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2020届高考二轮核心素养下的铁及化合物考向解析
考纲说明: 考纲要求了解铁及化合物的制备方法掌握其主要性质和应用，实验方面能够掌握Fe2+ 和Fe3+ 的检验，铁及其化合物的转化可以很好的考察宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想，而以Fe2+ 和 Fe3+ 的实验以及铁的化合物的制备可以考察证据推理与模型认知、科学探究和创新意识、科学态度与社会责任，所以铁及铁的化合物是高考中最重要载体。本教案就高考中比较重要的三个考向加以解读。
必备知识一：铁及铁的化合物的相互转化


其中最重要的是：Fe2+ 和Fe3+ 的转化最常见的氧化剂为双氧水、O2 对环境友好，符合绿色化学理念。Fe2+ 与酸性高锰酸钾的反应常用于除杂和定量测定。
必备知识二、课本基本实验
Fe在足量Cl2剧烈燃烧生成FeCl3，有棕色烟。
Fe在O2中火星四射，放热、有黑色固体生成。
3、用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀：用不含Fe3＋的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
拓展：教材实验在考题中的拓展应用
Ⅰ.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)。


注：(②全国卷经典考题，⑤15年北京卷考题)
Ⅱ.如若②符合要求，简述其制备过程及原理。(如若不符合，此问不做答)
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Ⅰ.①②③⑤　Ⅱ.铁与稀硫酸反应产生氢气，让氢气赶尽装置内空气，当B中导管处氢气纯净，关闭止水夹a，FeSO4被压入在氢气保护下的NaOH溶液中。
4、氢氧化铁胶体的制备 在煮沸的蒸馏水中加入5-6滴饱和的三氯化铁溶液，待溶液变成红褐色时再加热一会。FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。
5、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
含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
Fe3＋ 的 检 验 方法1：混合溶液溶液变红色，说明含有Fe3＋
方法2：混合溶液试纸变蓝色，说明含有Fe3＋
Fe2＋ 的 检 验 方法1：混合溶液酸性KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2＋
方法2：混合溶液溴水褪色，说明含有Fe2＋
方法3：混合溶液生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋


6、(1)除去Mg2＋中混有的Fe3＋的方法
向混合溶液中加入Mg、MgO、MgCO3、Mg(OH)2其中之一，与Fe3＋水解产生的H＋反应，促进Fe3＋的水解，将Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(2)除去Mg2＋中混有的Fe2＋的方法
先加入氧化剂(如H2O2)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＋。
关键能力解读与训练：
题组一、变化观念与守恒思想考察：
例题：给定条件下，下列选项正确或所示的物质间转化均能一步实现的是( )
(2015年江苏）A．Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3
（2018江苏卷）B、Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2
（18年江苏）C、
铁在氧气中燃烧所得氧化物中，铁有两种化合价
答案：D
练习：1、[2019新课标Ⅲ] 高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L?1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 Mn2+ Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ Zn2+ Ni2+
开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9
沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________________________。
（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。
答案：（2）将Fe2+氧化为Fe3+
（3）4.7
2、【2015浙江理综化学】某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，设计了如下流程：

下列说法不正确的是（ ）
A．溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉
B．固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3+转化为Al(OH)3，进入固体2
C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解
D．若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O
【答案】D
3、如图两圆相交部分A、B、C、D分别表示两物质间的反应。下列各对应反应的离子方程式书写不正确的是(　　)

A．Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
B．Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
C．Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
D．3Fe(OH)2＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋8H2O
答案：B
题组二　铁的氧化物组成确定
例题：铁的常见化合价有＋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　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。
答案　B
练习：一定质量的某铁的氧化物FexOy，与足量的4 mol·L－1硝酸溶液充分反应，消耗硝酸溶液700 mL，生成2.24 L NO(标准状况)。则该铁的氧化物的化学式为(　　)
A．FeO B．Fe2O3
C．Fe3O4 D．Fe4O5
答案：C
重点考向：证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学精神与社会责任素养考察
题型三、基本实验载体
例题：[2019新课标Ⅱ] 下列实验现象与实验操作不相匹配的是
实验操作 实验现象
A 向盛有高锰酸钾酸性溶液的试管中通入足量的乙烯后静置 溶液的紫色逐渐褪去，静置后溶液分层
B 将镁条点燃后迅速伸入集满CO2的集气瓶 集气瓶中产生浓烟并有黑色颗粒产生
C 向盛有饱和硫代硫酸钠溶液的试管中滴加稀盐酸 有刺激性气味气体产生，溶液变浑浊
D 向盛有FeCl3溶液的试管中加过量铁粉，充分振荡后加1滴KSCN溶液 黄色逐渐消失，加KSCN后溶液颜色不变

【答案】A
【解析】A．乙烯被酸性高锰酸钾氧化生成二氧化碳无机小分子，则实验现象中不会出现分层，A项错误；
B．将镁条点燃后迅速伸入集满二氧化碳的洗气瓶，发生反应为：CO2+2Mg2MgO+C，则集气瓶因反应剧烈冒有浓烟，且生成黑色颗粒碳单质，实验现象与操作匹配，B项正确；
C．向盛有饱和硫代硫酸钠溶液的试管中滴加稀盐酸，发生氧化还原反应，其离子方程式为：S2O32-+2H+=S↓+SO2↑+H2O，则会有刺激性气味气体产生，溶液变浑浊，实验现象与操作匹配，C项正确；
D．向盛有氯化铁溶液的试管中加过量的铁粉，铁粉会将溶液中所有的铁离子还原为亚铁离子，使黄色逐渐消失，充分振荡后，加1滴KSCN溶液，因振荡后的溶液中无铁离子，则溶液不会变色，实验现象与操作匹配，D项正确；
答案选A。
例题：[2019天津] 环己烯是重要的化工原料。其实验室制备流程如下：

回答下列问题：
Ⅰ．环己烯的制备与提纯
（1）原料环己醇中若含苯酚杂质，检验试剂为____________，现象为__________________。
（1）溶液 溶液显紫色
练习：1、[2019江苏] 室温下进行下列实验，根据实验操作和现象所得到的结论正确的是
选项 实验操作和现象 结论
A 向X溶液中滴加几滴新制氯水，振荡，再加入少量KSCN溶液，溶液变为红色 X溶液中一定含有Fe2+
B 向浓度均为0.05 mol·L?1的NaI、NaCl混合溶液中滴加少量AgNO3溶液，有黄色沉淀生成 Ksp(AgI)> Ksp(AgCl)
C 向3 mL KI溶液中滴加几滴溴水，振荡，再滴加1mL淀粉溶液，溶液显蓝色 Br2的氧化性比I2的强
D 用pH试纸测得：CH3COONa溶液的pH约为 9，NaNO2溶液的pH约为8 HNO2电离出H+的能力比CH3COOH的强

【答案】C
2、[2018浙江11月选考]通过实验得出的结论正确的是
A．将某固体试样完全溶于盐酸，再滴加Ba(NO3)2溶液，出现白色沉淀，则该固体试样中存在SO42-
B．将某固体试样完全溶于盐酸，再滴加KSCN溶液，没有出现血红色，则该固体试样中不存在Fe3+
C．在某固体试样加水后的溶液中，滴加NaOH溶液，没有产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，该固体试样中仍可能存在NH4+
D．在某固体试样加水后的上层清液中，滴加盐酸出现白色沉淀，再加NaOH溶液沉淀溶解，则该固体试样中存在SiO32-
【答案】C
3、[2018新课标Ⅱ卷]下列实验过程可以达到实验目的的是
编号 实验目的 实验过程
A 配制0.4000 mol·L?1的NaOH溶液 称取4.0 g固体NaOH于烧杯中，加入少量蒸馏水溶解，转移至250 mL容量瓶中定容
B 探究维生素C的还原性 向盛有2 mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液，观察颜色变化
C 制取并纯化氢气 向稀盐酸中加入锌粒，将生成的气体依次通过NaOH溶液、浓硫酸和KMnO4溶液
D 探究浓度对反应速率的影响 向2支盛有5 mL不同浓度NaHSO3溶液的试管中同时加入2 mL 5%H2O2溶液，观察实验现象

【答案】B
题型四：探究实验
例题：1、[2018北京卷]验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液）。
① ② ③

在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀

下列说法不正确的是
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
【答案】D
2、[2017新课标Ⅱ]由下列实验及现象不能推出相应结论的是
实验 现象 结论
A． 向2 mL 0.1 的溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液 黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变 还原性：
B． 将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶 集气瓶中产生大量白烟，瓶内有黑色颗粒产生 CO2具有氧化性
C． 加热盛有少量NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸 石蕊试纸变蓝 NH4HCO3显碱性
D． 向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液 一只试管中产生黄色沉淀，另一支中无明显现象

【答案】C
练习：1、【2015新课标Ⅰ卷理综化学】下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是（ ）
选项 实 验 现 象 结 论
A． 将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液 有气体生成，溶液呈血红色 稀硝酸将Fe氧化为Fe3＋
B． 将铜粉加1.0 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液中 溶液变蓝、有黑色固体出现 金属铁比铜活泼
C． 用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热 熔化后的液态铝滴落下来 金属铝的熔点较低
D． 将0.1mol·L－1MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生，再滴加0.1mol·L－1CuSO4溶液 先有白色沉淀生成后变为浅蓝色沉淀 Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小

【答案】D
2、【2015天津理综化学】下列关于物质或离子检验的叙述正确的是（ ）
A．在溶液中加KSCN，溶液显红色，证明原溶液中有Fe3+，无Fe2+
B．气体通过无水硫酸铜，粉末变蓝，证明原气体中含有水蒸气
C．灼烧白色粉末，火焰成黄色，证明原粉末中有Na+，无K+
D．将气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，证明原气体是CO2
【答案】B
3、【2015北京理综化学】在通风橱中进行下列实验：
步骤
现象 Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止 Fe、Cu接触后，其表面产生红棕色气泡

下列说法中不正确的是（ ）
A．Ⅰ 种气体有无色变红棕色的化学方程式为：2NO+O2=2NO2
B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应
C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D．针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化
【答案】C?
综合大题提升训练：
例题：[2018新课标Ⅱ卷] 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，按下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：_____________________________________。
（3）测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。
①称量m g样品于锥形瓶中，溶解后加稀H2SO4酸化，用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是___________________________。
②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后，过滤、洗涤，将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化，用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液V ml。该晶体中铁的质量分数的表达式为________________________________。
【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
（3）①粉红色出现 ②
详解：（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，不会全部进入后续装置。
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。
（3）①高锰酸钾氧化草酸根离子，其溶液显红色，所以滴定终点的现象是粉红色出现。
②锌把铁离子还原为亚铁离子，酸性高锰酸钾溶液又把亚铁离子氧化为铁离子。反应中消耗高锰酸钾是0.001cVmol，Mn元素化合价从+7价降低到+2价，所以根据电子得失守恒可知铁离子的物质的量是0.005cVmol，则该晶体中铁的质量分数的表达式为。

强化练习：1、[2018北京卷] 实验小组制备高铁酸钾（K2FeO4）并探究其性质。
资料：K2FeO4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O2，在碱性溶液中较稳定。
（1）制备K2FeO4（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Mn2+）。
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Cl2发生的反应有
3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外还有________________。
（2）探究K2FeO4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Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：
方案Ⅰ 取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。
方案Ⅱ 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。

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K2FeO4将Cl－氧化，还可能由________________产生（用方程式表示）。
ii．方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl－。用KOH溶液洗涤的目的是________________。
②根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2________（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ实验表明，Cl2和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＞，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＞。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。
理由或方案：________________。
【答案】（1）①2KMnO4+16HCl2MnCl2+2KCl +5Cl2↑+8H2O
②
③Cl2+2OH?Cl?+ClO?+H2O
（2）①i. Fe3+ 4+20H+4Fe3++3O2↑+10H2O
ii.排除ClO?的干扰
②> 溶液酸碱性不同
③理由：在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是的颜色
方案：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
2、[2017新课标Ⅲ]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”）。
（3）为探究硫酸亚铁的分解产物，将（2）中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。

①C、D中的溶液依次为_________（填标号）。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为_______________。
a．品红 b．NaOH c．BaCl2 d．Ba(NO3)2 e．浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式_____________________。
【答案】（1）样品中没有Fe3+ Fe2+易被氧气氧化为Fe3+
（2）①干燥管 ② dabfce ③ 偏小
（3）①c、a 生成白色沉淀、褪色
②2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑
3、【2016年高考新课标Ⅱ卷】(15分)
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0.1mol/L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_____ __。
（3）乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和l滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是____ __。
（4）丙组同学取10 mL0.1mol/LKI溶液，加入6mL0.1mol/LFeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3 支试管中进行如下实验：
① 第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置，CCl4层呈紫色；
② 第二只试管中加入1滴K3Fe(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FeCl3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）。
【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。
题型五、制备实验载体
例题：[2019新课标Ⅰ] 硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]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）。

（3）步骤③中选用足量的H2O2，理由是_______________。分批加入H2O2，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______________。
【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
【解析】（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，油污在碱性条件下容易水解，所以工业上常常用热的碳酸钠溶液清洗，即碱煮水洗；
（2）步骤②需要加热的目的是为了加快反应速率；温度保持80~95 ℃，由于保持温度比较恒定且低于水的沸点，故采用的合适加热方式是水浴加热（热水浴）；铁屑中含有少量硫化物，硫化物与硫酸反应生成硫化氢气体，可以用氢氧化钠溶液吸收，为了防止倒吸可以加装倒置的漏斗，故选择C装置；
（3）步骤③中选用足量的H2O2，H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+，且H2O2的还原产物为H2O，不会引入新的杂质，故理由是：将Fe2+全部氧化为Fe3+，不引入新的杂质。因为H2O2本身易分解，所以在加入时需分量加入，同时为了防止Fe3+水解，溶液要保持pH小于0.5；
（4）为了除去可溶性的硫酸铵、铁离子等，需要经过的步骤为：加热浓缩、冷却结晶、过滤（洗涤）；
（5）设硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2?xH2O，其相对分子质量为266+18x，1.5个水分子的相对分子质量为1.5×18=27，则27/(266+18x)=5.6%，解得x=12，则硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2?12H2O。

例题：[2019江苏]聚合硫酸铁[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。以FeSO4·7H2O为原料，经溶解、氧化、水解聚合等步骤，可制备聚合硫酸铁。
（1）将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸，在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液，继续反应一段时间，得到红棕色黏稠液体。H2O2氧化Fe2+的离子方程式为 ▲ ；水解聚合反应会导致溶液的pH ▲ 。
（2）测定聚合硫酸铁样品中铁的质量分数：准确称取液态样品3.000 g，置于250 mL锥形瓶中，加入适量稀盐酸，加热，滴加稍过量的SnCl2溶液（Sn2+将Fe3+还原为Fe2+），充分反应后，除去过量的Sn2+。用5.000×10?2 mol·L?1 K2Cr2O7溶液滴定至终点（滴定过程中与Fe2+反应生成Cr3+和Fe3+），消耗K2Cr2O7溶液22.00 mL。
①上述实验中若不除去过量的Sn2+，样品中铁的质量分数的测定结果将 ▲ （填“偏大”或“偏小”或“无影响”）。
②计算该样品中铁的质量分数（写出计算过程）。
【答案】（1）2Fe2++ H2O2+2H+2Fe3++2H2O 减小
（2）①偏大 ②n()=5.000×10?2 mol·L?1×22.00 mL×10?3 L·mL?1=1.100×10?3 mol
由滴定时→Cr3+和Fe2+→Fe3+，根据电子得失守恒可得微粒的关系式：~6Fe2+
（或+14H++6Fe2+6Fe3++2Cr3++7H2O）
则n(Fe2+)=6n()=6×1.100×10?3 mol=6.600×10?3 mol
样品中铁元素的质量：
m(Fe)=6.600×10?3 mol×56 g·mol?1=0.3696 g
样品中铁元素的质量分数：w(Fe)=×100%=12.32%
【详解】（1）Fe2+具有还原性，在溶液中被氧化成Fe3+，H2O2具有氧化性，其还原产物为H2O，根据得失电子守恒可写出反应2Fe2++H2O2→2Fe3++2H2O，根据溶液呈酸性、结合原子守恒和电荷守恒，H2O2氧化Fe2+的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；H2O2氧化后的溶液为Fe2（SO4）3溶液，Fe2（SO4）3发生水解反应Fe2（SO4）3+（6-2n）H2O Fe2（OH）6-2n（SO4）n+（3-n）H2SO4，Fe2（OH）6-2n（SO4）n聚合得到聚合硫酸铁，根据水解方程式知水解聚合反应会导致溶液的酸性增强，pH减小。
（2）①根据题意，Sn2+能将Fe3+还原为Fe2+，发生的反应为Sn2++2Fe3+=Sn4++2Fe2+，根据还原性：还原剂>还原产物，则还原性Sn2+>Fe2+，实验中若不除去过量的Sn2+，则加入的K2Cr2O7先氧化过量的Sn2+再氧化Fe2+，导致消耗的K2Cr2O7溶液的体积偏大，则样品中铁的质量分数的测定结果将偏大。
② 实验过程中消耗的n（Cr2O72-）=5.000×10-2mol/L×22.00mL×10-3L/mL=1.100×10-3mol
由滴定时Cr2O72-→Cr3+和Fe2+→Fe3+，根据电子得失守恒，可得微粒的关系式：Cr2O72-~6Fe2+（或Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O）
则n（Fe2+）=6n（Cr2O72-）=6×1.100×10-3mol=6.6×10-3mol
（根据Fe守恒）样品中铁元素的质量：m（Fe）=6.6×10-3mol×56g/mol=0.3696g
样品中铁元素的质量分数：ω（Fe）=×100%=12.32%。
强化练习：1、【2015海南化学】（11分）工业上，向500—600℃的铁屑中通入氯气生产无水氯化铁；向炽热铁屑中通入氯化氢生产无水氯化亚铁。现用如图所示的装置模拟上述过程进行试验。

回答下列问题：
（1）制取无水氯化铁的实验中，A中反应的化学方程式为 ，装置B中加入的试剂是 。
（2）制取无水氯化亚铁的实验中，装置A用来制取 。尾气的成分是 。若仍用D的装置进行尾气处理，存在的问题是 、 。
（3）若操作不当，制得的FeCl2 会含有少量FeCl3 ，检验FeCl3常用的试剂是 。欲制得纯净的FeCl2 ，在实验操作中应先 ，再 。
【答案】（1）MnO2 + 4HCl(浓) MnCl2 + Cl2↑+ 2H2O，浓硫酸。
（2）HCl；HCl和H2；发生倒吸、可燃性气体H2不能被吸收。
（3）KSCN溶液；通入氯化氢（赶尽装置中的空气），


2、【2015浙江理综化学】某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，设计了如下流程：

下列说法不正确的是（ ）
A．溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉
B．固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3+转化为Al(OH)3，进入固体2
C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解
D．若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O
【答案】D
题型六、电化学载体
例题（选择题）：[2019江苏]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是

A．铁被氧化的电极反应式为Fe?3e?Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【解析】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-=Fe2-；正极反应为：O2+H2O +4e-=4OH-;据此解题；
【详解】A.在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe-2e-=Fe2-，故A错误；
B.铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；
C.活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确
D.以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；
综上所述，本题应选C.


例题（表述题）[2019新课标Ⅱ节选]环戊二烯（）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：
（4）环戊二烯可用于制备二茂铁（Fe(C5H5)2，结构简式为），后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。


该电解池的阳极为____________，总反应为__________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为_________________________。
【答案】（4）Fe电极 Fe+2+H2↑（Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑）
水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH?，进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2
【解析】（4）根据阳极升失氧可知Fe为阳极；根据题干信息Fe?2e?=Fe2+，电解液中钠离子起到催化剂的作用使得环戊二烯得电子生成氢气，同时与亚铁离子结合生成二茂铁，故电极反应式为Fe+2=+H2↑；电解必须在无水条件下进行，因为中间产物Na会与水反应生成氢氧化钠和氢气，亚铁离子会和氢氧根离子结合生成沉淀；
答案：Fe电极；Fe+2=+H2↑（Fe+2C5H6=Fe（C2H5）2+ H2↑）；水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH?，进一步与Fe2+反应生成Fe（OH）2。
强化练习：1、【2015上海化学】研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是（ ）
A．d为石墨，铁片腐蚀加快
B．d为石墨，石墨上电极反应为：O2 + 2H2O + 4e → 4OH–
C．d为锌块，铁片不易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应为：2H+ + 2e → H2↑
【答案】D
2、【2016年高考海南卷】某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是（ ）
A．Zn为电池的负极
B．正极反应式为2FeO42?+ 10H++6e?=Fe2O3+5H2O
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时向负极迁移
【答案】AD
3、【2017新课标1卷】支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是

A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【答案】C
4、【2018新课标1卷】最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：

①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时，下列叙述错误的是
A．阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O
B．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S
C．石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低
D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性
【答案】C
5、【2015北京】在通风橱中进行下列实验：

下列说法中不正确的是：
Ⅰ 种气体有无色变红棕色的化学方程式为：2NO+O2=2NO2
Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应
对比Ⅰ 、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化
答案：C
题型七、综合考察
1、[2017北京]某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+，发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。
（1）检验产物
①取出少量黑色固体，洗涤后，_______（填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有_______________。
（2）针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是___________________（用离子方程式表示）。针对两种观点继续实验：
①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：
序号 取样时间/min 现象
ⅰ 3 产生大量白色沉淀；溶液呈红色
ⅱ 30 产生白色沉淀；较3 min时量少；溶液红色较3 min时加深
ⅲ 120 产生白色沉淀；较30 min时量少；溶液红色较30 min时变浅

（资料：Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN）
② 对Fe3+产生的原因作出如下假设：
假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；
假设b：空气中存在O2，由于________（用离子方程式表示），可产生Fe3+；
假设c：酸性溶液中具有氧化性，可产生Fe3+；
假设d：根据_______现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。
③ 下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ：向硝酸酸化的________溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ：装置如图。其中甲溶液是________，操作及现象是________________。

（3）根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因：______。
【答案】（1）①加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀 ②Fe2+
（2）Fe+2Fe3+=3Fe2+
②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 加入KSCN溶液后产生白色沉淀
③0.05 mol·L-1 NaNO3溶液 FeSO4溶液（或FeCl2溶液）
分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深
溶液中存在反应：①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag ，②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反应开始时，c(Ag+)大，以反应①、②为主，c(Fe3+)增大。约30分钟后，c(Ag+)小，以反应③为主，c(Fe3+)减小。
2、【2015北京理综化学】（15分）
为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3++2I-2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化。实验如下：

（1）待实验I溶液颜色不再改变时，再进行实验II，目的是使实验I的反应达到 。
（2）iii是ii的对比试验，目的是排除有ii中 造成的影响。
（3）i和ii的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2+向Fe3+转化。用化学平衡移动原理解释原因： 。
（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测i中Fe2+向Fe3+转化的原因：外加Ag+使c(I-)降低，导致I-的还原性弱于Fe2+，用右图装置（a、b均为石墨电极）进行实验验证。

①K闭合时，指针向右偏转，b作 极。
②当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管滴加0.01 mol/L AgNO3溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是 。
（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了ii中Fe2+向Fe3+转化的原因，
①转化原因是 。
②与（4）实验对比，不同的操作是 。
（6）实验I中，还原性：I->Fe2+；而实验II中，还原性：Fe2+>I-，将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是 。
【答案】?
（1）化学平衡状态（2）溶液稀释对颜色变化
（3）加入Ag+发生反应：Ag++I-=AgI↓，c(I-)降低；或增大c(Fe2+)平衡均逆向移动
（4）①正?②左管产生黄色沉淀，指针向左偏转。?
（5）①Fe2+随浓度增大，还原性增强?，使Fe2+还原性强于I-
②向U型管右管中滴加1mol/L?FeSO4溶液。?
（6）该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动方向
3、【2016年高考天津卷】(14分)氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：
（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是_________(至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：____________。
（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH?FeO42?+3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42?，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c(OH?)降低的区域在_______(填“阴极室”或“阳极室”)。
②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_______。
③c( Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_____________。
【答案】
（1）污染小；可再生；来源广；资源丰富；燃烧热值高；H2+2OH--2e-=2H2O
（5）①阳极室
②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低
③M点：c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢(或N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低)。
4、[2019新课标Ⅲ节选]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：

负极区发生的反应有____________________（写反应方程式）。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气__________L（标准状况）。
【答案】（4）Fe3++e?=Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 5.6
5、【2014北京】（15分）用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压（x）下电解pH=1的0.1mol/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下（a、b、c代表电压数值）：
序号 电压/V 阳极现象 检验阳极产物
I x≥a 电极附近出现黄色，有气泡产生 有Fe3+、有Cl2
II a>x≥b 电极附近出现黄色，无气泡产生 有Fe3+、无Cl2
III b>x>0 无明显变化 无Fe3+、无Cl2

（1）用KSCN检验出Fe3+的现象是_______________________。
（2）I中，Fe3+产生的原因可能是Cl—在阳极放电，生成的Cl2将Fe2+氧化。写出有关反应：
____________________________________________________。
（3）由II推测，Fe3+产生的原因还可能是Fe2+在阳极放电，原因是Fe2+具有_________性。
（4）II中虽未检验出Cl2，但Cl—在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH=1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：
序号 电压/V 阳极现象 检验阳极产物
IV a>x≥c 无明显变化 有Cl2
V c>x≥b 无明显变化 无Cl2

①NaCl的浓度是_________mol/L
②IV中检测Cl2的实验方法______________________________________________。
③与II对比，得出的结论（写出两点）：_____________________________________________。
答案：（1）溶液变红
（2）2Cl— -2e— =Cl2↑ Cl2+2Fe2+=2Fe3++2Cl—
（3）还原
（4）①0.2 ②湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 ③加大电压cV以上时可以生成Cl2；阳极放电顺序Fe2+>Cl—

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