高中化学 考点过关（中）考点10 金属铁及其化合物（必修1）（通用）

考点过关（中）考点10 金属铁及其化合物铁是日常生活和生产中应用最广、用量最大的金属材料，在国民经济中占有极其重要的地位。铁是中学化学教材中唯一系统介绍的一种过渡金属，是中学化学中的重要变价元素。作为过渡元素的代表，铁及其化合物知识是高中学习的重点，铁元素一般可以呈现+2和+3价,这两个价态的化合物从特征到性质都有很大的不同，铁及其化合物主要包含单质铁的存在形式、铁的氧化物、铁的氢氧化物以及铁盐和亚铁盐的相关性质等内容。铁及其化合物的性质考查常常以实验探究、化工流程题、有关化学反应的计算等重要题型的形式出现，具有“分散融合、交叉渗透”的特点,考查内容注重理论联系实际、综合分析、知识迁移能力和计算能力,综合性强,具有一定灵活性和较好的区分度。由于含铁物质与对应知识较多，在学习时只有熟练掌握有关物质的性质，才能形成对物质的组成、性质与转化及其相互关系的认识思维模型。铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，它在自然界中以单质形态（陨铁）和化合形态（铁矿石）存在，铁是人类认识和使用较早的金属元素，它与生产和人类的生活密切相关，人类使用铁已有好几千年的历史了，目前已发现的金属虽然已有90多种，但其中应用最广泛、用量最多的仍然是铁。小到铁钉，达到桥梁、铁道、车辆和各种机械等，都需要大量的钢铁来制造。就连动植物体内也含有铁，人体内缺铁会导致缺铁性贫血，体内过多的铁又能使肝、脾等硬化。铁元素有0价、+2价、+3价和+6价，其中+2价和+3价较常见，+6价少见。纯铁是白色或者银白色的，有金属光泽，有良好的延展性、导电、导热性能，有很强的铁磁性，属于磁性材料，熔点1538、沸点2750。铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面，化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。常温时，铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应，若有杂质在潮湿的空气中易锈蚀，在有酸、碱或盐的溶液存在的湿空气中生锈更快。在高温时，则剧烈反应，如铁在氧气中燃烧生成Fe3O4，反应的化学方程式是3Fe + 2O2Fe3O4，赤热的铁和水蒸气起反应也生成Fe3O4，反应的化学方程式是3Fe +4H2O (g)Fe3O4 +4H2，加热时能同卤素、硫、硅、碳、磷等化合。铁易溶于稀的无机酸中，生成二价铁盐，并放出氢气，反应的离子方程式是Fe+2H+= Fe2+ +H2，在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时，表面生成一层氧化物保护膜，使铁“钝化”，故可用铁制品盛装冷的浓硫酸或冷的浓硝酸。在加热时铁可以与浓硫酸或浓硝酸反应，生成+3价的铁盐，同时生成SO2或NO2。【例题1】某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水反应”的实验，并检验产物的性质，请回答下列问题：(1)A装置的作用是_，B中反应的化学方程式为_。(2)D的作用是_。(3)E中的现象是_。(4)A、B两个装置中应先点燃_处的酒精灯，点燃E处酒精灯之前应进行的操作是_。【答案】(1)产生水蒸气3Fe4H2O(g)Fe3O44H2(2)吸收未反应的水蒸气(3)黑色固体变为红色，右端管壁有水珠生成(4)A收集H2，并检验其纯度铁的氧化物有氧化亚铁FeO、氧化铁Fe2O3，四氧化三铁Fe3O4。氧化亚铁(FeO)是一种黑色粉末，不稳定，在空气里加热，可被氧化成Fe3O4，氧化铁(Fe2O3)是一种红棕色粉末，多存在于赤铁矿中，俗称铁红，可作油漆的颜料，FeO和Fe2O3属于碱性氧化物，与盐酸反应的离子方程式分别为FeO2H=Fe2H2O，Fe2O36H=2Fe33H2O，四氧化三铁（Fe3O4）是具有磁性的黑色晶体，多存在于磁铁矿中，俗称磁性氧化铁，是一种复杂的氧化物，其中1/3是Fe Fe3O4、2/3是Fe3+，四氧化三铁(Fe3O4)的化学式可写成FeOFe2O3，Fe3O4溶于盐酸的离子方程式为Fe3O48H=2Fe3Fe24H2O。【例题2】实验室用下图所示的装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，D装置的硬质玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。(1)写出D装置中发生反应的化学方程式_。(2)装置B的作用是_，装置C中装的液体是_，所起的作用是_。(3)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_g。(4)U形管E右边又连接干燥管F的目的是_，若无干燥管F，测得Fe2O3的质量将_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(5)若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，测得的Fe2O3质量将_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。解析：已知混合物的质量，通过实验可测出FeO和Fe2O3产生的水的质量，可列二元一次方程求出m(Fe2O3)。为减小实验误差，本实验加上了三个装置B、C、F，审题时要紧抓实验目的和原理，其他问题的回答即有章可循。答案：(1)Fe2O33H22Fe3H2O，FeOH2FeH2O(2)除去H2中混有的氯化氢气体浓硫酸干燥H2(3)16 g(4)防止空气中的水蒸气进入U形管E中偏大(5)偏小纯氢氧化亚铁（Fe(OH)2）在常温常压下为白色固体，但极易被氧化为Fe(OH)3，所以在实验过程中很难观察到有白色的氢氧化亚铁沉淀生成，只能看到氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的中间产物一些灰绿色的絮状沉淀，灰绿色实际上为氢氧化亚铁吸附了溶液中的亚铁离子所致，然后转化为红色的氢氧化铁沉淀，反应的化学方程式是FeSO4+2NaOH= Fe(OH)2+Na2SO4、4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。实验室制备氢氧化亚铁时，因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁，更要注意隔绝空气。其方法是：亚铁盐需新制（用足量铁与稀硫酸反应或还原氯化铁溶液）；将所用氢氧化钠溶液煮沸以赶尽溶于其中的空气（O2）；使用长滴管吸入氢氧化钠溶液后将滴管伸至氯化亚铁溶液的液面以下，慢慢挤压乳胶头使氢氧化钠与氯化亚铁接触。氢氧化铁是一种红褐色沉淀，由可溶性铁盐溶液加氨水沉淀来制取或由氯化铁、硝酸铁溶液加入氨水沉淀而制得。氢氧化铁粒子大小在1 nm到100 nm之间时会形成胶体，氢氧化铁胶状有较强的吸附性能。Fe(OH)3加热分解成氧化铁和水，反应的化学方程式是Fe(OH)3Fe2O3+H2O。【例题3】按如图所示装置，用两种不同操作分别进行实验，观察B管中的现象。(注：操作过程中不考虑稀H2SO4与NaOH溶液的作用)(1)操作：先夹紧止水夹a，使A管开始反应，实验中B管观察到的现象是_，B管发生反应的化学方程式是_。(2)操作：打开止水夹a，使A管开始反应一段时间后再夹紧止水夹a，实验中在B管观察到的现象是_，B管中发生反应的离子方程式是_。【答案】(1)先出现白色絮状沉淀，然后沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色FeSO42NaOH=Fe(OH)2Na2SO4、4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3(2)打开止水夹a时，溶液中的导气管口有气泡冒出；夹紧止水夹a后，出现白色沉淀，短时间内沉淀不变色Fe22OH=Fe(OH)2铁元素显0价时，只有还原性，显+3价时，只有氧化性，显+2价时，既有氧化性，又有还原性。浅绿色溶液中含有Fe2，Fe2既具有还原性又具有氧化性，可以被氧化为Fe3，也可以被还原为Fe，可被强氧化剂Cl2、KMnO4(H)等氧化为Fe3，可被还原剂(Al、Zn等)还原为Fe。棕黄色溶液中含有Fe3，Fe3只具有氧化性，可被还原剂(Fe、Cu、S2、SO32、I等)还原为Fe2。加碱，若产生的白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色的为Fe2；若直接产生红褐色沉淀的为Fe3；加KSCN溶液，无明显现象，再加新制氯水溶液变红色的为Fe2；若溶液变红色的为Fe3。【例题4】某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质，查阅了有关资料，得知Fe2能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使高锰酸钾溶液褪色，并结合已学的知识设计了如下实验：将药片除去糖衣研细后，溶解过滤，取滤液分别加入两支试管中，在试管中滴入酸性高锰酸钾溶液，在试管中滴入KSCN溶液。实验中出现以下现象时应得出的结论：实验现象结论试管试管a褪色不变红b不褪色变红c褪色变红（2）不能将KMnO4和KSCN滴入到同一试管中进行验证的原因是_。【解析】（1）加KMnO4溶液只要褪色就说明含有Fe2，而加入KSCN溶液变红则说明含有Fe3，所以答案很容易得出；（2）原因可归结为两条，一是KMnO4溶液呈紫红色，影响观察Fe(SCN)3的红色，二是KSCN具有较强的还原性，可以被KMnO4氧化，影响Fe2的检验。【答案】(1)a、ba.没有变质B完全变质c部分变质(2)原因是KMnO4溶液呈紫红色，影响Fe3的检验；KSCN具有还原性，影响Fe2的检验【考点练习】1将1.12 g铁粉加到25 mL 2 molL1的氯化铁溶液中，完全反应后，其结果是()A铁有剩余，溶液呈浅绿色，c(Cl)基本不变B往溶液中滴加无色KSCN溶液，不变色C溶液中n(Fe2)与n(Fe3)之比为61D氧化产物与还原产物的物质的量之比为252下列物质反应后一定有3价铁生成的是()过量的Fe与Cl2反应；Fe与过量稀硫酸反应；FeCl2溶液中通入少量Cl2；Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中A只有BC D全部3证明某溶液中只含有Fe2而不含有Fe3的实验方法是()先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后显红色先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后变灰绿，最后呈红褐色只需滴加KSCN溶液A BC D4向某溶液中加入含Fe2的溶液后，无明显变化。当再滴入几滴新制氯水后，混合溶液变成红色，则下列结论错误的是()A该溶液中一定含有SCNB氧化性：Fe3Cl2C. Fe2与SCN不能形成红色物质D. Fe2被氧化为Fe35. 将适量铁粉投入三氯化铁溶液中，完全反应后，溶液中的Fe3和Fe2浓度相等，则已反应的Fe3和未反应的Fe3的物质的量之比是()A. 23 B. 12C. 11 D. 326为了检验某未知溶液是否是FeCl2溶液，一位同学设计了以下实验方案加以证明。方案：向一只装有该未知溶液的试管中先通入氯气，再滴加KSCN溶液，溶液呈现血红色，证明该未知溶液是FeCl2溶液。回答以下问题：(1)你认为此方案是否合理_(填“合理”或“不合理”)，若不合理，要检验Fe2应如何操作_(若填“合理”，则此空可不答)。(2)现向一只装有FeCl2溶液的试管中滴加氢氧化钠溶液，可观察到的现象是_，有关的化学方程式为_。(3)实验室在保存FeCl2溶液时为了防止FeCl2溶液变质，经常向其中加入铁粉，其原因是(用离子方程式表示)_。7.如图所示装置，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6 molL1的硫酸，其他试剂任选。 (1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是_，A中反应的离子方程式是_。(2)实验开始时应先将活塞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处活塞，放入一部分空气，此时B中发生反应的化学方程式为_。(5)下图中_能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。8.电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷有铜箔的绝缘板，制成印刷线路板，发生反应的化学方程式为2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2。(1)检验腐蚀后的溶液中是否含有Fe3应选用的试剂是_。(2)为了从使用过的废腐蚀液中回收铜，并重新制得纯净的FeCl3溶液，可采用下列实验步骤，请在各空格内填上适当的物质以使实验达到预期目的。(3)写出有关化学反应的离子方程式：_；_；_。参考答案1. 【解析】n(Fe)0.02 mol，n(FeCl3)0.05 mol，所以n(Fe)n(Fe3)25，根据Fe2FeCl3=3FeCl2知FeCl3过量，故加入KSCN会变红色；Fe全部反应，故n(Fe2)3n(Fe)0.06 mol，n(Fe3)0.05 mol0.02 mol20.01 mol。D项中氧化产物与还原产物之比应为12。【答案】C2.【解析】中的Cl2氧化性强，它能将铁氧化为3价，由于不是在溶液中反应，因此过量的铁不会将氯化铁还原。中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2。在溶液中Fe2被Cl2氧化生成Fe3。中发生Fe与盐酸生成FeCl2，Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应，但题中未给出反应物间相对量的关系，若铁是足量的，则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。【答案】B4.【解析】溶液中的Fe2与加入的新制氯水发生反应：2Fe2Cl2=2Fe32Cl，氧化性：Fe3Cl2。能使含Fe3的溶液变为红色，说明原溶液中一定含有SCN。因原溶液中加入含Fe2的溶液后，无明显变化，说明Fe2与SCN不能形成红色物质。【答案】B5.【解析】发生的反应为：2Fe3Fe=3Fe2，设溶液反应后Fe2的物质的量为3 mol，则反应掉Fe32 mol，剩余Fe3为3 mol，所以已反应的Fe3和未反应的Fe3的物质的量之比是23。【答案】A6.【解析】(1)若先向溶液中通入Cl2，再滴加KSCN溶液，溶液呈血红色，说明通入Cl2的溶液中含Fe3，不能证明原未知液是FeCl2，若为FeCl3或FeCl2与FeCl3混合溶液，现象与上述实验完全相同，故应先加KSCN溶液。(2)向FeCl2溶液中滴加NaOH溶液，会反应生成白色Fe(OH)2沉淀，因Fe(OH)2易被氧化为Fe(OH)3，故生成物颜色会迅速加深，变为灰绿色，最终变为红褐色Fe(OH)3。【答案】(1)不合理先加KSCN溶液，无现象，再加入氯水，溶液变成血红色，则原溶液含有Fe2(2)出现白色沉淀，迅速变成灰绿色，最终变成红褐色FeCl22NaOH=Fe(OH)22NaCl4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3(3)2Fe3Fe=