2014年高考化学专题复习——铁及其化合物

2014高考化学必备专题铁及其化合物【考纲解读】1知道铁及其化合物的物理性质。2了解铁及其化合物的化学性质3了解Fe3+的氧化性，认识Fe3+和Fe2+之间的相互转化4学会Fe3+ 的检验方法5了解Fe(OH)3的制备方法及其受热分解。【高考预测】铁及其化合物为近几年热考知识点，既有选择题部分的共存、元素化合物、电化学，也有工业流程题、实验题等大题考察。在离子方程式的书写方面也是经常出现，往往和氧化还原反应知识紧密结合。重点是铁三角的转化、Fe3+和Fe2+的性质及其检验等。一、铁及其化合物的性质1铁的化学性质 铁在金属活动性顺序表中排在氢的前面，是较活泼的金属元素。当Fe与弱氧化剂（如I2、Fe3，Cu2、H等）反应时，只失去最外层上的2个电子，形成Fe2；当Fe与强氧化剂（如Cl2、Br2、HNO3等）反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成Fe3。与非金属反应a与氧气反应：在常温干燥的空气中不易与氧气反应，在纯氧中剧烈反应生成四氧化三铁，在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。3Fe2O2Fe3O4b.与卤素单质反应：与氯气、溴单质反应生成三价铁，与碘单质反应生成二价铁。2Fe3Cl22FeCl3 2Fe3Br22FeBr3 FeI2 FeI2与酸反应a与非氧化性酸反应生成亚铁离子和氢气。Fe2HClFeCl2H2b遇冷的浓硫酸和浓硝酸产生钝化现象。c与氧化性酸反应不产生氢气，且铁被氧化为三价铁离子。Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O2Fe6H2SO4(浓)Fe2(SO4)33SO26H2O与水的反应：常温下铁与水不反应，在高温时可发生反应生成四氧化三铁。3Fe4H2OFe3O44H2与某些盐溶液的反应：FeCu2Fe2Cu Fe2Fe33Fe22.铁的氧化物的比较铁的氧化物FeOFe2O3Fe3O4俗称铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末黑色晶体红棕色粉末铁的价态+2+3+2、+3水溶性难溶于水稳定性不稳定性6FeO+O2=2Fe3O4稳定稳定与酸的反应FeO+2H+=Fe2+H2OFe2O3+6H+=2Fe3+3H2OFe3O4+8H+=2Fe3+Fe2+4H2O与CO的反应FexOy+yCO=xFe+yCO2制取高温熔融，铁与氧气反应 2Fe+O2=2FeOFe(OH)3的分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O铁在氧气中燃烧3Fe+2O2=Fe3O43铁的氢氧化物的比较Fe(OH)2Fe(OH)3物理性质白色，难溶于水的固体红褐色，难溶于水的固体化学性质（1）与非氧化性强酸反应Fe(OH)22HFe22H2O（2）与氧化性酸反应3Fe(OH)210HNO33Fe(NO3)3NO8H2O（3）空气中放置被氧化4Fe(OH)22H2OO24Fe(OH)3（1）与酸反应Fe(OH)33HFe33H2O（2）受热分解2Fe(OH)3Fe2O33H2O制备（1）煮沸蒸馏水，赶走溶解的氧气（2）煮沸NaOH溶液，赶走溶解的氧气（3）配制FeSO4溶液，加少量的还原铁粉（4）用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下Fe22OHFe(OH)2将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中Fe33OHFe(OH)34.氢氧化亚铁的制备：Fe(OH)2和Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀。Fe(OH)2极不稳定，易被氧化成Fe(OH)3，反应现象是：白色灰绿色红褐色。因Fe(OH)2在空气中易氧化，故Fe(OH)2在水中稳定存在的寿命只有几秒钟，在实验室制取Fe(OH)2时，一定要用新制的Fe2盐和先加热驱赶O2后的NaOH溶液，且滴管末端插入试管内的液面下，再滴加NaOH溶液，在反应液面上滴加植物油或苯等物质进行液封，以减少Fe(OH)2与O2接触。关于Fe(OH)2制备的方法很多，关键有两点：一是溶液中的溶解氧必须除去，二是反应过程必须与O2隔绝。5.氢氧化铁胶体的制备向沸水中滴加几滴FeCl3溶液而得，FeCl3不宜过多，浓度不宜过大，加热时间不宜过长，否则容易产生Fe(OH)3沉淀。例1：（2013江苏化学6）甲、乙、丙、丁四种物质中，甲、乙、丙均含有相同的某种元素，它们之间具有如下转化关系：。下列有关物质的推断不正确的是A.若甲为焦炭，则丁可能是O2 B.若甲为SO2，则丁可能是氨水C.若甲为Fe，则丁可能是盐酸 D.若甲为NaOH溶液，则丁可能是CO2【参考答案】B二、Fe2和Fe3之间相互转化 从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:Fe只有还原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过与氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，可以实现不同价态的铁相互转化，如下图（常称为铁三角）：亚铁盐在水溶液中呈浅绿色，在保存时，应在溶液中放少量铁粉以防其被氧化，同时滴加少量的相应酸以防其水解。Fe3在水溶液中呈棕黄色。 具体反应有：Fe2Fe32Fe2Cl22Fe32Cl（在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色）。4Fe2O24H4Fe32H2O（亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是：12FeSO43O24Fe2（SO4）32Fe2O3）3Fe2NO34H3Fe32H2ONO5Fe2MnO48H5Fe34H2OMn2Fe3Fe22Fe3S22Fe2S 2Fe3SO32H2O2Fe2SO422H2Fe3Fe3Fe2（在FeSO4溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2被氧化为Fe3）2Fe3Cu2Fe2Cu2（电路板的制作是利用FeCl3溶液与铜反应）2Fe32I2Fe2I24Fe2+、Fe3+的性质及检验（1）Fe2+ 的性质水溶液是 色与KSCN溶液 ，再滴 则变红与OH反应 现象： 反应方程式： 、 既有 又有 ，但主要体现 。Fe2+ 可被强氧化剂（如 ）可将Fe2+氧化成Fe3+。（2）Fe3 +的性质水溶液是 色与KSCN溶液 ，反应方程式 与OH反应 现象： 反应方程式： 只有 性，Fe3+可被还原剂（如 ）可将Fe3+还原成Fe2+。Fe3+有较强水解能力。水解方程式为： 思考：能用加热蒸发FeCl3溶液得获得FeCl3固体吗？Fe2(SO4)3呢？Fe3+与CO32 、S2能共存吗？（3）Fe2+、Fe3+的检验检验Fe2+的方法：（a）KSCN法：先滴加KSCN溶液，若溶液不显血红色，再滴加氯水，若溶液显血红色。说明原溶液中有Fe2+。（b）碱液法：现象 检验Fe3+的方法（a）KSCN法： 现象 （b）碱液法： 现象 （c）苯酚法： 现象 例2：（2013江苏化学13）下列依据相关实验得出的结论正确的是A.向某溶液中加入稀盐酸，产生的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，该溶液一定是碳酸盐溶液B.用铂丝蘸取少量某溶液进行焰色反应，火焰呈黄色，该溶液一定是钠盐溶液C.将某气体通入溴水中，溴水颜色褪去，该气体一定是乙烯D.向某溶液中滴加KSCN 溶液，溶液不变色滴加氯水后溶液显红色该溶液中一定含Fe2【参考答案】D三、金属的冶炼1金属在自然界中的存在形式：（1）游离态化学性质不活泼的金属,在自然界中能以游离态的形式存在，如：Au、 Ag 、Pt 、Cu（2）化合态化学性质比较活泼的金属,在自然界中能以化合态的形式存在，如： Al、 Na2金属的冶炼：（1）金属冶炼的实质用还原的方法,使金属化合物中的金属阳离子得电子变成金属原子。Mn+ + ne- M（2）金属冶炼的主要步骤：矿石的富集目的：除去杂质,提高矿石右的有用成分的含量;冶炼目的：得到金属单质. 原理：利用氧化还原反应原理,在一定条件下,用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质.精炼目的：提高金属的纯度.金属冶炼的一般方法：（1）金属冶炼方法热分解法： 可用于热分解法冶炼的金属，其元素的金属性很弱，原子难失电子，离子易得电子，化合物的稳定性较弱。在常见金属活动性顺序表的右端区域（如Hg、Ag）。如：2HgO2Hg+O2 2Ag2O4Ag+O2热还原法：在金属活动性顺序表中位于MgCu之间的金属的冶炼一般用焦炭、CO、H2和活泼金属作还原剂即可制得这些金属的单质。如：2. 热还原法可用热还原法冶炼的金属，其金属性比较强，在常见金属活动性顺序表中居于中间区域。焦炭还原法。如：一氧化碳还原法。如：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 氢气还原法。如： WO3+3H2W+3H2O活泼金属还原法。如：此反应又称铝热反应。通常可作铝热剂的还有Al和、Al和、Al和、Al和等。铝热反应实验中的镁条和氯酸钾的作用是发生氧化还原反应提供铝和氧化铁反应所需的热量。反应现象：剧烈反应，发生耀眼的光，纸漏斗的下部被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。铝热反应的注意事项：实验时要注意安全，反应装置应远离易燃物；铝粉要细，预先除去镁带的氧化膜；镁带的长度约10cm（过短热量不够，影响实验效果）。电解法：电解法冶炼一般用于活泼金属的冶炼（如K、Ca、Na、Mg、Al等）。缺点是耗电量大，成本较高。值得一提的是，冶炼铝不能用电解的方法（因共价化合物在熔融时不导电）。如：2Al2O34Al+3O2 2NaCl2Na+Cl2（2）根据金属活动性顺序表大致可作如下归纳：【特别提醒】用焦炭还原法冶炼金属，炼得的金属中往往含有少量的碳。用CO冶炼金属时，由于CO一般是在金属冶炼炉中通过下列反应生成的：，。所以用CO冶炼得的金属中也会含有少量的碳。用H2还原法冶炼金属，炼得的金属的纯度相对较高，但成本高。用铝热反应冶炼金属，克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难以冶炼的问题，但成本高。例3：（2013北京理综27）（12分）用含有A1203、SiO2和少量FeOxFe2O3的铝灰制备A12(SO4)318H2O。，工艺流程如下(部分操作和条件略):。向铝灰中加入过量稀H2SO4，过滤:。向滤液中加入过量KMnO4溶液，调节溶液的pH约为3；。加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色:。加入MnSO4至紫红色消失，过滤;。浓缩、结晶、分离，得到产品。(1) H2S04溶解A1203的离子方程式是 (2) KMnO4 - 氧化Fe2+的离子方程式补充完整：（3）已知：生成氢氧化物沉淀的pHAl（OH）3Fe（OH）2Fe（OH）3开始沉淀时3.46.31.5完全沉淀时4.78.32.8注：金属离子的起始浓度为0.1molL-1根据表中数据解释步骤的目的： (4)己知:一定条件下，MnO4 - 可与Mn2+反应生成MnO2, 向 的沉淀中加入浓HCI并加热，能说明沉淀中存在MnO2的现象是 . 中加入MnS04的目的是 【答案】（1）；（2）5、8H+、5、4H2O；（3）将Fe2+氧化为Fe3+，调节pH值使铁完全沉淀；（4）、生成有黄绿色气体； 、加入MnSO4，除去过量的MnO4-。 【考点精析】 考点1 “铁三角”及其应用 （2013届泗县第二次质量检测）由于Fe(OH)2在空气中易被氧化，同学们为了观察到白色的Fe(OH)2固体想了很多方法。甲同学：在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等制备。（1）在试管I里加入的试剂是 。（2）II中的试剂加入前应如何处理： 。（3）为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管I和II中加入试剂，打开止水夹，塞紧后的实验步骤是 。（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是 。乙同学：只是将甲同学所用药品中的铁屑改为FeS固体，其余都与甲相同。（5）对乙同学的这一改变请你作出评价：_。丙同学：认为甲乙两同学所用的装置太复杂，难以组装，该同学应用试管取了一些不含Fe3+的FeSO4溶液，然后向其中加入经煮沸并冷却的NaHCO3溶液，结果也制得了白色沉淀并较长时间保持白色。（6）请你解释原因并写出相关反应的离子方程式：_。 答案（1）稀H2SO4和铁屑 （2）煮沸 （3）稍等片刻后关闭止水夹（4）试管中反应生成的H2充满了试管和试管，且外界空气不易进入。（5）反应中生成的H2S也能防止Fe(OH)2被氧化，白色沉淀能存在较长时间，但易产生空气污染。（6）因双水解反应：Fe2+2HCO3Fe(OH)2+2CO2，CO2既能排净试管中的空气，也能防止空气进入试管。【规律总结】制备方法探究在液面上加隔氧剂：用密度比水小的且不溶于水的有机溶剂，如汽油、苯等物质滴加在反应液面上进行液封，以减少Fe(OH)2与O2接触。（不能用四氯化碳，因为四氯化碳比水密度大，加入它后会处于试管底部，起不到隔离空气的作用。）用右图装置向试管中加入煮沸过的稀硫酸，加入稍过量的还原铁粉，充分反应后得到FeSO4溶液，静置。液面上充满氢气。打开止水夹可见白色沉淀。 用电解实验电极材料：石墨碳棒和铁片，（注：铁片表面氧化膜要去掉）将铁片与直流电源的正极连接，石墨棒与直流电源的负极连接。电解液：可选择Na2SO4溶液或NaOH溶液。 方法：在进行电解前应对电解液进行简单处理：加热一段时间驱赶溶液中氧气，然后再向电解液中加入苯，隔绝空气，防止Fe(OH)2被氧化。考点2 金、银、铜等金属材料【例2】（2013浙江理综13）现有一瓶标签上注明为葡萄糖酸盐(钠、镁、钙、铁)的复合剂，某同学为了确认其成分，取部分制剂作为试液，设计并完成了如下实验：银氨溶液水浴加热试液NaOH (aq)Na2CO3(aq)滤液沉淀物焰色反应观察到黄色火焰(现象1)无银镜产生(现象2)气体溶液H+无沉淀(现象3)白色沉淀(现象4)血红色(现象5)KSCN(aq)H2O2NH3H2O(aq)Na2CO3 (aq)滤液沉淀物调节pH=4 已知：控制溶液pH=4时，Fe(OH)3沉淀完全，Ca2+、Mg2+不沉淀。该同学得出的结论正确的是A根据现象1可推出该试液中含有Na+B根据现象2可推出该试液中并不含有葡萄糖酸根C根据现象3和4可推出该试液中含有Ca2+，但没有Mg2+D根据现象5可推出该试液中一定含有Fe2+【解析】A选项：因加入了NaOH (aq)和Na2CO3(aq)，在滤液中引入了Na+，不能根据滤液焰色反应的黄色火焰判断试液是否含Na+。B选项：试液是葡萄糖酸盐溶液，其中一定含葡萄糖酸根，葡萄糖能发生银镜反应，葡萄糖酸根不能发生银镜反应。D选项：溶液加入H2O2后再滴加KSCN(aq)显血红色，不能证明葡萄糖酸盐试液中是否含Fe2+。正确的方法是：在溶液中滴加KSCN(aq)不显血红色，再滴入滴加H2O2显血红色，证明溶液中只含Fe2+。若此前各步均没有遇到氧化剂，则可说明葡萄糖酸盐试液中只含Fe2+。C选项：根据“控制溶液pH=4时，Fe(OH)3沉淀完全，Ca2+、Mg2+不沉淀”信息，在过滤除去Fe(OH)3的滤液中分别加入NH3H2O(aq)和Na2CO3(aq)，加入NH3H2O(aq)不产生沉淀说明滤液中不含Mg2+，加入Na2CO3 (aq)产生白色沉淀，说明滤液中含Ca2+。【答案】C【课后精练】一、选择题(本题包括12小题，每小题4分，共48分)1（2013上海化学17）某溶液可能含有Cl-、SO42-、CO32-、NH4+、Fe3+、Al3+和K+。取该溶液100mL，加入过量NaOH溶液，加热，得到0.02mol气体，同时产生红褐色衬垫；顾虑，洗涤，灼烧，得到1.6g固体；向上述滤液中加足量BaCl2溶液，得到4.66g不溶于盐酸的沉淀。由此可知原溶液中A.至少存在5种离子B.Cl-一定存在，且c（Cl）0.4mol/LC.SO42-、NH4+、一定存在，Cl-可能不存在D.CO32-、Al3+一定不存在，K+可能存在2下列物质反应后一定有3价铁生成的是()过量的Fe与Cl2加热时发生反应Fe与过量稀H2SO4反应后，再向其中加KNO3Fe与过量的S加热时发生反应Fe(NO3)2溶液中加少量盐酸Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中ABC D3在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质：FeCl3Fe2O3Cu(NO3)2KNO3，铜粉溶解的是()A只有或B只有或C只有或或D上述四种物质中任意一种4下列物质中能通过化合反应制取的是()Fe3O4Fe(OH)3FeCl2FeCl3A BC D5铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加入过量的氨水，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()AFe(OH)3；Fe2O3BFe(OH)2；FeOCFe(OH)2、Fe(OH)3；Fe3O4DFe2O3；Fe(OH)36(2013新余质检)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()A2Fe3Fe=3Fe2成立说明氧化性：Fe3Fe2B25 ，pH0的溶液中，Al3、NH、NO、Fe2可以大量共存C5.6 g铁与足量的氯气反应失去电子为0.2 molD硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液：Fe22H2O24H=Fe34H2O7只用一种试剂(不能用中间鉴别出的试剂)就可将AgNO3、KSCN、稀硫酸、NaOH四种无色溶液区分开，这种试剂是()ABaCl2溶液 BFeCl2溶液CFeCl3溶液 DFe(NO3)3溶液8(2013芜湖质检)一种新型净水剂PAFC聚合氯化铁铝，AlFe(OH)nCl6nm，n5，mFe3Cu2，可知随铁粉的增加，反应的方程式分别为：4HNO3Fe=Fe(NO3)3NO2H2O4 mol1 mol1 mol2Fe(NO3)3Fe=3Fe(NO3)22 mol1 mol 3 molCu(NO3)2Fe=Fe(NO3)2Cu1 mol1 mol1 mol所以原溶液中，Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为：(2 mol1 mol)1 mol4 mol114。13解析：该题属物质共存问题，解答该题应首先弄清物质间可能发生的反应，凡相互间能发生反应的物质，就不可能(大量)共存。该题涉及的反应有：Fe2FeCl3=3FeCl2FeCuCl2=CuFeCl2Cu2FeCl3=2FeCl2CuCl2(1)若Fe粉有剩余，则容器中就不可能有Fe3、Cu2，因为它们能发生上述反应。(2)若CuCl2有剩余，则容器中不可能有Fe，可能有Fe3，一定有Fe2。(3)若FeCl3和CuCl2均有剩余，则容器中不可能有Fe、Cu，一定有Fe2。答案：(1)Fe3、Cu2(2)Fe2、Fe3或Cu、Fe2(3)Fe、CuFe2(4)Fe、Cu14【解析】该反应过程为：CeO2、SiO2、Fe2O3等中加入稀盐酸，、Fe2O3转化FeCl3为存在于滤液中，滤渣为CeO2和SiO2加入稀硫酸和H2O2，CeO2转化为Ce3+滤渣为SiO2加入碱后Ce3+转化为沉淀，通入氧气讲Ce从+3氧化为+4，得到产品。Ce（OH）4 FeSO4n(Ce（OH）4)= n(FeSO4)=0.1000mol/L*1.025L=0.0025mol,m=0.0025mol*208g/mol=0.52g【答案】（1）滤渣上附着的Fe3+、Cl-，取最后洗涤液少量，滴加AgNO3，如无白色沉淀，则洗干净。（2）2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3+O2 +4 H2O SiO2（3）不能 分液漏斗（4）97.01%15解析：解答本题的关键是熟悉铁的不同价态离子的溶液的颜色及其转化条件，从框图可知，铁和稀盐酸反应生成FeCl2溶液，为淡绿色，即D的主要成分为FeCl2，加入试剂2后变为淡黄色溶液，联想最终变为深红色溶液F(硫氰化铁溶液)，可以推断溶液E的主要成分为Fe3，试剂2为强氧化剂，d项S不符合条件。铁和水蒸气反应生成固体Fe3O4，Fe3O4与盐酸反应的方程式为Fe3O48HCl=2FeCl3FeCl24H2O，所以溶液B为FeCl3和FeCl2的混合溶液，加入试剂1(KSCN溶液)后，Fe3变为硫氰化铁，加入试剂2(强氧化剂)，Fe2被氧化为Fe3，所以溶液颜色加深。答案：(1)FeCl2KSCN溶液(2)d(3)Fe3O48HCl=2FeCl3FeCl24H2O(4)溶液中的Fe2被氧化剂氧化成Fe3，使Fe3浓度增大，从而使红色加深(5)加入还原剂将Fe3还原用胶头滴管取少量淡黄色退去后的溶液于试管中，滴加少量KSCN溶液，再加入几滴氯水，如果溶液开始不出现红色，加氯水后出现红色，则说明假设正确，若溶液不变红色，则假设不正确16【解析】该反应为探究重铬酸根与草酸反应过程中的催化作用，该反应为一比较熟悉的反应，草酸被氧化后的产物为二氧化碳。（3）考查了从图像中获取数据并分析的能力。图像越陡，反应速率越快（4）对于假设可以从加入的物质铁明矾中获取，故为Fe2+和Al3+，然后根据上面的过程，进行对比实验，即可以得到答案。【答案】（2）CO2（3）PH越大，反应的速率越慢 （4）Al3+起催化作用；Fe2+和Al3+起催化作用（5）取PH=5的废水60ml，加入10ml草酸和30ml蒸馏水，滴加几滴FeSO4，测定反应所需时间预期现象与结论：与对比，如果速率明显加快，故起催化作用的为Fe2+16