专题08 铁及其化合物 （热点讲义）-2022年高三毕业班化学常考点归纳与变式演练

这是一份专题08 铁及其化合物 （热点讲义）-2022年高三毕业班化学常考点归纳与变式演练，文件包含专题08铁及其化合物热点讲义-2022年高三毕业班化学常考点归纳与变式演练原卷版docx、专题08铁及其化合物热点讲义-2022年高三毕业班化学常考点归纳与变式演练解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共40页， 欢迎下载使用。
【考向预测】
1.铁元素是过渡元素的代表,而铁及铁合金材料又在工农业生产中有着重要应用,因此铁及其化合物的有关知识是高考的热点内容之一,通常出现在非选择题中,个别选择题的选项中有所涉及。
2.预计命题以生活、生产、实际应用为背景,突出铁及其化合物的性质、应用题型延续选择题、填空题、综合推断题及实验探究题的形式。
【专题导航】
热点题型一：铁的性质及应用
热点题型二：铁的氧化物
热点题型三：铁的氢氧化物的性质
热点题型四：氢氧化亚铁的制备
热点题型五：Fe2＋、Fe3＋的性质及相互转化
热点题型六：Fe2＋、Fe3＋的检验
热点题型七：铁及其化合物转化关系及定量判断
【题型归纳】
热点题型一：铁的性质及应用
【知识清单】
铁位于元素周期表中第四周期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。
2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3；Fe＋Seq \(=====,\s\up7(△))FeS。
3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。
Fe与过量稀HNO3的反应：Fe＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
Fe与少量稀HNO3的反应：3Fe＋2NOeq \\al(－,3)＋8H＋===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O。
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。
注意：
（1）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。
（2）铁遇冷的浓硝酸、浓硫酸时，表面会生成一层致密的氧化膜，化学上称之为钝化，属于化学变化。
【例1】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
【例2】把一定量铁粉放入氯化铁溶液中，完全反应后，所得溶液中Fe2+和Fe3+的溶度恰好相等，则未反应的Fe3+和已反应的Fe3+的物质的量的比为
A．1∶1B．1∶2C．3∶2D．2∶3
【变式1】在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应可以得到铁的氧化物。用如图装置制取铁的氧化物(夹持及加热装置均已略去)。下列说法正确的是
A．烧瓶②用于提供反应物，烧瓶③用作安全瓶
B．实验时，必须对①②③进行加热
C．①②③中依次盛装铁粉、浓、水
D．④处的气体收集方法也可用于收集氨气和甲烷
【变式2】将aml铁片(打磨后)投入含1ml FeCl3、1ml CuCl2的溶液中，下列说法错误的是
A．铁片完全溶解时，有2aml电子发生转移 B．只有当a>0.5时，才有可能析出铜单质
C．整个反应过程只发生了置换反应 D．铁片溶解过程中有气体产生
热点题型二：铁的氧化物
【知识清单】
注意：
（1）FeO与稀硝酸反应的化学方程式：3FeO＋10HNO3===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O。
（2）FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式：
FeO＋2HI===FeI2＋H2O、Fe2O3＋6HI===2FeI2＋I2＋3H2O。
【例1】指南针是中国古代四大发明之一，它的发明推动了人类的文明与发展，下列说法错误的是
A．指南针的主要成分是红棕色的四氧化三铁
B．“方家以磁石磨针锋，则能指南”中涉及物理变化
C．指南针又名司南，司南青铜底盘的熔点低于铜
D．沾有油污的指南针可以用碳酸钠溶液洗涤
【例2】将一定质量Fe2O3和Al2O3的混合固体溶解在200mL0.1ml·L-1的过量H2SO4溶液中，然后向其中加入NaOH溶液使Fe3+、Al3+刚好完全沉淀，用去NaOH溶液100mL，则NaOH溶液的浓度为
A．0.4ml·L-1B．0.2ml·L-1
C．0.1ml·L-1D．0.8ml·L-1
【变式1】已知：普通铁＋水蒸气铁的氧化物＋氢气，铁的氧化物＋氢气 “引火铁”+水蒸气，“引火铁”为颗粒很细、反应活性很高的铁粉。某实验小组使用普通铁粉、20%的盐酸及其他试剂制备“引火铁”，装置图(铁架台、铁夹、铁网、石棉网、加热仪器等略去)如下。

关于上述装置和实验，下列分析错误的是
A、I中加入普通铁粉，G中可加人碱石灰
B．A中生成磁性氧化铁，E中生成“引火铁
需要加热的仪器只有A、E
D．D用于收集氢气，F处的尾气需处理
【变式2】用CO还原2.40g氧化铁，当固体质量变成2.28g时，测得此固体中只存在2种氧化物。则此固体成分和它们的物质的量之比可能的是
A．n(FeO)：n(Fe3O4)=1∶1B．n(Fe2O3)：n(FeO)=2∶1
C．n(Fe2O3)：n(FeO)=1∶1D．n(Fe2O3)：n(Fe3O4)=1∶1
【方法提炼】确定铁的氧化物组成的方法归纳
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)＝eq \f(m,56)∶eq \f(n,16)＝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)。
热点题型三：铁的氢氧化物的性质
【知识清单】
Fe(OH)2：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，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
与盐酸反应：与Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3：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，2Fe(OH)3eq \(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O；与盐酸反应：Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O。
制取Fe(OH)3用可溶性铁盐与碱反应，离子方程式为Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
注意：
（1）FeO、Fe3O4、Fe(OH)2与足量HNO3反应时，发生氧化还原反应，Fe2＋被HNO3氧化生成Fe3＋
（2）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＋。
【例】把少量废铁屑溶于过量稀硫酸中，过滤，除去杂质，在滤液中加入适量硝酸，再加入过量氨水，有红褐色沉淀生成。过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣。上述沉淀和残渣分别为
A．Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe3O4B．Fe(OH)2、FeO
C．Fe(OH)3、Fe2O3D．Fe2O3、Fe(OH)3
【变式】已知A为常见的金属单质，根据如图所示的关系，下列叙述中正确的是
A．A为Fe，B为FeO
B．溶液的颜色变化：浅绿色棕黄色
C．⑤的离子方程式：
D．④的离子方程式：
热点题型四：氢氧化亚铁的制备
【解题方法】
1.制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)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，利用产生的H2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。
【例】下列各图示中，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
【变式】Fe(OH)2的制备实验是实验研究的热点，某化学学习小组设计了下列方法制备氢氧化亚铁。
方法一：用如图所示装置(夹持仪器省略)制备氢氧化亚铁。
实验步骤如下：
I.检查装置气密性后，关闭K2、K5，打开K1、K3、K4，使装置A中产生的气体进入装置B中，排尽B中空气。
II.待B中空气排尽后，关闭K3，打开K2，将A中溶液压入B中并观察现象。
III.关闭K1、K2，打开K5，使C中气体通入B中并观察现象。
回答下列问题：
(1)仪器a的名称是___________，B中长玻璃管的作用___________。
(2)H2O2的电子式___________。
(3)装置A中金属离子的检验方法___________。
(4)步骤III装置B中的现象是_________________，其发生反应的化学方程式为___________。
方法二：用铁和石墨作电极材料，通过电解法制备氢氧化亚铁，装置如图所示。
(5)铁与电源的___________(填“正”或“负”)极相连。
(6)阴极发生的电极反应方程式___________。
(7)在标准状况下，当阴极产生 11.2L 气体时，理论上生成___________g Fe(OH)2。
【方法提炼】
防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
(2)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。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。
热点题型五：Fe2＋、Fe3＋的性质及相互转化
【知识清单】
亚铁盐：含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，既有氧化性，又有还原性。
（1）Fe2＋的还原性：Fe2＋eq \(―――――――――――――→,\s\up9(O2、Cl2、Br2、HNO3),\s\d3(KMnO4H＋、H2O2、HClO等))Fe3＋
Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。
FeCl2溶液与HNO3溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
（2）Fe2＋的弱氧化性：Fe2＋eq \(――→,\s\up7(Zn))Fe。
（3）Fe2＋可发生水解反应：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。
2．铁盐：含Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋具有较强的氧化性。
（1）Fe3＋eq \(―――――――――――→,\s\up9(Fe、Cu、S2－、SO\\al(2－,3)、I－),\s\d3(SO2、H2S、HI等))Fe2＋
2Fe3＋＋SOeq \\al(2－,3)＋H2O===2Fe2＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2H＋；
2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。
2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。
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，工业上常用调节pH的方法除去溶液中的铁离子。
②利用Fe3＋易水解的性质，实验室可将饱和FeCl3溶液滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，
FeCl3＋3H2O eq \(=====,\s\up7(△)) Fe(OH)3(胶体)＋3HCl。
③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 eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 、AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 、CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 等水解呈碱性的离子不能大量共存。
【例1】铁及其化合物是中学化学中的一类重要物质．下列关于铁元素的叙述中正确的是
A．成立说明氧化性：
B．、的溶液中，、、、可以大量共存
C． g铁与足量的氯气反应失去的电子为 ml
D．硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液：
【例2】硫酸亚铁是一种重要的化工原料，部分转化如下图所示。下列说法正确的是
A．用酸性KMnO4溶液可以检验FeSO4是否变质
B．制纳米Fe3O4时通入的O2需过量
C．制FeCO3时应将Na2CO3溶液加入FeSO4溶液中
D．生成(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的反应为氧化还原反应
【变式】某工厂的工业废水中含有大量的和较多的。为了减少污染并变废为宝，工厂计划从该废水中回收和金属铜。请根据以下流程图，回答下列问题：
(1)⑥操作方法的名称是______；操作⑨包括：蒸发浓缩、______、过滤、洗涤、低温干燥。
(2)加入试剂⑤发生反应的离子方程式为______。
(3)试剂⑦的化学式为______。
(4)某兴趣小组同学欲鉴别④中的金属阳离子，设计如下实验：
甲同学取2.0mL④溶液，滴加氢氧化钠溶液，产生白色沉淀且很快变为灰绿色，最后变为红褐色沉淀，其中涉及氧化还原反应的化学方程式为______。
乙同学取2.0mL④溶液，先加入几滴溶液，无明显现象，再加入几滴氯水，溶液变红，其中涉及氧化还原反应的离子方程式为______。
(5)若按上述工艺处理1000L该工业废水，制得320g铜，则该工业废水中______。
热点题型六：Fe2＋、Fe3＋的检验
【知识清单】
Fe2＋、Fe3＋的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
eq \x(混合溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变红色，说明含有Fe3＋；
eq \x(混合溶液)eq \(――――→,\s\up9(滴加酸性),\s\d3(KMnO4))KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2＋。
(4)Fe2＋的特征检验方法
溶液eq \(―――――――→,\s\up7(K3[FeCN6]溶液))产生蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋，有关反应离子方程式为
3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
【例1】如图所示，硫酸铁与M、N、P、Q反应产生不同的现象。则各符号对应的试剂错误的是（ ）
A．M：硫氰化钾溶液
B．N：铁粉
C．P：氢氧化钡溶液
D．Q：氨水
【例2】某学习小组探究铁丝(含杂质碳)与浓硫酸的反应，反应装置如下图。下列说法错误的是
A．无法直接使用pH试纸来判断反应后硫酸是否剩余
B．可用KSCN和K3[Fe(CN)6]检验反应后溶液中铁元素的价态
C．将22.4mL(标准状况下)反应生成的气体通入足量氯水中，再滴加足量BaCl2溶液，最终得到0.233g沉淀
D．生成的气体通入BaCl2溶液产生白色浑浊，可能是硫酸蒸气逸出或部分SO2被氧化所致
【变式】FeCl3具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl3高效，且腐蚀性小。请回答下列问题：
(1)FeCl3溶液腐蚀钢铁设备，除H+作用外，另一主要原因是(用离子方程式表示)_______。
(2)为节约成本，工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式：_______
某化学研究性学习小组探究Fe3+和之间发生的反应
(3)取5mLFeCl3浓溶液于试管中，逐滴加入Na2SO3浓溶液，观察到溶液颜色由黄色变为红棕色，继续加入Na2SO3浓溶液至过量，溶液颜色加深，最终变为红褐色。无气泡产生，无沉淀生成。除了观察到以上的现象外，有成员提出了另一种可能：发生氧化还原反应。反应的离子方程式为_______。
(4)研究性学习小组设计了两种实验方案证明发生了氧化还原反应。请把实验方案补充完整：
(方案一)检验溶液中含有Fe2+证明发生了氧化还原反应
(方案二)检验溶液中含有_______证明发生了氧化还原反应
Ⅰ．预处理：将(方案一)中获得的混合物放在如图装置中处理足够时间。
Ⅱ．检验过程
①简述证明溶液中含有Fe2+的操作方法及现象：_______；
②检验溶液中含有另一种离子可选用的试剂是：_______。
热点题型五：铁及其化合物转化关系及定量判断
【知识清单】铁及其化合物转化关系中的“价类二维图”
(1)横向变化体现了同价态不同类别(单质、氧化物、盐、碱)之间的转化：
①碱性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)转化为盐；
②Fe2＋、Fe3＋与碱(OH－)反应生成对应的碱；
③难溶性的碱易分解生成对应的氧化物，但难溶性的碱性氧化物一般不与水反应生成对应的碱。
(2)纵向变化体现不同价态同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。
(3)斜向变化体现不同价态、不同类别之间物质的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。
注意：
（1）Fe3＋处于铁元素的高价态，因而铁盐遇到Fe、Cu、HI、H2S、H2SO3等具有较强还原性的物质时，能被还原为亚铁盐。
（2）Fe2＋处于铁的中间价态，但常表现为还原性，当亚铁盐遇到强氧化剂，如Cl2、Br2、HNO3、MnOeq \\al(－,4)(H＋)、H2O2等均能被氧化为铁盐。
【例1】用切割的废铁屑(主要成分为 Fe，少量 FeO、Fe2O3、油污、沙土)制备超顺磁性(平均直径 25 nm)纳米Fe3O4 的流程示意图如图：
下列叙述中正确的是
A．可用 Na2CO3 溶液、乙醇、乙酸等对废铁屑进行预处理
B．步骤④中的 H2O2 作还原剂
C．步骤⑤发生的反应方程式为 Fe2++2FeOOH=Fe3O4+2H+
D．纳米Fe3O4 均匀分散到水中形成的混合物能发生丁达尔效应
【例2】向100mL Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中逐渐加入铁粉，充分反应后溶液中剩余固体的质量与加入铁粉的质量关系如图所示。忽略溶液体积的变化，下列说法错误的是
A．a点时溶液中的阳离子为Cu2+、Fe2+和Fe3+
B．b点时溶液中发生的反应为Fe3++ Cu2+=Cu+Fe2+
C．c点时溶液中溶质的物质的量浓度为0.5ml/L
D．原溶液中Fe2(SO4)3和CuSO4的物质的量浓度之比为1：1
【变式1】向稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析错误的是( )
A．OA段产生的是NO，AB段的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，BC段产生H2
B．A点溶液中的溶质为Fe(NO3)3和H2SO4
C．原混合酸中NOeq \\al(－,3)物质的量为0.2 ml
D．原混合酸中H2SO4的物质的量浓度为2 ml·L－1
【方法提炼】
铁与硫酸、硝酸的混酸反应顺序总结：足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：Fe＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(若H＋量不足，该反应不再发生)。
【变式2】铁是人体必需的微量元素，铁摄入不足可能引起缺铁性贫血。黑木耳中含有比较丰富的铁元素，某研究型学习小组同学测定某地黑木耳中铁的含量。
(1)称量黑木耳，将之洗净切碎，用蒸馏水浸泡，但浸泡液中未能检测到铁元素。高温灼烧黑木耳，使之完全灰化。将木耳灰用下图流程处理，对滤液中的溶质进行研究 。
①浸泡液检测不出铁元素的原因是______。
②黑木耳放在_______填仪器名称)高温灼烧。
③滤液中铁元素的存在形式是 Fe2+、_____；试剂l应该是_____。
(2)A转化为 B可加入的试剂有______。
A．酸性高锰酸钾 B．Cl2 C．H2O2 D． HNO3
(3)C生成D时的反应现象为_______。
(4)已知在酸性条件下Fe2+可被氧气为Fe3+，配平此离子方程式：____Fe2+ +____O2 +______H+=____Fe3+ +___H2O，标出电子转移方向和数目______，若该反应每转移 8ml 电子，标准状况下消耗O2的体积为_____L。
(5)若称取ag黑木耳全部烧成灰，将全部灰按照上面的流程中加入试剂2的方法，全部转化为D,然后过滤、洗涤加热烘干、称得D质量为bg，_____(填“能”或“否”)来测得出该黑木耳铁元素的含量，理由是________。
【方法提炼】高考新热点——以Fe2＋、Fe3＋为载体的综合实验探究
铁元素有多种价态，化合物种类较多，特别是Fe2＋、Fe3＋的性质多样，是命制综合实验题恰当的载体。考查内容可涉及物质性质的探究、物质的制备、成分测定、离子检验等，通过上述问题的设计，同时可考查仪器的使用、条件的控制、物质的分离提纯、实验安全等化学实验基础知识。
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H＋反应的离子方程式
FeO＋2H＋===
Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===
2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===
Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O