第14讲　铁及其化合物的转化关系

主备人：王欣一    审核人：陈会玲    审批人：        使用时间：2021年7月

【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

【知识梳理】

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。

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： ____________________________________

(2)将FeCl3溶液滴入KI­淀粉溶液，溶液变蓝：________________________________________

(3)FeCl3可溶解铁片：______________________________________________________________

(4)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色：________________________________________________

(5)将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中，有无色气体放出：____________________________________________

【题组训练】

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，加水溶解不可实现转化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

 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

3． 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

 考点二　变价“铁”的常见考法（重要考点，认真看）

【知识梳理】

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－<Br－<Fe2＋<Cu<I－<S2－

2．氯化铁溶液与铜、铁反应的分析

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＋

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、[Al(OH)4]－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。

【题组训练】

 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

2． 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

 3．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(　　)

4．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_______________________________________________________________________________。

5．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_______________________________ ___。

【高考真题】

1．    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

 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______________。

第14讲   铁及其化合物的转化关系    课时作业

主备人：王欣一    审核人：陈会玲    审批人：        使用时间：2021年7月

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

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

2. 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

 3．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4 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

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

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

 二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。

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

 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＝0.60

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

  三、非选择题

 8．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：___________________________________________________________________。

9．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。

 10．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＋ ＋3H2OD．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________。

11．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__________________________________________。