2020-2021学年高三化学一轮复习知识点第11讲 铁及其重要化合物

2020-2021学年高三化学一轮复习

第11讲铁及其重要化合物

【考情分析】

1.了解铁的主要性质及其应用。了解铁的重要化合物及其应用。

2．掌握铁及其重要化合物的制备方法。

【核心素养分析】

1.宏观辨识与微观探析：认识铁及其化合物的性质及应用，能以“铁三角”转化关系理解变价元素的转化条件。

2.科学态度与社会责任：利用铁及其化合物的性质，科学认识铁及其化合物的提纯和制备工艺流程，形成严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。

3.科学探究与创新意识：能提出有价值的氢氧化亚铁及其他铁的化合物的制备方案，并进行实验探究。

【重点知识梳理】

知识点一铁及其重要化合物的性质

1．铁

铁位于元素周期表中第4周期Ⅷ族，是一种应用最广泛的过渡金属元素；铁元素是一种典型的变价金属元素。

(1)结构

(2)铁的物理性质

银白色固体，熔点较高，具有良好的导热、导电、延展性，能被磁铁吸引。

(3)铁的化学性质

铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。

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①与非金属单质的反应

②与水的反应 常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：3Fe ＋4H 2O(g)=====高温Fe 3O 4＋4H 2。

③与酸的反应

④与某些盐溶液反应

Fe ＋Cu 2＋===Fe 2＋＋Cu 、Fe ＋2Fe 3＋===3Fe 2＋

【归纳总结】

①Fe 与Cl 2反应无论用量多少都生成FeCl 3，而Fe 与盐酸反应生成FeCl 2。

②铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe 2O 3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe 3O 4。

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③铁与一般氧化剂(如S 、HCl 、FeCl 3、CuSO 4、I 2等)反应时被氧化为Fe 2＋，铁与强氧化剂(如Cl 2、Br 2、HNO 3、浓H 2SO 4等)反应时被氧化为Fe 3＋。

④在电化学中铁作负极时电极反应式为Fe －2e －===Fe 2＋。

(3)铁的冶炼

冶炼原理：Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2

2．铁的氧化物

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，颜色由白色变为灰绿色，最后变为红褐色，方程式为4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3。

(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(Fe 2O 3·x H 2O)，

受热易分解，方程式为2Fe(OH)3=====△Fe 2O 3＋3H 2O ；制取Fe(OH)3用可溶性铁盐与碱反应，

离子方程式：Fe 3＋＋3OH －===Fe(OH)3↓。

4．亚铁盐

(1)Fe 2＋的氧化性和还原性

含有Fe 2＋的溶液呈浅绿色，Fe 2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还

原性为主，如：遇Br 2、Cl 2、H 2O 2、NO －3(H ＋)等均表现为还原性。 Fe 2＋的酸性溶液与H 2O 2反应的离子方程式：2Fe 2＋＋H 2O 2＋2H ＋===2Fe 3＋＋2H 2O 。

(2)可水解

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Fe(OH)2是弱碱，含Fe 2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。配制硫酸亚铁溶液时常加少量硫酸抑制Fe 2＋的水解，加少量铁屑防止Fe 2＋被氧化。

5．铁盐的性质及应用

(1)氧化性：含有Fe 3＋的溶液呈棕黄色，Fe 3＋处于铁的高价态，遇Fe 、Cu 、HI 、H 2S 等均表现为氧化性。

①Fe 3＋与S 2－、I －、HS －、SO 2－3等具有较强还原性的离子不能大量共存。

②Fe 3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe 3＋＋Cu===Cu 2＋＋2Fe 2＋。

(2)易水解：Fe(OH)3是很弱的碱，且溶度积很小，因而Fe 3＋

极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。

①利用Fe 3＋易水解的性质，实验室可用FeCl 3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学

方程式：FeCl 3＋3H 2O=====△Fe(OH)3(胶体)＋3HCl 。

②利用Fe 3＋易水解的性质，工业上常用调节pH 方法除去溶液中的铁离子。

③利用Fe 3＋易水解的性质，实验室配制氯化铁溶液，通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中，然后再稀释至所需浓度。

④Fe 3＋与HCO －3、[Al(OH)4]－、CO 2－3、ClO －等水解呈碱性的离子不能大量共存。

知识点二 Fe 2＋和Fe 3＋的检验

1．亚铁盐

(1)Fe 2＋的氧化性和还原性

含有Fe 2＋的溶液呈浅绿色，Fe 2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还

原性为主，如遇Br 2、Cl 2、H 2O 2、NO －3(H ＋)、MnO －4(H ＋)等均表现为还原性。

Fe 2＋的酸性溶液与H 2O 2反应的离子方程式：2Fe 2＋＋2H ＋＋H 2O 2===2Fe 3＋＋2H 2O

向FeCl 2溶液中滴加酸性KMnO 4溶液，溶液褪色。反应的离子方程式：MnO －4＋5Fe 2＋＋

8H ＋===5Fe 3＋＋Mn 2＋

＋4H 2O 。 (2)可水解

Fe 2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液因水解呈酸性。

2．铁盐

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(1)氧化性：含有Fe 3＋的溶液呈黄色，Fe 3＋处于铁的高价态，遇Fe 、Cu 、HI 、H 2S 等均表现为氧化性。

如用FeCl 3溶液腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式2Fe 3＋＋Cu===2Fe 3＋＋Cu 2＋。

(2)易水解：Fe 3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。

3．Fe 2＋、Fe 3＋的检验方法

(1)Fe 2＋的检验 样品溶液―――――――――→加入

K 3[Fe CN 6]溶液生成蓝色沉淀，证明含有Fe 2＋

(2)Fe 3＋的检验

(3)混合溶液中Fe 3＋、Fe 2＋的检验

①Fe 3＋的检验

a.混合溶液

――→滴加KSCN 溶液溶液变血红色，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溶液

KMnO 4溶液褪色，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＋

c.混合溶液――→滴加K 3[Fe （CN ）6]溶液生成蓝色沉淀，说明含有Fe 2＋

4．亚铁盐、铁盐性质应用

(1)盐溶液的配制与保存

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(2)物质的制备

(3)判断离子能否共存

Fe 2＋不共存

NO －3(H ＋)、ClO －、MnO －4(H ＋) Fe 3＋

不共存 S 2－、I －、SO 2－3 Fe 3＋不共存

HCO －3、CO 2－3等水解相互促进的离子 【典型题分析】

高频考点一 铁及其化合物的性质

例1.（高考组合题）下列有关物质性质的叙述错误的是（ ）

A. （2018·江苏卷） 向FeCl 2溶液中滴加NH 4SCN 溶液，溶液不显红色

B ．（2019·天津卷）将废铁屑加入FeCl 2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl 2

C ．（2010·江苏卷）室温下，Fe 与浓H 2SO 4反应生成FeSO 4

D. （2018·江苏卷）Cu 与FeCl 3溶液反应可生成CuCl 2

【答案】C

【解析】FeCl 2溶液中含Fe 2+，NH 4SCN 用于检验Fe 3+，向FeCl 2溶液中滴加NH 4SCN 溶液，溶液不会显红色，A 正确；铁和亚铁能将氯气还原为氯离子，从而除去工业废气中的氯气，B 正确；室温下，铁在浓硫酸中发生钝化，C 错误； Cu 与FeCl 3溶液反应生成CuCl 2和FeCl 2，反应的化学方程式为

Cu+2FeCl 3=CuCl 2+2FeCl 2，D 正确。

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【变式探究】（高考组合题）下列观点的叙述正确的是（ ）

A.（2017·江苏卷）无色透明的溶液中：Fe 3+、Mg 2+、SCN –、Cl –

B.（2017·江苏卷）Fe

FeCl 2Fe(OH)2 C.（2018·江苏卷）

D.（2017·新课标II 卷）向2 mL 0.1 mol·L －1的FeCl 3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN 溶液，黄色逐渐消失，加KSCN 溶液颜色不变，说明还原性：Fe>Fe 2+

【解析】Fe 3+和SCN ?会发生反应生成血红色的配合物，A 错误；铁与氯气反应只能生成氯化铁，B 错误；Al 与Fe 2O 3高温发生铝热反应生成Al 2O 3和Fe ，Fe 与HCl 反应生成FeCl 2和H 2，第二步反应不能实现，C 错误；加入过量的铁粉，黄色消失，加入KSCN 溶液，溶液不变色，说明Fe 3＋完全被消耗，即Fe ＋2Fe 3+=3Fe 2+，根据氧化还原反应规律，还原剂的还原性大于还原产物得还原性，Fe 元素化合价升高，Fe 为还原剂，Fe 2+即使还原产物又是氧化产物，因此还原性Fe>Fe 2+，D 正确。

【答案】D

高频考点二 铁及其化合物的计算

例2．（2020·陕西咸阳一中调研）有一块铁的氧化物样品，用140mL5.0mol·L

－1盐酸恰好将其完全溶解，所得溶液还能吸收0.025molCl 2，恰好使其中的Fe 2＋全部转变为Fe 3＋，则该样品可能的化学式为( )

A ．Fe 2O 3

B ．Fe 3O 4

C ．Fe 4O 5

D ．Fe 5O 7

【答案】D

【解析】根据2Fe 2＋＋Cl 2===2Fe 3＋＋2Cl －可知，铁的氧化物样品用盐酸溶解后所得溶液中n (Fe 2＋)＝0.025mol×2＝0.05mol ，根据电荷守恒得2n (Fe 2＋)＋3n (Fe 3＋)＝n (Cl －)，则n (Fe 3＋)＝0.2mol ，故n (Fe 2＋)∶n (Fe 3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe 2O 3，即Fe 5O 7。

【方法技巧】确定铁的氧化物组成的基本方法

设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m ∶n ，

2Cl ???→点燃NaOH(aq)?????→

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则氧化物中n (Fe)∶n (O)＝m 56∶n 16

＝a ∶b ， 若a ∶b ＝1∶1，则铁的氧化物为FeO ；

若a ∶b ＝2∶3，则铁的氧化物为Fe 2O 3；

若a ∶b ＝3∶4，则铁的氧化物为Fe 3O 4或FeO 与Fe 2O 3按物质的量之比为1∶1的混合物或FeO 、Fe 2O 3、Fe 3O 4的混合物(其中FeO 、Fe 2O 3的物质的量之比为1∶1，Fe 3O 4为任意值)。

【变式探究】（2020·山西运城一中模拟）含有a gHNO 3的稀硝酸与b g 铁恰好反应，铁全部溶解，生成

NO 。已知有a 4

gHNO 3被还原，则a ∶b 不可能是( ) A ．3∶1

B ．3∶2

C ．4∶1

D ．9∶2

【答案】B

【解析】若生成硝酸亚铁：

3Fe ＋8HNO 3===3Fe(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O

168 2×63＝126

b a 4

168b ＝126a 4

a ∶

b ＝3∶1

若生成硝酸铁：

Fe ＋4HNO 3===Fe(NO 3)3＋NO↑＋2H 2O

56 63

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b a 4

56b ＝63a 4

a ∶

b ＝9∶2

还可能生成硝酸铁和硝酸亚铁的混合物，所以3∶1≤a ∶b ≤9∶2之间，不符合题意的只有B 项。

【方法技巧】数轴法分析铁与稀硝酸反应的产物

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。根据化学方程式：

HNO 3过量：Fe ＋4HNO 3(稀)===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(稀)===3Fe(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O ；

可以用数轴表示：

解题时需注意量的范围：

∶n （Fe ）n （HNO 3）≤14，产物仅有Fe(NO 3)3，稀HNO 3可能有剩余；∶n （Fe ）n （HNO 3）≥38

，产物仅有Fe(NO 3)2，Fe 可能有剩余；∶14＜n （Fe ）n （HNO 3）＜38

，产物为Fe(NO 3)3和Fe(NO 3)2，Fe 和稀HNO 3都完全反应。 高频考点三、铁及其化合物的实验探究

例3.（2019·新课标Ⅰ卷）硫酸铁铵[NH 4Fe(SO 4)2·x H 2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下

:

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回答下列问题:

(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是 。

(2)步骤②需要加热的目的是 ，

温度保持80~95 ℃，采用的合适加热方式是 。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为 (填标号)。

A B C D

(3)步骤③中选用足量的H 2O 2，理由是 。分批加入H 2O 2，同时为了 ， 溶液要保持pH 小于0.5。

(4)步骤⑤的具体实验操作有 ，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为 。

【解析】 (1)油污在热的碱性条件下易水解，故去除废铁屑表面的油污的方法是碱煮水洗。(2)适当加热可加快反应速率。加热温度为80~95 ℃，低于100 ℃，可用热水浴加热。铁屑中含有少量硫化物，与H 2SO 4反应生成H 2S 气体，H 2S 易与NaOH 溶液反应，为防倒吸，故选C 装置。(3)足量的H 2O 2可充分将Fe 2+氧化为Fe 3+，且不会引入新的杂质。Fe 3+易水解，故溶液应保持一定的pH ，防止Fe 3+水解。(4)在过程④后溶液中存在大量的Fe 3+、NH 4+、SO 42-，从溶液中提取晶体的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。

(5)硫酸铁铵[NH 4Fe(SO 4)2·x H 2O]晶体失去1.5个结晶水，失重5.6%，可知

1.5×18266+18x ×100%=5.6%，解得x =12，

硫酸铁铵晶体的化学式为NH 4Fe(SO 4)2·12H 2O 。

【答案】(1)碱煮水洗

(2)加快反应 热水浴 C

(3)将Fe 2+全部氧化为Fe 3+；不引入杂质 防止Fe 3+水解

(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤

)

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(5)NH 4Fe(SO 4)2·12H 2O

【变式探究】（2018·北京卷）实验小组制备高铁酸钾（K 2FeO 4）并探究其性质。

资料：K 2FeO 4为紫色固体，微溶于KOH 溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O 2，在碱性溶液中较稳定。

（1）制备K 2FeO 4（夹持装置略）

①A 为氯气发生装置。A 中反应方程式是________________（锰被还原为Mn 2+）。

②将除杂装置B 补充完整并标明所用试剂。

③C 中得到紫色固体和溶液。C 中Cl 2发生的反应有3Cl 2+2Fe(OH)3+10KOH===2K 2FeO 4+6KCl+8H 2O ，另外还有________________。

（2）探究K 2FeO 4的性质

①取C 中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a ，经检验气体中含有Cl 2。为证明是否K 2FeO 4氧化了Cl －

而产生Cl 2，设计以下方案：

Ⅰ．由方案Ⅰ中溶液变红可知a 中含有

______离子，但该离子的产生不能判断一定是K 2FeO 4将Cl －氧化，还可能由________________产生（用方程式表示）。

Ⅱ．方案Ⅱ可证明K 2FeO 4氧化了Cl －。用KOH 溶液洗涤的目的是________________。

②根据K 2FeO 4的制备实验得出：氧化性Cl 2________FeO 42?（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ实验表明，Cl 2和FeO 42?的氧化性强弱关系相反，原因是________________。

③资料表明，酸性溶液中的氧化性FeO42?＞MnO4?，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性FeO42?＞MnO4?。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：________________。

【解析】（1）①A为氯气发生装置，KMnO4与浓盐酸反应时，锰被还原为Mn2+，浓盐酸被氧化成Cl2，KMnO4与浓盐酸反应生成KCl、MnCl2、Cl2和H2O，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为2KMnO4+16HCl（浓）=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O，离子方程式2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O。

②由于盐酸具有挥发性，所得Cl2中混有HCl和H2O（g），HCl会消耗Fe（OH）3、KOH，用饱和食

盐水除去HCl，除杂装置B为。

③ C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，还有Cl2与KOH的反应，Cl2与KOH反应的化学方程式为Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。

（2）①根据上述制备反应，C的紫色溶液中含有K2FeO4、KCl，还可能含有KClO等。

I.方案I加入KSCN溶液，溶液变红说明a中含Fe3+。但Fe3+的产生不能判断K2FeO4与Cl-发生了反应，根据题意K2FeO4在酸性或中性溶液中快速产生O2，自身被还原成Fe3+，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，可能的反应为4FeO42-+20H+=3O2↑+4Fe3++10H2O。

II.产生Cl2还可能是ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O，即KClO的存在干扰判断；K2FeO4微溶于KOH溶液，

用KOH溶液洗涤的目的是除去KClO、排除ClO-的干扰，同时保持K2FeO4稳定存在。

②制备K2FeO4的原理为3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，在该反应中Cl元素的化合价由0价降至-1价，Cl2是氧化剂，Fe元素的化合价由+3价升至+6价，Fe（OH）3是还原剂，K2FeO4为氧化产物，根据同一反应中，氧化性：氧化剂>氧化产物，得出氧化性Cl2>FeO42-；方案II的反应为

2FeO42-+6Cl-+16H+=2Fe3++3Cl2↑+8H2O，实验表明，Cl2和FeO42-氧化性强弱关系相反；对比两个反应的条件，制备K2FeO4在碱性条件下，方案II在酸性条件下；说明溶液的酸碱性的不同影响物质氧化性的强弱。

③该小题为开放性试题。若能，根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe3+和O2，最后溶液中不存在FeO42-，溶液振荡后呈浅紫色一定是MnO4-的颜色，说明FeO42-将Mn2+氧化成MnO4-，所以该实验方案能证明氧化性FeO42->MnO4-。（或不能，因为溶液b呈紫色，溶液b滴入MnSO4和H2SO4的混合溶液中，c（FeO42-）变小，溶液的紫色也会变浅；则设计一个空白对比的实验方案，方案为：向紫色溶液b中滴加

过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）。

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【答案 (1).2KMnO 4+16HCl==2MnCl 2+2KCl +5Cl 2↑+8H 2O

Cl 2+2OH ?==Cl ?+ClO ?+H 2O （2）Ⅰ. Fe 3+ 4FeO 42?+20H +==4Fe 3++3O 2↑+10H 2O Ⅱ．排除ClO ?的干扰 > 溶液的酸碱性不同 若能，理由：FeO 42?在过量酸的作用下完全转化为Fe 3+和O 2，溶液浅紫色一定是MnO 4?的颜色（若不能，方案：向紫色溶液b 中滴加过量稀H 2SO 4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）

高频考点四 氢氧化亚铁制备方法的实验创新改进

例4.（2020·哈尔滨三中一中模拟）下列各图示中能较长时间看到Fe （OH ）2白色沉淀的是 （填序号）。

【答案】∶∶∶∶

【解析】Fe （OH ）2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe （OH ）3，即发生反应：4Fe （OH ）2＋O 2＋2H 2O===4Fe （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。∶∶原理一样，都是先用铁与稀硫酸反应产生的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；∶的原理为铁做阳极产生Fe 2＋，与阴极产生的OH －

结合生成Fe （OH ）2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；∶中液面加苯阻止了空气进入；∶由于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。

【变式探究】（2020·山东淄博一中模拟）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6mol·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中烧瓶内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中发生反应的化学方程式为

________________________________________________________________________。

【解析】Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，发生反应：Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓；Fe（OH）2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe（OH）3，即发生反应：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

【方法技巧】制备Fe（OH）2常用的三种方法

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（1）有机层覆盖法

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。

（2）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，这样可较长时间观察到白色沉淀，如图2所示。

（3）电解法

用铁做阳极，电解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆盖苯（或煤油），如图3所示。

另外，反应液要现用现配，且配制亚铁盐溶液和碱溶液所用的蒸馏水都需要加热煮沸除氧。

高频考点五考查Fe2＋、Fe3＋相关实验

例5.（2020·福建厦门一中质检）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。在配制FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是______________________________________________。

(2)甲组同学取2mL 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

________________________________________________________________________。

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(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－1 KI溶液，加入6 mL 0.1mol·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层呈紫色；

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)Fe2＋具有还原性，FeCl2溶液易被氧化而变质，配制FeCl2溶液时加入少量铁屑，目的是防

止Fe2＋被氧化。(2)溶液变红，说明有Fe3＋生成，则FeCl2溶液与氯水反应生成FeCl3，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(3)甲组实验中，FeCl2易被空气中的O2氧化，生成FeCl3，因此实验不够严谨，加入煤油，煤油的密度比水小，可以起到隔绝空气的作用，从而排除氧气对实验的影响。(4)实验②中K3[Fe(CN)6] 溶液的作用是检验Fe2＋。根据实验①，CCl4层显紫色，说明有I2生成，根据实验②，生成蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成，根据实验③，溶液变红，说明有Fe3＋剩余，I－过量的情况下，溶液中仍含有Fe3＋，由此说明

该反应为可逆反应。(5)溶液变为棕黄色，说明生成了Fe3＋，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。溶液中有气泡出现，说明H2O2在Fe3＋的催化作用下发生了分解反应，生成了O2，随后生成红褐色沉淀，

则沉淀为Fe(OH)3，H2O2分解放出热量，促进Fe3＋的水解平衡Fe3＋＋3H2O Fe(OH)3＋3H＋向正反应方向不断进行，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)

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(4)Fe2＋Fe3＋可逆反应

(5)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O Fe3＋催化H2O2分解产生O2H2O2分解反应放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动

【方法技巧】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后的混合溶液加入足量的新制氯水中（新制氯水可以氧化SCN－）。

（2）当溶液浓度较稀时，利用观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe2＋和Fe3＋的存在。

（3）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）。

（4）检验Fe2＋、Fe3＋的其他方法

∶检验Fe2＋最好、最灵敏的试剂是铁氰化钾K3[Fe（CN）6]。

∶检验Fe3＋也可用苯酚（C6H5OH），在FeCl3溶液中滴加苯酚，溶液显紫色。

【变式探究】（2020·江苏无锡一中模拟）下列离子的检验方法合理的是()

A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色，说明不含Fe2＋

B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变血红色，说明原溶液中含有Fe2＋

C．向某溶液中加入NaOH溶液，立即得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋

D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋

【答案】C

【解析】滴入KSCN溶液后呈血红色，说明含有Fe3＋，不能证明Fe2＋是否存在，A项错误；先通入Cl2，后滴加KSCN溶液变血红色，说明可能含有Fe2＋，但不能确定，B项错误；加入NaOH溶液后得到白色沉淀，又观察到逐渐变红褐色，说明含有Fe2＋，但不能确认是否含有Mg2＋，D项错误。

高频考点六铁及其化合物的转化

例6.（2020·河北正定中学模拟）硫酸亚铁铵晶体[（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O]在空气中比一般亚铁盐稳定，是定量分析化学中常用的还原剂，其实验室制备流程如图所示：

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下列说法不正确的是（ ）

A.“除油污”过程中使用热的Na 2CO 3溶液效果更好

B.制备硫酸亚铁时铁屑与硫酸反应完全时的现象是不再有气泡产生

C.“趁热过滤”后的滤液略显黄色的原因是4Fe 2＋＋O 2＋4H ＋===4Fe 3＋

＋2H 2O

D.理论上加入（NH 4）2SO 4固体的质量为6.0g

【答案】D

【解析】Na 2CO 3溶液中CO 2－3水解使溶液呈碱性，油污在碱性环境中能够水解，升高温度，CO 2－3水解平衡正向移动，溶液碱性增强，故用热的Na 2CO 3溶液除油污效果更好，A 项正确；为防止Fe 2＋

被氧化，加入的铁屑需过量，铁屑与硫酸反应完全就是硫酸反应完全，反应完全时不再有气泡产生，B 项正确；“趁热过滤”后的滤液略显黄色是因为Fe 2＋在空气中被氧气氧化为Fe 3＋，反应的离子方程式为4Fe 2＋＋O 2＋4H ＋===4Fe 3＋＋2H 2O ，C 项正确；由工艺流程图可知，反应的铁的质量为5.0g －2.2g ＝2.8g ，物质的量为 2.8g 56g/mol

＝0.05mol ，理论上可制备0.05mol 硫酸亚铁铵晶体，则需要加入0.05mol （NH 4）2SO 4，所以加入（NH 4）2SO 4固体的质量为0.05mol×132g/mol ＝6.6g ，D 项错误。

【举一反三】（2018·高考全国卷∶）磷酸亚铁锂（LiFePO 4）电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如图所示：

下列叙述错误的是（ ）

A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用

B.从“正极片”中可回收的金属元素Al、Fe、Li

C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋

D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠

【答案】D

【解析】废旧电池中含有的金属、电解质溶液会对水体和土壤等造成污染，处理废旧电池有利于资源再利用，同时能够降低环境污染，保护环境，A项正确；从流程图看出，正极材料涉及了铝、铁、锂等金属，B项正确；因流程中加入的有HNO3，故在含Li、P、Fe等滤液中加碱液，发生“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋，C项正确；因为锂及其化合物的性质与镁相似，由硫酸镁易溶于水推知，硫酸锂易溶于水，由碳酸镁微溶于水推知，碳酸锂微溶于水，所以不能用硫酸钠代替碳酸钠，D项错误。

【变式探究】（2019·全国卷∶）硫酸铁铵[NH4Fe（SO4）2·x H2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

（1）步骤∶的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是。

（2）步骤∶需要加热的目的是，温度保持80～95∶，采用的合适加热方式是。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为（填标号）。

（3）步骤∶中选用足量的H2O2，理由是______________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

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分批加入H2O2，同时为了，溶液要保持pH小于0.5。

（4）步骤∶的具体实验操作有______________________________________________，

经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

（5）采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150∶时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为。

【解析】（1）除去铁屑表面油污的方法是用热纯碱溶液清洗铁屑，再用水洗。（2）铁与稀硫酸反应时加热，可提高反应速率。温度低于水的沸点，可以用热水浴加热，受热均匀且便于控制。含少量硫化物的铁屑与稀硫酸反应有硫化氢生成。氢气不与碱溶液反应，而硫化氢能与碱溶液反应，硫化氢在水中溶解度小，故氢气中混有的硫化氢用烧碱溶液除去，又因为硫化氢与碱反应较快，容易引起倒吸，C装置倒置漏斗能防倒吸。故宜选择C装置吸收硫化氢。（3）铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，加入足量双氧水的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，发生反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，从生成物看，又不引入杂质。铁离子对双氧水分解起催化作用，分批加入双氧水，避免反应过快、放出热量较多，减少双氧水分解，以免造成氧化剂损失；铁离子易水解，保持溶液呈强酸性，避免铁离子发生水解反应生成氢氧化铁。（4）步骤∶是要从溶液中得到硫酸铁铵晶体，故实验操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤（洗涤）。（5）失重5.6%

是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe（SO4）2·x H2O，由题意知1.5×18

266＋18x＝5.6

100，解得x＝12。【答案】（1）碱煮水洗

（2）加快反应热水浴C

（3）将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质防止Fe3＋水解

（4）加热浓缩、冷却结晶、过滤（洗涤）

（5）NH4Fe（SO4）2·12H2O

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