2022年高考化学第二轮复习课时讲义金属及其化合物(Fe).pdf

2022 年高考化学第二轮复习课时讲义 金属及其化合物（Fe）考纲要求 1常见金属元素（如 Na、Mg、Al、Fe、Cu 等）了解常见金属的活动顺序。了解常见金属及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。了解合金的概念及其重要应用。2以上各部分知识的综合应用。课前真题感悟考法考向 1.(2018全国卷)磷酸亚铁锂(LiFePO4)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，其流程如下: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有 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【解析】本题考查工艺流程分析，铝、铁、锂的化合物的性质等。合理处理废旧电池可回收有关金属，达到资源再利用的目的，同时有利于环境保护，A 项正确；由流程图可知，“正极片”中含有的金属元素有 Al、Fe、Li，B 项正确；LiFePO4中铁元素的化合价为+2价，在 H2SO4、HNO3作用下转化为 Fe3+，经碱液处理形成 Fe(OH)3沉淀，C 项正确；Li2CO3难溶于水，而 Li2SO4可溶于水，故不能用 Na2SO4代替 Na2CO3，D 错误。【答案】D 2(2017江苏卷)在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是()AFeFeCl2Fe(OH)2 BSSO3H2SO4 2Cl 点燃NaOH(aq)2O 点燃H O2 CCaCO3CaOCaSiO3 DNH3NOHNO3【答案】C 3(2018全国卷)K3Fe(C2O4)33H2O(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 K3Fe(C2O4)33H2O 作感光剂，以 K3Fe(CN)6溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为：2K3Fe(C2O4)3=光照2FeC2O43K2C2O42CO2；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，按如图所示装置进行实验。通入氮气的目的是_。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_、_。为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是_。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。称量m g样品于锥形瓶中，溶解后加稀H2SO4酸化，用c molL1 KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是_。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 molL1 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_。【解析】(1)发生的显色反应是溶液中 Fe2与 K3Fe(CN)6生成 Fe3Fe(CN)62，其化学方程式为 3FeC2O42K3Fe(CN)6=Fe3Fe(CN)623K2C2O4。(2)实验时通入 N2，不仅能隔绝空气，排除空气的干扰，还能使反应产生的气体全部进入后续装置。实验中装置 B 中澄清石灰水变浑浊，说明三草酸合铁酸钾的热分解产物中含有 CO2，经 NaOH 溶液可除去 CO2，气体经浓硫酸干燥后，与灼热的 CuO 反应，得到单质 Cu，且由装置 F 中现象可知装置 E 中又生成 CO2，由此可判断热分解产物中还含有 CO。为防止倒吸，实验结束后，应先熄灭装置 A、E 两处的酒精灯，冷却后停止通入氮气。要检验 A 中残留固体中含有 Fe2O3，可 高温2SiO 高温2O 催化剂，2H O 取少量 A 中残留固体，加入足量稀硫酸或稀盐酸溶解，再滴入少许 KSCN 溶液，溶液中出现红色，即可确定残留固体中含有 Fe2O3。(3)KMnO4能将样品溶液中 Fe2氧化成 Fe3，将 C2O24氧化成 CO2，达到滴定终点时，KMnO4稍过量，溶液中出现粉红色，且半分钟内颜色不变。加入过量锌粉能将溶液中 Fe3还原为 Fe2，酸化后 Fe2与 KMnO4溶液反应，根据化合价变化可找出关系式为 5Fe2MnO4，根据消耗 KMnO4溶液的浓度和体积可知溶液中 n(Fe2)c molL1V103 L55103cV mol，则该晶体中铁元素的质量分数为5103cV mol56 gmol1m g100%或5cV56m1 000100%。【答案】(1)3FeC2O42K3Fe(CN)6=Fe3Fe(CN)623K2C2O4(2)隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 CO2 CO 先熄灭装置 A、E 的酒精灯，冷却后停止通入氮气 取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入 12 滴 KSCN 溶液，溶液变红色，证明含有 Fe2O3(3)粉红色出现，且半分钟内颜色不变 5cV56m1 000100%4.(2019全国卷)硫酸铁铵NH4Fe(SO4)2xH2O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 8095，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 。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】本题涉及的考点有铁及其化合物、氧化还原反应和工艺流程等；考查了学生将实际问题分解，通过运用相关知识分析和解决化学问题的能力。(1)用热纯碱溶液洗去铁屑表面的油污后，再用水洗涤铁屑表面附着物。(2)加热可以加快化学反应速率，进而加快铁屑的溶解。为便于控制温度在 8095，可采取水浴加热方式。铁屑中硫化物与稀 H2SO4反应生成酸性气体 H2S，可用碱液吸收，并用倒扣漏斗，既能充分吸收又能防止倒吸。(3)步骤利用 H2O2的强氧化性将 Fe2+全部氧化为 Fe3+。为防止 Fe3+水解，需控制溶液的 pH小于 0.5。(4)从溶液中得到产品硫酸铁铵晶体，先加热浓缩、冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥即可。(5)设硫酸铁铵晶体的物质的量为 1 mol，加热到 150，失去 1.5 mol(即 27 g)水，质量减轻5.6%，则硫酸铁铵晶体的相对分子质量为275.6%482，NH4Fe(SO4)2的相对分子质量为266，则剩余部分为水，48226618=12，故硫酸铁铵晶体的化学式为 NH4Fe(SO4)212H2O。【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)212H2O 知识精讲 铁及其化合物 1.树立物质转化思想(1)理清知识主线 Fe FeOFe2O3Fe3O4 FeOH2FeOH3 FeSO47H2OFeCl3(2)形成网络构建 2.扫除易忘知识盲点(1)Fe 与 O2、H2O(g)反应的产物都是 Fe3O4而不是 Fe2O3。Fe 与 Cl2反应时生成 FeCl3，与S 反应时生成 FeS，说明 Cl2的氧化性大于 S 的。常温下，Fe、Al 在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，但加热后继续反应。Fe在Cl2中燃烧，无论Cl2过量还是不足均生成FeCl3。(2)向含 Fe2的溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水等具有氧化性的物质时，溶液会出现浅绿色棕色的颜色变化，该现象可用于 Fe2的检验。(3)Fe3的检验方法较多，如观察溶液颜色法(棕黄色)、NaOH 溶液法(生成红褐色沉淀)、KSCN 溶液法(生成红色溶液)，前面两种方法需溶液中 Fe3浓度较大时才适用，最好也最灵敏的方法是 KSCN 溶液法。Fe2的检验可采用先加入 KSCN 溶液后再加入氧化剂的方法；也可用铁氰化钾检验 Fe2，现象是生成蓝色沉淀(Fe3Fe(CN)62)。(4)生成 FeCl2除了用 Fe 和 HCl 的置换反应外，还可用化合反应：2FeCl3Fe=3FeCl2；生成 Fe(OH)3除了用 Fe3与碱的复分解反应外，还可用化合反应：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。(5)配制 FeCl2溶液既要防氧化(加入 Fe 粉)，又要防水解(加入盐酸)；配制 FeCl3溶液要加入浓盐酸防止水解。(6)Fe3必须在酸性条件下才能大量存在，当 pH7 时，Fe3几乎完全水解生成 Fe(OH)3沉淀。(7)除去酸性溶液 ZnCl2中的 FeCl2，应先通入 Cl2或加入 H2O2，再加入 ZnO，使 Fe3水解生成沉淀过滤除去。(8)制备 Fe(OH)2的方法很多，原则有两点：一是溶液中的溶解氧必须提前除去；二是反应过程中必须与 O2隔绝。同时要牢记 Fe(OH)2转化为 Fe(OH)3时溶液的颜色变化(白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色)。(9)Fe(OH)3胶体的制备方法是将饱和 FeCl3溶液滴加到沸水中，加热至呈红褐色后立即停止加热。胶体不带电，带电的是胶粒。(10)自然界中有少量游离态的铁(陨石中)，纯净的铁块是银白色的，而铁粉是黑色的。课堂练习 1.研究金属与硝酸的反应，具体实验如表所示(气体体积均为标准状况下的体积)。实验(20)现象.过量铜粉、2 mL 0.5 mol/L HNO3溶液 无色气体(遇空气变红棕色)，溶液变为蓝色.过量铁粉、2 mL 0.5 mol/L HNO3溶液 6 mL 无色气体(经检测为 H2)，溶液几乎无色(1)实验 I 中产生的无色气体是_。(2)研究实验中的氧化剂 甲同学认为该浓度的硝酸中 H的氧化性大于 NO3，所以 NO3没有发生反应。乙同学依据实验和实验证明了甲同学的说法不正确，其依据是_。乙同学通过分析，推测出 NO3也能被还原，依据是_，进而他通过实验证实该溶液中含有 NH4，其实验操作是_。补全实验中 NO3被还原为 NH4的过程：NO3_ e_=NH4_H2O。(3)研究影响硝酸还原产物的因素 实验 现象.过量铁粉、2 mL 0.5 mol/L HNO3溶液、40 3.4 mL 气体(经检测为 H2)，溶液略带黄色.过量铁粉、2 mL 0.5 mol/L HNO3溶液、60 2.6 mL 气体(经检测为 H2)，黄色溶液.过量铁粉、2 mL 3 mol/L HNO3溶液、20 无色气体(遇空气变红棕色)，深棕色溶液 资料：Fe(NO)2在溶液中呈棕色。对 比 实 验 、，温 度 不 同 时 收 集 到 氢 气 的 体 积 不 同，原 因 是_。实验中无色气体是混合气体，则一定含有遇空气变红棕色的气体和_。(4)根 据 实 验，金 属 与 硝 酸 反 应 时，影 响 硝 酸 的 还 原 产 物 不 同 的 因 素 有_。【答案】(1)NO(2)硝酸浓度相同，铜的还原性弱于铁，但实验中溶液变蓝，同时没有氢气放出 NO3中氮元素的化合价为最高价，具有氧化性 取实验中反应后的溶液，加入足量 NaOH 溶液并加热，产生有刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体 8 10H 3(3)相同条件下，温度升高时，化学反应速率增大，但 NO3的还原速率增大的更多 H2(4)金属的种类、硝酸的浓度、温度 2钢材在社会发展中应用广泛。为研究某种碳素钢(含少量碳和硫)的成分，科研小组进行了如下探究活动。称取碳素钢(已除表面氧化物)24.0 g 放入耐高温反应管中与 O2反应，除去未反应的 O2，收集到干燥混合气体 X 1.12 L(已折算成标准状况下的体积)。(1)科研小组用下图所示实验装置检验混合气体 X 的组成。装置 B 中的试剂是_，装置 C 的作用是_。若观察到_。(填实验现象)，证明 X 中含有 CO。(2)反应后，耐高温反应管内固体中除含有 Fe3之外，还可能含有 Fe2。要确定其中的 Fe2，可选用_(填序号)。aKSCN 溶液和氯水 bKSCN 溶液和铁粉 c稀盐酸和 K3Fe(CN)6溶液 d稀 H2SO4和 KMnO4溶液(3)科研小组用下图所示装置(部分)测定 SO2的体积分数，并计算碳素钢的含碳量。将气体 X缓慢通过实验装置，当观察到_(填实验现象)时，停止通气，此时气体流量仪显示的流量为 112 mL(已换算成标准状况下的体积)。则气体 X 中 SO2的体积分数为_，碳素钢中碳元素的质量分数为_(保留 1 位小数)。【解析】(1)碳素钢在耐高温反应管中与 O2反应，碳和硫可能转化为 CO、CO2、SO2。气体 X 通过装置 A，酸性高锰酸钾溶液褪色，可以证明其中含有 SO2并能除去 SO2，装置 B中盛装品红溶液，品红溶液不褪色，说明 SO2已经除尽；装置 C 中盛装澄清石灰水，作用是检验气体X中是否含有CO2。装置D中碱石灰的作用是除去CO2。若气体X中含有CO，则装置 E 中灼热 CuO 粉末(黑色)转化成 Cu(红色)，装置 F 中澄清石灰水变浑浊。(2)取反应后耐高温反应管内的固体于试管中，先加稀盐酸或稀硫酸溶解，此时溶液中一定含有 Fe3，可能含有 Fe2，因此不能通过先将 Fe2氧化为 Fe3，再用 KSCN 溶液检验 Fe3的方法来检验 Fe2。当利用 Fe2的还原性来检验时，可以选择 KMnO4溶液，现象是 KMnO4溶液褪色；利用 Fe2的颜色反应来检验时，可以选择 K3Fe(CN)6溶液，现象是生成蓝色沉淀。(3)测定SO2的体积分数的实验原理是：SO2I22H2O=2HIH2SO4，开始时中溶液为蓝色，当溶液由蓝色变为无色时，停止通气。n(SO2)n(I2)0.01 molL10.025 L0.000 25 mol，气体 X 中 SO2的体积分数为0.000 25 mol22.4 Lmol10.112 L100%5%。气体 X 中 SO2占总体积的 5%，则 CO、CO2共占总体积的 95%，n(C)1.12 L22.4 Lmol195%0.047 5 mol，故碳素钢中碳元素的质量分数为12 gmol10.047 5 mol24.0 g100%2.4%。【答案】(1)品红溶液 验证 X 中是否含有 CO2 E 中黑色固体逐渐变红，F 中澄清石灰水变浑浊(2)cd(3)中溶液由蓝色突变为无色 5%2.4%