高考化学一轮复习 第三单元金属及其化合物第3节铁及其

第3节铁及其化合物
考纲点击
了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。

一、铁
1．与非金属反应
（1）与O2：常温下Fe易生锈，铁锈的主要成分为______；点燃条件下反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

（2）与S反应的化学方程式为____________________。

（3）与Cl2反应的化学方程式为__________________________________________。

2．与H2O反应
3Fe＋4H2O（g）__________________。

3．与酸反应
（1）非氧化性酸
反应的化学方程式为（如稀硫酸）____________________________________。

（2）氧化性酸
与过量稀硝酸反应的化学方程式：______________________________________。

与少量稀硝酸反应的化学方程式：3Fe＋8HNO3（稀）===3Fe（NO3）2＋4H2O＋2NO↑。

常温下遇浓硫酸、浓硝酸发生________。

4．与盐溶液反应
（1）与CuSO4溶液反应的化学方程式：___________________________________。

（2）与FeCl3溶液反应的化学方程式：________________________。

即时训练1 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：①Cl2②O2③H2O ④S⑤盐酸⑥稀硝酸（足量）⑦稀硫酸⑧CuSO4溶液⑨FeCl3溶液
特别提示：铁是中学阶段唯一系统学习的变价金属元素，也是目前使用最广泛的金属，在自然界中含量仅次于铝，所以是常考的知识点。

我们在复习时，不仅要抓住铁的价态，而且还要注意铁的特殊性，如钝化。

二、铁的化合物
1．铁的氧化物
氧化亚铁氧化铁四氧化三铁
俗称—铁红磁性氧化铁
色态黑色固体红棕色固体黑色晶体
铁的价态＋2 ＋3 ＋2、＋3
水溶性不溶不溶不溶
与盐酸反应Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O 与CO反应
2．铁的氢氧化物
名称氢氧化亚铁氢氧化铁
化学式
颜色状态
受热分解—
制备离子
方程式
与盐酸反应的离子方程式
二者的关系空气中，______沉淀Fe（OH）2迅速转变为______色，最后变成____色，发生反应的化学方程式为________________
3．Fe2＋和Fe3＋的相互转化
Fe2＋Fe3＋
写出上述转化的离子方程式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。

即时训练2氧化亚铁溶于过量稀硫酸，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，上述白色沉淀和残渣分别是（）。

A．Fe（OH）3Fe2O3
B．Fe（OH）2Fe2O3
C．Fe（OH）2Fe（OH）3
D．Fe（OH）2Fe3O4
三、Fe3＋的鉴别
向含有Fe3＋的盐溶液中滴加________溶液，溶液显______色。

即时训练3下列物质充分反应后，滴入KSCN溶液，显红色的是（）。

A．FeO＋HCl（溶液）B．过量铁＋稀硫酸
C．FeCl2（溶液）＋Cl2 D．Fe＋CuSO4（溶液）
一、“铁三角”的转化关系及应用
1．转化关系
2．在除杂方面的应用
主要成分杂质除杂方法
FeCl3FeCl2加氯水或H2O2
FeCl2FeCl3加过量铁粉后过滤
FeCl2CuCl2加过量铁粉后过滤
3.在离子共存方面的应用
（1）Fe2＋与NO－3（H＋）、ClO－、MnO－4不能大量共存。

（2）Fe与S2－、I－、SO2－3不能大量共存。

4．在盐溶液的配制、保存方面的应用
（1）含Fe2＋的盐溶液：
①加少量铁粉，防止Fe2＋被氧化。

②加少量相应的酸，抑制Fe2＋水解。

（2）含Fe3＋的盐溶液：
加少量相应的酸，抑制Fe3＋水解。

【例1－1】某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。

有人设计了下图的工艺流程，利用常见的稀硫酸、稀硝酸、烧碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。

填写下面空白。

（1）图中标号处需加入的相应物质分别是：①______________、②______________、③______________、④______________、⑤______________。

（2）写出①处发生反应的离子方程式：________________________；写出③处发生反应的化学方程式：________________________。

（3）铁红的化学式为__________________；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：铁红________________________；氧化铜______________________。

【例1－2】下列物质反应后一定有＋3价铁生成的是________。

①铁与过量的硫加热时反应②过量的铁与氯气加热时发生反应③铁与过量稀硫酸反应后，再加入KNO3④Fe（NO3）2溶液中加入少量盐酸⑤过量铁与稀硝酸反应
⑥Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中⑦铁丝在纯氧中燃烧
二、Fe2＋、Fe3＋的鉴别方法
1．直接观察颜色
含Fe3＋的溶液呈黄色，含Fe2＋的溶液呈浅绿色。

2．利用显色反应
3．利用铁化合物沉淀的颜色
有关反应离子方程式：Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓
4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3
Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓
4．利用Fe3＋的氧化性
（1）
有关离子反应方程式：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
（2）
有关离子反应方程式：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
5．利用Fe2＋的还原性
（1）
有关离子反应方程式：5Fe2＋＋MnO－4＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
（2）
有关离子反应方程式：2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－
注意：①Fe3＋的检验方法很多，但在没有特殊要求的条件下，最好选择KSCN溶液，因为此法最灵敏。

②检验Fe2＋的最好方法：加KSCN溶液（无明显现象），然后加氯水（溶液变红色）。

③检验Fe3＋中是否还有Fe2＋的最好方法：加高锰酸钾酸性溶液（溶液是否褪色）。

【例2－1】某种催化剂为铁的氧化物。

化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现红色，一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为＋3价的结论。

（1）请指出该结论是否合理并说明理由______________________________________。

（2）请完成对铁元素价态的探究。

限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹；3 mol·L－1H2SO4、3% H2O2、6 mol·L－1HNO3、0.01 mol·L－1KMnO4、NaOH稀溶液、0.1 mol·L－1 KI、20% KSCN、蒸馏水。

①提出合理假设
假设1：催化剂中铁元素的价态为＋3价；
假设2：催化剂中铁元素的价态为＋2价；
假设3：_______________________________________________________________。

②设计实验方案证明你的假设（此题不作答）
③实验过程
根据②的实验方案，进行实验。

按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。

实验操作预期现象与结论
步骤1：
步骤2：
步骤3：
……
【例2－2】（2012上海静安一模）某溶液中可能存在Fe3＋、Fe2＋、I―、HCO－3、Cl－、NO－3六种离子中的几种。

现进行下列实验：
①取少量溶液滴加KSCN溶液，溶液呈红色；
②另取少量原溶液滴加盐酸，溶液的棕黄色加深。

据此可以推断，该溶液中肯定不存在的离子是（）。

A．I―、HCO－3B．Fe2＋、HCO－3、NO－3
C．I－、HCO－3、Cl－D．Fe3＋、I－、HCO－3
Fe（OH）2的制备
因Fe（OH）2在空气中易被氧化，4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，故Fe（OH）2在水中稳定存在的寿命只有几秒钟。

在实验室制取Fe（OH）2时，一定要用新制的亚铁盐和先加热驱赶掉O2的NaOH溶液，且滴管末端要插入试管内的液面以下，再滴加NaOH溶液，也可以在反应液面上滴加植物油或苯等物质进行液封，以减少Fe（OH）2与O2的接触。

关于Fe（OH）2制备的方法很多，核心问题有两点：一是溶液中的溶解氧必须除去；二是反应过程必须与O2隔绝。

【实验典例】
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中应预先加入的药品是________。

A中反应的离子方程式是____________________________________。

（2）实验开始时先将活塞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。

1．（高考集萃）下列叙述中不正确的是________。

A．（2012天津理综）Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3
B．（2012重庆理综）Fe与S混合加热生成FeS2
C．（2012浙江理综）在“硫酸亚铁铵的制备”实验中，为了得到硫酸亚铁铵晶体，应小火加热蒸发皿，直到有大量晶体析出时停止加热
D．（2012江苏化学）FeCl3溶液能与Cu反应，可用于蚀刻印刷电路
E．（2012广东理综）1 mol Fe与过量的稀硝酸反应，转移2N A个电子
F．（2012广东理综）Fe3＋有氧化性，所以FeCl3溶液可用于回收旧电路板中的铜
2．含有Cu（NO3）2、Zn（NO3）2、Fe（NO3）3、AgNO3各0.1 mol的混合溶液中加入0.1 mol 铁粉，充分搅拌后，Fe溶解，溶液中不存在Fe3＋，同时析出0.1 mol Ag，下列结论错误的是（）。

A．溶液质量减轻
B．Fe3＋的氧化性强于Cu2＋
C．溶液中Cu2＋与Fe2＋的物质的量比为1∶1
D．1 mol Fe可还原2 mol Fe3＋
3．（2012湖南四市联考）含有1 mol HNO3的稀硝酸分别与不同质量的铁粉反应，所得氧化产物a、b与铁粉物质的量关系如图所示。

下列有关判断正确的是（）。

A．a是Fe（NO3）2曲线
B．n1＝0.375
C．p＝0.20
D．n2＝0.30
4．下列说法中正确的是（）。

A．硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液在空气中久置后均会变质
B．用适量铜粉除去CuCl2溶液中少量的Fe Cl3
C．Al与S直接化合可以得到Al2S3，Fe与S直接化合也可以得到Fe2S3
D．Fe2O3分别与浓硝酸和稀硝酸反应，二者产物不同
5．（1）（2012课标全国理综）在实验室中，FeCl2可用铁粉和____________反应制备，FeCl3可用铁粉和____________反应制备；
（2）（2012海南化学）在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液处理和资源回收的过程简述如下：
ⅰ.向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液；
ⅱ.向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液pH，同时鼓入足量的空气。

已知：K sp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38
回答下列问题：
①FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为_____________________________________；
②过程ⅰ加入铁屑的主要作用是________，分离得到固体的主要成分是________，从固体中分离出铜需采用的方法是_________________________________________________；
③过程ⅱ中发生反应的化学方程式为_______________________________________；
④过程ⅱ中调节溶液的pH为5，金属离子浓度为________________________________
_____________________________________________________________。

（列式计算）
参考答案
基础梳理整合
一、1.(1)Fe 2O 3 3Fe ＋2O 2Fe 3O 4
(2)Fe ＋S△,FeS
(3)2Fe ＋3Cl 22FeCl 3
2．Fe 3O 4＋4H 2
3．(1)Fe ＋H 2SO 4===FeSO 4＋H 2↑
(2)Fe ＋4HNO 3(稀)===Fe(NO 3)3＋2H 2O ＋NO↑ 钝化
4．(1)Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋Cu (2)2FeCl 3＋Fe===3FeCl 2
即时训练1
答案：①⑥ ④⑤⑦⑧⑨ ②③
二、1.FeO ＋2HCl===FeCl 2＋H 2O Fe 2O 3＋6HCl===2FeCl 3＋3H 2O FeO ＋CO=====高温Fe ＋CO 2
Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2 Fe 3O 4＋4CO=====高温3Fe ＋4CO 2
2．Fe(OH)2 Fe(OH)3 白色絮状 红褐色固体 2Fe(OH)3=====△Fe 2O 3＋3H 2O↑ Fe 2＋＋2OH
－===Fe(OH)2↓
Fe 3＋＋3OH －===Fe(OH)3↓ Fe(OH)2＋2H ＋===Fe 2＋＋2H 2O Fe(OH)3＋3H ＋===Fe 3＋＋3H 2O 白色 灰绿 红褐 4Fe(OH)2＋2H 2O ＋O 2===4Fe(OH)3
3．①2Fe 2＋＋Cl 2===2Fe 3＋＋2Cl － ②Fe＋2Fe 3＋===3Fe 2＋ ③Cu＋2Fe 3＋===2Fe 2＋＋Cu 2＋
即时训练2
B
三、KSCN 红
即时训练3
C
核心归纳突破
【例1－1】 答案：(1)铁屑 稀硫酸 稀硝酸 氢氧化钠 氢氧化钠
(2)Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑；2Fe 3＋＋Fe===3Fe 2＋；Cu 2＋＋Fe===Cu ＋Fe 2＋；2Au 3＋＋3Fe===2Au
＋3Fe 2＋ 3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O
(3)Fe 2O 3 用作红色涂料 用作制造铜盐的原料
解析：由氧化铜可知D 为Cu(OH)2，所以④为氢氧化钠；同理，由铁红可知⑤为氢氧化
钠；C 含Cu 2＋、E 含Fe 2＋，②是稀硫酸，除去沉淀A 中过量的Fe ；①是铁屑，可还原废水中
的Cu 2＋、Au 3＋。

B 为Cu 、Au 混合物，加入③稀硝酸溶解铜。

【例1－2】 答案：②③④⑦
解析：①生成FeS ；②不论铁粉是否过量，与氯气反应均生成FeCl 3；③铁与稀硫酸生成Fe 2＋，硫酸过量溶液显酸性，NO －3把Fe 2＋氧化为Fe 3＋；⑤铁与稀硝酸生成Fe 3＋，但过量的
铁最终把Fe 3＋全部还原成Fe 2＋；⑥当Fe 过量时，最终溶液中只含Fe 2＋；⑦生成Fe 3O 4。

【例2－1】 答案：(1)该结论不合理。

稀硝酸有强氧化性，若该铁元素的价态为＋2价，则被氧化为＋3价，同样使溶液变红色 (2)①催化剂中铁元素的价态既有＋3价，也有＋2价 ③
实验操作 预期现象与结论
步骤1：用滴管取一定量3 mol·L －1 H 2SO 4放
入试管中，加热煮沸数分钟以除去溶于其中的氧气
—
步骤2：用药匙取少量样品于试管中，用滴管
加入适量除氧后的3 mol·L －1 H 2SO 4并加热，充分反应后得A 溶液
固体溶解，溶液颜色有变化
步骤3：取少许A 溶液于试管中，滴加1～2滴20%KSCN 溶液，振荡 (1)若溶液不呈红色，则假设2成立
(2)若溶液呈红色，则假设1或假设3成立 步骤4：另取少许A 溶液于试管中，滴加1～结合步骤3中的(2)：
2滴0.01 mol·L －1
KMnO 4溶液，振荡 (1)若溶液呈紫红色，则假设1成立
(2)若溶液紫红色褪去，则假设3成立
解析：根据HNO 3具有强氧化性，能将Fe 2＋氧化为Fe 3＋，对铁的氧化物中铁元素价态提
出全为＋2价或全为＋3价或＋2价和＋3价共存三种假设。

实验过程：可用稀硫酸溶解铁的氧化物(要除去稀硫酸中溶解的O 2)，根据溶液颜色变化，推测铁元素可能的化合价，然后取少量上述溶液，滴加KMnO 4溶液，根据KMnO 4溶液是否褪色，确定是否存在＋2价铁元素；另取少量溶液，滴加KSCN 溶液，根据溶液是否变红色，确定是否存在＋3价铁元素。

【例2－2】 A 解析：由①可知溶液中一定含有Fe 3＋，有Fe 3＋一定无I ―和HCO －3；由②
棕黄色加深可知溶液中Fe 2＋被氧化为Fe 3＋，所以一定含有NO －3，可能含有Cl －。

实验探究拓展
实验典例
答案：(1)铁屑 Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑ (2)打开
(3)关闭活塞a ，使FeSO 4溶液压入B 中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3
(5)①②③⑤
解析：Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑，产生的H 2将Fe 2＋压入B 中，Fe 2＋＋2OH －===Fe(OH)2↓；
Fe(OH)2在空气中很容易被氧化，即4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3。

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，并使整个装置与空气或氧气隔绝。

演练巩固提升
1．ABCE 解析：A 选项，只能生成FeCl 3，错误；B 选项，生成FeS ，错误；C 选项，在
加热过程中Fe 2＋易被空气中的氧气氧化，且硫酸亚铁铵可能分解等，应该用冷却结晶的方法，
错误；E 选项，由于硝酸过量，1 mol Fe 转移3 mol 电子，错误。

2．C 解析：由溶液析出0.1 mol Ag ，溶解0.1 mol 铁粉可知溶液质量减轻；依信息
可知只有Ag 析出，Cu 2＋没有参加反应，Ag ＋全部被铁还原，发生2Ag ＋＋Fe===2Ag ＋＋Fe 2＋，
消耗Fe 为0.05 mol ，生成0.05 mol Fe 2＋；溶液中不含Fe 3＋，余下的0.05 mol Fe 恰好完
全发生反应：Fe ＋2Fe 3＋===3Fe 2＋，生成0.15 mol Fe 2＋；溶液中的Cu 2＋与Fe 2＋的物质的量比
为1∶2。

3．D 解析：一开始硝酸过量发生的反应为Fe ＋4HNO 3(稀)===Fe(NO 3)3＋NO↑＋2H 2O ，
所以q ＝n 1＝0.25、a 是生成Fe(NO 3)3曲线，n 1时生成n (Fe 3＋)＝0.25 mol ，然后发生2Fe
3＋＋Fe===3Fe 2＋，b 为生成Fe(NO 3)2曲线，p 点Fe 3＋、Fe 2＋物质的量相等，设n 2时与Fe 3＋反应的
n (Fe)为x ，
2Fe 3＋＋Fe===3Fe 2＋
2x x 3x
0．25 mol －2x ＝3x ，x ＝0.05 mol ，所以p ＝0.15、n 2＝0.25＋0.05＝0.30，D 选项正确。

4．A 解析：A 选项，硫酸亚铁会被空气中的氧气氧化，氢氧化钠会与空气中的CO 2反应，正确；B 选项，FeCl 3与Cu 反应生成杂质FeCl 2，错误；C 选项，Fe 与S 反应生成FeS ，错误；D 选项，均生成Fe(NO 3)3和H 2O ，错误。

5．答案：(1)盐酸 Cl 2
(2)①2Fe 3＋＋Cu===2Fe 2＋＋Cu 2＋ ②回收铜 Cu 和Fe 加足量盐酸反应后过滤
③FeCl 2＋Ca(OH)2===Fe(OH)2↓＋CaCl 2
4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3
④c (Fe 3＋)＝4.0×10－38(10－9)
3 mol·L －1＝4.0×10－11 mol·L －1 解析：(2)先置换出铜，铁过量，固体为铁与铜的混合物，再分离铜应加入足量盐酸后
过滤；③步骤ⅱ是亚铁离子生成Fe(OH)2，鼓入空气转化成Fe(OH)3；(4)由K sp [Fe(OH)3]＝c (Fe
3＋)·[c (OH －)]3，c (OH －)＝K W /c (H ＋)，可求c (Fe 3＋)。