高考化学必备专题复习——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＋。

①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。

3Fe＋2O2点燃

Fe3O4

b.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。

2Fe＋3Cl2点燃

2FeCl3 2Fe＋3Br2

△

2FeBr3 Fe＋I2

△

FeI2

②与酸反应

a．与非氧化性酸反应生成亚铁离子和氢气。Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑b．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。

Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O

2Fe＋6H2SO4(浓)△

Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O

③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。

3Fe＋4H2O 高温

Fe3O4＋4H2↑

④与某些盐溶液的反应：

Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋

铁的氧化物FeO Fe2O3 Fe3O4

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++H2

O Fe2O3+6H+=2Fe3++3H

2O

Fe3O4+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=2FeO Fe(OH)3的分解

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

铁在氧气中燃烧

3Fe+2O2=Fe3O4

3

Fe(OH)2 Fe(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)2＋2H＋＝Fe2＋＋2H2O

（2）与氧化性酸反应

3Fe(OH)2＋10HNO3＝3Fe(NO3)3＋NO↑＋

8H2O

（3）空气中放置被氧化

4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3

（1）与酸反应

Fe(OH)3＋3H＋＝Fe3＋＋

3H2O

（2）受热分解

2Fe(OH)3＝Fe2O3＋3H2O

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

Fe2＋＋2OH－＝Fe(OH)2↓

将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3

溶液中

Fe3＋＋3OH－＝Fe(OH)3↓

4.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：甲

丁

乙丙

丁

甲。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

⒈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）：

⒉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。

⒊具体反应有：

⑴Fe2＋→Fe3＋

①2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl－（在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色）。

②4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O（亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是：12FeSO4＋3O2＝

4Fe2（SO4）3＋2Fe2O3）

③3Fe2＋＋NO3－＋4H＋＝3Fe3＋＋2H2O＋NO↑

④5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋＝5Fe3＋＋4H2O＋Mn2＋

⑵Fe3＋→Fe2＋

①2Fe3＋＋S2—＝2Fe2＋＋S

②2Fe3＋＋SO32－＋H2O＝2Fe2＋＋SO42－＋2H＋

③2Fe3＋＋Fe＝3Fe2＋（在FeSO4溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2＋被氧化为Fe3＋）

④2Fe3＋＋Cu＝2Fe2＋＋Cu2＋（电路板的制作是利用FeCl3溶液与铜反应）

⑤2Fe3＋＋2I－＝2Fe2＋＋I2

4．Fe2+、Fe3+的性质及检验

（1）Fe2+ 的性质

①水溶液是色

②与KSCN溶液，再滴则变红

③与OH－反应现象：—→ —→

反应方程式：、

④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

①水溶液是色

②与KSCN溶液，反应方程式

③与OH－反应现象：反应方程式：

④只有性，Fe3+可被还原剂（如）可将Fe3+还原成Fe2+。

⑤Fe3+有较强水解能力。

水解方程式为：

思考：①能用加热蒸发FeCl3溶液得获得FeCl3固体吗？Fe2(SO4)3呢？

②Fe3+与CO32－、、S2－能共存吗？

（3）Fe2+、Fe3+的检验

①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

②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、Na

2．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：

①矿石的富集

目的：除去杂质,提高矿石右的有用成分的含量;

②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.

③精炼

目的：提高金属的纯度.

⒊金属冶炼的一般方法：

（1）金属冶炼方法

①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：

2HgO △

2Hg+O2↑ 2Ag2O

△

4Ag+O2↑

②热还原法：在金属活动性顺序表中位于Mg～Cu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。

①焦炭还原法。如：

↑

++↑++CO Mg C

MgO CO Cu 2C CuO 22高温

高温

②一氧化碳还原法。如： Fe2O3+3CO

高温

2Fe+3CO2

③氢气还原法。如：

WO3+3H2

高温

W+3H2O

④活泼金属还原法。如：

3232O Al Fe 2Al

2O Fe ++高温

此反应又称铝热反应。通常可作铝热剂的还有Al 和32O Cr 、Al 和52O V 、Al 和43O Fe 、Al 和

2MnO 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）。

③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3AlCl 的方法（因共价化合物在熔融时不导电）。如： 2Al2O3

电解

4Al+3O2↑ 2NaCl

电解

2Na+Cl2↑

（2）根据金属活动性顺序表大致可作如下归纳：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法

【特别提醒】

①用焦炭还原法冶炼金属，炼得的金属中往往含有少量的碳。

②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：

2

O C +2CO 高温

，CO 2C

CO 2?

+。所以用CO 冶炼得的金属中也会含有少量的碳。

③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。

④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FeO ·xFe2O3的铝灰制备A12(SO4)3·18H2O 。，工艺流程如下(部分操作和条件略): Ⅰ。向铝灰中加入过量稀H2SO4，过滤:

Ⅱ。向滤液中加入过量KMnO4溶液，调节溶液的pH 约为3； Ⅲ。加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色: Ⅳ。加入MnSO4至紫红色消失，过滤; Ⅴ。浓缩、结晶、分离，得到产品。

H2S04溶解A1203的离子方程式是

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pH

Al（OH）3 Fe（OH）2 Fe（OH）3

开始沉淀时 3.4 6.3 1.5

完全沉淀时 4.7 8.3 2.8

注：金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1

根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的：

(4)己知:一定条件下，MnO4 - 可与Mn2+反应生成MnO2,

①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCI并加热，能说明沉淀中存在MnO2的现象是.

②Ⅳ中加入MnS04的目的是

【答案】

（1）

3

232

62l3

Al O H A H O

++

+=+

；

（2）5、8H+、5、4H2O；

（3）将Fe2+氧化为Fe3+，调节pH值使铁完全沉淀；

（4）①、生成有黄绿色气体；

②、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Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，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++2HCO3–Fe(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

①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。）

②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。

③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：

A

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NH3·H2O(aq)和Na2CO3(aq)，加入NH3·H2O(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