2021版新高考化學(xué)一輪魯科版教師用書：第2章第5節(jié)鐵及其化合物

第5節(jié)　鐵及其化合物課標(biāo)解讀要點網(wǎng)絡(luò)1.掌握鐵的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2．掌握鐵的重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。3．了解鐵及其重要化合物的制備方法。4．了解Fe2＋、Fe3＋的檢驗方法。 鐵的單質(zhì)、氧化物及氫氧化物1．鐵的位置、存在和物理性質(zhì)2．化學(xué)性質(zhì)鐵單質(zhì)性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的還原性。(1)與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)Fe與S反應(yīng)：Fe＋SFeS。(2)與水的反應(yīng)常溫下鐵與水不反應(yīng)，在高溫條件下與水蒸氣反應(yīng)：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。(3)與酸的反應(yīng)①與非氧化性酸反應(yīng)的離子方程式：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。②與氧化性酸反應(yīng)：遇冷的濃硫酸或濃硝酸鈍化，與稀硝酸或在加熱條件下與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)無H2產(chǎn)生。(4)與某些鹽溶液的反應(yīng)①與CuSO4溶液反應(yīng)的離子方程式：Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋。②與FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。3．鐵的三種典型氧化物(1)物理性質(zhì)化學(xué)式FeOFe2O3Fe3O4俗稱—鐵紅磁性氧化鐵色態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體溶解性難溶于水難溶于水難溶于水鐵的價態(tài)＋2價＋3價＋2價、＋3價(2)化學(xué)性質(zhì)①FeO、Fe2O3、Fe3O4分別與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O。②FeO不穩(wěn)定，在空氣中受熱生成Fe3O4，其化學(xué)方程式為6FeO＋O22Fe3O4。4．鐵的氫氧化物的性質(zhì)與制備 Fe(OH)2Fe(OH)3顏色狀態(tài)白色固體紅褐色固體與H＋反應(yīng)Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O受熱分解—2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O制法可溶性亞鐵鹽與堿溶液反應(yīng)：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓可溶性鐵鹽與堿溶液反應(yīng)：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓二者的關(guān)系在空氣中，Fe(OH)2能夠非常迅速地被氧氣氧化成Fe(OH)3，現(xiàn)象是白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，反應(yīng)方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3[補(bǔ)短板](1)鐵分別與氯氣和鹽酸反應(yīng)所得的產(chǎn)物中鐵元素的價態(tài)不同，Fe與Cl2反應(yīng)無論用量多少都生成FeCl3，而Fe與鹽酸反應(yīng)生成FeCl2。(2)鐵在潮濕的空氣中生成的鐵銹的主要成分是Fe2O3，而鐵在純氧中燃燒的產(chǎn)物是Fe3O4。(3)Fe與S蒸氣、I2蒸氣反應(yīng)時只生成＋2價Fe的化合物。(4)Fe3O4的組成可用氧化物的形式表示為FeO·Fe2O3，即有的鐵顯＋2價，的鐵顯＋3價；(5)Fe3O4與一般酸反應(yīng)生成兩種鹽，Fe3O4與稀硝酸反應(yīng)只生成一種鹽[Fe(NO3)3]。(6)Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3與足量HI反應(yīng)時，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Fe3＋被I－還原生成Fe2＋。(1)鐵有＋2、＋3價兩種價態(tài)，單質(zhì)鐵與________(填下列編號，下同)反應(yīng)時只生成＋3價鐵；與________反應(yīng)時只生成＋2價鐵；與________反應(yīng)時既生成＋2價鐵也生成＋3價鐵。所選試劑：①Cl2　②O2　③H2O(g)　④S　⑤鹽酸⑥稀硝酸(足量)　⑦稀硫酸　⑧CuSO4溶液　⑨FeCl2溶液　⑩FeCl3溶液[答案]　①⑥　④⑤⑦⑧⑩　②③(2)寫出利用化合反應(yīng)制備FeCl2、Fe(OH)3、FeCl3的化學(xué)方程式分別為__________________________________________________________________，_________________________________________________________________，________________________________________________________________。[答案]　Fe＋2FeCl3===3FeCl2　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　2Fe＋3Cl22FeCl3或2FeCl2＋Cl2===2FeCl3命題點1　鐵及其氧化物的性質(zhì)及實驗探究1．鐵片投入下列溶液后，金屬片質(zhì)量減少，但無氣體產(chǎn)生的是(　　)A．冷的濃硝酸　　　　　 B．Cu(NO3)2溶液C．稀硫酸   D．Fe(NO3)3溶液[答案]　D2．(2019·望都模擬)“秦磚漢瓦”是我國傳統(tǒng)建筑文化的一個縮影。同是由黏土燒制的磚瓦，有的是黑色的，有的卻是紅色的，你猜測其中的原因可能是  (　　)A．土壤中含有鐵粉、二氧化錳等B．黑磚瓦是煅燒過程中附著了炭黑，紅磚瓦則是添加了紅色耐高溫染料C．土壤中含有的銅元素經(jīng)過不同工藝煅燒，分別生成了黑色CuO和紅色CuD．土壤中含有的鐵元素經(jīng)過不同工藝煅燒，分別生成了黑色Fe3O4或FeO和紅色Fe2O3D　[A項，土壤中不含鐵粉；B項，黑磚瓦中含有C、Fe3O4、FeO等，紅磚瓦含有Fe2O3；C項，煅燒生成Cu2O紅色物質(zhì)，不是Cu。]3．鐵與水蒸氣反應(yīng)，通常有以下兩種裝置，請回答下列問題： 裝置一裝置二實驗裝置(1)裝置一中，裝置A的作用：___________________________________；裝置二中，裝濕棉花的作用：__________________________________。(2)實驗完畢后，取出裝置一的少量固體，溶于足量稀鹽酸，再滴加KSCN溶液，溶液顏色無明顯變化，試解釋原因：____________________________________________________________________________________。[答案]　(1)提供水蒸氣　提供水蒸氣　(2)固體中含有Fe，在足量酸中，固體溶解時發(fā)生2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe3＋被Fe還原為Fe2＋命題點2　Fe與HNO3反應(yīng)的定量關(guān)系4．把22.4 g鐵粉完全溶解于某濃度的硝酸中，若反應(yīng)只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列說法正確的是(　　)A．反應(yīng)后生成的鹽只為Fe(NO3)3B．反應(yīng)后生成的鹽只為Fe(NO3)2C．反應(yīng)后生成的鹽為Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物質(zhì)的量之比為1∶3D．反應(yīng)后生成的鹽為Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物質(zhì)的量之比為3∶1C　[由于鐵的物質(zhì)的量為＝0.4 mol，所以在反應(yīng)的過程中它失去的電子數(shù)應(yīng)介于0.8 mol(此時只產(chǎn)生Fe2＋)和1.2 mol(此時只產(chǎn)生Fe3＋)之間，又產(chǎn)生0.3 mol NO2和0.2 mol NO，即反應(yīng)過程中硝酸得到的電子物質(zhì)的量為0.3 mol×(5－4)＋0.2 mol×(5－2)＝0.9 mol，所以對應(yīng)的產(chǎn)物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2，設(shè)前者的物質(zhì)的量為x，后者的物質(zhì)的量為y，則由鐵原子守恒可得x＋y＝0.4 mol，由得失電子守恒得3x＋2y＝0.9 mol，解得x＝0.1 mol，y＝0.3 mol。]5．向含a g HNO3的稀溶液中，加入b g鐵粉充分反應(yīng)后全部溶解。已知有 g HNO3被還原，則a∶b不可能是(　　)A．2∶1    B．3∶1C．4∶1    D．9∶2A　[只生成Fe2＋：××3＝×2，＝3；只生成Fe3＋：××3＝×3，＝＝4.5。故a∶b的范圍為3∶1～9∶2。]Fe與稀硝酸反應(yīng)有關(guān)計算(1)硝酸的作用及其量的確定鐵與硝酸的反應(yīng)中，一是氧化劑作用，二是酸性作用。作為氧化劑的硝酸可以根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒的方法確定，作為酸性作用的可以通過金屬鐵的物質(zhì)的量確定，即鐵的物質(zhì)的量乘以鐵顯示的化合價。(2)鐵與稀硝酸反應(yīng)隨著兩者量的不同，生成氧化產(chǎn)物亦不同，可用討論的方法確定。①Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O②Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2①×2＋②可得③3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O命題點3　Fe(OH)2的性質(zhì)及其制備6．下列各圖示中能較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序號)。若用②裝置制備，簡述制備原理與操作為_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　因為Fe(OH)2在空氣中很容易被氧化為紅褐色的Fe(OH)3，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，因此要較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排出裝置中的氧氣或空氣。①、②原理一樣，都是先用氫氣將裝置中的空氣排盡，并使生成的Fe(OH)2處在氫氣的保護(hù)中；③的原理為鐵作陽極產(chǎn)生Fe2＋，與電解水產(chǎn)生的OH－結(jié)合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保護(hù)，能防止空氣進(jìn)入；⑤中液面加苯阻止了空氣進(jìn)入；④由于空氣中的氧氣，能迅速將Fe(OH)2氧化，因而不能較長時間看到白色沉淀。[答案]　①②③⑤　鐵與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，讓氫氣趕盡裝置內(nèi)空氣，當(dāng)B中導(dǎo)管處氫氣純凈，關(guān)閉止水夾a，FeSO4溶液被壓入在氫氣保護(hù)下的NaOH溶液中Fe(OH)2制備的三種思維方法方法一：有機(jī)覆蓋層法將吸有NaOH溶液的膠頭滴管插到液面以下，并在液面上覆蓋一層苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空氣與Fe(OH)2接觸發(fā)生反應(yīng)，如題中的③⑤。方法二：還原性氣體保護(hù)法用H2將裝置內(nèi)的空氣排盡后，再將亞鐵鹽與NaOH溶液混合，這樣可長時間觀察到白色沉淀，如題中的①②。方法三：電解法用鐵作陽極，電解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆蓋苯(或煤油)，如題中的③。總之：Fe(OH)2制備的關(guān)鍵①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物質(zhì)；②制備過程中，保證生成的Fe(OH)2在密閉隔絕空氣的體系中。 鐵鹽、亞鐵鹽的性質(zhì)及應(yīng)用1．亞鐵鹽(Fe2＋)和鐵鹽(Fe3＋)的氧化性或還原性(1)亞鐵鹽的氧化性和還原性含有Fe2＋的溶液呈淺綠色，既有氧化性，又有還原性。①氧化性：Fe2＋與Zn反應(yīng)的離子方程式：Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋。②還原性：a．向FeCl2溶液中滴入幾滴KSCN溶液，再加入氯水(或通入Cl2)，若溶液變紅色，證明Fe2＋具有還原性。反應(yīng)原理用離子方程式表示為2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。b．向FeCl2溶液中滴入雙氧水，溶液變黃，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。c．向少量酸性KMnO4溶液中加入FeCl2溶液，若溶液紫紅色退去，證明Fe2＋具有還原性。反應(yīng)原理用離子方程式表示為MnO＋5Fe2＋＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。(2)鐵鹽的氧化性含Fe3＋的溶液呈黃色，Fe3＋具有較強(qiáng)的氧化性。①向FeCl3溶液中滴入幾滴KSCN溶液，再加入過量活潑金屬(如Fe)，若溶液紅色退去，證明Fe3＋具有氧化性。反應(yīng)原理用離子方程式表示為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。②向FeCl3溶液中加入淀粉KI溶液，若溶液變成藍(lán)色，證明Fe3＋具有氧化性。反應(yīng)原理用離子方程式表示為2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋。③向FeCl3溶液中通入H2S氣體，若出現(xiàn)黃色渾濁，證明Fe3＋具有氧化性。反應(yīng)原理為2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。2．亞鐵鹽與鐵鹽的水解(1)亞鐵鹽(2)鐵鹽①配制FeCl3溶液時，應(yīng)將FeCl3溶于稀鹽酸中，然后稀釋。②將FeCl3飽和溶液滴入沸水中制備膠體的化學(xué)方程式為FeCl3＋3H2OFe(OH)3(膠體)＋3HCl。③除去CuCl2溶液中的Fe3＋，可向溶液中加入足量CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，調(diào)節(jié)pH，使Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀。④因Fe3＋易水解，故制備無水的FeCl3應(yīng)在HCl氣流中使結(jié)晶FeCl3失去H2O。3．Fe2＋、Fe3＋的檢驗方法(1)用KSCN溶液和氯水(2)用NaOH溶液(3)混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的檢驗①Fe3＋的檢驗a.溶液變紅，說明含有Fe3＋b.試紙變藍(lán)，說明含有Fe3＋②Fe2＋的檢驗a.酸性KMnO4溶液退色，說明含有Fe2＋(Cl－可干擾)b.生成藍(lán)色沉淀，說明含有Fe2＋，其離子方程式為3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。[補(bǔ)短板](1)Fe2＋、Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化Fe2＋Fe3＋(2)檢驗Fe2＋時不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能將加KSCN后的混合溶液加入足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN－)。(3)Fe3＋、Fe2＋、Cl－同時存在時不能用酸性KMnO4溶液檢驗Fe2＋(Cl－能還原酸性KMnO4，有干擾)。(4)?？嫉闹匾暮F鹽①綠礬(FeSO4·7H2O)：一種重要的還原劑，可用作補(bǔ)血劑及植物的補(bǔ)鐵劑。②高鐵酸鉀(K2FeO4)：深紫色晶體，具有強(qiáng)氧化性，可用作水處理劑和高能電池。③鐵銨礬[NH4Fe(SO4)2·12H2O]：無色晶體，易溶于水，常用作化學(xué)分析試劑、藥物和織物媒染劑。④赤血鹽[K3Fe(CN)6]：紅色晶體，易溶于水，常用于檢驗Fe2＋，生成藍(lán)色沉淀。1．欲探究濃硫酸與Fe共熱反應(yīng)后鐵元素的價態(tài)，設(shè)計下列實驗，請?zhí)羁眨?/span>將反應(yīng)后試管中的溶液稀釋。取少量溶液，滴入3～5滴________溶液，若溶液呈紅色，則證明含有Fe3＋，否則不含Fe3＋；取少量溶液，滴入3～5滴________溶液，若溶液退色，則證明含有Fe2＋，否則不含Fe2＋。若實驗證明反應(yīng)后的溶液中只含有Fe3＋，則反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________________________________。[答案]　KSCN　酸性KMnO42Fe＋6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O2．設(shè)計方案：除去MgSO4溶液中Fe2＋。(寫出流程圖)[答案]　命題點1　Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)及檢驗1．(2019·長沙模擬)在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g銅，完全溶解后，再加b g鐵，充分反應(yīng)后得到c g殘余固體，且a＞c，則下列說法正確的是(　　)A．殘余固體是銅和鐵B．最后得到的溶液中一定含有Cu2＋C．將殘余固體加入稀硫酸中，有氣泡產(chǎn)生D．最后得到的溶液中可能含有Fe3＋B　[因為a＞c，說明b g鐵完全反應(yīng)，溶液中含Cu2＋、Fe2＋，不含Fe3＋。]2．要證明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋進(jìn)行如下實驗操作時，最佳順序為 (　　)①加入足量氯水　②加入足量KMnO4溶液　③加入少量NH4SCN溶液A．①③　 B．③②C．③①    D．①②③[答案]　C3．下列除雜的操作不正確的是  (　　)A．MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量鎂充分反應(yīng)后過濾B．FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入過量鐵粉充分反應(yīng)后過濾C．CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量鋅粉充分反應(yīng)后過濾D．CaCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2將Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入CaCO3充分反應(yīng)后過濾C　[FeCl3溶液中存在水解平衡：FeCl3＋3H2OFe(OH)3＋3HCl，加入Mg與H＋反應(yīng)，平衡右移，使Fe3＋轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3而除去，A正確；加入過量鐵粉，FeCl3與Fe反應(yīng)生成FeCl2而達(dá)到除雜的目的，B正確；C項中加入足量鋅粉，Cu2＋、Fe3＋均與Zn反應(yīng)，不符合除雜要求，錯誤；先用H2O2將Fe2＋氧化成Fe3＋，再利用FeCl3的水解，加入CaCO3與H＋反應(yīng)將Fe3＋轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3而除去，D正確。]命題點2　Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)實驗探究4．(2017·北京高考，T28節(jié)選)某小組在驗證反應(yīng)“Fe＋2Ag＋===Fe2＋＋2Ag”的實驗中檢測到Fe3＋，發(fā)現(xiàn)和探究過程如下。向硝酸酸化的0.05 mol·L－1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。(1)檢驗產(chǎn)物①取出少量黑色固體，洗滌后，____________________________________________________________________________________________________(填操作和現(xiàn)象)，證明黑色固體中含有Ag。②取上層清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說明溶液中含有________。(2)針對“溶液呈黃色”，甲認(rèn)為溶液中有Fe3＋，乙認(rèn)為鐵粉過量時不可能有Fe3＋，乙依據(jù)的原理是________________________________________________________________________________________________________________(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續(xù)實驗：①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關(guān)，對比實驗記錄如下：序號取樣時間/min現(xiàn)象ⅰ3產(chǎn)生大量白色沉淀；溶液呈紅色ⅱ30產(chǎn)生白色沉淀，較3 min時量少；溶液紅色較3 min時加深ⅲ120產(chǎn)生白色沉淀，較30 min時量少；溶液紅色較30 min時變淺(資料：Ag＋與SCN－生成白色沉淀AgSCN)②對Fe3＋產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)：假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3＋；假設(shè)b：空氣中存在O2，由于____________________________________(用離子方程式表示)，可產(chǎn)生Fe3＋；假設(shè)c：酸性溶液中的NO具有氧化性，可產(chǎn)生Fe3＋；假設(shè)d：根據(jù)__________________________________________________現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag＋，可產(chǎn)生Fe3＋。[解析]　(1)①若黑色固體中含有Ag，可先加入硝酸，加熱使之溶解，再加入鹽酸，能產(chǎn)生白色沉淀AgCl。②K3[Fe(CN)6]溶液是常見的檢驗Fe2＋的試劑。取上層清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說明含有Fe2＋。(2)Fe3＋具有較強(qiáng)的氧化性，可與Fe發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。②Fe2＋與O2可發(fā)生氧化還原反應(yīng)：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，生成Fe3＋。加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀，說明溶液中含有Ag＋，Ag＋可將Fe2＋氧化為Fe3＋。[答案]　(1)①加硝酸加熱溶解固體，再滴加稀鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀　②Fe2＋　 (2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋②4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀命題點3　涉及鐵及其化合物的基本化工流程5．(2019·重慶七校聯(lián)考)以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2，含少量FeS2)為原料，生產(chǎn)Fe3O4的部分工藝流程如下：下列說法錯誤的是(　　)A．用NaOH溶液吸收焙燒過程產(chǎn)生的SO2有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用B．從高硫鋁土礦中可制得Al、Fe的化合物C．向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2，鋁元素的存在形式由AlO轉(zhuǎn)化為Al3＋D．FeS2與Fe2O3混合后在無氧條件下焙燒的目的是生成Fe3O4和SO2C　[SO2屬于大氣污染氣體，用NaOH溶液吸收有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用，A項正確；由高硫鋁土礦的組成和流程圖可知，從高硫鋁土礦中可制得Al、Fe的化合物，B項正確；向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2，鋁元素的存在形式由AlO轉(zhuǎn)化為沉淀Al(OH)3，C項錯誤；FeS2與Fe2O3混合后在無氧條件下焙燒發(fā)生反應(yīng)：FeS2＋16Fe2O3===11Fe3O4＋2SO2↑，D項正確。]6．(雙選)(2019·黑龍江名校聯(lián)考)某同學(xué)采用硫鐵礦焙燒取硫后的燒渣(主要成分為Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考慮其他雜質(zhì))制取綠礬(FeSO4·7H2O)，設(shè)計了如下流程圖：下列說法正確的是(　　)A．溶解燒渣可選用足量稀鹽酸，試劑X選用鐵粉B．固體1是SiO2，固體3是Al(OH)3C．從溶液3中得到綠礬的操作方法是調(diào)節(jié)pH、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾D．若在溶液1中直接加NaOH溶液至過量，得到的沉淀用稀硫酸溶解，其溶液經(jīng)結(jié)晶分離也可得到綠礬BC　[溶解燒渣選用稀鹽酸會引入Cl－，該流程最終要得到綠礬，故應(yīng)選用稀硫酸，試劑X的作用是將Fe3＋還原為Fe2＋，且不能引入新雜質(zhì)，故試劑X應(yīng)選用Fe，A項錯誤；由流程圖可知，固體1是SiO2，固體3是Al(OH)3，B項正確；從硫酸亞鐵溶液中得到綠礬需要調(diào)節(jié)pH，防止Fe2＋被氧化和水解，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，C項正確；若在溶液1中直接加入NaOH溶液至過量，得到的沉淀用稀硫酸溶解，其溶液經(jīng)結(jié)晶分離最終得到的是硫酸鐵晶體，D項錯誤。]廢品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制備Fe2O3和FeSO4·7H2O的一般流程模板 鐵的不同價態(tài)化合物的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用——物質(zhì)變化與模型認(rèn)知鐵的化合價有＋2、＋3、＋6，其中＋2、＋3為兩種鐵的離子Fe2＋、Fe3＋，＋6在FeO中呈現(xiàn)，具有強(qiáng)氧化性，近幾年高考試題對鐵的常見化合物的性質(zhì)及應(yīng)用考查非常關(guān)注。特別是＋2、＋3價之間轉(zhuǎn)化更為重要。體現(xiàn)了“物質(zhì)變化與模型認(rèn)知”的學(xué)科素養(yǎng)。[價態(tài)——物質(zhì)類別坐標(biāo)]下圖是鐵的常見價態(tài)與物質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系圖[應(yīng)用體驗]根據(jù)上圖示，回答下列問題：(1)寫出Fe―→Fe3O4的兩個化學(xué)方程式_______________________________，____________________________。(2)除去FeCl2溶液中Fe3＋，可用試劑________，離子方程式為_______________________________________________________________。(3)寫出Fe2＋Fe3＋的離子方程式_____________________________________________________________________________________________。(4)制備Fe(OH)2要避空的原因是______________________________________________________________________________________________。(5)高鐵酸鉀凈水原理是______________________________________________________________________________________________________。[答案]　(1)3Fe＋2O2Fe3O4　3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2(2)Fe　Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋(3)5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O(4)Fe(OH)2極易被空氣中O2氧化為Fe(OH)3(5)K2FeO4具有強(qiáng)氧化性，能氧化殺菌消毒，同時生成Fe3＋水解生成膠體，吸附水中懸浮物而凈水1．A、B、C三種物質(zhì)中均含有同一種元素M，它們之間有如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系。A為一種金屬單質(zhì)，其產(chǎn)量直接關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈。反應(yīng)①②③均為化合反應(yīng)，反應(yīng)④為置換反應(yīng)。下列有關(guān)說法不正確的是(　　)A．①中所加試劑可能是氯氣B．③中需要加具有氧化性的試劑C．A與稀硝酸反應(yīng)一定能實現(xiàn)元素M在①中發(fā)生的價態(tài)變化    D．元素M在②中發(fā)生的價態(tài)變化也能通過加碘化鉀溶液實現(xiàn)C　[Fe與稀硝酸反應(yīng)，當(dāng)Fe過量時生成Fe2＋，當(dāng)Fe少量時生成Fe3＋。]2．(2019·南昌模擬)A、B、C為3種單質(zhì)(其中A為固體，B、C為氣體)，將D的飽和溶液滴入沸水中繼續(xù)煮沸，溶液呈紅褐色，B、C反應(yīng)的產(chǎn)物易溶于水得到無色溶液E。它們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖，下列推斷正確的是(　　)A．物質(zhì)B是H2　　　　　 B．物質(zhì)C是Cl2C．物質(zhì)D是FeCl2   D．物質(zhì)F是FeCl2D　[根據(jù)題意知，A為Fe，B為Cl2，C為H2，D為FeCl3，E為HCl，F為FeCl2。]3．在一定量的稀硝酸中慢慢加入鐵粉，得到的Fe2＋的物質(zhì)的量(縱坐標(biāo))與所加鐵粉的物質(zhì)的量(橫坐標(biāo))的關(guān)系如圖所示。請將正確答案的序號填在相應(yīng)的橫線上。①Fe3＋　②Fe2＋　③Fe、Fe2＋　④Fe2＋、Fe3＋(1)AB段鐵元素以________形式存在。(2)BC段鐵元素以________形式存在。(3)CD段鐵元素以________形式存在。(4)AB段與BC段所需Fe的質(zhì)量比為________。[解析]　向稀硝酸中加入鐵粉，開始時稀硝酸過量應(yīng)生成Fe3＋，隨加入鐵粉量的增加，HNO3反應(yīng)完全后，發(fā)生反應(yīng)：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后Fe3＋全部轉(zhuǎn)化為Fe2＋。[答案]　(1)①　(2)④　(3)③　(4)2∶14．(2019·貴陽模擬)高鐵酸鈉(Na2FeO4)具有很強(qiáng)的氧化性，是一種新型的綠色凈水消毒劑。工業(yè)上以菱鐵礦(主要成分是FeCO3及少量SiO2)為原料制備高鐵酸鈉的生產(chǎn)過程如下：已知：Na2FeO4只在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在。(1)Na2FeO4中鐵元素的化合價為________。(2)菱鐵礦粉碎的目的是_________________________________________，“堿浸”過程中SiO2所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)操作1與操作2的實驗名稱均為________，步驟③的目的是將Fe2＋氧化成Fe3＋，其離子方程式為_______________________________________________________________________________________________________________。(4)高鐵酸鈉消毒后的還原產(chǎn)物具有凈水作用，解釋凈水原理為_____________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　(2)粉碎后，反應(yīng)物表面積增大，可提高堿浸速率，提高浸出率。堿浸時，菱鐵礦中的SiO2雜質(zhì)與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。(3)操作1和操作2后均為固體，故這兩個操作均為過濾。步驟③加入氧化劑NaClO，Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，故該反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(4)高鐵酸鈉可用于消毒主要是因為其具有強(qiáng)氧化性，故消毒過程中，＋6價Fe被還原，生成＋3價Fe，即Fe3＋，其水解生成的Fe(OH)3膠體具有吸附性，可起到凈水的作用。[答案]　(1)＋6(2)增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高浸出率　2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O(3)過濾　2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O(4)高鐵酸鹽在殺菌消毒時，本身被還原成Fe3＋，Fe3＋易水解生成Fe(OH)3膠體，可吸附水中的懸浮雜質(zhì)，從而起到凈水的作用“鐵三角”中的轉(zhuǎn)化關(guān)系 [一題串知，落實考法](2016·全國卷Ⅱ，改編)某班同學(xué)用如下實驗探究Fe、Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化。(1)甲組同學(xué)取2 mL FeCl2溶液，加入幾滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液變紅，說明Cl2可將Fe2＋氧化。FeCl2溶液與氯水反應(yīng)的離子方程式為______________________________________________________________________________________________。[考查Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)與檢驗方法](2)乙組同學(xué)認(rèn)為甲組同學(xué)的實驗不夠嚴(yán)謹(jǐn)，該組同學(xué)在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再向液面下依次加入幾滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液變紅，煤油的作用是________________________________________________________ ____________________________________。[考查Fe2＋的還原性](3)丙組同學(xué)取10 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液，加入6 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液混合。分別取2 mL此溶液于3支試管中進(jìn)行如下實驗：①第一支試管中加入1 mL CCl4充分振蕩、靜置，CCl4層顯紫色；②第二支試管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成藍(lán)色沉淀；③第三支試管中加入1滴KSCN溶液，溶液變紅。實驗②檢驗的離子是________(填離子符號)；實驗①和③說明：在I－過量的情況下，溶液中仍含有________(填離子符號)，由此可以證明該氧化還原反應(yīng)為________。[考查Fe3＋的氧化性及性質(zhì)探究](4)丁組同學(xué)向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________________________________ ________________________________________；一段時間后，溶液中有氣泡出現(xiàn)，并放熱，隨后紅褐色沉淀生成。產(chǎn)生氣泡的原因是____________________________________________________________________；生成沉淀的原因是_______________________ (用平衡移動原理解釋)。[考查Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)及應(yīng)用][答案]　(1)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－(2)防止外界空氣中的O2進(jìn)入溶液氧化Fe2＋(3)Fe2＋　Fe3＋　可逆反應(yīng)(4)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2OFe3＋催化H2O2分解產(chǎn)生O2　H2O2分解反應(yīng)放熱，促進(jìn)Fe3＋的水解平衡正向移動[真題體驗，感悟考向]1．(2018·全國卷Ⅰ，T7)磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)電池是新能源汽車的動力電池之一。采用濕法冶金工藝回收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片中的金屬，其流程如下：下列敘述錯誤的是(　　)A．合理處理廢舊電池有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用B．從“正極片”中可回收的金屬元素有Al、Fe、LiC．“沉淀”反應(yīng)的金屬離子為Fe3＋D．上述流程中可用硫酸鈉代替碳酸鈉D　[廢舊電池中含有的金屬、電解質(zhì)溶液會對水體和土壤等造成污染，處理廢舊電池有利于資源再利用，同時能夠降低環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境，A項正確；從流程圖看出，正極材料涉及了鋁、鐵、鋰等金屬，B項正確；因流程中加入的有HNO3，故在含Li、P、Fe等濾液中加堿液，發(fā)生“沉淀”反應(yīng)的金屬離子為Fe3＋，C項正確；因為鋰及其化合物的性質(zhì)與鎂相似，由硫酸鎂易溶于水推知，硫酸鋰易溶于水，由碳酸鎂微溶于水推知，碳酸鋰微溶于水，所以不能用硫酸鈉代替碳酸鈉，D項錯誤。]2．(2018·全國卷Ⅱ，T28(2))所得殘留物中含有FeO和Fe2O3，檢驗Fe2O3存在的方法是_______________________________________________________________________________________________________________________________。[答案]　取少許固體粉末于試管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液變紅色，證明含有Fe2O33．(2017·全國卷Ⅲ，T26節(jié)選)在試管中加入少量綠礬樣品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液顏色無明顯變化。再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅。由此可知：________________________________________________________________________________________________________________________________、__________________________________________________________________。[解析]　綠礬溶液中滴加KSCN溶液，溶液顏色無明顯變化，說明樣品中沒有Fe3＋；再向試管中通入空氣，溶液變紅，說明有Fe3＋生成，即Fe2＋易被氧氣氧化為Fe3＋。[答案]　樣品中沒有Fe3＋[或Fe(Ⅲ)]　Fe2＋[或Fe(Ⅱ)]易被氧氣氧化為Fe3＋[或Fe(Ⅲ)]4．(2019·全國卷Ⅰ，T27節(jié)選)硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實驗室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨，具體流程如下：回答下列問題：(1)步驟①的目的是去除廢鐵屑表面的油污，方法是_________________________________________________________________________________。(2)步驟③中選用足量的H2O2，理由是______________________________ __________________。分批加入H2O2，同時為了____________，溶液要保持pH小于0.5。(3)步驟⑤的具體實驗操作有______________________________________，經(jīng)干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。[解析]　(1)鐵屑表面的油污可以用熱的氫氧化鈉溶液洗滌，然后用蒸餾水洗凈。(2)鐵與硫酸反應(yīng)后生成硫酸亞鐵，加入足量的過氧化氫溶液將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子方程式為2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋在水中易水解生成氫氧化鐵沉淀，為了抑制Fe3＋水解，溶液要保持較強(qiáng)的酸性，使用H2O2的優(yōu)點是不引入新的雜質(zhì)。(3)硫酸鐵溶液與固體硫酸銨反應(yīng)生成硫酸鐵銨，為了從溶液中得到硫酸鐵銨應(yīng)將溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸鐵銨晶體。[答案]　(1)堿煮水洗　(2)將Fe2＋全部氧化為Fe3＋；不引入雜質(zhì)　防止Fe3＋水解　(3)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾(洗滌)