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專題9
專題知識體系構建與核心素養提升
知識體系構建
核心素養提升
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核心素養提升
通過本專題的學習，結合真實情境中的應用實例和通過實驗探究，知道鐵及其重要化合物的主要性質，了解它們在生產、生活中的應用。能從物質分類、化合價的角度歸納鐵、鐵鹽、亞鐵鹽的相互轉化關系。
能依據金屬及其化合物的性質提出物質間的轉化思路；能從多個方面對可能的轉化路徑進行優選；能運用變量控制方法設計轉化的實驗方案，根據實驗現象進行推理。
能聯系合金的組成解釋合金性質，認識合金對人類社會的貢獻，能用簡單實驗控制反應的條件，制備Fe(OH)2，能設計簡單實驗檢驗Fe2＋、Fe3＋。
(2021·河北，1)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對鋼鐵冶煉技術的重大貢獻，陶弘景在其《本草經集注》中提到“鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者”。“灌鋼法”主要是將生鐵和熟鐵(含碳量約0.1%)混合加熱，生鐵熔化灌入熟鐵，再鍛打成鋼。下列說法錯誤的是
A.鋼是以鐵為主的含碳合金
B.鋼的含碳量越高，硬度和脆性越大
C.生鐵由于含碳量高，熔點比熟鐵高
D.冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3
例1
√
鋼是含碳量低的鐵合金，故A正確；
鋼的硬度和脆性與含碳量有關，隨著含碳量的增加而增大，故B正確；
由題意可知，生鐵熔化灌入熟鐵，再鍛打成鋼，說明生鐵的熔點低于熟鐵，故C錯誤；
赤鐵礦的主要成分是Fe2O3，可用于冶煉鐵，故D正確。
選項 實驗操作 實驗現象 離子反應 實驗結論
A 在氯化亞鐵溶液中滴加新制氯水 淺綠色溶液變成棕黃色溶液 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ Fe2＋具有氧化性
B 在氯化亞鐵溶液中加入鋅片 淺綠色溶液變成無色溶液 Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋ Fe2＋具有氧化性
C 在氯化鐵溶液中加入鐵粉 棕黃色溶液變成淺綠色溶液 Fe3＋＋Fe===2Fe2＋ 鐵單質具有還原性
D 在氯化鐵溶液中加入銅粉 棕黃色溶液變成藍色溶液 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ Fe3＋具有還原性
為了探究鐵及其化合物的氧化性和還原性，某同學設計如下實驗方案，其中符合實驗要求且正確的是
例2
√
Fe2＋具有還原性，在氯化亞鐵溶液中滴加新制氯水，Fe2＋被氯水氧化生成Fe3＋，溶液由淺綠色變成棕黃色，故A錯誤；
Fe2＋具有氧化性，Zn具有還原性，在氯化亞鐵溶液中加入鋅片，Zn與Fe2＋發生置換反應生成Fe和無色的Zn2＋，溶液由淺綠色變成無色，故B正確；
氯化鐵溶液與鐵粉反應生成氯化亞鐵，反應的離子方程式為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，故C錯誤；
氯化鐵溶液與銅粉反應生成氯化亞鐵和氯化銅，反應前氯化鐵溶液為棕黃色，反應后氯化亞鐵溶液為淺綠色，氯化銅溶液為淡藍色，氯化亞鐵和氯化銅的混合溶液為藍綠色，說明Fe3＋具有氧化性，故D錯誤。
(2021·廣東，10)部分含鐵物質的分類與相應化合價關系如圖所示。下列推斷不合理的是
A.a可與e反應生成b
B.b既可被氧化，也可被還原
C.可將e加入濃堿液中制得d的膠體
D.可存在b→c→d→e→b的循環轉化關系
例3
√
Fe與Fe(Ⅲ)的鹽類物質可發生反應生成
Fe(Ⅱ)的鹽類物質，如Fe＋2FeCl3===
3FeCl2，故不選A；
Fe(Ⅱ)為鐵元素的中間價態，既有還原
性又有氧化性，因此既可被氧化，也可被還原，故不選B；
Fe(Ⅲ)的鹽類物質與濃堿液反應生成Fe(OH)3沉淀，制備Fe(OH)3膠體的操作為向沸水中逐滴加入飽和FeCl3溶液，繼續煮沸至溶液呈紅褐色，停止加熱，故選C；
實驗序號 試劑及操作 現象
Ⅰ 現象a：先生成白色沉淀，最終轉變為紅褐色沉淀
現象b：……
Ⅱ 現象c：溶液略呈黃色
現象d：溶液呈血紅色
實驗小組研究二價鐵的氧化反應，設計如下實驗。
例4
(1)實驗所用的Fe(NO3)2溶液由Fe(NO3)3溶液和足量鐵粉反應制得，離子方程式是____________________。
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
Fe3＋與Fe發生氧化還原反應生成Fe2＋，離子方程式為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
(2)實驗Ⅰ中白色沉淀轉變為紅褐色沉淀的化學方程式是____________
_____________________。
O2＋2H2O===4Fe(OH)3
實驗Ⅰ中Fe(NO3)2與氫氧化鈉反應生成Fe(OH)2白色沉淀，迅速被空氣中的氧氣氧化，逐步變為灰綠色，最終變為紅褐色，化學方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
4Fe(OH)2＋
(3)現象b是______________________________。
紅褐色沉淀溶解，溶液呈棕黃色
Fe(NO3)2與氫氧化鈉反應生成Fe(OH)2白色沉淀，被氧化變為紅褐色沉淀Fe(OH)3，加入H2SO4溶液后發生酸堿中和反應，紅褐色沉淀溶解，溶液變為棕黃色。
(4)實驗小組對實驗Ⅱ中何種物質氧化Fe2＋進行研究，提出兩種假設：
ⅰ.酸性條件下，O2氧化了Fe2＋；
ⅱ.酸性條件下，_______________。
①將假設ⅱ補充完整。
②設計實驗，證實假設ⅰ不是實驗Ⅱ中氧化Fe2＋的主要原因。將實驗方案和現象補充完整。
步驟1：向1.0 mL__________________溶液中滴加1.5 mL 1.0 mol·L－1 H2SO4溶液；
步驟2：向上述所得溶液中滴加KSCN溶液，觀察到________________。
③向步驟2所得溶液中滴加NaOH溶液至pH約為5，檢測到有Fe3＋產生。
根據控制變量法可知，要證明氧化劑為氧氣，需要排除硝酸根離子的干擾，因此，可以改為向1.0 mL 0.1 mol·L－1 FeSO4溶液中滴加1.5 mL 1.0 mol·L－1 H2SO4溶液。
0.1 mol·L－1 FeSO4
溶液無明顯變化
(5)綜合上述實驗，說明二價鐵的氧化反應與______________________
_______________________因素有關。
根據實驗的過程和實驗現象可知，二價鐵的氧化反應與溶液的酸堿性、氧化劑種類及二價鐵的存在形式等因素有關。
類及二價鐵的存在形式等
溶液酸堿性、氧化劑種
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本課結束專題知識體系構建與核心素養提升
通過本專題的學習，結合真實情境中的應用實例和通過實驗探究，知道鐵及其重要化合物的主要性質，了解它們在生產、生活中的應用。能從物質分類、化合價的角度歸納鐵、鐵鹽、亞鐵鹽的相互轉化關系。
能依據金屬及其化合物的性質提出物質間的轉化思路；能從多個方面對可能的轉化路徑進行優選；能運用變量控制方法設計轉化的實驗方案，根據實驗現象進行推理。
能聯系合金的組成解釋合金性質，認識合金對人類社會的貢獻，能用簡單實驗控制反應的條件，制備Fe(OH)2，能設計簡單實驗檢驗Fe2＋、Fe3＋。
例1　(2021·河北，1)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對鋼鐵冶煉技術的重大貢獻，陶弘景在其《本草經集注》中提到“鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者”?！肮噤摲ā敝饕菍⑸F和熟鐵(含碳量約0.1%)混合加熱，生鐵熔化灌入熟鐵，再鍛打成鋼。下列說法錯誤的是(　　)
A．鋼是以鐵為主的含碳合金
B．鋼的含碳量越高，硬度和脆性越大
C．生鐵由于含碳量高，熔點比熟鐵高
D．冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3
例2　為了探究鐵及其化合物的氧化性和還原性，某同學設計如下實驗方案，其中符合實驗要求且正確的是(　　)
選項 實驗操作 實驗現象 離子反應 實驗結論
A 在氯化亞鐵溶液中滴加新制氯水 淺綠色溶液變成棕黃色溶液 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ Fe2＋具有氧化性
B 在氯化亞鐵溶液中加入鋅片 淺綠色溶液變成無色溶液 Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋ Fe2＋具有氧化性
C 在氯化鐵溶液中加入鐵粉 棕黃色溶液變成淺綠色溶液 Fe3＋＋Fe===2Fe2＋ 鐵單質具有還原性
D 在氯化鐵溶液中加入銅粉 棕黃色溶液變成藍色溶液 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ Fe3＋具有還原性
例3　(2021·廣東，10)部分含鐵物質的分類與相應化合價關系如圖所示。下列推斷不合理的是(　　)
A．a可與e反應生成b
B．b既可被氧化，也可被還原
C．可將e加入濃堿液中制得d的膠體
D．可存在b→c→d→e→b的循環轉化關系
例4　實驗小組研究二價鐵的氧化反應，設計如下實驗。
實驗序號 試劑及操作 現象
Ⅰ 現象a：先生成白色沉淀，最終轉變為紅褐色沉淀 現象b：……
Ⅱ 現象c：溶液略呈黃色 現象d：溶液呈血紅色
(1)實驗所用的Fe(NO3)2溶液由Fe(NO3)3溶液和足量鐵粉反應制得，離子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)實驗Ⅰ中白色沉淀轉變為紅褐色沉淀的化學方程式是________________________。
(3)現象b是______________________________________。
(4)實驗小組對實驗Ⅱ中何種物質氧化Fe2＋進行研究，提出兩種假設：
ⅰ.酸性條件下，O2氧化了Fe2＋；
ⅱ.酸性條件下，____________________________________________。
①將假設ⅱ補充完整。
②設計實驗，證實假設ⅰ不是實驗Ⅱ中氧化Fe2＋的主要原因。將實驗方案和現象補充完整。
步驟1：向1.0 mL________溶液中滴加1.5 mL 1.0 mol·L－1 H2SO4溶液；
步驟2：向上述所得溶液中滴加KSCN溶液，觀察到________________________。
③向步驟2所得溶液中滴加NaOH溶液至pH約為5，檢測到有Fe3＋產生。
(5)綜合上述實驗，說明二價鐵的氧化反應與______________________________因素有關。專題知識體系構建與核心素養提升
通過本專題的學習，結合真實情境中的應用實例和通過實驗探究，知道鐵及其重要化合物的主要性質，了解它們在生產、生活中的應用。能從物質分類、化合價的角度歸納鐵、鐵鹽、亞鐵鹽的相互轉化關系。
能依據金屬及其化合物的性質提出物質間的轉化思路；能從多個方面對可能的轉化路徑進行優選；能運用變量控制方法設計轉化的實驗方案，根據實驗現象進行推理。
能聯系合金的組成解釋合金性質，認識合金對人類社會的貢獻，能用簡單實驗控制反應的條件，制備Fe(OH)2，能設計簡單實驗檢驗Fe2＋、Fe3＋。
例1　(2021·河北，1)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對鋼鐵冶煉技術的重大貢獻，陶弘景在其《本草經集注》中提到“鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者”?！肮噤摲ā敝饕菍⑸F和熟鐵(含碳量約0.1%)混合加熱，生鐵熔化灌入熟鐵，再鍛打成鋼。下列說法錯誤的是(　　)
A．鋼是以鐵為主的含碳合金
B．鋼的含碳量越高，硬度和脆性越大
C．生鐵由于含碳量高，熔點比熟鐵高
D．冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3
答案　C
解析　鋼是含碳量低的鐵合金，故A正確；鋼的硬度和脆性與含碳量有關，隨著含碳量的增加而增大，故B正確；由題意可知，生鐵熔化灌入熟鐵，再鍛打成鋼，說明生鐵的熔點低于熟鐵，故C錯誤；赤鐵礦的主要成分是Fe2O3，可用于冶煉鐵，故D正確。
例2　為了探究鐵及其化合物的氧化性和還原性，某同學設計如下實驗方案，其中符合實驗要求且正確的是(　　)
選項 實驗操作 實驗現象 離子反應 實驗結論
A 在氯化亞鐵溶液中滴加新制氯水 淺綠色溶液變成棕黃色溶液 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ Fe2＋具有氧化性
B 在氯化亞鐵溶液中加入鋅片 淺綠色溶液變成無色溶液 Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋ Fe2＋具有氧化性
C 在氯化鐵溶液中加入鐵粉 棕黃色溶液變成淺綠色溶液 Fe3＋＋Fe===2Fe2＋ 鐵單質具有還原性
D 在氯化鐵溶液中加入銅粉 棕黃色溶液變成藍色溶液 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ Fe3＋具有還原性
答案　B
解析　Fe2＋具有還原性，在氯化亞鐵溶液中滴加新制氯水，Fe2＋被氯水氧化生成Fe3＋，溶液由淺綠色變成棕黃色，故A錯誤；Fe2＋具有氧化性，Zn具有還原性，在氯化亞鐵溶液中加入鋅片，Zn與Fe2＋發生置換反應生成Fe和無色的Zn2＋，溶液由淺綠色變成無色，故B正確；氯化鐵溶液與鐵粉反應生成氯化亞鐵，反應的離子方程式為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，故C錯誤；氯化鐵溶液與銅粉反應生成氯化亞鐵和氯化銅，反應前氯化鐵溶液為棕黃色，反應后氯化亞鐵溶液為淺綠色，氯化銅溶液為淡藍色，氯化亞鐵和氯化銅的混合溶液為藍綠色，說明Fe3＋具有氧化性，故D錯誤。
例3　(2021·廣東，10)部分含鐵物質的分類與相應化合價關系如圖所示。下列推斷不合理的是(　　)
A．a可與e反應生成b
B．b既可被氧化，也可被還原
C．可將e加入濃堿液中制得d的膠體
D．可存在b→c→d→e→b的循環轉化關系
答案　C
解析　Fe與Fe(Ⅲ)的鹽類物質可發生反應生成Fe(Ⅱ)的鹽類物質，如Fe＋2FeCl3===3FeCl2，故不選A；Fe(Ⅱ)為鐵元素的中間價態，既有還原性又有氧化性，因此既可被氧化，也可被還原，故不選B；Fe(Ⅲ)的鹽類物質與濃堿液反應生成Fe(OH)3沉淀，制備Fe(OH)3膠體的操作為向沸水中逐滴加入飽和FeCl3溶液，繼續煮沸至溶液呈紅褐色，停止加熱，故選C；b→c→d→e→b的轉化如FeCl2Fe(OH)2Fe(OH)3FeCl3FeCl2，故不選D。
例4　實驗小組研究二價鐵的氧化反應，設計如下實驗。
實驗序號 試劑及操作 現象
Ⅰ 現象a：先生成白色沉淀，最終轉變為紅褐色沉淀 現象b：……
Ⅱ 現象c：溶液略呈黃色 現象d：溶液呈血紅色
(1)實驗所用的Fe(NO3)2溶液由Fe(NO3)3溶液和足量鐵粉反應制得，離子方程式是__________
___________________________________________________________________________。
(2)實驗Ⅰ中白色沉淀轉變為紅褐色沉淀的化學方程式是_________________________。
(3)現象b是_____________________________________________。
(4)實驗小組對實驗Ⅱ中何種物質氧化Fe2＋進行研究，提出兩種假設：
ⅰ.酸性條件下，O2氧化了Fe2＋；
ⅱ.酸性條件下，____________________________________________________。
①將假設ⅱ補充完整。
②設計實驗，證實假設ⅰ不是實驗Ⅱ中氧化Fe2＋的主要原因。將實驗方案和現象補充完整。
步驟1：向1.0 mL________溶液中滴加1.5 mL 1.0 mol·L－1 H2SO4溶液；
步驟2：向上述所得溶液中滴加KSCN溶液，觀察到________________________。
③向步驟2所得溶液中滴加NaOH溶液至pH約為5，檢測到有Fe3＋產生。
(5)綜合上述實驗，說明二價鐵的氧化反應與______因素有關。
答案　(1)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋　(2)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　(3)紅褐色沉淀溶解，溶液呈棕黃色　(4)①NO氧化了Fe2＋　②0.1 mol·L－1 FeSO4　溶液無明顯變化　(5)溶液酸堿性、氧化劑種類及二價鐵的存在形式等
解析　(1)Fe3＋與Fe發生氧化還原反應生成Fe2＋，離子方程式為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
(2)實驗Ⅰ中Fe(NO3)2與氫氧化鈉反應生成Fe(OH)2白色沉淀，迅速被空氣中的氧氣氧化，逐步變為灰綠色，最終變為紅褐色，化學方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
(3)Fe(NO3)2與氫氧化鈉反應生成Fe(OH)2白色沉淀，被氧化變為紅褐色沉淀Fe(OH)3，加入H2SO4溶液后發生酸堿中和反應，紅褐色沉淀溶解，溶液變為棕黃色。
(4)①在酸性條件下，NO具有氧化性，可將Fe2＋氧化，因此假設ⅱ為酸性條件下，NO氧化了Fe2＋。
②根據控制變量法可知，要證明氧化劑為氧氣，需要排除硝酸根離子的干擾，因此，可以改為向1.0 mL 0.1 mol·L－1 FeSO4溶液中滴加1.5 mL 1.0 mol·L－1 H2SO4溶液。
(5)根據實驗的過程和實驗現象可知，二價鐵的氧化反應與溶液的酸堿性、氧化劑種類及二價鐵的存在形式等因素有關。

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