江蘇 季宗寶 趙王俠

新教材中對(duì)“鋁及其化合物”知識(shí)有所刪減，更加突出了“鐵及其化合物”知識(shí)的重要性，鐵元素在生活生產(chǎn)中有著極其重要的應(yīng)用，性質(zhì)上也具有多變性，是較活潑金屬的代表元素，在高考中占有重要的地位，在高考試卷中的分值也越來(lái)越高。筆者對(duì)近幾年全國(guó)卷Ⅰ、卷Ⅱ、卷Ⅲ及其他省市的試卷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，鐵及其化合物幾乎每年都會(huì)以選擇題或者大題形式出現(xiàn)，如2019年的全國(guó)卷Ⅰ、江蘇卷等都進(jìn)行了考查，因此要引起高度重視?！拌F及其化合物”內(nèi)容豐富、知識(shí)面廣，下面對(duì)“鐵及其化合物”進(jìn)行全面梳理、歸納總結(jié)，主要通過(guò)對(duì)江蘇、北京、天津等省市及部分全國(guó)卷的歷年高考真題進(jìn)行分類解析，以此對(duì)2020年的全國(guó)卷進(jìn)行初步的預(yù)測(cè)。

一、重點(diǎn)知識(shí)梳理

1.Fe的化學(xué)性質(zhì)

Fe化學(xué)方程式(離子方程式)與強(qiáng)氧化劑:Cl2、Br22Fe+3Cl2△2FeCl3與弱氧化劑:S、I2、稀鹽酸、稀硫酸、硫酸銅溶液、氯化鐵溶液Fe+S△FeSFe+2H+Fe2++H2↑Fe+Cu2+Cu+Fe2+Fe+2Fe3+3Fe2+與O2、水蒸氣3Fe+2O2點(diǎn)燃Fe3O43Fe+4H2O(g)高溫Fe3O4+4H2(g)與濃H2SO4、濃HNO3發(fā)生鈍化

特別提醒：

①鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)為印刷電路板的反應(yīng)原理，鐵與氯化鐵溶液反應(yīng)可用于除去氯化亞鐵溶液中的Fe3+。

②要特別注意Fe3O4中Fe的化合價(jià)為+2和+3。

③鈍化是一個(gè)短暫的氧化還原反應(yīng)，一不能認(rèn)為不反應(yīng)，二更不能認(rèn)為鐵能溶解于濃硫酸、濃硝酸中，這是一個(gè)?？嫉闹匾键c(diǎn)。

2.鐵的兩種氫氧化物：

類別Fe(OH)2Fe(OH)3顏色狀態(tài)白色沉淀紅褐色沉淀化學(xué)性質(zhì)Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O 2Fe(OH)3△Fe2O3+3H2O 相互轉(zhuǎn)化4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3白色→灰綠色→紅褐色

特別提醒：

①Fe2O3俗名為鐵紅，是鐵銹的主要成分，可用作顏料。

②Fe(OH)2的沉淀pH范圍為7.6～9.6，F(xiàn)e(OH)3的沉淀pH范圍為2.7～3.7，工業(yè)上除去溶液中的Fe2+往往先通過(guò)氧化劑(如H2O2)將其氧化為Fe3+，再通過(guò)調(diào)節(jié)pH生成沉淀以達(dá)到除雜的目的。

3.Fe2+和Fe3+的鑒別：

類別Fe2+Fe3+水溶液顏色淺綠色黃色加入NaOHFe2++2OH-Fe(OH)2↓白色沉淀Fe3++3OH-Fe(OH)3↓紅褐色沉淀加入KSCN無(wú)現(xiàn)象Fe3++3SCN-Fe(SCN)3血紅色KMnO4溶液褪色無(wú)現(xiàn)象

特別提醒：

①Fe(SCN)3為絡(luò)合物，書寫離子方程式時(shí)，既不可以拆開，也不能寫沉淀符號(hào)。

②檢驗(yàn)Fe2+時(shí)，先加入KSCN，無(wú)現(xiàn)象，再通入氯水時(shí)，溶液呈血紅色，即可說(shuō)明有Fe2+存在，注意先后順序。

4.Fe3+水解

①Fe3+易水解，可利用FeCl3水解生成Fe(OH)3膠體來(lái)凈水。

②制備無(wú)水FeCl3時(shí)，應(yīng)在HCl氣流中加熱蒸干FeCl3溶液。

5.結(jié)構(gòu)

Fe的電子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2

Fe2+的電子排布式：1s22s22p63s23p63d6

Fe3+的電子排布式：1s22s22p63s23p63d5

二、題型解析

根據(jù)對(duì)2019年全國(guó)各地的試題分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)鐵及其化合物的考查角度越來(lái)越多樣化，下面對(duì)考查角度進(jìn)行分類解析。

1.在阿伏加德羅常數(shù)中考查

【例1】(高考題重組)設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列有關(guān)敘述正確的是

( )

A.(2018·全國(guó)卷Ⅱ·11B)100 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液中所含F(xiàn)e3+的數(shù)目為0.1NA

B.(2018·全國(guó)卷Ⅰ·10A)16.25 g FeCl3水解形成的Fe(OH)3膠體粒子數(shù)為0.1NA

C.(2016·全國(guó)卷Ⅰ·8C)1 mol Fe溶于過(guò)量硝酸，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為2NA

D.0.1 mol的鐵在0.1 mol的Cl2中完全燃燒轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.2NA

【答案】D

【解析】Fe3+在溶液中發(fā)生水解生成Fe(OH)3，故Fe3+數(shù)目少于0.1NA，A錯(cuò)誤；FeCl3水解是可逆反應(yīng)，且1個(gè)Fe(OH)3膠粒由多個(gè)Fe(OH)3聚合而成，故膠粒數(shù)目少于0.1NA，B錯(cuò)誤；1 mol Fe溶于過(guò)量硝酸生成硝酸鐵，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3NA，C錯(cuò)誤；鐵在Cl2中完全燃燒生成FeCl3，但是由于Cl2少量，只有0.1 mol，故轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.2NA，D正確。

易錯(cuò)分析及預(yù)測(cè)：

以上主要以Fe和Fe3+的基本性質(zhì)為基礎(chǔ)，融入阿伏加德羅常數(shù)，考查Fe在不同反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移情況，以及Fe3+在水溶液中會(huì)發(fā)生微弱水解，且水解反應(yīng)是可逆反應(yīng)。對(duì)于D項(xiàng)，不理解的同學(xué)有很多，其實(shí)在化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)的計(jì)算時(shí)，不僅要關(guān)注元素自身得失電子情況，還要注意各反應(yīng)物量的情況，要依據(jù)量少的物質(zhì)進(jìn)行計(jì)算，如D項(xiàng)，此時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)只能為0.2NA，若是0.1 mol Fe與足量氯氣反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.3NA，要注意加以區(qū)分，這種考查形式在各地高考試題中還未出現(xiàn)，因此是Fe結(jié)合阿伏加德羅常數(shù)考查的重要方向。

2.在實(shí)驗(yàn)操作題中考查

【例2】(高考題重組)下列實(shí)驗(yàn)操作能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?/p>

( )

A.(2016·全國(guó)卷Ⅱ·13改編)將NaOH濃溶液滴加到飽和FeCl3溶液中，制備Fe(OH)3膠體

B.(2019·江蘇卷·13改編)向X溶液中滴加幾滴新制氯水，振蕩，再加入少量KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，說(shuō)明X溶液中一定含有Fe2+

C.(2016·全國(guó)卷Ⅰ·10C)配制氯化鐵溶液時(shí)，將氯化鐵溶解在較濃的鹽酸中再加水稀釋

D.(2018·江蘇卷·12)向CuSO4溶液中加入鐵粉，有紅色固體析出，說(shuō)明Fe2+的氧化性強(qiáng)于Cu2+的氧化性

【答案】C

【例3】(2018·天津卷·4節(jié)選)由下列實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象推出的相應(yīng)結(jié)論正確的是

( )

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論A某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液產(chǎn)生藍(lán)色沉淀原溶液中有Fe2+,無(wú)Fe3+

【解析】生成的藍(lán)色沉淀為鐵氰化亞鐵沉淀，說(shuō)明原溶液中一定含有Fe2+，但無(wú)法排除原溶液中含有Fe3+，故A錯(cuò)誤。

【例4】(2019·天津卷·4節(jié)選)下列離子方程式能用來(lái)解釋相應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的是

( )

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象離子方程式B向沸水中滴加飽和氯化鐵溶液得到紅褐色液體Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+D氧化亞鐵溶于稀硝酸FeO+2H+Fe2++H2O

【解析】向沸水中滴加飽和氯化鐵溶液生成氫氧化鐵膠體，故B錯(cuò)誤；氧化亞鐵溶于稀硝酸中，因?yàn)橄跛峋哂袕?qiáng)氧化性，所以生成Fe3+，故D錯(cuò)誤。

易錯(cuò)分析及預(yù)測(cè)：

檢驗(yàn)Fe2+時(shí)，先加入KSCN時(shí)無(wú)現(xiàn)象，再通入氯水，有血紅色出現(xiàn)，才可說(shuō)明有Fe2+存在，滴加K3[Fe(CN)6]溶液來(lái)鑒別Fe2+，不能排除溶液中含有Fe3+。由以上幾個(gè)真題可以看出Fe(OH)3膠體的制備、氯化鐵溶液的配制，以及Fe2+、Fe3+的檢驗(yàn)是考查的熱點(diǎn)，可能會(huì)重復(fù)考查，但是設(shè)問(wèn)形式可能有所變化，可能以表格形式出現(xiàn)，也有可能將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與離子方程式相結(jié)合，如2019年的天津卷，這要引起我們注意。

3.對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)、用途、轉(zhuǎn)化及制備進(jìn)行考查

【例5】(2016·江蘇卷·3節(jié)選)下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)與用途具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的是

( )

C.Fe2(SO4)3易溶于水，可用作凈水劑

【解析】Fe2(SO4)3用作凈水劑是因?yàn)殍F離子水解生成氫氧化鐵膠體，吸附水中懸浮的雜質(zhì)，C錯(cuò)誤。

【例6】(2018·天津卷·3節(jié)選)下列敘述正確的是

( )

B.鐵管鍍鋅層局部破損后，鐵管仍不易生銹

【解析】鐵管鍍鋅層局部破損后形成原電池，鋅比鐵活潑，作負(fù)極，鐵作正極被保護(hù)起來(lái)，因此鐵管仍不易生銹，B正確。

【點(diǎn)評(píng)】從以上三題可以看出，鐵及其化合物的性質(zhì)和用途也是高考的?？伎键c(diǎn)之一，注意性質(zhì)和用途的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

【例7】(2019·江蘇卷·9節(jié)選)在給定條件下，下列選項(xiàng)所示的物質(zhì)間轉(zhuǎn)化均能實(shí)現(xiàn)的是

( )

【解析】電解NaCl溶液可以得到Cl2，但是Cl2與鐵加熱反應(yīng)生成的是FeCl3，故A錯(cuò)誤。

易錯(cuò)分析及預(yù)測(cè)：

Fe3+、Al3+易水解生成膠體，可吸附沉降用作凈水劑，但不能殺菌消毒。從以上幾題可以看出鐵及其化合物的性質(zhì)、用途及轉(zhuǎn)化知識(shí)，江蘇卷幾乎每年都考查到。鐵及其化合物之間的轉(zhuǎn)化，對(duì)于全國(guó)卷來(lái)說(shuō)也是一個(gè)重要的參考。

4.在離子共存中進(jìn)行考查

【例8】(高考題重組)常溫下，下列各組離子在指定溶液中能大量共存的是

( )

A.(2017·江蘇卷·9A)無(wú)色透明的溶液中：Fe3+、Mg2+、SCN-、Cl-

【答案】D

易錯(cuò)分析及預(yù)測(cè)：

此類題目在地方題中經(jīng)常出現(xiàn)，尤其在江蘇卷中是每年必考的類型，但也朝著綜合性方向發(fā)展，此類題目主要結(jié)合Fe2+的還原性、Fe3+的氧化性及雙水解的特點(diǎn)進(jìn)行考查，雖然近年全國(guó)卷不在以單個(gè)題目形式出現(xiàn)，但知識(shí)點(diǎn)依然很重要，且不排除以個(gè)別選項(xiàng)出現(xiàn)。

5.在物質(zhì)結(jié)構(gòu)題中進(jìn)行考查

(2)Fe2+基態(tài)核外電子排布式為_________________

【解析】(2)Fe2+基態(tài)核外電子排布式為[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6。

【例10】(2018·全國(guó)卷Ⅱ·35節(jié)選)硫及其化合物有許多用途，相關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)如表所示：

H2SS8FeS2SO2SO3H2SO4熔點(diǎn)/℃-85.5115.2沸點(diǎn)/℃-60.3444.6>600(分解)-75.516.810.3-10.045.0337.0

回答下列問(wèn)題：

(1)基態(tài)Fe原子價(jià)層電子的電子排布圖(軌道表達(dá)式)為________。

【例11】(2019·全國(guó)卷Ⅱ·35節(jié)選)近年來(lái)我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一系列意義重大的鐵系超導(dǎo)材料，其中一類為Fe-Sm-As-F-O組成的化合物?；卮鹣铝袉?wèn)題：

(2)Fe成為陽(yáng)離子時(shí)首先失去________軌道電子，Sm的價(jià)層電子排布式為4f66s2，Sm3+價(jià)層電子排布式為____________。

【解析】(2)Fe在失電子時(shí)首先失去4s軌道上的電子，Sm3+的價(jià)層電子排布式為4f5。

易錯(cuò)分析及預(yù)測(cè)：

鐵的物質(zhì)結(jié)構(gòu)在高考題中是?？嫉膶?duì)象，以后還會(huì)圍繞Fe、Fe2+和Fe3+的電子排布式進(jìn)行考查，但要注意的以下兩點(diǎn)：一是失電子時(shí)是先失去4s軌道上的電子，再失去3d軌道上的電子；二是注意題目要求是寫基態(tài)原子電子排布式、軌道排布式還是價(jià)層電子排布式。

6.結(jié)合化學(xué)計(jì)算進(jìn)行考查

【例12】(2019·江蘇卷·18)聚合硫酸鐵[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m廣泛用于水的凈化。以FeSO4·7H2O為原料，經(jīng)溶解、氧化、水解聚合等步驟，可制備聚合硫酸鐵。

(1)將一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸，在約70℃下邊攪拌邊緩慢加入一定量的H2O2溶液，繼續(xù)反應(yīng)一段時(shí)間，得到紅棕色黏稠液體。H2O2氧化Fe2+的離子方程式為______________________________；水解聚合反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致溶液的pH________。

①上述實(shí)驗(yàn)中若不除去過(guò)量的Sn2+，樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定結(jié)果將________(填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”)。

②計(jì)算該樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(寫出計(jì)算過(guò)程)。

【點(diǎn)評(píng)】本題有很強(qiáng)的代表性，以Fe2+為切入口，以新的情境探究Fe2+和Fe3+的性質(zhì)、相互轉(zhuǎn)化以及Fe3+的水解，并通過(guò)滴定來(lái)計(jì)算樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，正所謂“新瓶換舊酒，換湯不換藥”，同學(xué)們?cè)诮忸}時(shí)一定要認(rèn)真讀題。此題屬于“起點(diǎn)高，落點(diǎn)低”，融入到化工生產(chǎn)中，其實(shí)還是著重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考查。

7.結(jié)合電化學(xué)進(jìn)行考查

①作負(fù)極的物質(zhì)是________。

②正極的電極反應(yīng)式是_________________

初始pHpH=2.5pH=4.5NO-3的去除率接近100%<50%24小時(shí)pH接近中性接近中性鐵的最終物質(zhì)形態(tài)

Ⅱ.Fe2+破壞FeO(OH)氧化層。

①做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖所示?？傻玫降慕Y(jié)論是_________________

pH=4.5(其他條件相同)

初始pHpH=2.5pH=4.5NO-3的去除率約10%約3%1小時(shí)pH接近中性接近中性

(2)FeO(OH)不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移

(4)初始pH低時(shí)，產(chǎn)生的Fe2+充足；初始pH高時(shí)，產(chǎn)生的Fe2+不足

【點(diǎn)評(píng)】本題難度較大，情境新，題目異，當(dāng)年得分率比較低，其實(shí)本題的核心在考查鐵及其化合物的基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上，考查學(xué)生的讀圖能力，信息獲取與加工、化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究、從化學(xué)視角分析解決問(wèn)題和化學(xué)學(xué)科思維等能力，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)科學(xué)的意義和本質(zhì)，運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，真正落實(shí)提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科“證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。

三、考情預(yù)測(cè)

對(duì)于“鐵及其化合物”的考查，在2020年全國(guó)各地的試卷中一定會(huì)再次出現(xiàn)，估計(jì)還是以情境題的形式，以鐵礦石或鐵鹽的材料出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)探究題或者化工流程題中，如2018年江蘇卷第18題和2018年北京卷第28題，很可能再次結(jié)合電化學(xué)知識(shí)進(jìn)行考查，如2016年北京卷的題目，但是無(wú)論題目形式如何變化，還是牢記“萬(wàn)變不離其宗”，做好基礎(chǔ)知識(shí)的儲(chǔ)備，訓(xùn)練考生的讀圖能力及信息獲取與加工能力，提升考生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【即時(shí)訓(xùn)練】(2019·江蘇蘇錫常鎮(zhèn)三檢)LiFePO4是一種電動(dòng)汽車電池的電極材料，實(shí)驗(yàn)室以綠礬和磷酸為原料制備LiFePO4的流程如圖所示：

(1)“溶解”和“反應(yīng)1”步驟不能互換的原因是_________________

(2)“反應(yīng)1”的離子方程式是_________________

(4)LiFePO4需要在高溫下成型才能作為電極，高溫成型時(shí)要加入少量活性炭黑，其作用是①

；

②____________________。

(5)利用LiFePO4作電極的電池穩(wěn)定、安全、對(duì)環(huán)境友好，放電時(shí)工作原理如圖所示。放電時(shí)電極b的電極反應(yīng)式為_________________

【答案】(1)可能導(dǎo)致FePO4中混有較多Fe(OH)3(2分)

(3)9∶7 (2分)

(4)①改善成型后LiFePO4(或電極)的導(dǎo)電作用 (2分)

②與空氣中O2反應(yīng)，防止LiFePO4中的Fe2+被氧化 (2分)