鲁科版高考化学一轮复习第3章第13讲铁及其化合物的转化与应用课时学案

这是一份鲁科版高考化学一轮复习第3章第13讲铁及其化合物的转化与应用课时学案，共16页。
1.了解铁元素的“价—类”二维图和铁的三角转化关系。 2.掌握铁及其化合物的化工流程图的分析。
铁及其化合物的转化关系
1．铁元素的“价—类”二维图
说明：①横向变化体现同种价态不同类物质的转化。
②纵向变化体现不同价态、不同物质之间的转化，发生的是氧化还原反应。
2．铁的三角转化关系
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，加酸溶解可实现转化③
D．由图可预测：高铁酸盐(FeOeq \\al(2－,4))具有强氧化性，可用于消毒，FeOeq \\al(2－,4)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
CD [A.Fe与高温水蒸气反应生成Fe3O4，错误；B.FeO在空气中受热转化为Fe3O4，错误；C、D正确。]
2．A、B、C是中学所学过的三种单质，A、B、C及其他物质之间的反应关系如图所示，其中B、D、E、F的水溶液呈酸性。D＋C―→E＋F且常温下只有B为气态，则A、B、C分别为( )
A．Fe、Cl2、Cu B．Fe、Cl2、H2
C．Cu、Cl2、Fe D．Fe、Cl2、Mg
A [B单质水溶液呈酸性，且常温下为气态，则B为Cl2，结合转化关系可推出，A、B、C、D、E、F分别为Fe、Cl2、Cu、FeCl3、CuCl2、FeCl2。]
3．(2022·福州模拟)常温时，将0.1 ml Fe(NO3)3和2 ml HCl溶于水得2 L混合溶液，然后向该溶液投入m g铁粉使其充分反应后，滴加KSCN溶液不变红色。下列有关说法正确的是( )
A．由于氧化性Fe3＋>H＋，首先发生的反应是：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
B．当加入16.8 g铁粉时，可生成标准状况下6.72 L气体
C．在铁粉充分反应后的溶液中，铁元素以Fe2＋和Fe3＋的形式存在
D．m≥28，反应过程中溶液的质量一直在减小
B [酸性条件下，NOeq \\al(－,3)有氧化性，因此首先发生的反应是Fe＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===NO↑＋Fe3＋＋2H2O，然后发生反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，A错误；当加入16.8 g铁粉时，刚好发生上述第一个反应，生成标准状况下6.72 L NO气体，此时消耗1.2 ml H＋，B正确；滴加KSCN溶液不变红色说明溶液中不含Fe3＋，C错误；当恰好第二个反应结束时，根据方程式计算则至少消耗铁16.8 g＋(0.1 ml＋0.3 ml)×eq \f(1,2)×56 g·ml－1＝28 g，但反应过程中溶液的质量一直在增大，D错误。]
化工流程中含铁化合物的制备与回收
含铁化合物的制备与回收化工流程
(1)用废铁屑(含少量SiO2和氧化铁)制取绿矾
(2)用烧渣(主要含FeO、Fe2O3，还有一定量的SiO2)制备绿矾
(3)废品中铁化合物的制备
(4)刻蚀印刷电路板废液回收FeCl3和Cu
1．利用废铁屑(主要成分为Fe，还含有C、S、P等)制取高效净水剂K2FeO4的流程如图所示：
下列说法不正确的是( )
A．废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液除去油污
B．步骤②是将Fe2＋转化为Fe(OH)3
C．步骤③中发生反应的离子方程式为2Fe(OH)3＋3ClO－===2FeOeq \\al(2－,4)＋3Cl－＋4H＋＋H2O
D．步骤④中反应能发生的原因是在相同条件下，K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4
C [纯碱是强碱弱酸盐，COeq \\al(2－,3)水解导致纯碱溶液呈碱性，碱性条件下油污水解生成高级脂肪酸盐和甘油，所以废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液除去油污，故A正确；NaOH中和过量的酸，Fe2＋被H2O2氧化为Fe3＋，在碱性溶液中将Fe3＋转化为Fe(OH)3，步骤②的目的是将溶液中的Fe2＋转化为Fe(OH)3，故B正确；步骤③中发生的反应是在碱性条件下，反应的离子方程式为2Fe(OH)3＋4OH－＋3ClO－===2FeOeq \\al(2－,4)＋3Cl－＋5H2O，故C错误；步骤④中反应的化学方程式为2KOH＋Na2FeO4===K2FeO4＋2NaOH，溶解度大的能转化为溶解度小的物质，反应能发生的原因是K2FeO4的溶解度比Na2FeO4小，故D正确。]
2．某研究性学习小组从腐蚀印刷电路板的废液(含有FeCl2、FeCl3、CuCl2)中回收铜并制备氯化铁晶体，设计流程如下：
下列说法正确的是( )
A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸
B．操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都用到玻璃棒引流
C．若试剂c是双氧水和盐酸，相应的离子反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2＋
C [由分析知试剂b为盐酸，若用硫酸，则会引入杂质SOeq \\al(2－,4)，A错误；操作Ⅰ、Ⅱ为过滤，需用玻璃棒引流液体，操作Ⅲ涉及蒸发操作，需用玻璃棒搅拌，防止液体飞溅，B错误；H2O2可将Fe2＋氧化为Fe3＋，根据电荷守恒添加H＋配平，相应离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，C正确；溶液W中过量的盐酸与KMnO4也反应，故此处不能用KMnO4检验Fe2＋，D错误。]
3．工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)为原料制备高档颜料铁红(Fe2O3)，具体生产流程如下：
试回答下列问题：
(1)滤液X中含有的金属阳离子是________(填离子符号)。
(2)①步骤Ⅱ加入过量铁粉的目的是将_____________________________。
②步骤Ⅲ中可选用________(填字母)调节溶液的pH。
a．次氯酸钙 B．氨水
c．氢氧化钠溶液 D．高锰酸钾溶液
(3)①步骤Ⅳ加入NH4HCO3时的离子方程式：______________________。
②步骤Ⅳ的反应温度一般需控制在35 ℃以下，其目的是__________________。
③步骤Ⅳ中FeCO3沉淀完全后，溶液中含有少量Fe2＋，检验Fe2＋的方法是_________________________________________________________________。
(4)在空气中煅烧FeCO3生成产品氧化铁的化学方程式为__________________。
[答案] (1)Fe2＋、Fe3＋
(2)①将Fe3＋全部还原为Fe2＋ ②b
(3)①Fe2＋＋2HCOeq \\al(－,3)===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O
②防止NH4HCO3受热分解，减少Fe2＋的水解
③取少量溶液，加入硫氰化钾溶液，不显红色，然后滴加氯水，溶液变为红色
(4)4FeCO3＋O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋4CO2
1．(2022·山东等级考，T12)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。
下列说法错误的是( )
A．固体X主要成分是Fe(OH)3和S；金属M为Zn
B．浸取时，增大O2压强可促进金属离子浸出
C．中和调pH的范围为3.2～4.2
D．还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成
D [CuS精矿(含有杂质Zn、Fe元素)在高压O2作用下，用硫酸溶液浸取，CuS反应产生为CuSO4、S、H2O，Fe2＋被氧化为Fe3＋，然后加入NH3调节溶液pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀，而Cu2＋、Zn2＋仍以离子形式存在于溶液中，过滤得到的滤渣中含有S、Fe(OH)3；滤液中含有Cu2＋、Zn2＋；然后向滤液中通入高压H2，根据元素活动性：Zn>H>Cu，Cu2＋被还原为Cu单质，通过过滤分离出来；而Zn2＋仍然以离子形式存在于溶液中，再经一系列处理可得到Zn单质。经过上述分析可知固体X主要成分是S、Fe(OH)3，金属M为Zn。D项，在用高压H2还原Cu2＋变为Cu单质时，H2失去电子被氧化为H＋，与溶液中OH－结合形成H2O，若还原时增大溶液的酸度，c(H＋)增大，不利于H2失去电子还原Cu单质，因此不利于Cu的生成，D错误。]
2．(2022·湖南选择性考试，T13)为探究FeCl3的性质，进行了如下实验(FeCl3和Na2SO3溶液浓度均为0.1 ml·L－1)。
依据上述实验现象，结论不合理的是( )
A．实验①说明加热促进Fe3＋水解反应
B．实验②说明Fe3＋既发生了水解反应，又发生了还原反应
C．实验③说明Fe3＋发生了水解反应，但没有发生还原反应
D．整个实验说明SOeq \\al(2－,3)对Fe3＋的水解反应无影响，但对还原反应有影响
D [实验①中煮沸后溶液变红褐色[Fe(OH)3胶体]，说明加热促进Fe3＋水解反应，A项正确；实验②中溶液变红褐色，说明生成了Fe(OH)3胶体，Fe3＋发生了水解反应，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中存在Fe2＋，Fe3＋发生了还原反应，B项正确；实验③中溶液变红褐色，说明Fe3＋发生了水解反应，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无蓝色沉淀生成，说明Fe3＋没有发生还原反应，C项正确；实验①中煮沸后溶液变红褐色，实验③中溶液直接变红褐色，说明SOeq \\al(2－,3)对Fe3＋的水解反应有影响，D项错误。]
3．(2021·广东选择性考试，T10)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．a可与e反应生成b
B．b既可被氧化，也可被还原
C．可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D．可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
C [根据图示可知a为Fe，b为FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等Fe2＋的盐类物质，c为Fe(OH)2，e为FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等Fe3＋的盐类物质，d为Fe(OH)3。Fe3＋盐中加入浓碱液可以生成Fe(OH)3沉淀，C错误。]
4．(2019·全国Ⅰ卷，T27节选)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)。
A B C D
(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。
[答案] (1)用热的纯碱溶液洗涤 (2)加快反应速率 热水浴 C (3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质 防止Fe3＋水解 (4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
课时分层作业(十三) 铁及其化合物的转化与应用
一、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
1．中学化学常见物质之间，在一定条件下可以发生如图所示的转化关系(部分反应中的H2O没有标明)，其中A、B、C中均含有同一种元素。下列说法错误的是( )
A．若A、B、C、D都是中学化学常见气体，则D可能是氧气
B．若A是气体，D是常见金属，则反应①、②、③都是化合反应
C．若B物质具有两性，A、B、C、D都是化合物，则C溶液可能呈酸性，也可能呈碱性
D．若①、②、③反应都是氧化还原反应，则A、B、C中含有的同一种元素一定呈现三种不同化合价
D [若A为NH3，B为N2，C为NO，则D为O2，A正确；若A为Cl2，D为Fe，B为FeCl3，C为FeCl2，反应①、②、③都是化合反应，B正确；常见的两性物质是Al2O3和Al(OH)3，①若A为AlCl3，D为NaOH，则B为Al(OH)3，C为Na[Al(OH)4]，Na[Al(OH)4]溶液呈碱性；②若A为Na[Al(OH)4]，D为盐酸，C为AlCl3，AlCl3溶液呈酸性，C正确；若A为Cl2，D为Fe，B为FeCl3，C为FeCl2，①、②、③都是氧化还原反应，氯元素只呈现0和－1两种价态，D错误。]
2．一种以镍电极废料(含Ni以及少量Al2O3、Fe2O3和不溶性杂质)为原料制备NiOOH的过程可表示为
“酸浸”后溶液中的金属离子除Ni2＋外还有少量的Al3＋和Fe2＋等，下列说法错误的是( )
A．氧化性：Fe3＋>Ni2＋
B．除杂过程仅为过滤操作
C．氧化过程中每生成1 ml NiOOH消耗1 ml OH－
D．工业上也可电解碱性Ni(OH)2悬浊液制备NiOOH，加入一定量的KCl有助于提高生产效率
BC [镍电极废料(含Ni以及少量Al2O3、Fe2O3和不溶性杂质)经过“酸浸”后，得到Ni2＋和少量的Al3＋和Fe2＋等，氧化Fe2＋、调节pH，将Al3＋和Fe3＋转化为沉淀，再过滤除去不溶性杂质，则滤液中含有Ni2＋，Ni2＋经过KClO的氧化，得到NiOOH。除杂过程包括：氧化Fe2＋、调节pH，将Al3＋和Fe3＋转化为沉淀，再过滤除去不溶性杂质，B错误。根据氧化过程反应：2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH＋Cl－＋H2O，C错误。]
3．用铁泥(主要成分为Fe2O3、FeO和少量Fe)制备超顺磁性纳米Fe3O4(平均直径为25 nm)的流程示意图如下：
下列叙述不正确的是 ( )
A．常用热的Na2CO3溶液除去铁泥表面的油污
B．步骤②中，主要反应的离子方程式是2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
C．步骤④中，反应完成后剩余的H2O2无需除去
D．步骤⑤中，为了验证得到的固体是超顺磁性的Fe3O4粒子，可将其均匀分散在水中，做丁达尔效应实验
C [油污在碱性条件下可以发生水解反应，热的纯碱溶液碱性较强，水解效果较好，可用于除去油污，A正确；滤液A溶质为氯化铁、氯化亚铁、过量的稀盐酸，加入铁粉的主要目的是还原铁离子，主要反应的离子方程式是2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，B正确；步骤④中反应完成后剩余H2O2，为防止其在步骤⑤中继续氧化＋2价的铁元素，反应完成后需再加热一段时间除去剩余的H2O2，C错误；超顺磁性的纳米Fe3O4粒子平均直径为25 nm，可将其均匀分散在水中，做丁达尔效应实验，D正确。]
4．FeSO4在工业上可用于制备FeCO3，实验室模拟工业流程如图所示。下列说法正确的是( )
A．可用KSCN溶液检验FeSO4溶液中Fe2＋是否全部被氧化成Fe3＋
B．用Na2CO3代替NH4HCO3，可能有Fe(OH)2沉淀产生
C．沉淀的同时有NH3产生
D．可用盐酸检验沉淀是否洗涤干净
B [检验FeSO4溶液中Fe2＋是否完全被氧化成Fe3＋，应选用酸性高锰酸钾溶液或铁氰化钾溶液，故A错误；用Na2CO3代替NH4HCO3，碳酸钠中碳酸根离子水解程度大，也可以发生相互促进的水解反应生成氢氧化亚铁沉淀，故B正确；FeSO4与碳酸氢铵发生的反应为Fe2＋＋2HCOeq \\al(－,3)===FeCO3↓＋H2O＋CO2↑，无氨气生成，故C错误；可用氯化钡溶液检验沉淀是否洗涤干净，若洗涤液中加入氯化钡溶液无沉淀生成说明洗涤干净，加入盐酸无明显现象，不能用盐酸，故D错误。]
二、非选择题
5．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。
图1 图2
回答下列问题：
(1)若图1中的F为硫酸盐，请写出由D生成F的离子方程式：___________________。
(2)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_______________________________________。
(3)图1中的F与C在水溶液中转化的离子反应有：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，为了探究该反应存在一定的限度，某化学兴趣小组取10 mL 0.5 ml·L－1的KI溶液于试管中，再加入10 mL 0.2 ml·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
(4)用Fe可以去除水体中的NOeq \\al(－,3)(原理如图2)。若有1 ml NOeq \\al(－,3)转化为NHeq \\al(＋,4)，则参加反应的Fe失去的电子的物质的量为________ml。
[答案] (1)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
(2)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(3)B (4)8
6．锰锌铁氧体软磁材料(Fe2O3-MnO-ZnO)作为一种重要的电子材料在信息通信等领域有广泛的应用，用软锰矿(主要成分MnO2，含SiO2、FeO、Fe2O3、CaO、MgO等杂质)为主要原料制备软磁材料的工艺流程如下。
回答下列问题：
(1)滤渣①的主要成分是________。
(2)“酸浸”过程中加入过量铁粉的主要目的是__________________________。
(3)写出“酸浸”过程铁发生反应的离子方程式为_______________________。
(4)“碳化”中生成FeCO3的离子方程式为_______________________。
(5)“煅烧”时，碳酸亚铁发生反应的化学方程式为_________________。
[解析] 根据题干流程信息可知，“酸浸”时发生的反应有MnO2＋2H2SO4＋Fe===MnSO4＋FeSO4＋2H2O、FeO＋H2SO4===FeSO4＋H2O、Fe＋Fe2O3＋3H2SO4===3FeSO4＋3H2O、CaO＋H2SO4===CaSO4＋H2O、MgO＋H2SO4===MgSO4＋H2O，过滤得滤渣①为SiO2和过量的铁粉，向滤液①中加入NH4F，将Ca2＋、Mg2＋转化为CaF2、MgF2沉淀，过滤得滤渣②主要成分为CaF2、MgF2，向滤液②中加入FeSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O调节溶液中Fe2＋、Zn2＋、Mn2＋的物质的量比例，加入NH3·H2O、NH4HCO3将Fe2＋、Zn2＋、Mn2＋进行碳化转化为FeCO3、ZnCO3、MnCO3，过滤后得滤渣③的主要成分为FeCO3、ZnCO3、MnCO3、滤液③的主要成分为(NH4)2SO4。
[答案] (1)SiO2和铁粉
(2)将MnO2全部还原成Mn2＋，将Fe3＋全部还原为Fe2＋
(3)MnO2＋4H＋＋Fe===Mn2＋＋Fe2＋＋2H2O，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋或Fe＋Fe2O3＋6H＋===3Fe2＋＋3H2O
(4)Fe2＋＋HCOeq \\al(－,3)＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NHeq \\al(＋,4)＋H2O
(5)4FeCO3＋O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋4CO2
7．绿矾(FeSO4·7H2O)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法：
查询资料，得有关物质的数据如下表：
(1)检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3＋，最好选用的试剂为________(填字母)。
A．KSCN溶液 B．NaOH溶液 C．KMnO4溶液
(2)操作Ⅱ中，通入硫化氢至饱和的目的是(写两点)
___________________________________________________________________、
_________________________________________________________________。
(3)操作Ⅳ的顺序依次为________、冷却结晶、过滤。
[解析] (2)通入硫化氢至饱和的目的是硫化氢具有强还原性，可以将Fe3＋还原为Fe2＋。H2S在溶液中饱和，可以增大溶液中的S2－浓度，尽量保证将Sn2＋全部转化为SnS沉淀，以便于过滤除去Sn杂质。(3)溶液中得到晶体，需要对溶液加热进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等，所以操作Ⅳ的顺序依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。
[答案] (1)A
(2)除去溶液中的Sn2＋ 将Fe3＋还原成Fe2＋
(3)蒸发浓缩
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Zn(OH)2
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.2
实验
操作与现象
①
在5 mL水中滴加2滴FeCl3溶液，呈棕黄色；煮沸，溶液变红褐色。
②
在5 mL FeCl3溶液中滴加2滴Na2SO3溶液，变红褐色；再滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀。
③
在5 mL Na2SO3溶液中滴加2滴FeCl3溶液，变红褐色；将上述混合液分成两份，一份滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无蓝色沉淀生成；另一份煮沸，产生红褐色沉淀。
25 ℃时
饱和H2S溶液
SnS沉淀完全
FeS开始沉淀
FeS沉淀完全
pH
3.9
1.6
3.0
5.5