15 第1篇 第2部分 第3章 第11讲 铁及其化合物的转化及应用(能力课)-【高考DNA解码】2026年高考化学一轮总复习学生用书word

第11讲　铁及其化合物的转化及应用(能力课) 　1．根据化合价和物质类别了解铁及其化合物的性质和转化关系。　2．掌握铁及其化合物的化工流程中的物质制备和分离提纯。 　铁及其化合物的转化关系 1．铁元素的“价—类”二维图 (1)横向变化体现了同价态不同物质类别(氧化物、盐、碱)之间的转化。 ①碱性氧化物(Fe2O3、FeO)都能溶于酸(H＋)转化为盐。 ②Fe2+、Fe3+与碱(OH－)反应生成对应的碱。 ③难溶性的碱易分解生成对应的氧化物，但难溶性的碱性氧化物一般不与水反应生成对应的碱。 (2)纵向变化体现了不同价态同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原性。 (3)斜向变化体现了不同价态、不同物质类别之间的转化，主要体现物质的氧化性和还原性。 2．铁的“三角”转化关系 (1)从氧化还原反应角度分析Fe2+和Fe3+的性质与转化。 ①Fe只具有还原性，与弱氧化剂反应：Fe能被S、Fe3+、Cu2+、H＋等弱氧化剂氧化为Fe2+，如Fe＋2Fe3+===3Fe2+；与强氧化剂反应：Fe能被Cl2、HNO3等强氧化剂氧化为Fe3+。 ②Fe2+既具有氧化性又具有还原性，以还原性为主，与氧化剂反应：当Fe2+遇到强氧化剂(如H2O2、Cl2、HNO3、酸性KMnO4溶液)时，被氧化为Fe3+，如2Fe2+＋H2O2＋2H＋===2Fe3+＋2H2O；与还原剂反应：当Fe2+遇到Al、Zn等还原剂时，可以被还原为Fe，如Fe2+＋Zn===Zn2+＋Fe。 ③Fe3+具有较强的氧化性，能被CO、Al等还原为Fe，如Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3；Fe3+被Fe、Cu、I－、H2S等还原为Fe2+，如2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+。 (2)从离子反应视角判断Fe2+和Fe3+的离子共存问题。 ①Fe2+(H＋)、ClO－、(H＋) ②Fe3+S2-、I－、 ③Fe3+、、等与Fe3+相互促进水解的离子 1．(2025·太原模拟)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：高铁酸盐具有强氧化性，可用于消毒与水反应最终可生成Fe(OH)3胶体，从而吸附水中的悬浮物，故高铁酸盐可用作净水剂 2．A、B、C三种物质中均含有同一种元素M，它们之间有如图所示的转化关系。A为一种金属单质，其含量在地壳中排第四。反应①②③均为化合反应，反应④为置换反应。下列有关说法不正确的是(　　) A．①中所加试剂可能是氯气 B．③中需要加具有氧化性的试剂 C．A与稀硝酸反应一定能实现元素M在①中发生的价态变化 D．元素M在②中发生的价态变化也能通过加碘化钾溶液实现 3．高铁酸钠(Na2FeO4)为紫色固体，易溶于水，微溶于NaOH溶液，具有强氧化性，可以杀菌消毒，是一种新型、高效、多功能的水处理剂。某化学实验小组利用NaClO在碱性介质中与FeCl3溶液的反应制备Na2FeO4并探究其性质，实验装置如图所示。 请回答下列问题： (1)若去掉装置乙，其不足之处为_________________________________________ ____________________________________________________________________。 (2)当装置丁中出现__________________________________________________现象时，关闭K1；此时向装置丙中加入FeCl3溶液。 (3)装置丙中生成Na2FeO4的离子方程式为___________________________。 (4)反应后，向装置丙中加入饱和的________(填化学式)溶液，析出紫色晶体，过滤、洗涤、干燥。 (5)取少量Na2FeO4晶体加入浑浊的泥浆水中，泥浆水很快澄清，同时产生气体。请结合化学方程式分析Na2FeO4的净水原理：____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 　化工流程中含铁化合物的制备与回收 含铁化合物的制备与回收化工流程示例 1．用烧渣(主要含FeO、Fe2O3，还有一定量的SiO2)制备绿矾 2．废品中含铁化合物的制备 3．刻蚀印刷电路板废液回收FeCl3和Cu 1．(2025·广州模拟)利用矿铁厂的废铁屑(主要成分为Fe，含有沙土、油污、Fe3O4和FeO)制备磁性纳米Fe3O4的流程如图所示： 下列说法错误的是(　　) A．预处理时，需要使用Na2CO3溶液，可将溶液进行适当升温 B．纳米Fe3O4属于胶体，能发生丁达尔效应 C．滤液B中加入氢氧化钠溶液时，可观察到有白色沉淀生成，迅速转为灰绿色，最后转化为红褐色 D．步骤⑤发生反应的离子方程式为Fe2+＋2FeOOH＋2OH－===Fe3O4＋2H2O 2．高铁酸钾(K2FeO4)是一种环保、高效、多功能饮用水处理剂。一种利用废铁屑制备高铁酸钾的流程如图所示： 下列叙述正确的是 (　　) A．K2FeO4与明矾净水的原理相同 B．反应Ⅰ中尾气可用饱和石灰水吸收，防止污染的同时还可制得漂白粉 C．反应Ⅱ的离子方程式为2Fe3+＋3ClO－＋5H2O===＋3Cl－＋10H＋ D．K2FeO4在强碱性溶液中能稳定存在，且溶解度比Na2FeO4小 3．(人教版必修第一册内容改编)某工厂废水中含有FeSO4、CuSO4及少量的Fe2(SO4)3、MgSO4等。为变废为宝，设计如图工艺回收FeSO4和Cu。 已知：298 K时，Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10-20，Ksp[Fe(OH)2]＝4.9×10-17，Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10-39，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10-12。回答下列问题： (1)试剂①②③分别为________、__________、____________。 (2)操作①的步骤包括________、__________、过滤、洗涤、干燥。 (3)B生成E的离子方程式为____________________________________________ ____________________________________________________________________。 (4)E生成F的过程中，加入适量NaOH溶液的目的是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (5)判断沉淀F已经洗涤干净的方法及现象是 ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (6)常温下，若E中MgSO4的物质的量浓度为0.56 mol·L-1，要使Mg2+开始沉淀，则溶液的pH应调至________。 1．(2024·广东卷，T14)部分含Mg或Al或Fe物质的分类与相应化合价关系如图。下列推断合理的是(　　) A．若a在沸水中可生成e，则a―→f的反应一定是化合反应 B．在g―→f―→e―→d转化过程中，一定存在物质颜色的变化 C．加热c的饱和溶液，一定会形成能产生丁达尔效应的红棕色分散系 D．若b和d均能与同一物质反应生成c，则组成a的元素一定位于周期表p区 (1)若a与H2O(g)反应生成黑色物质，则e→d→c→f的转化过程中一定是化合反应的为______，写出该反应的化学方程式：_______________________________ ____________________________________________________________________。 (2)写出c→f，f→c转化的离子方程式：__________________________________ ____________________________________________________________________， ____________________________________________________________________。 2．(2023·辽宁卷，T10)某工厂采用如下工艺制备，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是(　　) A．“焙烧”中产生CO2 B．滤渣的主要成分为Fe(OH)2 C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为 D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用 (1)Cr2O3在“焙烧”中发生反应的化学方程式为 ___________________________________________________________________， 为了提高“焙烧”效率可采取的措施为__________________________________ ____________________________________________________________________。 (2)滤液①加入稀硫酸酸化，含铬元素的离子转化方程式为____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 3．(2024·贵州卷，T16节选)煤气化渣属于大宗固废，主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺，制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下： 已知： ①25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10-39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10-33，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10-12； ②2Na[Al(OH)4](aq) Al2O3·3H2O(s)＋2NaOH(aq)。 回答下列问题： (1)“滤渣”的主要成分为_______________________________(填化学式)。 (2)25 ℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中c(Fe3+)＝____________________________________________________________________mol·L-1。 (3)“除杂”时需加入的试剂X是________________________。 (4)“水热合成”中，NH4H2PO4作为磷源，“滤液2”的作用是____________________________________________________________________， 水热合成NaFePO4的离子方程式为______________________________________ ____________________________________________________________________。 (1)煤气化渣(主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等)中加浓硫酸“酸浸”，SiO2不反应、也不溶解，成为“滤渣”，即“滤渣”的主要成分为SiO2。 (2)25 ℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，即c(H＋)＝10-3 mol·L-1，则c(OH－)＝10-11 mol·L-1，此时溶液中c(Fe3+)＝＝ mol·L-1＝2.8×10-6 mol·L-1。 (3)“除杂”时需要沉淀镁离子、得Na[Al(OH)4]，所以加入的试剂X是NaOH溶液。 (4)“水热合成”中，NH4H2PO4作为磷源，“滤液2”为NaOH溶液，其既可以提供合成NaFePO4所需要的Na＋，又可以提供反应所需要的碱性环境，水热合成NaFePO4的离子方程式为NaFePO4↓＋NH3↑＋3H2O。 流程中“酸浸→碱沉→煅烧→酸化、还原→……”涉及铁元素的离子方程式有____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第11讲　铁及其化合物的转化及应用(能力课) 考点一 [关键能力提升] 1．D　[铁与高温水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，A错误；FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，能迅速被氧化成Fe3O4，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，加水不能实现转化③，C错误；高铁酸盐中铁元素为＋6 价，具有强氧化性，可用于消毒，与水反应最终可生成Fe(OH)3胶体，胶体具有吸附性，从而吸附水中的悬浮物，故高铁酸盐可用作净水剂，D正确。] 2．C　[根据转化关系可确定A为变价金属，应为Fe，反应①加入氯气能实现，则B为FeCl3，C为FeCl2，A项正确；反应③是铁元素由＋2价升高到＋3价，需要加具有氧化性的试剂，B项正确；过量的铁与稀硝酸反应时，生成硝酸亚铁，C项不正确；Fe3+能将I-氧化成I2，自身被还原成Fe2+，D项正确。] 3．(1)挥发出的氯化氢与氢氧化钠溶液反应，干扰Na2FeO4的制备　(2)溶液变为红色　(3)3ClO-＋2Fe3+＋10OH-===2Fe＋3Cl-＋5H2O　(4)NaOH　(5)Na2FeO4与水反应生成氢氧化铁胶体和氧气：4Na2FeO4＋10H2O===4Fe(OH)3(胶体)＋3O2↑＋8NaOH，氢氧化铁胶体能吸附水中的泥浆达到净水的作用 考点二 [关键能力提升] 1．B　[废铁屑中有油污，预处理时，需要使用Na2CO3溶液，将溶液进行适当升温可促进碳酸钠水解，同时有利于油污水解，A项正确；纳米Fe3O4属于纯净物，不属于胶体，不能发生丁达尔效应，B项错误；滤液B的溶质为FeCl2，加入氢氧化钠溶液，先生成Fe(OH)2白色沉淀，迅速转为灰绿色，最后转化为红褐色，C项正确；FeOOH与滤液B(氯化亚铁溶液)发生反应：2FeOOH＋Fe2+＋2OH-===Fe3O4＋2H2O，D项正确。] 2．D　[K2FeO4有强氧化性，因而可以杀菌消毒，当铁元素的化合价降低为＋3后又可水解生成Fe(OH)3胶体，从而吸附水中的悬浮物，明矾净水是因为Al3+水解生成的Al(OH)3胶体吸附水中的悬浮物，所以二者净水的原理不完全相同，A项错误；反应Ⅰ中尾气为Cl2，因为Ca(OH)2的溶解度很小，所以用饱和石灰水吸收Cl2不充分，不能有效防止污染，也不能很好地获得漂白粉，B项错误；反应Ⅱ在碱性环境下发生反应，离子方程式中不可能有H+，正确的离子方程式为2Fe3+＋3ClO-＋10OH-===2Fe＋3Cl-＋5H2O，C项错误；由制取过程知，K2FeO4在强碱性溶液中能稳定存在，溶解度比Na2FeO4小，D项正确。] 3．解析：(1)工业废水中含有FeSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3和MgSO4，试剂①加入后实现固液分离且B滤液的最终产物为含铁化合物，故试剂①优先选用过量Fe粉置换不同金属离子，A固体的主要成分为Fe和Cu，加入稀硫酸(试剂②)得到FeSO4和Cu，B滤液中主要含有FeSO4、MgSO4，结合后续加入的NaOH溶液用于除Mg2+，可知试剂③为具有氧化性且易分解的H2O2溶液，故试剂①②③分别为Fe、稀硫酸、H2O2溶液。(2)操作①是从FeSO4溶液中得到FeSO4·7H2O晶体，故操作①为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(3)由分析可知B生成E的过程为Fe2+在H2O2和H+作用下被氧化为Fe3+，根据守恒原则可写出离子方程式。(5)证明Fe(OH)3沉淀已洗涤干净即检验沉淀中是否有MgSO4残留，可用Ba2+检验是否存在S。(6)E中c(Mg2+)＝c(MgSO4)＝0.56 mol·L-1，Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2+)·c2(OH-)＝5.6×10-12，即0.56×c2(OH-)＝5.6×10-12，c(OH-)＝1.0×10-5.5 mol·L-1，c(H+)＝1.0×10-8.5 mol·L-1，pH＝8.5，所以要使Mg2+开始沉淀，溶液的pH应调至8.5。 答案：(1)Fe　稀硫酸　H2O2溶液　(2)蒸发浓缩　冷却结晶　(3)2Fe2+＋H2O2＋2H+===2Fe3+＋2H2O　(4)调节溶液的pH，使Fe3+完全沉淀、Mg2+不沉淀　(5)取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，无白色沉淀产生　(6)8.5 [高考真题 衍生变式] 1．B　[若a在沸水中可生成e，此时a为Mg，e为Mg(OH)2，即f为镁盐，a→f的反应有多种，可能为Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，该反应属于置换反应，故a→f的反应不一定是化合反应，故A错误；e能转化为d，此时e为白色沉淀Fe(OH)2，d为红褐色沉淀Fe(OH)3，说明在g→f→e→d转化过程中，一定存在物质颜色的变化，故B正确；若c为铝盐，加热其饱和溶液不会形成能产生丁达尔效应的红棕色分散系，故C错误；假设b为Al2O3，即d为Al(OH)3，c为铝盐，Al2O3、Al(OH)3与稀盐酸反应均生成铝盐，此时组成a的元素为Al，位于周期表p区；假设b为Fe2O3，即d为Fe(OH)3，c为铁盐，Fe2O3、Fe(OH)3与稀盐酸反应均生成铁盐，此时组成a的元素为Fe，位于周期表d区，故D错误。] 真题变式　(1)e→d　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　(2)2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+　2Fe2+＋Cl2===2Fe3+＋2Cl-(合理即可) 2．B　[“焙烧”的工序中，C元素转化成CO2，A正确；Fe(OH)2易被O2氧化，滤渣的主要成分不可能为Fe(OH)2，B错误；滤液①中主要溶质为Na2CrO4，故Cr元素的主要存在形式为Cr，C正确；淀粉水解生成具有还原性的葡萄糖，葡萄糖将Cr还原为Cr(OH)3，在“转化”过程中起还原作用，D正确。] 真题变式　(1)2Cr2O3＋3O2＋4Na2CO34Na2CrO4＋4CO2　粉碎矿渣(合理即可)　 (2)2Cr＋2H+⥫⥬Cr2＋H2O 3．解析：煤气化渣中加浓硫酸“酸浸”，SiO2不反应、也不溶解，成为“滤渣”，Fe2O3、Al2O3及少量MgO转化为硫酸铁、硫酸铝和硫酸镁，向其中加氢氧化钠溶液进行“碱沉”，将铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤，滤液1中含硫酸铝和硫酸镁，加过量的氢氧化钠溶液使镁离子转化为氢氧化镁沉淀除去，过滤，滤液中主要含Na[Al(OH)4]和NaOH，向其中加氢氧化铝晶种，过滤得Al2O3·3H2O和NaOH溶液，“焙烧”Al2O3·3H2O得Al2O3；在煅烧氢氧化铁所获得的产物中加稀硫酸酸化、足量的铁还原，然后加NH4H2PO4、稳定剂和滤液2“水热合成”得NaFePO4。 (1)煤气化渣(主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等)中加浓硫酸“酸浸”，SiO2不反应、也不溶解，成为“滤渣”，即“滤渣”的主要成分为SiO2。 (2)25 ℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，即c(H+)＝10-3 mol·L-1，则c(OH-)＝10-11 mol·L-1，此时溶液中c(Fe3+)＝ mol·L-1＝2.8×10-6 mol·L-1。 (3)“除杂”时需要沉淀镁离子、得Na[Al(OH)4]，所以加入的试剂X是NaOH溶液。 (4)“水热合成”中，NH4H2PO4作为磷源，“滤液2”为NaOH溶液，其既可以提供合成NaFePO4所需要的Na+，又可以提供反应所需要的碱性环境，水热合成NaFePO4的离子方程式为Fe2+＋N＋3OH-＋Na+＋H2PNaFePO4↓＋NH3↑＋3H2O。 答案：(1)SiO2　(2)2.8×10-6　(3)NaOH溶液　(4)提供Na+和反应所需要的碱性环境　Fe2+＋N＋3OH-＋Na+＋H2PNaFePO4↓＋NH3↑＋3H2O 真题变式　Fe2O3＋6H+===2Fe3+＋3H2O，Fe3+＋3OH-===Fe(OH)3↓，2Fe3+＋Fe===3Fe2+ 学科网（北京）股份有限公司 $$