高考化学一轮复习学案 第2节 铁及其重要化合物

第2节　铁及其重要化合物
素养呈现 1.了解铁及其重要化合物的制备方法。(科学探究与创新意识) 2．掌握铁及其重要化合物的主要性质及其应用。(宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想)
【回扣教材·自主预诊】
考点一　铁及其氧化物和氢氧化物
一、铁的原子结构
铁位于元素周期表中第　四　周期　Ⅷ　族，原子结构示意图为　　，最外层有2个电子，
在化学反应中易失去2个或3个电子而表现为　＋2　价或　＋3　价。
二、铁的性质
1．铁的物理性质
颜色、状态 导电、导热性 延展性 地壳含量
银白色固体 　良好　 良好 占第　四　位
2．铁的化学性质(写出化学方程式或离子方程式)
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三、铁的氧化物
物质 FeO(氧化亚铁) Fe2O3(氧化铁) Fe3O4(Fe2O3·FeO)(四氧化三铁)
铁的价态 ＋2价 ＋3价 ＋2价(占)、＋3价(占)
色、态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体
俗名 无 铁红 磁性氧化铁
化学性质 与非氧化性酸反应 FeO＋2H＋=== Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋=== 2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===　Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O　
与氧化性酸反应 3FeO＋10HNO3(稀) ===　3Fe(NO3)3＋ NO↑＋5H2O　 Fe2O3＋6HNO3=== 2Fe(NO3)3＋3H2O 3Fe3O4＋28HNO3(稀)=== 9Fe(NO3)3＋NO↑＋　14H2O　
化学性质 与还原性酸反应 FeO＋2HI===FeI2＋H2O Fe2O3＋6HI=== 　2FeI2＋I2＋3H2O　 Fe3O4＋8HI===　3FeI2＋I2＋4H2O　
与还原剂反应 FeO＋CO Fe＋CO2 Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2
四、铁的氢氧化物
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3
铁的价态 ＋2价 ＋3价
色、态 白色固体 红褐色固体
化学性质 与非氧化性酸反应 Fe(OH)2＋2HCl===FeCl2＋2H2O Fe(OH)3＋3HCl===FeCl3＋3H2O
与氧化性酸反应 3Fe(OH)2＋10HNO3(稀)=== 　3Fe(NO3)3＋NO↑＋8H2O　 Fe(OH)3＋3HNO3===Fe(NO3)3＋3H2O
与还原性酸反应 Fe(OH)2＋2HI===FeI2＋2H2O 2Fe(OH)3＋6HI===　2FeI2＋I2＋6H2O　
热稳定性 不稳定：Fe(OH)2FeO＋H2O(隔绝空气) 不稳定： 2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
制法 可溶性碱与亚铁盐溶液反应 可溶性碱与铁盐溶液反应
转化 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，颜色变化：白色→灰绿色→红褐色
【名师点拨】
1．Fe(OH)2与强氧化性酸(如稀硝酸、浓硫酸)反应时，要注意发生的是氧化还原反应，而不是复分解反应。
2．Fe(OH)2在空气中加热得到的是Fe2O3：4Fe(OH)2＋O22Fe2O3＋4H2O,2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
【自主诊断】
1．思考回答：
(1) 生铁没有纯铁抗腐蚀能力更强吗？
答：生铁没纯铁抗腐蚀能力强，因为生铁中金属铁、碳、潮湿的空气能构成原电池，易被腐蚀而生锈。
通过化合反应能制取FeCl2、FeCl3、Fe(OH)3吗？能制取的用化学方程式表示。
答：能；Fe＋2FeCl3===3FeCl2；2Fe＋3Cl22FeCl3 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) 铁位于元素周期表中第四周期ⅧB族 ( × )
(2) 铁的化学性质比较活泼，所以铁在自然界中全部以化合态存在 ( × )
(3) Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3，在少量Cl2中燃烧生成FeCl2 ( × )
(4) Fe3O4中Fe的化合价有＋2价和＋3价，因而Fe3O4是FeO与Fe2O3的混合物 ( × )
(5) FeCl3可与铜发生置换反应 ( × )
3．坦克、导弹的制造材料主要是各种金属的合金，钢铁便是其中十分重要的一种。下列关于铁的说法中，正确的是(　　)
A．铁元素属于过渡元素，其原子序数为26
B．单质铁与浓硫酸在常温下不反应
C．铁单质只具有还原性，其阳离子只具有氧化性
D．与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率，纯铁比生铁的快
解析：A　【铁是26号元素，属于过渡元素，A正确；常温下，铁和浓硫酸反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止进一步反应，并不是铁和浓硫酸不反应，B错误；Fe2＋既有还原性， 也有氧化性，C错误；生铁中铁、碳、盐酸构成原电池，能加快反应速率，所以生铁反应速率比纯铁快，D错误。】
4．铁有＋2、＋3价两种价态，单质铁与　________　(填下列编号，下同)反应时只生成＋3价铁；与
　____________　反应时只生成＋2价铁；与　________　反应时既生成＋2价铁也生成＋3价铁。
所选试剂：①Cl2　②O2　③H2O(g)　④S　⑤盐酸　⑥稀硝酸(足量)　⑦稀硫酸　⑧CuSO4溶液
　⑨FeCl3溶液
答案：①⑥　④⑤⑦⑧⑨　②③
【题组集训·夯实基础】
【题组1】　铁及其化合物的性质　
1．下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是(　　)
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Fe3O4
C．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：D　【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。】
2．纳米Fe3O4晶体材料可以作为核磁共振造影增强剂，用于疾病的诊断和治疗，
其制备过程如图所示，下列叙述不合理的是(　　)
A．在反应②中，的作用可能是促进氯化铁水解
B．直接加热FeCl3溶液也可以得到Fe3O4
C．反应③的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2
D．纳米四氧化三铁形成的分散系，有可能产生丁达尔效应
解析：B　【A.因反应②环丙胺不参加反应，但加快反应速率，即加快了氯化铁水解，A正确；B.直接加热FeCl3溶液，促进了氯化铁的水解，HCl易挥发，最终氢氧化铁分解生成氧化铁，不会得到四氧化三铁，B错误；C.由制备过程图可知，反应③的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知反应为：6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2，C正确；D.纳米四氧化三铁分散在适当分散剂中，属于胶体分散系，则具有丁达尔效应，D正确。】
【题组2】　铁及其化合物的计算　
3．铁的常见化合价＋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·3Fe2O3
C．FeO·2Fe2O3 D．2FeO·Fe2O3
解析：B　【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，则解得n＝2，m＝3，该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。】
4．有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 mol·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 mol 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．Fe2O3 B．Fe3O4 C．Fe4O5 D．Fe5O7
解析：D　【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 mol×2＝0.05 mol，根据电荷守恒得2n(Fe2＋)＋3n(Fe3＋)＝n(Cl－)，则n(Fe3＋)＝
0.2 mol，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7】
【题组3】　Fe(OH)2制备　
5．如图所示，此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化中的
颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。
填写下列空白：
（1）B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的药品是________。
A中反应的离子方程式是_____________________________________________________________。
（2）实验开始时先将止水夹a　________　(填“打开”或“关闭”)。
（3）简述生成Fe(OH)2的操作过程__________________________________________________________。
（4）实验完毕，打开b处止水夹，放入一部分空气，此时B瓶中发生反应为___________________。
解析：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
答案：(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)打开
(3)待A装置反应一段时间后关闭止水夹a，产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
6．FeCO3与砂糖混用可以作补血剂，实验室中制备FeCO3的流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．可利用KSCN溶液检验FeSO4溶液是否变质
B．沉淀过程中有CO2气体放出
C．过滤操作的常用玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒
D．产品FeCO3在空气中高温分解可得到纯净的FeO
解析：D　【FeSO4溶液中加碳酸氢铵生成FeCO3，过滤、洗涤，即可得到FeCO3固体；A.亚铁离子变质会生成铁离子，则FeSO4溶液若变质会生成铁离子，可利用KSCN溶液检验，A正确；B.FeSO4与碳酸氢铵发生的反应为：Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋H2O＋CO2↑，则沉淀过程中有CO2气体放出，B正确；C.过滤操作中过滤时用到漏斗，用玻璃棒引流，烧杯盛放溶液，所以过滤操作的常用玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒，C正确；D.二价铁在空气中加热易被氧化为三价铁，所以FeCO3在空气中高温分解不能得到FeO，D错误。】
【题后反思】　防止Fe(OH)2氧化的方法
(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盛有亚铁盐溶液的试管底部，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作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。
考点二　Fe2＋、Fe3＋的性质，转化及检验
一、亚铁盐和铁盐
1．亚铁盐(Fe2＋)
含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋既有　氧化　性，又有　还原　性，Fe2＋与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为：　Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe　，　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　。
2．铁盐(Fe3＋)
(1) 氧化性：含有Fe3＋的溶液呈　黄　色，Fe3＋具有氧化性，Fe3＋与Cu反应的离子方程式为
　2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋　。
(2) 特性：含有Fe3＋的盐溶液遇到　KSCN　时变成血红色。
(3) 易水解：FeCl3滴入沸水中的化学方程式：　FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl　。
二、Fe2＋和Fe3＋的转化
Fe2＋Fe3＋
完成下列变化的离子方程式，体会Fe2＋与Fe3＋转化条件。
1．将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：
　H2S＋2Fe3＋===2Fe2＋＋S↓＋2H＋　。
2．将FeCl3溶液滴入KI 淀粉溶液，溶液变蓝：
　2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2　。
3．用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔：
　Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋　。
4．将H2O2滴入到酸性FeCl2溶液中：
　2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　。
5．FeCl2溶液滴入到HNO3溶液中，有无色气体放出：
　3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O　。
三、Fe2＋、Fe3＋的检验
1．Fe2＋的检验
(1)无现象溶液变红色，证明含有Fe2＋
(2)产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明有Fe2＋。
(3)生成蓝色沉淀，证明有Fe2＋
2．Fe3＋的检验
(1)溶液变红色，证明含有Fe3＋
(2)产生红褐色沉淀，证明有Fe3＋存在
3．含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
(1)Fe3＋的检验：
①溶液变　红　色，说明含有Fe3＋
②试纸变　蓝　色，说明含有Fe3＋
(2)Fe3＋的检验：
①KMnO4溶液　褪色　，说明含有Fe2＋
②溴水　褪色　，说明含有Fe2＋
【自主诊断】
1．思考回答：
(1) 从盐类水解角度分析，怎样用固体药品配制并保存FeCl2溶液和FeCl3溶液。
答：将FeCl2固体溶解于浓盐酸中，再加入适量的水至所需浓度，最后再加入少量铁粉；将FeCl3固体溶解于浓盐酸中，再加入适量的水至所需浓度。
(2) 锡溶于盐酸；再向反应后的溶液中通入氯气，有关反应类似于铁的相应反应，写出有关反应的化学方程式？将上述溶液蒸干后继续加热得到固体，固体物质是什么？
答：Sn＋2HCl===SnCl2＋H2↑、SnCl2＋Cl2===SnCl4，SnO2。
(3) 已知锡及其化合物具有如下物质：①Sn4＋＋Sn===2Sn2＋；②2Sn2＋＋O2＋4H＋===2Sn4＋＋2H2O；
③Sn(OH)2与HCl以1∶2的物质的量之比反应后的溶液略带浑浊；④2H＋＋SnOSn(OH)2
Sn2＋＋2OH－，试回答：用SnCl2固体配制并保存SnCl2溶液的方法？若用SnCl2溶液与过量的
碱溶液反应制Sn(OH)2，则该碱是什么？
答：先将SnCl2固体溶解在适量浓盐酸中然后再加蒸馏水稀释，最后溶液加入几粒锡粒，NH3·H2O。
2．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) 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，该溶液中一定含有Fe2＋ ( √ )
(2) 硫酸亚铁溶液中加入用硫酸酸化的H2O2：Fe2＋＋2H＋＋H2O2===Fe3＋＋2H2O ( × )
(3) FeCl3溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3↓ ( × )
(4) 1 mol FeI2与足量氯气反应时转移的电子数为2 NA ( × )
(5) 中性溶液中可能大量存在Fe3＋、K＋、Cl－、SO ( × )
(6) 室温下，向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液，再滴加几滴淀粉溶液，溶液变蓝色，说明Fe3＋的氧化性比I2的强 ( √ )
3．在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。
①Fe3＋　②Fe2＋　③Fe、Fe2＋　④Fe2＋、Fe3＋
(1)AB段铁元素以　________　形式存在。
(2)BC段铁元素以　________　形式存在。
(3)CD段铁元素以　________　形式存在。
解析：向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。
答案：(1)①　(2)④　(3)③
4．如何除去括号中的杂质
(1)Fe2＋(Fe3＋)：________________________________________________________________________；
(2)FeCl3(FeCl2)：________________________________________________________________________；
(3)FeCl2(CuCl2)：________________________________________________________________________；
(4)Fe(Al)：________________________________________________________________________；
(5)Fe2O3(Al2O3、SiO2)：___________________________________________________________；
(6)CuCl2溶液(FeCl3)：__________________________________________________________。
答案：(1)加过量铁粉，过滤 (2)加氯水或H2O2 (3)加过量铁粉，过滤　
(4)加过量强碱溶液，过滤 (5)加过量强碱溶液，过滤 (6)加CuO，过滤
【题组集训·夯实基础】
【题组1】　Fe3＋、Fe2＋的相互转化　
1．《本草图经》中关于绿矾的分解有如下描述：“绿矾形似朴消而绿色，取此物置于铁板上，聚炭，封之囊袋，吹令火炽，其矾即沸，流出，色赤如融金汁者是真也。”对此段话的说明中肯定错误的是(　　)
A．绿矾的化学式为FeSO4·7H2O B．绿矾分解过程中没有发生电子的转移
C．“色赤”物质可能是Fe2O3 D．流出的液体中可能含有硫酸
解析：B　【绿矾受热会发生分解反应，化学方程式为2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O↑，Fe的化合价由＋2升高到＋3，S的化合价由＋6降低到＋4，所以绿矾分解是氧化还原反应，有电子转移。三氧化硫溶于水生成硫酸。综上所述，B说法错误。】
2．SO2通入足量的Fe(NO3)3稀溶液中，溶液由棕色变为浅绿色，但立即又变成棕黄色，这时若滴入BaCl2溶液，会产生白色沉淀。针对上述一系列变化，下列说法不正确的是(　　)
A．上述过程中，最终被还原的是NO
B．从上述反应可以得出结论，氧化性：HNO3＞Fe3＋＞稀硫酸
C．上述过程中，会产生一种无色难溶于水的气体
D．假设通入的SO2完全反应，则同温同压下，SO2和逸出气体的体积比为1∶1
解析：D　【溶液由棕色变为浅绿色，但立即又变为棕黄色，Fe3＋被还原变为Fe2＋，后又被氧化为Fe3＋，所以最终被还原的是NO，A正确；溶液由棕色变为浅绿色，说明Fe3＋的氧化性强于稀硫酸，但在硝酸存在的前提下立即又变成棕黄色，说明Fe2＋迅速被氧化成Fe3＋，故硝酸的氧化性强于Fe3＋，综上所述氧化性：HNO3＞Fe3＋＞稀H2SO4，B正确；硝酸根离子和二氧化硫被氧化后产生的氢离子构成强氧化性体系，氧化Fe2＋时生成无色的NO气体，该气体是一种无色难溶于水的物质，C正确；上述过程中，最终被还原的是NO，故相当于二氧化硫与NO之间的氧化还原，根据电子守恒可知3SO2～2NO，反应消耗的SO2与逸出的NO的物质的量之比是3∶2，由于气体的体积之比等于它们的物质的量之比，D错误。】
【题后归纳】　“铁三角”中的转化关系
【题组2】　含铁物质的除杂问题　
3．下列除杂的操作不正确的是(　　)
A．MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量镁充分反应后过滤
B．FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤
C．CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入NaOH溶液充分反应后过滤
D．CuCl2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：C　【FeCl3溶液中存在水解平衡：FeCl3＋3H2O??Fe(OH)3＋3HCl，加入Mg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；先用H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再利用FeCl3的水解，加入的CuO与H＋反应将Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去，D正确；C项中加入NaOH溶液，Cu2＋、Fe3＋均转化成氢氧化物沉淀，不符合除杂要求。】
4．混合溶液中Fe3＋、Fe2＋除去的常用方法
已知：
化合物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mg(OH)2 Cu(OH)2
Ksp近似值 10－39 10－17 10－11 10－20
(1) 除去Mg2＋中混有的Fe3＋的方法
向混合溶液中加入　________　、　________　、　________　中之一，与Fe3＋水解产生的H＋反应，促进Fe3＋的水解，将Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀除去。
(2) 除去Mg2＋中混有的Fe2＋的方法
先加入氧化剂(如　________　)将溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再按(1)的方法除去溶液中的Fe3＋。
(3) 请设计实验方案：除去CuCl2溶液中混有的少量FeCl2。
答案：(1)MgO　MgCO3　Mg(OH)2　(2)H2O2
(3)先通入适量Cl2(或加入H2O2)，然后再向混合溶液中加入足量CuO【或CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3中之一】，充分反应后过滤。
【题组3】　Fe2＋、Fe3＋的检验　
5．下列有关物质检验方法不合理的是(　　)
A．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，该溶液中一定含有Fe2＋
B．用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2
C．检验绿矾晶体是否已氧化变质，将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液，再观察溶液是否变红
D．向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋
解析：B　【B项中的Cl－也能使酸性KMnO4溶液褪色。】
6．将0.2 mol·L－1的KI溶液和0.05 mol·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K3【Fe(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：A　【0.2 mol·L－1的KI溶液和0.05 mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等体积混合，KI过量，向混合物中滴入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K3【Fe(CN)6】溶液，有蓝色沉淀生成，只能说明溶液中含有Fe2＋，不能说明溶液中存在化学平衡2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2，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，不能说明溶液中存在化学平衡2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2，D项错误。】
【题后反思】　检验Fe2＋和Fe3＋时的注意事项
(1)检验Fe2＋时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水能氧化SCN－)。
(2)Fe3＋、Fe2＋、Cl－同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2＋(Cl－能还原酸性KMnO4，有干扰)。
(3)检验Fe2＋、Fe3＋的其他方法
检验Fe3＋也可用苯酚(C6H5OH)；检验Fe2＋最好用K3【Fe(CN)6】溶液。
【题组4】　铁及其化合物的综合应用　
7．铁有两种氯化物，都是重要的化工试剂。查阅有关资料如下：
【氯化铁】　熔点为306 ℃，沸点为315 ℃；易吸收空气中的水分而潮解。工业上采用向500～600 ℃的铁粉中通入氯气来生产无水氯化铁。
【氯化亚铁】　熔点为670 ℃，易升华。工业采用向炽热铁粉中通入氯化氢来生产无水氯化亚铁。
某化学活动小组用如图所示的装置(夹持装置略去)模拟工业生产制备无水氯化铁。请回答下列问题：
(1) 在装置A中，用KMnO4与浓盐酸反应制取氯气，反应的离子方程式为_______________________。
(2) 仪器D的名称是　________　；D中装的药品是碱石灰，其作用是　________　。
(3) 定性分析。取C中的少量产物溶于稀盐酸中配成稀溶液待用。若产物中混有FeCl2，可用下列试剂中的　________　(只能选取一种试剂，填序号)进行检测，实验现象是________________________
___________________________________________________________________________。
①H2O2溶液　②K3[Fe(CN)6]溶液　③KSCN溶液 ④酸性KMnO4溶液　⑤KI 淀粉溶液
(4) 定量分析。取装置C中的产物，按以下步骤进行测定：
①称取4.60 g产品溶于过量的稀盐酸中；②加入足量H2O2溶液；③再加入足量NaOH溶液；④过滤、洗涤后灼烧沉淀；⑤称量所得红棕色固体为2.40 g。则样品中铁元素的质量分数为　________　%(结果精确到小数点后两位)。
(5) 由(4)定量分析数据得出结论，并提出改进措施：①用题目所给的装置制得的产物中，铁元素含量
　________　(填“相等”“偏高”或“偏低”)，说明含有FeCl2杂质。②若要得到较纯净的无水
氯化铁，可采取的“装置”改进措施是_________________________________________________
_________________________________________________________________________________。
解析：(1)在装置A中，用KMnO4与浓盐酸反应制取氯气，反应的离子方程式为2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O；(2)仪器D的名称是球形干燥管；氯气有毒需要尾气处理，又因为氯化铁易吸收空气中的水分而潮解，所以D中装的药品是碱石灰，其作用：吸收未反应的Cl2，防止空气中的水进入装置C，使FeCl3潮解；(3)②K3【Fe(CN)6】溶液遇亚铁盐则生成深蓝色沉淀，②正确；由于产物中含有＋3价铁离子，且有颜色，滴加高锰酸钾溶液时，是否褪色不便于观察。(4)双氧水能把亚铁离子氧化为铁离子，加入氢氧化钠转化为氢氧化铁沉淀，灼烧转化为氧化铁，物质的量是2.4 g÷160 g/mol＝0.015 mol，根据铁元素守恒可知铁元素的质量是0.015 mol×2×56 g/mol＝1.68 g，则该样品中铁元素的质量分数为1.68 g/4.6 g×100%≈36.52%；(5)①由于氯化铁中铁元素的质量分数小于氯化亚铁中铁元素的质量分数，则用题目所给的装置制得的产物中，如果铁元素含量偏高，则说明含有FeCl2杂质；②由于生成的氯气中含有氯化氢，氯化氢能与铁反应生成氯化亚铁，则若要得到较纯净的无水氯化铁，可采取的“装置”改进措施是在A、B装置间加一个装有饱和食盐水的洗气装置，除去Cl2中混有的HCl。
答案：(1)2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O
(2)球形干燥管　吸收未反应的Cl2，防止空气中的水进入装置C，使FeCl3潮解
(3)②　有蓝色沉淀生成
(4)36.52
(5)偏高　在A、B装置间增加一个饱和食盐水的洗气装置，除去Cl2中混有的HCl
8．一种新型高效净水剂PAFC【聚合氯化铁铝【AlFe(OH)nCl6－n】m】，广泛用于日常生活用水和工业污水的处理。某化工厂欲以工业生产废料(金属铁、铝及其氧化物)为原料制取PAFC，设计生产流程如下：
请回答下列问题：
（1）用10 mol·L－1的浓盐酸配制2 mol·L－1的稀盐酸，所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外，还有________。
(填字母序号)
A．容量瓶 B．烧杯 C．烧瓶 D．胶头滴管
（2）下列关于PAFC的说法正确的是________。(填字母序号)
A．PAFC是一种有机高分子化合物 B．PAFC中Fe显＋2价
C．PAFC溶于水能电离出OH－，是一种碱 D．PAFC在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在
（3）步骤Ⅱ中取样分析的目的是________。(填字母序号)
A．测定溶液中Fe2＋与Fe3＋的含量比 B．测定原料是否完全溶解
C．测定溶液中Fe2＋的含量，以确定加入NaClO3的量 D．测定溶液中Al3＋的含量
（4）写出向溶液中加入NaClO3时，发生反应的离子方程式为________________________________。
（5）该化工厂的化验室为测定产品PAFC中Al和Fe的含量，进行下列试剂的选择和基本操作：
①测定时所需的试剂有________。(填字母序号)
A．NH3·H2O B．NaOH C．CO2 D．NaClO3
②测定时，直接测定的是________和________的质量(填化学式)。
③在测定过程中的操作顺序是：过滤、________、灼烧、________、称量(写操作名称)。
解析：(1)用10 mol·L－1的浓盐酸配制2 mol·L－1的稀盐酸，所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外，还有容量瓶、烧杯和胶头滴管。(2)A项，PAFC不是有机高分子化合物，错误；B项，PAFC中Fe显＋3价，错误；C项，PAFC溶于水能电离出OH－，但同时还有氯离子，不属于碱，错误；D项，PAFC能电离出Al3＋、Fe3＋和OH－，在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在，D项正确。(3)溶液中含有Fe2＋需用NaClO3氧化，所以步骤Ⅱ取样分析的目的是测定溶液中Fe2＋的含量，以确定加入NaClO3的量。(4)向溶液中加入NaClO3时，ClO与Fe2＋反应生成Cl－和Fe3＋，离子方程式为6Fe2＋＋6H＋＋ClO===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O。(5)①Al(OH)3是两性氢氧化物，能与强碱反应生成偏铝酸盐，然后通入CO2转化为Al(OH)3沉淀，灼烧得到Al2O3，Fe(OH)3不溶于强碱溶液，所以测定时所需的试剂有NaOH和CO2。②根据①中分析可知，直接测定的是Al2O3、Fe2O3的质量。③在测定过程中的操作顺序是：过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量。
答案：(1)ABD　 (2)D　 (3)C (4)6Fe2＋＋6H＋＋ClO===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(5)①BC　②Al2O3　Fe2O3　③洗涤　冷却
知识体系——定内容 核心素养——定能力
【真题体验·揭秘高考】
K3[Fe(C2O4)3]·3H2O (三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。回答下列问题：
（1）晒制蓝图时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学
方程式为：2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4＋3K2C2O4＋2CO2↑；显色反应的化学方程式为：
________________________________________________________________________。
（2）某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按如图所示装置进行实验。
①通入氮气的目的是　________________________　。
②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物
中一定含有________、________。
③为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是__________________________________________
________________________________________________________________________。
④样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是：__________
________________________________________　。
【解题指导】
(1)①K3[Fe(C2O4)3]·3H2O和K3[Fe(CN)6]在晒蓝图时的作用依据，②蓝图的实质是FeC2O4。
书写化学方程式3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4。
(2)依据B、D、F现象可推知K3[Fe(C2O4)3]·3H2O分解产物中有CO和CO2。
(3)基本操作：①通入氮气的目的　②停止实验的基本操作　③Fe2O3检验的基本操作。
解析：(1)光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4＋3K2C2O4＋2CO2↑，反应后有草酸亚铁产生，所以显色反应的化学方程式为3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4。
(2)①装置中的空气在高温下能氧化金属铜，能影响E中的反应，所以反应前通入氮气的目的是隔绝空气排尽装置中的空气；反应中有气体生成，通入氮气会将生成气体全部进入后续装置。②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，说明反应中一定产生二氧化碳。装置E中固体变为红色，说明氧化铜被还原为铜，即有还原性气体CO生成，由此判断热分解产物中一定含有CO2、CO；③为防止倒吸，必须保证装置中保持一定的压力，所以停止实验时应进行的操作是先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气即可。④要检验Fe2O3存在首先要转化为可溶性铁盐，因此方法是取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3。
答案： (1)3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4　
(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置　②CO2　CO
③先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气
④取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，
证明含有Fe2O3
【变式拓展】
K3[Fe(C2O4)3]·3H2O和K3[Fe(CN)6]中铁元素的化合价分别是　＋3价　、　＋3价　。
三草酸合铁酸钾的光解反应中，转移电子　2　mol。
测定三草酸合铁酸钾中铁的含量中，若没有操作①，则测量结果将：　偏高。因为三草酸合铁酸钾 中的草酸根也会消耗KMnO4溶液　。
【真题再现·固本应变】
1．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：
(1) 焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为____________________。
(2) 添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如题图所示。
已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃硫去除率＝(1－)×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于　____________________　。
②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是：
　________________________________________________　。
(3) 向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由　____________________　(填化学式)转化为　____________________　(填化学式)。
(4) “过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝__________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)过量SO2与NaOH反应生成NaHSO3反应的化学方程式为SO2＋NaOH===NaHSO3，
离子方程式为SO2＋OH－===HSO。
(2)①根据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于600 ℃，不添加CaO的矿粉低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。②添加CaO，CaO起固硫作用，添加CaO发生的反应为2CaO＋2SO2＋O2===2CaSO4，根据硫去除率的含义，700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低的原因是：硫元素转化为CaSO4留在矿粉中。(3)“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al(OH)3，反应的离子方程式为CO2＋AlO＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，即Al元素存在的形式由NaAlO2转化为Al(OH)3。(4)Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2＋16Fe2O311Fe3O4＋2SO2↑，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。
答案：(1)SO2＋OH－===HSO　(2)①FeS2 ②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中
(3)NaAlO2　Al(OH)3　(4)1∶16
2．绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：
(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：　________　、　________　。
(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为 m2 g。按下图连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是________________。
②将下列实验操作步骤正确排序________________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，
记为m3 g。
a．点燃酒精灯，加热 b．熄灭酒精灯 c．关闭K1和K2
d．打开K1和K2，缓缓通入N2 e．称量A f．冷却到室温
③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝　________________　(列式表示)。
若实验时按a、d次序操作，则使x　________　(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
解析：(1)样品溶于水滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中无Fe3＋；再向试管中通入空气，溶液逐渐变红，这说明有铁离子产生，即硫酸亚铁易被空气氧化为硫酸铁，铁离子遇KSCN溶液显红色；
(2)①根据仪器构造可知B是球形干燥管；②由于装置中含有空气，空气能氧化硫酸亚铁，所以加热前需要排尽装置中空气，利用氮气排出空气，为了使生成的水蒸气完全排出，应该先熄灭酒精灯再冷却，然后关闭K1和K2，最后称量，即正确的排序是dabfce；
③样品的质量是m2－m1，加热后剩余固体是硫酸亚铁，根据铁原子守恒可知＝，解得x＝；若实验时按a、d次序操作，在加热过程中硫酸亚铁被空气氧化为硫酸铁，导致m3增加，因此x偏小。
答案：(1)样品中无Fe3＋　硫酸亚铁易被氧气氧化为硫酸铁　
(2)①球形干燥管　② dabfce　③　偏小
3．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 mol·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　________________________　。
(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　________________________　。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol·L－1KI溶液，加入6 mL 0.1 mol·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　________　。
(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)。
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＋被氧化。(2)Cl2可将Fe2＋氧化成铁离子，自身得电子生成氯离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(3)防止空气中的氧气将Fe2＋氧化，产生干扰，所以煤油的作用是隔绝空气。(4)根据Fe2＋的检验方法，向溶液中加入l滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，一定含有亚铁离子；则实验②检验的离子是Fe2＋；碘易溶于CCl4，在CCl4中呈紫色，Fe3＋遇KSCN溶液显血红色，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)H2O2溶液中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，铁离子的溶液呈棕黄色；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H2O2在Fe3＋的催化作用下发生了分解反应，生成了O2。生成沉淀的原因是H2O2分解反应放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动，因此得到Fe(OH)3沉淀。
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＋＋2H2O　Fe3＋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