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第 7 讲 铁及其化合物
【学科核心素养】
1.宏观辨识与微观探析：认识铁及其化合物的性质及应用，能以“铁三角”转化关系理解变价元素的
转化条件。
2.科学态度与社会责任：利用铁及其化合物的性质，科学认识铁及其化合物的提纯和制备工艺流程，
形成严谨求实的科学态度和崇尚真理的意识。
3.科学探究与创新意识：能提出有价值的氢氧化亚铁及其他铁的化合物的制备方案，并进行实验探
究。
【核心素养发展目标】
1.能从物质类别和铁元素化合价的角度认识铁及其化合物的性质，理清铁元素不同价态之间的转化关
系，增强证据推理与模型认知的能力。
2.会设计实验制备氢氧化亚铁，检验Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性与还原性，增强科学探究与创新
意识。
【知识点解读】
知识点一 铁及其重要化合物的性质
1．铁
铁位于元素周期表中第4周期Ⅷ族，是一种应用最广泛的过渡金属元素；铁元素是一种典型的变价金
属元素。
(1)结构
(2)铁的物理性质
银白色固体，熔点较高，具有良好的导热、导电、延展性，能被磁铁吸引。
(3)铁的化学性质
铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。①与非金属单质的反应
常温 铁锈(成分为Fe O·xHO)
2 3 2
与O 反应
2
点燃 3Fe＋2O=====Fe O
2 3 4
与Cl 反应 点燃 2Fe＋3Cl=====2FeCl
2 2 3
与S、I 反应 Fe＋S=====FeS、Fe＋I=====FeI
2 2 2
②与水的反应
常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：3Fe＋4HO(g)=====Fe O＋4H。
2 3 4 2
③与酸的反应
与H＋反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H↑
2
过
Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2HO
量 2
与稀HNO 反应
3
少
3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4HO
量 2
与浓HSO 、浓HNO 反应 常温下钝化，加热分别生成SO 、NO
2 4 3 2 2
④与某些盐溶液反应
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
【归纳总结】
①Fe与Cl 反应无论用量多少都生成FeCl ，而Fe与盐酸反应生成FeCl 。
2 3 2
②铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe O，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe O。
2 3 3 4
③铁与一般氧化剂(如S、HCl、FeCl 、CuSO 、I 等)反应时被氧化为Fe2＋，铁与强氧化剂(如Cl、
3 4 2 2
Br 、HNO、浓HSO 等)反应时被氧化为Fe3＋。
2 3 2 4
④在电化学中铁作负极时电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
(3)铁的冶炼
冶炼原理：Fe O＋3CO=====2Fe＋3CO
2 3 2
2．铁的氧化物
化学式 FeO Fe O Fe O
2 3 3 4
俗名 铁红 磁性氧化铁
颜色状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体(有磁性)溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水
铁的化合价 ＋2 ＋3 ＋2，＋3
稳定性 不稳定 稳定 稳定
与H＋反应的 FeO＋2H＋=== Fe 2 O 3 ＋6H＋=== Fe O＋8H＋===Fe2＋
3 4
离子方程式 Fe2＋＋HO 2Fe3＋＋3HO ＋2Fe3＋＋4H 2 O
2 2
3.铁的氢氧化物
(1)Fe(OH) 是白色絮状物，易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH) ，颜色由白色变为灰绿色，最后变为红
2 3
褐色，方程式为4Fe(OH) ＋O＋2HO===4Fe(OH) 。
2 2 2 3
(2)Fe(OH) 是红褐色、难溶于水的固体，在空气中久置会部分失水生成铁锈(Fe O·xHO)，受热易分
3 2 3 2
解，方程式为2Fe(OH) =====Fe O＋3HO；制取Fe(OH) 用可溶性铁盐与碱反应，离子方程式：Fe3＋＋
3 2 3 2 3
3OH－===Fe(OH) ↓。
3
4．亚铁盐
(1)Fe2＋的氧化性和还原性
含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还原性为主，
如：遇Br 、Cl、HO、NO(H＋)等均表现为还原性。
2 2 2 2
Fe2＋的酸性溶液与HO 反应的离子方程式：2Fe2＋＋HO＋2H＋===2Fe3＋＋2HO。
2 2 2 2 2
(2)可水解
Fe(OH) 是弱碱，含Fe2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。配制硫酸亚铁溶液时常加少量硫酸抑制Fe2＋的
2
水解，加少量铁屑防止Fe2＋被氧化。
5．铁盐的性质及应用
(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、HS等均表现为氧化
2
性。
①Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO等具有较强还原性的离子不能大量共存。
②Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。
(2)易水解：Fe(OH) 是很弱的碱，且溶度积很小，因而Fe3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液
3
中。
①利用Fe3＋易水解的性质，实验室可用FeCl 滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学方程式：
3
FeCl ＋3HO=====Fe(OH) (胶体)＋3HCl。
3 2 3
②利用Fe3＋易水解的性质，工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。
③利用Fe3＋易水解的性质，实验室配制氯化铁溶液，通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中，然后再
稀释至所需浓度。
④Fe3＋与HCO、[Al(OH) ]－、CO、ClO－等水解呈碱性的离子不能大量共存。
4知识点二 Fe2＋和Fe3＋的检验
1．亚铁盐
(1)Fe2＋的氧化性和还原性
含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还原性为主，
如遇Br 、Cl、HO、NO(H＋)、MnO(H＋)等均表现为还原性。
2 2 2 2
Fe2＋的酸性溶液与HO 反应的离子方程式：2Fe2＋＋2H＋＋HO===2Fe3＋＋2HO
2 2 2 2 2
向FeCl 溶液中滴加酸性KMnO 溶液，溶液褪色。反应的离子方程式：MnO＋5Fe2＋＋8H＋===5Fe3＋＋
2 4
Mn2＋＋4HO。
2
(2)可水解
Fe2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液因水解呈酸性。
2．铁盐
(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、HS等均表现为氧化性。
2
如用FeCl 溶液腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe3＋＋Cu2＋。
3
(2)易水解：Fe3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。
3．Fe2＋、Fe3＋的检验方法
(1)Fe2＋的检验
方法1 ―――――――→无现象―――――――→溶液变红色，证明含有Fe2＋
――――――――→产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证
方法2
明含有Fe2＋
方法3 ―――――――――→生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
(2)Fe3＋的检验
方法1 ――――――――→溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法2 ―――――――→产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
(3)混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
①Fe3＋的检验
a.――→溶液变血红色，说明含有Fe3＋
b.――→试纸变蓝色，说明含有Fe3＋
②Fe2＋的检验
a.――→KMnO 溶液褪色，说明含有Fe2＋
4
b.――→溴水褪色，说明含有Fe2＋
c.――→生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋
4．亚铁盐、铁盐性质应用(1)盐溶液的配制与保存
(2)物质的制备
(3)判断离子能否共存
Fe2＋NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)
Fe3＋S2－、I－、SO
Fe3＋HCO、CO等水解相互促进的离子
【典例剖析】
高频考点一 铁及其化合物的性质
例1.（高考组合题）下列有关物质性质的叙述错误的是（ ）
A. （2021·浙江卷）铁粉与氧化铝发生的铝热反应可用于焊接铁轨
B．（2019·天津卷）将废铁屑加入FeCl 溶液中，可用于除去工业废气中的Cl
2 2
C．（2020·江苏卷）室温下，Fe与浓HSO 反应生成FeSO
2 4 4
D. （2018·江苏卷）Cu与FeCl 溶液反应可生成CuCl
3 2
【变式探究】（高考组合题）下列观点的叙述正确的是（ ）
A.（2021·浙江卷）将生铁进一步炼制减少含碳量，能得到耐腐蚀的钢
Cl 2 N aO H( aq)
B.（2017·江苏卷）Fe 点燃 FeCl Fe(OH)
2 2
C.（2018·江苏卷）
D.（2017·新课标II卷）向2 mL 0.1 mol·L－1的FeCl 溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液，黄
3
色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，说明还原性：Fe>Fe2+
高频考点二 铁及其化合物的转化与计算
例2．在给定条件下，下列物质间的转化不能实现的是( )
A．Fe――→FeCl B．Fe――→FeSO
3 4
C．Fe――→Fe O D．Fe――→FeCl
3 4 2【变式探究】含有agHNO 的稀硝酸与bg铁恰好反应，铁全部溶解，生成NO。已知有gHNO 被还
3 3
原，则a∶b不可能是( )
A．3∶1 B．3∶2 C．4∶1 D．9∶2
【方法技巧】数轴法分析铁与稀硝酸反应的产物
一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断。根据化学方程式：
HNO 过量：Fe＋4HNO(稀)===Fe(NO)＋NO↑＋2HO；
3 3 3 3 2
Fe过量：Fe＋2Fe(NO )===3Fe(NO)；
3 3 3 2
两者相加得总方程式：3Fe＋8HNO(稀)===3Fe(NO)＋2NO↑＋4HO；
3 3 2 2
可以用数轴表示：
解题时需注意量的范围：
①≤，产物仅有Fe(NO )，稀HNO 可能有剩余；②≥，产物仅有Fe(NO )，Fe可能有剩余；③＜
3 3 3 3 2
＜，产物为Fe(NO ) 和Fe(NO )，Fe和稀HNO 都完全反应。
3 3 3 2 3
高频考点三、铁及其化合物的实验探究
例3.（2019·新课标Ⅰ卷）硫酸铁铵[NH Fe(SO )·xHO]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为
4 4 2 2
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①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是 。
(2)步骤②需要加热的目的是 ，
温度保持80~95 ℃，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)。
A B C D
(3)步骤③中选用足量的HO，理由是 。分批加入
2 2
HO，同时为了 ， 溶液要保持pH小于0.5。
2 2(4)步骤⑤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 。
1.5×18
【变式探究】（2018·北京卷）实验小组制备高铁酸钾（KFeO）并探究其性质。
266+18x 2 4
资料：KFeO 为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O，在
2 4 2
碱性溶液中较稳定。
（1）制备KFeO（夹持装置略）
2 4
①A为氯气发生装置。A中反应方程式是________________（锰被还原为Mn2+）。
②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。
③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl 发生的反应有3Cl+2Fe(OH) +10KOH===2KFeO+6KCl+8H O，
2 2 3 2 4 2
另外还有________________。
（2）探究KFeO 的性质
2 4
①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl。为证明是否
2
KFeO 氧化了Cl－而产生Cl，设计以下方案：
2 4 2
方案Ⅰ 取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。
用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将KFeO 溶出，得到紫色溶液
方案Ⅱ 2 4
b。取少量b，滴加盐酸，有Cl 产生。
2
Ⅰ．由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有______离子，但该离子的产生不能判断一定是KFeO 将Cl－氧
2 4
化，还可能由________________产生（用方程式表示）。
Ⅱ．方案Ⅱ可证明KFeO 氧化了Cl－。用KOH溶液洗涤的目的是________________。
2 4
②根据KFeO 的制备实验得出：氧化性Cl________ （填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ实验表
2 4 2 FeO2−
4
明，Cl 和 的氧化性强弱关系相反，原因是________________。
2 FeO2−
4③资料表明，酸性溶液中的氧化性 ＞ ，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO 和足量HSO
FeO2− MnO− 4 2 4
4 4
的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性 ＞ 。若能，请说明理由；若不
FeO2− MnO−
4 4
能，进一步设计实验方案。理由或方案：________________。
高频考点四 氢氧化亚铁制备方法的实验创新改进
例4.下列各图示中能较长时间看到Fe（OH） 白色沉淀的是 （填序号）。
2
【方法技巧】制备Fe（OH） 常用的三种方法
2
（1）有机层覆盖法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油（不能用CCl ），以防止
4
空气与Fe（OH） 接触发生反应，如图1所示。
2
（2）还原性气体保护法
用H 将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可较长时间观察到白色沉淀，如图
2
2所示。（3）电解法
用铁做阳极，电解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆盖苯（或煤油），如图3所示。
另外，反应液要现用现配，且配制亚铁盐溶液和碱溶液所用的蒸馏水都需要加热煮沸除氧。
【变式探究】如图所示，此装置可用来制取和观察Fe（OH） 在空气中被氧化的颜色变化。实验时必
2
须使用铁屑和6mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：
（1）B中盛有一定量的NaOH溶液，A中烧瓶内应预先加入的药品是 。A中反应的离子方程
式是_________________________________________________________________________________。
（2）实验开始时先将止水夹a （填“打开”或“关闭”）。
（3）简述生成Fe（OH） 的操作过程：___________________________________________________。
2
（4）实验完毕，打开b处止水夹，放入一部分空气，此时B中发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
高频考点五 考查Fe2＋、Fe3＋ 检验与计算
例5.向含有1 mol HNO 和1 mol H SO 的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量，溶液中金属阳离子a、b与
3 2 4
所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。下列有关判断不正确的是( )
A．a表示Fe3＋的关系曲线
B．n＝0.75
1
C．P点时，n(Fe2＋)＝0.562 5 mol
D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解12.2 g【举一反三】某班同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 mol/L 的溶液。在FeCl 溶液中需加入少量铁
2
屑，其目的是___________________________________________。
(2)甲组同学取2 mL FeCl 溶液，加入几滴氯水，再加入1滴 KSCN溶液，溶液变红，说明Cl 可将Fe2
2 2
＋氧化。FeCl 溶液与氯水反应的离子方程式为_____________________。
2
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl 溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下
2
依 次 加 入 几 滴 氯 水 和 1 滴 KSCN 溶 液 ， 溶 液 变 红 ， 煤 油 的 作 用 是
_____________________________________。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol/L KI溶液，加入6 mL 0.1 mol/L FeCl 溶液混合。分别取2 mL此溶液于3
3
支试管中进行如下实验：
①第一支试管中加入1 mL CCl 充分振荡、静置，CCl 层显紫色；
4 4
②第二支试管中加入1滴K[Fe(CN) ] 溶液，生成蓝色沉淀；
3 6
③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。
实验②检验的离子是________(填离子符号)；实验①和③说明：在I－过量的情况下，溶液中仍含有
______(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为____________________。
【方法技巧】检验Fe2＋和Fe3＋时的注意事项
（1）检验Fe2＋时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入足量的新制氯
水中（新制氯水可以氧化SCN－）。
（2）当溶液浓度较稀时，利用观察法或加NaOH溶液的方法都不宜检验Fe2＋和Fe3＋的存在。
（3）Fe3＋、Fe2＋、Cl－同时存在时不能用酸性KMnO 溶液检验Fe2＋（Cl－能还原酸性KMnO ，有干
4 4
扰）。
（4）检验Fe2＋、Fe3＋的其他方法
①检验Fe2＋最好、最灵敏的试剂是铁氰化钾K[Fe（CN）]。
3 6
②检验Fe3＋也可用苯酚（C HOH），在FeCl 溶液中滴加苯酚，溶液显紫色。
6 5 3
【变式探究】要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋，进行如下实验操作时，最佳顺序为( )
①加入足量氯水 ②加入足量酸性KMnO 溶液 ③加入少量NH SCN溶液
4 4
A．①③ B．③②
C．③① D．①②③
高频考点六 铁及其化合物的转化
例6.（2021·广东高考真题）部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是A． 可与 反应生成
B． 既可被氧化，也可被还原
C．可将 加入浓碱液中制得 的胶体
D．可存在 的循环转化关系
【举一反三】（2018·高考全国卷Ⅰ）磷酸亚铁锂（LiFePO ）电池是新能源汽车的动力电池之一。采
4
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，其流程如图所示：
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
【变式探究】（2019·全国卷Ⅰ）硫酸铁铵[NH Fe（SO ）·xHO]是一种重要铁盐。为充分利用资源，
4 4 2 2
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①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是 。
（2）步骤②需要加热的目的是 ，温度保持80～95℃，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③中选用足量的HO，理由是______________________________________
2 2
________________________________________________________________________。
分批加入HO，同时为了 ，溶液要保持pH小于0.5。
2 2
（4）步骤⑤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 。
