第3章 第10讲 铁及其化合物之间的转化关系（Word教参）-【优化指导】2025年高考化学一轮复习高中总复习·第1轮（鲁科版）

第10讲　铁及其化合物之间的转化关系 复习目标 1.基于“价—类”二维图认识铁及其重要化合物之间的转化关系，并应用于分析、解决相关问题。 2.探究铁、亚铁盐、铁盐的性质及相互转化关系，加深对相关知识的理解与掌握。 　基于“价—类”二维图理解铁及其化合物之间的转化 [对应学生用书P59] 1.铁及其化合物的“价—类”二维图 从物质类别和铁元素化合价两个维度总结、归纳铁及其重要化合物的性质与转化关系是掌握该部分内容的重要方法之一。 2.图示应用举例 根据上图中物质的转化关系，写出相应反应的离子方程式。 (1)向铁粉中加入稀盐酸制取H2：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 (2)向FeCl2溶液中滴加新制氯水：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。 (3)向FeCl3溶液中加入铜片：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。 (4)将FeCl3溶液滴入淀粉碘化钾溶液中，溶液变蓝：2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。 (5)向酸性FeCl2溶液中滴加H2O2溶液：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。 考向　铁及其化合物的“价—类”二维图及应用 【例】 (2023·辽宁锦州期末)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断正确的是(　　) A.a可与水蒸气在高温条件下反应生成e B.b是一种黑色粉末，在空气中受热，迅速被氧化生成e C.c中加入新制氯水可生成d，此反应中c体现氧化性 D.e是碱性氧化物，e中加入盐酸可生成d [思路剖析] ① 根据图中物质a～e中铁元素价态及物质类别确定相关物质，a是Fe，b是FeO，c是＋2价的亚铁盐，d是＋3价的铁盐，e是Fe2O3 ② 结合物质的类别及氧化还原反应规律，推测物质的性质及变化 D　解析：a是Fe单质，与水蒸气在高温条件下反应生成Fe3O4，Fe3O4中Fe元素化合价为＋2、＋3价，而e是＋3价的Fe的氧化物Fe2O3，A错误；b是FeO，该物质不稳定，在空气中加热时容易被空气中的氧气氧化为Fe3O4，不是Fe2O3，B错误；c是＋2价的亚铁盐，该物质具有还原性，容易被新制氯水氧化为＋3价的铁盐，在该反应中c失去电子表现还原性，而不是氧化性，C错误；e是Fe2O3，Fe元素化合价为＋3价，能够与酸反应产生盐和水，因此属于碱性氧化物，加入盐酸，二者反应产生氯化铁和水，氯化铁属于铁盐，D正确。 分析铁及其重要化合物的“价—类”二维图的3个角度 (1)横向转化体现了铁元素同种价态不同类别物质(氧化物、碱、盐)之间的转化。 ①碱性氧化物(FeO、Fe2O3)都能与酸(H＋)反应转化为盐(亚铁盐、铁盐);②盐(Fe2＋、Fe3＋)与碱(OH－)反应生成相应的碱[Fe(OH)2、Fe(OH)3]；③难溶性碱受热易分解生成对应的氧化物，如Fe(OH)3分解生成Fe2O3。 (2)纵向转化体现铁元素不同价态同种类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。 (3)斜向转化体现铁元素不同价态、不同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。 1.(2023·广东佛山统考)下图是铁元素的“价—类”二维图，下列有关铁元素的单质及其化合物的说法正确的是(　　) A.a能和水蒸气反应生成b B.d常用作红色颜料 C.a→d→e→f均可通过一步反应实现转化 D.a与f的阳离子反应生成1 mol的阳离子，转移的电子数为NA B　解析：a为铁单质，能和水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁而不是氧化亚铁，A错误；d为棕红色氧化铁固体，常用作红色颜料，B正确；(d)氧化铁为不溶性金属氧化物，不能一步转化为氢氧化铁(e)，C错误；(a)铁单质与(f)铁离子反应生成亚铁离子(c)：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，3Fe3＋～2e－，则生成1 mol的阳离子，转移的电子数为NA，D错误。 2.(2023·广东东莞七校联考)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 D　解析：铁与高温水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，不能实现上述转化①，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，生成Fe3O4，不能发生转化②，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，C错误；高铁酸盐中铁为＋6价，具有强氧化性，可用于消毒，与水反应最终生成Fe(OH)3胶体，D正确。 　“铁三角”的转化关系及实验探究 [对应学生用书P60] 　　　　　　　　　　　　　　　 1.从物质类别和元素价态角度建构“铁三角”转化关系模型 2.图示应用举例 根据上图中物质的转化关系，写出相应反应的离子方程式。 (1)铁与稀硝酸反应生成Fe3＋：Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 (2)《淮南万毕术》中“曾青得铁则化为铜”：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。 (3)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋。 (4)FeSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液：5Fe2＋＋MnO＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O。 考向1　“铁三角”的转化关系及应用 【例1】 (2023·天津河西区模拟)自来水厂利用铁屑及FeCl2溶液处理泄漏的Cl2。下列说法不正确的是(　　) A.Cl2和水反应的离子方程式为H2O＋Cl2 HClO＋H＋＋Cl－ B.吸收泄漏氯气的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋ C.铁屑的作用是将FeCl3还原为FeCl2，使吸收液获得再生 D.铁屑耗尽时溶液中可能大量存在：Fe2＋、Fe3＋、ClO－、Cl－ D　解析：溶于水的Cl2部分与水反应生成HCl和HClO，该反应是可逆反应，HClO是弱酸，A正确；泄漏的Cl2被FeCl2溶液吸收，反应生成FeCl3，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋，B正确；吸收Cl2后FeCl2转化为FeCl3，铁屑可将FeCl3还原为FeCl2，使吸收液获得再生，C正确；Fe2＋具有还原性，ClO－具有较强氧化性，二者发生氧化还原反应，不能大量共存，D错误。 考向2　实验探究“铁三角”的转化关系 【例2】 (教材改编题)为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性，某同学设计了如下实验方案，其中符合实验要求且完全正确的是(　　) 实验操作 实验现象 离子反应 实验结论 A 向氯化亚铁溶液中通入氯气 浅绿色溶液变成棕黄色溶液 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ Fe2＋具有氧化性 B 在氯化亚铁溶液中加入锌片 浅绿色溶液变成无色溶液 Fe2＋＋Zn===Zn2＋＋Fe Fe2＋具有还原性 C 在氯化铁溶液中加入铁粉 棕黄色溶液变成浅绿色溶液 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ 铁单质具有还原性 D 在氯化铁溶液中加入铜粉 蓝色溶液变成棕黄色溶液 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ Fe3＋具有氧化性 C　解析：FeCl2溶液中通入Cl2，Fe2＋被氧化为Fe3＋，溶液变成棕黄色，Fe2＋作还原剂，表现还原性，A错误；FeCl2溶液中加入锌片，Zn将Fe2＋还原为Fe，溶液变成无色，Fe2＋作氧化剂，表现氧化性，B错误；FeCl3溶液中加入铁粉，发生反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe作还原剂，表现还原性，C正确；FeCl3溶液中加入铜粉，发生反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，溶液由棕黄色变为蓝色，Fe3＋作氧化剂，表现氧化性，D错误。 (1)根据“铁三角”转化关系，判断离子能否大量共存 ①Fe2＋具有还原性NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)等氧化性离子； ②Fe3＋具有氧化性S2－、I－、SO等还原性离子； ③Fe3＋具有水解性HCO、CO等水解相互促进的离子。 (2)根据“铁三角”转化关系，分离提纯物质 ①除去含Mg2＋(或Cu2＋)的溶液中混有的Fe3＋：向混合溶液中加入相应金属的难溶氧化物(MgO、CuO)、难溶氢氧化物[Mg(OH)2、Cu(OH)2]或难溶碳酸盐(MgCO3、CuCO3)中的一种，与Fe3＋水解产生的H＋反应，促进Fe3＋的水解，将Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。 ②除去含Mg2＋(或Cu2＋)的溶液中混有的Fe2＋：先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，再按①的方法除去溶液中的Fe3＋。 1.下列除杂的操作不正确的是(　　) A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量镁充分反应后过滤 B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤 C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入NaOH溶液充分反应后过滤 D.CuCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入CuO充分反应后过滤 C　解析：Mg与FeCl3反应生成FeCl2，过量Mg可与FeCl2反应置换出Fe，A正确；加入过量铁粉，FeCl3与Fe反应生成FeCl2从而达到除杂的目的，B正确；C项中加入NaOH溶液，Cu2＋、Fe3＋均能转化成氢氧化物沉淀，不符合除杂要求；先用H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再利用FeCl3的水解，加入的CuO与H＋反应将Fe3＋转化成Fe(OH)3而除去，D正确。 2.某化学实验小组设计如下实验探究Zn与溶液中Fe3＋发生反应的原理。 实验 试剂 现象 Ⅰ 2 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液、过量锌粉 黄色溶液很快变浅，接着有无色气泡产生，固体中未检出铁单质 Ⅱ 2 mL 1 mol/L FeCl3溶液(pH≈0.70)、过量锌粉 很快有大量气体产生，出现红褐色浑浊，30 min左右产生红褐色沉淀，溶液颜色变浅，产生少量铁单质 下列说法错误的是(　　) A.实验Ⅰ说明Fe3＋被还原为Fe2＋ B.可用酸性高锰酸钾溶液检验实验Ⅰ得到的溶液中含有Fe2＋ C.实验Ⅱ发生了置换反应和复分解反应 D.实验说明Fe3＋、H＋与Zn的反应与离子浓度有关 B　解析：实验Ⅰ黄色溶液很快变浅，固体中未检出铁单质，说明Fe3＋被还原为Fe2＋，A正确。FeCl3溶液中的Cl－也能被酸性高锰酸钾溶液氧化，干扰Fe2＋的检验，故不能用酸性高锰酸钾溶液检验实验Ⅰ得到的溶液中含有Fe2＋，B错误。FeCl3溶液中加入过量锌粉，很快有大量气体产生，是氯化铁溶液水解产生的盐酸与锌粉反应产生氯化锌和氢气，反应为置换反应；出现红褐色浑浊，是氯化铁水解生成氢氧化铁，属于复分解反应；产生少量铁单质，是锌置换出铁，属于置换反应，C正确。根据上述实验可知，实验开始时Fe3＋浓度较大，先与锌发生氧化还原反应生成氯化锌和氯化亚铁，当Fe3＋浓度较低，H＋浓度较大时，H＋与锌反应生成锌盐和氢气，故实验说明Fe3＋、H＋与Zn的反应与离子浓度有关，D正确。 [对应学生用书P62] 角度 铁及其化合物的性质分析 1.(2023·浙江1月选考卷)探究铁及其化合物的性质，下列实验方案设计、现象和结论都正确的是(　　) 实验方案 现象 结论 A 向FeCl2溶液中加入Zn片 短时间内无明显现象 Fe2＋的氧化能力比Zn2＋弱 B 向Fe2(SO4)3溶液中滴加KSCN溶液，再加入少量K2SO4固体 溶液先变成红色后无明显变化 Fe3＋与SCN－的反应不可逆 C 将食品脱氧剂样品中的还原铁粉溶于盐酸，滴加KSCN溶液 溶液呈浅绿色 食品脱氧剂样品中没有＋3价铁 D 向沸水中逐滴加5～6滴饱和FeCl3溶液，持续煮沸 液体先变成红褐色再析出沉淀 Fe3＋先水解得Fe(OH)3再聚集成Fe(OH)3沉淀 D　解析：向FeCl2溶液中加入Zn片，Fe2＋＋Zn===Zn2＋＋Fe，溶液由浅绿色变为无色，Fe2＋的氧化能力比Zn2＋强，A错误；溶液变成红色的原因：Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，与SO和K＋无关，B错误；铁离子可能先与单质铁生成亚铁离子，则溶液呈浅绿色，C错误；向沸水中滴加饱和氯化铁溶液，制取Fe(OH)3胶体，继续加热则胶体因聚沉变为沉淀，D正确。 (判断下列说法的正误) (1)(2022·浙江1月选考卷)铁与碘反应易生成碘化铁(　　×　　) (2)(2019·江苏卷)在给定条件下，能实现转化：NaCl(aq)Cl2(g)FeCl2(s) (　　×　　) 角度 含铁化合物的制备及“铁三角”的应用 2.(2022·河北卷)以焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe(NH4)Fe(CN)6颜料，工艺流程如下： 回答下列问题： (1)红渣的主要成分为________(填化学式)，滤渣①的主要成分为________(填化学式)。 (2)黄铁矿研细的目的是_____________________________________________________。 (3)还原工序中，不生成S单质的反应的化学方程式为______________________________。 (4)工序①的名称为____________________，所得母液循环使用。 (5)沉铁工序产生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合价为________，氧化工序发生反应的离子方程式为________________________________。 (6)若用还原工序得到的滤液制备Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4，所加试剂为__________和____________(填化学式，不引入杂质)。 [思路剖析] ①酸浸 Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O，过滤出滤渣①主要成分为SiO2 ②还原 向滤液中加入黄铁矿进行还原，将Fe3＋还原为Fe2＋，则硫元素被氧化为SO：14Fe3＋＋FeS2＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋ ③沉铁 加入(NH4)2SO4、K3[Fe(CN)6]并用H2SO4调节溶液的pH为3，进行沉铁，产生Fe(NH4)2Fe(CN)6白色沉淀 答案：(1)Fe2O3　SiO2 (2)增大固液接触面积，加快反应速率，提高黄铁矿的利用率 (3)7Fe2(SO4)3＋FeS2＋8H2O15FeSO4＋8H2SO4 (4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤 (5)＋2价　6Fe(NH4)2Fe(CN)6＋ClO＋6H＋6Fe(NH4)Fe(CN)6＋3H2O＋Cl－＋6NH (6)H2O2　NH3·H2O 解析：(1)焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生红渣，FeS2被氧化生成Fe2O3和SO2，红渣的主要成分为Fe2O3。红渣加入稀硫酸溶解，SiO2不溶于稀硫酸，则滤渣①为SiO2。 (2)“还原”过程黄铁矿研细，可增大固液接触面积，加快反应速率，提高黄铁矿的利用率 。 (3)酸浸液中含Fe2(SO4)3，“还原”工序加入黄铁矿(FeS2)并加热，不生成S单质，则S元素被氧化生成SO，Fe3＋则被还原生成Fe2＋，结合守恒规律配平可得：7Fe2(SO4)3＋FeS2＋8H2O15FeSO4＋8H2SO4。 (4)FeSO4易溶于水，工序①从FeSO4和H2SO4混合液中获得FeSO4晶体，该工序的名称应为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，所得母液中含有FeSO4和H2SO4，可以循环利用。 (5)Fe(NH4)2Fe(CN)6中NH显＋1价，CN－显－1价，推知Fe的化合价为＋2价。“沉铁”工序中FeSO4溶液加入H2SO4、(NH4)2SO4、K3[Fe(CN)6]，生成Fe(NH4)2Fe(CN)6沉淀，氧化过程加入H2SO4、NaClO3，发生氧化还原反应生成Fe(NH4)Fe(CN)6。 (6)还原工序得到的滤液中含有FeSO4和H2SO4，若制备Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4不引入杂质，从Fe元素化合价变化及N元素守恒推知，所加试剂为H2O2和NH3·H2O。 (2021·海南卷)无水FeCl3常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程，以废铁屑(含有少量碳和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3(s)。 已知：氯化亚砜()熔点：－101 ℃，沸点：76 ℃，易水解。 (1)为避免引入新的杂质，试剂B可以选用________(填标号)。 A.KMnO4溶液 B.Cl2水 C.Br2水 D.H2O2溶液 (2)取少量D晶体，溶于水并滴加KSCN溶液，现象是__________________________。 (3)反应D→E的化学方程式为________________________________________________。 (4)由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐，写出一种可能的还原剂________，并设计实验验证是该还原剂将Fe3＋还原： ______________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案：(1)BD　(2)溶液变成红色　(3)FeCl3·6H2O＋6SOCl2FeCl3＋6SO2↑＋12HCl↑　(4)SO2　先加盐酸酸化，再加BaCl2溶液，产生白色沉淀，则含有SO，是SO2将Fe3＋还原 学科网（北京）股份有限公司 $$