由“地方卷”看“全國卷”——鐵及其化合物考點歸納及預測

江蘇 季宗寶 趙王俠

新教材中對“鋁及其化合物”知識有所刪減，更加突出了“鐵及其化合物”知識的重要性，鐵元素在生活生產中有著極其重要的應用，性質上也具有多變性，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越高。筆者對近幾年全國卷Ⅰ、卷Ⅱ、卷Ⅲ及其他省市的試卷進行了統(tǒng)計，鐵及其化合物幾乎每年都會以選擇題或者大題形式出現，如2019年的全國卷Ⅰ、江蘇卷等都進行了考查，因此要引起高度重視。“鐵及其化合物”內容豐富、知識面廣，下面對“鐵及其化合物”進行全面梳理、歸納總結，主要通過對江蘇、北京、天津等省市及部分全國卷的歷年高考真題進行分類解析，以此對2020年的全國卷進行初步的預測。

一、重點知識梳理

1.Fe的化學性質

Fe化學方程式(離子方程式)與強氧化劑: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為印刷電路板的反應原理，鐵與氯化鐵溶液反應可用于除去氯化亞鐵溶液中的Fe3+。

②要特別注意Fe3O4中Fe的化合價為+2和+3。

③鈍化是一個短暫的氧化還原反應，一不能認為不反應，二更不能認為鐵能溶解于濃硫酸、濃硝酸中，這是一個常考的重要考點。

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性質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，Fe(OH)3的沉淀pH范圍為2.7～3.7，工業(yè)上除去溶液中的Fe2+往往先通過氧化劑(如H2O2)將其氧化為Fe3+，再通過調節(jié)pH生成沉淀以達到除雜的目的。

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無現象Fe3++3SCN-Fe(SCN)3血紅色KMnO4溶液褪色無現象

特別提醒：

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

②檢驗Fe2+時，先加入KSCN，無現象，再通入氯水時，溶液呈血紅色，即可說明有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膠體來凈水。

②制備無水FeCl3時，應在HCl氣流中加熱蒸干FeCl3溶液。

5.結構

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

根據對2019年全國各地的試題分析，發(fā)現對鐵及其化合物的考查角度越來越多樣化，下面對考查角度進行分類解析。

1.在阿伏加德羅常數中考查

【例1】(高考題重組)設NA為阿伏加德羅常數的值。下列有關敘述正確的是

( )

A.(2018·全國卷Ⅱ·11B)100 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液中所含Fe3+的數目為0.1NA

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

C.(2016·全國卷Ⅰ·8C)1 mol Fe溶于過量硝酸，電子轉移數為2NA

D.0.1 mol的鐵在0.1 mol的Cl2中完全燃燒轉移電子數為0.2NA

【答案】D

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

易錯分析及預測：

以上主要以Fe和Fe3+的基本性質為基礎，融入阿伏加德羅常數，考查Fe在不同反應中的電子轉移情況，以及Fe3+在水溶液中會發(fā)生微弱水解，且水解反應是可逆反應。對于D項，不理解的同學有很多，其實在化學反應轉移電子數的計算時，不僅要關注元素自身得失電子情況，還要注意各反應物量的情況，要依據量少的物質進行計算，如D項，此時轉移的電子數只能為0.2NA，若是0.1 mol Fe與足量氯氣反應，則轉移的電子數為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，因此是Fe結合阿伏加德羅常數考查的重要方向。

2.在實驗操作題中考查

【例2】(高考題重組)下列實驗操作能達到實驗目的的是

( )

A.(2016·全國卷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，說明X溶液中一定含有Fe2+

C.(2016·全國卷Ⅰ·10C)配制氯化鐵溶液時，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，說明Fe2+的氧化性強于Cu2+的氧化性

【答案】C

【例3】(2018·天津卷·4節(jié)選)由下列實驗及現象推出的相應結論正確的是

( )

實驗現象結論A某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液產生藍色沉淀原溶液中有Fe2+,無Fe3+

【解析】生成的藍色沉淀為鐵氰化亞鐵沉淀，說明原溶液中一定含有Fe2+，但無法排除原溶液中含有Fe3+，故A錯誤。

【例4】(2019·天津卷·4節(jié)選)下列離子方程式能用來解釋相應實驗現象的是

( )

實驗現象離子方程式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錯誤；氧化亞鐵溶于稀硝酸中，因為硝酸具有強氧化性，所以生成Fe3+，故D錯誤。

易錯分析及預測：

檢驗Fe2+時，先加入KSCN時無現象，再通入氯水，有血紅色出現，才可說明有Fe2+存在，滴加K3[Fe(CN)6]溶液來鑒別Fe2+，不能排除溶液中含有Fe3+。由以上幾個真題可以看出Fe(OH)3膠體的制備、氯化鐵溶液的配制，以及Fe2+、Fe3+的檢驗是考查的熱點，可能會重復考查，但是設問形式可能有所變化，可能以表格形式出現，也有可能將實驗現象與離子方程式相結合，如2019年的天津卷，這要引起我們注意。

3.對物質的性質、用途、轉化及制備進行考查

【例5】(2016·江蘇卷·3節(jié)選)下列有關物質的性質與用途具有對應關系的是

( )

C.Fe2(SO4)3易溶于水，可用作凈水劑

【解析】Fe2(SO4)3用作凈水劑是因為鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體，吸附水中懸浮的雜質，C錯誤。

【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，作負極，鐵作正極被保護起來，因此鐵管仍不易生銹，B正確。

【點評】從以上三題可以看出，鐵及其化合物的性質和用途也是高考的常考考點之一，注意性質和用途的對應關系。

【例7】(2019·江蘇卷·9節(jié)選)在給定條件下，下列選項所示的物質間轉化均能實現的是

( )

【解析】電解NaCl溶液可以得到Cl2，但是Cl2與鐵加熱反應生成的是FeCl3，故A錯誤。

易錯分析及預測：

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、用途及轉化知識，江蘇卷幾乎每年都考查到。鐵及其化合物之間的轉化，對于全國卷來說也是一個重要的參考。

4.在離子共存中進行考查

【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)無色透明的溶液中：Fe3+、Mg2+、SCN-、Cl-

【答案】D

易錯分析及預測：

此類題目在地方題中經常出現，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，此類題目主要結合Fe2+的還原性、Fe3+的氧化性及雙水解的特點進行考查，雖然近年全國卷不在以單個題目形式出現，但知識點依然很重要，且不排除以個別選項出現。

5.在物質結構題中進行考查

(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·全國卷Ⅱ·35節(jié)選)硫及其化合物有許多用途，相關物質的物理常數如表所示：

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

回答下列問題：

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

【例11】(2019·全國卷Ⅱ·35節(jié)選)近年來我國科學家發(fā)現了一系列意義重大的鐵系超導材料，其中一類為Fe-Sm-As-F-O組成的化合物。回答下列問題：

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

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

易錯分析及預測：

鐵的物質結構在高考題中是常考的對象，以后還會圍繞Fe、Fe2+和Fe3+的電子排布式進行考查，但要注意的以下兩點：一是失電子時是先失去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、軌道排布式還是價層電子排布式。

6.結合化學計算進行考查

【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)反應一段時間，得到紅棕色黏稠液體。H2O2氧化Fe2+的離子方程式為______________________________；水解聚合反應會導致溶液的pH________。

①上述實驗中若不除去過量的Sn2+，樣品中鐵的質量分數的測定結果將________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

②計算該樣品中鐵的質量分數(寫出計算過程)。

【點評】本題有很強的代表性，以Fe2+為切入口，以新的情境探究Fe2+和Fe3+的性質、相互轉化以及Fe3+的水解，并通過滴定來計算樣品中鐵元素的質量分數，正所謂“新瓶換舊酒，換湯不換藥”，同學們在解題時一定要認真讀題。此題屬于“起點高，落點低”，融入到化工生產中，其實還是著重對基礎知識的考查。

7.結合電化學進行考查

①作負極的物質是________。

②正極的電極反應式是_________________

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

Ⅱ.Fe2+破壞FeO(OH)氧化層。

①做對比實驗，結果如圖所示。可得到的結論是_________________

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pH接近中性接近中性

(2)FeO(OH)不導電，阻礙電子轉移

(4)初始pH低時，產生的Fe2+充足；初始pH高時，產生的Fe2+不足

【點評】本題難度較大，情境新，題目異，當年得分率比較低，其實本題的核心在考查鐵及其化合物的基本性質的基礎上，考查學生的讀圖能力，信息獲取與加工、化學實驗探究、從化學視角分析解決問題和化學學科思維等能力，引導學生認識化學科學的意義和本質，運用化學知識解決實際問題，真正落實提高學生化學學科“證據推理”的核心素養(yǎng)。

三、考情預測

對于“鐵及其化合物”的考查，在2020年全國各地的試卷中一定會再次出現，估計還是以情境題的形式，以鐵礦石或鐵鹽的材料出現在實驗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，很可能再次結合電化學知識進行考查，如2016年北京卷的題目，但是無論題目形式如何變化，還是牢記“萬變不離其宗”，做好基礎知識的儲備，訓練考生的讀圖能力及信息獲取與加工能力，提升考生的化學學科核心素養(yǎng)。

【即時訓練】(2019·江蘇蘇錫常鎮(zhèn)三檢)LiFePO4是一種電動汽車電池的電極材料，實驗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1”步驟不能互換的原因是_________________

(2)“反應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、對環(huán)境友好，放電時工作原理如圖所示。放電時電極b的電極反應式為_________________

【答案】(1)可能導致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)的導電作用 (2分)

②與空氣中O2反應，防止LiFePO4中的Fe2+被氧化 (2分)