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新高考化学一轮复习讲练测第07讲 铁及其化合物（讲）（解析版）
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1.能从物质类别和铁元素化合价的角度认识铁及其化合物的性质，理清铁元素不同价态之间的转化关系，增强证据推理与模型认知的能力。
2.会设计实验制备氢氧化亚铁，检验Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性与还原性，增强科学探究与创新意识。
【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。
知识点一 铁及其重要化合物的性质
1．铁
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。
(1)结构
(2)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。
(3)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
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)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。
③与酸的反应
④与某些盐溶液反应
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
【归纳总结】
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＋。
(3)铁的冶炼
冶炼原理：Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2
2．铁的氧化物
3.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。
【方法技巧】防止Fe(OH)2被氧化的方法
(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试管的亚铁盐溶液底部，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，在溶液上面加苯、汽油等保护层，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取Fe(OH)2。
(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)3eq \(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋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↓。
4．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、NOeq \\al(－,3)(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。
5．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－、SOeq \\al(2－,3)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＋3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Fe(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HCOeq \\al(－,3)、[Al(OH)4]－、COeq \\al(2－,3)、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。
知识点二 Fe2＋和Fe3＋的检验
1．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、NOeq \\al(－,3)(H＋)、MnOeq \\al(－,4)(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＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
向FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液褪色。反应的离子方程式：MnOeq \\al(－,4)＋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。
如用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe3＋＋Cu2＋。
(2)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.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变血红色，说明含有Fe3＋
b.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(淀粉/KI试纸))试纸变蓝色，说明含有Fe3＋
②Fe2＋的检验
a.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加酸性),\s\d5(KMnO4溶液))KMnO4溶液褪色，说明含有Fe2＋
b.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加溴水))溴水褪色，说明含有Fe2＋
c.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加K3[Fe（CN）6]溶液))生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋
4．亚铁盐、铁盐性质应用
(1)盐溶液的配制与保存
(2)物质的制备
(3)判断离子能否共存
Fe2＋eq \f(不共存, )NOeq \\al(－,3)(H＋)、ClO－、MnOeq \\al(－,4)(H＋)
Fe3＋eq \f(不共存, )S2－、I－、SOeq \\al(2－,3)
Fe3＋eq \f(不共存, )HCOeq \\al(－,3)、COeq \\al(2－,3)等水解相互促进的离子
高频考点一 铁及其化合物的性质
例1.（高考组合题）下列有关物质性质的叙述错误的是（ ）
A.（2021·浙江卷）铁粉与氧化铝发生的铝热反应可用于焊接铁轨
B.（2019·天津卷）将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2
C.（2020·江苏卷）室温下，Fe与浓H2SO4反应生成FeSO4
D.(2021·湖南卷)FeO粉末在空气中受热，迅速被氧化成Fe3O4
【答案】AC
【解析】铝粉与氧化铁发生铝热反应时放出大量的热，因此，生成的铁是液态的，其可以将两段铁轨焊接在一起，故其可用于焊接铁轨，但是，铁粉与氧化铝不能发生铝热反应，A错误；铁和亚铁能将氯气还原为氯离子，从而除去工业废气中的氯气，B正确；室温下，铁在浓硫酸中发生钝化，C错误；氧化亚铁具有较强的还原性，在空气中受热容易被氧气氧化为稳定的四氧化三铁，D正确。
【变式探究】（高考组合题）下列观点的叙述正确的是（ ）
A.（2021·浙江卷）将生铁进一步炼制减少含碳量，能得到耐腐蚀的钢
B.（2017·江苏卷）FeFeCl2Fe(OH)2
C.（2018·江苏卷）
D.（2017·新课标II卷）向2 mL 0.1 ml·L－1的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液，黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，说明还原性：Fe>Fe2+
【答案】AD
【解析】将生铁进一步炼制可以减少碳含量，在使用这种钢材时可以减少电化学腐蚀过程，这样的钢材更耐腐蚀，A正确；铁与氯气反应只能生成氯化铁，B错误；Al与Fe2O3高温发生铝热反应生成Al2O3和Fe，Fe与HCl反应生成FeCl2和H2，第二步反应不能实现，C错误；加入过量的铁粉，黄色消失，加入KSCN溶液，溶液不变色，说明Fe3＋完全被消耗，即Fe＋2Fe3+=3Fe2+，根据氧化还原反应规律，还原剂的还原性大于还原产物得还原性，Fe元素化合价升高，Fe为还原剂，Fe2+即使还原产物又是氧化产物，因此还原性Fe>Fe2+，D正确。
高频考点二 铁及其化合物的转化与计算
例2．(2021·广东卷)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A．a可与e反应生成b
B．b既可被氧化，也可被还原
C．可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D．可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
【答案】C
【解析】由题图可知，a为Fe，b中含有Fe2＋，c为Fe(OH)2，d为Fe(OH)3，e中含有Fe3＋。Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，a可与e反应生成b，A推断合理；Fe2＋既可以被氧化为Fe3＋，也可以被还原为Fe，B推断合理；可将饱和的Fe3＋溶液加入沸水中制得Fe(OH)3胶体，而不是浓碱液中，C推断不合理；可存在Fe2＋eq \(――→,\s\up7(OH－))Fe(OH)2eq \(――→,\s\up7(O2))Fe(OH)3eq \(――→,\s\up7(H＋))Fe3＋eq \(――→,\s\up7(Fe))Fe2＋的循环转化关系，D推断合理。
【变式探究】在给定条件下，下列物质间的转化不能实现的是( )
A．Feeq \(――→,\s\up7(Cl2),\s\d5(△))FeCl3 B．Feeq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(常温))FeSO4
C．Feeq \(――→,\s\up7(H2O(g)),\s\d5(高温))Fe3O4 D．Feeq \(――→,\s\up7(FeCl3溶液),\s\d5(常温))FeCl2
【答案】B
【解析】Fe和Cl2在加热条件下发生反应生成FeCl3：2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(△))2FeCl3，物质间的转化能实现，故A不符合；常温下Fe在浓硫酸中发生钝化不能继续反应，物质间的转化不能实现，故B符合；Fe和H2O(g)在高温条件下发生反应生成Fe3O4和H2：3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2，物质间的转化能实现，故C不符合；Fe和FeCl3溶液反应生成FeCl2：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，物质间的转化能实现，故D不符合。
高频考点三、铁及其化合物的实验探究
例3.（2019·新课标Ⅰ卷）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②需要加热的目的是 ，
温度保持80~95 ℃，采用的合适加热方式是 。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为 (填标号)。
A B C D
(3)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。
(4)步骤⑤的具体实验操作有 ，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为 。
【解析】 (1)油污在热的碱性条件下易水解，故去除废铁屑表面的油污的方法是碱煮水洗。(2)适当加热可加快反应速率。加热温度为80~95 ℃，低于100 ℃，可用热水浴加热。铁屑中含有少量硫化物，与H2SO4反应生成H2S气体，H2S易与NaOH溶液反应，为防倒吸，故选C装置。(3)足量的H2O2可充分将Fe2+氧化为Fe3+，且不会引入新的杂质。Fe3+易水解，故溶液应保持一定的pH，防止Fe3+水解。(4)在过程④后溶液中存在大量的Fe3+、N QUOTE H4+、S QUOTE O42-，从溶液中提取晶体的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。(5)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]晶体失去1.5个结晶水，失重5.6%，可知1.5×18266+18x QUOTE ×100%=5.6%，解得x=12，硫酸铁铵晶体的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O。
【答案】(1)碱煮水洗
(2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+；不引入杂质 防止Fe3+水解
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
【变式探究】(2021·河北卷·节选)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了CrFeAlMg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)工序①的名称为________。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是______________(填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程式为___________________________________________。
(5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为_____________________________________，可代替NaOH的化学试剂还有________(填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序________(填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
【答案】(1)Fe、Cr (2)溶解
(3)Fe2O3、MgO
(4)2Na＋＋2CrOeq \\al(2－,4)＋2CO2＋H2O===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2NaHCO3↓
(5)4Fe(CrO2)2＋7O2＋16NaHCO3===8Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O Na2CO3
(6)②
【解析】铬铁矿与熔融NaOH和O2反应后经工序①过滤后得到滤渣Ⅰ和介稳态物质；介稳态相分离后得到Na2CrO4溶液、NaOH溶液和无色溶液，向无色溶液中通入过量气体A后生成Al(OH)3沉淀和物质Ⅴ的溶液，又知Na2CrO4溶液经工序③后得到Na2Cr2O7溶液和物质Ⅴ(s)，所以气体A为CO2，物质Ⅴ为NaHCO3。(1)Fe(CrO2)2中的Fe为＋2价，易被氧化为＋3价；Fe(CrO2)2中的Cr为＋3价，在后续产物Na2CrO4中Cr为＋6价，因此高温连续氧化工序中被氧化的元素是Fe和Cr。(2)工序①之后为过滤操作，因此加水的目的是溶解可溶性物质，工序①的名称为溶解。(3)经高温连续氧化工序和工序①后铬铁矿转化为CrOeq \\al(2－,4)、Al(OH)eq \\al(－,4)、Fe2O3和MgO，故滤渣Ⅰ的主要成分是Fe2O3和MgO。(4)由分析可知，气体A为CO2，不溶性物质Ⅴ为NaHCO3，故工序③中发生反应的离子方程式为2Na＋＋2CrOeq \\al(2－,4)＋2CO2＋H2O===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2NaHCO3↓。(5)由分析可知，物质Ⅴ为NaHCO3，可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为4Fe(CrO2)2＋7O2＋16NaHCO3===8Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O；可代替NaOH的化学试剂需满足以下两点要求：一是显碱性，二是能提供Na＋，因此可代替NaOH的化学试剂还有Na2CO3。(6)热解工序中产生的混合气体为CO2和水蒸气，最适宜返回工序②参与内循环。
高频考点四 氢氧化亚铁制备方法的实验创新改进
例4.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中长玻璃管的作用是________________________。
(2)装置A中金属离子的检验方法是________________________________________。
(3)步骤 Ⅲ 装置B中的现象是____________，其发生反应的化学方程式为______________。
【答案】(1)恒压滴液漏斗 平衡气压，辅助排出装置B中的空气 (2)取少量装置A烧瓶中的液体于洁净试管中，滴加几滴KSCN溶液，无红色出现，再滴加H2O2，溶液变为红色，则证明存在Fe2＋
(3)白色沉淀逐渐变为灰绿色，最后变为红褐色 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
【解析】氢氧化亚铁容易被氧气氧化，因此打开K1、K3、K4，关闭K2和K5，装置A中产生H2，排出装置B中的空气，因此长导管作用之一是辅助排出装置B中的空气，作用之二是平衡压强，防止装置中压强过大，发生危险。
【方法技巧】制备Fe（OH）2常用的三种方法
（1）有机层覆盖法
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，如图1所示。
（2）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，这样可较长时间观察到白色沉淀，如图2所示。
（3）电解法
用铁做阳极，电解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆盖苯（或煤油），如图3所示。
另外，反应液要现用现配，且配制亚铁盐溶液和碱溶液所用的蒸馏水都需要加热煮沸除氧。
【变式探究】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6ml·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________________________________________________________________________。
【解析】Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，发生反应：Fe2＋＋2OH－==Fe(OH)2↓；
Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。
【答案】（1）铁屑 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
（2）打开
（3）待A装置反应一段时间后关闭止水夹a，产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应
（4）4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
高频考点五 考查Fe2＋、Fe3＋ 检验与转化
例5.某同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 ml/L 的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是___________________________________________。
(2)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_____________________。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于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_____________________________________。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 ml/L KI溶液，加入6 mL 0.1 ml/L 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____________________。
【解析】(1)Fe2＋具有还原性，FeCl2溶液易被氧化而变质，配制FeCl2溶液时加入少量铁屑，目的是防止Fe2＋被氧化。(2)溶液变红，说明有Fe3＋生成，则FeCl2溶液与氯水反应生成FeCl3，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(3)甲组实验中，FeCl2易被空气中的O2氧化生成FeCl3，因此实验不够严谨。加入煤油，煤油的密度比水小，可以起到隔绝空气的作用，从而排除氧气对实验的影响。(4)实验②中K3[Fe(CN)6]溶液的作用是检验Fe2＋。根据实验①，CCl4层显紫色，说明有I2生成，根据实验②，生成蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成，根据实验③，溶液变红，说明有Fe3＋剩余，在I－过量的情况下，溶液中仍含有Fe3＋，由此可以证明该反应为可逆反应。
【答案】(1)防止Fe2＋被氧化
(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)Fe2＋ Fe3＋ 可逆反应
【方法技巧】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（新制氯水可以氧化SCN－）。
（2）当溶液浓度较稀时，利用观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe2＋和Fe3＋的存在。
（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）检验Fe2＋、Fe3＋的其他方法
①检验Fe2＋最好、最灵敏的试剂是铁氰化钾K3[Fe（CN）6]。
②检验Fe3＋也可用苯酚（C6H5OH），在FeCl3溶液中滴加苯酚，溶液显紫色。
【变式探究】实验小组研究二价铁的氧化反应，设计如下实验。
(1)实验所用的Fe(NO3)2溶液由Fe(NO3)3溶液和足量铁粉反应制得，离子方程式是
_________________________________________________________________________。
(2)实验Ⅰ中白色沉淀转变为红褐色的化学方程式是____________________________。
(3)现象b是________________________________________________________。
(4)实验小组对实验Ⅱ中何种物质氧化Fe2＋进行研究，提出两种假设：
ⅰ.酸性条件下，O2氧化了Fe2＋；
ⅱ.酸性条件下，________。
①将假设ⅱ补充完整。
②设计实验，证实了假设ⅰ不是实验Ⅱ中氧化Fe2＋的主要原因。将实验方案和现象补充完整。
步骤1：向1.0 mL________溶液中滴加1.5 mL 1.0 ml·L－1 H2SO4溶液；
步骤2：向上述所得溶液中滴加KSCN溶液，观察到________。
③向步骤2所得溶液中滴加NaOH溶液至pH约为5，检测到有Fe3＋产生。
(5)综合上述实验，说明二价铁的氧化反应与________因素有关。
【答案】(1)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ (2)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(3)红褐色沉淀溶解，溶液呈黄色
(4)①NOeq \\al(－,3)氧化了Fe2＋ ②0.1 ml·L－1 FeSO4 溶液颜色无明显变化
(5)溶液酸碱性强弱、氧化剂种类及二价铁的存在形式(或其他合理答案)
【解析】(3)Fe(NO3)2与氢氧化钠反应生成Fe(OH)2白色沉淀，被氧化变为红褐色沉淀Fe(OH)3，加入硫酸溶液后发生酸碱中和反应，红褐色沉淀溶解，溶液变为黄色。
(4)①在酸性条件下，NOeq \\al(－,3)具有氧化性，可将Fe2＋氧化，因此假设ⅱ为酸性条件下，NOeq \\al(－,3)氧化了Fe2＋。
②根据控制变量法可知，要证明氧化剂为氧气，需要排除硝酸根离子的干扰，因此，可以改为向1.0 mL 0.1 ml·L－1 FeSO4溶液中滴加1.5 mL 1.0 ml·L－1H2SO4溶液。
(5)根据实验的过程和实验现象可知，二价铁的氧化反应与溶液的酸碱性、氧化剂种类及二价铁的存在形式等因素有关。
与O2反应
常温
铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)
点燃
3Fe＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃))Fe3O4
与Cl2反应
点燃
2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3
与S、I2反应
Fe＋Seq \(=====,\s\up7(△))FeS、Fe＋I2eq \(=====,\s\up7(△))FeI2
与H＋反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
与稀HNO3反应
过量
Fe＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
少量
3Fe＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O
与浓H2SO4、浓HNO3反应
常温下钝化，加热分别生成SO2、NO2
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
方法1
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))无现象eq \(―――――――→,\s\up7(滴加氯水),\s\d5(或双氧水))溶液变红色，证明含有Fe2＋
方法2
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(――――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明含有Fe2＋
方法3
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――――→,\s\up7(加入K3[FeCN6]溶液))生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
方法1
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(――――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法2
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
实验序号
试剂及操作
现象
Ⅰ
现象a：生成白色沉淀，最终转变为红褐色
现象b：……
Ⅱ
现象c：溶液略呈黄色
现象d：溶液呈红色
1.能从物质类别和铁元素化合价的角度认识铁及其化合物的性质，理清铁元素不同价态之间的转化关系，增强证据推理与模型认知的能力。
2.会设计实验制备氢氧化亚铁，检验Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性与还原性，增强科学探究与创新意识。
【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。
知识点一 铁及其重要化合物的性质
1．铁
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。
(1)结构
(2)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。
(3)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
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)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。
③与酸的反应
④与某些盐溶液反应
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
【归纳总结】
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＋。
(3)铁的冶炼
冶炼原理：Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2
2．铁的氧化物
3.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。
【方法技巧】防止Fe(OH)2被氧化的方法
(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试管的亚铁盐溶液底部，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，在溶液上面加苯、汽油等保护层，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取Fe(OH)2。
(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)3eq \(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋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↓。
4．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、NOeq \\al(－,3)(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。
5．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－、SOeq \\al(2－,3)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＋3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Fe(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HCOeq \\al(－,3)、[Al(OH)4]－、COeq \\al(2－,3)、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。
知识点二 Fe2＋和Fe3＋的检验
1．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、NOeq \\al(－,3)(H＋)、MnOeq \\al(－,4)(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＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
向FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液褪色。反应的离子方程式：MnOeq \\al(－,4)＋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。
如用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe3＋＋Cu2＋。
(2)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.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变血红色，说明含有Fe3＋
b.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(淀粉/KI试纸))试纸变蓝色，说明含有Fe3＋
②Fe2＋的检验
a.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加酸性),\s\d5(KMnO4溶液))KMnO4溶液褪色，说明含有Fe2＋
b.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加溴水))溴水褪色，说明含有Fe2＋
c.eq \x(混合溶液)eq \(――→,\s\up7(滴加K3[Fe（CN）6]溶液))生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋
4．亚铁盐、铁盐性质应用
(1)盐溶液的配制与保存
(2)物质的制备
(3)判断离子能否共存
Fe2＋eq \f(不共存, )NOeq \\al(－,3)(H＋)、ClO－、MnOeq \\al(－,4)(H＋)
Fe3＋eq \f(不共存, )S2－、I－、SOeq \\al(2－,3)
Fe3＋eq \f(不共存, )HCOeq \\al(－,3)、COeq \\al(2－,3)等水解相互促进的离子
高频考点一 铁及其化合物的性质
例1.（高考组合题）下列有关物质性质的叙述错误的是（ ）
A.（2021·浙江卷）铁粉与氧化铝发生的铝热反应可用于焊接铁轨
B.（2019·天津卷）将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2
C.（2020·江苏卷）室温下，Fe与浓H2SO4反应生成FeSO4
D.(2021·湖南卷)FeO粉末在空气中受热，迅速被氧化成Fe3O4
【答案】AC
【解析】铝粉与氧化铁发生铝热反应时放出大量的热，因此，生成的铁是液态的，其可以将两段铁轨焊接在一起，故其可用于焊接铁轨，但是，铁粉与氧化铝不能发生铝热反应，A错误；铁和亚铁能将氯气还原为氯离子，从而除去工业废气中的氯气，B正确；室温下，铁在浓硫酸中发生钝化，C错误；氧化亚铁具有较强的还原性，在空气中受热容易被氧气氧化为稳定的四氧化三铁，D正确。
【变式探究】（高考组合题）下列观点的叙述正确的是（ ）
A.（2021·浙江卷）将生铁进一步炼制减少含碳量，能得到耐腐蚀的钢
B.（2017·江苏卷）FeFeCl2Fe(OH)2
C.（2018·江苏卷）
D.（2017·新课标II卷）向2 mL 0.1 ml·L－1的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液，黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，说明还原性：Fe>Fe2+
【答案】AD
【解析】将生铁进一步炼制可以减少碳含量，在使用这种钢材时可以减少电化学腐蚀过程，这样的钢材更耐腐蚀，A正确；铁与氯气反应只能生成氯化铁，B错误；Al与Fe2O3高温发生铝热反应生成Al2O3和Fe，Fe与HCl反应生成FeCl2和H2，第二步反应不能实现，C错误；加入过量的铁粉，黄色消失，加入KSCN溶液，溶液不变色，说明Fe3＋完全被消耗，即Fe＋2Fe3+=3Fe2+，根据氧化还原反应规律，还原剂的还原性大于还原产物得还原性，Fe元素化合价升高，Fe为还原剂，Fe2+即使还原产物又是氧化产物，因此还原性Fe>Fe2+，D正确。
高频考点二 铁及其化合物的转化与计算
例2．(2021·广东卷)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A．a可与e反应生成b
B．b既可被氧化，也可被还原
C．可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D．可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
【答案】C
【解析】由题图可知，a为Fe，b中含有Fe2＋，c为Fe(OH)2，d为Fe(OH)3，e中含有Fe3＋。Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，a可与e反应生成b，A推断合理；Fe2＋既可以被氧化为Fe3＋，也可以被还原为Fe，B推断合理；可将饱和的Fe3＋溶液加入沸水中制得Fe(OH)3胶体，而不是浓碱液中，C推断不合理；可存在Fe2＋eq \(――→,\s\up7(OH－))Fe(OH)2eq \(――→,\s\up7(O2))Fe(OH)3eq \(――→,\s\up7(H＋))Fe3＋eq \(――→,\s\up7(Fe))Fe2＋的循环转化关系，D推断合理。
【变式探究】在给定条件下，下列物质间的转化不能实现的是( )
A．Feeq \(――→,\s\up7(Cl2),\s\d5(△))FeCl3 B．Feeq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(常温))FeSO4
C．Feeq \(――→,\s\up7(H2O(g)),\s\d5(高温))Fe3O4 D．Feeq \(――→,\s\up7(FeCl3溶液),\s\d5(常温))FeCl2
【答案】B
【解析】Fe和Cl2在加热条件下发生反应生成FeCl3：2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(△))2FeCl3，物质间的转化能实现，故A不符合；常温下Fe在浓硫酸中发生钝化不能继续反应，物质间的转化不能实现，故B符合；Fe和H2O(g)在高温条件下发生反应生成Fe3O4和H2：3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2，物质间的转化能实现，故C不符合；Fe和FeCl3溶液反应生成FeCl2：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，物质间的转化能实现，故D不符合。
高频考点三、铁及其化合物的实验探究
例3.（2019·新课标Ⅰ卷）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②需要加热的目的是 ，
温度保持80~95 ℃，采用的合适加热方式是 。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为 (填标号)。
A B C D
(3)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。
(4)步骤⑤的具体实验操作有 ，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为 。
【解析】 (1)油污在热的碱性条件下易水解，故去除废铁屑表面的油污的方法是碱煮水洗。(2)适当加热可加快反应速率。加热温度为80~95 ℃，低于100 ℃，可用热水浴加热。铁屑中含有少量硫化物，与H2SO4反应生成H2S气体，H2S易与NaOH溶液反应，为防倒吸，故选C装置。(3)足量的H2O2可充分将Fe2+氧化为Fe3+，且不会引入新的杂质。Fe3+易水解，故溶液应保持一定的pH，防止Fe3+水解。(4)在过程④后溶液中存在大量的Fe3+、N QUOTE H4+、S QUOTE O42-，从溶液中提取晶体的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。(5)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]晶体失去1.5个结晶水，失重5.6%，可知1.5×18266+18x QUOTE ×100%=5.6%，解得x=12，硫酸铁铵晶体的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O。
【答案】(1)碱煮水洗
(2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+；不引入杂质 防止Fe3+水解
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
【变式探究】(2021·河北卷·节选)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了CrFeAlMg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)工序①的名称为________。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是______________(填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程式为___________________________________________。
(5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为_____________________________________，可代替NaOH的化学试剂还有________(填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序________(填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
【答案】(1)Fe、Cr (2)溶解
(3)Fe2O3、MgO
(4)2Na＋＋2CrOeq \\al(2－,4)＋2CO2＋H2O===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2NaHCO3↓
(5)4Fe(CrO2)2＋7O2＋16NaHCO3===8Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O Na2CO3
(6)②
【解析】铬铁矿与熔融NaOH和O2反应后经工序①过滤后得到滤渣Ⅰ和介稳态物质；介稳态相分离后得到Na2CrO4溶液、NaOH溶液和无色溶液，向无色溶液中通入过量气体A后生成Al(OH)3沉淀和物质Ⅴ的溶液，又知Na2CrO4溶液经工序③后得到Na2Cr2O7溶液和物质Ⅴ(s)，所以气体A为CO2，物质Ⅴ为NaHCO3。(1)Fe(CrO2)2中的Fe为＋2价，易被氧化为＋3价；Fe(CrO2)2中的Cr为＋3价，在后续产物Na2CrO4中Cr为＋6价，因此高温连续氧化工序中被氧化的元素是Fe和Cr。(2)工序①之后为过滤操作，因此加水的目的是溶解可溶性物质，工序①的名称为溶解。(3)经高温连续氧化工序和工序①后铬铁矿转化为CrOeq \\al(2－,4)、Al(OH)eq \\al(－,4)、Fe2O3和MgO，故滤渣Ⅰ的主要成分是Fe2O3和MgO。(4)由分析可知，气体A为CO2，不溶性物质Ⅴ为NaHCO3，故工序③中发生反应的离子方程式为2Na＋＋2CrOeq \\al(2－,4)＋2CO2＋H2O===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2NaHCO3↓。(5)由分析可知，物质Ⅴ为NaHCO3，可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为4Fe(CrO2)2＋7O2＋16NaHCO3===8Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O；可代替NaOH的化学试剂需满足以下两点要求：一是显碱性，二是能提供Na＋，因此可代替NaOH的化学试剂还有Na2CO3。(6)热解工序中产生的混合气体为CO2和水蒸气，最适宜返回工序②参与内循环。
高频考点四 氢氧化亚铁制备方法的实验创新改进
例4.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中长玻璃管的作用是________________________。
(2)装置A中金属离子的检验方法是________________________________________。
(3)步骤 Ⅲ 装置B中的现象是____________，其发生反应的化学方程式为______________。
【答案】(1)恒压滴液漏斗 平衡气压，辅助排出装置B中的空气 (2)取少量装置A烧瓶中的液体于洁净试管中，滴加几滴KSCN溶液，无红色出现，再滴加H2O2，溶液变为红色，则证明存在Fe2＋
(3)白色沉淀逐渐变为灰绿色，最后变为红褐色 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
【解析】氢氧化亚铁容易被氧气氧化，因此打开K1、K3、K4，关闭K2和K5，装置A中产生H2，排出装置B中的空气，因此长导管作用之一是辅助排出装置B中的空气，作用之二是平衡压强，防止装置中压强过大，发生危险。
【方法技巧】制备Fe（OH）2常用的三种方法
（1）有机层覆盖法
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，如图1所示。
（2）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，这样可较长时间观察到白色沉淀，如图2所示。
（3）电解法
用铁做阳极，电解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆盖苯（或煤油），如图3所示。
另外，反应液要现用现配，且配制亚铁盐溶液和碱溶液所用的蒸馏水都需要加热煮沸除氧。
【变式探究】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6ml·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________________________________________________________________________。
【解析】Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，发生反应：Fe2＋＋2OH－==Fe(OH)2↓；
Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。
【答案】（1）铁屑 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
（2）打开
（3）待A装置反应一段时间后关闭止水夹a，产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应
（4）4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
高频考点五 考查Fe2＋、Fe3＋ 检验与转化
例5.某同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 ml/L 的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是___________________________________________。
(2)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_____________________。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于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_____________________________________。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 ml/L KI溶液，加入6 mL 0.1 ml/L 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____________________。
【解析】(1)Fe2＋具有还原性，FeCl2溶液易被氧化而变质，配制FeCl2溶液时加入少量铁屑，目的是防止Fe2＋被氧化。(2)溶液变红，说明有Fe3＋生成，则FeCl2溶液与氯水反应生成FeCl3，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(3)甲组实验中，FeCl2易被空气中的O2氧化生成FeCl3，因此实验不够严谨。加入煤油，煤油的密度比水小，可以起到隔绝空气的作用，从而排除氧气对实验的影响。(4)实验②中K3[Fe(CN)6]溶液的作用是检验Fe2＋。根据实验①，CCl4层显紫色，说明有I2生成，根据实验②，生成蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成，根据实验③，溶液变红，说明有Fe3＋剩余，在I－过量的情况下，溶液中仍含有Fe3＋，由此可以证明该反应为可逆反应。
【答案】(1)防止Fe2＋被氧化
(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)Fe2＋ Fe3＋ 可逆反应
【方法技巧】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（新制氯水可以氧化SCN－）。
（2）当溶液浓度较稀时，利用观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe2＋和Fe3＋的存在。
（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）检验Fe2＋、Fe3＋的其他方法
①检验Fe2＋最好、最灵敏的试剂是铁氰化钾K3[Fe（CN）6]。
②检验Fe3＋也可用苯酚（C6H5OH），在FeCl3溶液中滴加苯酚，溶液显紫色。
【变式探究】实验小组研究二价铁的氧化反应，设计如下实验。
(1)实验所用的Fe(NO3)2溶液由Fe(NO3)3溶液和足量铁粉反应制得，离子方程式是
_________________________________________________________________________。
(2)实验Ⅰ中白色沉淀转变为红褐色的化学方程式是____________________________。
(3)现象b是________________________________________________________。
(4)实验小组对实验Ⅱ中何种物质氧化Fe2＋进行研究，提出两种假设：
ⅰ.酸性条件下，O2氧化了Fe2＋；
ⅱ.酸性条件下，________。
①将假设ⅱ补充完整。
②设计实验，证实了假设ⅰ不是实验Ⅱ中氧化Fe2＋的主要原因。将实验方案和现象补充完整。
步骤1：向1.0 mL________溶液中滴加1.5 mL 1.0 ml·L－1 H2SO4溶液；
步骤2：向上述所得溶液中滴加KSCN溶液，观察到________。
③向步骤2所得溶液中滴加NaOH溶液至pH约为5，检测到有Fe3＋产生。
(5)综合上述实验，说明二价铁的氧化反应与________因素有关。
【答案】(1)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ (2)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(3)红褐色沉淀溶解，溶液呈黄色
(4)①NOeq \\al(－,3)氧化了Fe2＋ ②0.1 ml·L－1 FeSO4 溶液颜色无明显变化
(5)溶液酸碱性强弱、氧化剂种类及二价铁的存在形式(或其他合理答案)
【解析】(3)Fe(NO3)2与氢氧化钠反应生成Fe(OH)2白色沉淀，被氧化变为红褐色沉淀Fe(OH)3，加入硫酸溶液后发生酸碱中和反应，红褐色沉淀溶解，溶液变为黄色。
(4)①在酸性条件下，NOeq \\al(－,3)具有氧化性，可将Fe2＋氧化，因此假设ⅱ为酸性条件下，NOeq \\al(－,3)氧化了Fe2＋。
②根据控制变量法可知，要证明氧化剂为氧气，需要排除硝酸根离子的干扰，因此，可以改为向1.0 mL 0.1 ml·L－1 FeSO4溶液中滴加1.5 mL 1.0 ml·L－1H2SO4溶液。
(5)根据实验的过程和实验现象可知，二价铁的氧化反应与溶液的酸碱性、氧化剂种类及二价铁的存在形式等因素有关。
与O2反应
常温
铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)
点燃
3Fe＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃))Fe3O4
与Cl2反应
点燃
2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3
与S、I2反应
Fe＋Seq \(=====,\s\up7(△))FeS、Fe＋I2eq \(=====,\s\up7(△))FeI2
与H＋反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
与稀HNO3反应
过量
Fe＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
少量
3Fe＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O
与浓H2SO4、浓HNO3反应
常温下钝化，加热分别生成SO2、NO2
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
方法1
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))无现象eq \(―――――――→,\s\up7(滴加氯水),\s\d5(或双氧水))溶液变红色，证明含有Fe2＋
方法2
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(――――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明含有Fe2＋
方法3
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――――→,\s\up7(加入K3[FeCN6]溶液))生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
方法1
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(――――――――→,\s\up7(滴加KSCN溶液))溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法2
eq \a\vs4\al(样品溶液)eq \(―――――――→,\s\up7(加入NaOH溶液))产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
实验序号
试剂及操作
现象
Ⅰ
现象a：生成白色沉淀，最终转变为红褐色
现象b：……
Ⅱ
现象c：溶液略呈黄色
现象d：溶液呈红色
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