多維度掃描核心考點
——鐵及其化合物

盧國鋒

黑龍江

多維度掃描核心考點
——鐵及其化合物

盧國鋒

我國高考命題的范式由“三維目標2.0版”升級到“核心素養(yǎng)3.0版”，鐵元素具有三重特性，不能缺席高考盛宴，特性一：作為典型變價金屬，屬于少數(shù)核心知識，特性二：研究過程中采用多種科學認知方法，屬于關鍵能力，特性三：是日常生活中不可或缺的重要元素，春秋冶鐵、戰(zhàn)國煉鋼化學史實，金屬腐蝕與防護屬于考生責任擔當?shù)谋貍淦犯?。對鐵及其化合物知識點與命題點分類研究，能精準助考，事半功倍。

一、從變價特性角度考查

此維度加工試題的特點是知識點不變，設問角度從淺入深變化。

1.第一層次基礎型：判斷Fe與氧化性強弱不同的氧化劑反應時的產(chǎn)物價態(tài)。

例1：判斷下列說法是否正確：

A.(2012天津2題節(jié)選)Fe在足量Cl2中燃燒生成FeCl2和FeCl3( )

B.(2012重慶2題節(jié)選)Fe與S混合加熱生成FeS2( )

C.(2013廣東23題節(jié)選)( )

操作現(xiàn)象結(jié)論將水蒸氣通過灼熱的鐵粉粉末變紅鐵與水在高溫下發(fā)生反應

解析：四個選項考查記憶的準確性，F(xiàn)e與強氧化劑Cl2反應只能生成FeCl3，A與D都錯誤，F(xiàn)e與弱氧化劑S反應只能生成FeS，F(xiàn)e與弱氧化劑水蒸氣反應生成黑色Fe3O4,B與C都錯誤。

2.第二層次數(shù)量型：在第一層次的基礎上將性質(zhì)與電子轉(zhuǎn)移和產(chǎn)物數(shù)量結(jié)合在一起，進一步從定量角度考查變價和鈍化性質(zhì)。

例2：下列說法正確的是

( )

A.(2016全國1卷8題節(jié)選)1 mol Fe溶于過量硝酸，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為2NA

B.(2015廣東10題節(jié)選)3 mol單質(zhì)Fe完全轉(zhuǎn)化變?yōu)镕e3O4，失去8NA個電子

C.(2014廣東10題節(jié)選)56 g鐵片投入足量濃H2SO4中生成NA個SO2分子

D.(2011廣東9題節(jié)選)1 mol Fe2+與足量的H2O2溶液反應，轉(zhuǎn)移2NA個電子

3.第三層次離子型：包括離子共存、離子方程式書寫與正誤判斷，借此考查化學術語熟練程度。

例3：(2016江蘇12題)制備(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的實驗中，需對過濾出產(chǎn)品的母液(pH<1)進行處理。常溫下，分別取母液并向其中加入指定物質(zhì)，反應后溶液中主要存在的一組離子正確的是

( )

4.第四層次實驗型：Fe2+與Fe3+相互轉(zhuǎn)化中關鍵知識是氧化還原反應規(guī)律，實驗關鍵操作是條件控制，實驗現(xiàn)象及結(jié)論的關鍵是科學合理。

例4：(2016全國2卷28題)問題展示：

問題1和問題3涉及的是同一問題：Fe2+具有較強的還原性，能被空氣中的氧氣氧化，加鐵粉和煤油都是防止Fe2+被氧化。問題2和問題5涉及的知識點還是Fe2+，只是轉(zhuǎn)換問題角度，不同氧化劑與Fe2+反應離子方程式的書寫。問題4涉及可逆反應。問題5涉及產(chǎn)物對反應的催化作用使速率加快，反應的熱效應對水解平衡的影響及相關化學理論。

二、從化學觀念角度考查

此維度是用化學核心觀念將不同知識串聯(lián)在一起，此法可以達到“形散神不散”的效果。

1.實用觀

例5：下列說法不正確的是

( )

A.(2016浙江7題節(jié)選)納米鐵粉可以高效地去除被污染水體中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金屬離子，其本質(zhì)是納米鐵粉對重金屬離子較強的物理吸附

B.(2011北京8題節(jié)選)結(jié)合圖判斷Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護

D.(2011浙江10題節(jié)選)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓周中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿棕色鐵銹環(huán)(b)，如圖所示。導致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少,推斷液滴中的Cl―由b區(qū)向a區(qū)遷移

2.微粒觀

(4)顯色性：①Fe3+與SCN-生成紅色Fe(SCN)3,用于Fe3+檢驗，注意Fe(SCN)3不是沉淀，化學方程式中不能使用“↓”；②Fe3+與含酚羥基的有機物反應呈紫色，用于有機物的鑒別。

例6：(2015天津10題節(jié)選)FeCl3具有凈水作用，但腐蝕設備，而聚合氯化鐵是一種新型的絮凝劑，處理污水比FeCl3高效，且腐蝕性小。請回答下列問題：

(1)FeCl3溶液腐蝕鋼鐵設備，除H+作用外，另一主要原因是___________(用離子方程式表示)。

a．降溫 b．加水稀釋

c．加入NH4Cl d．加入NaHCO3

室溫下，使氯化鐵溶液轉(zhuǎn)化為高濃度聚合氯化鐵的關鍵條件是____________。

(3)某污水處理廠用氯化鐵凈化污水的結(jié)果如圖所示。由圖中數(shù)據(jù)得出每升污水中投放聚合氯化鐵[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范圍約為___________mg·L-1。

3.守恒觀

化學計算題是體現(xiàn)守恒觀的主要形式，顯性的知識是原子守恒，隱性的知識是溶液中電荷守恒和反應得失電子守恒，多步反應可以通過化學方程式中化學計量數(shù)尋找已知與未知的關系，也可以通過原子守恒獲得關系式，混合物通過守恒列二元一次方程組求解。

(1)電荷守恒

例7：(2015天津10題節(jié)選)若酸性FeCl2廢液中c(Fe2+)=2.0×10-2mol·L-1,c(Fe3+)=1.0×10-3mol·L-1,c(Cl-)=5.3×10-2mol·L-1,則該溶液的pH約為___________。

解析：酸性溶液中c(OH-)忽略不計，根據(jù)陽離子所帶正電荷總數(shù)(即離子濃度乘以離子所帶電荷數(shù))等于陰離子所帶負電荷總數(shù)，2c(Fe2+)+3c(Fe3+)+c(H+)=c(Cl-),c(H+)=1×10-2mol·L-1,pH=-lgc(H+)=2。

(2)原子守恒

例8：(2012全國2卷26題節(jié)選)現(xiàn)有一含有FeCl2和FeCl3的混合樣品，采用實驗方法測得n(Fe)∶n(Cl)=1∶2.1，則該樣品中FeCl3的物質(zhì)的量分數(shù)為________。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(3)得失電子守恒

(4)公式中守恒關系

例10：(2012海南14題節(jié)選)在FeCl3溶液蝕刻銅箔制造電路板的工藝中，廢液處理和資源回收的過程簡述如下：Ⅰ.向廢液中投入過量鐵屑，充分反應后分離出固體和濾液；Ⅱ.向濾液中加入一定量石灰水，調(diào)節(jié)溶液pH，同時鼓入足量的空氣。過程Ⅱ中調(diào)節(jié)溶液的pH為5，金屬離子濃度為___________。(列式計算){已知：Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38}

解析：pH=5，c(H+)=10-5，c(OH-)=10-9，Ksp[Fe(OH)3]=c3(OH-)·c(Fe3+)=10-27·c(Fe3+)=4.0×10-38，c(Fe3+)=4.0×10-11mol·L-1。

4.轉(zhuǎn)化觀

(1)針對“溶液呈黃色”，有同學認為溶液中有Fe3+，針對此觀點實驗：

①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了該同學的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關，對比實驗記錄如下：

序號取樣時間/min現(xiàn)象ⅰ3產(chǎn)生大量白色沉淀;溶液呈紅色ⅱ30產(chǎn)生白色沉淀;較3min時量少;溶液紅色較3min時加深ⅲ120產(chǎn)生白色沉淀;較30min時量少;溶液紅色較30min時變淺

(資料：Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN)

②對Fe3+產(chǎn)生的原因作出如下假設：

假設a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3+；

假設b：由于空氣中存在O2，可產(chǎn)生Fe3+；

假設d：根據(jù)加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag+，可產(chǎn)生Fe3+。

③下列實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。

實驗Ⅰ：向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液，3 min時溶液呈淺紅色，30 min后溶液幾乎無色。

實驗Ⅱ：裝置如圖。其中甲溶液是________，操作及現(xiàn)象是____________。

(2)根據(jù)實驗現(xiàn)象，結(jié)合方程式推測實驗ⅰ～ⅲ中Fe3+濃度變化的原因：________。

5.實驗觀

實驗是考查過程與方法目標的最佳途徑，“過程”指科學過程，它包括提出問題、收集資料和事實、整理加工資料和事實、得出結(jié)論、交流與應用等環(huán)節(jié)?！胺椒ā敝缚茖W方法，它包括觀察方法、實驗方法、資料和事實處理方法、科學邏輯方法(如比較、分類、歸納、概括)、假說方法和模型方法等。

(1)分離提純角度考查：①硫酸亞鐵銨制備；②綠礬制備檸檬酸亞鐵；③鍍鋅鐵皮制備Fe3O4膠體粒子；④制備綠礬化工流程。

(2)性質(zhì)探究角度考查：①溫度對CO還原Fe2O3的影響；②探究弱酸條件下電化學腐蝕；③探究Fe2+對O3氧化I-反應的影響；④探究綠礬性質(zhì)；⑤Fe3+催化H2O2分解的反應；⑥FeCl3吸收H2S實驗，探究使FeCl3再生；⑦地下水脫氮；⑧納米鐵粉處理水；⑨環(huán)境修復：鐵除去硝酸鹽。

黑龍江省大慶市第五十六中學)