2022高考化学一轮复习 第三章 第10讲　铁及其重要化合物课件PPT

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考点 1　铁及其重要化合物1．铁(1)铁的原子结构：
(3)化学性质(写出化学方程式或离子方程式)：
Fe＋4HNO3(稀)===
Fe(NO3)3 ＋NO↑＋2H2O
3Fe＋8HNO3(稀)===
3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、 Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
2．铁的氧化物(1)物理性质
(2)化学性质FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式为_________________________，____________________________，__________________________________。
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O
3．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____色变为_____色，最后变为_____色，化学方程式为________________________________。(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(Fe2O3·xH2O)，受热易分解，分解的方程式为_______________________________；制取Fe(OH)3用可溶性铁盐与碱反应，离子方程式为_________________________。
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
1．根据教材必修1 P50科学探究，请回答下列问题：
(1)装置二中湿棉花的作用为_________________________。(2)实验完毕后，取出装置一的少量固体，溶于足量稀盐酸，再滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，试解释原因：___________________________________________________________(用离子方程式表示)。提示：(1)提供水蒸气(2)Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
2．根据教材必修1 P60学与问，完成下列反应的离子方程式。(1)Fe(OH)2与足量稀HNO3：________________________________________________________________________________________________。(2)Fe(OH)3与足量HI：_____________________________________________________________________________________________________。
(5)将水蒸气通过灼热的铁粉，粉末变红，铁与水在高温下发生反应。(　　)(6)铁锈的成分是氢氧化铁。(　　)(7)Fe(OH)3、FeCl2均可由化合反应得到。(　　)
1．科学思维：防止Fe(OH)2氧化的方法归纳与整合(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管中的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。(5)用Fe做阳极，石墨做阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。
题组一　铁及其化合物的性质及应用1．《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病，而通耳明目。慈石，色轻紫，石上皲涩，可吸连针铁，俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是 (　　)A．铁　　B．氧化铜C．氧化铁D．四氧化三铁
2．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、浓硫酸D．氯化铁溶液有较强氧化性，故可用作净水剂
解析：金属活动性顺序表中铁到铜是用还原法冶炼，工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁，故A正确；铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4，故B正确；常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化现象，阻止反应进行，工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸，故C正确；氯化铁溶液有氧化性，但不是用作净水剂的原因，净水是利用铁离子水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性，能吸附悬浮的杂质净水，故D错误。
题组二　氢氧化亚铁的制备4．下列各图示中，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是_______(填序号)。
解析：因为Fe(OH)2在空气中容易被氧气氧化为红褐色的Fe(OH)3，因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理相同，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的 Fe(OH)2处在氢气的保护中；③的原理为铁做阳极产生Fe2＋，与电解水产生的OH－结合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④由于带入空气中的氧气，能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。答案：①②③⑤
题组三　铁的氧化物组成的确定5．准确称取某种铁的氧化物2.88 g，用足量的CO进行还原，将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4.00 g，则这种铁的氧化物为(　　)A．Fe3O4B．Fe2O3C．FeOD．以上都不是
6．有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 ml·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 ml Cl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，则该样品可能的化学式为(　　)A．Fe2O3B．Fe3O4C．Fe4O5D．Fe5O7
解析：根据2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2＋)＝0.025 ml×2＝0.05 ml，根据电荷守恒得2n(Fe2＋)＋3n(Fe3＋)＝n(Cl－)，又n(Cl－)＝0.14 L×5.0 ml·L－1＝0.7 ml，则n(Fe3＋)＝0.2 ml，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。
考点 2　Fe2＋与Fe3＋的性质及检验
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋
===2Fe3＋＋2H2O
3．Fe2＋、Fe3＋的检验方法(1)用KSCN溶液和氯水
3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓
结合教材必修1 P61实验3－10及上述[基础全梳理]，写出下列物质的名称：(1)KSCN____________；(2)Fe(SCN)3____________；(3)K3[Fe(CN)6]____________；(4)Fe3[Fe(CN)6]2____________。提示：(1)硫氰化钾　(2)硫氰化铁　(3)铁氰化钾　(4)铁氰化亚铁
科学思维：铁及其化合物转化关系中的“价类二维图”从物质类别和物质所含核心元素的化合价两个角度总结、预测物质的性质是学习化学的重要方法之一。
(1)横向变化体现了同价态不同类别(单质、氧化物、盐、碱)之间的转化：①碱性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)转化为盐；②Fe2＋、Fe3＋与碱(OH－)反应生成对应的碱；③难溶性的碱易分解生成对应的氧化物，但难溶性的碱性氧化物一般不与水反应生成对应的碱。(2)纵向变化体现不同价态同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。(3)斜向变化体现不同价态、不同类别之间物质的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。
题组一　Fe2＋、Fe3＋之间的转化1．将铁屑溶于过量盐酸后，为使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，可以加入氯水、双氧水，写出对应离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________。加入Fe(NO3)2、NaClO是否可行？理由是____________________________________________________________________________________。
2．ZnSO4溶液[含有少量FeSO4、Fe2(SO4)3]，为除去溶液中的FeSO4、Fe2(SO4)3，设计实验如下：(1)可先向溶液中通入氧气，目的是_____________________________。(2)加入________(填最佳试剂)调节溶液的pH至2.8。答案：(1)将Fe2＋氧化成Fe3＋(2)ZnO
(3)过滤。已知相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 ml·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如表所示：
(4)问题讨论：①调节溶液pH时是否可以用NaOH溶液？_________；理由是_______________________________________________________。②如果不通入氧气，其后果是_________________________________。答案：(4)①不可以　pH不易控制，引入杂质　②Zn2＋沉淀的同时Fe2＋也沉淀，无法除去杂质
3．(1)在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g铜，完全溶解后，再加b g铁，充分反应后得到c g残余固体，且a>c。试分析残留固体的成分为________，所得溶液中阳离子为________。(2)向Fe2(SO4)3、CuSO4的混合溶液中逐渐加入铁粉，试分析下列情况回答相关问题。①无固体剩余，溶液中的阳离子可能为________。②剩余固体成分只含Cu，溶液中的阳离子可能为________。③剩余固体成分为Fe、Cu，溶液中的阳离子为________。
答案：(1)Cu　Cu2＋、Fe2＋(2)①Fe2＋、Cu2＋或Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋　②Fe2＋或Fe2＋、Cu2＋　③Fe2＋
题组二　Fe2＋和Fe3＋的检验4．工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如图：
用稀硫酸浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在________(填离子符号)，检验溶液中还存在Fe2＋的方法是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(注明试剂、现象)。
解析：滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中有Fe3＋；检验溶液中还存在Fe2＋时，可以利用Fe2＋的还原性，加入酸性KMnO4溶液，溶液紫色褪去。答案：Fe3＋　取少量溶液，滴加酸性KMnO4溶液，KMnO4褪色{或取少量溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，如果有蓝色沉淀说明有Fe2＋}
5．菠菜常用作补铁食品之一，为探究其中铁元素的价态，现进行如下实验。(1)取新鲜的菠菜10 g，将菠菜剪碎后放在研钵中研磨，然后倒入烧杯中，加入30 mL蒸馏水，搅拌。将上述浊液过滤，得到的滤液作为试验样品。分置于两支试管中。(2)向一支试管中加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，生成________，说明滤液中含Fe2＋。(3)向另一支试管中加入少量稀硝酸，然后加入几滴KSCN溶液，溶液呈________色。能否说明滤液中含Fe3＋，试分析其原因：___________。
答案：(2)蓝色沉淀　(3)血红　不能，滤液中含Fe2＋，加入稀硝酸后生成Fe3＋，干扰实验，溶液变红不能说明滤液中含Fe3＋
聚合硫酸铁的制备主要有直接氧化法和催化氧化法。大多数PFS的制备采用直接氧化法，此法工艺路线较简单，用于工业生产可以减少设备投资和生产环节，降低设备成本，但这种生产工艺必须依赖于氧化剂，如：H2O2、KClO3、HNO3等无机氧化剂。催化氧化法一般是选用一种催化剂，利用氧气或空气氧化制备聚合硫酸铁。
根据上述材料，回答下列问题：问题1.聚合硫酸铁的制备方法很多，过氧化氢氧化法制备聚合硫酸铁时，是在硫酸亚铁中加入H2O2制得硫酸铁。写出该反应过程的离子方程式。(素养角度——证据推理与模型认知)答案：问题1　提示：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。
问题2.氯酸钠是一种强氧化剂，在酸性条件下可以与硫酸亚铁反应，写出反应离子方程式。(素养角度——宏观辨识与微观探析)问题3.硫酸铁通过水解反应、聚合反应可以得到聚合硫酸铁。写出硫酸铁水解反应、聚合反应生成聚合硫酸铁的化学方程式。(素养角度——变化观念与平衡思想)
高考新热点——以Fe2＋、Fe3＋为载体的综合实验探究铁元素有多种价态，化合物种类较多，特别是Fe2＋、Fe3＋的性质多样，是命制综合实验题恰当的载体。考查内容可涉及物质性质的探究、物质的制备、成分测定、离子检验等，通过上述问题的设计，同时可考查仪器的使用、条件的控制、物质的分离提纯、实验安全等化学实验基础知识。
[考能突破练]1．某小组在验证反应“Fe＋2Ag＋===Fe2＋＋2Ag”的实验中检测到Fe3＋，发现和探究过程如下。向硝酸酸化的0.05 ml·L－1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。(1)检验产物。①取出少量黑色固体，洗涤后，________________________________________________________(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有________。
解析：(1)①加入足量稀盐酸(或稀硫酸)酸化，固体未完全溶解。②K3[Fe(CN)6]是检验Fe2＋的试剂，所以产生蓝色沉淀说明含有Fe2＋。答案：(1)①加入足量稀盐酸(或稀硫酸)酸化，固体未完全溶解　②Fe2＋
(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3＋，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，乙依据的原理是____________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验：①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如表所示：
(资料：Ag＋与SCN－生成白色沉淀AgSCN)
解析：(2)过量铁粉与Fe3＋反应生成Fe2＋：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。②O2氧化Fe2＋反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O。白色沉淀是AgSCN，所以实验可以说明含有Ag＋，Ag＋可能氧化Fe2＋生成Fe3＋。答案：(2)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋　②4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　加入KSCN溶液后生成白色沉淀
2．从宏观现象探究微观本质是重要的化学学科素养。以FeCl3溶液为实验对象，探究其与碱性物质之间反应的复杂多样性。实验如下：(1)①中反应的离子方程式是___________________________________。
解析：(1)根据图中对实验现象的描述，反应①氢氧化镁沉淀转化为氢氧化铁胶体。
(2)②中逸出的无色气体是________。从物质类别的角度分析，Na2CO3与Na2SO3在化学性质方面的共性是____________________________(写一条)；从化合价角度分析，Na2CO3与Na2SO3在化学性质方面的差异是__________________________________________________________________________________________________________________(写一条)。解析：(2)由于碳酸钠溶液显碱性，氯化铁溶液显酸性，相互促进水解，生成CO2气体和氢氧化铁沉淀。
答案：(2)CO2　两者都为强碱弱酸盐，能与强酸反应　Na2CO3中碳原子为最高正价＋4，无还原性；Na2SO3中硫原子为＋4价，处于中间价态，具有较强的还原性
(3)对于③中的实验现象，同学们有诸多猜测，继续进行实验：Ⅰ.甲取③中的红棕色溶液少许，滴入盐酸酸化的BaCl2溶液，产生白色沉淀。甲得出结论：FeCl3与Na2SO3发生了氧化还原反应，离子方程式是_____________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.乙认为甲的实验不严谨，重新设计并进行实验，证实了甲的结论是正确的。其实验方案是___________________________________________________________________________________________________。
(4)受以上实验的启发，同学们对pH≈8的1 ml/L NaF溶液与FeCl3溶液混合时的现象产生了好奇并进行实验：Ⅰ.⑤的实验目的是___________________________________________。
Ⅱ.为探究④中溶液变无色的原因，进行如下实验： 资料显示：FeF3溶液为无色。用平衡移动原理解释红褐色沉淀产生的原因：_________________________________________________________________________________。(5)根据实验，FeCl3溶液与碱性物质之间的反应的多样性与_________有关。
解析：(4)FeCl3溶液中加入NaF，颜色变浅，说明反应生成了FeF3，是可溶性的难电离物质，加入氢氧化钠溶液生成红褐色沉淀，说明OH－更容易与Fe3＋结合。
1.特殊颜色(1) 固体：Fe3O4、FeO——黑色，Fe2O3——红棕色，Fe(OH)3——红褐色。(2)溶液：Fe2＋——浅绿色，Fe3＋——黄色。
2．(2016·高考全国卷Ⅱ)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0.1 ml·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2 mL FeCl2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__________________________________________________________。
解析：(1)Fe2＋具有很强的还原性，易被空气中的O2氧化为Fe3＋，在FeCl2溶液中加入少量铁屑，可防止Fe2＋被氧化。(2)Fe2＋被氧化为Fe3＋，Cl2被还原为Cl－，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。答案：(1)防止Fe2＋被氧化(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL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________________________________________。解析：(3)O2难溶于煤油，加入煤油能隔绝空气，排除O2对实验的影响。答案：(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)丙组同学取10 mL 0.1 ml·L－1 KI溶液，加入6 mL 0.1 ml·L－1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验：①第一支试管中加入1 mL CCl4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____________。
答案：(4)Fe2＋　Fe3＋　可逆反应
(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，随后有红褐色沉淀生成。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：(5)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2OFe3＋催化H2O2分解产生O2　H2O2分解反应放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动
3．(2020·高考全国卷Ⅰ)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 ml·L－1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、________(从下列图中选择，写出名称)。
解析：(1)根据用固体物质配制一定物质的量浓度溶液的方法可知，题图给出的仪器中还需要烧杯、量筒和托盘天平。答案：(1)烧杯、量筒、托盘天平
(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 ml·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝__________。(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为________，铁电极的电极反应式为________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于________，还原性小于________。解析：(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极是负极，石墨电极是正极，盐桥中阳离子向正极移动，故阳离子进入石墨电极溶液中。
解析：(4)假设两个烧杯中溶液体积均为V L，铁电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，一段时间后，铁电极溶液中c(Fe2＋)增加0.02 ml·L－1，则电路中通过电子为0.02 ml·L－1×V L×2＝0.04V ml。石墨电极上未见Fe析出，则石墨电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，据得失电子守恒可知，石墨电极生成Fe2＋为0.04V ml，故石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝(0.05 ml·L－1×V L＋0.04V ml)/V L＝0.09 ml·L－1。(5)由(4)分析可知，石墨电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，据此得出Fe2＋的氧化性小于Fe3＋；铁电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，据此得出Fe2＋的还原性小于Fe。
答案：(3)石墨　(4)0.09 ml·L－1(5)Fe3＋＋e－===Fe2＋　Fe－2e－===Fe2＋　Fe3＋　Fe
(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是__________________________。解析：(6)铁电极表面被刻蚀活化，Fe与Fe2(SO4)3溶液发生反应：Fe＋ Fe2(SO4)3===3FeSO4，活化反应完成后，溶液中不含Fe3＋，可向FeSO4溶液中滴加KSCN溶液，若溶液不变血红色，证明活化反应完成。答案：(6)取少量溶液，滴入KSCN溶液，不出现血红色