2019-2020年高考化學一輪復習 課時19 鐵及其化合物考點過關.docx
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2019-2020年高考化學一輪復習 課時19 鐵及其化合物考點過關 鐵、鐵的氧化物和鐵的氫氧化物 【基礎梳理】 1. 鐵 (1)純鐵具有金屬的共性,如具有 色金屬光澤和良好的延展性,是電和熱的良導體,具有能被 吸引的特性,純鐵有很強的抗腐蝕能力。 (2)用化學方程式或離子方程式表示下列變化 ①鐵與非金屬單質(zhì)反應 4Fe+3O2 (現(xiàn)象:在潮濕的空氣中生銹,生成 色固體) 3Fe+2O2 (現(xiàn)象:氧氣中點燃,火星四射、生成 色晶體) 2Fe+3Cl2 (現(xiàn)象:生成 色煙) Fe+S (現(xiàn)象:生成黑色固體) 鐵跟氯氣、硫反應時,分別生成+3價和+2價的鐵,說明氧化性:氯氣 硫。 ②鐵與水、酸溶液的反應 3Fe+4H2O(g) Fe+2HCl(稀) Fe+4HNO3(稀) ③鐵與鹽溶液反應 Fe+2FeCl3 Fe+CuSO4 2. 鐵的氧化物與氫氧化物 (1)氧化物 化學式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 顏色 黑色 色 黑色 鐵元素價態(tài) 與鹽酸反應生成的離子 (2)氫氧化物 化學式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 顏色、狀態(tài) 色固體 色固體 與鹽酸反應 Fe(OH)2+2H+ Fe(OH)3+3H+ 受熱分解 2Fe(OH)3 制法 可溶性亞鐵鹽與堿溶液反應: Fe2++2OH- 可溶性鐵鹽與堿溶液反應:Fe3++3OH- 二者的關系 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 色絮狀沉淀迅速變成 色,最后變成 色,反應的化學方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O (3)幾種典型的制備Fe(OH)2的方法: 在實驗室中制備Fe(OH)2,并使Fe(OH)2長時間保持白色沉淀狀態(tài),成為物質(zhì)制備實驗探究的熱點。由于Fe(OH)2具有很強的還原性,易被氧化為Fe(OH)3,所以實驗的關鍵是防止Fe(OH)2被 。制備原理:Fe2++2OH-Fe(OH)2↓。 方法1:FeSO4溶液與NaOH溶液反應制備 (1)配制FeSO4溶液和NaOH溶液的蒸餾水要事先煮沸,除去氧氣; (2)在裝有FeSO4溶液的試管里加入苯(或植物油),使其起到隔絕空氣的作用; (3)吸有NaOH溶液的膠頭滴管應插入到FeSO4溶液的液體中,再擠出NaOH溶液。(見下圖) 方法2:氫氣氛圍中的復分解反應法 在圖1所示的裝置中,用NaOH溶液、鐵屑、稀硫酸等試劑制備。 圖1 圖2 方法3:電解法 利用電解實驗可以制得純凈的Fe(OH)2白色沉淀,如圖 2所示,兩電極的材料分別為石墨和鐵。 (4)有關Fe2+、Fe3+的水解反應: Fe2+、Fe3+是典型的弱堿陽離子,與C、HC、Al等在溶液中因發(fā)生水解互促反應而不能共存。如:2Fe3++3C+3H2O圖12Fe(OH)3↓+3CO2↑。 ①配制亞鐵鹽溶液:加入少量鐵屑以防止Fe2+被氧化,滴入少量相應的酸溶液以防止Fe2+水解。②配制鐵鹽溶液:加入少量相應的酸溶液以防止Fe3+水解。例:在FeSO4溶液中,需加鐵粉和稀硫酸;Fe2(SO4)3溶液中需加H2SO4。 微課1 Fe、Fe2+、Fe3+三者之間的相互轉(zhuǎn)化 說明: (1)Fe3+具有較強的氧化性,可以氧化H2S、S2-、I -、SO2、S、Fe、Cu 等物質(zhì)。 2Fe3++S2-2Fe2++S↓ 2Fe3++2I-2Fe2++I2 (2)Fe2+既有氧化性又有還原性,主要表現(xiàn)還原性,易被氧化劑氧化成Fe3+: 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- 2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O Fe2+與Mn、N(H+)、ClO-等因發(fā)生氧化還原反應而不共存。 當Cl2不足,n(Cl2)∶n(FeBr2)≤時,只有Fe2+被氧化:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。 【典型例題】 將鐵片投入下列溶液中,不放出氣體,并且鐵片質(zhì)量減輕的是 ( ) A. CuSO4 B. H2SO4 C. AgNO3 D. FeCl3 [答案] D [解析] A項中Fe置換出Cu而使鐵片質(zhì)量增大;B項中產(chǎn)生氣體;C項中Fe置換出Ag而使鐵片質(zhì)量增大;D項發(fā)生反應:Fe+2FeCl33FeCl2,符合條件,故選D。 題組訓練 1. 常溫下可以用鐵制容器盛裝的是 ( ) A. 濃鹽酸 B. 濃硫酸 C. 稀硝酸 D. 硫酸銅溶液 [答案] B [解析] 鐵能溶于濃鹽酸,故A錯;濃硫酸能鈍化鐵,故B正確;鐵能溶于稀硝酸,故C錯;鐵與硫酸銅溶液能反應,故D錯。 2. X、Y、Z、W均為中學化學的常見物質(zhì),一定條件下它們之間有如下轉(zhuǎn)化關系(其他產(chǎn)物已略去): 下列說法不正確的是 ( ) A. 若W是單質(zhì)鐵,則Z溶液可能是FeCl2溶液 B. 若W是氫氧化鈉,則X與Z可反應生成Y C. 若X是金屬鎂,則W可能是強氧化性的單質(zhì) D. 若X是金屬Na,則Z可以是Na2O2 [答案] C [解析] 若W為鐵,則X、Y、Z分別為Cl2、FeCl3和FeCl2,A對;若W為NaOH,則X、Y、Z分別為CO2、NaHCO3和Na2CO3,也可能分別為AlCl3、Al(OH)3、NaAlO2,B對;鎂沒有可變價,C不成立;X為Na、W為O2、Y為Na2O、Z為Na2O2,D對。 3. 2.8 g Fe全部溶于一定濃度100 mL的HNO3溶液中,得到標準狀況下的氣體1.12 L,測得反應后溶液的pH為1。若反應前后溶液體積變化忽略不計,則下列有關判斷不正確的是( ) A. 反應前HNO3溶液的濃度為2.0 molL-1 B. 1.12 L的氣體全部是NO C. 反應后溶液中c(N)=1.6 molL-1 D. 反應后的溶液最多還能溶解1.61 g Fe [答案] A [解析] 答本題應注意以下兩點:(1)當HNO3過量時,鐵與HNO3反應生成Fe(NO3)3;(2)除剩余的HNO3能溶解鐵外,生成的Fe(NO3)3仍能溶解鐵。由于反應后溶液的pH為1,說明HNO3過量,所得溶液為Fe(NO3)3溶液,則n(反應前HNO3)=n(未被還原HNO3)+n(被還原HNO3)+n(剩余HNO3)=(3++0.10.1)mol=0.21 mol,所以反應前HNO3溶液的濃度為=2.1 molL-1,故A項錯誤;由Fe→Fe3+知,0.05 mol的Fe反應時失去0.15 mol 電子,則HNO3得到0.15 mol電子生成0.05 mol 氣體,所以該氣體全部為NO,故B項正確;反應后溶液中n(N)=3n(Fe)+n(剩余HNO3)=(30.05+0.10.1)mol=0.16 mol,所以反應后溶液中c(N)==1.6 molL-1,故C項正確;根據(jù):3Fe+8HNO3+2NO↑+4H2O知,剩余的0.01 mol HNO3能溶解0.003 75 mol Fe,根據(jù)Fe+2Fe3+3Fe2+得,生成的0.05 mol Fe3+能溶解0.025 mol Fe,所以反應后溶液最多還能溶解0.028 75 mol Fe,即1.61 g Fe,故D項正確。 4. 為研究硝酸的性質(zhì),某同學設計并完成如下實驗:室溫下,將等質(zhì)量的鐵片分別與足量的濃硝酸和稀硝酸反應(如下圖)。 回答下列問題: (1)試管A中發(fā)生反應的化學方程式是 , 該反應的氧化劑是 。圖中氣球的作用是 。 (2)為使試管A中的反應速率減慢,可采取的措施是 。 (3)試管B中實驗無明顯現(xiàn)象,該同學進一步探究如下: 假設①:常溫下鐵與濃硝酸不反應。 假設②: 。 將試管B中的鐵片取出并洗凈后,放入CuSO4溶液中,無明顯現(xiàn)象,則說明假設① (填“成立”或“不成立”)。 [答案] (1)Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO↑+2H2O HNO3 ①觀察反應速率的快慢;②收集有毒氣體,防止有毒氣體散逸到空氣中,污染空氣 (2)降低反應體系的溫度,降低硝酸的濃度 (3)常溫下,鐵在濃硝酸中會“鈍化” 不成立 [解析] (1)鐵片與足量稀硝酸反應,生成硝酸鐵、NO和水,鐵元素由0價升為+3價,被氧化,則鐵是還原劑,部分氮元素由+5價降為+2價,被還原,則HNO3是氧化劑,根據(jù)化合價升降法配平可得化學方程式;氣球是為了觀察反應速率的快慢,收集有毒氣體,防止有毒氣體散逸到空氣中,污染空氣;(2)根據(jù)濃度、壓強、溫度、催化劑對反應速率的影響規(guī)律,減小硝酸的濃度,降低反應體系的溫度等措施都能使試管A中反應速率減慢;(3)將試管B中的鐵片取出并洗凈后,放入CuSO4溶液中,無明顯現(xiàn)象,則說明常溫下鐵與濃硝酸反應,使鐵表面生成一層致密的氧化膜,阻止里面的金屬繼續(xù)發(fā)生反應,因此假設②為常溫下鐵在濃硝酸中會“鈍化”,假設①不成立。 1. 鐵與硝酸的反應規(guī)律 (1)鐵與濃硝酸在常溫下鈍化,在加熱時劇烈反應。 (2)鐵與稀硝酸的反應: 硝酸過量時: Fe+4HNO3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O ?、? Fe過量時: 3Fe+8HNO33Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O Ⅱ 鐵與稀硝酸反應有關量的問題,可用數(shù)軸表示如下: ①當≤時,按反應Ⅰ進行,產(chǎn)物僅有Fe(NO3)3,HNO3可能有剩余。 ②當≥時,按反應Ⅱ進行,產(chǎn)物僅有Fe(NO3)2,F(xiàn)e可能有剩余。 ③當<<時,則反應Ⅰ、Ⅱ均發(fā)生,產(chǎn)物為Fe(NO3)2和Fe(NO3)3。 Fe2+和Fe3+的檢驗與實驗探究 【基礎梳理】 1. Fe2+的檢驗 方法一:滴加KSCN溶液,無明顯現(xiàn)象,再滴加新制氯水,溶液立即變紅色。 方法二:滴加NaOH溶液,生成 色絮狀沉淀,該沉淀迅速變?yōu)椤 ∩?,最后變?yōu)椤 ∩? 2. Fe3+的檢驗 方法一:滴加KSCN(或NH4SCN)溶液,溶液立即變?yōu)椤 ∩? 方法二:滴加NaOH溶液,出現(xiàn) 色沉淀。 方法三:與苯酚反應顯 色:Fe3++6C6H5OH 【典型例題】 下列有關離子的檢驗方法合理的是 ( ) A. 向某溶液中滴入KSCN溶液呈紅色,說明不含F(xiàn)e2+ B. 向某溶液中加入酸性KMnO4溶液,溶液褪色,說明原溶液中一定含F(xiàn)e2+ C. 向某溶液中加入NaOH溶液,得紅褐色沉淀,說明溶液中一定不含有Fe2+ D. 向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又觀察到顏色逐漸變?yōu)榧t褐色,說明該溶液中含有Fe2+,可能含有Mg2+ [答案] D [解析] A項,說明含F(xiàn)e3+,但不排除Fe2+的存在;B項,也可能含S等還原性離子;C項不能排除Fe2+。 FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入鐵粉,充分反應后仍有固體存在,則下列判斷不正確的是 ( ) A. 加入KSCN溶液一定不變紅色 B. 溶液中一定含F(xiàn)e2+ C. 溶液中一定含Cu2+ D. 剩余固體中一定含銅 [答案] C [解析] 氧化性:Fe3+>Cu2+,加入Fe先還原Fe3+,然后再還原Cu2+。 (xx上海卷)用FeCl3溶液腐蝕印刷電路板上的銅,所得溶液中加入鐵粉。對加入鐵粉充分反應后的溶液分析合理的是 ( ) A. 若無固體剩余,則溶液中一定有Fe3+ B. 若有固體存在,則溶液中一定有Fe2+ C. 若溶液中有Cu2+,則一定沒有固體析出 D. 若溶液中有Fe2+,則一定有Cu析出 [答案] B [解析] 所得溶液中加入鐵粉,發(fā)生的反應可能有Fe+2FeCl33FeCl2、Fe+CuCl2FeCl2+Cu、Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2,若無固體剩余,說明鐵粉以及生產(chǎn)的Cu全部參加反應,此時溶液中可能含有Fe3+,也有可能不含有Fe3+,A錯誤;若有固體存在,說明固體中一定含有Cu,還有可能含有Fe,因此溶液中一定含有Fe2+,B正確;若溶液中有Cu2+,那么可能會有部分Cu2+被Fe置換出Cu,所以不一定沒有固體析出,C錯誤;若溶液中有Fe2+,如若溶液中Fe3+過量,則不一定有Cu析出,D錯誤。 (xx揚州模擬)將金屬銅、鐵置于氯化鐵溶液中充分反應,下列對反應情況設想的評價正確的是 ( ) 選項 反應情況設想 評價 A 當鐵、銅均不剩余時,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,一定無Fe3+ 正確,F(xiàn)e3+和Fe、Cu均可反應 B 當鐵、銅均有剩余時,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,無Fe3+ 正確,F(xiàn)e和Cu與Fe3+都反應,故有Fe2+和Cu2+,無Fe3+ C 當銅有剩余,鐵無剩余時,溶液中一定只有Fe2+,無Cu2+ 正確,Cu有剩余故無Cu2+ D 當鐵有剩余,銅無剩余時,溶液中一定有Fe2+、Cu2+ 不正確,不可能有Fe剩余、Cu不剩余,因為Fe比Cu優(yōu)先與Fe3+反應 [答案] D [解析] 離子的氧化性強弱順序:Fe3+>Cu2+>Fe2+,如果Fe3+的量很多,可以將鐵和銅全部氧化后還有剩余,A項錯誤;當鐵有剩余時,溶液中不會存在Cu2+,B項錯誤;因為還原性:Fe>Cu,故不存在有銅無鐵的情況,C項錯誤。 (xx江蘇高考改編)某研究性學習小組欲從硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、SiO2、Al2O3 )出發(fā),制備綠礬。下表列出了相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 molL-1計算)。 金屬離子 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3+ 1.1 3.2 Al3+ 3.0 5.0 Fe2+ 5.8 8.8 請結(jié)合右上圖的綠礬溶解度曲線,補充完整由硫鐵礦燒渣制備FeSO47H2O晶體的實驗步驟(可選用的試劑:鐵粉、稀硫酸和NaOH溶液):向一定量燒渣中加入足量的稀硫酸充分反應, ,得到FeSO4 溶液; ,得到FeSO47H2O 晶體。 [答案] (過濾,)向反應液中加入足量的鐵粉,充分攪拌后,滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)反應液的pH約為5,過濾(或過濾,向濾液中滴加過量的NaOH溶液,過濾,充分洗滌固體,向固體中加入足量稀硫酸至固體完全溶解,再加入足量的鐵粉,充分攪拌后,過濾) (滴加稀硫酸酸化,)加熱濃縮得到60 ℃飽和溶液,冷卻至0 ℃結(jié)晶,過濾,少量冰水洗滌,低溫干燥 [解析] 先加稀硫酸溶解,由表沉淀完全的pH可以得知滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)反應液的pH約為5時,生成氫氧化鋁沉淀,過濾除去;或過濾,向濾液中滴加過量的NaOH溶液,過濾除去偏鋁酸鈉,充分洗滌固體,向固體中加入足量稀硫酸至固體完全溶解,再加入足量的鐵粉,充分攪拌后,過濾。兩個過程中加入足量的鐵粉,都是為了讓三價鐵變?yōu)槎r鐵。加熱濃縮得到60 ℃飽和溶液前一般滴加稀硫酸酸化,為防止二價鐵離子受熱水解;少量冰水洗滌減少FeSO47H2O晶體溶解;低溫干燥減少FeSO47H2O晶體失水分解。 硫酸亞鐵晶體(FeSO47H2O)在醫(yī)藥上作補血劑。某課外小組的同學欲測定該補血劑中鐵元素的含量。實驗步驟如下: 請回答下列問題: (1)證明步驟①濾液中含有Fe2+的方法是:取樣,先滴加KSCN溶液,再滴加 ,該過程的現(xiàn)象為 。 (2)步驟②加入過量H2O2的目的是 。 (3)步驟③中反應的離子方程式是 。 (4)步驟④中一系列處理的操作步驟:過濾、 、灼燒、 、稱量。 (5)若實驗中鐵無損耗,則每片補血劑中含鐵元素的質(zhì)量為 g。 [答案] (1)氯水(或H2O2溶液、稀硝酸等合理氧化劑) 溶液由淺綠色變?yōu)榧t色 (2)將Fe2+全部氧化為Fe3+ (3)Fe3++3OH-Fe(OH)3 ↓ [或Fe3++3NH3H2OFe(OH)3 ↓+3N] (4)洗滌 冷卻 (5)0.07a [解析] (1)證明步驟①濾液中含有Fe2+的方法是:取樣,先滴加KSCN溶液,再滴加氯水(或H2O2溶液、稀硝酸等),若濾液由淺綠色變?yōu)榧t色,則說明濾液中含有Fe2+。(2)由于H2O2具有氧化性,加入過量H2O2的目的是將Fe2+全部氧化為Fe3+。(3)步驟③的目的是將Fe3+全部轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3,所以步驟③需加入過量的NaOH溶液或氨水,反應的離子方程式是Fe3++3OH-Fe(OH)3 ↓[或Fe3++3NH3H2OFe(OH)3↓+3N]。(4)步驟④的目的是將產(chǎn)生的紅褐色懸濁液分離,最終得到固體Fe2O3,所以步驟④的操作步驟是:過濾、洗滌、灼燒、冷卻、稱量。(5)由于實驗中鐵無損耗,根據(jù)鐵元素守恒得,每片補血劑中m(Fe)=g=0.07a g。 某化學研究性學習小組探究Fe3+和S之間發(fā)生的反應。 (1)取5 mL FeCl3濃溶液于試管中,逐滴加入Na2SO3濃溶液,觀察到溶液顏色由黃色變?yōu)榧t棕色,繼續(xù)加入Na2SO3濃溶液至過量,溶液顏色加深,最終變?yōu)榧t褐色。無氣泡產(chǎn)生,無沉淀生成。這種紅褐色液體是 。 (2)除了觀察到以上的現(xiàn)象外,有成員提出了另一種可能:發(fā)生氧化還原反應。反應的離子方程式為 。 (3)研究性學習小組設計了兩種實驗方案證明發(fā)生了氧化還原反應。請把實驗方案補充完整: 方案一:檢驗溶液中含有Fe2+,證明發(fā)生了氧化還原反應。 方案二:檢驗溶液中含有 ,證明發(fā)生了氧化還原反應。 實驗用品:0.1 molL-1 BaCl2、3 molL-1鹽酸、3 molL-1硝酸、新制氯水、20% KSCN、0.5 molL-1 KI;試管若干、膠頭滴管若干。 ①預處理:將(1)中獲得的混合物放在如下圖裝置中處理足夠時間,該操作名稱為 。 ?、跈z驗過程: 操作 現(xiàn)象及結(jié)論 基于方案一: 基于方案二: [答案] (1)Fe(OH)3膠體 (2)2Fe3++S+H2O2Fe2++S+2H+ (3)S ①滲析 ② 操作 現(xiàn)象及結(jié)論 基于方案一:取12 mL燒杯中的溶液于試管中,滴加23滴20% KSCN溶液,再加入足量氯水(或3 molL-1硝酸) 滴加KSCN溶液無明顯變化,再加入氯水(或3 molL-1硝酸)后溶液變血紅色,證明溶液中含有Fe2+ 基于方案二:取12 mL燒杯中的溶液于試管中,加入足量3 molL-1鹽酸,再滴加23滴0.1 molL-1 BaCl2溶液 加入鹽酸有刺激性氣味氣體產(chǎn)生,滴加BaCl2溶液有白色沉淀生成,證明溶液中含有S 如何快速有效地處理涉及Fe、Cu及其相關離子共存問題 運用大家熟悉的“三角”等幾何圖形,可“網(wǎng)絡化”歸納出Fe、Fe2+、Fe3+、Cu、Cu2+等微粒間的反應情況: 這些微粒間發(fā)生的反應有:Fe+Cu2+Fe2++Cu、Fe+2Fe3+3Fe2+ 、2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。可用于判斷相關微粒的共存問題,如邊線相鄰(用雙箭頭連接的微粒)不能共存;邊線不相鄰或?qū)蔷€上的能共存,如 Fe、Fe2+和Cu,F(xiàn)e3+、Fe2+和Cu2+可以共存(包括Cu和Cu2+)。- 配套講稿:
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