(共36张PPT)
第10讲 铁及其化合物的转化关系
第三章
2024
内容索引
01
02
03
考点一 基于“价—类”二维图理解铁及其化合物的转化
考点二 “铁三角”的相互转化及实验探究
真题演练 角度拓展
复习目标
1基于“价—类”二维图认识铁及其重要化合物之间的转化关系,并应用于分析、解决相关问题。
2通过实验探究亚铁盐、铁盐的化学性质及相互转化关系。
考点一 基于“价—类”二维图理解铁及其化合物的转化
必备知识 自主预诊
1.铁及其重要化合物的“价—类”二维图
从物质类别和铁元素化合价两个维度总结、归纳铁及其重要化合物的性质与转化关系是掌握该部分内容的重要方法之一。
2.图示应用
根据上图中物质的转化关系,写出相应的离子方程式。
(1)向FeCl2溶液中滴加新制氯水:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
(2)向FeCl3溶液中加入还原铁粉:2Fe3++Fe===3Fe2+。
(3)将FeCl3溶液滴入KI-淀粉溶液中,溶液变蓝:2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。
(4)将H2O2溶液滴入酸性FeCl2溶液中:2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
3.分析铁及其重要化合物的“价—类”二维图的3个角度
(1)横向转化体现了铁元素同种价态、不同物质类别(氧化物、碱、盐)之间的转化。
①碱性氧化物(FeO、Fe2O3)都能与酸(H+)反应转化为盐(亚铁盐、铁盐);②盐(Fe2+、Fe3+)与碱(OH-)反应生成相应的碱[Fe(OH)2、Fe(OH)3];③难溶性碱受热易分解生成对应的氧化物,如Fe(OH)3分解生成Fe2O3。
(2)纵向转化体现铁元素不同价态、同种物质类别之间的转化,主要体现物质的氧化性或还原性。
(3)斜向转化体现铁元素不同价态、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。
关键能力 考向突破
考向 铁及其化合物的“价—类”二维图及应用
例题.如图为铁及其化合物的“价—类”二维图,下列有关说法错误的是( )
A.①可用作食品袋内的脱氧剂,②可用作油漆、油墨的红色颜料
B.①与Cl2反应生成FeCl3,FeO与稀盐酸反应生成FeCl2
C.可存在③→②、③→FeCl3的转化关系
D.可存在①→FeO→Fe(OH)2→FeCl2→①的循环转化关系
答案 D
解析 题图中①是Fe,具有还原性,可作食品袋内的脱氧剂;②是Fe2O3,是红棕色粉末,可用作油漆、油墨的红色颜料,A正确。Fe与Cl2反应生成FeCl3,FeO与稀盐酸反应生成FeCl2和H2O,B正确。③是Fe(OH)3,Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3;Fe(OH)3与稀盐酸反应生成FeCl3和H2O,C正确。Fe不能直接生成FeO;FeO不能直接生成Fe(OH)2,D错误。
对点训练
(2023广东东莞七校联考)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(Fe)具有强氧化性,可用于消毒,Fe反应最终可生成Fe(OH)3胶体,从而吸附水中的悬浮物,故高铁酸盐可作净水剂
答案 D
解析 铁与高温水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,不能实现转化①,A错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,部分被氧化,氧化生成Fe3O4,不能发生转化②,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,加水溶解不可实现转化③,C错误;高铁酸盐中铁为+6价,具有强氧化性,可用于消毒,发生氧化还原反应后生成铁离子,铁离子与水反应生成Fe(OH)3胶体,D正确。
考点二 “铁三角”的相互
转化及实验探究
必备知识 自主预诊
1.“铁三角”的转化关系
2.图示应用
根据上图中物质的转化关系,写出相应的离子方程式。
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:
H2S+2Fe3+===S↓+2Fe2++2H+。
(2)用FeCl3溶液腐蚀印刷铜质线路板:Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。
(3)将FeCl2溶液滴入稀硝酸中,有无色气体放出:
关键能力 考向突破
考向1 “铁三角”的转化关系及应用
例1.自来水厂利用铁屑及FeCl2溶液处理泄漏的Cl2。下列有关说法不正确的是( )
A.Cl2和水反应的离子方程式为H2O+Cl2 HClO+H++Cl-
B.吸收泄漏氯气的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Cl-+2Fe3+
C.铁屑的作用是将FeCl3还原为FeCl2,使吸收液获得再生
D.铁屑耗尽时溶液中可能大量存在:Fe2+、Fe3+、ClO-、Cl-
答案 D
解析 溶于水的Cl2部分与水反应生成HCl和HClO,该反应是可逆反应,HClO是弱酸,A正确;泄漏的Cl2被FeCl2溶液吸收,反应生成FeCl3,离子方程式为2Fe2++Cl2===2Cl-+2Fe3+,B正确;吸收Cl2后FeCl2转化为FeCl3,铁屑可将FeCl3还原为FeCl2,使吸收液获得再生,C正确;Fe2+具有还原性,ClO-具有较强氧化性,二者发生氧化还原反应,不能大量共存,D错误。
考向2 实验探究“铁三角”的转化关系
例2.(教材改编题)为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计了如下实验方案,其中不正确的是( )
选项 实验操作 实验现象 离子反应 实验结论
A 向氯化亚铁溶液中通入氯气 浅绿色溶液变成棕黄色溶液 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- Fe2+具有还原性
B 在氯化亚铁溶液中加入锌片 浅绿色溶液变成无色溶液 Fe2++Zn===Zn2++Fe Fe2+具有氧化性
C 在氯化铁溶液中加入铁粉 棕黄色溶液变成浅绿色溶液 2Fe3++Fe===3Fe2+ 铁单质具有还原性
D 在氯化铁溶液中加入铜粉 蓝色溶液变成棕黄色溶液 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ Fe3+具有氧化性
答案 D
解析 向FeCl2溶液中通入Cl2,Fe2+被氧化为Fe3+,溶液变成棕黄色,Fe2+作还原剂,表现还原性,A正确;向FeCl2溶液中加入锌片,Zn将Fe2+还原为Fe,溶液变成无色,Fe2+作氧化剂,表现氧化性,B正确;向FeCl3溶液中加入铁粉,发生反应:2Fe3++Fe===3Fe2+,Fe作还原剂,表现还原性,C正确;向FeCl3溶液中加入铜粉,发生反应:2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,溶液由棕黄色变为蓝色,Fe3+作氧化剂,表现氧化性,D错误。
归纳总结
1.根据“铁三角”转化关系,判断离子能否大量共存
2.根据“铁三角”转化关系,分离提纯物质
(1)除去含Mg2+(或Cu2+)溶液中混有的Fe3+
向混合溶液中加入相应金属的氧化物(MgO、CuO)、氢氧化物[Mg(OH)2、Cu(OH)2]或碳酸盐(MgCO3、CuCO3)中的一种,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(2)除去含Mg2+(或Cu2+)溶液混有的Fe2+
先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,再按(1)的方法除去溶液中的Fe3+。
对点训练
1.将一定量的铁粉投入硫酸铜与硫酸铁的混合溶液中,充分反应后有固体剩余。下列分析正确的是( )
A.剩余固体中只含未反应的铁粉
B.若固体中有铜,则反应后的溶液中可能含有Fe3+
C.若剩余固体中有铁,则反应后的溶液中只有一种溶质
D.若剩余固体中只有铜,则反应后的溶液中含有Fe3+
答案 C
解析 由于氧化性:Fe3+>Cu2+,加入铁粉先后发生反应:①Fe2(SO4)3+Fe===3FeSO4,②Fe+CuSO4===FeSO4+Cu,充分反应后有固体剩余,则一定含有铜,可能有剩余的铁粉,A错误;由于2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,固体中有铜,则溶液中不可能含有Fe3+,B错误;固体中有铁,反应①和②完全,反应后溶液中只有FeSO4,C正确;固体中只有铜,反应后的溶液中一定不含Fe3+,D错误。
2.通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验现象的解释正确的是( )
选项 操作及现象 解释
A 向KI淀粉溶液中加入FeCl3溶液,溶液变蓝 Fe3+能与淀粉发生显色反应
B 将生铁放置于潮湿的空气中,铁表面有一层红棕色的斑点 铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C 向稀硝酸中加入少量铁粉,有气泡产生 说明Fe置换出硝酸中的氢,生成了氢气
D 新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间,白色物质变成了红褐色 说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
答案 D
解析 Fe3+将I-氧化生成I2,淀粉遇到I2显蓝色,并非Fe3+能与淀粉发生显色反应,A错误;铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,不是Fe(OH)3,B错误;稀硝酸具有强氧化性,与铁粉反应生成NO,不产生H2,C错误;Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3,故新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间,白色物质变成了红褐色,D正确。
真题演练 角度拓展
角度一铁及其重要化合物的“价—类”二维图与分析
1.(2021广东卷,10)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可与e反应生成b
B.b既可被氧化,也可被还原
C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
答案 C
解析 题图中所示铁元素呈现不同化合价的物质:a为Fe,b为FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等Fe(Ⅱ)的盐类物质,c为Fe(OH)2,e为FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等Fe(Ⅲ)的盐类物质,d为Fe(OH)3。Fe与Fe(Ⅲ)的盐类物质可发生反应生成Fe(Ⅱ)的盐类物质,如Fe+2FeCl3===3FeCl2,A正确;Fe(Ⅱ)为铁元素的中间价态,既有还原性也有氧化性,既可被氧化也可被还原,B正确;Fe(Ⅲ)的盐类物质与浓碱液反应生成Fe(OH)3沉淀,制备Fe(OH)3胶体的操作是向沸水中滴加饱和FeCl3溶液,继续煮沸至溶液呈红褐色,停止加热,C错误;
角度拓展
(1)(2022浙江1月选考,9A)铁与碘反应易生成碘化铁。( )
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角度二“铁三角”的转化及含铁化合物的制备
2.(2022河北卷,15)以焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe(NH4)Fe(CN)6颜料,工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)红渣的主要成分为 (填化学式),滤渣①的主要成分为
(填化学式)。
(2)黄铁矿研细的目的是 。
(3)“还原”中,不生成S单质的反应的化学方程式为
。
(4)工序①的名称为 ,所得母液循环使用。
(5)“沉铁”产生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合价为 价,“氧化”发生反应的离子方程式为 。
(6)若用“还原”得到的滤液制备Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4,所加试剂为
和 (填化学式,不引入杂质)。
答案 (1)Fe2O3 SiO2
(2)增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率
(3)7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O===15FeSO4+8H2SO4
(4)结晶
解析 (1)焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生红渣,FeS2被氧化生成Fe2O3和SO2,红渣的主要成分为Fe2O3。向红渣中加入稀硫酸溶解,SiO2不溶于稀硫酸,则滤渣①为SiO2。
(2)“还原”过程黄铁矿研细,可增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率。
(3)酸浸液中含Fe2(SO4)3,“还原”工序加入黄铁矿(FeS2)并加热,不生成S单
得:7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O===15FeSO4+8H2SO4。
(4)FeSO4易溶于水,工序①从FeSO4和H2SO4混合液中获得FeSO4晶体,该工序的名称应为结晶,所得母液中含有FeSO4和H2SO4,可以循环利用。
(5)“沉铁”工序中向FeSO4溶液中加入H2SO4、(NH4)2SO4、K3[Fe(CN)6],生成Fe(NH4)2Fe(CN)6沉淀。氧化过程加入H2SO4、NaClO3,发生氧化还原反应生成Fe(NH4)Fe(CN)6。
(6)“还原”工序得到的滤液中含有FeSO4和H2SO4,若制备Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4,不引入杂质,从Fe元素化合价变化及N元素守恒推知,所加试剂为H2O2和NH3·H2O。
角度拓展
(2021海南卷,15题节选)无水FeCl3常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程,以废铁屑(含有少量碳和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3(s)。
已知:氯化亚砜( )熔点:-101 ℃,沸点:76 ℃,易水解。
(1)为避免引入新的杂质,试剂B可以选用 (填字母)。
A.KMnO4溶液 B.氯水
C.溴水 D.H2O2溶液
(2)取少量D晶体,溶于水并滴加KSCN溶液,现象是 。
(3)反应D→E的化学方程式为 。
(4)由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐,写出一种可能的还原剂: ,并设计实验验证是该还原剂将Fe3+还原: 。 课时规范练10
一、选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.高铁酸钾(K2FeO4)是一种环保、高效、多功能饮用水处理剂,在水处理过程中,高铁酸钾转化为Fe(OH)3胶体,制备高铁酸钾流程如图所示。
下列叙述不正确的是( )
A.反应Ⅰ的化学方程式是2Fe+3Cl22FeCl3
B.用FeCl2溶液吸收反应Ⅰ中尾气所得产物可再利用
C.反应Ⅱ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
D.用K2FeO4对饮用水杀菌消毒的同时,Fe(OH)3胶体吸附杂质净化水
答案:C
解析:反应Ⅰ中尾气为氯气,因此可用FeCl2溶液作为反应Ⅰ中尾气吸收剂,生成FeCl3,且反应后溶液进入反应Ⅱ进行反应,B正确;反应中Cl元素化合价由+1价降低为-1价,Fe元素化合价由+3价升高到+6价,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶2,C错误;K2FeO4中+6价铁具有强氧化性,用于饮用水杀菌消毒,得到的还原产物铁离子水解生成Fe(OH)3胶体,能吸附杂质达到净化水的目的,D正确。
2.(2023辽宁抚顺模拟)如图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3(已知:FeCl3遇水易水解),则下列说法正确的是( )
A.该实验中用于制Cl2的KMnO4也可以换成MnO2
B.仪器的接口顺序为a→e→d→h→i→c→b→g
C.可将制得的FeCl3先溶于较浓的盐酸中,再加水至指定体积,配成一定浓度的FeCl3溶液
D.用于干燥Cl2的浓硫酸可换成碱石灰
答案:C
解析:常温下MnO2与浓盐酸不发生反应,不能换成MnO2,A错误;KMnO4与浓盐酸反应制取的Cl2中混有HCl、H2O(g),先通过饱和NaCl溶液除去HCl,再通过浓硫酸除去H2O(g),干燥Cl2与铁粉反应生成FeCl3,用NaOH溶液吸收尾气Cl2,由于FeCl3遇水易水解,在连接盛有NaOH溶液洗气瓶前要接盛有浓硫酸的洗气瓶,防止NaOH溶液中H2O(g)进入,故仪器的接口顺序为a→e→d→c→b→h→i(或i→h)→c→b→g,B错误;FeCl3易发生水解反应,配制其溶液时,要先将FeCl3溶于较浓盐酸中,再加水稀释,C正确;Cl2可与碱石灰反应,故用于干燥Cl2的浓硫酸不能换成碱石灰,D错误。
3.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
答案:A
解析:M中含有+2价铁,且所含电荷数为0,可能是FeO或Fe(OH)2,A错误;R为0价铁元素,且为单质,则为Fe单质,常温下浓硫酸可以使Fe钝化,B正确;若Q为金属阳离子,化合价为+2价,则为Fe2+,与K3[Fe(CN)6]反应会生成蓝色沉淀,可用K3[Fe(CN)6]溶液检验,C正确;Fe中Fe元素为+6价,据题图可知Fe在碱性环境中稳定存在,则Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成Fe,D正确。
4.某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+的浓度与加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示。则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量浓度之比为( )
A.1∶1∶1 B.1∶3∶1
C.3∶3∶8 D.1∶1∶4
答案:D
解析:稀溶液中各物质的氧化性顺序为HNO3>Fe(NO3)3>Cu(NO3)2,加入铁粉后会依次发生氧化还原反应:①Fe+4HNO3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,②Fe+2Fe3+3Fe2+,③Fe+Cu2+Cu+Fe2+。从题图中可知铁为1 mol时,无Fe2+生成,发生反应①,消耗硝酸的物质的量为4 mol,生成1 mol Fe3+。再加入1 mol铁粉发生反应②生成Fe2+的物质的量为3 mol,反应的Fe3+的物质的量为2 mol,则原溶液中Fe3+的物质的量为2 mol-1 mol=1 mol;再加入1 mol铁粉发生反应③,此时生成Fe2+的物质的量为1 mol,说明原溶液中Cu2+的物质的量为1 mol。综上所述可知,原溶液中含1 mol Fe(NO3)3、1 mol Cu(NO3)2和4 mol HNO3,故稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量浓度之比为1∶1∶4。
5.(2023华南师大附中模拟)FeCO3与砂糖混用可以作补血剂,实验室里制备FeCO3的实验流程如图所示,下列说法不正确的是( )
A.产品FeCO3在空气中高温分解可得到纯净的FeO
B.“沉淀”步骤发生反应的离子方程式为Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O
C.过滤操作的常用玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒
D.可利用KSCN溶液检验FeSO4溶液是否变质
答案:A
解析:FeCO3受热分解生成FeO和CO2,在空气中高温加热,FeO能迅速氧化生成Fe3O4,A错误;“沉淀”步骤向FeSO4溶液中加入NH4HCO3溶液,Fe2+与HC电离产生的C结合生成FeCO3沉淀,促进了HC的电离,电离产生的H+与HC反应生成CO2和H2O,B正确;Fe2+被氧化生成Fe3+,则引起FeSO4溶液变质,若滴加KSCN溶液,溶液变红色,则证明FeSO4变质,否则不变质,D正确。
6.(2022浙江6月选考,22)关于化合物FeO(OCH3)的性质,下列推测不合理的是( )
A.与稀盐酸反应生成FeCl3、CH3OH、H2O
B.隔绝空气加热分解生成FeO、CO2、H2O
C.溶于氢碘酸(HI),再加CCl4萃取,有机层呈紫红色
D.在空气中,与SiO2高温反应能生成Fe2(SiO3)3
答案:B
解析:化合物FeO(OCH3)中Fe的化合价为+3价,CH3O-带1个单位负电荷。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)+3HClFeCl3+H2O+CH3OH,A正确;化合物FeO(OCH3)中Fe的化合价为+3价,C的化合价为-2价,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错误;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)+6HI2FeI2+I2+2H2O+2CH3OH,再加CCl4萃取,有机层呈紫红色,C正确;化合物FeO(OCH3)在空气中高温反应生成Fe2O3、CO2和H2O,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正确。
7.(2023湖北七市联合调研改编)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。下列说法正确的是( )
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为分解反应
D.将溶液3蒸干可制得无水FeCl2
答案:A
解析:试剂1为NaOH溶液,加入试剂的目的是将Al2O3溶解转化为NaAlO2,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错误;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错误。
8.硫酸亚铁铵可由硫酸亚铁和饱和硫酸铵溶液混合制备,其化学式为FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O,下图是在常温下制备硫酸亚铁铵晶体的实验装置,最终可在装置①的底部结晶出硫酸亚铁铵。下列说法错误的是( )
A.实验所用铁屑用30%的NaOH溶液煮沸可以除去铁屑表面的油污
B.装置①中硫酸亚铁铵结晶析出的可能原因是常温下①中混合溶液中硫酸亚铁铵的溶解度最小
C.待锥形瓶内的铁屑全部耗尽后,关闭K2、K3,打开K1
D.NaOH溶液的作用是除去杂质气体H2S
答案:C
解析:NaOH溶液可与油脂发生皂化反应,使其从铁屑表面去除,描述正确,A正确;硫酸亚铁与硫酸铵溶液混合就能得到硫酸亚铁铵晶体,说明硫酸亚铁、硫酸铵、硫酸亚铁铵三种物质中,硫酸亚铁铵的溶解度最小,在溶液中先析出,B正确;反应一段时间,待装置内空气排尽,就关闭K2、K3,打开K1,描述错误,C错误;铁屑中有FeS杂质,与酸反应有杂质气体H2S生成,利用NaOH溶液除去杂质气体H2S,D正确。
9.(2022广东普宁模拟)LiFePO4作为锂离子电池的正极材料,具有众多优点,工业上以废铁屑为原料制备LiFePO4的一种流程如下。下列有关说法错误的是( )
A.“酸溶”时可适当加热提高溶解速率
B.“沉铁”过程中H2O2的作用是氧化Fe2+
C.“煅烧”过程反应的化学方程式为Li2CO3+H2C2O4+2FePO42LiFePO4+3CO2↑+H2O
D.“煅烧”过程中,每消耗1 mol H2C2O4,转移电子4 mol
答案:D
解析:将废铁屑粉碎、适当提高温度、适当增大硫酸的浓度等,均可以提高废铁屑的溶解速率,A正确;“沉铁”过程中2H3PO4+2FeSO4+H2O22FePO4↓+2H2O+2H2SO4,双氧水中O的化合价降低,被还原,为氧化剂,B正确;FePO4中加入碳酸锂和草酸后煅烧得到产品LiFePO4,反应的化学方程式为Li2CO3+H2C2O4+2FePO42LiFePO4+3CO2↑+H2O,Fe由+3价变成+2价,“煅烧”过程中,每消耗1 mol H2C2O4,转移电子2 mol,C正确、D错误。
10.由硫铁矿烧渣(主要成分:Fe3O4、Fe2O3和FeO)得到绿矾(FeSO4·7H2O),再通过绿矾制备铁黄[FeO(OH)]的流程如下:
已知:FeS2和铁黄均难溶于水。下列说法不正确的是( )
A.步骤①最好用硫酸来溶解烧渣
B.步骤②涉及离子反应:FeS2+14Fe3++8H2O15Fe2++2S+16H+
C.步骤③将溶液加热到有较多固体析出,再用余热将液体蒸干,可得纯净绿矾
D.步骤④反应条件控制不当会使铁黄中混有Fe(OH)3
答案:C
解析:要制得绿矾,为了不引入其他杂质,步骤①最好选用硫酸来溶解烧渣,A正确;加入FeS2后得到的溶液经步骤③可得到绿矾,则步骤②中FeS2和Fe3+发生氧化还原反应,生成了FeSO4,离子方程式为FeS2+14Fe3++8H2O15Fe2++2S+16H+,B正确;步骤③由FeSO4溶液得到绿矾应蒸发浓缩、冷却结晶而不是蒸发结晶,C错误;步骤④中若反应条件控制不当,则会使铁黄中混有Fe(OH)3,D正确。
11.(2023天津北辰联考)某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3,不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O),设计了如下流程:
下列说法不正确的是( )
A.固体1中一定含有SiO2
B.溶解烧渣选用硫酸,试剂X选用铁粉
C.若在溶液1中直接加NaOH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
D.得到FeSO4·7H2O产品的过程中,须控制条件防止其氧化和分解
答案:C
解析:烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3,不考虑其他杂质)加入足量硫酸,其中Fe2O3、Al2O3与足量的酸反应,转化为Fe3+和Al3+,则溶液1中含有Fe3+和Al3+,SiO2不与酸反应,则固体1含有SiO2,向溶液1中加入试剂X的目的是将Fe3+还原为Fe2+,故试剂X为铁粉,然后加入NaOH溶液调节pH将Al3+转化为Al(OH)3沉淀,则固体2含有Al(OH)3沉淀,溶液2为FeSO4,最后溶液2经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到七水合硫酸亚铁晶体。固体1中一定有SiO2,A正确;溶解烧渣选用足量稀硫酸,试剂X选用铁粉,B正确;溶液1中含有铁离子和铝离子,加过量的氢氧化钠,铝离子转化为偏铝酸根离子,铁离子与氢氧根离子结合生成氢氧化铁沉淀,最终得到的是硫酸铁而不是硫酸亚铁,C错误;亚铁离子易被空气中的氧气氧化,而且亚铁离子会发生水解反应生成氢氧化亚铁,则从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中,须控制条件防止其水解和氧化,D正确。
二、非选择题
12.K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)易溶于水,难溶于乙醇,常用作有机反应的催化剂。某同学利用下图装置制备FeC2O4·2H2O,再制备三草酸合铁酸钾。
回答下列问题:
(1)打开K1、K3和K4,关闭K2,制备FeSO4。为使生成的FeSO4溶液与H2C2O4溶液接触,应进行的操作为 ,B中生成FeC2O4·2H2O沉淀的离子方程式为 。
(2)向FeC2O4·2H2O中加入过量饱和K2C2O4溶液,水浴加热并缓慢滴加H2O2溶液,制得K3[Fe(C2O4)3],同时有红褐色沉淀生成,该反应的化学方程式为 ;将上述混合物煮沸,加入饱和H2C2O4溶液,充分反应后缓慢加入乙醇,结晶、抽滤、洗涤、干燥得到目标产物。将混合物煮沸的目的是 ;H2C2O4的作用是 。
答案:(1)关闭K3,打开K2 Fe2++H2C2O4+2H2OFeC2O4·2H2O↓+2H+
(2)6FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O44K3[Fe(C2O4)3]+2Fe(OH)3↓+12H2O 除去过量的H2O2,防止与饱和H2C2O4溶液发生反应 将红褐色沉淀Fe(OH)3转化为K3[Fe(C2O4)3],提高产率
解析:装置A中铁和稀硫酸反应生成FeSO4和氢气,打开K1、K3和K4,制取的氢气将装置内空气全部排尽,再利用压强差将FeSO4溶液压至装置B中与H2C2O4溶液反应,用气球收集多余的氢气。
(1)铁和稀硫酸反应生成氢气,装置A内压强增大,关闭K3,打开K2,利用压强差将FeSO4溶液压至装置B中与H2C2O4溶液反应;H2C2O4是弱酸,应保留化学式,B中生成FeC2O4·2H2O沉淀的离子方程式为Fe2++H2C2O4+2H2OFeC2O4·2H2O↓+2H+。
(2)FeC2O4·2H2O与K2C2O4和H2O2反应生成K3[Fe(C2O4)3]和红褐色沉淀Fe(OH)3,该反应的化学方程式为6FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O44K3[Fe(C2O4)3]+2Fe(OH)3↓+12H2O;H2C2O4具有还原性,H2O2具有氧化性,先将混合物煮沸,目的是除去过量的H2O2,防止与饱和H2C2O4溶液发生反应;加入饱和H2C2O4溶液发生反应2Fe(OH)3+3H2C2O4+3K2C2O42K3[Fe(C2O4)3]+6H2O,H2C2O4的作用是将红褐色沉淀Fe(OH)3转化为K3[Fe(C2O4)3],提高产率。
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