第3章 微专题3 工艺流程图中杂质 Fe2+和 Fe3+的处理-【名师大课堂】2025年新高考化学艺术生总复习必备

微专题3 工艺流程图中杂质Fe2+和Fe3+的处理 【核心归纳】 金属阳离子分离提纯中 Fe2+、Fe3+ 的处理 方法 化工流程题中经常涉及阳离子的分离与除杂, 若其他金属阳离子中混有Fe3+、Fe2+,需调节 溶液的pH,使Fe3+转化成Fe(OH)3 沉淀而 除去,但 原 溶 液 中 的 金 属 阳 离 子 不 能 形 成 沉淀。 具体方法如下: (1)除去Zn2+(或Cu2+)中混有Fe3+的方法向 混合溶液中加入ZnO、ZnCO3、Zn(OH)2[或 CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu(OH)2CO3]中的 一种,与Fe3+水解产生的 H+反应,促进Fe3+ 的水 解,将 Fe3+ 转 化 成 Fe(OH)3 沉 淀 而 除杂。 (2)除去Zn2+(或Cu2+)中混有的Fe2+的方法 先加入氧化剂(如 H2O2)将溶液中的Fe2+氧 化成Fe3+,然后再按(1)的方法除去溶液中 的Fe3+。 【典例】 (2020·全国卷Ⅲ)某油脂厂废弃的 油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及 其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用 如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶 体(NiSO4·7H2O): 溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH 如表所示: 金属离子 Ni2+ Al3+ Fe3+ Fe2+ 开始沉淀时(c=0.01 mol·L-1)的pH 7.2 3.7 2.2 7.5 沉淀完全时(c=1.0× 10-5mol·L-1)的pH 8.7 4.7 3.2 9.0 回答下列问题: (1)“滤液②”中含有的金属离子是 。 (2)“转化”中可替代H2O2 的物质是 。 若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即 滤液② →调pH ↓ → 转化 ↓ H2O2溶液 ↓ 滤渣③ 滤液③ △ →,“滤液③” 中可能含有的杂质离子为 。 (3)利用上述表格数据,计算 Ni(OH)2 的 Ksp= (列 出计算式)。如果“转化”后的溶液中 Ni2+ 浓度为1.0mol·L-1,则“调pH”应控制的 pH范围是 。 答案 (1)Ni2+、Fe2+、Fe3+ (2)O2 或空气 Fe3+ (3)c(Ni2+)·c2(OH-)=1.0×10-5×(1× 10-5.3)2=1×10-15.6 3.2~6.2 解析 由工艺流程分析可得,向废镍催化剂 中加入NaOH溶液进行碱浸,可除去油脂, 并将Al及其氧化物溶解,得到的滤液①含 有NaAlO2,滤饼①为Ni、Fe及其氧化物和 少量其他不溶性杂质,加稀硫酸酸浸后得到 含 有 Ni2+、Fe2+、Fe3+ 的 滤 液②,Fe2+ 经 H2O2 氧化为Fe3+后,加入NaOH调节pH 使Fe3+转化为Fe(OH)3 沉淀除去,再控制 pH浓缩结晶得到硫酸镍的晶体。(3)由上 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 450 述表格可知,Ni2+完全沉淀时的pH=8.7, 此时c(Ni2+)=1.0×10-5mol/L,c(H+)= 1.0-8.7mol/L,则c(OH-)= KW c(H+) =1× 10-5.3mol/L,则Ni(OH)2 的 Ksp=c(Ni 2+) ·c2(OH-)=1×10-15.6,如果“转化”后的 溶液中Ni2+浓度为1.0mol/L,为避免镍离 子 沉 淀,Ksp =c(Ni 2+ )·c2 (OH- ), c2(OH-)= Ksp c(Ni2+) =1×10-15.6,此时c(OH-) =1×10-7.88mol/L,则c(H+)=1.0× 10-6.2mol/L,即pH=6.2;Fe3+完全沉淀的 pH为3.2,因此“调节pH”应控制的pH范 围是3.2~6.2。 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋规律方法 工艺流程中把Fe2+氧化成Fe3+的方法 金属阳离子(如Zn2+、Cu2+等)中混有 Fe2+时,需把Fe2+ 氧化为Fe3+,然后调节 pH把Fe3+转化为Fe(OH)3 除去,把Fe2+ 氧化成 Fe3+,要 求 选 用 的 氧 化 剂 既 能 把 Fe2+氧化成Fe3+,又不能引入新的杂质,常 用的氧化剂有:H2O2、O3 或O2。 ①若原溶液是金属氯化物(如ZnCl2、 CuCl2)则可以用Cl2 或氯水作氧化剂。 ②若用NaOH、氨水等碱性溶液调节溶 液的pH 至弱碱性或中性,此时 MnO-4 的 还原产物是 MnO2,故可以选用KMnO4 作 氧化剂。 【专题精练】 1.若利用硫铁矿焙烧取硫后的废渣(主要成分 为Fe2O3、SiO2、Al2O3,不考虑其他杂质)制 取FeSO4·7H2O,设计了如下流程: 废 渣 足量酸 固 体 1 → 溶 液 1 试剂X → NaOH溶 液控制pH → 固 体 2 → 溶 液 2 → FeSO4· 7H2O → 下列说法错误的是 ( ) A.溶解废渣选用的酸是稀硫酸,试剂X选 用铁粉 B.固体1中一定含有SiO2,控制pH是为了 使Al3+转化为Al(OH)3,进入固体2 C.从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过 程中,必 须 控 制 条 件 防 止 其 被 氧 化 和 分解 D.若 改 变 方 案,在 溶 液 1 中 直 接 加 入 NaOH 溶 液 至 过 量,得 到 的 沉 淀 用 硫 酸溶解,其 溶 液 经 结 晶 分 离 也 可 得 到 FeSO4·7H2O 2.Ce2(CO3)3 可用于催化剂载体及功能材 料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以 CePO4 形 式 存 在,还 含 有 SiO2、Al2O3、 Fe2O3、CaF2 等物质。以独居石为原料制备 Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如图: 独 居 石 焙烧→ ↓ 浓H2SO4 酸性废气 ↓ 水浸→ ↓ H2O 滤渣Ⅰ ↓ 除磷→ ↓ FeCl3 溶液 滤渣Ⅱ ↓ 聚沉→ ↓ ①MgO 调pH=5 ② 絮凝剂 滤渣Ⅲ ↓ 沉铈→ ↓ NH4HCO3 溶液 滤液 ↓ Ce2(CO3)3· nH2O → 回答下列问题: (1)流程中“聚沉”加入氧化镁的作用是 。 (2)滤渣Ⅲ的主要成分是 (填化学式)。 (3)加入絮凝剂的目的是 。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 550 第三章 铁 金属材料 第8讲 铁及其化合物 考点一 经典例题剖析 例1 C 过量铁粉与浓硫酸共热,反应生成硫酸亚铁,加入 KSCN溶液,溶液不显红色,A错误;Cu和Fe3+发生氧化 还原反应,反应的离子方程式为Cu+2Fe3+􀪅􀪅Cu2++ 2Fe2+,溶液由黄色变为蓝色,但反应中没有黑色沉淀生 成,B错误;FeCl3会氧化铁粉生成FeCl2,棕黄色溶液变 为浅绿色,C正确;常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,无 明显现象是由于铁片表面发生了钝化,阻止了反应的继 续进行,钝化属于化学变化,D错误。 例2 C 废铁屑酸溶后得到亚铁盐,过滤后向滤液中加入 过量NaOH溶液和H2O2溶液,Fe2+会被H2O2氧化,在 碱溶液中转化为Fe(OH)3,然后加入 NaClO溶液,在碱 性溶液中发生氧化还原反应生成 Na2FeO4,加入 KCl固 体,利用溶解度不同转化为K2FeO4 析出。纯碱中CO2-3 水解导致溶液呈碱性,碱性条件下油污会水解生成高级 脂肪酸盐和甘油,所以废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶 液去油污,A正确;根据分析可知,步骤②的目的是将溶 液中的Fe2+转化为Fe(OH)3,B正确;NaOH溶液过量, 溶液显碱性,不可能生成 H+,故步骤③中发生反应的离 子方程式为2Fe(OH)3+4OH-+3ClO-􀪅􀪅2FeO2-4 + 3Cl-+5H2O,C错误;步骤④中发生反应的化学方程式 为 2KCl+ Na2FeO4 􀪅􀪅 K2FeO4 ↓ +2NaCl,证 明 K2FeO4的溶解度比Na2FeO4的小,D正确。 考点二 经典例题剖析 例1 A Fe(OH)2 是一种白色固体,A错误;煤油能减少 FeSO4 溶液与氧气接触,可以避免试管中部分氧气对氢 氧化亚铁的氧化,B正确;铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4, 可通过化合反应4Fe(OH)2+2H2O+O2􀪅􀪅4Fe(OH)3 来制取Fe(OH)3,C正确;Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明, 能发生丁达尔效应,D正确。 例2 B 氧化铁为红棕色固体,瓷器的青色不可能来自氧 化铁,故A项错误;向盛有FeCl3溶液的试管中加过量的 铁粉,铁粉会将溶液中的铁离子还原为亚铁离子,故可观 察到黄色逐渐消失,因反应后的溶液中无铁离子,充分振 荡后加1滴 KSCN 溶 液,则 溶 液 不 会 变 色,B项 正 确; Fe2+遇SCN-不会显色,C项错误;铁与氯气反应只能生 成氯化铁,D项错误。 考点三 经典例题剖析 例1 A 氯化铁能完全电离出铁离子和氯离子,属于强电 解质,A错误;氯化铁溶液与铜反应生成氯化铜和氯化亚 铁,可用来蚀刻铜板,B正确;氯气具有强氧化性,氯气与 铁单质加热生成氯化铁,C正确;向沸水中滴加饱和氯化 铁溶液,继续加热呈红褐色,铁离子发生水解反应可得到 氢氧化铁胶体,D正确;故选:A。 例2 B 已知化合物FeO(OCH3)中Fe的化合价为+3 价,CH3O-带一个单位负电荷,据此分析解题。由分析 可知,化合物FeO(OCH3)中Fe的化合价为+3价,故其 与稀盐酸反应生成FeCl3、CH3OH、H2O,反应原理为: FeO(OCH3)+3HCl􀪅􀪅FeCl3+H2O+CH3OH,A不合 题意;由分析可知,化合物FeO(OCH3)中Fe的化合价为 +3价,C为-1,若隔绝空气加热分解生成FeO、CO2、 H2O则得失电子总数不相等,不符合氧化还原反应规律, 即不可能生成FeO、CO2、H2O,B符合题意;由分析可知, 化合物FeO(OCH3)中Fe的化合价为+3价,故其溶于 氢碘酸(HI)生成的Fe3+能将I-氧化为I2,反应原理为: 2FeO(OCH3)+6HI􀪅􀪅2FeI2+I2+2H2O+2CH3OH, 再加CCl4 萃取,有机层呈紫红色,C不合题意;化合物 FeO(OCH3)在空气中高温将生成Fe2O3、CO2 和 H2O, 然后Fe2O3为碱性氧化物,SiO2为酸性氧化物,故化合物 FeO(OCH3)与SiO2 高温反应能生成Fe2(SiO3)3,D不 合题意;故答案为B。 微专题3 工艺流程图中杂质 Fe2+和Fe3+的处理 专题精练 1.D 流程设计意图是用硫酸把Fe2O3、Al2O3 转化为硫酸 盐,除去SiO2,然后用试剂X(铁粉)还原Fe3+得到硫酸 亚铁,A正确;分离FeSO4 和 Al2(SO4)3 采用的是调控 pH的方法,使Al3+转化为Al(OH)3 沉淀从而与FeSO4 分离,B 正 确;Fe2+ 容 易 被 氧 化,所 以 在 制 备 FeSO4, 7H2O产品的过程中,要防止其被氧化和分解,C正确;在 溶液1中直接加过量的NaOH得到的是Fe(OH)3沉淀, 沉淀经溶解、结晶分离得到Fe2(SO4)3,D不正确。 2.答案:(1)调节溶液的pH,使溶液中的Al3+和Fe3+生成 对应的氢氧化物沉淀而除去 (2)Fe(OH)3、Al(OH)3 (3)吸附沉淀,使沉淀颗粒变大 解析:(1)“聚沉”加入氧化镁的作用是与溶液中的氢离子 反应,调节溶液的pH=5,使溶液中的Al3+和Fe3+生成 对应的氢 氧 化 物 沉 淀 除 去;(2)依 据 流 程 分 析,氧 化 镁 调节pH=5,加絮凝剂聚沉,溶液中的 Al3+ 和Fe3+ 生 成对应的氢氧化物沉淀除去,对应的滤渣Ⅲ为Fe(OH)3、 Al(OH)3;(3)加入絮凝剂,吸附沉淀,使沉淀颗粒变大, 便于过滤除去。 第9讲 金属材料 考点一 经典例题剖析 例1 C 例2 AC 该过程能量转化的形式有三种,A错误。由所 给工业流程图可知B正确。铝镓合金与水反应的实质是 铝把水中的 H置换出来,属于置换反应,C错误。由图可 知该流程的总反应为2H2O􀪅􀪅2H2↑+O2↑,D正确。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 —603—