2020年高考化学一轮复习专题3.3铁及其重要化合物讲含解析
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1、专题3.3 铁及其重要化合物1.了解铁的主要性质及其应用。了解铁的重要化合物及其应用。2掌握铁及其重要化合物的制备方法。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。与非金属单质的反应与O2反应常温铁锈(成分为Fe2O3xH2O)点燃3Fe2O2Fe3O4与Cl2反应点燃2Fe3Cl22FeCl3与S、I2反应FeSFeS、FeI2FeI2与水的
2、反应常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:3Fe4H2O(g)Fe3O44H2。与酸的反应与H反应Fe2H=Fe2H2与稀HNO3反应过量Fe4HNO=Fe3NO2H2O少量3Fe8H2NO=3Fe22NO4H2O与浓H2SO4、浓HNO3反应常温下钝化,加热分别生成SO2、NO2与某些盐溶液反应FeCu2=Fe2Cu、Fe2Fe3=3Fe2【归纳总结】Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。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。铁与一般氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧
3、化为Fe2,铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等)反应时被氧化为Fe3。在电化学中铁作负极时电极反应式为Fe2e=Fe2。(3)铁的冶炼冶炼原理:Fe2O33CO2Fe3CO22铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4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232,3稳定性不稳定稳定稳定与H反应的离子方程式FeO2H=Fe2H2OFe2O36H=2Fe33H2OFe3O48H=Fe22Fe34H2O3.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
4、后变为红褐色,方程式为4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。(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(Fe2O3xH2O),受热易分解,方程式为2Fe(OH)3Fe2O33H2O;制取Fe(OH)3用可溶性铁盐与碱反应,离子方程式:Fe33OH=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、NO(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:2Fe2H2O22H=2Fe32H2O。(2)可水解Fe(O
5、H)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。Fe3与S2、I、HS、SO等具有较强还原性的离子不能大量共存。Fe3可腐蚀印刷电路板上的铜箔,反应的离子方程式为2Fe3Cu=Cu22Fe2。(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。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:FeCl33
6、H2OFe(OH)3(胶体)3HCl。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。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。Fe3与HCO、Al(OH)4、CO、ClO等水解呈碱性的离子不能大量共存。 【典例1】(2019安徽淮北一中模拟)下列有关铁及其化合物的说法不正确的是()A工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁B铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4C工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸和浓硫酸D氯化铁溶液有较强氧化性,故可用作净水剂【解析】FeCl3溶液用作净水剂的原因是Fe3水
7、解产生Fe(OH)3胶体,其可吸附水中悬浮物和杂质等并形成沉淀沉降下来,从而起到净水作用,与氧化性无关。【答案】D【变式1】(2019江西临川一中模拟)铁屑溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止,得到红棕色残渣,上述沉淀和残渣分别是()AFe(OH)3Fe2O3 BFe(OH)2Fe2O3CFe(OH)2Fe(OH)3 DFe(OH)2Fe3O4【解析】铁与稀硫酸反应生成FeSO4,再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2,在空气中加热Fe(OH)2,铁元素被氧化为3价,最后所得红棕色残渣为Fe2O3。【答案】B知识点二 “铁
8、三角”、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、NO(H)、MnO(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:2Fe22HH2O2=2Fe32H2O向FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液,溶液褪色。反应的离子方程式:MnO5Fe28H=5Fe3Mn24H2O。(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FeCl
9、3溶液腐蚀印刷电路板上的铜箔,反应的离子方程式2Fe3Cu=2Fe3Cu2。(2)易水解:Fe3极易水解,只能存在于酸性较强的溶液中。3Fe2、Fe3的检验方法(1)Fe2的检验方法1无现象溶液变红色,证明含有Fe2方法2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生成蓝色沉淀,证明含有Fe2 (2)Fe3的检验方法1溶液变红色,证明含有Fe3方法2产生红褐色沉淀,证明含有Fe3 (3)混合溶液中Fe3、Fe2的检验Fe3的检验a.溶液变血红色,说明含有Fe3b.试纸变蓝色,说明含有Fe3Fe2的检验a.KMnO4溶液褪色,说明含有Fe2b.溴水褪色,说明含有Fe2c
10、.生成蓝色沉淀,说明含有Fe24“铁三角”转化关系5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Fe2NO(H)、ClO、MnO(H)Fe3S2、I、SOFe3HCO、CO等水解相互促进的离子【典例2】(2019河北唐山一中模拟)下列除杂的操作不正确的是()AMgCl2溶液中混有少量FeCl3:加入足量MgO充分反应后过滤BFeCl2溶液中混有少量FeCl3:加入过量铁粉充分反应后过滤CCuCl2溶液中混有少量FeCl3:加入NaOH溶液充分反应后过滤DCuCl2溶液中混有少量FeCl2:先加入H2O2将Fe2氧化成Fe3,再加入CuO充分反应后过滤【解析
11、】FeCl3溶液中存在水解平衡:FeCl33H2O=Fe(OH)33HCl,加入MgO与H反应,上述平衡右移,使Fe3转化成Fe(OH)3而除去,A正确;加入过量铁粉,FeCl3与Fe反应生成FeCl2而达到除杂的目的,B正确;加入NaOH溶液,Cu2、Fe3均转化成氢氧化物沉淀,不符合除杂要求,C错误;先用H2O2将Fe2氧化成Fe3,再利用FeCl3的水解,加入CuO与H反应将Fe3转化成Fe(OH)3而除去,D正确。【答案】C【变式2】(2019广西桂林中学模拟)A、B、C三种物质中均含有同一种元素M,它们之间有如图所示的转化关系。A为一种金属单质,其产量直接关系国民经济命脉。反应均为化
12、合反应,反应为置换反应。下列有关说法不正确的是()A中所加试剂可能是氯气B中需要加具有氧化性的试剂CA与稀硝酸反应一定能实现元素M在中发生的价态变化D元素M在中发生的价态变化也能通过加碘化钾溶液实现【解析】根据转化关系可确定A为变价金属,应为Fe,反应加入氯气能实现,B为FeCl3,C为FeCl2,A项正确;反应是铁元素由2价升高到3价,需要加具有氧化性的试剂,B项正确;过量的铁与稀硝酸反应时,生成硝酸亚铁,C项不正确;Fe3能将I氧化成I2,自身被还原成Fe2,D项正确。【答案】C考点一 铁及其化合物的性质【典例3】(高考组合题)下列有关物质性质的叙述错误的是( )A. (2018年江苏卷)
13、 向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液不显红色B(2019年天津卷)将废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2C(2019年江苏卷)Fe在稀硝酸中发生钝化D. (2018年江苏卷)Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2【解析】FeCl2溶液中含Fe2+,NH4SCN用于检验Fe3+,向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液不会显红色,A正确;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; 常温下,Fe在与浓硝酸发生钝化反应,C错误; Cu与FeCl3溶液反应生成CuCl2和FeCl2,反应的化学方程式为Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2
14、,D正确。【答案】C【变式3】(高考组合题)下列观点的叙述正确的是( )A(2017年江苏卷,T9A)无色透明的溶液中:Fe3+、Mg2+、SCN、ClB(2017年江苏卷,T7A)FeFeCl2Fe(OH)2C. (2018年江苏卷,T10A) D. (2017年全国新课标II卷,T13A)向2 mL 0.1 的溶液中加足量铁粉,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:【解析】Fe3+和SCN会发生反应生成血红色的配合物,A错误;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,
15、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Fe2Fe3+=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FeFe2+,D正确。【答案】D考点二、铁及其化合物的实验探究【典例4】(2019年全国卷)硫酸铁铵NH4Fe(SO4)2xH2O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)步骤的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是。(2)步骤需要加热的目的是,温度保持80
16、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)。ABCD (3)步骤中选用足量的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8095 ,低于100 ,可用热水浴加热。铁屑中含有少量硫化物,与H2SO4
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