高考专题-铁及其重要化合物考点三“铁三角”讲义高三化学一轮复习

高考专题：铁及其重要化合物[考纲要求]1.了解铁单质及其重要化合物的制备方法。2.掌握铁单质及其重要化合物的主要性质及其应用。考点三“铁三角”[要点细化]1.“铁三角”中的转化关系2.“铁三角”的重要应用(1)除杂主要物质杂质除杂方法Fe2+Fe3+加过量铁屑后过滤FeCl3FeCl2加氯水或H2O2溶液Fe2+Cu2+加过量铁屑后过滤FeAl加过量强碱溶液后过滤Fe2O3Al2O3、SiO2加过量强碱溶液后过滤(2)判断离子共存①Fe2+NO3-(H+)、ClO-、MnO4-(H+)(因发生氧化还原反应)。②Fe3+S2-、I-、SO32-、HS-(因发生氧化还原反应)。③Fe2+、Fe3+HCO3-、CO32-、AlO2-等(因互相促进水解反应)。(3)盐溶液的配制与保存①Fe2＋的盐溶液：加少量铁粉，抑制Fe2＋被氧化；加少量相应的酸，防止Fe2＋水解。②Fe3＋的盐溶液：加少量相应的酸抑制Fe3＋水解。(4)物质的制备[温馨提示](1)氧化性、还原性关系氧化性：Cl2>Br2>Fe3+>I2>S还原性：Cl-<Br-<Fe2+<I-<S2-(2)Fe2+具有较强的还原性，Fe3+具有较强的水解能力，实际上pH>3.2时，Fe3+即可完全形成Fe(OH)3沉淀。欲除去某溶液中含有的Fe2+杂质时，一般先向该溶液中加入氧化剂（如H2O2），使Fe2+被氧化为Fe3+,然后通过加碱液调节pH，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。[易错警示](1)铁与硫反应生成FeS而不是Fe2S3；铁与盐酸反应生成FeCl2和H2而不是FeCl3和H2；铁与碘单质化合生成FeI2而不是FeI3。(2)铜能与FeCl3溶液反应但不是置换反应。（Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2）(3)FeCl2、Fe(OH)3、FeCl3均能通过化合反应生成:Fe+2FeCl3=3FeCl2、4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3、2FeCl2+Cl2=2FeCl3(4)铁与硫酸、硝酸的混酸反应顺序总结足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：Fe＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋、Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(若H＋量不足，该反应不再发生)。[能力提升]1．某同学欲探究铁及其化合物的性质，下列实验方案可行的是()A．将铁粉加入热的浓硫酸中：探究铁的活泼性B．将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中：制备Fe(OH)3胶体C．在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液：制备FeSO4·6H2O晶体D．将铜粉加入FeCl3溶液中：验证Fe3＋的氧化性强于Cu2＋答案D2．向稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析错误的是()A．OA段产生的是NO，AB段的反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，BC段产生H2B．A点溶液中的溶质为Fe(NO3)3和H2SO4C．原混合酸中NOeq\o\al(－,3)物质的量为0.2molD．原混合酸中H2SO4的物质的量浓度为2mol·L－1[解析]分析图像中各阶段所发生的反应：OA段：Fe＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O；AB段：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋；BC段：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。由此可知A正确；由OA段所发生的反应可知硝酸完全转化为NO，溶液中不存在NOeq\o\al(－,3)，故A点溶质应该是Fe2(SO4)3和H2SO4，B错误；由OA段氧化还原反应中得失电子守恒可知，n(NOeq\o\al(－,3))＝n(Fe)＝eq\f(11.2g,56g·mol－1)＝0.2mol，C正确；三个阶段共消耗铁为22.4g，即eq\f(22.4g,56g·mol－1)＝0.4mol，C点溶质为FeSO4，由溶液中的电荷守恒可知n(SOeq\o\al(2－,4))＝n(Fe2＋)＝0.4mol，由反应前后SOeq\o\al(2－,4)物质的量不变可知原混合酸中硫酸的物质的量浓度为2mol·L－1，D正确。答案B[典题演练]1．《新修本草》中关于“青矾”的描述：“本来绿色，新出窟未见风者，正如琉璃，烧之赤色”。《物理小识》中说：“青矾厂气熏人，衣服当之易烂，栽木不茂”，下列相关叙述不正确的是()A．赤色固体可能是Fe2O3B．青矾宜密闭保存，防止氧化变质C．青矾燃烧过程中发生了电子转移D．“青矾厂气”可能是CO和CO2[解析]根据《新修本草》关于青矾的描述可知为FeSO4·7H2O，其分解产生的气体二氧化硫有刺激性气味，三氧化硫有腐蚀性，不可能产生CO和CO2。答案D2．在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是()A．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，一定不含Cu2＋B．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2＋，可能含Cu2＋和Fe3＋C．若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3＋和Fe2＋，一定不含Cu2＋D．[解析]氧化性Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，加入铁粉后有固体剩余，Fe3＋一定不存在；若剩余固体全部都是Cu，溶液中还可能有Cu2＋，也可能恰好被完全置换；若剩余固体是Cu和Fe，则溶液中不可能有Cu2＋和Fe3＋。答案D3．硫酸亚铁是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)，下列说法错误的是()A．FeSO4与NH4HCO3反应制备FeCO3，适宜在高温条件下进行B．碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体，可用作净水剂C．可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被氧化D．常温下，FeSO4比(NH4)2Fe(SO4)2易溶于水答案A4．将0.2mol·L－1的KI溶液和0.05mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等体积混合充分反应后，取混合液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2的是()A．向混合液中滴入KSCN溶液，溶液变红色B．向混合液中滴入AgNO3溶液，有黄色沉淀生成C．向混合液中滴入K3Fe(CN)6溶液，有蓝色沉淀生成D．向混合液中滴入淀粉溶液，溶液变蓝色[解析]0.2mol·L－1的KI溶液和0.05mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等体积混合，KI过量，向混合液中滴入KSCN溶液，溶液变红色，说明溶液中仍含有Fe3＋，能说明溶液中存在化学平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，A项正确；KI过量，溶液中存在I－，B项错误；该反应生成Fe2＋，向混合液中滴入K3Fe(CN)6溶液，有蓝色沉淀Fe3[Fe(CN)6]2生成，只能说明溶液中含有Fe2＋，C项错误；该反应生成I2，向混合液中滴入淀粉溶液，溶液变蓝色，说明溶液中含有碘单质，D项错误。答案A5．铁的常见化合价有＋2价和＋3价。据研究，铁在浓HNO3中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为()A．FeO·3Fe2O3 B．2FeO·3Fe2O3C．FeO·2Fe2O3 D．2FeO·Fe2O3[解析]化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物，设化学式为nFeO·mFe2O3，则eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(n＋2m＝8,n＋3m＝11))解得n＝2，m＝3，该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。答案B6．下列关于Fe3＋、Fe2＋性质实验的说法错误的是()A．用如图装置可以制备Fe(OH)2B．配制FeCl3溶液时，先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中，再加水稀释到所需要的浓度C．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，此现象不能确定溶液中含有Fe2＋D．向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2＋被氧化[解析]反应开始时生成的H2进入B中，可排出其中的空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化，一段时间后关闭止水夹C，A中硫酸亚铁进入B中可生成Fe(OH)2，A项正确；FeCl3易水解，为抑制水解配制溶液时先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中，再加水稀释到所需要的浓度，B项正确；Fe3＋与铁反应可生成Fe2＋，则向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2＋被氧化，D项正确。答案C7．FeCl3易潮解、易升华，实验室制备FeCl3的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。下列说法正确的是()A．导管g的作用是增强装置的气密性B．试剂X和试剂Y分别为浓硫酸、饱和食盐水C．直接用E接收产物比用导管连接D、E的优点是可防止堵塞D．出于简化装置的目的，F装置可拆除[解析]导管g的作用是平衡气压，保证液体顺利滴下，A错误；为得到干燥纯净的Cl2，应先用饱和食盐水除去HCl，再通过浓硫酸干燥气体，B错误；FeCl3易潮解，而F中的浓硫酸起到干燥的作用，防止G中水蒸气进入D中，不能拆除，D错误。答案C8．下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是()选项操作和现象结论或目的A向红砖粉末中加入盐酸，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液2～3滴，溶液呈红色红砖中含有氧化铁BCO还原Fe2O3得到的黑色固体加入盐酸溶解后再加入KSCN溶液，溶液不显红色黑色固体中没有Fe3O4C取少量Fe(NO3)2试样加水溶解，加稀H2SO4酸化，滴加KSCN溶液，溶液变为红色该Fe(NO3)2试样已经变质D向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液，变红色原溶液中含有Fe2＋[解析]CO还原Fe2O3得到单质Fe，即使有Fe3O4，其溶于盐酸后产生的Fe3＋与Fe发生反应：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，加入KSCN溶液也不显红色，B项错误；NOeq\o\al(－,3)＋H＋具有强氧化性，而Fe2＋具有还原性，两者发生氧化还原反应，有Fe3＋生成，遇KSCN溶液呈红色，不能证明样品是否变质，C项错误；若原溶液中不存在Fe2＋，存在Fe3＋，也有此现象，D项错误。答案A9．将1.12g铁粉加入25mL2mol·L－1的氯化铁溶液中，充分反应后，其结果是()A．铁粉有剩余，溶液呈浅绿色，Cl－浓度基本不变B．往溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红色C．Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为5∶1D．氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶5[解析]n(Fe)＝eq\f(1.12g,56g·mol－1)＝0.02mol，n(FeCl3)＝2mol·L－1×0.025L＝0.05mol，由反应Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋知，0.02mol铁粉完全反应需要0.04mol氯化铁。铁完全反应，氯化铁有剩余，Cl－浓度基本不变，A错误；氯化铁有剩余，往溶液中滴入KSCN溶液，显红色，B正确；0.02molFe反应生成Fe2＋为0.06mol，Fe3＋剩余0.01mol，其物质的量之比为6∶1，C错误；氧化产物与还原产物均为氯化亚铁，Fe被氧化，氯化铁被还原，则氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2，D错误。答案B10．(·高考选项组合)有关铁及其化合物的说法正确的是()A．将NaOH浓溶液滴加到饱和的FeCl3溶液中，制备Fe(OH)3胶体(2016·全国卷Ⅱ，13A)B．FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板，说明铁比铜金属性强(2016·全国卷Ⅲ，7B)C．配制氯化铁溶液时，将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释(2016·全国卷Ⅰ，10C)D．Fe与Cl2反应生成FeCl3，推测Fe与I2反应生成FeI3(2016·上海，21C)[解析]A项，制备Fe(OH)3胶体，应将饱和氯化铁溶液滴入沸水中，错误；B项，铁离子与铜反应生成铜离子和亚铁离子说明铜的还原性比亚铁离子的还原性强，无法证明金属性的强弱，错误；C项，在溶液中铁离子极易发生水解反应，产生难溶性的氢氧化铁，为了抑制铁离子的水解，应该先将氯化铁溶解在较浓的盐酸中，然后再加水稀释到相应的浓度，正确；D项，因I2的氧化性较弱，故与铁反应生成FeI2，错误。答案C11．(2016·全国卷Ⅱ，28)某班同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol·L－1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是_________________________________________________________。(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为___________________________。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是________________________________________________________________________________________。(4)丙组同学取10mL0.1mol·L－1KI溶液，加入6mL0.1mol·L－1FeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验：①第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。实验②检验的离子是________(填离子符号)；实验①和③说明：在I－过量的情况下，溶液中仍含有________(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为________。(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为___________________________；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红色沉淀生成。产生气泡的原因是_____________________________，生成沉淀的原因是_______________________________(用平衡移动原理解释)。答案(1)防止Fe2＋被氧化(2)2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)Fe2＋Fe3＋可逆反应(5)H2O2＋2Fe2＋＋2H＋=2Fe3＋＋2H2OFe3＋催化H2O2分解产生O2H2O2分解放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动[解析](1)亚铁离子具有还原性，能被空气中的氧气氧化，所以在配制的FeCl2溶液中加入少量铁屑的目的是防止Fe2＋被空气氧化。(2)Cl2可将Fe2＋氧化成Fe3＋。(3)煤油的作用是隔绝空气，防止空气中的氧气将Fe2＋氧化，产生干扰。(4)Fe2＋与K3Fe(CN)6反应生成蓝色沉淀Fe3[Fe(CN)6]2。碘在CCl4中呈紫色，Fe3＋遇KSCN溶液显红色，实验①和③说明，在I－过量的情况下，溶液中仍含有Fe3＋，由此可以证明该氧化还原反应为可逆反应。(5)溶液变成棕黄色说明Fe2＋被氧化为Fe3＋，即可写出离子方程式。一段时间后，产生气泡的原因是反应产生的Fe3＋是H2O2分解的催化剂，促进H2O2分解生成O2，同时H2O2分解是放热反应，并促进了Fe3＋水解平衡Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋向正反应方向移动，产生较多Fe(OH)3，聚集形成沉淀。12．高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂，比Cl2、O2、ClO2、KMnO4氧化性更强，无二次污染，工业上先制得高铁酸钠，然后在低温下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和，使高铁酸钾析出。(1)干法制备高铁酸钠的主要反应为：2FeSO4＋6Na2O2=2Na2FeO4＋2Na2O＋2Na2SO4＋O2↑