“铁及其化合物”常见考点例析

◇ 安徽 尉言勋 徐 楠

铁是高中五大金属元素（钠、镁、铝、铁、铜）中的核心元素，铁属于可变价金属，所以涉及的相关化学反应较多，在试题中可以与氧化还原反应、物质的量、原电池等相关知识结合考查．铁及其化合物每年高考均会考查，然而每次均有“新意”，可谓“年年岁岁铁相似，岁岁年年意不同”．试题的落脚点灵活多变，要想在此类试题的解答中拿到高分，必须储备铁及其化合物的基础知识并掌握一定的解题技巧．本文结合近年高考真题对铁及其化合物进行归纳总结，希望对一轮复习备考有所启发．

1 知识脉络及价态二维图

1.1 知识脉络图

图1

1.2 价态二维图

图2

2 重难点剖析

2.1 铁的制备

原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石；

设备:高温炉．

涉及的主要反应:① 还原剂的生成．

2.2 铁的化学性质

1）与非金属反应:如 O2、Cl2、S、I2等（由于氧化性弱，与S、I2反应得到二价铁）．

2）与水蒸气在高温下反应:

3）与酸作用:如图3所示，反应类型如表1所示．

图3

表1

2.3 铁的氧化物和氢氧化物

1）Fe O、Fe3O4与硝酸、浓硫酸等强氧化性酸发生氧化还原反应，且Fe2＋被氧化为Fe3＋．

2）Fe3O4不是碱性氧化物，但是纯净物．经研究证明，在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是＋2价，有2/3的Fe是＋3价，可看成Fe O·Fe2O3，实际应写成Fe（Fe O2）2，即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物．

3）Fe（OH）2与硝酸反应，得到Fe3＋，因为Fe2＋具有较强的还原性，如遇硝酸就会被氧化为Fe3＋:

4）Fe（OH）3与盐酸反应发生中和反应:Fe（OH）3＋3 HCl＝Fe Cl3＋3 H2O，而与 HI发生氧化还原反应:2 Fe（OH）3＋6 HI＝2 Fe I2＋I2＋6 H2O．Fe3＋有较强的氧化性，遇到还原性酸（H2S、HI）发生氧化还原反应．

5）氢氧化亚铁的制备，如表2所示．

表2

2.4 铁盐（Fe3+）和亚铁盐（Fe2+）

高频考点及易错点，如表3所示．

表3

2.5 Fe2+和Fe3+的检验

表4

3 典例解析

3.1 铁及其化合物在离子方程式中的考查

例1（高考题组合）下列有关离子方程式的叙述正确的是（ ）．

A．（2019年天津卷·2 B）向沸水中滴加饱和氯化铁溶液得到红褐色液体:

B．（2020年全国卷Ⅲ·5 C）向H2O2溶液中滴加少量Fe Cl3:2 Fe3＋＋H2O2＝O2↑＋2 H＋＋2 Fe2＋

C．（2020年浙江卷·13 A）（NH4）2Fe（SO4）2溶液与少量Ba（OH）2溶液反应:S＋Ba2＋＝Ba SO4↓

D．（2019年新课标卷Ⅱ·11 D改编）向Mg（OH）2悬浊液中滴加足量Fe Cl3溶液出现红褐色沉淀:

解析

选项A得到的是胶体，不能写沉淀符号，离子方程式为Fe3＋＋3 H2O＝Fe（OH）3（胶体）＋3 H＋，错误；向 H2O2中滴加少量的Fe Cl3，Fe3＋不能氧化H2O2，可以催化H2O2发生分解，离子方程式应为2 H2O2＝2 H2O＋O2↑，选项B错误；OH－先与Fe2＋反应，再和NH＋4反应，由于Ba（OH）2较少，NH＋4不会参与反应，离子方程式为:Fe2＋＋S＋Ba2＋＋2 OH－＝Fe（OH）2↓＋Ba SO4↓，选项C错误；Fe（OH）3的Ksp小于 Mg（OH）2，滴加足量Fe Cl3溶液，可转化为Fe（OH）3红褐色沉淀，选项D正确．答案为D．

3.2 电化学腐蚀的考查

例2（2020年江苏卷11）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀．在如图4所示的情境中，下列有关说法正确的是（ ）．

图4

A．阴极的电极反应式为Fe－2 e－＝Fe2＋

B．金属M的活动性比Fe的活动性弱

C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护

D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快

解析

发生还原反应的一极叫阴极，原电池的正极也可以说是阴极，该电极反应式为2 H2O＋2 e－＝H2↑＋2 OH－，选项A错误；金属 M的活泼性比Fe的活泼性强才能保护铁，选项B错误；当铁管作原电池的正极时被保护，将导线与金属M相连，M作负极，失去的电子沿导线进入铁设施表面，钢铁设施表面累积大量电子而被保护，选项C正确；海水中有大量的盐溶解，更容易腐蚀，选项D错误．答案为C．

点评

本题考查金属腐蚀与防护，掌握原电池原理、构成条件、原电池正负极上发生的反应是解题关键，析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别如表5．

表5

3.3 在基础实验中的考查

例3（高考题组合）下列实验操作和现象不能得出相应结论或目的的是（ ）．

选项实验操作结论或目的A．（2017年课标卷Ⅱ13 A）向2m L0.1mol·L－1的Fe Cl3 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B．（2018年课标卷Ⅱ13 B）向盛有2m L黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液，观察颜色变化探究维生素C的还原性C．（2018年江苏卷12 C）向Cu SO4溶液中加入铁粉，有红色固体析出Fe2＋的氧化性弱于Cu2＋的氧化性D．（2019年江苏卷13 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＋

解析

2 Fe3＋＋Fe＝3 Fe2＋，黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，选项A正确；氯化铁与维生素C发生氧化还原反应，生成Fe2＋，导致溶液由黄色变为浅绿色，选项B正确；Cu2＋＋Fe＝Cu＋Fe2＋，该反应中氧化剂是Cu2＋、氧化产物是Fe2＋，则氧化性:Fe2＋＜Cu2＋，选项C正确；检验Fe2＋时应该先加KSCN溶液后加氯水，防止Fe3＋的干扰，选项D错误．答案为D．

点评

本题考查化学实验方案评价，侧重考查学生实验分析和评价能力，明确实验原理、物质性质是解本题的关键．

3.4 水解平衡中的考查

例4（2015年天津卷，节选）Fe Cl3具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比Fe Cl3高效，且腐蚀性小．请回答下列问题:

（1）Fe Cl3在溶液中分三步水解:

以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是________．

（2）通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氧化铁，离子方程式为xFe3＋＋yH2O⇌Fex（OH）y（3x－y）＋＋yH＋．欲使平衡正向移动可采用的方法是（填序号）_______．

A．降温 B．加水稀释

C．加入NH4Cl D．加入Na HCO3

（3）室温下，使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是________．

解析

（1）Fe3＋的水解分为三步，且水解程度逐渐减弱，水解平衡常数逐渐减小，故K1＞K2＞K3．（2）水解是吸热反应，降温时平衡逆向移动，选项A错误；加水稀释，平衡正向移动，选项B正确；加入NH4Cl，强酸弱碱盐显酸性，增加了H＋浓度，平衡逆向移动，选项C错误；加入Na HCO3，强碱弱酸盐显碱性，降低H＋浓度，平衡正向移动，选项D正确，答案为B、D．（3）从离子方程式知，H＋浓度影响高浓度聚合氯化铁的生成，故关键步骤是调节溶液的p H．

3.5 物质结构选考题中的考查

例5（高考题组合）（1）（2019年新课标卷Ⅲ35）Fe Cl3中的化学键具有明显的共价性，蒸气状态下以双聚分子存在的Fe Cl3的结构式为________，其中Fe的配位数为．

（2）（2019年新课标卷Ⅱ35）Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子．

（3）（2018年新课标卷Ⅱ35）基态Fe原子价层电子的电子排布图（轨道表达式）为________；Fe S2晶体的晶胞如图5所示，晶胞边长为anm，Fe S2相对分子质量为M、阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为____g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于S22－所形成的八面体的体心，该正八面体的边长为____nm．

图5

解析

（1）Fe Cl3为共价化合物，蒸气状态下以双聚分子存在的Fe Cl3的结构式为，Fe原子周围有4个Cl原子，则Fe的配位数为4．（2）铁为26号元素，价层电子排布为3 d64 s2，所以成为阳离子时，首先失去的是4 s上的电子．（3）基态Fe原子的核外价电子排布式为[Ar]3 d64 S2，基态Fe原子价层电子为3 d、4 s能级上电子，则核外价电子排布为；由此可得，每个Fe S2晶体的晶胞含有

结合题意晶胞边长为anm、Fe S2相对分子质量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为

晶胞中Fe2＋位于所形成的正八面体的体心，易得正八面体的边长为相邻两个面心的距离

点评

本题以铁为载体，考查物质结构，难点是（3）中晶体密度的计算，可建立模型，假设1个晶胞中含有n个微粒，则1mol该晶胞中含有nmol微粒，其质量为n×Mg；如果1个晶胞的质量为ρ×a3g（a3为晶胞的体积，单位为cm3），则1mol晶胞的质量为ρ×a3×NAg，因此对于立方晶胞，各物理量间的关系为

3.6 化学综合实验中的考查

例6（2020年全国卷Ⅰ）为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用图6所示的电池装置进行实验．

图6

回答下列问题:

（1）由 Fe SO4·7 H2O 固体配制0.10 mol·L－1Fe SO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、________（从图7中选择，写出名称）．

图7

（2）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液．盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电子迁移率（u∞）应尽可能地相近．根据表6中的数据，盐桥中应选择________作为电解质．

表6

（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极．可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中．

（4）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02mol·L－1．石墨电极上未见Fe析出．可知，石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝______．

（5）根据（3）、（4）实验结果，可知石墨电极的电极反应式为______，铁电极的电极反应式为______．因此，验证了Fe2＋氧化性小于，还原性小于．

（6）实验前需要对铁电极表面活化．在Fe SO4溶液中加入几滴Fe2（SO4）3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化．检验活化反应完成的方法是_______．

解析

（1）配制溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签，由 Fe SO4·7 H2O 固体配制 0.10 mol·L－1Fe SO4溶液需要的仪器有药匙、托盘天平、合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管．（2）Fe2＋、Fe3＋能与HCO－3反应，Ca2＋能与S反应，Fe SO4、Fe2（SO4）3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下NO－3能与Fe2＋反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO－3、NO－3，阳离子不可以选择Ca2＋，另盐桥中阴、阳离子的电子迁移率（u∞）应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质．（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，进入石墨电极溶液中．（4）根据（3）的分析，铁电极的电极反应式为Fe－2 e－＝Fe2＋，石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－＝Fe2＋，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02mol·L－1，根据得失电子守恒，石墨电极溶液中c（Fe2＋）增加0.04mol·L－1，石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝0.05 mol·L－1＋0.04 mol·L－1＝0.09mol·L－1．（5）根据（3）、（4）实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－＝Fe2＋，铁电极的电极反应式为Fe－2 e－＝Fe2＋；电池总反应为Fe＋2 Fe3＋＝3 Fe2＋，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则验证了Fe2＋氧化性小于Fe3＋，还原性小于Fe．（6）在Fe SO4溶液中加入几滴Fe2（SO4）3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化，发生的反应为Fe＋Fe2（SO4）3＝3 Fe SO4，要检验活化反应是否完成，只要检验出溶液中不含Fe3＋即可，方法是:取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成．

点评

本题考查铁的价态不同时，氧化还原能力的强弱，难点是第（2）问盐桥中电解质的选择和第（6）问实验方法的设计，侧重考查学生提取信息的能力以及利用信息解决问题的能力．