内容正文:
优化探究
大单元二 元素及其化合物
第三章 金属及其化合物
热点强化8
铁及其化合物的转化关系和应用
【讲·热点归纳】
1.“价—类”二维图理解铁及其化合物的转化关系
(1)横向变化体现了同价态、不同物质类别(氧化物、碱、盐)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或还原性。
2.“铁三角”的转化关系
(1)图示
(2)写出下列反应的离子方程式
①将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:_____________________
______;
②将FeCl3溶液滴入淀粉-KI溶液,溶液变蓝:__________________;
③用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔:______________________;
④将H2O2滴入酸性FeCl2溶液:____________________________;
⑤将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中,有无色气体放出:___________________
________________。
2Fe3++H2S===S↓+2Fe2+
+2H+
2Fe3++2I-===I2+2Fe2+
Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
3Fe2++4H++N===
3Fe3++NO↑+2H2O
【练·热点突破】
1.(2025·河南卷)X是自然界中一种常见矿物的主要成分,可以通过如图所示的四步反应转化为Q(略去部分参与反应的物质和反应条件)。已知X和Q的组成元素相同。
下列说法错误的是( )
A.Y常用作油漆、涂料等的红色颜料
B.溶液Z加热煮沸后颜色会发生变化
C.R→Q反应需要在强酸性条件下进行
D.Q可以通过单质间化合反应制备
C
解析:X是自然界中一种常见矿物的主要成分,根据溶液Z、R以及固体Q的颜色可知X中含有铁元素,根据固体颜色可知X是FeS2,Y是Fe2O3,溶液Z中含有Fe3+、溶液R中含有Fe2+,固体Q是FeS。A.Fe2O3可用作油漆、涂料等的红色颜料,A正确;B.溶液Z中含有Fe3+,加热煮沸后Fe3+发生水解反应会生成Fe(OH)3胶体,溶液颜色会由棕黄色转变为红褐色,B正确;C.FeS可溶于酸,所以R→Q反应不能在强酸性条件下进行,C错误;D.在加热条件下Fe和S化合生成FeS,D正确。
2.(2024·北京卷)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
B
解析:黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应,生成SO2和Fe3O4,SO2和空气中的O2在400~500 ℃、常压、催化剂的条件下发生反应得到SO3,用98.3%的浓硫酸吸收SO3,得到H2SO4。A.Ⅰ是黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应,生成SO2和Fe3O4,化学方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+
6SO2,故A正确;B.Ⅱ中的反应条件要兼顾平衡转化率和反应速率,还要考虑生产成本,如Ⅱ中“常压、催化剂”不是为了提高SO2平衡转化率,故B错误;C.将黄铁矿换成硫黄,则不再产生Fe3O4,即可以减少废渣产生,故C正确;D.硫酸工业产生的尾气为SO2、SO3,可以用碱液吸收,故D正确。
3.(2026·广东江门模拟)部分含铁微粒所带的电荷数与其中铁元素化合价的关系如图所示,由该图可预测含铁微粒间相互转化时所需试剂。下列推断不合理的是( )
A.M一定为FeO
B.若R为单质,则常温下浓硫酸可使R钝化
C.若Q为金属阳离子,则可用K3[Fe(CN)6]溶液检验
D.Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成Fe
A
解析:M所带的电荷数为0,铁元素化合价为+2价,则可能为FeCl2、FeS等物质,不一定为FeO,故A不合理;若R为单质,则为铁单质,常温下铁在浓硫酸中钝化,故B合理;Q带2个单位正电荷,且铁元素化合价为+2价,若Q为金属阳离子,即Q为亚铁离子,加入K3[Fe(CN)6]溶液可产生蓝色沉淀,可用 K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+,故C合理;根据图像可知,Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成Fe,故D合理。
4.(2026·广东惠州模拟)部分含Cu或Fe物质的分类与相应化合价的关系如图,下列推断不合理的是( )
A.可存在g→f→e的转化
B.f与KSCN溶液反应显红色
C.足量a与Cl2反应只能得到c
D.b与d能与同一种物质反应生成c
C
解析:根据物质的分类与相应化合价的关系可知,a为Cu或Fe,b为CuO或FeO,c为铜盐或亚铁盐,d为氢氧化铜或氢氧化亚铁,e为氢氧化铁,f为铁盐,g为氧化铁,据此分析解题。A.由分析可知,e为氢氧化铁,f为铁盐,g为氧化铁,则Fe2O3和HCl反应生成FeCl3、FeCl3与NaOH反应生成Fe(OH)3,即可存在g→f→e的转化,A合理;B.由分析可知,f为铁盐,含有Fe3+,则f与KSCN溶液反应显红色,B合理;C.由分析可知,a为Cu或Fe,Cu与Cl2反应生成CuCl2,而Fe与Cl2反应只能生成FeCl3,C不合理;D.由分析可知,b为CuO或FeO,d为Cu(OH)2或Fe(OH)2,c为铜盐或亚铁盐,b与d均能与酸反应生成c,D合理。
5.(2026·广东茂名模拟)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A.a在一定条件下分别与氧气或水蒸气反应均可生成相同的化合物
B.c溶于氢碘酸的离子方程式为Fe2O3+6H+===2Fe2++3H2O
C.f与g的相互转化均可通过化合反应来实现
D.g既可被氧化,也可被还原
B
解析:由题图可知,a为Fe,c为Fe2O3,b为FeO,d为Fe(OH)3,e为Fe(OH)2,f为亚铁盐,g为铁盐,以此作答。A.3Fe+2O2 Fe3O4,3Fe+4H2O(g) Fe3O4
+4H2;Fe在一定条件下分别与氧气和水蒸气反应均可生成相同的化合物Fe3O4,A合理;B.Fe2O3溶于氢碘酸的离子方程式为Fe2O3+6H++2I-===
2Fe2++3H2O+I2,B不合理;C.亚铁盐与铁盐的相互转化可通过2FeCl2+Cl2
===2FeCl3、2FeCl3+Fe===3FeCl2两个化合反应来实现,C合理;D.g为铁盐,铁元素为+3价,既可以被氧化生成+6价的Fe,也可以被还原生成+2价的Fe2+,D合理。
6.如图是铁元素的“价—类”二维图,回答下列问题:
(1)X的化学式:________。
(2)新制的Y与空气接触易被氧化,反应的化学方程式是______________________________。
Fe2O3
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(3)FeCl2溶液在空气中易变质,可用于检验FeCl2溶液已完全变质的试剂是____(填字母)。
A.Cl2 B.KSCN溶液
C.盐酸 D.K3[Fe(CN)6]溶液
(4)Na2FeO4是一种新型、高效的水处理剂。湿法制备原理是在强碱环境下,用次氯酸钠与氢氧化铁反应制得,氯元素被还原为-1价,反应的离子方程式为_________________________________________。
D
2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-===2Fe+3Cl-+5H2O
(5)硫酸渣是硫酸生产过程中产生的固体废料,主要化学成分有Fe2O3、FeO、SiO2等。含氯废气是海绵钛冶炼过程中产生的Cl2和HCl的混合气,可利用两种废料来制备聚合氯化铁[Fe2(OH)nCl6-n]m。实验室模拟该生产过程如图所示:
①吸收过程中硫酸渣浆液中的FeO全部转化为Fe3+,分步写出上述转化的离子方程式:_____________________、_______________________。
FeO+2H+===Fe2++H2O
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
②过滤、除杂后所得废渣的主要成分是_____。
③制备聚合氯化铁时,在搅拌条件下,向高浓度的FeCl3溶液中缓慢滴加NaOH溶液,不能快速滴加NaOH溶液的原因是_______________________
_____________________________________。
SiO2
快速滴加NaOH溶液会导
致OH-局部浓度增大,有Fe(OH)3沉淀生成
解析:硫酸渣浆液中通入模拟含氯废气,Fe2O3和稀盐酸反应生成FeCl3和H2O,FeO和稀盐酸反应生成FeCl2和H2O,FeCl2和Cl2反应生成FeCl3,SiO2和稀盐酸不发生反应,经过滤、除杂后,所得废渣主要成分为SiO2,所得滤液为FeCl3溶液,蒸发浓缩后加入NaOH溶液,可得聚合氯化铁。①吸收过程中硫酸渣浆液中的FeO全部转化为Fe3+,先是FeO和稀盐酸反应生成FeCl2和H2O,然后FeCl2和Cl2反应生成FeCl3,反应的离子方程式分别为FeO+2H+
===Fe2++H2O、2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。②根据分析,过滤、除杂后所得废渣的主要成分是SiO2。③题述制备过程中,快速滴加NaOH溶液会导致OH-局部浓度增大,有Fe(OH)3沉淀生成。
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