盧國鋒

黑龍江

多維度掃描核心考點(diǎn)
——鐵及其化合物

盧國鋒

我國高考命題的范式由“三維目標(biāo)2.0版”升級(jí)到“核心素養(yǎng)3.0版”，鐵元素具有三重特性，不能缺席高考盛宴，特性一：作為典型變價(jià)金屬，屬于少數(shù)核心知識(shí)，特性二：研究過程中采用多種科學(xué)認(rèn)知方法，屬于關(guān)鍵能力，特性三：是日常生活中不可或缺的重要元素，春秋冶鐵、戰(zhàn)國煉鋼化學(xué)史實(shí)，金屬腐蝕與防護(hù)屬于考生責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)谋貍淦犯?。?duì)鐵及其化合物知識(shí)點(diǎn)與命題點(diǎn)分類研究，能精準(zhǔn)助考，事半功倍。

一、從變價(jià)特性角度考查

此維度加工試題的特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)不變，設(shè)問角度從淺入深變化。

1.第一層次基礎(chǔ)型：判斷Fe與氧化性強(qiáng)弱不同的氧化劑反應(yīng)時(shí)的產(chǎn)物價(jià)態(tài)。

例1：判斷下列說法是否正確：

A.(2012天津2題節(jié)選)Fe在足量Cl2中燃燒生成FeCl2和FeCl3( )

B.(2012重慶2題節(jié)選)Fe與S混合加熱生成FeS2( )

C.(2013廣東23題節(jié)選)( )

操作現(xiàn)象結(jié)論將水蒸氣通過灼熱的鐵粉粉末變紅鐵與水在高溫下發(fā)生反應(yīng)

解析：四個(gè)選項(xiàng)考查記憶的準(zhǔn)確性，F(xiàn)e與強(qiáng)氧化劑Cl2反應(yīng)只能生成FeCl3，A與D都錯(cuò)誤，F(xiàn)e與弱氧化劑S反應(yīng)只能生成FeS，F(xiàn)e與弱氧化劑水蒸氣反應(yīng)生成黑色Fe3O4,B與C都錯(cuò)誤。

2.第二層次數(shù)量型：在第一層次的基礎(chǔ)上將性質(zhì)與電子轉(zhuǎn)移和產(chǎn)物數(shù)量結(jié)合在一起，進(jìn)一步從定量角度考查變價(jià)和鈍化性質(zhì)。

例2：下列說法正確的是

( )

A.(2016全國1卷8題節(jié)選)1 mol Fe溶于過量硝酸，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為2NA

B.(2015廣東10題節(jié)選)3 mol單質(zhì)Fe完全轉(zhuǎn)化變?yōu)镕e3O4，失去8NA個(gè)電子

C.(2014廣東10題節(jié)選)56 g鐵片投入足量濃H2SO4中生成NA個(gè)SO2分子

D.(2011廣東9題節(jié)選)1 mol Fe2+與足量的H2O2溶液反應(yīng)，轉(zhuǎn)移2NA個(gè)電子

3.第三層次離子型：包括離子共存、離子方程式書寫與正誤判斷，借此考查化學(xué)術(shù)語熟練程度。

例3：(2016江蘇12題)制備(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的實(shí)驗(yàn)中，需對(duì)過濾出產(chǎn)品的母液(pH<1)進(jìn)行處理。常溫下，分別取母液并向其中加入指定物質(zhì)，反應(yīng)后溶液中主要存在的一組離子正確的是

( )

4.第四層次實(shí)驗(yàn)型：Fe2+與Fe3+相互轉(zhuǎn)化中關(guān)鍵知識(shí)是氧化還原反應(yīng)規(guī)律，實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵操作是條件控制，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論的關(guān)鍵是科學(xué)合理。

例4：(2016全國2卷28題)問題展示：

問題1和問題3涉及的是同一問題：Fe2+具有較強(qiáng)的還原性，能被空氣中的氧氣氧化，加鐵粉和煤油都是防止Fe2+被氧化。問題2和問題5涉及的知識(shí)點(diǎn)還是Fe2+，只是轉(zhuǎn)換問題角度，不同氧化劑與Fe2+反應(yīng)離子方程式的書寫。問題4涉及可逆反應(yīng)。問題5涉及產(chǎn)物對(duì)反應(yīng)的催化作用使速率加快，反應(yīng)的熱效應(yīng)對(duì)水解平衡的影響及相關(guān)化學(xué)理論。

二、從化學(xué)觀念角度考查

此維度是用化學(xué)核心觀念將不同知識(shí)串聯(lián)在一起，此法可以達(dá)到“形散神不散”的效果。

1.實(shí)用觀

例5：下列說法不正確的是

( )

A.(2016浙江7題節(jié)選)納米鐵粉可以高效地去除被污染水體中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金屬離子，其本質(zhì)是納米鐵粉對(duì)重金屬離子較強(qiáng)的物理吸附

B.(2011北京8題節(jié)選)結(jié)合圖判斷Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護(hù)

D.(2011浙江10題節(jié)選)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓周中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿棕色鐵銹環(huán)(b)，如圖所示。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少,推斷液滴中的Cl―由b區(qū)向a區(qū)遷移

2.微粒觀

(4)顯色性：①Fe3+與SCN-生成紅色Fe(SCN)3,用于Fe3+檢驗(yàn)，注意Fe(SCN)3不是沉淀，化學(xué)方程式中不能使用“↓”；②Fe3+與含酚羥基的有機(jī)物反應(yīng)呈紫色，用于有機(jī)物的鑒別。

例6：(2015天津10題節(jié)選)FeCl3具有凈水作用，但腐蝕設(shè)備，而聚合氯化鐵是一種新型的絮凝劑，處理污水比FeCl3高效，且腐蝕性小。請(qǐng)回答下列問題：

(1)FeCl3溶液腐蝕鋼鐵設(shè)備，除H+作用外，另一主要原因是___________(用離子方程式表示)。

a．降溫 b．加水稀釋

c．加入NH4Cl d．加入NaHCO3

室溫下，使氯化鐵溶液轉(zhuǎn)化為高濃度聚合氯化鐵的關(guān)鍵條件是____________。

(3)某污水處理廠用氯化鐵凈化污水的結(jié)果如圖所示。由圖中數(shù)據(jù)得出每升污水中投放聚合氯化鐵[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范圍約為___________mg·L-1。

3.守恒觀

化學(xué)計(jì)算題是體現(xiàn)守恒觀的主要形式，顯性的知識(shí)是原子守恒，隱性的知識(shí)是溶液中電荷守恒和反應(yīng)得失電子守恒，多步反應(yīng)可以通過化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)尋找已知與未知的關(guān)系，也可以通過原子守恒獲得關(guān)系式，混合物通過守恒列二元一次方程組求解。

(1)電荷守恒

例7：(2015天津10題節(jié)選)若酸性FeCl2廢液中c(Fe2+)=2.0×10-2mol·L-1,c(Fe3+)=1.0×10-3mol·L-1,c(Cl-)=5.3×10-2mol·L-1,則該溶液的pH約為___________。

解析：酸性溶液中c(OH-)忽略不計(jì)，根據(jù)陽離子所帶正電荷總數(shù)(即離子濃度乘以離子所帶電荷數(shù))等于陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)，2c(Fe2+)+3c(Fe3+)+c(H+)=c(Cl-),c(H+)=1×10-2mol·L-1,pH=-lgc(H+)=2。

(2)原子守恒

例8：(2012全國2卷26題節(jié)選)現(xiàn)有一含有FeCl2和FeCl3的混合樣品，采用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得n(Fe)∶n(Cl)=1∶2.1，則該樣品中FeCl3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為________。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(3)得失電子守恒

(4)公式中守恒關(guān)系

例10：(2012海南14題節(jié)選)在FeCl3溶液蝕刻銅箔制造電路板的工藝中，廢液處理和資源回收的過程簡述如下：Ⅰ.向廢液中投入過量鐵屑，充分反應(yīng)后分離出固體和濾液；Ⅱ.向?yàn)V液中加入一定量石灰水，調(diào)節(jié)溶液pH，同時(shí)鼓入足量的空氣。過程Ⅱ中調(diào)節(jié)溶液的pH為5，金屬離子濃度為___________。(列式計(jì)算){已知：Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38}

解析：pH=5，c(H+)=10-5，c(OH-)=10-9，Ksp[Fe(OH)3]=c3(OH-)·c(Fe3+)=10-27·c(Fe3+)=4.0×10-38，c(Fe3+)=4.0×10-11mol·L-1。

4.轉(zhuǎn)化觀

(1)針對(duì)“溶液呈黃色”，有同學(xué)認(rèn)為溶液中有Fe3+，針對(duì)此觀點(diǎn)實(shí)驗(yàn)：

①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實(shí)了該同學(xué)的猜測(cè)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時(shí)間有關(guān)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)記錄如下：

序號(hào)取樣時(shí)間/min現(xiàn)象ⅰ3產(chǎn)生大量白色沉淀;溶液呈紅色ⅱ30產(chǎn)生白色沉淀;較3min時(shí)量少;溶液紅色較3min時(shí)加深ⅲ120產(chǎn)生白色沉淀;較30min時(shí)量少;溶液紅色較30min時(shí)變淺

(資料：Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN)

②對(duì)Fe3+產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)：

假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3+；

假設(shè)b：由于空氣中存在O2，可產(chǎn)生Fe3+；

假設(shè)d：根據(jù)加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag+，可產(chǎn)生Fe3+。

③下列實(shí)驗(yàn)Ⅰ可證實(shí)假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因。實(shí)驗(yàn)Ⅱ可證實(shí)假設(shè)d成立。

實(shí)驗(yàn)Ⅰ：向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時(shí)間取上層清液滴加KSCN溶液，3 min時(shí)溶液呈淺紅色，30 min后溶液幾乎無色。

實(shí)驗(yàn)Ⅱ：裝置如圖。其中甲溶液是________，操作及現(xiàn)象是____________。

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合方程式推測(cè)實(shí)驗(yàn)ⅰ～ⅲ中Fe3+濃度變化的原因：________。

5.實(shí)驗(yàn)觀

實(shí)驗(yàn)是考查過程與方法目標(biāo)的最佳途徑，“過程”指科學(xué)過程，它包括提出問題、收集資料和事實(shí)、整理加工資料和事實(shí)、得出結(jié)論、交流與應(yīng)用等環(huán)節(jié)?！胺椒ā敝缚茖W(xué)方法，它包括觀察方法、實(shí)驗(yàn)方法、資料和事實(shí)處理方法、科學(xué)邏輯方法(如比較、分類、歸納、概括)、假說方法和模型方法等。

(1)分離提純角度考查：①硫酸亞鐵銨制備；②綠礬制備檸檬酸亞鐵；③鍍鋅鐵皮制備Fe3O4膠體粒子；④制備綠礬化工流程。

(2)性質(zhì)探究角度考查：①溫度對(duì)CO還原Fe2O3的影響；②探究弱酸條件下電化學(xué)腐蝕；③探究Fe2+對(duì)O3氧化I-反應(yīng)的影響；④探究綠礬性質(zhì)；⑤Fe3+催化H2O2分解的反應(yīng)；⑥FeCl3吸收H2S實(shí)驗(yàn)，探究使FeCl3再生；⑦地下水脫氮；⑧納米鐵粉處理水；⑨環(huán)境修復(fù)：鐵除去硝酸鹽。

黑龍江省大慶市第五十六中學(xué))