高考化学一轮复习专题十五铁、铜及其化合物 金属资源考点一铁及其化合物教学案

专题十五铁、铜及其化合物金属资源
考纲展示命题探究
考点一铁及其化合物
1 铁的单质
(1)铁的位置、结构、化合价
①周期表中的位置：第四周期第Ⅷ族；原子结构示意图：。

②在参加化学反应时，铁易失去最外层上的2个电子，有时它还失去次外层上的一个电子，所以铁有＋2、＋3两种价态，且＋3价稳定。

(2)铁的物理性质和存在形式
纯净的铁是银白色的金属，铁的熔点较高。

当含有碳和其他元素时，熔点将降低，导电性比铜、铝差。

铁能被磁铁吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性。

重要的铁矿石有(填化学式)：
赤铁矿Fe2O3，磁铁矿Fe3O4，褐铁矿2Fe2O3·3H2O，菱铁矿FeCO3。

(3)铁的化学性质
学霸巧学卡铁与不同氧化剂反应的化合价分析
(1)铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同，Fe与Cl2反应生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。

(2)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。

(3)铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。

2 铁的氧化物和氢氧化物
(1)铁的氧化物
学霸巧学卡Fe3O4的组成特点
(1)Fe3O4的组成可理解为FeO·Fe2O3，与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时生成Fe2＋和Fe3＋；与氧化性酸(如HNO3)反应时生成Fe3＋；与还原性酸(如HI)反应时生成Fe2＋。

(2)配制FeSO4溶液时加入稀硫酸抑制Fe2＋的水解，加入铁粉防止Fe2＋被氧化。

(2)铁的氢氧化物
学霸巧学卡
(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Fe 2O 3：4Fe(OH)2＋O 2=====△
2Fe 2O 3＋4H 2O 。

3 铁盐和亚铁盐 (1)亚铁盐
含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，既有氧化性，又有还原性。

①氧化性：Fe2＋与Zn反应的离子方程式：
Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。

②还原性：Fe2＋与Cl2反应的离子方程式：
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。

③特性：含有Fe2＋的盐溶液遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀。

(2)铁盐
含Fe3＋的溶液呈黄色，Fe3＋具有较强的氧化性。

①氧化性：
a．Fe3＋与Cu反应的离子方程式：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。

b．Fe3＋与I－反应的离子方程式：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。

②特性：
含有Fe3＋的盐溶液遇KSCN溶液变成红色。

(3)Fe2＋与Fe3＋的相互转化
用离子方程式实现下列转化：
Fe2＋
①Cl2、②N O－3、H＋、③H2O2、H＋、④Mn O－4、H＋
⑤Fe、⑥Cu、⑦H2S
Fe3＋
①2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；
②3Fe2＋＋4H＋＋NO－3===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑；
③2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；
④5Fe2＋＋MnO－4＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O；
⑤2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；
⑥Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋；
⑦2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。

(4)Fe2＋与Fe3＋的鉴别方法
①直接观察颜色
Fe2＋溶液呈浅绿色，Fe3＋溶液呈棕黄色。

②利用显色反应(形成配离子)
a.
b.
③利用氢氧化物沉淀的颜色
④利用Fe3＋的氧化性
a.
b.
c.
⑤利用Fe2＋的还原性
a.
b.
学霸巧学卡高中化学中其他重要的铁盐
(1)绿矾(FeSO4·7H2O)：一种重要的还原剂，可用作补血剂及植物的补铁剂。

(2)高铁酸钾( K2FeO4)：深紫色晶体，具有强氧化性，可用作水处理剂或高能电池。

(3)铁铵矾[NH4Fe(SO4)2·12H2O]：无色晶体，易溶于水，常用作化学分析试剂、药物和织物媒染剂。

(4)赤血盐[K3Fe(CN)6]：红色晶体，易溶于水，常用于检验Fe2＋，生成蓝色沉淀。

1.思维辨析
(1)铁表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化。

( )
(2)将试管①中铁粉与水蒸气加热，试管②中肥皂水冒泡，说明铁与水蒸气在加热条件下发生了反应。

( )
(3)FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作的原理是FeCl3能从含Cu2＋的溶液中置换出铜。

( )
(4)(NH4)2Fe(SO4)2溶液与过量NaOH溶液反应制Fe(OH)2：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。

( )
(5)向硫酸亚铁溶液中滴加NaOH溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁。

( )
(6)Fe2O3是红棕色粉末，俗称铁红，常用作红色油漆和涂料。

( )
答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√
2．下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )
A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C．除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入铁粉，然后过滤
D．Fe3＋遇KSCN产生红色沉淀
答案 C
解析 赤铁矿的主要成分是Fe 2O 3，A 错；Fe 与水蒸气在高温下的反应产物为Fe 3O 4和H 2，B 错；Fe 3＋
遇KSCN 溶液变为红色，但没有沉淀生成，D 错。

[考法综述] 本考点主要考查铁及其化合物的相关化学反应，包括实验现象、生
成物种类以及各物质的量的关系，除了需要熟练掌握铁及其化合物之间相互转化的化学方程式、离子方程式和实验现象外，还需对它们进行适当的归纳整理，梳理关系。

命题法1 铁与稀硝酸反应的有关计算
典例1 向200 mL 某浓度的硝酸溶液中投入2.8 g 铁粉，结果铁粉全部溶解，同时得到1.12 L(标准状况)气体，并测得反应后溶液的pH ＝1。

若反应前后溶液的体积变化忽略不计，则下列有关判断中不正确的是 ( )
A ．反应前c (HNO 3)＝1.0 mol·L －1
B ．1.12 L 气体全部是NO
C ．反应后溶液中c (NO －
3)＝0.85 mol·L －1
D ．反应后的溶液最多还能溶解1.82 g 铁粉
[解析] 溶液的pH ＝1，说明HNO 3有剩余，Fe 完全反应生成Fe(NO 3)3，根据N 原子守恒可知，与Fe 3＋
结合的NO －3物质的量＝
3×2.8 g
56 g·mol
－1＝0.15 mol ，氮的氧化物的物质的量＝
1.12 L 2
2.4 L·mol
－1＝0.05 mol ，剩余硝酸的物质的量＝0.2 L×0.1 mol·L －1
＝0.02 mol 。

开始
时硝酸的物质的量＝0.15 mol ＋0.05 mol ＋0.02 mol ＝0.22 mol ，c (HNO 3)＝0.22 mol
0.2 L ＝1.1
mol·L －1，A 错误；稀硝酸与Fe 反应生成NO ，B 正确；反应后c (NO －
3)＝
0.15 mol ＋0.02 mol 0.2 L ＝0.85 mol·L －1
，C 正确；铁过量生成Fe(NO 3)2,3Fe ＋8HNO 3===3Fe(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O ，n (Fe)＝
3n HNO 38＝3×0.22 mol
8
＝0.0825 mol ，即还可溶解铁的质量＝0.0825 mol×56 g·mol －1
－2.8 g ＝1.82 g ，D 正确。

[答案] A
【解题法】 数轴法分析铁与稀HNO 3反应的产物
一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式： HNO 3过量：Fe ＋4HNO 3===Fe(NO 3)3＋NO↑＋2H 2O ； Fe 过量：Fe ＋2Fe(NO 3)3===3Fe(NO 3)2；
两者相加得总方程式：3Fe ＋8HNO 3===3Fe(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O ，可以用数轴表示：
解题时需注意量的范围。

即：①
n Fe n HNO 3≤14，产物仅有Fe(NO 3)3，HNO 3可能有剩余；②n Fe n HNO 3≥3
8
，产物仅
有Fe(NO 3)2，Fe 可能有剩余；③14<n Fe n HNO 3<3
8，产物为Fe(NO 3)3和Fe(NO 3)2，Fe 和HNO 3都
反应完全。

命题法2 Fe 2＋
和Fe 3＋
的检验
典例2 证明某溶液中只含有Fe 2＋
而不含有Fe 3＋
的实验方法是( ) A ．先滴加氯水，再滴加KSCN 溶液后显红色
B ．先滴加KSCN 溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色
C ．先滴加KSCN 溶液，不显红色，再滴加KMnO 4溶液后显红色
D ．只需滴加KSCN 溶液
[解析] A 项，若无Fe 2＋
，只含Fe 3＋，滴加KSCN 溶液后也会显红色；C 项，因KMnO 4溶液呈紫色，会干扰对红色现象的观察；D 项，用于检验Fe 3＋。

[答案] B
【解题法】 溶液中Fe 2＋
、Fe 3＋
共存的检验方法
(1)在检验Fe 2＋
时，加入的氧化剂除了氯水外，还可以是HNO 3或H 2O 2，但不能是颜色较深的物质，如KMnO 4溶液，以免造成颜色的干扰。

(2)含Fe 2＋
、Fe 3＋
的混合溶液中Fe 2＋
、Fe 3＋
的检验的方法 ①Fe 3＋
的检验：
a.混合溶液―――――――→滴加KSCN 溶液
溶液变红色，说明含有Fe 3＋
b.混合溶液―――――――→淀粉­KI试纸
试纸变蓝色，说明含有Fe 3＋ ②Fe 2＋
的检验：
a.混合溶液―――――――→滴加酸性
KMnO 4
KMnO 4溶液紫红色褪去，说明含有Fe 2＋
b.混合溶液―――――――→滴加溴水
溴水褪色，说明含有Fe 2＋
命题法3 “铁三角”的转化关系及综合应用
典例3 已知A 为常见的金属单质，根据下图所示的关系：
下列说法正确的是( ) A ．A 为Fe ，B 为FeO
B ．C→D 溶液的颜色变化：由浅绿色到黄色
C ．④的离子方程式：Fe ＋Fe 3＋
===2Fe 2＋
D ．⑤的离子方程式：4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3
[解析] 从最初条件看，框图很模糊，直接得不出结论，但找到“题眼”→“红褐色固体F”，就可迅速得出F 是Fe(OH)3，从而得出A 为Fe ，“黑色晶体” B 为Fe 3O 4，继而推出C 为FeCl 2，D 为FeCl 3，E 为Fe(OH)2。

④的离子方程式：2Fe 2＋
＋Cl 2===2Fe 3＋
＋2Cl －
，⑤的离子方程式：Fe ＋2Fe 3＋
===3Fe 2＋。

[答案] B
【解题法】 “铁三角”及重要应用归纳总结 (1)掌握“铁三角”的转化关系
(2)“铁三角”的重要应用 ①判断离子共存
Fe
2＋
――→不共存NO －3(H ＋)、ClO －、MnO －4(H ＋
)。

Fe
3＋
――→不共存S 2－、I －、SO 2－
3。

Fe 2＋
、Fe 3＋
――→不共存
HCO －3、CO 2－
3等水解相互促进的离子。

②除杂
溶液 杂质 除杂方法 FeC l 2 FeCl 3 加过量铁粉后过滤 FeCl 3 FeCl 2 加氯水或H 2O 2 FeCl 2
CuCl 2
加过量铁粉后过滤
③盐溶液的配制与保存
命题法4 Fe(OH)2的制备
典例4 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 中应预先加入的试剂是________。

A 中反应的离子
方程式是_________________________。

(2)实验开始时应先将活塞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处活塞，放入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为______________________________________。

(5)下列各图示中________能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。

[解析] Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，当关闭活塞a时，由于H2的压力使溶液压入B中，从而发生Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；Fe2＋在空气中很容易被氧化，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。

因此在H2的环境中就不易被O2侵入，从而可以较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。

[答案] (1)铁屑Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)打开
(3)关闭活塞a，使FeSO4溶液压入B中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
(5)①②③⑤
【解题法】制备Fe(OH)2常用的三种方法及防氧化措施
(1)制备Fe(OH)2常用的三种方法
方法一：有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图1所示。

方法二：还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀。

如图2所示。

方法三：电解法
用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯或煤油，如图3所示。

(2)实验室制备氢氧化亚铁的防氧化措施
①将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶解的氧气。

②将盛有氢氧化钠溶液的胶头滴管尖端插入试管里的亚铁盐溶液底部，再慢慢挤出NaOH溶液。

③在亚铁盐溶液上面加保护层，例如苯或植物油等。

④充入保护气，如氢气、氮气、稀有气体等。

⑤用铁作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液或NaCl溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。

1．用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜，所得溶液中加入铁粉。

对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是( )
A．若无固体剩余，则溶液中一定有Fe3＋
B．若有固体存在，则溶液中一定有Fe2＋
C ．若溶液中有Cu 2＋
，则一定没有固体析出 D ．若溶液中有Fe 2＋，则一定有Cu 析出 答案 B
解析 所得溶液中加入铁粉，发生的反应可能有Fe ＋2FeCl 3===3FeCl 2, Fe ＋CuCl 2===FeCl 2＋Cu ，Cu ＋2FeCl 3===2FeCl 2＋CuCl 2，若无固体剩余，说明铁粉以及产生的Cu 全部参加反应，此时溶液中可能含有Fe 3＋
，也可能不含有Fe 3＋
，A 错误；若有固体存在，说明固体中一定含有Cu ，还有可能含有Fe ，因此溶液中一定含有Fe 2＋
，B 正确；若溶液中有Cu 2＋
，那么可能会有部分Cu 2＋
和Fe 反应置换出Cu ，所以可能会有固体析出，C 错误；若溶液中有Fe 2＋
，同时还有Fe 3＋
，则没有Cu 析出，D 错误。

2．不能同时满足在溶液和非溶液状态下发生置换反应的是( ) A ．金属单质置换金属单质 B ．金属单质置换非金属单质 C ．非金属单质置换金属单质 D ．非金属单质置换非金属单质 答案 C
解析 A 项，两种情况下均可发生置换反应，如铁和硫酸铜溶液反应：Fe ＋CuSO 4===FeSO 4
＋Cu ，铝热反应：2Al ＋Fe 2O 3=====高温
2Fe ＋Al 2O 3；B 项，两种情况下均可发生置换反应，如Fe
＋2HCl===FeCl 2＋H 2↑，2Mg ＋CO 2=====点燃
2MgO ＋C ；C 项，非金属单质置换金属单质在溶液中不
能发生；D 项，两种情况下均可发生置换反应，如Cl 2＋2KBr===2KCl ＋Br 2、2C ＋SiO 2=====△
Si ＋2CO↑。

3．FeCl 3具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl 3高效，且腐蚀性小。

请回答下列问题：
(1)FeCl 3净水的原理是________________。

FeCl 3溶液腐蚀钢铁设备，除H ＋
作用外，另一主要原因是(用离子方程式表示)________________________。

(2)为节约成本，工业上用NaClO 3氧化酸性FeCl 2废液得到FeCl 3。

①若酸性FeCl 2废液中c (Fe 2＋
) ＝2.0×10－2
mol·L －1
，c (Fe 3＋
)＝1.0×10－3
mol·L －1
，
c (Cl －)＝5.3×10－2 mol·L －1，则该溶液的pH 约为________。

②完成NaClO 3氧化FeCl 2的离子方程式： ClO －
3＋ Fe 2＋
＋ ________=== Cl －
＋ Fe 3＋
＋ ________
(3)FeCl 3在溶液中分三步水解： Fe 3＋＋H 2O Fe(OH)2＋＋H ＋
K 1
Fe(OH)2＋
＋H 2O Fe(OH)＋
2＋H ＋
K 2 Fe(OH)＋2＋H 2O
Fe(OH)3＋H ＋ K 3
以上水解反应的平衡常数K 1、K 2、K 3由大到小的顺序是________________________。

通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氯化铁，离子方程式为x Fe
3＋
＋
＋。

y H2O Fe x(OH)3x－y＋
y＋y H
欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号)________。

a．降温B．加水稀释
c．加入NH4Cl D．加入NaHCO3
室温下，使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是________________________。

(4)天津某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如图所示。

由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L－1)表示]的最佳范围约为________mg·L－1。

答案(1)Fe3＋水解产生的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
(2)①2②1 6 6H＋ 1 6 3H2O
(3)K1>K2>K3bd 调节溶液的pH
(4)18～20
解析(1)氯化铁水解生成的氢氧化铁胶体，具有吸附作用，可吸附水中的杂质，起到净水作用。

氯化铁溶液腐蚀钢铁，原因之一是Fe3＋能与Fe反应，生成Fe2＋。

(2)①酸性FeCl2废液中，由电荷守恒：2c(Fe2＋)＋3c(Fe3＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(Cl－)，忽略溶液中c(OH－)，并将已知数据代入上式解得c(H＋)＝0.01 mol·L－1，故溶液的pH约为2。

②依据电子守恒、电荷守恒和元素守恒，可完成方程式配平。

(3)盐类的逐级水解程度依次减弱，故K1>K2>K3。

盐类的水解反应是吸热反应，降温，水解平衡逆向移动，a错误。

加水稀释促进水解，b正确。

NH4Cl水解呈酸性，故加入NH4Cl，平衡逆向移动，而NaHCO3水解呈碱性可使平衡正向移动，故c错误，d正确。

在室温下，使上述平衡正向移动的关键条件是溶液的pH。

(4)“浑浊度”的去除率越大，净化效果越好，此时聚合氯化铁的最佳浓度为18 mg·L－1；“还原性物质”的去除率越大，净化效果越好，此时聚合氯化铁的最佳浓度为20 mg·L－1。

综合考虑，投放聚合氯化铁的最佳范围是18～20 mg·L－1。