第3章 热点专攻5 工艺流程中的含铁化合物（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）

热点专攻5　工艺流程中的含铁化合物 [对应学生用书P63] 1.工艺流程中含铁化合物的制备“两防” 2.含铁化合物制备的“微流程”设计 【例1】 以赤铁矿(主要成分为Fe2O3，含少量Al2O3)为原料制备无水FeCl2的工艺流程如下。下列说法错误的是(　　) A.试剂1可用NaOH溶液 B.鉴别溶液2中金属阳离子可用K3[Fe(CN)6]溶液 C.反应3为化合反应 D.将溶液3蒸干不能制得无水FeCl2 B　解析：试剂1为NaOH溶液，加入试剂的目的是将Al2O3溶解转化为Na[Al(OH)4]，从而除去杂质，A正确；溶液2为FeCl3溶液，鉴别溶液中的Fe3＋应选择KSCN溶液，B错误；反应3为FeCl3溶液与Fe发生化合反应生成FeCl2，C正确；FeCl2中Fe2＋具有还原性和水解性，若直接将溶液蒸干无法制得无水FeCl2，应隔绝空气，在HCl气流中蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到无水FeCl2，D正确。 3.含铁化合物制备的“综合流程”设计 【例2】 (2023·天津东丽区模拟)工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]的工艺流程如下： 已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示： 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀 2.3 7.5 3.4 完全沉淀 3.2 8.3 4.7 回答下列问题： (1)反应Ⅰ中发生的氧化还原反应的化学方程式为______________________________，__________________________________。 (2)加入少量NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的________(填“Fe3＋”“Fe2＋”或“Al3＋”)沉淀。该工艺流程中“搅拌”的作用是____________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)反应Ⅱ的离子方程式为__________________________________________________。在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作________。若参与反应的O2有11.2 L(标准状况)，则相当于节约NaNO2的物质的量为________。 (4)碱式硫酸铁溶于水后产生的[Fe(OH)]2＋，可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合离子。该水解反应的离子方程式为___________________________________________________________。 (5)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有Fe2＋及NO。为检验所得产品中是否含有Fe2＋，应使用的试剂为________________(填标号)。 A.氯水 B.KSCN溶液 C.NaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液 [思路剖析] ①反应Ⅰ 废铁屑含少量氧化铝、氧化铁等，加入稀硫酸溶解，生成FeSO4、Al2(SO4)3 ②搅拌 加入NaHCO3，Al3＋和HCO发生水解相互促进的反应，生成Al(OH)3沉淀 ③反应Ⅱ FeSO4溶液加入H2SO4、NaNO2，发生氧化还原反应生成Fe3＋、NO 答案：(1)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑　 Fe＋Fe2(SO4)3===3FeSO4 (2)Al3＋　加快反应速率(或使反应物充分接触) (3)Fe2＋＋NO＋2H＋===Fe3＋＋NO↑＋H2O　氧化剂　2 mol (4)2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋　(5)D 解析：(2)反应Ⅰ后溶液的成分为FeSO4和Al2(SO4)3的混合溶液，经加入NaHCO3、搅拌、过滤后得FeSO4溶液，所以加入少量NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的Al3＋沉淀；该工艺流程中“搅拌”的作用是加快反应速率。 (4)[Fe(OH)]2＋可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合离子，根据电荷守恒和元素守恒可写出反应的离子方程式为2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋。 1.(双选)高铁酸钾(K2FeO4)具有强氧化性，是一种环保、高效、多功能的饮用水处理剂，可以用如下流程进行制备。下列说法正确的是(　　) A.“酸溶”前，可用热的Na2CO3溶液处理铁屑表面的油污 B.“氧化”过程的离子方程式为2Fe2＋＋O2＋4H＋===2Fe3＋＋2H2O C.“制备Na2FeO4”中氧化剂和还原剂的物质的量之比为3∶2 D.“转化”中析出K2FeO4晶体的原因可能是相同条件下其溶解度大于Na2FeO4 AC　解析：Na2CO3水解使溶液呈碱性，升高温度，水解平衡向正反应方向移动，溶液中c(OH－)增大，能使油脂的水解程度增大，则“酸溶”前可用热的碳酸钠溶液处理铁屑表面的油污，A正确；“氧化”过程为过量空气将溶液中的FeCl2转化为FeCl3，反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，B错误；制备Na2FeO4的反应中，FeCl3是还原剂，NaClO是氧化剂，据得失电子守恒可知，NaClO和FeCl3的物质的量之比为3∶2，C正确；转化步骤中向得到的Na2FeO4溶液中加入饱和KOH溶液，将Na2FeO4转化为溶解度小的K2FeO4，D错误。 2.用废铁屑制备磁性胶体粒子，制备过程如图所示。 下列说法不正确的是(　　) A.加稀H2SO4是为了使铁溶解生成FeSO4 B.通入N2是为了防止空气中的O2氧化Fe2＋ C.加适量的H2O2溶液是为了将部分Fe2＋氧化为Fe3＋ D.溶液A中Fe2＋和Fe3＋的浓度比为2∶1 D　解析：废铁屑中加入Na2CO3溶液，使表面油污发生水解，从而除去废铁屑表面的油污；加入稀硫酸将铁溶解，生成FeSO4，加入适量H2O2，将一部分Fe2＋氧化为Fe3＋；加入NaOH溶液并通入N2，隔绝空气，防止Fe2＋被氧化为Fe3＋，此时Fe2＋、Fe3＋与OH－在加热条件下发生反应生成Fe3O4。由分析可知，加入稀H2SO4，与Fe反应生成FeSO4和氢气，A正确；因为要制取Fe3O4，需要使溶液中Fe2＋、Fe3＋的物质的量满足1∶2，所以需防止Fe2＋被空气中的O2氧化，则通入N2是为了隔绝空气，防止空气中的O2氧化Fe2＋，B正确；加适量的H2O2溶液是为了将其中三分之二的Fe2＋氧化为Fe3＋，以便获得产品，C正确；在Fe3O4中，Fe2＋与Fe3＋的个数比为1∶2，则溶液A中Fe2＋和Fe3＋的浓度比为1∶2，D错误。 3.(2023·辽宁沈阳市郊联体联考)某矿石中含有硅、铁、铝的氧化物，为综合开发资源，提高矿石的利用率，化工厂采取如图工艺制备铁红和AlCl3·6H2O。 该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表： 金属离子 Fe3＋ Al3＋ Fe2＋ 开始沉淀的pH 2.2 3.7 6.3 沉淀完全的pH (c＝1.0×10－5 mol/L) 3.2 4.7 8.3 请回答下列问题： (1)提高酸浸效率的措施____________(答出一种即可)，最适合选择____________进行酸浸。 (2)“氧化”步骤一般采用过氧化氢，且分多次添加的方式。其涉及反应的离子方程式为______________________，分多次添加过氧化氢的目的是______________________________。 (3)调节pH的范围为__________。 (4)“洗涤”的操作是____________________。 (5)由AlCl3溶液制备AlCl3·6H2O的操作步骤为_________________________________ ___________________________________。 (6)可循环使用的物质是__________(填名称)。 (7)若矿石的质量为m1 kg，最后获得m2 kg AlCl3·6H2O，则矿石中铝元素的含量为________×100%。 答案：(1)将矿物粉碎，增大接触面积或适当增大盐酸的浓度或充分搅拌等　盐酸 (2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　防止产生的Fe3＋催化H2O2分解 (3)3.2≤pH＜3.7 (4)沿玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出后重复2～3次 (5)在AlCl3溶液中加入少量的浓盐酸，再蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥 (6)盐酸　(7) 解析：(1)将矿物粉碎，增大接触面积或适当增大盐酸的浓度或充分搅拌等措施均能提高酸浸效率；由于最后需要制备AlCl3·6H2O，则最适合选择一定浓度的盐酸进行酸浸。 (2)氧化的目的是将Fe2＋转化为Fe3＋，“氧化”步骤一般采用过氧化氢，且分多次添加的方式，其涉及反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；由于Fe3＋能够催化H2O2分解，则分多次添加过氧化氢的目的是防止产生的Fe3＋催化H2O2分解。 (3)调节pH的目的是将Fe3＋沉淀完全，Al3＋不产生沉淀，以达到分离Al3＋和Fe3＋的目的，根据题干表中数据可知，调节pH的范围为3.2≤pH＜3.7。 (5)Al3＋结晶时会水解生成Al(OH)3，故需在AlCl3溶液中加入少量的浓盐酸，再蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥才可得到AlCl3·6H2O。 (7)若矿石的质量为m1 kg，最后获得m2 kg AlCl3·6H2O，则m2 kg AlCl3·6H2O中含有的Al元素的质量为×27 g/mol，则矿石中铝元素的含量为×100%＝×100%。 学科网（北京）股份有限公司 $$