分类归纳 突破难点

张瑞

摘 要：在高考中，Fe2+、Fe3+是多方面考查学生化学科学素养的重要落脚点.命题的角度多从性质、转化、制取、检验、分离、产率、含量测定为主，以选择题或综合题的形式考查，多以实验探究、工业流程的形式与化学反应原理知识相联系进行考查.本文分类归纳高考中Fe2+、Fe3+的常见的命题方式，从而突破解题难点.

关键词：胶体粒子;Fe2+、Fe3+的离子检验;控制pH值除杂;氧化还原计算;实验综合探究

在高考中，金屬元素及其化合物的考查以钠、镁、铝、铁、铜及其化合物为主，而Fe2+、Fe3+则是多方面考查学生化学科学素养的重要落脚点.命题的角度多从性质、转化、制取、检验、分离、产率、含量测定为主，以选择题或综合题的形式考查，多以实验探究、工业流程的形式与化学反应原理知识相联系进行考查.然而对于大多数考生来说，无论是对于实验探究，还是化工流程均是学生的难关.Fe2+、Fe3+在高考中是从哪些方面考查，笔者从以下几方面归纳.

1 NA的考查

【典型例题1】判断正误

（1）16.25 g FeCl3水解形成的Fe（OH）3胶体粒子数为0.1 NA（ ）

（2）0.1molFe（OH）3胶体粒子中所含有的铁原子数为0.1NA（ ）

（3）仅含0.2molFeI2的溶液持续通Cl2，当0.1molFe2+被氧化时，转移电子数为0.1NA（ ）

（4）常温下，1L0.1mol.L-1FeCl3溶液与2L0.05mol.L-1FeCl3所含Fe3+数目相同（  ）

（5）在100ml0.1mol.L-1FeCl3溶液中，阴阳离子总数大于0.4NA（ ）

解析 （1）16.25 g FeCl3为0.1mol，但是水解是可逆反应，不能进行到底.所以胶体粒子数小于0.1 NA，所以选项错误.

（2）Fe（OH）3胶体粒子是多个Fe（OH）3聚集体且在制备的过程中会吸附Fe3+而显正电，即表面也有铁原子，故选项错误.

（3）Fe2+、I-、Br-均有还原性，其顺序为I->Fe2+>Br-，则氯气先与I-反应，再与Fe2+反应.当0.1molFe2+被氧化时，0.4molI-已经被氧化，转移电子数为0.5NA.故选项错误.

（4）利用盐类水解的规律，越稀越水解，则0.05mol.L-1的FeCl3水解程度更大，剩余的Fe3+更少，故该选项错误.

（5）该溶液中Cl-数目为0.3NA，而Fe3+会水解，Fe3++3H2O Fe（OH）3+3H+，可见消耗一个Fe3+，会生成3个H+，则阳离子数大于0.1NA，故选项正确.

答案：1.×  2.×  3.×  4.×  5.√

【解题策略】Fe3+在高考中主要考查水解的程度和胶体粒子带电问题，处理时要注意Fe3+水解时阳离子数增大和Fe（OH）3胶粒带正电.

Fe2+主要考查氧化还原的转移电子数问题，处理时要注意常见离子的还原性顺序S2->SO2-3>I->Fe2+>Br->Cl-.

2 离子检验

Fe2+、Fe3+做为高中阶段最重要的离子，其离子检验则是学生必须掌握的内容（如图1）.

先加入KSCN，再通Cl2先无明显现象，后形成血红色溶液

加入K3[Fe（CN）6]溶液有蓝色沉淀生成

加入NaOH溶液先有白色沉淀后转化成灰绿色最后转化成红褐色沉淀

加入KSCN溶液形成血红色溶液

加入K4[Fe（CN）6]溶液有蓝色沉淀生成

加入苯酚溶液形成紫色溶液

加入NaOH溶液产生红褐色沉淀

【典型例题2】（1号卷.A10联盟最后一卷理综26节选）氯化铁是一种重要的水处理剂，易溶于水并且有强烈的吸水性.能吸收空气里的水分而潮解.

（1）有同学提出产品可能含有FeCl2，证明该产品中是否含有FeCl2的实验操作是.

解析 产品中既有Fe3+又有Fe2+，还有Cl-.鉴别Fe2+时不能用KSCN，因为加入就会有血红色溶液现象.不能用Fe2+与酸性KMnO4出现褪色来检验，因为Cl-也能使其退色.也不能用NaOH溶液，因为红褐色沉淀对白色沉淀有覆盖作用.所以用赤血盐（K3[Fe（CN）6]）来检验其中的Fe2+.

答案：取该产品溶于稀盐酸中，加入K3[Fe（CN）6]溶液，若有蓝色沉淀生成，则证明产品中含Fe2+，若没有明显现象，则不含Fe2+.

【变式训练】（2019普通高考化学样卷十26题节选）摩尔盐[（NH4）2Fe（SO4）2.6H2O]溶于水，不溶于乙醇，广泛用于工业分析.

（1）摩尔盐完全分解后，残留固体A用磁铁靠近，无固体吸附，推测A中固体成分可能为FeO和Fe2O3的混合物，设计简单实验验证推测.

解析 思路一：此题要证明既含有Fe3+又有Fe2+，所以可以将固体溶解后先加入KSCN来证明Fe3+的存在，而Fe2+则可以利用其还原性来证明，注意溶解时要溶于稀硫酸.

思路二：要证明既有Fe3+又有Fe2+，则可加入黄血盐和赤血盐来证明.

答案：取固体溶于稀硫酸，用A试管取一定上清液加入KSCN溶液，用B试管取酸性KMnO4加入一定上清液，若A试管中有血红色溶液，B试管中紫色褪去，则证明产品可能为FeO和Fe2O3的混合物.

或者取固体溶于稀硫酸，用A试管取一定上清液加入K3[Fe（CN）6]，有蓝色沉淀生成;用B试管取一定上清液加入K4[Fe（CN）6]，有蓝色沉淀生成.则证明产品可能为FeO和Fe2O3的混合物.

【解题策略】Fe3+单独检验时一般用KSCN溶液，Fe2+单独检验时一般用KSCN和Cl2，当既有Fe3+又有Fe2+，则可加入黄血盐和赤血盐来证明.

3 工业中控pH值实现铁离子的除杂

【典型例题3】（2019高考理科能力测试四27题节选）Ni2O3主要用作陶瓷、玻璃、搪瓷的着色颜料.工业上以金属镍废料为原料生产Ni2O3的工艺流程如图2所示.

已知：25℃不同金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH见表1.

（1）“酸浸”后所得溶液中除去Ni2+、Cl-外，还含有少量Fe2+、Fe3+、Al3+.若省略H2O2“氧化”步骤，则造成的后果是;上述流程中需“调节pH”的范围为.

解析 因为Ni2+、Fe2+沉淀的pH出现交叉，则无法将Fe2+从中除去.因此需要先氧化，则双氧水的原理为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，然后控制pH将Fe3+沉淀而除去，所以若省略H2O2“氧化”步骤，则造成的后果是无法除尽Fe2+.

要控pH值除去Al3+、Fe3+的同时Ni2+不能沉淀，则4.7≤pH<7.1.

【解题策略】工业中控pH值实现铁离子的除杂，是化工习题的经典题型.常见思路是先氧化再控pH沉淀，同时也要注意目标离子不能沉淀.

【变式训练】（2019合肥市第三次模拟考试理综27题节选）硫酸锰广泛应用于农业、轻工、电子和医药等行为.工业上以软锰矿（主要成分MnO2，还含有少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质）为原料制备的.制备流程如图3所示：

室温下，部分金属阳离子沉淀的pH见表3.

回答下列问题：

（1）滤液A中加入H2O2目的是.

（2）加入MnCO3的目的是调节pH，调节pH范围为.

（3）室温下，当溶液中Fe3+、Al3+均形成沉淀，溶液中c（Al3+）∶c（Fe3+）=.（当离子浓度为10-5mol.L-1，认为完全沉淀）.

解析 （1）滤液A中主要含Al3+、Fe2+、Fe3+，所以加入H2O2的主要作用是将Fe2+氧化成Fe3+，便于控制pH将其除去.

（2）加入MnCO3的目的是控pH值除去Al3+、Fe3+的同时Mn2+不能沉淀，因此范围是5.4≤pH<8.8.

（3）此题是Ksp的相关运算，因开始沉淀时的离子浓度没有告知，只可以用沉淀完全时求解.Al3+沉淀完全时pH=5.4，此时c（OH-）=10-8.6，Ksp[Al（OH）3]=c（Al3+）c（OH-）3=10-5×（10-8.6）3=10-30.8.Fe3+沉淀完全时pH=3.2，此时c（OH-）=10-10.8，

Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）c（OH-）3=10-5×（10-10.8）3=10-37.4.此时c（Al3+）∶c（Fe3+）=

Ksp[Al（OH）3]/c（OH-）3Ksp[Fe（OH）3]/c（OH-）3=10-30.810-37.4=106.61.

4 Fe2+、Fe3+的氧化还原运算

【典型例题4】（1号卷.A10联盟2019高考最后一卷理综26节选）氯化铁是一种重要的水处理剂.

（1）测定产品的纯度：氯化铁中含有氯化亚铁杂质，称取a g的产品溶于水，加入足量的KI溶液，待其充分反应后稀释至100ml.从中取出25ml溶液于锥形瓶中，加入几滴淀粉溶液，用cmol·L-1Na2S2O3标准溶液进行滴定，消耗标准溶液的体积为Vml（已知：2Na2 S2 O3  +I2=Na2S4O6+2NaI），则产品的纯度为.

解析 利用氧化还原反应的关系式

2FeCl3～2I-～I2～2Na2S2O3，且设FeCl3 为xmol，

xmol  cV×10-3mol

所以x=cV×10-3mol，m（FeCl3）=cV×10-3×56g，w（FeCl3）=cV×10-3×56a×100%=

65cVa%

【变式训练】（“皖南八校”2019届高三三模理综27题节选）现用滴定法测定碳酸锰产品中Mn2+的含量.实验步骤：用分析天平称取1.650g产品试样，向其中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热、搅拌，使反应2MnCO3+4H3PO4+HNO3= 2CO2+2H3[Mn（PO4）2]+HNO2+3H2O充分进行;然后加入稍过量的硫酸铵，除去HNO2;再加入稀硫酸酸化，用2.000mol·L-110.00mL（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液进行滴定，发生的反应[Mn（PO4）2]3-+Fe2++4H+=Mn2++Fe3++2H2PO-4;用0.1000mol.L-110.00mL 酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+（还原产物是Cr3+），计算碳酸锰产品中锰元素的质量分数%（保留1位小数）.

解析 此题是氧化还原中的间接滴定法 ，n（Fe2+）总=2×10×10-3mol=2×10-2mol ，又因为存在6Fe2+（剩余）～Cr2O2-7 ，n（Fe2+）（剩余）=6×0.1×10×10-3=6×10-3mol，则可以计算出Fe2+（反应）=2×10-2-6×10-3=1.4×10-2mol.設n（MnCO3）=xmol，利用关系式2MnCO3～2H3[Mn（PO4）2]～2Fe2+（反应），解得n（MnCO3）=1.4×10-2mol，则n（Mn）=1.4×10-2mol，所以w（Mn）=1.4×10-2×551.650×100%=46.7%

【解题策略】常见的Fe2+、Fe3+的氧化还原运算，直接滴定法和间接滴定法.则处理该类习题时，一定要找到关系式，而间接滴定法中要找到滴定的总量和剩余量，然后解出剩余的量.

5 综合实验应用探究

【典型例题5】（2017全国Ⅲ卷理综26题）绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途.某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究.回答下列问题：

（1）在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化.再向试管中通入空气，溶液逐渐变红.由此可知：、.

（2）为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管（带两端开关K1和K2）（设为装置A）称重，记为m1 g.将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g.按下图连接好装置进行实验.

①仪器B的名称是.

②将下列实验操作步骤正确排序（填标号）;重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g.

a.点燃酒精灯，加热

b.熄灭酒精灯

c.关闭K1和K2

d.打开K1和K2，缓缓通入N2

e.称量A

f.冷却到室温

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x=（列式表示）.若实验时按a、d次序操作，则使x（填“偏大”“偏小”或“无影响”）.

（3）为探究硫酸亚铁的分解产物，将（2）中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热.实验后反应管中残留固体为红色粉末.

①C、D中的溶液依次为（填标号）.C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为.

a.品红 b.NaOH c.BaCl2

d.Ba（NO3）2 e.浓H2SO4

②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式.

解析 （1）样品中加入KSCN溶液，无颜色变化，说明样品中无Fe3+;再向试管中通入空气，溶液逐渐变红，说Fe2+易被氧气氧化为Fe3+.

（2）①根据仪器构造可知B是球形干燥管.

②由于装置中含有空气，空气能氧化硫酸亚铁，所以加热前需要排尽装置中空气，利用N2排出空气，为了使生成的水蒸气完全排除，应先熄灭酒精灯，再冷却，然后关闭K1和K2，最后称重，即正确的排序是dabfce.

③样品的质量是（m2-m1）g，加热后剩余固体是硫酸亚铁，根据铁原子守恒可知m2-m1152+18x=m3-m1152，解得x=76（m2-m3）9（m3-m1）;若实验时按a、d次序操作，在加热过程中硫酸亚铁被空气氧化为硫酸铁，导致m3增加，因此x偏小.

（3）①最终得到红色粉末，说明有氧化铁生成，即分解过程发生了氧化还原反应，根据化合价变化可知一定有SO2生成，这说明硫酸亚铁分解生成氧化铁、SO2和三氧化硫.三氧化硫溶于水生成硫酸，硫酸和钡离子结合生成白色沉淀硫酸钡，由于硝酸钡在酸性溶液中有氧化性，能氧化SO2，所以应该用氯化钡，检验SO2用品红溶液，所以C、D的溶液依次为氯化钡溶液和品红溶液，实验现象是C中溶液变浑浊，产生白色沉淀，D中品红溶液褪色.

②根据以上分析可知硫酸亚铁高温分解的方程式为2FeSO4高温Fe2O3+SO2↑+SO3↑.

【答案】（1）样品中没有Fe3+ Fe2+易被氧气氧化为Fe3+

（2）①干燥管

② dabfce

③76（m2-m3）9（m3-m1） 偏小

（3）①c、a 生成白色沉淀、褪色

② 2FeSO4高温Fe2O3+SO2↑+SO3↑.

【解题策略】Fe2+、Fe3+在综合实验中经常考查，考查方式主要是考查离子的性质、检验、实验操作、氧化还原计算等，因此熟练的掌握Fe2+、Fe3+的性质对此类习题能达到事倍功半的效果.

结语：Fe2+、Fe3+在高考中的常见形式就是上述的几种大的类型，命题的角度多从性质、转化、制取、检验、分离、产率、含量测定为主，以選择题或综合题的形式考查，多以实验探究、工业流程的形式与化学反应原理知识相联系进行考查.因此抓住各类习题的考查方式和解题策略就可以更好的熟知Fe2+、Fe3+的性质，从而达到高分的突破.