无Fe3+，必要的实验操作及最佳顺序为

①滴加少量氯水②滴加足量碘水③滴加少量硫氰化钾溶液

A．①→③ B．③→② C．③→① D．①→②→③

【变式训练】（2021·上海奉贤区·高三二模）要证明某久置的溶液中是否还含有，以下最适合的试剂是

A．KSCN溶液 B．溶液 C．酸性溶液 D．溶液

高频考点3  考查“铁三角”的转化及应用

例3.（2020·河北正定中学模拟）硫酸亚铁铵晶体[（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O]在空气中比一般亚铁盐稳定，是定量分析化学中常用的还原剂，其实验室制备流程如图所示：

下列说法不正确的是（　　）

A.“除油污”过程中使用热的Na2CO3溶液效果更好

B.制备硫酸亚铁时铁屑与硫酸反应完全时的现象是不再有气泡产生

C.“趁热过滤”后的滤液略显黄色的原因是4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O

D.理论上加入（NH4）2SO4固体的质量为6.0g

【变式训练】 (2020·青铜峡市高级中学月考)下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是(　　)

A．为了防止氯化亚铁溶液久置变质，常在其溶液中加入少许铁钉

B．将饱和FeCl3溶液滴入沸水中，能形成胶体

C．新制的氢氧化亚铁沉淀露置在空气中最终会变为红褐色

D．除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中加铁粉，然后过滤

高频考点4  考查氢氧化亚铁的制备

例4.(2020·河北唐山市区县联考)下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(　　)

A．①②③④ B．①②③⑤

C．①③④⑤ D．②③④⑤

【变式训练】（2020·山东淄博一中模拟）如图所示，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中烧瓶内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中发生反应的化学方程式为__________________。

高频考点5  考查有关铁及其化合物的计算

例5．(2020·郑州质检)有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 mol·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2，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．Fe2O3 B．Fe3O4 

C．Fe4O5 D．Fe5O7

【变式训练】(2020·河北唐山市区县联考)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．FeO·2Fe2O3

C．2FeO·3Fe2O3 D．2FeO·Fe2O3

高频考点6、考查铁及其化合物性质的实验探究

例6．（2021·江苏常州市·高三二模）利用如下实验研究与的反应。

步骤1：向烧杯中加入10mL 0.1的KI溶液，再滴加2mL 0.1的溶液，振荡，把溶液分为四等份于编号为①②③④的四支试管中。

步骤2：向试管①中加入淀粉溶液，观察到溶液变蓝。

步骤3：向试管②中滴加15% KSCN溶液5～6滴，观察到溶液变红。

步骤4：向试管③、试管④中分别加入1mL 2.0的溶液和1mL的蒸馏水，振荡，观察到试管③中溶液颜色比试管④中溶液颜色浅。

下列说法不正确的是

A．试管①中的现象说明此条件下的氧化性大于

B．试管②中的现象说明与的反应为可逆反应

C．试管②中红色物质的组成为，此微粒中心离子的配位数为

D．步骤4的现象不能说明此条件下能将氧化成

【变式训练】（2021·四川成都市·高三三模）将铁棒插入95%的浓硫酸中(如图所示)，探究铁与浓硫酸的反应。观察到立即产生大量的细腻气泡聚集在液体表面，犹如白色泡沫，由快变慢直至停止，酸液中出现白色不溶物，静置后分层。下列说法错误的是

A．产生的气体可能是SO2和少量的H2

B．取上层清液滴加少量饱和FeSO4溶液，有白色固体X析出，推测固体X可能是FeSO4

C．反应过程中FeSO4的生成也可能使反应由快变慢

D．取反应后铁棒直接放入盛有KSCN溶液的烧杯中，可检验反应时是否有Fe3+生成