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2022年高考化学一轮复习讲义第3章第16讲 铁及其化合物的转化关系 (含解析)
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这是一份2022年高考化学一轮复习讲义第3章第16讲 铁及其化合物的转化关系 (含解析)，共17页。试卷主要包含了0 g固体，7、pH≥9，2 ml等内容，欢迎下载使用。
第16讲 铁及其化合物的转化关系
复习目标 1.掌握铁及其化合物的转化关系及应用。2.理解化工流程及实验室中实现铁及其化合物的转化原理和条件分析。
考点一 基于价类二维图理解铁及其化合物的转化关系
从物质类别和物质所含核心元素的化合价两个角度总结、预测物质的性质是学习化学的重要方法之一。
(1)横向变化体现了同价态不同类别(氧化物、碱、盐)之间的转化；①碱性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)转化为盐；②Fe2＋、Fe3＋与碱(OH－)反应生成对应的碱；③难溶性的碱易分解生成对应的氧化物，但难溶性的碱性氧化物一般不与水反应生成对应的碱。
(2)纵向变化体现不同价态同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。
(3)斜向变化体现不同价态、不同类别之间物质的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。
完成下列变化的离子方程式，体会Fe2＋与Fe3＋转化条件。
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：
H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋。
(2)将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液，溶液变蓝：
2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。
(3)FeCl3可溶解铁片：
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
(4)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色：
5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。
(5)将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中，有无色气体放出：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
1．如图为铁元素的价类二维图，其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是( )
A．铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①
B．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，迅速发生转化②生成红棕色粉末
C．加热Fe(OH)3发生转化⑥，加水溶解可实现转化③
D．由图可预测：高铁酸盐(FeO)具有强氧化性，可用于消毒，FeO与水反应最终可生成Fe(OH)3胶体，从而吸附水中的悬浮物，故高铁酸盐可作净水剂
答案 D
解析 铁与高温水蒸气的反应生成四氧化三铁和氢气，不能实现上述转化①，故A错误；FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，部分被氧化，氧化生成Fe3O4，不能发生转化②，故B错误；加热Fe(OH)3发生转化⑥分解生成氧化铁，氢氧化铁不溶于水，加水溶解不可实现转化③，故C错误；高铁酸盐中铁为＋6价，具有强氧化性，可用于消毒，与水发生氧化还原反应后生成铁离子，铁离子与水反应生成Fe(OH)3胶体。
2．硫酸亚铁是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)，下列说法错误的是( )
A．FeSO4与NH4HCO3反应制备FeCO3，适宜在高温条件下进行
B．碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体，可用作净水剂
C．可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被氧化
D．常温下，FeSO4比(NH4)2Fe(SO4)2易溶于水
答案 A
3．(2019·河北衡水中学周测)球墨铸铁中含有一种铁碳化合物X。实验小组为测定化合物X的组成设计实验如下：
下列说法不正确的是( )
A．固体2是氧化铁
B．X的化学式可以表示为Fe3C2
C．溶液甲加热、蒸发、灼烧也可得到24.0 g固体
D．X与足量的热浓硝酸反应有NO2和CO2生成
答案 B
解析 X在空气中煅烧转化为CO2气体与铁的氧化物，再经盐酸、氯气处理后得到FeCl3溶液(溶液乙)，加热、蒸发时，FeCl3水解得到Fe(OH)3，灼烧Fe(OH)3得到固体Fe2O3(固体2)，A正确；n(Fe2O3)＝＝0.15 mol，n(Fe)＝0.3 mol，m(Fe)＝16.8 g，m(C)＝18.0 g－16.8 g＝1.2 g，n(C)＝0.1 mol，n(Fe)∶n(C)＝3∶1，X的化学式可以表示为Fe3C，B错误；溶液甲加热、蒸发、灼烧过程中，Fe2＋会被空气中的氧气氧化为Fe3＋，最后得到的固体也是Fe2O3，C正确；浓硝酸和铁碳化合物反应，碳元素被氧化成CO2，氮元素被还原为NO2，D正确。
4．甲、乙两种单质与A、B、C、D、E、F六种化合物之间可以按下面框图所示进行反应，已知：C为红褐色沉淀，E为白色沉淀，F焰色反应为黄色。
(1)写出甲、乙、B、E化学式：
甲：________；乙：________；B：________；E：________。
(2)写出①②③④反应的化学方程式：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe Cl2 FeCl3 Fe(OH)2
(2)Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
考点二 变价“铁”的常见考法
1．Fe2＋与Fe3＋的氧化还原性强弱顺序
氧化性：Cl2>Br2>Fe3＋>Cu2＋>I2>Fe2＋
还原性：Cl－
例 制印刷电路时，常用氯化铁溶液作为腐蚀液，其反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，现向氯化铁溶液中加入a g铜，完全溶解后，再加入b g铁，充分反应后得到c g残余固体，且a>c，则下列说法正确的是( )
A．残余固体可能为铁和铜的混合物
B．残余固体全部是铜
C．最后得到的溶液中可能含有Fe3＋
D．残余固体是铁，溶液中一定不含Cu2＋
分析 此题中发生的反应有三个，化学方程式如下：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2；CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu,2FeCl3＋Fe===3FeCl2
依元素守恒可知
步骤一：a g铜完全溶解后，变为a g铜离子，
步骤二：若加入的铁足够多的话，可将溶液中的铜离子全部变回金属铜(a g)甚至还会有铁剩余，此时，残余固体(c g)应大于或等于a g，依题意：a>c可知，加入的铁是不足量的，此时溶液中还有部分铜未完全置换出来。结论1：剩余固体为Cu，不可能有Fe剩余，A错误、B正确；
步骤三：根据化学反应方程式可知，溶液中一定有Fe2＋，由上述推导可知，溶液中还应有Cu2＋剩余，由化学方程式2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2可知，Cu与Fe3＋是不能共存的，剩余固体中有Cu，则溶液中必无Fe3＋。结论2：充分反应后剩余固体为Cu，而溶液中含FeCl2和CuCl2，C、D错误。
3．过量的铁对氧化产物的影响
Fe(Fe3O4)Fe3＋Fe2＋
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
例 铁与稀HNO3的反应
判断产物中铁的价态：一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的物质的量分析判断。
①当HNO3过量时，≤
反应原理：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，铁元素的存在形式为Fe3＋，铁元素的价态为＋3价。
②当Fe过量时≥。
反应原理：3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，铁元素的存在形式为Fe2＋，铁元素的价态为＋2价。
③当<<时
铁元素的存在形式为Fe2＋和Fe3＋，铁元素的价态为＋2、＋3价。
4．工业生产时溶液中Fe3＋、Fe2＋的除去方法
(1)原理：Fe3＋、Fe2＋完全生成氢氧化物沉淀时，溶液的pH分别为pH≥3.7、pH≥9.6。
(2)步骤：
①除去溶液中的Fe3＋时，一般是加入能与酸反应的物质(但不能引入新的杂质)，调节溶液的pH≥3.7，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
②除去溶液中的Fe2＋时，先加入H2O2(或其他氧化剂，但不引入新杂质)，使Fe2＋转化为Fe3＋，然后调节溶液的pH≥3.7，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(3)示例：
①除去MgCl2溶液中的Fe3＋，可在加热搅拌条件下，加入足量MgO或MgCO3或Mg(OH)2，充分反应过滤除去。
②除去CuCl2溶液中的Fe2＋，先加入H2O2(或通入Cl2)，然后在加热搅拌条件下，加入足量CuO或CuCO3或Cu(OH)2，充分反应后过滤除去。
5．判断离子能否大量共存
(1)Fe2＋：与NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)不能大量共存(因发生氧化还原反应)。
(2)Fe3＋：与S2－、I－、SO、HS－不能大量共存(因发生氧化还原反应)。
(3)Fe2＋、Fe3＋：与HCO、CO、AlO等不能大量共存(因发生互相促进的水解反应)。
6．含Fe2＋、Fe3＋溶液的配制要点
(1)配制FeCl3溶液时先将FeCl3固体溶于浓盐酸中(抑制FeCl3水解，防止生成沉淀而导致溶液变浑浊)，再加水稀释至所需浓度。
(2)配制FeCl2溶液时，为防止Fe2＋被空气氧化还需加入少量铁粉。
7．高铁酸钾的性质
高铁酸钾(K2FeO4)中的Fe显＋6价，它是一种高效复合水处理剂：
(1)由于具有强氧化性能杀菌、消毒。
(2)由于反应后还原产物为Fe3＋，Fe3＋在溶液中水解生成氢氧化铁胶体，能吸附水中的悬浮杂质，起到净水的作用。
题组一 Fe2＋、Fe3＋氧化性、还原性强弱的应用
1．已知还原性：SO2>I－>Fe2＋，下列离子反应不能发生的是( )
A．SO2＋2Fe3＋＋2H2O===SO＋2Fe2＋＋4H＋
B．I2＋2Fe2＋===2I－＋2Fe3＋
C．SO2＋I2＋2H2O===2I－＋4H＋＋SO
D．少量Cl2通入FeI2溶液中：Cl2＋2I－===2Cl－＋I2
答案 B
解析 反应中还原剂SO2的还原性大于还原产物Fe2＋，符合题给条件，反应能进行，故不选A；还原性：I－>Fe2＋，而该反应中还原剂Fe2＋的还原性大于还原产物I－，不符合氧化还原反应规律，反应不能进行，故选B；反应中还原剂二氧化硫的还原性大于还原产物I－，符合题给条件，反应能进行，故不选C；还原性：I－>Fe2＋，I－先和氯气反应，反应中还原剂I－的还原性大于还原产物Cl－，反应能进行，故不选D。
2．(2020·重庆一中模拟)向稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析错误的是( )
A．OA段产生的是NO，AB段的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，BC段产生H2
B．A点溶液中的溶质为Fe(NO3)3和H2SO4
C．原混合酸中NO物质的量为0.2 mol
D．原混合酸中H2SO4的物质的量浓度为2 mol·L－1
答案 B
解析 分析图像中各阶段所发生的反应：
OA段：Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；
AB段：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；
BC段：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
由此可知A正确；由OA段所发生的反应可知硝酸完全转化为NO，溶液中不存在NO，故A点溶质应该是Fe2(SO4)3和H2SO4，B错误；由OA段氧化还原反应中得失电子守恒可知，n(NO)＝n(Fe)＝＝0.2 mol，C正确；三个阶段共消耗铁为22.4 g，即＝0.4 mol，C点溶质为FeSO4，由溶液中的电荷守恒可知n(SO)＝n(Fe2＋)＝0.4 mol，由反应前后SO物质的量不变可知原混合酸中硫酸的物质的量浓度为2 mol·L－1，D正确。
铁与硫酸、硝酸的混合酸反应顺序总结
足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(若H＋量不足，该反应不再发生)。
3．某大型化工厂产生的酸性废液中含有两种金属离子：Fe3＋、Cu2＋，化学小组设计了如下图所示的方案对废液进行处理，以回收金属，保护环境。
(1)操作①的名称是________；
(2)写出操作①过程中，Fe3＋与铁屑反应的离子方程式：_______________________________。
(3)溶液A中加入足量H2O2溶液的目的是将溶液A中的Fe2＋完全转化为Fe3＋，在此过程中H2O2所起的作用是________(填字母)。
A．氧化剂 B．还原剂
(4)检验溶液B中含有的金属阳离子的实验方法：取少量溶液B于洁净的小试管中，加入试剂________，溶液迅速转变为红色，即可检验。
(5)H2O2、乙醇、NaClO等水溶液可用于灭活新型冠状病毒，H2O2灭菌原理与________(填字母)相同。
A．乙醇 B．NaClO
答案 (1)过滤 (2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ (3)A
(4)KSCN溶液 (5)B
题组二 铁的重要化合物制备与性质探究
4．高铁酸钾是一种重要的绿色净水剂，具有净水和消毒双重功能。某课外学习小组设计如图所示方案制备高铁酸钾。下列说法不正确的是( )
A．高铁酸钾中铁元素的化合价为＋6，具有强氧化性
B．反应2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O中，生成2 mol FeO时，转移6 mol电子
C．制备高铁酸钾的化学方程式为2KOH＋Na2FeO4===K2FeO4＋2NaOH，根据复分解反应原理，高铁酸钠的溶解度大于高铁酸钾的溶解度
D．明矾、硫酸铁、高铁酸钾都能净水，其净水原理完全相同
答案 D
解析 K2FeO4中K为＋1价、O为－2价，由化合价代数和为0可知Fe为＋6价，化合价处于较高价态具有强氧化性，故A正确；反应2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O中，Fe元素从＋3价升高为＋6价，则生成2 mol FeO时，转移6 mol电子，故B正确；根据复分解反应原理，反应2KOH＋Na2FeO4===K2FeO4＋2NaOH能进行说明生成了更难溶的物质，所以高铁酸钠的溶解度大于高铁酸钾的溶解度，故C正确；高铁酸钾具有强氧化性，可用于杀菌消毒，还原生成的铁离子水解生成氢氧化铁胶体，具有吸附性，可吸附水中悬浮物聚沉以达到净水的目的，而明矾、硫酸铁只能作净水剂，故D错误。
5．乳酸亚铁是一种常用的补血剂，乳酸亚铁易溶于水，可由乳酸和碳酸亚铁反应制得。现以铁屑制备乳酸亚铁。如图所示：
(1)加入稀硫酸可能发生反应的离子方程式有________________________________________。
(2)写出加入NH4HCO3溶液发生反应的化学方程式：__________________________________。
(3)能否用酸性KMnO4溶液检验乳酸亚铁溶液中的Fe2＋？________(填“能”或“不能”)，其理由为_______________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)FeSO4＋2NH4HCO3===FeCO3↓＋(NH4)2SO4＋CO2↑＋H2O (3)不能 乳酸根离子也能被酸性高锰酸钾氧化
解析 (1)铁屑中含有Fe，可能含有铁锈(Fe2O3)，两者都会与稀硫酸反应。
6．已知三氯化铁的熔点为306 ℃，沸点为315 ℃，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。某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物做了如下探究实验。
(1)装置的连接顺序为__________________________________________________________。
(2)饱和食盐水的作用是________________________________________________________。
(3)反应一段时间后熄灭酒精灯，冷却后将硬质玻璃管及收集器中的物质一并快速转移至锥形瓶中，加入过量的稀盐酸和少许植物油(反应过程中不振荡)，充分反应后，进行如下实验：
①淡黄色溶液中加入试剂X生成淡红色溶液的离子方程式为___________________________。
②淡红色溶液中加入过量H2O2后溶液红色加深的原因是______________________________。
(4)已知红色褪去的同时有气体生成，经检验为O2。该小组同学对红色褪去的原因进行探究。
①取褪色后的溶液三份，第一份滴加FeCl3溶液无明显变化；第二份滴加试剂X，溶液出现红色；第三份滴加稀盐酸和BaCl2溶液，产生白色沉淀。
②另取同物质的量浓度的FeCl3溶液滴加2滴试剂X，溶液变红，再通入O2，无明显变化。
实验①说明_____________________________________________________________________；
实验②的目的是_________________________________________________________________；
得出结论：_____________________________________________________________________。
答案 (1)a→g→h→d→e→b→c→f
(2)除去氯气中的氯化氢气体
(3)①Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3 ②双氧水将Fe2＋氧化成Fe3＋，使Fe(SCN)3增多
(4)SCN－发生了反应而不是Fe3＋发生了反应 排除H2O2分解产生的O2氧化SCN－的可能 H2O2将SCN－氧化成SO
解析 (1)浓硫酸具有吸水性，能作氯气的干燥剂，碱石灰具有碱性而吸收氯气，饱和食盐水吸收氯化氢且能抑制氯气溶解，装置排列顺序为气体的制取→洗气→干燥→氯气和铁的反应→尾气处理，所以装置连接顺序为a→g→h→d→e→b→c→f。(3)①Fe3＋和KSCN反应生成络合物硫氰化铁而使溶液呈红色，离子方程式为Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3。(4)根据①滴加FeCl3溶液无明显变化，说明SCN－发生了反应而不是Fe3＋发生了反应，滴加稀盐酸和BaCl2溶液，产生白色沉淀，说明生成了SO；根据②另取同物质的量浓度的FeCl3溶液滴加2滴试剂X，溶液变红，再通入O2，无明显变化，说明O2不能氧化SCN－，所以氧化SCN－的为双氧水。
1．(2019·浙江4月选考，24)聚合硫酸铁[Fe(OH)SO4]n能用作净水剂(絮凝剂)，可由绿矾(FeSO4·7H2O)和KClO3在水溶液中反应得到。下列说法不正确的是( )
A．KClO3作氧化剂，每生成1 mol [Fe(OH)SO4]n消耗 mol KClO3
B．生成聚合硫酸铁后，水溶液的pH增大
C．聚合硫酸铁可在水中形成氢氧化铁胶体而净水
D．在相同条件下，Fe3＋比[Fe(OH)]2＋的水解能力更强
答案 A
解析 根据题干中的信息，可利用氧化还原配平法写出化学方程式：6nFeSO4＋nKClO3＋3nH2O===6[Fe(OH)SO4]n＋nKCl，可知KClO3作氧化剂，同时根据计量数关系可知每生成1 mol[Fe(OH)SO4]n消耗 mol KClO3，A项错误；绿矾溶于水后，亚铁离子水解使溶液呈酸性，当其转化为聚合硫酸铁后，亚铁离子的浓度减小，因而水溶液的pH增大，B项正确；聚合硫酸铁可在水中形成氢氧化铁胶体，胶体粒子吸附杂质微粒引起聚沉，因而能净水，C项正确；多元弱碱的阳离子的水解是分步进行的，[Fe(OH)]2＋的水解相当于Fe3＋的二级水解，由于其所带的正电荷比Fe3＋少，因而在相同条件下，其结合水电离产生的OH－的能力较弱，故其水解能力不如Fe3＋，即在相同条件下，一级水解的程度大于二级水解，D项正确。
2．(2019·全国卷Ⅰ，27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，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H2O2，理由是______________。分批加入H2O2，同时为了________，溶液要保持pH小于0.5。
(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________。
答案 (1)碱煮水洗
(2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质 防止Fe3＋水解
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析 (1)除去铁屑表面油污的方法是：用热纯碱溶液清洗铁屑，再用水洗。(2)铁与稀硫酸反应时加热，可提高反应速率。温度低于水的沸点，可以用热水浴加热，受热均匀且便于控制。含少量硫化物的铁屑与稀硫酸反应有H2S生成。氢气不与碱溶液反应，而硫化氢能与碱溶液反应，且H2S在水中溶解度小，故氢气中混有的硫化氢用烧碱溶液除去，又因为硫化氢与碱反应较快，容易引起倒吸，C装置倒置漏斗能防倒吸。故宜选择C装置吸收硫化氢。(3)铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，加入足量双氧水的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，发生反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，从生成物看，又不引入杂质。铁离子对双氧水分解起催化作用，分批加入双氧水，避免反应过快、放出热量较多，减少双氧水分解，以免造成氧化剂损失；铁离子易水解，保持溶液呈强酸性，避免铁离子发生水解反应生成氢氧化铁。(4)步骤⑤是要从溶液中得到硫酸铁铵晶体，故实验操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。(5)失重5.6%是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，由题意知×100%＝5.6%，解得x≈12。
1．(2019·延安高三测试)铁是人类应用较早，当前应用量最大的金属元素。下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )
A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C．除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入过量铁粉，然后过滤
D．Fe3＋与KSCN产生红色沉淀
答案 C
解析 赤铁矿的主要成分是Fe2O3；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2；Fe3＋遇KSCN溶液变为红色，但没有沉淀产生，一般可以用此方法检验Fe3＋的存在。
2．下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是( )
A
B
C
D
X
FeCl2溶液
FeCl3溶液
Fe
Na2SO4溶液
Y
FeCl3
CuCl2
Al
Na2CO3
Z
Cl2
Fe
NaOH溶液
盐酸
答案 C
3．(2020·菏泽质检)为验证还原性：SO2>Fe2＋>Cl－，三组同学分别进行了下图实验，并对溶液1和溶液2中所含离子进行检验，能证明上述还原性顺序的实验组有( )
溶液1
溶液2
甲
含Fe3＋、Fe2＋
含SO
乙
含Fe3＋，无Fe2＋
含SO
丙
含Fe3＋，无Fe2＋
含Fe2＋
A.只有甲 B．甲、乙
C．甲、丙 D．甲、乙、丙
答案 C
解析 向FeCl2溶液中通入Cl2，得到溶液1，再向溶液1中通入SO2，得到溶液2。溶液1中含有Fe3＋、Fe2＋，说明发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，且Cl2反应完全，可证明还原性：Fe2＋>Cl－；溶液2中含有SO，则说明发生反应2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋，可证明还原性：SO2>Fe2＋，故甲能证明还原性：SO2>Fe2＋>Cl－；溶液1中含有Fe3＋，无Fe2＋剩余，则还原性：Fe2＋>Cl－，但Cl2可能过量，再通入SO2，可能发生的反应是Cl2＋SO2＋2H2O===2Cl－＋SO＋4H＋，不能比较SO2与Fe2＋的还原性强弱，故乙不能验证；溶液1中含有Fe3＋，没有Fe2＋，通入SO2后溶液中又含有Fe2＋，说明SO2将Fe3＋还原得到Fe2＋，证明还原性：SO2>Fe2＋，故丙实验结论能证明还原性：SO2>Fe2＋>Cl－。
4．某同学用含有铁锈(Fe2O3)的废铁屑来制取氯化铁晶体，实验装置如图所示(夹持装置略，气密性已检验)，下列推断不合理的是( )
A．B中收集到的气体是氢气
B．烧杯中双氧水的作用是将Fe2＋还原为Fe3＋
C．A中的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁
D．烧杯中的溶液在氯化氢气氛下，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到氯化铁晶体
答案 B
解析 铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，所以B中收集到的气体是氢气，A项正确；双氧水具有氧化性，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，B项错误；氧化铁为碱性氧化物，可与盐酸反应生成氯化铁和水，C项正确；因铁离子易水解，故FeCl3溶液应在氯化氢气氛下，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到氯化铁晶体，D项正确。
5．由硫铁矿(主要成分：FeS2 和SiO2)为主要原料得到绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如下：
下列说法不正确的是( )
A．过程1废气中含SO2
B．过程2试剂a 为稀硫酸
C．过程3离子方程式为2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋
D．过程4将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，可得纯净绿矾
答案 D
解析 由制备绿矾的流程可知，硫铁矿(主要成分：FeS2 和SiO2)高温煅烧后的烧渣(主要成分：Fe2O3和SiO2)溶于硫酸，溶液中含Fe3＋，过程2过滤除去二氧化硅，滤液中通入二氧化硫，将铁离子还原生成亚铁离子，过程4为蒸发浓缩、冷却结晶析出绿矾。根据上述分析，过程1废气中含SO2，故A正确；因绿矾的酸根离子为硫酸根离子，则过程2最好用硫酸来溶解烧渣，故B正确；过程3中二氧化硫将铁离子还原生成硫酸亚铁，离子方程式为2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋，故C正确；过程4将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，蒸干时绿矾受热失去结晶水，得不到纯净绿矾，故D错误。
6．(2020·洛阳模拟)中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途，其生产过程的部分流程如下所示。
FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁
下列有关叙述不合理的是( )
A．纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病
B．纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3溶液的分散质直径大小相等
C．在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解
D．反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2
答案 B
解析 纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料，可作为药物载体用于疾病的治疗，A正确；纳米四氧化三铁分散在适当的分散剂中形成的分散系属于胶体，不同于溶液中溶质微粒的直径，B错误；反应①中环丙胺不参加反应，但加入环丙胺后FeCl3发生水解生成FeOOH，即环丙胺会促进氯化铁的水解，C正确；由制备过程可知，反应②的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知，反应②的化学方程式为6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2，D正确。
7．向含有1 mol HNO3和1 mol H2SO4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n(Fe3＋)的关系曲线
B．n1＝0.75
C．P点时，n(Fe3＋)＝0.562 5 mol
D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解14.4 g
答案 C
解析 该反应可以看作两步：①Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O，硝酸根离子过量，氢离子不足；②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。a表示n(Fe3＋)的关系曲线，故A正确；溶液中共有3 mol H＋参加反应，消耗铁为0.75 mol，B正确；P点n(Fe2＋)＝n(Fe3＋)，二者均为0.45 mol，C错误；剩余0.45 mol Fe3＋，消耗0.225 mol铜，质量为14.4 g，D正确。
8．从化合价和物质类别两个视角认识元素及其化合物性质是重要的化学学习方式。图1是Fe及其化合物的化合价——物质类别二维图。
回答下列问题：
(1)工业上冶炼Fe常用的方法是________(填字母)。
a．电解法 b．还原法
c．热分解法 d．物理方法
(2)若图1中的F为硫酸盐，请写出由D生成F的离子方程式__________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)图1中的B在潮湿的空气中很容易发生化合反应变成E，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(4)图1中的F与C在水溶液中的转化离子反应有：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，为了探究该反应存在一定的限度，某化学兴趣小组在试管中取10 mL 0.5 mol·L－1的KI溶液，再加入10 mL 0.2 mol·L－1的FeCl3溶液，振荡，使试管中的物质充分反应一段时间。为了达到实验目的，还需要再向试管中加入下列试剂中的________(填字母)。
A．淀粉溶液 B．KSCN溶液
C．CCl4 D．酸性高锰酸钾溶液
(5)用Fe可以去除水体中的NO(原理如图2)。若有1 mol NO转化为NH，则参加反应的Fe失去的电子的物质的量为________mol。
答案 (1)b (2)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
(3)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(4)B (5)8
解析 (1)工业上常用碳还原铁矿石冶炼Fe，为还原法。
(2)根据图1，D到F过程中铁的化合价未变，F为硫酸盐，则D为氧化铁，氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水，离子方程式为Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。
(3)B为＋2价的碱，为氢氧化亚铁，可与氧气、水反应生成氢氧化铁，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
(4)根据题中数据，可知KI过量，若反应为可逆反应，则溶液中存在Fe3＋，可用KSCN溶液检验。
(5)NO转化为NH，N的化合价由＋5变为－3,1 mol NO得到8 mol电子，根据得失电子守恒，则参加反应的Fe失去8 mol电子。
9．硫酸亚铁铵[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]俗称摩尔盐。硫酸亚铁在空气中易被氧化，但与硫酸铵反应生成摩尔盐后较稳定。模拟工业制备硫酸亚铁铵晶体的实验装置如图所示。回答下列问题：
(1)先用饱和碳酸钠溶液煮沸铁屑(含少量油污、铁锈等)，再用清水洗净。用饱和碳酸钠溶液煮沸的目的是______________。
(2)按如图连接好装置，经检验气密性良好后加入相应的药品，打开K1、K2，关闭K3，装置B中发生反应的离子方程式可能是________(填字母)。
A．Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
B．2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
C．Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
D．2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
铁屑快反应完时，打开________，关闭________，装置B中的溶液会流入装置A，其原因是______________________________________________________________________________。
(3)常温下，将反应后的溶液放置一段时间，瓶底将结晶析出硫酸亚铁铵。为了测定晶体中Fe2＋的含量，称取一份质量为4.0 g的硫酸亚铁铵晶体样品，配成溶液。用0.1 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积为20.00 mL。反应到达滴定终点的现象为________________________________________________________________________，
计算晶体中Fe2＋的质量分数为________。
答案 (1)使油污发生水解而除去 (2)ACD K3 K1、K2 装置B中产生H2，使压强大于大气压
(3)滴入最后一滴酸性KMnO4溶液后，溶液恰好变浅红色，且半分钟内不褪色 14%
解析 (1)饱和碳酸钠溶液显碱性，油污在热碱性条件下水解，则用饱和碳酸钠溶液煮沸的目的是使油污发生水解而除去。(2)铁屑中含有铁锈(Fe2O3)等，都与硫酸反应，反应后的产物Fe3＋与Fe也可以发生氧化还原反应，故A、C、D正确，B错误；铁屑快反应完时，打开K3关闭K1、K2，装置B中的溶液会流入装置A，因为装置B中产生H2，使压强大于大气压。
(3)用KMnO4溶液滴定硫酸亚铁铵，二者发生氧化还原反应，硫酸亚铁铵中的铁元素的化合价由＋2价升高到＋3价，生成Fe3＋，则1 mol硫酸亚铁铵失去1 mol电子发生氧化反应，高锰酸钾中的锰元素的化合价由＋7价降低到＋2价生成Mn2＋，则1 mol高锰酸钾得5 mol电子发生还原反应，根据得失电子守恒，高锰酸钾和硫酸亚铁的物质的量比为1∶5，n(KMnO4)＝ 0.1 mol·L－1×0.02 L＝0.002 mol，则n(Fe2＋)＝0.01 mol，m(Fe2＋)＝0.56 g，晶体中Fe2＋的质量分数为×100%＝14%；滴定终点的现象为滴入最后一滴酸性KMnO4溶液后，溶液恰好变浅红色，且半分钟内不褪色。
10．硫酸铁铵aFe2(SO4) 3·b(NH4) 2SO4·cH2O广泛用于城镇生活饮用水、工业循环水的净化处理等。某化工厂以硫酸亚铁(含少量硝酸钙)和硫酸铵为原料，设计了如下工艺流程制取硫酸铁铵。
请回答下列问题：
(1)滤渣A的主要成分是__________________________________________________________。
(2)下列物质中最适合的氧化剂B是________；反应的离子方程式为____________________
______________________________________________________________________________。
a．NaClO b．H2O2
c．KMnO4 d．K2Cr2O7
(3)操作甲、乙的名称分别是：甲________，乙________。
(4)上述流程中，氧化之后和加热蒸发之前，需取少量溶液检验Fe2＋是否已全部被氧化，所加试剂能否用酸性的KMnO4溶液？________(填“能”或“不能”)，理由是：_______________
_______________________________________________________。(可用语言或方程式说明)
(5)检验硫酸铁铵中NH的方法是_________________________________________________。
(6)称取14.00 g样品，将其溶于水配制成100 mL溶液，分成两等份，向其中一份溶液中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到2.14 g沉淀；向另一份溶液中加入0.05 mol Ba (NO3) 2溶液，恰好完全反应。则该硫酸铁铵的化学式为__________________________________________。
答案 (1)CaSO4 (2)b H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (3)冷却结晶 常温晾干
(4)不能 H2O2和Fe2＋均能使酸性KMnO4溶液褪色 (5)在试管中加入少量样品和NaOH固体加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，看到试纸变成蓝色
(6)Fe2(SO4) 3·2(NH4) 2SO4·2H2O
解析 (1)加入硫酸，可增大溶液中SO的浓度，将Ca2＋转化为沉淀，生成CaSO4，同时抑制Fe2＋水解。(2)为避免引入新杂质，应加入过氧化氢作为氧化剂，还原产物是水，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(3)在80 ℃下反应可生成硫酸铁铵，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，最后经常温晾晒可到纯净的硫酸铁铵，温度不能过高，防止分解。(4)酸性高锰酸钾溶液的氧化性很强，H2O2和Fe2＋均能使酸性KMnO4溶液褪色，应加入K3[Fe(CN)6]溶液，如生成蓝色沉淀，可说明含有亚铁离子。(5)检验NH的方法是加入强碱反应，加热能够产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，该气体是氨气，从而证明原溶液中一定含有NH。(6)称取14.00 g样品，将其溶于水配制成100 mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到2.14 g沉淀，应为Fe(OH)3，n[Fe(OH)3]＝＝0.02 mol，所以14.00 g样品中含有Fe2(SO4)3 0.02 mol；向另一份溶液中加入0.05 mol Ba(NO3)2溶液，恰好完全反应，则n(SO)＝0.05 mol，则n(SO)总量为0.1 mol，因此(NH4)2SO4为0.1 mol－0.02 mol×3＝0.04 mol，则m(H2O)＝14.00 g－0.02 mol×400 g·mol－1－0.04 mol× 132 g·mol－1＝0.72 g，n(H2O)＝＝0.04 mol，n[Fe2(SO4)3]∶n[(NH4)2SO4]∶n(H2O)＝0.02∶0.04∶0.04＝1∶2∶2，所以化学式为Fe2(SO4)3·2(NH4)2SO4·2H2O。
第16讲 铁及其化合物的转化关系
复习目标 1.掌握铁及其化合物的转化关系及应用。2.理解化工流程及实验室中实现铁及其化合物的转化原理和条件分析。
考点一 基于价类二维图理解铁及其化合物的转化关系
从物质类别和物质所含核心元素的化合价两个角度总结、预测物质的性质是学习化学的重要方法之一。
(1)横向变化体现了同价态不同类别(氧化物、碱、盐)之间的转化；①碱性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)转化为盐；②Fe2＋、Fe3＋与碱(OH－)反应生成对应的碱；③难溶性的碱易分解生成对应的氧化物，但难溶性的碱性氧化物一般不与水反应生成对应的碱。
(2)纵向变化体现不同价态同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。
(3)斜向变化体现不同价态、不同类别之间物质的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。
完成下列变化的离子方程式，体会Fe2＋与Fe3＋转化条件。
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：
H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋。
(2)将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液，溶液变蓝：
2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。
(3)FeCl3可溶解铁片：
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
(4)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色：
5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。
(5)将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中，有无色气体放出：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
1．如图为铁元素的价类二维图，其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是( )
A．铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①
B．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，迅速发生转化②生成红棕色粉末
C．加热Fe(OH)3发生转化⑥，加水溶解可实现转化③
D．由图可预测：高铁酸盐(FeO)具有强氧化性，可用于消毒，FeO与水反应最终可生成Fe(OH)3胶体，从而吸附水中的悬浮物，故高铁酸盐可作净水剂
答案 D
解析 铁与高温水蒸气的反应生成四氧化三铁和氢气，不能实现上述转化①，故A错误；FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，部分被氧化，氧化生成Fe3O4，不能发生转化②，故B错误；加热Fe(OH)3发生转化⑥分解生成氧化铁，氢氧化铁不溶于水，加水溶解不可实现转化③，故C错误；高铁酸盐中铁为＋6价，具有强氧化性，可用于消毒，与水发生氧化还原反应后生成铁离子，铁离子与水反应生成Fe(OH)3胶体。
2．硫酸亚铁是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)，下列说法错误的是( )
A．FeSO4与NH4HCO3反应制备FeCO3，适宜在高温条件下进行
B．碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体，可用作净水剂
C．可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被氧化
D．常温下，FeSO4比(NH4)2Fe(SO4)2易溶于水
答案 A
3．(2019·河北衡水中学周测)球墨铸铁中含有一种铁碳化合物X。实验小组为测定化合物X的组成设计实验如下：
下列说法不正确的是( )
A．固体2是氧化铁
B．X的化学式可以表示为Fe3C2
C．溶液甲加热、蒸发、灼烧也可得到24.0 g固体
D．X与足量的热浓硝酸反应有NO2和CO2生成
答案 B
解析 X在空气中煅烧转化为CO2气体与铁的氧化物，再经盐酸、氯气处理后得到FeCl3溶液(溶液乙)，加热、蒸发时，FeCl3水解得到Fe(OH)3，灼烧Fe(OH)3得到固体Fe2O3(固体2)，A正确；n(Fe2O3)＝＝0.15 mol，n(Fe)＝0.3 mol，m(Fe)＝16.8 g，m(C)＝18.0 g－16.8 g＝1.2 g，n(C)＝0.1 mol，n(Fe)∶n(C)＝3∶1，X的化学式可以表示为Fe3C，B错误；溶液甲加热、蒸发、灼烧过程中，Fe2＋会被空气中的氧气氧化为Fe3＋，最后得到的固体也是Fe2O3，C正确；浓硝酸和铁碳化合物反应，碳元素被氧化成CO2，氮元素被还原为NO2，D正确。
4．甲、乙两种单质与A、B、C、D、E、F六种化合物之间可以按下面框图所示进行反应，已知：C为红褐色沉淀，E为白色沉淀，F焰色反应为黄色。
(1)写出甲、乙、B、E化学式：
甲：________；乙：________；B：________；E：________。
(2)写出①②③④反应的化学方程式：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe Cl2 FeCl3 Fe(OH)2
(2)Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
考点二 变价“铁”的常见考法
1．Fe2＋与Fe3＋的氧化还原性强弱顺序
氧化性：Cl2>Br2>Fe3＋>Cu2＋>I2>Fe2＋
还原性：Cl－
例 制印刷电路时，常用氯化铁溶液作为腐蚀液，其反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，现向氯化铁溶液中加入a g铜，完全溶解后，再加入b g铁，充分反应后得到c g残余固体，且a>c，则下列说法正确的是( )
A．残余固体可能为铁和铜的混合物
B．残余固体全部是铜
C．最后得到的溶液中可能含有Fe3＋
D．残余固体是铁，溶液中一定不含Cu2＋
分析 此题中发生的反应有三个，化学方程式如下：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2；CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu,2FeCl3＋Fe===3FeCl2
依元素守恒可知
步骤一：a g铜完全溶解后，变为a g铜离子，
步骤二：若加入的铁足够多的话，可将溶液中的铜离子全部变回金属铜(a g)甚至还会有铁剩余，此时，残余固体(c g)应大于或等于a g，依题意：a>c可知，加入的铁是不足量的，此时溶液中还有部分铜未完全置换出来。结论1：剩余固体为Cu，不可能有Fe剩余，A错误、B正确；
步骤三：根据化学反应方程式可知，溶液中一定有Fe2＋，由上述推导可知，溶液中还应有Cu2＋剩余，由化学方程式2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2可知，Cu与Fe3＋是不能共存的，剩余固体中有Cu，则溶液中必无Fe3＋。结论2：充分反应后剩余固体为Cu，而溶液中含FeCl2和CuCl2，C、D错误。
3．过量的铁对氧化产物的影响
Fe(Fe3O4)Fe3＋Fe2＋
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
例 铁与稀HNO3的反应
判断产物中铁的价态：一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的物质的量分析判断。
①当HNO3过量时，≤
反应原理：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，铁元素的存在形式为Fe3＋，铁元素的价态为＋3价。
②当Fe过量时≥。
反应原理：3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，铁元素的存在形式为Fe2＋，铁元素的价态为＋2价。
③当<<时
铁元素的存在形式为Fe2＋和Fe3＋，铁元素的价态为＋2、＋3价。
4．工业生产时溶液中Fe3＋、Fe2＋的除去方法
(1)原理：Fe3＋、Fe2＋完全生成氢氧化物沉淀时，溶液的pH分别为pH≥3.7、pH≥9.6。
(2)步骤：
①除去溶液中的Fe3＋时，一般是加入能与酸反应的物质(但不能引入新的杂质)，调节溶液的pH≥3.7，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
②除去溶液中的Fe2＋时，先加入H2O2(或其他氧化剂，但不引入新杂质)，使Fe2＋转化为Fe3＋，然后调节溶液的pH≥3.7，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(3)示例：
①除去MgCl2溶液中的Fe3＋，可在加热搅拌条件下，加入足量MgO或MgCO3或Mg(OH)2，充分反应过滤除去。
②除去CuCl2溶液中的Fe2＋，先加入H2O2(或通入Cl2)，然后在加热搅拌条件下，加入足量CuO或CuCO3或Cu(OH)2，充分反应后过滤除去。
5．判断离子能否大量共存
(1)Fe2＋：与NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)不能大量共存(因发生氧化还原反应)。
(2)Fe3＋：与S2－、I－、SO、HS－不能大量共存(因发生氧化还原反应)。
(3)Fe2＋、Fe3＋：与HCO、CO、AlO等不能大量共存(因发生互相促进的水解反应)。
6．含Fe2＋、Fe3＋溶液的配制要点
(1)配制FeCl3溶液时先将FeCl3固体溶于浓盐酸中(抑制FeCl3水解，防止生成沉淀而导致溶液变浑浊)，再加水稀释至所需浓度。
(2)配制FeCl2溶液时，为防止Fe2＋被空气氧化还需加入少量铁粉。
7．高铁酸钾的性质
高铁酸钾(K2FeO4)中的Fe显＋6价，它是一种高效复合水处理剂：
(1)由于具有强氧化性能杀菌、消毒。
(2)由于反应后还原产物为Fe3＋，Fe3＋在溶液中水解生成氢氧化铁胶体，能吸附水中的悬浮杂质，起到净水的作用。
题组一 Fe2＋、Fe3＋氧化性、还原性强弱的应用
1．已知还原性：SO2>I－>Fe2＋，下列离子反应不能发生的是( )
A．SO2＋2Fe3＋＋2H2O===SO＋2Fe2＋＋4H＋
B．I2＋2Fe2＋===2I－＋2Fe3＋
C．SO2＋I2＋2H2O===2I－＋4H＋＋SO
D．少量Cl2通入FeI2溶液中：Cl2＋2I－===2Cl－＋I2
答案 B
解析 反应中还原剂SO2的还原性大于还原产物Fe2＋，符合题给条件，反应能进行，故不选A；还原性：I－>Fe2＋，而该反应中还原剂Fe2＋的还原性大于还原产物I－，不符合氧化还原反应规律，反应不能进行，故选B；反应中还原剂二氧化硫的还原性大于还原产物I－，符合题给条件，反应能进行，故不选C；还原性：I－>Fe2＋，I－先和氯气反应，反应中还原剂I－的还原性大于还原产物Cl－，反应能进行，故不选D。
2．(2020·重庆一中模拟)向稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析错误的是( )
A．OA段产生的是NO，AB段的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，BC段产生H2
B．A点溶液中的溶质为Fe(NO3)3和H2SO4
C．原混合酸中NO物质的量为0.2 mol
D．原混合酸中H2SO4的物质的量浓度为2 mol·L－1
答案 B
解析 分析图像中各阶段所发生的反应：
OA段：Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；
AB段：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；
BC段：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
由此可知A正确；由OA段所发生的反应可知硝酸完全转化为NO，溶液中不存在NO，故A点溶质应该是Fe2(SO4)3和H2SO4，B错误；由OA段氧化还原反应中得失电子守恒可知，n(NO)＝n(Fe)＝＝0.2 mol，C正确；三个阶段共消耗铁为22.4 g，即＝0.4 mol，C点溶质为FeSO4，由溶液中的电荷守恒可知n(SO)＝n(Fe2＋)＝0.4 mol，由反应前后SO物质的量不变可知原混合酸中硫酸的物质的量浓度为2 mol·L－1，D正确。
铁与硫酸、硝酸的混合酸反应顺序总结
足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(若H＋量不足，该反应不再发生)。
3．某大型化工厂产生的酸性废液中含有两种金属离子：Fe3＋、Cu2＋，化学小组设计了如下图所示的方案对废液进行处理，以回收金属，保护环境。
(1)操作①的名称是________；
(2)写出操作①过程中，Fe3＋与铁屑反应的离子方程式：_______________________________。
(3)溶液A中加入足量H2O2溶液的目的是将溶液A中的Fe2＋完全转化为Fe3＋，在此过程中H2O2所起的作用是________(填字母)。
A．氧化剂 B．还原剂
(4)检验溶液B中含有的金属阳离子的实验方法：取少量溶液B于洁净的小试管中，加入试剂________，溶液迅速转变为红色，即可检验。
(5)H2O2、乙醇、NaClO等水溶液可用于灭活新型冠状病毒，H2O2灭菌原理与________(填字母)相同。
A．乙醇 B．NaClO
答案 (1)过滤 (2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ (3)A
(4)KSCN溶液 (5)B
题组二 铁的重要化合物制备与性质探究
4．高铁酸钾是一种重要的绿色净水剂，具有净水和消毒双重功能。某课外学习小组设计如图所示方案制备高铁酸钾。下列说法不正确的是( )
A．高铁酸钾中铁元素的化合价为＋6，具有强氧化性
B．反应2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O中，生成2 mol FeO时，转移6 mol电子
C．制备高铁酸钾的化学方程式为2KOH＋Na2FeO4===K2FeO4＋2NaOH，根据复分解反应原理，高铁酸钠的溶解度大于高铁酸钾的溶解度
D．明矾、硫酸铁、高铁酸钾都能净水，其净水原理完全相同
答案 D
解析 K2FeO4中K为＋1价、O为－2价，由化合价代数和为0可知Fe为＋6价，化合价处于较高价态具有强氧化性，故A正确；反应2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O中，Fe元素从＋3价升高为＋6价，则生成2 mol FeO时，转移6 mol电子，故B正确；根据复分解反应原理，反应2KOH＋Na2FeO4===K2FeO4＋2NaOH能进行说明生成了更难溶的物质，所以高铁酸钠的溶解度大于高铁酸钾的溶解度，故C正确；高铁酸钾具有强氧化性，可用于杀菌消毒，还原生成的铁离子水解生成氢氧化铁胶体，具有吸附性，可吸附水中悬浮物聚沉以达到净水的目的，而明矾、硫酸铁只能作净水剂，故D错误。
5．乳酸亚铁是一种常用的补血剂，乳酸亚铁易溶于水，可由乳酸和碳酸亚铁反应制得。现以铁屑制备乳酸亚铁。如图所示：
(1)加入稀硫酸可能发生反应的离子方程式有________________________________________。
(2)写出加入NH4HCO3溶液发生反应的化学方程式：__________________________________。
(3)能否用酸性KMnO4溶液检验乳酸亚铁溶液中的Fe2＋？________(填“能”或“不能”)，其理由为_______________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)FeSO4＋2NH4HCO3===FeCO3↓＋(NH4)2SO4＋CO2↑＋H2O (3)不能 乳酸根离子也能被酸性高锰酸钾氧化
解析 (1)铁屑中含有Fe，可能含有铁锈(Fe2O3)，两者都会与稀硫酸反应。
6．已知三氯化铁的熔点为306 ℃，沸点为315 ℃，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。某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物做了如下探究实验。
(1)装置的连接顺序为__________________________________________________________。
(2)饱和食盐水的作用是________________________________________________________。
(3)反应一段时间后熄灭酒精灯，冷却后将硬质玻璃管及收集器中的物质一并快速转移至锥形瓶中，加入过量的稀盐酸和少许植物油(反应过程中不振荡)，充分反应后，进行如下实验：
①淡黄色溶液中加入试剂X生成淡红色溶液的离子方程式为___________________________。
②淡红色溶液中加入过量H2O2后溶液红色加深的原因是______________________________。
(4)已知红色褪去的同时有气体生成，经检验为O2。该小组同学对红色褪去的原因进行探究。
①取褪色后的溶液三份，第一份滴加FeCl3溶液无明显变化；第二份滴加试剂X，溶液出现红色；第三份滴加稀盐酸和BaCl2溶液，产生白色沉淀。
②另取同物质的量浓度的FeCl3溶液滴加2滴试剂X，溶液变红，再通入O2，无明显变化。
实验①说明_____________________________________________________________________；
实验②的目的是_________________________________________________________________；
得出结论：_____________________________________________________________________。
答案 (1)a→g→h→d→e→b→c→f
(2)除去氯气中的氯化氢气体
(3)①Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3 ②双氧水将Fe2＋氧化成Fe3＋，使Fe(SCN)3增多
(4)SCN－发生了反应而不是Fe3＋发生了反应 排除H2O2分解产生的O2氧化SCN－的可能 H2O2将SCN－氧化成SO
解析 (1)浓硫酸具有吸水性，能作氯气的干燥剂，碱石灰具有碱性而吸收氯气，饱和食盐水吸收氯化氢且能抑制氯气溶解，装置排列顺序为气体的制取→洗气→干燥→氯气和铁的反应→尾气处理，所以装置连接顺序为a→g→h→d→e→b→c→f。(3)①Fe3＋和KSCN反应生成络合物硫氰化铁而使溶液呈红色，离子方程式为Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3。(4)根据①滴加FeCl3溶液无明显变化，说明SCN－发生了反应而不是Fe3＋发生了反应，滴加稀盐酸和BaCl2溶液，产生白色沉淀，说明生成了SO；根据②另取同物质的量浓度的FeCl3溶液滴加2滴试剂X，溶液变红，再通入O2，无明显变化，说明O2不能氧化SCN－，所以氧化SCN－的为双氧水。
1．(2019·浙江4月选考，24)聚合硫酸铁[Fe(OH)SO4]n能用作净水剂(絮凝剂)，可由绿矾(FeSO4·7H2O)和KClO3在水溶液中反应得到。下列说法不正确的是( )
A．KClO3作氧化剂，每生成1 mol [Fe(OH)SO4]n消耗 mol KClO3
B．生成聚合硫酸铁后，水溶液的pH增大
C．聚合硫酸铁可在水中形成氢氧化铁胶体而净水
D．在相同条件下，Fe3＋比[Fe(OH)]2＋的水解能力更强
答案 A
解析 根据题干中的信息，可利用氧化还原配平法写出化学方程式：6nFeSO4＋nKClO3＋3nH2O===6[Fe(OH)SO4]n＋nKCl，可知KClO3作氧化剂，同时根据计量数关系可知每生成1 mol[Fe(OH)SO4]n消耗 mol KClO3，A项错误；绿矾溶于水后，亚铁离子水解使溶液呈酸性，当其转化为聚合硫酸铁后，亚铁离子的浓度减小，因而水溶液的pH增大，B项正确；聚合硫酸铁可在水中形成氢氧化铁胶体，胶体粒子吸附杂质微粒引起聚沉，因而能净水，C项正确；多元弱碱的阳离子的水解是分步进行的，[Fe(OH)]2＋的水解相当于Fe3＋的二级水解，由于其所带的正电荷比Fe3＋少，因而在相同条件下，其结合水电离产生的OH－的能力较弱，故其水解能力不如Fe3＋，即在相同条件下，一级水解的程度大于二级水解，D项正确。
2．(2019·全国卷Ⅰ，27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，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H2O2，理由是______________。分批加入H2O2，同时为了________，溶液要保持pH小于0.5。
(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________。
答案 (1)碱煮水洗
(2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质 防止Fe3＋水解
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析 (1)除去铁屑表面油污的方法是：用热纯碱溶液清洗铁屑，再用水洗。(2)铁与稀硫酸反应时加热，可提高反应速率。温度低于水的沸点，可以用热水浴加热，受热均匀且便于控制。含少量硫化物的铁屑与稀硫酸反应有H2S生成。氢气不与碱溶液反应，而硫化氢能与碱溶液反应，且H2S在水中溶解度小，故氢气中混有的硫化氢用烧碱溶液除去，又因为硫化氢与碱反应较快，容易引起倒吸，C装置倒置漏斗能防倒吸。故宜选择C装置吸收硫化氢。(3)铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，加入足量双氧水的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，发生反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，从生成物看，又不引入杂质。铁离子对双氧水分解起催化作用，分批加入双氧水，避免反应过快、放出热量较多，减少双氧水分解，以免造成氧化剂损失；铁离子易水解，保持溶液呈强酸性，避免铁离子发生水解反应生成氢氧化铁。(4)步骤⑤是要从溶液中得到硫酸铁铵晶体，故实验操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。(5)失重5.6%是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，由题意知×100%＝5.6%，解得x≈12。
1．(2019·延安高三测试)铁是人类应用较早，当前应用量最大的金属元素。下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )
A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C．除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入过量铁粉，然后过滤
D．Fe3＋与KSCN产生红色沉淀
答案 C
解析 赤铁矿的主要成分是Fe2O3；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2；Fe3＋遇KSCN溶液变为红色，但没有沉淀产生，一般可以用此方法检验Fe3＋的存在。
2．下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是( )
A
B
C
D
X
FeCl2溶液
FeCl3溶液
Fe
Na2SO4溶液
Y
FeCl3
CuCl2
Al
Na2CO3
Z
Cl2
Fe
NaOH溶液
盐酸
答案 C
3．(2020·菏泽质检)为验证还原性：SO2>Fe2＋>Cl－，三组同学分别进行了下图实验，并对溶液1和溶液2中所含离子进行检验，能证明上述还原性顺序的实验组有( )
溶液1
溶液2
甲
含Fe3＋、Fe2＋
含SO
乙
含Fe3＋，无Fe2＋
含SO
丙
含Fe3＋，无Fe2＋
含Fe2＋
A.只有甲 B．甲、乙
C．甲、丙 D．甲、乙、丙
答案 C
解析 向FeCl2溶液中通入Cl2，得到溶液1，再向溶液1中通入SO2，得到溶液2。溶液1中含有Fe3＋、Fe2＋，说明发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，且Cl2反应完全，可证明还原性：Fe2＋>Cl－；溶液2中含有SO，则说明发生反应2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋，可证明还原性：SO2>Fe2＋，故甲能证明还原性：SO2>Fe2＋>Cl－；溶液1中含有Fe3＋，无Fe2＋剩余，则还原性：Fe2＋>Cl－，但Cl2可能过量，再通入SO2，可能发生的反应是Cl2＋SO2＋2H2O===2Cl－＋SO＋4H＋，不能比较SO2与Fe2＋的还原性强弱，故乙不能验证；溶液1中含有Fe3＋，没有Fe2＋，通入SO2后溶液中又含有Fe2＋，说明SO2将Fe3＋还原得到Fe2＋，证明还原性：SO2>Fe2＋，故丙实验结论能证明还原性：SO2>Fe2＋>Cl－。
4．某同学用含有铁锈(Fe2O3)的废铁屑来制取氯化铁晶体，实验装置如图所示(夹持装置略，气密性已检验)，下列推断不合理的是( )
A．B中收集到的气体是氢气
B．烧杯中双氧水的作用是将Fe2＋还原为Fe3＋
C．A中的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁
D．烧杯中的溶液在氯化氢气氛下，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到氯化铁晶体
答案 B
解析 铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，所以B中收集到的气体是氢气，A项正确；双氧水具有氧化性，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，B项错误；氧化铁为碱性氧化物，可与盐酸反应生成氯化铁和水，C项正确；因铁离子易水解，故FeCl3溶液应在氯化氢气氛下，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到氯化铁晶体，D项正确。
5．由硫铁矿(主要成分：FeS2 和SiO2)为主要原料得到绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如下：
下列说法不正确的是( )
A．过程1废气中含SO2
B．过程2试剂a 为稀硫酸
C．过程3离子方程式为2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋
D．过程4将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，可得纯净绿矾
答案 D
解析 由制备绿矾的流程可知，硫铁矿(主要成分：FeS2 和SiO2)高温煅烧后的烧渣(主要成分：Fe2O3和SiO2)溶于硫酸，溶液中含Fe3＋，过程2过滤除去二氧化硅，滤液中通入二氧化硫，将铁离子还原生成亚铁离子，过程4为蒸发浓缩、冷却结晶析出绿矾。根据上述分析，过程1废气中含SO2，故A正确；因绿矾的酸根离子为硫酸根离子，则过程2最好用硫酸来溶解烧渣，故B正确；过程3中二氧化硫将铁离子还原生成硫酸亚铁，离子方程式为2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋，故C正确；过程4将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，蒸干时绿矾受热失去结晶水，得不到纯净绿矾，故D错误。
6．(2020·洛阳模拟)中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途，其生产过程的部分流程如下所示。
FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁
下列有关叙述不合理的是( )
A．纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病
B．纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3溶液的分散质直径大小相等
C．在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解
D．反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2
答案 B
解析 纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料，可作为药物载体用于疾病的治疗，A正确；纳米四氧化三铁分散在适当的分散剂中形成的分散系属于胶体，不同于溶液中溶质微粒的直径，B错误；反应①中环丙胺不参加反应，但加入环丙胺后FeCl3发生水解生成FeOOH，即环丙胺会促进氯化铁的水解，C正确；由制备过程可知，反应②的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知，反应②的化学方程式为6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2，D正确。
7．向含有1 mol HNO3和1 mol H2SO4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n(Fe3＋)的关系曲线
B．n1＝0.75
C．P点时，n(Fe3＋)＝0.562 5 mol
D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解14.4 g
答案 C
解析 该反应可以看作两步：①Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O，硝酸根离子过量，氢离子不足；②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。a表示n(Fe3＋)的关系曲线，故A正确；溶液中共有3 mol H＋参加反应，消耗铁为0.75 mol，B正确；P点n(Fe2＋)＝n(Fe3＋)，二者均为0.45 mol，C错误；剩余0.45 mol Fe3＋，消耗0.225 mol铜，质量为14.4 g，D正确。
8．从化合价和物质类别两个视角认识元素及其化合物性质是重要的化学学习方式。图1是Fe及其化合物的化合价——物质类别二维图。
回答下列问题：
(1)工业上冶炼Fe常用的方法是________(填字母)。
a．电解法 b．还原法
c．热分解法 d．物理方法
(2)若图1中的F为硫酸盐，请写出由D生成F的离子方程式__________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)图1中的B在潮湿的空气中很容易发生化合反应变成E，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(4)图1中的F与C在水溶液中的转化离子反应有：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，为了探究该反应存在一定的限度，某化学兴趣小组在试管中取10 mL 0.5 mol·L－1的KI溶液，再加入10 mL 0.2 mol·L－1的FeCl3溶液，振荡，使试管中的物质充分反应一段时间。为了达到实验目的，还需要再向试管中加入下列试剂中的________(填字母)。
A．淀粉溶液 B．KSCN溶液
C．CCl4 D．酸性高锰酸钾溶液
(5)用Fe可以去除水体中的NO(原理如图2)。若有1 mol NO转化为NH，则参加反应的Fe失去的电子的物质的量为________mol。
答案 (1)b (2)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
(3)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(4)B (5)8
解析 (1)工业上常用碳还原铁矿石冶炼Fe，为还原法。
(2)根据图1，D到F过程中铁的化合价未变，F为硫酸盐，则D为氧化铁，氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水，离子方程式为Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。
(3)B为＋2价的碱，为氢氧化亚铁，可与氧气、水反应生成氢氧化铁，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
(4)根据题中数据，可知KI过量，若反应为可逆反应，则溶液中存在Fe3＋，可用KSCN溶液检验。
(5)NO转化为NH，N的化合价由＋5变为－3,1 mol NO得到8 mol电子，根据得失电子守恒，则参加反应的Fe失去8 mol电子。
9．硫酸亚铁铵[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]俗称摩尔盐。硫酸亚铁在空气中易被氧化，但与硫酸铵反应生成摩尔盐后较稳定。模拟工业制备硫酸亚铁铵晶体的实验装置如图所示。回答下列问题：
(1)先用饱和碳酸钠溶液煮沸铁屑(含少量油污、铁锈等)，再用清水洗净。用饱和碳酸钠溶液煮沸的目的是______________。
(2)按如图连接好装置，经检验气密性良好后加入相应的药品，打开K1、K2，关闭K3，装置B中发生反应的离子方程式可能是________(填字母)。
A．Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
B．2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
C．Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
D．2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
铁屑快反应完时，打开________，关闭________，装置B中的溶液会流入装置A，其原因是______________________________________________________________________________。
(3)常温下，将反应后的溶液放置一段时间，瓶底将结晶析出硫酸亚铁铵。为了测定晶体中Fe2＋的含量，称取一份质量为4.0 g的硫酸亚铁铵晶体样品，配成溶液。用0.1 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积为20.00 mL。反应到达滴定终点的现象为________________________________________________________________________，
计算晶体中Fe2＋的质量分数为________。
答案 (1)使油污发生水解而除去 (2)ACD K3 K1、K2 装置B中产生H2，使压强大于大气压
(3)滴入最后一滴酸性KMnO4溶液后，溶液恰好变浅红色，且半分钟内不褪色 14%
解析 (1)饱和碳酸钠溶液显碱性，油污在热碱性条件下水解，则用饱和碳酸钠溶液煮沸的目的是使油污发生水解而除去。(2)铁屑中含有铁锈(Fe2O3)等，都与硫酸反应，反应后的产物Fe3＋与Fe也可以发生氧化还原反应，故A、C、D正确，B错误；铁屑快反应完时，打开K3关闭K1、K2，装置B中的溶液会流入装置A，因为装置B中产生H2，使压强大于大气压。
(3)用KMnO4溶液滴定硫酸亚铁铵，二者发生氧化还原反应，硫酸亚铁铵中的铁元素的化合价由＋2价升高到＋3价，生成Fe3＋，则1 mol硫酸亚铁铵失去1 mol电子发生氧化反应，高锰酸钾中的锰元素的化合价由＋7价降低到＋2价生成Mn2＋，则1 mol高锰酸钾得5 mol电子发生还原反应，根据得失电子守恒，高锰酸钾和硫酸亚铁的物质的量比为1∶5，n(KMnO4)＝ 0.1 mol·L－1×0.02 L＝0.002 mol，则n(Fe2＋)＝0.01 mol，m(Fe2＋)＝0.56 g，晶体中Fe2＋的质量分数为×100%＝14%；滴定终点的现象为滴入最后一滴酸性KMnO4溶液后，溶液恰好变浅红色，且半分钟内不褪色。
10．硫酸铁铵aFe2(SO4) 3·b(NH4) 2SO4·cH2O广泛用于城镇生活饮用水、工业循环水的净化处理等。某化工厂以硫酸亚铁(含少量硝酸钙)和硫酸铵为原料，设计了如下工艺流程制取硫酸铁铵。
请回答下列问题：
(1)滤渣A的主要成分是__________________________________________________________。
(2)下列物质中最适合的氧化剂B是________；反应的离子方程式为____________________
______________________________________________________________________________。
a．NaClO b．H2O2
c．KMnO4 d．K2Cr2O7
(3)操作甲、乙的名称分别是：甲________，乙________。
(4)上述流程中，氧化之后和加热蒸发之前，需取少量溶液检验Fe2＋是否已全部被氧化，所加试剂能否用酸性的KMnO4溶液？________(填“能”或“不能”)，理由是：_______________
_______________________________________________________。(可用语言或方程式说明)
(5)检验硫酸铁铵中NH的方法是_________________________________________________。
(6)称取14.00 g样品，将其溶于水配制成100 mL溶液，分成两等份，向其中一份溶液中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到2.14 g沉淀；向另一份溶液中加入0.05 mol Ba (NO3) 2溶液，恰好完全反应。则该硫酸铁铵的化学式为__________________________________________。
答案 (1)CaSO4 (2)b H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (3)冷却结晶 常温晾干
(4)不能 H2O2和Fe2＋均能使酸性KMnO4溶液褪色 (5)在试管中加入少量样品和NaOH固体加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，看到试纸变成蓝色
(6)Fe2(SO4) 3·2(NH4) 2SO4·2H2O
解析 (1)加入硫酸，可增大溶液中SO的浓度，将Ca2＋转化为沉淀，生成CaSO4，同时抑制Fe2＋水解。(2)为避免引入新杂质，应加入过氧化氢作为氧化剂，还原产物是水，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(3)在80 ℃下反应可生成硫酸铁铵，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，最后经常温晾晒可到纯净的硫酸铁铵，温度不能过高，防止分解。(4)酸性高锰酸钾溶液的氧化性很强，H2O2和Fe2＋均能使酸性KMnO4溶液褪色，应加入K3[Fe(CN)6]溶液，如生成蓝色沉淀，可说明含有亚铁离子。(5)检验NH的方法是加入强碱反应，加热能够产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，该气体是氨气，从而证明原溶液中一定含有NH。(6)称取14.00 g样品，将其溶于水配制成100 mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到2.14 g沉淀，应为Fe(OH)3，n[Fe(OH)3]＝＝0.02 mol，所以14.00 g样品中含有Fe2(SO4)3 0.02 mol；向另一份溶液中加入0.05 mol Ba(NO3)2溶液，恰好完全反应，则n(SO)＝0.05 mol，则n(SO)总量为0.1 mol，因此(NH4)2SO4为0.1 mol－0.02 mol×3＝0.04 mol，则m(H2O)＝14.00 g－0.02 mol×400 g·mol－1－0.04 mol× 132 g·mol－1＝0.72 g，n(H2O)＝＝0.04 mol，n[Fe2(SO4)3]∶n[(NH4)2SO4]∶n(H2O)＝0.02∶0.04∶0.04＝1∶2∶2，所以化学式为Fe2(SO4)3·2(NH4)2SO4·2H2O。
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