大单元二　第四章　第13讲　铁及其化合物转化关系

第13讲铁及其化合物转化关系[复习目标]1.熟练掌握铁及其重要化合物转化的化学方程式。2.能根据铁及其化合物的性质分析实验室、生产、生活中的相关问题。1.在图中空白处，将下列铁的重要化合物填入，建构成一张关系图。FeO、Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)2、Fe(OH)3、FeCl3、FeCl2答案2.完成图中指定序号对应的化学方程式(合理即可)。①2Fe+3Cl22FeCl3；⑥3Fe3O4+8Al9Fe+4Al2O3；⑦Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O；⑨Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O；⑩2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O；⑫4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；⑮2FeCl2+Cl2=2FeCl3；⑯FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl；⑰2FeCl3+Fe=3FeCl2。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.(2025·浙江模拟)甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO已知：ⅰ.柠檬酸易溶于水和乙醇，有弱酸性和还原性。ⅱ.(NH2ⅲ.H2通入PdCl2溶液中发生的反应：H2+PdCl2=Pd↓(黑色)+2HCl实验步骤：Ⅰ.关闭活塞K2，打开活塞K3和K1，加入适量稀硫酸(铁屑足量)，当出现现象后关闭活塞K1。

Ⅱ.，磁力搅拌器不断搅拌，B中生成FeCO3沉淀。

Ⅲ.在50℃恒温条件下继续磁力搅拌，然后向B中滴加甘氨酸和柠檬酸溶液，调节溶液pH至5.5左右，使反应物充分反应。Ⅳ.反应完成后，向B的反应混合物中加入无水乙醇，生成白色沉淀，将沉淀过滤、洗涤得到粗产品，将粗产品纯化后得精品。回答下列问题：(1)步骤Ⅰ中横线处的现象是。

(2)下列说法正确的是(填字母)。

A.步骤Ⅰ中的铁屑可以改为铁粉，从而加快反应速率B.步骤Ⅱ横线处操作为关闭K3，打开K2，将A中溶液压入到B中C.步骤Ⅲ可以用水浴加热D.步骤Ⅳ中洗涤剂可以用冰水(3)写出B中生成甘氨酸亚铁的化学方程式：。

(4)步骤Ⅲ中加入少量柠檬酸的一个作用是能调节溶液pH，促进FeCO3溶解，另一个作用是。

答案(1)C中出现大量黑色沉淀(2)BC(3)2NH2CH2COOH+FeCO3→(NH2CH2COO)2Fe+CO2↑+H2O(4)防止二价铁被氧化解析二价铁易被氧化，为制备甘氨酸亚铁，需先利用A中稀硫酸与铁屑反应生成的氢气将装置中的空气排空(关闭K2，打开K3和K1)，当C中出现大量黑色沉淀时，证明装置中的空气已排空，关闭K3并打开K2，A中的硫酸亚铁溶液被氢气压入B中，在B中亚铁离子和HCO3-反应生成FeCO3沉淀、水、二氧化碳，然后加入甘氨酸和柠檬酸溶液，B中发生反应：2NH2CH2COOH+FeCO3→(NH2CH2COO)2Fe+CO2↑+H2O，反应完成后，向B的反应混合物中加入无水乙醇使(NH2CH2COO)2Fe析出，经过滤、洗涤得到粗产品，将粗产品纯化后得(NH2CH2COO)(1)结合分析知，步骤Ⅰ的目的是利用A中产生的氢气将整体装置中的空气排空，结合已知信息ⅲ知，当C中出现大量黑色沉淀(Pd)时，即可关闭活塞K1。(2)铁粉比表面积大，与硫酸反应速率过快，反应不易控制，A错误；步骤Ⅱ的目的是利用A中产生的氢气将A中的硫酸亚铁溶液压入B中，B正确；步骤Ⅲ在50℃恒温条件下进行，故可以用水浴加热，C正确；已知信息中提到(NH2CH2COO)2Fe易溶于水，则步骤5.(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(3)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课时精练[分值：50分](1~4题，每小题3分，5~10题，每小题4分)1.(2021·广东，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bB.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解析图中所示铁元素不同化合价的物质：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，故A不选；Fe(Ⅱ)为铁元素的中间价态，既有还原性也有氧化性，因此既可被氧化，也可被还原，故B不选；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胶体的操作为向沸水中滴加饱和FeCl3溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热，故C选；b→c→d→e→b转化如FeCl2Fe(OH)2Fe(OH)3FeCl3FeCl2，故D不选。2.下列表示客观事实的化学方程式或离子方程式不正确的是()选项客观事实化学(离子)方程式A铁的金属活动性大于铜2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+B铁和水蒸气能发生置换反应3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2C配制FeCl3溶液时，将FeCl3固体加入浓盐酸中溶解后再加水稀释Fe3++3H2O⥬Fe(OH)3+3H+DFe3+的氧化性大于I22Fe3++2I-=2Fe2++I2答案A解析证明铁的金属活动性大于铜的离子方程式为Fe+Cu2+=Fe2++Cu，A错误。3.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。4.化合物A的相关转化如图所示。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。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。5.(2024·浙江模拟预测)探究铁及其化合物的性质，下列实验方案、现象或结论不正确的是()选项实验方案现象结论A取少量Fe(NO3)2固体溶于蒸馏水，滴加少量稀硫酸，再滴入KSCN溶液溶液变红Fe(NO3)2固体已变质B乙酰水杨酸水解液中加入过量的NaHCO3溶液除去过量的硫酸，滴加几滴氯化铁溶液溶液显紫色说明乙酰水杨酸中含有酯基C向氢氧化铁胶体中逐滴加入稀硫酸至过量先产生沉淀后逐渐溶解Fe(OH)3先聚集为沉淀，后与H+反应D向K3[Fe(CN)6]溶液中加入少许铁粉，静置一段时间有蓝色沉淀生成K3[Fe(CN)6]具有氧化性答案A6.某化学实验小组设计如下实验探究Zn与溶液中Fe3+发生反应的原理。实验试剂现象Ⅰ2mL0.1mol·L-1FeCl3溶液、过量锌粉棕黄色溶液很快变浅，接着有无色气泡产生，固体中未检出铁单质Ⅱ2mL1mol·L-1FeCl3溶液(pH≈0.70)、过量锌粉很快有大量气体产生，出现红褐色浑浊，30min左右产生红褐色沉淀，溶液颜色变浅，产生少量铁单质下列说法错误的是()A.实验Ⅰ说明Fe3+被还原为Fe2+B.可用酸性高锰酸钾溶液检验实验Ⅰ得到的溶液中含有Fe2+C.实验Ⅱ发生了置换反应和复分解反应D.实验说明Fe3+、H+与Zn的反应与离子浓度有关答案B解析实验Ⅰ棕黄色溶液很快变浅，固体中未检出铁单质，说明Fe3+被还原为Fe2+，A正确；FeCl3溶液中的Cl-也能被酸性高锰酸钾溶液氧化，干扰Fe2+的检验，故不能用酸性高锰酸钾溶液检验实验Ⅰ得到的溶液中含有Fe2+，B错误；pH≈0.7的FeCl3溶液中加入过量锌粉，很快有大量气体产生，是H+与锌粉反应产生氯化锌和氢气，反应为置换反应；出现红褐色浑浊，是氯化铁水解生成氢氧化铁，属于复分解反应；产生少量铁单质，是锌置换出铁，属于置换反应，C正确；根据上述实验可知，实验开始时Fe3+浓度较大，先与锌发生氧化还原反应生成氯化锌和氯化亚铁，当Fe3+浓度较低、H+浓度较大时，H+与锌反应生成锌盐和氢气，故实验说明Fe3+、H+与Zn的反应与离子浓度有关，D正确。7.(2024·浙南名校联盟高三联考)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图流程，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。下列有关说法不正确的是()A.操作①是过滤，用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗B.反应D→E的化学方程式为FeCl3·6H2O+6SOCl2FeCl3+6SO2↑+12HCl↑C.该制备流程中试剂B可选用高锰酸钾溶液或稀硝酸D.由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐，其原因可能是生成的SO2将Fe3+还原成Fe2+，为了验证是SO2将Fe3+还原应进行的实验操作和现象是取样溶解后，先加盐酸酸化，再加入BaCl2溶液，生成白色沉淀答案C解析该流程中试剂B的作用是将Fe2+氧化成Fe3+，酸性高锰酸钾溶液和稀硝酸都可以将Fe2+氧化成Fe3+，但都会引入新杂质，故C错误；由D→E的化学方程式可知，反应中生成的二氧化硫可将氯化铁还原为氯化亚铁，若是SO2作还原剂，则氧化产物为硫酸盐，故取样溶解后，先加盐酸酸化，再加BaCl2溶液，产生白色沉淀，则可证明二氧化硫将Fe3+还原，故D正确。8.(2024·镇海中学高三模拟)Fe3+可与H2O、SCN-、F-等配体形成使溶液呈浅紫色的[Fe(H2O)6]3+、红色的[Fe(SCN)6]3-、无色的[FeF6]3-配离子。某同学按如下步骤完成实验：已知：向Co2+的溶液中加入KSCN溶液生成蓝色的[Co(SCN)4]2-配离子；Co2+不能与F-形成配离子。下列说法不正确的是()A.溶液Ⅰ中溶液呈黄色可能是由Fe3+水解产物的颜色造成B.溶液Ⅱ、Ⅲ的颜色分别为红色和无色，说明其中不存在[Fe(H2O)6]3+C.可用NaF和KSCN溶液检验FeCl3溶液中是否含有Co2+D.[Fe(H2O)6]3+中H—O—H的键角大于H2O分子中H—O—H的键角答案B解析Ⅰ中Fe(NO3)3·9H2O溶于水后，Fe3+发生部分水解生成Fe(OH)3，使溶液呈黄色，A项正确；Fe3+与H2O的反应存在平衡：Fe3++6H2O⥬[Fe(H2O)6]3+，溶液Ⅱ、Ⅲ分别存在平衡：Fe3++6SCN-⥬[Fe(SCN)6]3-、Fe3++6F-⥬[FeF6]3-，因此溶液Ⅱ、Ⅲ的颜色分别为红色和无色，不能说明其中不存在[Fe(H2O)6]3+，只能说明[Fe(H2O)6]3+的量少，B项错误；先向溶液中加入足量的NaF溶液，再加入KSCN溶液，若溶液呈蓝色，则表明含有Co2+，否则不含Co2+，C项正确；[Fe(H2O)6]3+中H2O分子内O原子最外层只存在一个孤电子对，对H—O—H中O—H的排斥作用减小，所以键角比H2O分子中H—O—H的键角大，D项正确。9.(2025·浙江模拟预测)已知芹菜中的铁元素主要以草酸亚铁形式存在，草酸亚铁在常温、常压下稳定，加热至190℃以上时开始分解。某实验小组采用两种方案在实验室测定芹菜中铁元素的含量，下列说法正确的是()已知：I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaI。方案一：方案二：A.方案一中加入的酸可以为稀盐酸B.“灰分”中铁元素的存在形式为FeOC.方案二中加入足量KI溶液的作用是除掉过量的H2O2D.若方案一中标准KMnO4(H+)溶液的浓度为cmol·L-1、消耗体积为VmL，则芹菜中铁元素的质量分数为11.2cV答案D解析根据实验方案设计，方案一芹菜灼烧得到灰分，加酸溶解，加铜将铁元素完全转化为Fe2+，过滤、洗涤，得到的滤液稀释后取样，再用标准酸性高锰酸钾溶液测定；方案二芹菜灼烧得到灰分，加酸溶解、过滤、洗涤，得到的滤液加足量的H2O2将铁元素转化为Fe3+，Fe3+与I-反应得到I2，再用标准Na2S2O3溶液测定。若方案一中加入的酸为稀盐酸，酸性条件下Cl-与酸性高锰酸钾溶液会发生氧化还原反应，影响对Fe含量的测定，A项错误；灼烧过程中Fe(Ⅱ)会氧化为Fe(Ⅲ)，根据方案设计可推知，“灰分”中铁元素的存在形式为Fe2O3，B项错误；方案二中加入双氧水将Fe2+氧化为Fe3+，过量的双氧水加热分解后，加入足量KI溶液的作用是与Fe3+反应得到I2，C项错误；方案一的待测液中Fe2+与酸性KMnO4溶液反应的离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，根据题意可列计算式：cV×10-3mol×10.(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CaC11.(14分)(2025·浙江模拟)某研究小组制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾(K3[Fe(C2步骤Ⅰ.称取一定质量的FeSO4·7H2O和H2C2O4·2H2O，用蒸馏水溶解并加入少量稀硫酸，加热煮沸并不断搅拌，形成颗粒较小的FeC2O4·2H2O黄色沉淀，将黄色沉淀用热蒸馏水洗涤3次；步骤Ⅱ.将上述黄色沉淀加入如图所示的三颈烧瓶中(加热装置略)，加入饱和K2C2O4溶液后，加热并维持反应装置在40℃，缓慢滴加过量的3%H2O2溶液并不断搅拌，发生反应：6FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O4=4K3[Fe(C2O4)3步骤Ⅲ.保持上述溶液近沸状态，加入一定量饱和H2C2O4溶液直至溶液完全变绿，经过一系列操作，将得到的固体转移至表面皿，烘箱干燥后即得产品。已知：三草酸合铁(Ⅲ)酸钾为翠绿色晶体，水中溶解度：0℃为4.7g/100g水，100℃为117.7g/100g水，难溶于乙醇，加热时可发生分解。请回答：(1)步骤Ⅱ“确认反应已完全”的方法是取少量所得悬浊液，

(请将实验操作、现象及结论补充完整)。(2)