第3章 关键能力之演绎推理 ——从铁到变价金属的迁移应用-【名师导航】2025年高考化学一轮总复习课件（人教版）

第三章　铁 金属材料 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 1．铁、钴、镍 (1)含铁、钴、镍元素的物质性质比较 Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)性质差异 Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)性质差异 氧化物 氧化钴与氧化镍在酸性溶液中显示出强氧化性： Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O 但氧化铁与酸只发生复分解反应 氢氧化物还原性 还原性： ①Fe(OH)2在空气中极易被氧化成 ②Co(OH)2在空气中被O2氧化的速度较小；可以被强氧化剂(如H2O2)迅速氧化 ③Ni(OH)2在空气中不易被氧化，只有在更强的氧化剂条件下才会被氧化生成 氢氧化物 铁的氢氧化物只与酸发生酸碱中和反应： Fe(OH)3＋3H＋===Fe3+＋3H2O 镍、钴的氢氧化物与还原性酸发生氧化还原反应： 2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Co2+＋Cl2↑＋6H2O 2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2+＋Cl2↑＋6H2O 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)性质差异 Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)性质差异 离子存在状态 Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应(镍同)： 4Co3+＋2H2O===4Co2+＋4H＋＋O2↑ Fe3+在酸性溶液中可以稳定存在 与氨水反应 ①Fe(OH)2与氨水不反应 ②Co(OH)2 转化为[Co(NH3)6]2+ ③Ni(OH)2 转化为[Ni(NH3)6]2+ 结论与解释 ①由于Fe(OH)2的稳定性弱于Co(OH)2、，故三者的还原性：>Ni(OH)2，因此三者与氧化剂反应的条件不同，三者在氯水中的溶解情况不同 ②由于铁、钴、镍的核电荷数依次增大，故对电子的吸引能力依次增强，故氧化性：Fe(Ⅲ)<Co(Ⅲ)<Ni(Ⅲ) 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (2)铁、钴、镍盐溶液的氧化性与还原性 ①在酸性溶液中，Fe3+、Co2+、Ni2+分别是铁、钴、镍离子的稳定状态。高价态的铁(Ⅵ)、钴(Ⅲ)、镍(Ⅳ)在酸性溶液中都有很强的氧化性，空气中的O2能将酸性溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，但不能将Co2+、Ni2+氧化成Co3+和Ni3+。 ②在碱性介质中，铁的最稳定价态仍是＋3价，钴、镍的最稳定价态仍是＋2价，在碱性介质中，将低价态的Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)氧化成高价态比在酸性介质中容易。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 2．钛、钒、铬、锰 (1)钛(Ti)及其化合物的性质 钛元素的主要化合价为0、＋4。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (2)钒(V)及其化合物的性质 钒元素的主要化合价为0、＋2、＋3、＋4、＋5。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (3)铬(Cr)及其化合物的性质 铬元素的主要化合价为0、＋3、＋6。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 重要工业铬产品的一般制备流程： 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (4)锰(Mn)及其化合物的性质 锰元素的主要化合价为0、＋2、＋3、＋4、＋5、＋6、＋7。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 考向1| 铁、钴、镍及其化合物的性质 1．以空气中久置废铁屑为原料制备硫酸亚铁晶体的实验过程如图所示。下列说法正确的是(　　) A．过滤步骤中所用到的玻璃仪器有2种 B．硫酸亚铁可用于治疗缺铁性贫血，原因是人体血红素是亚铁离子配合物 C．取少量酸浸后的溶液，滴加KSCN溶液，未变红色，说明废铁屑中不含＋3价铁元素 D．实验过程不直接蒸发结晶的原因是FeSO4会水解生成Fe(OH)2 √ 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 B　解析：过滤装置图为 ，用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗， 共3种，故A错误；硫酸亚铁可用于治疗缺铁性贫血，原因是人体血红素是亚铁离子配合物，故B正确；取少量酸浸后的溶液，滴加KSCN溶液，未变红色，可能是废铁屑中的＋3价铁元素被单质铁还原为Fe2+，不能说明废铁屑中不含＋3价铁元素，故C错误；实验过程不直接蒸发结晶的原因是防止 FeSO4被氧气氧化，故D错误。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 2．陶瓷工业中钴系色釉具有呈色稳定、呈色强度高等优点，利用含钴废料(主要成分为Co3O4，还含有少量的铝箔、LiCoO2等杂质)制备碳酸钴的工艺流程如图所示。下列说法错误的是(　　) 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 A．滤液①的主要成分是Na[Al(OH)4] B．操作①与操作②的分离方法不同 C．“酸溶”反应中H2O2可以换成O2 D．“沉钴”时，Na2CO3的滴速过快或浓度太大将导致产品不纯，其原因是溶液碱性增强，会产生杂质 √ 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 C　解析：经过第一步“碱浸”操作，废料中的铝箔溶解转化为Na[Al(OH)4](滤液①)而被除去，钴渣①主要含Co3O4和LiCoO2，后续萃取的是Co2+，说明经过“酸溶”之后，钴元素转化为Co2+，即在“酸溶”步骤中钴元素被还原，故H2O2此时作还原剂，经过操作①得到滤液②，说明操作①为过滤操作，所得滤液②中主要含CoSO4和Li2SO4，经过萃取操作(操作②)实现两者分离，有机相经过反萃取，实现钴元素从有机相转移到水相，最后经过“沉钴”操作获得CoCO3。滤液①的主要成分是Na[Al(OH)4]，A正确；操作①为过滤，操作②为萃取、分液，二者的分离方法不同，B正确；“酸溶”反应中H2O2作还原剂，不可以换成O2，C错误；“沉钴”时，Na2CO3的滴速过快或浓度太大，溶液碱性增强，会产生Co(OH)2杂质，将导致产品不纯，D正确。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 考向2| 钒、铬、锰及其化合物的性质 3．小组同学探究＋3价铬元素和＋6价铬元素的相互转化。 资料：Cr3+(绿色)、Cr(OH)3(灰绿色，不溶于水)、(橙色)、(黄色)、Ag2CrO4(砖红色，难溶于水)。 实验Ⅰ：向2 mL 0.1 mol·L-1 Cr2(SO4)3溶液中滴入2 mL 3%H2O2溶液，无明显变化，得到溶液a，取少量溶液a，加入AgNO3溶液，未观察到砖红色沉淀。 实验Ⅱ：向溶液a中加入2 mL 10%NaOH溶液，产生少量气泡，水浴加热，有大量气泡产生，经检验气体为O2，溶液最终变为黄色。取少量黄色溶液，加入稀硫酸调节溶液的pH约为3，再加入AgNO3溶液，有砖红色沉淀生成。 (1)实验Ⅱ中加入稀硫酸的目的是_______________________________________ __________________________________________________________________。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (2)甲同学认为实验Ⅱ中溶液变黄生成的原因是H2O2将＋3价铬元素氧化为，乙同学认为该说法不严谨。乙同学的理由是_________________ ___________________________________________。 (3)对比实验Ⅰ和Ⅱ，小组同学研究碱性环境对＋3价铬元素或H2O2性质的影响。 ①提出假设： 假设a：碱性增强，H2O2的氧化性增强。 假设b：_____________________________________________________。 ②H2O2参与的电极反应是_____________________________________， 据此分析，假设a不成立。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 实验Ⅲ：向实验Ⅱ中的黄色溶液中加入稀硫酸，溶液变为橙色，再加入3%H2O2溶液，溶液最终变为绿色，有气泡生成。 (4)实验Ⅲ中溶液由橙色变为绿色的离子方程式是__________________。 (5)综上，H2O2在＋3价铬元素和＋6价铬元素相互转化中的作用是___________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 解析：(1)含NaOH的溶液显碱性，而OH－和Ag＋会反应，则实验Ⅱ中加入稀硫酸的目的是使H2SO4与OH－反应，排除OH－与Ag＋结合为AgOH对检验的干扰。(2)O2也具有氧化性，可以将＋3价铬元素氧化为，则乙同学的理由是O2可以将＋3价铬元素氧化为。(3)①结合溶液中的成分Cr3+、H2O2提出假设，假设a：碱性增强，H2O2的氧化性增强；假设b：碱性增强，＋3价铬元素的还原性增强。②结合假设a，H2O2氧化性增强，则氧元素化合价降低，H2O2得到电子转化为OH－，H2O2参与的电极反应是H2O2＋2e－=== 2OH－。(4)实验Ⅲ中溶液由橙色变为绿色的原因为在酸性条件下被H2O2还原为Cr3+，离子方程式为＋8H＋＋3H2O2===2Cr3+＋3O2↑＋7H2O。(5)H2O2在＋3价铬元素和＋6价铬元素相互转化中的作用是在碱性条件下，H2O2作氧化剂，将＋3价铬元素氧化为＋6价；在酸性条件下，H2O2作还原剂，将＋6价铬元素还原为＋3价。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 答案：(1)使H2SO4与OH－反应，排除OH－与Ag＋结合为AgOH对检验的干扰 (2)O2可以将＋3价铬元素氧化为 (3)①碱性增强，＋3价铬元素的还原性增强 ②H2O2＋2e－===2OH－ ＋8H＋＋3H2O2===2Cr3+＋3O2↑＋7H2O (5)在碱性条件下，H2O2作氧化剂，将＋3价铬元素氧化为＋6价；在酸性条件下，H2O2作还原剂，将＋6价铬元素还原为＋3价 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 4．某小组同学探究不同条件下Cl2与二价锰化合物的反应。 资料：ⅰ.Mn2+在一定条件下被Cl2或ClO－氧化成MnO2(棕黑色)、(绿色)、(紫色)。 ⅱ.浓碱条件下可被OH－还原为。 ⅲ.Cl2的氧化性与溶液的酸碱性无关，NaClO的氧化性随碱性增强而减弱。 实验装置如图所示(夹持装置略)。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 序号 物质a C中实验现象 通入Cl2前 通入Cl2后 Ⅰ 水 得到无色溶液 产生棕黑色沉淀，且放置后不发生变化 Ⅱ 5%NaOH溶液 产生白色沉淀，在空气中缓慢变成棕黑色沉淀 棕黑色沉淀增多，放置后溶液变为紫色，仍有沉淀 Ⅲ 40%NaOH溶液 产生白色沉淀，在空气中缓慢变成棕黑色沉淀 棕黑色沉淀增多，放置后溶液变为紫色，仍有沉淀 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (1)A中反应的离子方程式为___________________________________________ __________________________________________________________________， B中试剂是________________________。 (2)通入Cl2前，Ⅱ、Ⅲ中沉淀由白色变成棕黑色的化学方程式为__________________________________________________________________。 (3)对比实验Ⅰ、Ⅱ通入Cl2后的实验现象，对二价锰化合物还原性的认识是___________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (4)根据资料ⅱ，Ⅲ中应得到绿色溶液，实验中得到紫色溶液，分析现象与资料不符的原因。 原因一：可能是通入Cl2导致溶液的碱性减弱。 原因二：可能是氧化剂过量，氧化剂将氧化为。 ①用化学方程式表示可能导致溶液碱性减弱的原因： __________________________________________________________________， 但通过实验测定溶液的碱性变化很小。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 ②取Ⅲ中放置后的1 mL悬浊液，加入4 mL 40%NaOH溶液，溶液由紫色迅速变为绿色，且绿色缓慢加深。溶液由紫色变为绿色的离子方程式为____________________________________________，溶液绿色缓慢加深，原因是MnO2被____________(填化学式)氧化，可证明Ⅲ的悬浊液中氧化剂过量。 ③取 Ⅱ 中放置后的1 mL悬浊液，加入4 mL水，溶液紫色缓慢加深，发生的反应是________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 ④从反应速率的角度，分析实验Ⅲ未得到绿色溶液的可能原因：____________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 解析：在装置A中HCl与KMnO4发生反应制取Cl2，由于盐酸具有挥发性，为排除HCl对Cl2性质的干扰，在装置B中盛有饱和NaCl溶液，除去Cl2中的杂质HCl，在装置C中通过改变溶液的pH，探究不同条件下Cl2与MnSO4的反应，装置D是尾气处理装置，目的是除去多余的Cl2，防止造成大气污染。(1)装置A中HCl与KMnO4发生反应制取Cl2，离子方程式为＋16H＋＋10Cl－===2Mn2+＋5Cl2↑＋8H2O，B中试剂是饱和NaCl溶液，作用是吸收Cl2中的杂质HCl。(2)通入Cl2前，Ⅱ、Ⅲ中Mn2+与碱性溶液中NaOH电离产生的OH－反应产生Mn(OH)2白色沉淀，该沉淀不稳定，会被溶解在溶液中的O2氧化为棕黑色MnO2，则沉淀由白色变为黑色的化学方程式为2Mn(OH)2＋O2===2MnO2＋2H2O。(3)对比实验Ⅰ、Ⅱ通入Cl2后的实验现象，对二价锰化合物还原性的认 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 识是Mn2+的还原性随溶液碱性的增强而增强。(4)①Cl2与NaOH反应产生NaCl、NaClO、H2O，使溶液碱性减弱，反应的离子方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。②取Ⅲ中放置后的1 mL悬浊液，加入4 mL 40%NaOH溶液，溶液由紫色迅速变为绿色，且绿色缓慢加深。溶液由紫色变为绿色是因为在浓碱条件下可被OH－还原为，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒可知，该反应的离子方程式为＋O2↑＋2H2O；溶液绿色缓慢加深，原因是MnO2被Cl2氧化，可证明Ⅲ的悬浊液中氧化剂过量。③取Ⅱ中放置后的1 mL悬浊液，加入4 mL水，溶液碱性减弱，溶液紫色缓慢加深，说明ClO－将MnO2氧化为，发生的反应是＋3Cl－＋H2O。④过量的Cl2与NaOH反应产生NaClO，使溶液的碱性减弱，c(OH－)降低，溶液中的被还原为的速率减小，导致实验Ⅲ未得到绿色溶液。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 答案：＋16H＋＋10Cl－===2Mn2+＋5Cl2↑＋8H2O　饱和NaCl溶液 (2)2Mn(OH)2＋O2===2MnO2＋2H2O (3)Mn2+的还原性随溶液碱性的增强而增强 (4)①Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O ②＋O2↑＋2H2O　Cl2 ③＋3Cl－＋H2O ④过量的Cl2与NaOH反应产生NaClO，使溶液的碱性减弱，c(OH－)降低，溶液中的被还原为的速率减小，因而实验Ⅲ未得到绿色溶液 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 5．黏土钒矿中，钒以＋3价、＋4价、＋5价的化合物存在，还包括SiO2、Fe2O3和铝硅酸盐(Al2O3·SiO2)等。采用以下流程可由黏土钒矿制备V2O5、Fe2O3和硫酸铝铵。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 已知：ⅰ.有机酸性萃取剂HR的萃取原理为Mn＋(aq)＋nHR(org)⥫⥬MRn(org)＋nH＋(aq)(org表示有机溶液)； ⅱ.酸性溶液中，HR对VO2+、Fe3+的萃取能力强，而对的萃取能力较弱。 (1)从黏土钒矿到浸出液的流程中，增大浸出速率的措施还有____________ ______________________________________(任写一条)。 (2)滤渣的主要成分是____________。 (3)浸出液中钒以＋4价、＋5价的形式存在，简述加入铁粉的原因：___________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (4)KClO3和VO2+反应生成和Cl－的离子方程式是______________________ ______________________________________。 (5)硫酸工业中，V2O5是反应2SO2＋O2⥫⥬2SO3的催化剂，催化过程经两步完成，可能的催化过程为______________、______________(用化学方程式表示，中间产物为VO2)。 (6)从无机层获得Fe(OH)3的离子方程式是_______________________________ __________________________________________________________________。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 (7)硫酸铝铵固体中含有少量硫酸铵杂质，根据如图所示的溶解度曲线，推断出进一步提纯硫酸铝铵的操作名称是______________________。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 解析：黏土钒矿中，钒以＋3价、＋4价、＋5价的化合物存在，还包括SiO2、Fe2O3和铝硅酸盐(Al2O3·SiO2)等，加入浓硫酸、通入空气，在250 ℃下发生反应，然后用水浸取，所得滤渣为SiO2，滤液中含有＋3价、＋4价、＋5 价的含钒酸根离子、Fe3+、Al3+等；加入氨水调节pH为1～1.5，获得硫酸铝铵固体，溶液中含有Fe3+及含矾酸根离子；加入铁粉将Fe3+还原为Fe2+，同时将还原为VO2+，然后用HR萃取，Fe2+进入无机层；向有机层中加入20%H2SO4溶液、KClO3，将VO2+转化为，再加入氨水，生成NH4VO3沉淀，NH4VO3在高温下分解，可获得V2O5；向无机层中加入氨水并通入空气，将Fe2+转化为沉淀，过滤后焙烧，可获得Fe2O3。(1)从黏土钒矿到浸出液的流程中，可通过增大反应物接触面积、提高反应温度来增大浸出速率，则措施还有将黏土钒矿粉碎、搅拌、适当升高温度等。(2)由分析可知，滤渣的主要成分是 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 SiO2。(3)酸性溶液中，HR对VO2+、Fe3+的萃取能力强，而对的萃取能力较弱，加入铁粉将Fe3+还原为Fe2+，同时将还原为VO2+，则加入铁粉的原因：将溶液中的＋5价钒、Fe3+分别转化为＋4价钒、Fe2+，有利于＋4价钒的萃取，实现钒元素和铁元素的分离。和VO2+反应生成和Cl－，离子方程式为＋6H＋。(5)硫酸工业中，V2O5是反应2SO2＋O2⥫⥬2SO3的催化剂，催化过程中催化剂的中间产物为VO2，经两步完成，则可能的催化过程为V2O5＋SO2===2VO2＋SO3、4VO2＋O2===2V2O5。(6)向无机层中加入氨水并通入空气，将Fe2+转化为沉淀，则从无机层获得Fe(OH)3的离子方程式是4Fe2+＋8NH3·。(7)根据溶解度曲线可知，硫酸铵的溶解度比硫酸铝铵大很多，则可采用溶解后再结晶的方法进行提纯，所以进一步提纯硫酸铝铵的操作名称是重结晶。 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 33 答案：(1)将黏土钒矿粉碎(或搅拌或适当升高温度) (2)SiO2 (3)将溶液中的＋5价钒、Fe3+分别转化为＋4价钒、Fe2+，有利于＋4价钒的萃取，实现钒元素和铁元素的分离 ＋6H＋ (5)V2O5＋SO2===2VO2＋SO3　4VO2＋O2===2V2O5 (6)4Fe2+＋8NH3· (7)重结晶 关键能力之演绎推理——从铁到变价金属的迁移应用 $$