第四章 第13讲 铁及其化合物转化关系（解析版）

第四章金属及其化合物第13讲铁及其化合物转化关系【高考考向预测】近三年高考铁及其化合物转化关系为无机重难点高频考点，多见于推断题、实验题与化工流程题，重点考查铁三角双向转化、不同价态铁元素转化条件、酸碱及氧化性还原性物质对转化的影响，兼顾离子检验与除杂应用；预测2027年依旧是命题热点，命题更侧重结合工业除杂、物质制备情境考查转化路径设计，强化强弱氧化剂还原剂选用、分步转化分析与转化中量的关系判断，侧重依托反应实质灵活推导转化流程，综合考查物质性质整合与逻辑推断能力。【核心梳理●明考点】1.铁及其化合物的“价—类”二维转化从物质类别和物质所含核心元素的化合价两个角度总结、预测物质的性质是学习化学的重要方法之一。(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.Fe2+和Fe3+相互转化关系3.常见离子氧化性、还原性强弱顺序氧化性:Cl2>Br2>Fe3+>Cu2+>Fe2+还原性:S2->I->Fe2+>Br->Cl-一、Fe2+和Fe3+的相互转化1.(2025·河南，4)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。固体X(黄色)→固体Y(红棕色)→溶液Z(棕黄色)→溶液R(浅绿色)→固体Q(黑色)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【答案】C【解析】由X和Q的组成元素相同及溶液Z、R的颜色推断，X中含有铁元素，因此结合物质的颜色可判断固体X为FeS2，固体Y为Fe2O3，溶液Z中含有Fe3+，溶液R中含有Fe2+，固体Q为FeS。Y为Fe2O3，为红棕色固体，常用作油漆、涂料等的红色颜料，A正确；溶液Z中含有Fe3+，加热煮沸后Fe3+发生水解会生成Fe(OH)3胶体，溶液颜色会由棕黄色转变为红褐色，B正确；FeS与强酸反应生成有毒的H2S，且强酸性条件下无法制得FeS，C错误；Q为FeS，可在加热条件下通过Fe和S化合制备，D正确。2.除去括号中的杂质，并写出反应的离子方程式。(1)FeCl2(FeCl3)，除杂方法：，离子方程式：。(2)FeCl3(FeCl2)，除杂方法：，离子方程式：。(3)Fe2(SO4)3(FeSO4)，除杂方法：，离子方程式：。(4)FeCl2(Cu2+)，除杂方法：，离子方程式：。(5)CuCl2溶液(FeCl2)，除杂方法：。【答案】(1)加入过量铁粉，过滤2Fe3++Fe=3Fe2+(2)加入氯水(或通入Cl2)2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-(3)滴加H2O22Fe2++H2O2+2H+=2H2O+2Fe3+(4)加入过量铁粉，过滤Fe+Cu2+=Cu+Fe2+(5)先向溶液中加入氧化剂(如H2O2、氯水)，然后向混合液中加入CuO或Cu(OH)2，调pH，促进Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀，静置过滤3.在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2+的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。(1)请将正确答案的字母填在相应的横线上。a.Fe3+b.Fe2+c.Fe、Fe2+d.Fe2+、Fe3+①AB段铁元素以形式存在。②BC段铁元素以形式存在。③CD段铁元素以形式存在。(2)AB段与BC段所需Fe的质量比为。【答案】(1)①a②d③c(2)2∶1【解析】在一定量的稀HNO3中缓慢加入铁粉，开始时发生反应：Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，此时铁元素在溶液中以Fe3+形式存在，在B点时，硝酸恰好反应完全；继续加铁粉，发生反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，此时溶液中Fe2+的量逐渐增多，Fe3+的量逐渐减少；在C点时，溶液中的Fe3+恰好完全反应，此时继续加入的铁粉不再反应，溶液中的Fe2+的量不再增多。设AB段消耗amolFe，生成amolFe3+，根据反应Fe+2Fe3+=3Fe2+可知BC段需要消耗12amolFe，则AB段与BC段所需Fe的质量比为2∶1二、重要含铁物质的制备4.(2026·日照模拟)工业上利用黄铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)为原料制备颜料铁红(Fe2O3)，具体生产流程如图：试回答下列问题：(1)滤液X中含有的金属阳离子是(填离子符号)。(2)①步骤Ⅱ加入过量铁粉的目的是。②步骤Ⅲ中可选用(填字母)调节溶液的pH。a.次氯酸钙 b.氨水c.氢氧化钠溶液 d.高锰酸钾溶液(3)①步骤Ⅳ加入NH4HCO3时的离子方程式为。②步骤Ⅳ的反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是。③步骤Ⅳ中FeCO3沉淀完全后，溶液中含有少量Fe2+，检验Fe2+的方法是。(4)在空气中煅烧FeCO3生成产品氧化铁的化学方程式为。【答案】(1)Fe2+、Fe3+(2)①将Fe3+全部还原为Fe2+②b(3)①Fe2++2HCO3−=FeCO3↓+CO2↑+H②防止NH4HCO3受热分解；减少Fe2+的水解③取少量溶液，加入硫氰化钾溶液，不显红色，然后滴加氯水，溶液变为红色(合理即可)(4)4FeCO3+O22Fe2O3+4CO25.(2022·天津，15)氯化铁是重要的化工原料。根据氯化铁的实验室制备方法，回答下列问题：Ⅰ.FeCl3·6H2O的制备制备流程图如下：(1)将废铁屑分批加入稀盐酸中，至盐酸反应完全。判断反应完全的现象为。含有少量铜的废铁屑比纯铁屑反应快，原因为。(2)操作①所必需的玻璃仪器中，除烧杯外还有。(3)检验FeCl3溶液中是否残留Fe2+的试剂是。(4)为增大FeCl3溶液的浓度，向稀FeCl3溶液中加入纯Fe粉后通入Cl2。此过程中发生的主要反应的离子方程式为。(5)操作②为。Ⅱ.由FeCl3·6H2O制备无水FeCl3将FeCl3·6H2O与液体SOCl2混合并加热，制得无水FeCl3。已知SOCl2沸点为77℃，反应方程式为FeCl3·6H2O+6SOCl2FeCl3+6SO2↑+12HCl↑，装置如图所示(夹持和加热装置略)。(6)仪器A的名称为，其作用为。NaOH溶液的作用是。(7)干燥管中无水CaCl2不能换成碱石灰，原因是。(8)由下列结晶水合物制备无水盐，适宜使用上述方法的是(填字母)。a.ZnCl2·H2Ob.CuSO4·5H2Oc.Na2S2O3·5H2O【答案】(1)不再有气泡产生Fe、Cu在稀盐酸中形成原电池，加快反应速率(2)漏斗、玻璃棒K3[Fe(CN)6]溶液(4)2Fe3++Fe=3Fe2+、2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-(5)在HCl气流中蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到FeCl3·6H2O晶体(6)球形冷凝管冷凝回流SOCl2吸收SO2、HCl等尾气，防止污染(7)碱石灰与SO2、HCl气体反应，失去干燥作用(8)a【限时训练】（40分钟）(1~8题，每小题7分)1.下列有关铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是()A.铁粉遇空气放热，可用于制作暖贴B.Fe2(SO4)3易溶于水，可用作净水剂C.FeCl3溶液显酸性，可用于腐蚀印刷电路板上的铜D.FeS难溶于水，可用于去除废水中微量六价铬[Cr(Ⅵ)]【答案】A【解析】氯化铁溶液具有氧化性，可以将铜氧化生成铜离子，故C错误；FeS具有还原性，因此可除去废水中的微量六价铬[Cr(Ⅵ)]，故D错误。2.下列有关铁及其化合物参与反应的化学方程式书写错误的是()A.高温下Fe与水蒸气反应：Fe+H2O(g)FeO+H2B.Fe(OH)3胶体制备：FeCl3+3H2O3Fe(OH)3(胶体)+3HClC.FeCl2溶液中Fe2+的检验：FeCl2+K3[Fe(CN)6]=KFe[Fe(CN)6]↓+2KClD.Fe催化甲苯的溴化反应：+Br2【答案】A【解析】高温下Fe与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，故A错误。3.(2025·黑龙江北安一中高三期末)下图为铁的“价—类”二维图，箭头表示部分物质间的转化关系，下列说法正确的是()A.铁与氧气的燃烧反应可实现上述转化①B.加热Fe(OH)3发生转化③，Fe(OH)3与HI反应发生④C.可通过Fe(OH)2与稀硝酸反应实现转化⑤，计量数之比为1∶2D.K2FeO4作为新型净水剂可实现转化⑥，既能杀菌消毒又能净水【答案】D【解析】铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，不能生成三氧化二铁，不能实现上述转化①，故A错误；氢氧化铁与氢碘酸反应生成碘化亚铁、碘和水，不能发生转化④，故B错误；氢氧化亚铁与稀硝酸反应的化学方程式为3Fe(OH)2+10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O，不能实现转化⑤，故C错误。4.(2023·浙江1月选考，16)探究铁及其化合物的性质，下列方案设计、现象和结论都正确的是()选项实验方案现象结论A向FeCl2溶液中加入Zn片短时间内无明显现象Fe2+的氧化能力比Zn2+弱B往Fe2(SO4)3溶液中滴加KSCN溶液，再加入少量K2SO4固体溶液先变成红色后无明显变化Fe3+与SCN-的反应不可逆C将食品脱氧剂样品中的还原铁粉溶于盐酸，滴加KSCN溶液溶液呈浅绿色食品脱氧剂样品中没有+3价铁D向沸水中逐滴滴加5~6滴饱和FeCl3溶液，持续煮沸溶液先变成红褐色再析出沉淀Fe3+先水解得Fe(OH)3胶体，再聚集成Fe(OH)3沉淀【答案】D【解析】FeCl2溶液中加入Zn片，Fe2++Zn=Fe+Zn2+，溶液由浅绿色变为无色，Fe2+的氧化能力比Zn2+强，A错误；溶液变成红色的原因为Fe3++3SCN-⥬Fe(SCN)3，SO42−和K+对平衡无影响，B错误；Fe3+可能先与单质铁反应生成Fe2+，则溶液呈浅绿色，C错误；向沸水中逐滴滴加饱和氯化铁溶液，制取Fe(OH)3胶体，继续加热胶体因聚沉变为沉淀，5.化合物A的相关转化如下图所示。已知由E转化成C的现象是白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。下列说法错误的是()A.化合物A的用途之一是作油漆、涂料和橡胶的颜料B.B的溶液可以作为覆铜板的腐蚀液，以制作印刷电路板C.可用酸性高锰酸钾溶液证明D的溶液中含有亚铁离子D.单质甲的水溶液具有漂白性【答案】C【解析】由E转化成C的现象是白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，可知E为氢氧化亚铁，C为氢氧化铁，A为氧化铁，B为氯化铁，D为氯化亚铁，甲为氯气，乙为碱溶液，丙为硫氰化物。化合物A为氧化铁，用途之一是作油漆、涂料和橡胶的颜料，A正确；B为氯化铁，可与铜反应：2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+，可以作为覆铜板的腐蚀液，以制作印刷电路板，B正确；D为氯化亚铁，氯离子和亚铁离子均能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故不能证明有亚铁离子，C错误；甲为氯气，氯水中含有次氯酸，具有漂白性，D正确。6.如图是一种综合处理含SO2尾气的工艺流程，下列叙述正确的是()A.基态Fe3+的价层电子排布式为3d6B.检验“吸收”后的溶液是否还可继续吸收SO2，可用试剂K3[Fe(CN)6]C.“氧化”中发生反应的离子方程式为4Fe2++O2+H2O=4Fe(OH)3↓D.“氧化”后的溶液可以循环使用【答案】D【解析】铁元素的原子序数为26，基态铁离子的价层电子排布式为3d5，故A错误；“吸收”步骤发生的反应为硫酸铁溶液与二氧化硫气体反应生成硫酸亚铁和硫酸，则检验“吸收”后的溶液是否还可继续吸收二氧化硫，应用硫氰化钾溶液检验是否存在铁离子，而不是用铁氰化钾溶液检验是否存在亚铁离子，故B错误；“氧化”步骤发生的反应为酸性条件下硫酸亚铁溶液与空气中的氧气反应生成硫酸铁和水，反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，反应生成的硫酸铁可以循环使用，故C错误，D正确。7.(2025·山东，13)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物，实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca、Si、Fe元素，流程如下。已知：Fe2(C2O4)3能溶于水；Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9，Ksp(FeC2O4)=3.2×10-7。下列说法错误的是()A.试剂X可选用Fe粉B.试剂Y可选用盐酸C.“分离”后Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中D.“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小会导致滤渣Ⅱ质量减少【答案】A【解析】钢渣用盐酸酸浸后，CaO、FeO、Fe2O3分别转化成Ca2+、Fe2+、Fe3+进入滤液Ⅰ中，则滤渣Ⅰ为SiO2，根据已知信息，CaC2O4的Ksp与FeC2O4的接近，而Fe2(C2O4)3能溶于水，则要想有效分离Ca、Fe元素，滤渣Ⅱ只能是CaC2O4，为了防止生成FeC2O4，需要将滤液Ⅰ中的Fe2+完全转化成Fe3+以保证Fe元素留在滤液Ⅱ中，因此试剂X需氧化Fe2+，不能用Fe粉，A错误；向Na2SiO3溶液中加酸可得到H2SiO3，H2SiO3受热分解可得到SiO2，因此试剂Y可以为盐酸，B正确；“分离”后，Fe元素在滤液Ⅱ中，C正确；CaC2O4存在沉淀溶解平衡：CaC2O4(s)⥬Ca2+(aq)+C2O42−(aq)，若酸浸后滤液Ⅰ的pH过小，则C2O42−与H+结合导致C2O42−浓度降低，平衡正向移动，导致CaC8.(2025·湖南常德一模)以黄铁矿(FeS2)作为电子供体的自养反硝化技术是低碳氮废水的一种潜力巨大的处理技术。FeS2氧化与反硝化耦合的机理如图所示。下列相关说法错误的是()A.整个反应过程中涉及的还原剂只有FeS2、S2O3B.可用铁氰化钾溶液检验反应过程中的Fe2+C.整个反应过程中，1molFeS2最多提供15mol电子D.S2O32−参与“反硝化”反应的离子方程式为5S2O32−+8NO3−+H2O=10S【答案】A【解析】FeS2加入铁离子溶解生成S2O32−，①中Fe3+会被还原为Fe2+，Fe2+最终被氧化为氢氧化铁，则Fe2+也为还原剂，A项错误；铁氰化钾与Fe2+反应生成蓝色沉淀，则可用铁氰化钾溶液检验反应过程中的Fe2+，B项正确；FeS2在该过程中作为还原剂，被氧化，失去电子，最终生成氢氧化铁沉淀和硫酸根离子，铁元素从+2价升至+3价，硫元素从-1价升至+6价，则1molFeS2最多提供15mol电子，C项正确；S2O32−参与“反硝化”是与硝酸根离子反应生成氮气和硫酸根离子的过程，根据质量守恒定律，则反应的离子方程式为5S2O32−+8NO3−+H2O=10SO9.(12分)硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)是一种重要的食品或饲料添加剂，实验室以严重锈蚀的废铁屑(含有Fe、Fe2O3)为原料制备硫酸亚铁晶体，其流程如下：(1)Fe2O3与稀硫酸反应的离子方程式为。(2)溶液A中加过量铁粉时，反应的离子方程式为。(3)若证明溶液B中不存在Fe3+，可选择的方法是。(4)FeSO4·7H2O晶体应密封保存，主要目的是。【答案】(1)Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O(2)2Fe3++Fe=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑(3)取少量溶液B于试管中，滴加KSCN溶液，若溶液不变红色，说明溶液B中不存在Fe3+(4)防止被空气氧化10.(18分)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是。(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是。(4)丙组同学取10mL0.1mol·L-1KI溶液，加入6mL0.1mol·L-1FeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验：①第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。实验②检验的离子是(填离子符号，下同)；实验①和③说明：在I-过量的情况下，溶液中仍含有，由此可以证明该氧化还原反应为。(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是，生成沉淀的原因是(用平衡移动原理解释)。【答案】(1)防止Fe2+被氧化(2)2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-(3)隔绝空气(排除空气中的氧气对实验的影响)(4)Fe2+Fe3+可逆反应