(浙江選考)2020版高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第3講 元素化學(xué) 考點14 鐵及其重要化合物學(xué)案.docx
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考點14 鐵及其重要化合物 知識條目 必考要求 加試要求 1.自然界鐵的存在形式,鐵的物理性質(zhì) a a 2.工業(yè)煉鐵的反應(yīng)原理 b b 3.鐵的化學(xué)性質(zhì)(跟某些非金屬、酸、鹽的反應(yīng)) b b 4.Fe2+、Fe3+的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化 c c 5.檢驗Fe2+、Fe3+的常用方法 b c 6.不銹鋼的主要組成元素及其用途 a 一、鐵的原子結(jié)構(gòu)及位置 鐵位于元素周期表中第四周期Ⅷ族,原子結(jié)構(gòu)示意圖為,最外層有2個電子,在化學(xué)反應(yīng)中易失去2個或3個電子而表現(xiàn)為+2價或+3價。鐵在地殼中的含量占第4位。自然界中鐵元素主要以化合態(tài)形式存在,如赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦(Fe3O4)、菱鐵礦(FeCO3)、硫鐵礦等。 二、鐵的性質(zhì) 1.物理性質(zhì):純鐵具有金屬的共性,如具有銀白色金屬光澤和良好的延展性,是電和熱的良導(dǎo)體,具有能被磁鐵吸引的特性,純鐵有很強的抗腐蝕能力。 2.化學(xué)性質(zhì):鐵是較活潑的金屬,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時可生成+2、+3兩種價態(tài)的化合物。 ①與非金屬單質(zhì)的反應(yīng): a.與O2的反應(yīng): 常溫下:鐵被腐蝕生成鐵銹,其主要成分為Fe2O3nH2O。 點燃時:3Fe+2O2Fe3O4。 b.與Cl2的反應(yīng):2Fe+3Cl2,2FeCl3。(現(xiàn)象:劇烈反應(yīng),有棕褐色煙生成。) c.與S的反應(yīng):Fe+SFeS。 ②與水的反應(yīng): 常溫下鐵與水不反應(yīng),在高溫條件下與水蒸氣反應(yīng): 3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。 ③與酸的反應(yīng): a.與非氧化性酸反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H+===Fe2++H2↑。 b.與氧化性酸: 遇冷的濃硫酸或濃硝酸發(fā)生鈍化,與稀硝酸或在加熱條件下與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng),但無H2產(chǎn)生。 (當(dāng)稀硝酸和鐵反應(yīng)時,若稀硝酸過量,則產(chǎn)物為硝酸鐵;若鐵過量,則產(chǎn)物為硝酸亞鐵) ④與某些鹽溶液的反應(yīng): a.與CuSO4溶液反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu2+===Fe2++Cu。 b.與FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式為2Fe3++Fe===3Fe2+。 三、鐵的氧化物和氫氧化物 1.鐵的氧化物 化學(xué)式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 鐵紅 磁性氧化鐵 色態(tài) 黑色粉末 紅棕色粉末 黑色晶體(有磁性) 溶解性 難溶于水 難溶于水 難溶于水 化合價 +2 +3 +2,+3 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 穩(wěn)定 與HCl反應(yīng) FeO+2H+===Fe2++H2O Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+=== Fe2++2Fe3++4H2O 與稀HNO3反應(yīng) 3FeO+10H++NO=== 3Fe3++5H2O+NO↑ Fe2O3+6H+=== 2Fe3++3H2O 3Fe3O4+28H++NO=== 9Fe3++14H2O+NO↑ 2.鐵的氫氧化物 化學(xué)式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 色態(tài) 白色固體 紅褐色固體 與鹽酸 Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O 受熱 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 制法 可溶性亞鐵鹽與堿溶液反應(yīng) Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ 可溶性鐵鹽與堿溶液反應(yīng) Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓ 二者的關(guān)系 在空氣中,F(xiàn)e(OH)2能夠非常迅速地被氧氣氧化成Fe(OH)3,現(xiàn)象是白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色,最后變成紅褐色,反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 四、Fe2+和Fe3+的性質(zhì)及其檢驗方法 1.Fe2+、Fe3+的性質(zhì) a.Fe2+的氧化性和還原性 Fe2+處于鐵的中間價態(tài),既有氧化性,又有還原性,其中以還原性為主,如:Fe2+遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H+)等均表現(xiàn)還原性。 b.Fe3+的氧化性 Fe3+處于鐵的高價態(tài),只有氧化性,如:它能氧化Fe、Cu、HI、H2S等。 c.Fe2+與Fe3+的相互轉(zhuǎn)化 Fe2+Fe3+用離子方程式表示其轉(zhuǎn)化關(guān)系: ①2Fe2++Cl2===Fe3++2Cl-;②3Fe2++4H++NO===3Fe3++2H2O+NO↑; ③2Fe3++Fe===3Fe2+;④Fe+Cu2+===Fe2++Cu;⑤2Fe3++2I-===2Fe2++I2 2.Fe2+、Fe3+的檢驗方法 a.直接觀察顏色:Fe2+溶液呈淺綠色,F(xiàn)e3+溶液呈黃色。 b.利用顯色反應(yīng)(形成絡(luò)離子) ② c.利用鐵的氫氧化物的顏色 d.利用Fe3+的氧化性 e.利用Fe2+的還原性 3.“鐵三角”及其重要應(yīng)用 a.“鐵三角”中的轉(zhuǎn)化關(guān)系 b.重要應(yīng)用 ①判斷離子共存:Fe2+與NO(H+)、ClO-、MnO(H+),F(xiàn)e3+與S2-、I-、HS-、SO在溶液中因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。 ②鹽溶液的保存。 a.含F(xiàn)e2+的溶液:加入少量鐵粉,防止Fe2+被氧化;加入少量非氧化性酸,防止Fe2+水解。 b.含F(xiàn)e3+的溶液:加入少量非氧化性酸,防止Fe3+水解。 五、鐵的冶煉及其應(yīng)用 1.鐵的冶煉 a.制備: ①原理:工業(yè)上冶煉鐵的反應(yīng)方程式為3CO+Fe2O32Fe+3CO2。 ②原料:鐵礦石(提供鐵元素),焦炭(制備還原氣CO,提供能量)、空氣(提供氧氣)、石灰石(除二氧化硅)等。 ③設(shè)備:煉鐵高爐 b.用途:用途最廣泛的是鐵合金——鋼,用于制造不銹鋼、特種鋼、鋼板、鋼管等。 2.鐵及其化合物的應(yīng)用 用于制造氧化鐵紅顏料;氯化鐵、硫酸亞鐵是優(yōu)良的凈水劑;磁性材料大多數(shù)都是含鐵的化合物,F(xiàn)eCl3溶液的反應(yīng)可制作印刷電路板(2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+)等。 六、不銹鋼的主要組成元素及其用途 不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱,耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼。不銹鋼都含有17%~22%的鉻,較好的鋼中還含有鎳。添加鉬可進一步改善其耐腐蝕性,特別是耐含氯化物大氣的腐蝕。不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛,如建筑領(lǐng)域的電梯裝飾板,好的不銹鋼可以避免留下手??;在食品加工、餐飲、釀造、醫(yī)院和化工領(lǐng)域也廣泛運用,主要是因為不銹鋼便于每天清洗,還因為它不易滋生細菌。試驗表明不銹鋼在這方面的性能與玻璃和陶瓷相同。 【例1】 下列關(guān)于鐵及其化合物的說法不正確的是( ) A.煉鐵原料有鐵礦石、焦炭、空氣和石灰石 B.FeCl3溶液能使KI淀粉溶液變藍色 C.灼熱的鐵絲放入盛有干燥氯氣的集氣瓶中燃燒生成棕色的煙霧 D.利用Cu與FeCl3溶液的反應(yīng)制作印刷電路板 【解析】 煉鐵中,鐵礦石提供鐵元素,焦炭和空氣制取還原劑CO氣體同時提供能量,石灰石除鐵礦石中的SiO2,則A說法正確;Fe3+和I-能發(fā)生如下反應(yīng):2Fe3++2I-===2Fe2++I2,生成的I2遇淀粉變藍,則B說法正確;煙是固體小顆粒,霧是液體小液滴,2Fe+3Cl2點燃,2FeCl3,生成的FeCl3是固體,看到的現(xiàn)象是棕色的煙,而非霧,則C選項錯誤;2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,用FeCl3溶液可以腐蝕銅制電路板,則D選項正確。 【答案】 C 【提煉】 本題涉及的知識點主要有鐵及其化合物的性質(zhì)、煉鐵的原理、印刷電路板的原理。A選項考查了煉鐵過程中所用到的原料,從鐵礦石中獲得鐵元素,焦炭和空氣提供還原劑和熱量,石灰石除雜質(zhì);B和C選項分別考查了Fe3+的氧化性和Fe單質(zhì)的還原性,這個可以從氧化還原角度思考,F(xiàn)e3+處于最高價態(tài),具有氧化性,同理鐵單質(zhì)具有還原性;D選項考查的是印刷電路板的原理。 【例2】 下列有關(guān)物質(zhì)檢驗方法不合理的是( ) A.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不變色,滴加氯水后溶液顯紅色,該溶液中一定含有Fe2+ B.用酸性KMnO4溶液檢驗FeCl3溶液中是否含有FeCl2 C.檢驗綠礬晶體是否已氧化變質(zhì),可將綠礬晶體溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液,再觀察溶液是否變紅色 D.向某溶液中加入NaOH溶液產(chǎn)生紅褐色沉淀,說明溶液中含有Fe3+ 【解析】 滴加KSCN溶液,溶液不變色說明原溶液中不存在Fe3+,滴加氯水后溶液顯紅色,說明有Fe3+生成,可以說明原溶液中存在可以被氯水氧化成Fe3+的Fe2+,則A正確;酸性KMnO4溶液的強氧化性可以將Fe2+氧化使紫紅色褪去,同時也能將Cl-氧化成Cl2,故不可取,則B錯誤;綠礬晶體的化學(xué)式為FeSO47H2O,變質(zhì)前后的區(qū)別是變質(zhì)后有Fe3+生成(被空氣中的氧氣氧化),所以只需檢驗是否存在Fe3+即可判斷是否變質(zhì),則C正確;D:加入NaOH溶液產(chǎn)生紅褐色沉淀,根據(jù)紅褐色沉淀可推測為氫氧化鐵沉淀,則D正確。 【答案】 B 【提煉】 本題考查Fe2+和Fe3+的檢驗方法。Fe3+的檢驗經(jīng)常利用Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3這個特征反應(yīng)來判斷Fe3+是否存在。Fe2+的檢驗可采取先后加Fe(SCN)3和雙氧水,若加入Fe(SCN)3溶液不變色,滴加氯水后有紅色物質(zhì)生成,則存在Fe2+。或直接加入酸性高錳酸鉀,看紫紅色是否褪去,要注意在Cl-存在時不能用酸性高錳酸鉀檢驗或滴定Fe2+,因為高錳酸鉀的強氧化性在氧化Fe2+的同時也能將Cl-氧化,產(chǎn)生刺激性氣味氣體氯氣。 【例3】 下列離子在溶液中能大量共存的是( ) A.Fe3+、NH、SCN-、Cl-B.Na+、H+、NO、SO C.Fe2+、H+、Na+、NOD.Fe2+、K+、OH-、NO 【解析】 Fe3+和SCN-會生成血紅色絡(luò)合物Fe(SCN)3,故不能大量共存,則A錯誤;四種粒子之間互不反應(yīng),可大量共存,則B正確;Fe2+在H+、NO的作用下能被氧化為Fe3+,故不能大量共存,則C錯誤;Fe2+和OH-能生成白色的Fe(OH)2沉淀,故不能大量共存,則D錯誤。 【答案】 B 【提煉】 本題考查的是離子大量共存的知識點,離子大量共存的前提是離子間互不反應(yīng)。主要有以下幾類不能共存的情況:①不能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成氣體、沉淀、弱電解質(zhì),如D項中Fe2+不能與OH-大量共存,因為有沉淀生成,如A項中Fe3+不能與SCN-大量共存,因為會生成弱電解質(zhì)或稱之為絡(luò)合物的Fe(SCN)3;②不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。常見的具有強還原性的離子有:I-、S2-、Fe2+、SO等;常見的強氧化性離子有:Fe3+、MnO、ClO-、NO等。這兩大類離子不能大量共存。如C項中Fe2+、H+與NO由于會發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。 【例4】 在足量的稀氯化亞鐵溶液中,加入1~2滴液溴,振蕩后溶液變?yōu)辄S色。 (1)甲同學(xué)認為這不是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所致,使溶液變黃色的物質(zhì)是________(填粒子的化學(xué)式,下同);乙同學(xué)認為這是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所致,使溶液變黃色的物質(zhì)是________。 (2)為了驗證甲、乙同學(xué)的推斷,現(xiàn)提供以下試劑: A.酸性高錳酸鉀溶液B.氫氧化鈉溶液 C.四氯化碳D.硫氰化鉀溶液 請選擇合適的試劑并用簡要的文字說明你的實驗方案: 驗證甲同學(xué)方案:_________________________________________________; 驗證乙同學(xué)方案:___________________________________________________。 (3)根據(jù)所學(xué)知識判斷,你認為________的推斷是正確的;則溴化亞鐵與氯氣以4∶5反應(yīng)時的離子方程式為_________________________________________________。 【解析】 (1)FeCl2稀溶液中滴加液溴,存在如下反應(yīng):2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-,由于液溴溶于水為棕黃色,F(xiàn)e3+在水溶液中亦顯黃色,所以就有兩位同學(xué)的不同觀點。甲同學(xué)認為這不是化學(xué)反應(yīng)所致,顯黃色的是液溴溶于水的顏色,即Br2;乙同學(xué)認為這是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所致,使溶液變黃色的物質(zhì)是Fe3+。(2)甲同學(xué)認為是Br2,證明溶液中存在Br2即可,而Br2在CCl4中的溶解度大于水,能將Br2萃取到CCl4中使下層顯示橙紅色;乙同學(xué)認為是Fe3+,證明溶液中存在Fe3+即可,F(xiàn)e3+遇SCN-有血紅色物質(zhì)生成。(3)因為液溴量少,而氯化亞鐵溶液是足量的,所以液溴最終反應(yīng)完,黃色是Fe3+的顏色。因為還原性Fe3+>Br-,4molFe2+需要2molCl2,還有3molCl2用來氧化6molBr-,所以溴化亞鐵與氯氣以4∶5反應(yīng)的離子方程式為4Fe2++5Cl2+6Br-===4Fe3++10Cl-+3Br2。 【答案】 (1)Br2 Fe3+ (2)CCl4,加入CCl4后振蕩、靜置,下層溶液變橙紅色,KSCN,滴加KSCN后,溶液變紅色 (3)乙 4Fe2++5Cl2+6Br-===4Fe3++10Cl-+3Br2 【提煉】 (1)(2)(3)主要考查了Fe2+的還原性,針對含F(xiàn)e3+和Br2的水溶液顏色相近展開實驗設(shè)計。甲、乙同學(xué)若要證明自己的觀點正確,只要設(shè)計實驗證明存在該物質(zhì)就行,如甲同學(xué)只需證明存在溴單質(zhì),乙同學(xué)只需證明存在Fe3+即可,最終還是落實到元素化合物性質(zhì)上。(4)考查的知識點是關(guān)于過量問題離子方程式的書寫,首先要判斷先后反應(yīng)順序,再根據(jù)量進行配平。 【例5】 某研究小組為了探究一種無機礦物鹽X(僅含Ca、Fe、C、O四種元素)的組成和性質(zhì),設(shè)計并完成了如下實驗: (1)流程圖中紅褐色沉淀是________,白色沉淀2是________,由白色沉淀2轉(zhuǎn)化成紅褐色沉淀的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________。 (2)固體2的成分為FeO,寫出固體2與鹽酸反應(yīng)的離子方程式________________________________________________________________________。 (3)在酸性條件下,H2O2能將Fe2+氧化成Fe3+,反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。 (4)溶液3中含有的金屬陽離子是________,如何通過實驗檢驗該離子的存在________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)氣體甲的成分是________,氣體甲與固體2在一定條件下可以發(fā)生氧化還原反應(yīng),寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________________________________________________, 設(shè)計實驗方案驗證該反應(yīng)的產(chǎn)物________________________________________________________________________。 【解析】 (1)根據(jù)題意有Fe元素,溶液3加OH-生成白色沉淀,白色沉淀又在空氣中氧化為紅褐色沉淀可推測溶液3中有Fe2+,白色沉淀為Fe(OH)2,紅褐色沉淀為Fe(OH)3;由白色沉淀2轉(zhuǎn)化成紅褐色沉淀的化學(xué)方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3;(2)已知固體2的成分為FeO,其與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為FeO+2H+===Fe2++H2O;(3)氧化還原方程式的配平:2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;(4)根據(jù)題(1)分析,溶液3中有Fe2+,檢驗方法見答案;(5)從無機鹽礦物所含元素分析,加酸后的氣體為CO2,固體2為FeO,屬于陌生化學(xué)方程式的書寫,根據(jù)反應(yīng)類型為氧化還原反應(yīng),從化合價判斷氧化劑和還原劑,CO2的C元素已經(jīng)是最高價,化合價下降得到CO,F(xiàn)eO的Fe元素上升到+3價氧化鐵,進行配平。檢驗方法見答案。 【答案】 (1)Fe(OH)3 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 (2)FeO+2H+===Fe2++H2O (3)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O (4)Fe2+ 取少量溶液3置于試管中,滴入幾滴KSCN溶液,無明顯現(xiàn)象,再滴加氯水,溶液變紅色,說明溶液3中含有Fe2+ (5)CO2 CO2+2FeO△,Fe2O3+CO 檢驗Fe2O3:將固體用鹽酸溶解,加入KSCN溶液,若顯紅色,表明產(chǎn)物中含有氧化鐵; 檢驗CO:將氣體通過灼熱CuO,黑色固體變?yōu)榧t色 【提煉】 本題屬于元素化合物推斷題,主要考查元素化合物的相關(guān)性質(zhì)。一般可以先從物理性質(zhì)著手,根據(jù)物質(zhì)顏色初步推斷物質(zhì)的化學(xué)式,再根據(jù)題意所給的四種元素進行驗證。有時題中還會出現(xiàn)數(shù)據(jù),這時需要通過定量計算得出每種元素的原子個數(shù)之比,然后根據(jù)性質(zhì)推測出相應(yīng)的化學(xué)式。本題考查的是鐵及其化合物的方程式和化學(xué)式的運用以及相關(guān)化學(xué)用語,理解并能運用Fe2+和Fe3+的檢驗方法以及試劑的添加順序。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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