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2023统考版高考化学一轮第三章金属及其化合物第3讲铁及其化合物课件

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第3讲 铁及其化合物\n考点一考点二真题演练·素养通关\n【考纲要求】1.掌握铁的主要性质及应用。2.掌握铁的重要化合物的主要性质及应用。3.了解铁及其重要化合物的制备方法。\n考点一 铁及其氧化物和氢氧化物\n基础梳理·自我排查1.铁的单质(1)原子结构与物理性质银白四四Ⅷ\n(2)化学性质铁单质性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。\n按要求书写下列反应的方程式:①Fe与Cl2、S反应的化学方程式:___________________;___________________。②Fe与水蒸气的反应:_________________________。③与氧化性酸(如HNO3)的反应(写离子方程式)。Fe与过量稀HNO3的反应:____________________________________;Fe与少量稀HNO3的反应:____________________________________。④Fe与FeCl3溶液的反应(写离子方程式):____________________________________。Fe+SFeS3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2+4H+===Fe3++NO↑+2H2O+8H+===3Fe2++2NO↑+4H2OFe+2Fe3+===3Fe2+\n[思考]铁有+2、+3价两种价态,单质铁与________(填下列编号,下同)反应时只生成+3价铁;与___________反应时只生成+2价铁;与________反应时既生成+2价铁也生成+3价铁。所选试剂:①Cl2②O2③H2O(g)④S⑤盐酸⑥稀硝酸(足量)⑦稀硫酸⑧CuSO4溶液⑨FeCl3溶液①⑥④⑤⑦⑧⑨②③\n2.铁的氧化物(1)物理性质(2)化学性质FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式为____________________,_______________________,___________________________。化学式FeOFe2O3Fe3O4俗称_____________________色态黑色粉末______粉末黑色晶体铁的价态_______价_______价+2价,+3价铁红磁性氧化铁红棕色+2+3FeO+2H+===Fe2++H2OFe2O3+6H+===2Fe3++3H2OFe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O\n3.铁的氢氧化物(1)物理性质(2)化学性质①稳定性Fe(OH)2:不稳定,分解产物复杂;在空气中易被氧化成,反应的化学方程式为______________________________,现象为白色固体变成_______,最终变为_______。Fe(OH)3:不稳定,受热易分解,化学方程式为__________________________。化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色、态______固体______固体溶解性______溶于水______溶于水白色红褐色难难===灰绿色红褐色2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O\n②碱性Fe(OH)2属于二元弱碱,Fe(OH)3属于三元弱碱,与非氧化性强酸反应的离子方程式分别为_________________________________________________。4.Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备分别由可溶性的亚铁盐和铁盐与碱反应制得,离子方程式分别为____________________________________________。+2H+===Fe2++2H2O;Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2OFe2++2OH-===Fe(OH)2↓;Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓\n[判断](正确的打“√”,错误的打“×”)(1)铁具有导电、导热、延展性及被磁体吸引的特性()(2)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2()(3)根据Cl2、S与铁的反应可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱()(4)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸()(5)氧化铁能与酸反应,所以可用于制作红色染料()(6)Fe2O3不可与水反应得到Fe(OH)3,所以不能通过化合反应制取Fe(OH)3()√×√√××\n微点拨1.铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。2.制取Fe(OH)2时,所用溶液要煮沸除氧气,要将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,或在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与接触发生反应。\n考点专练·层级突破练点一铁及其氧化物性质1.《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病,而通耳明目。慈石,色轻紫,石上皲涩,可吸连针铁,俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是()A.铁B.氧化铜C.氧化铁D.四氧化三铁答案:D\n2.下列金属中,表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是()A.KB.NaC.FeD.Al答案:D解析:金属铝在空气中表面会形成一层致密的氧化膜保护层,防止内层的金属进一步被氧化,D正确;K、Na、Fe表面形成的氧化膜比较疏松,不能保护内层金属,A、B、C错误。\n3.关于铁及其化合物,下列说法正确的是()A.灼热的Fe与Cl2反应生成FeCl2B.氢氧化亚铁溶于稀硝酸中:Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2OC.Fe(OH)2暴露在空气中会变为红褐色D.向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液可得到纯净的沉淀答案:C解析:Cl2氧化性强,灼热的Fe与Cl2反应生成FeCl3,故A错误;氢氧化亚铁具有还原性,会被具有氧化性的稀硝酸氧化变为Fe3+,B错误。\n练点二铁及其氧化物的计算4.将10.7gMg、Al和Fe组成的合金溶于足量的氢氧化钠溶液中,产生标准状况下3.36L气体。另取等质量的合金溶于过量盐酸中,生成标准状况下7.84L气体,向反应后的溶液中加入过量NaOH溶液,得到沉淀的物质的量为()A.0.1molB.0.2molC.0.25molD.0.3mol答案:B\n解析:将合金溶于足量的氢氧化钠溶液,仅发生反应:2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,n(H2)==0.15mol,根据方程式得2Al~3H2,故Al的物质的量为0.1mol,其质量为0.1mol×27g·mol-1=2.7g;取等质量合金溶于过量盐酸时三者全部溶解,结合反应得关系式:Mg~H2,Fe~H2,2Al~3H2,等质量的铝与足量盐酸、氢氧化钠反应生成氢气的量相等。假设10.7g合金中,Mg和Fe的物质的量分别为xmol、ymol,由题中数据,结合反应关系式得:xmol+ymol=,计算得xmol+ymol=0.2mol,加入过量NaOH溶液,只生成和沉淀,所以利用Fe、Mg原子守恒可知生成沉淀的物质的量为0.2mol。\n5.有一块铁的“氧化物”样品,用140mL5.0mol·L-1盐酸恰好将之完全溶解,所得溶液还能吸收,恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+,则该样品可能的化学式为()A.Fe2O3B.Fe3O4C.Fe4O5D.Fe5O7答案:D解析:根据2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)=0.025mol×2=0.05mol,根据电荷守恒得2n(Fe2+)+3n(Fe3+)=n(Cl-),则n(Fe3+)=0.2mol,故n(Fe2+)∶n(Fe3+)=0.05∶2=1∶4,故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3,即Fe5O7。\n练点三探究性实验6.某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列实验。从分类角度分析下列说法正确的是()A.实验①③反应制得的物质均为纯净物B.实验②③均未发生氧化还原反应C.实验②③均为放热过程D.实验①②所涉及的物质均为电解质或非电解质答案:B\n解析:实验③得到的是氢氧化铁胶体,是混合体系,A项错误;实验②中的溶解主要是物理变化,实验③中的水解是发生复分解反应,两者均未发生氧化还原反应,B项正确;实验③中盐的水解是吸热过程,C项错误;实验①中的铁和氯气是单质,既不是电解质也不是非电解质,D项错误。\n7.铁与水蒸气反应,通常有以下两种装置,请回答下列问题:(1)装置二中湿棉花的作用为___________。(2)实验完毕后,取出装置一的少量固体,溶于足量稀盐酸,再滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,试解释原因:_____________________________________________(用离子方程式表示)。装置一装置二提供水蒸气Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O,2Fe3++Fe===3Fe2+\n8.(1)下列各图示中,能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是________。①②③⑤\n解析:因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的,即发生===。因此要较长时间看到白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理相同,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解水产生的OH-结合生成,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于带入空气中的氧气,能迅速将氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。\n(2)用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。①用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入____________。②除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。③生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是__________________________。稀硫酸、铁屑煮沸避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2解析:①Fe2+易水解,要加入稀硫酸防止其水解;Fe2+易被空气中的O2氧化,要加Fe粉防止Fe2+被氧化。②气体的溶解度随温度升高而降低,所以煮沸后的水中溶解的O2较少。\n方法总结Fe(OH)2的制备防氧化方法方法一:有机覆盖层法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。方法二:还原性气体保护法用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。方法三:电解法用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯或煤油,如图3所示。\n考点二Fe2+、Fe3+的性质、转化及检验\n基础梳理·自我排查1.亚铁盐和铁盐(1)亚铁盐(Fe2+)含有Fe2+的溶液呈_______色,Fe2+既有_______性,又有_______性,Fe2+与Zn、Cl2反应的离子方程式分别为_____________________,______________________。(2)铁盐(Fe3+)①氧化性:含有Fe3+的溶液呈________色,Fe3+具有氧化性,Fe3+与Cu反应的离子方程式为_______________________。②特性:含有Fe3+的溶液遇到_______时变成血红色。③易水解:FeCl3滴入沸水中的化学方程式:_______________________________。浅绿氧化还原Zn+Fe2+===Zn2++Fe2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-棕黄2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+KSCNFeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl\n2.Fe2+和Fe3+的转化完成下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+转化条件。(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KI淀粉溶液,溶液变蓝:______________________。(3)用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔:________________________。(4)将H2O2滴入到酸性FeCl2溶液中:______________________________。(5)将FeCl2溶液滴入到HNO3溶液中,有无色气体放出:_____________________________________。H2S+2Fe3+===S↓+2Fe2++2H+2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O\n3.Fe2+、Fe3+的检验(1)Fe2+的检验\n(2)Fe3+的检验\n(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验①Fe3+的检验:②Fe2+的检验:血红蓝紫红色褪去褪色\n[思考](1)盐溶液的配制与保存①Fe2+的盐溶液②Fe3+的盐溶液:加少量相应的酸,防止Fe3+______(2)物质的制备①制备无水的FeCl3:在________气流中加热蒸干FeCl3溶液②制备Fe(OH)3胶体:向沸水中加入饱和FeCl3溶液并加热至有________出现为止氧化水解水解HCl红褐色\n[判断](正确的打“√”,错误的打“×”)(1)硫酸亚铁溶液中加入用硫酸酸化的H2O2:Fe2++2H++H2O2===Fe3++2H2O()(2)FeCl3溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3↓()(3)1molFeI2与足量氯气反应时转移的电子数为2NA()(4)中性溶液中可能大量存在Fe3+、K+、Cl-、()(5)用NaOH溶液和盐酸能除去FeCl2溶液中混有的CuCl2()(6)向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显红色,该溶液中一定含有Fe2+()×××××√\n微点拨含铁物质的除杂方法主要物质杂质除杂方法Fe2+Fe3+加过量铁粉后过滤FeCl3FeCl2加氯水或H2O2Fe2+Cu2+加过量铁粉后过滤FeAl加过量NaOH溶液后过滤Fe2O3Al2O3、SiO2加过量NaOH溶液后过滤\n考点专练·层级突破练点一Fe3+、Fe2+的相互转化1.下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是()①氯气②NaCl溶液③KMnO4溶液④稀硝酸⑤盐酸⑥NaNO3溶液A.①②③B.①③④C.②④⑤D.②⑤⑥答案:D解析:要实现Fe2+转化为Fe3+,必须加强氧化性物质,②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性在酸性条件下才表现强氧化性。\n2.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。请将正确答案的序号填在相应的横线上。①Fe3+②Fe2+③Fe、Fe2+④Fe2+、Fe3+(1)AB段铁元素以________形式存在。(2)BC段铁元素以________形式存在。(3)CD段铁元素以________形式存在。①④③解析:向稀HNO3中加入铁粉,开始时稀HNO3过量应生成Fe3+,随加入铁粉量的增加,HNO3反应完全后,发生反应2Fe3++Fe===3Fe2+,最后全部转化为Fe2+。\n3.ZnSO4溶液[含有少量FeSO4、Fe2(SO4)3],为除去溶液中的FeSO4、Fe2(SO4)3,设计实验如下:(1)可先向溶液中通入氧气,目的是__________________;(2)加入________(填最佳试剂)调节溶液的pH至2.8;(3)过滤。已知相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:(4)问题讨论:①调节溶液pH时是否可以用NaOH溶液?________,理由是______________________。②如果不通入氧气,其后果是_____________________________________。金属离子Fe3+Fe2+Zn2+开始沉淀的pH1.56.36.2沉淀完全的pH2.88.38.2将Fe2+氧化成Fe3+ZnO不可以pH不易控制,引入杂质Zn2+沉淀的同时Fe2+也沉淀,无法除去杂质\n练后归纳“铁三角”中的转化关系\n练点二Fe2+、Fe3+的检验4.下列离子的检验方法合理的是()A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色,说明不含Fe2+B.用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2C.向某溶液中加入NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+答案:C解析:A项中只能说明含有Fe3+,不能说明不含Fe2+,不合理;B项中Cl-也能使KMnO4溶液褪色,不合理;D项中氧化后生成的红褐色沉淀也可能掩盖了白色沉淀Mg(OH)2,不合理。\n5.下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是()选项操作和现象结论或目的A向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液2~3滴,溶液呈红色红砖中含有氧化铁BCO还原Fe2O3得到的黑色固体加入盐酸溶解后再加入KSCN溶液,溶液不显红色黑色固体中没有Fe3O4C取少量Fe(NO3)2试样加水溶解,加稀H2SO4,滴加KSCN溶液,溶液变为红色该Fe(NO3)2试样已经变质D向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色原溶液中含有Fe2+答案:A\n解析:B项中CO还原Fe2O3得到单质Fe,即使有Fe3O4,其溶于盐酸后产生的Fe3+与Fe发生反应:Fe+2Fe3+===3Fe2+,加入KSCN溶液也不显红色,错误;C项中+H+具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,两者发生氧化还原反应,有Fe3+生成,遇KSCN溶液呈红色,无法证明样品是否变质,错误;D项中若原溶液中无Fe2+时,存在Fe3+,也有此现象,错误。\n练点三流程分析题中的铁及其化合物6.用废铁屑制备磁性胶体粒子,制取过程如下:下列说法不正确的是()A.用Na2CO3溶液浸泡是为了除去废铁屑表面的油污B.通入N2是为了防止空气中的O2氧化二价铁元素C.加适量的H2O2是为了将部分的Fe2+氧化为Fe3+,涉及反应:H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2OD.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1答案:D\n解析:Na2CO3的水溶液显碱性,油污在碱性溶液中发生水解,因此用Na2CO3溶液浸泡可以除去废铁屑表面的油污,A正确;Fe2+容易被氧气氧化,因此通入N2的目的是防止空气中的氧气氧化Fe2+,B正确;利用H2O2的氧化性,把Fe2+氧化成Fe3+,涉及的反应:2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,C正确;Fe3O4中Fe2+和Fe3+物质的量之比为1∶2,所以溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为1∶2,D错误。\n7.硫酸亚铁是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图所示),下列说法错误的是()A.FeSO4与NH4HCO3反应制备FeCO3,适宜在高温条件下进行B.碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体,可用作净水剂C.可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被氧化D.常温下,FeSO4比(NH4)2Fe(SO4)2易溶于水答案:A解析:A项中,NH4HCO3高温下易分解,且生成的FeCO3可能受热分解。\n8.铁及其化合物在日常生产生活中用途广泛,利用FeSO4制备还原铁粉的工业流程如下:实验室中可用FeSO4(用铁粉和稀硫酸反应制得)和NH4HCO3在如下装置模拟上述流程中的“转化”环节。\n(1)装置A的名称是__________,装置B中盛放的药品是__________,NH4HCO3盛放在装置__________中。(2)实验过程中,欲将生成的FeSO4溶液和NH4HCO3溶液混合,操作方法是__________________________________,发生主要反应的离子方程式为___________________________________________________________________________________。FeSO4溶液要现用现配制的原因是________________,检验久置的FeSO4是否变质的方法是_____________________________________________________________________。(3)干燥过程的主要目的是脱去游离水,该过程中会有少量FeCO3在空气中被氧化为FeOOH,该反应的化学方程式为________________________________,取干燥后的FeCO3样品12.49g,与炭混合后焙烧,最终得到还原铁粉6.16g,计算样品中杂质FeOOH的质量:_____g。分液漏斗铁粉C(待D处的氢气纯净后)关闭活塞3,打开活塞2===FeCO3↓+CO2↑+H2O(或===FeCO3↓+H+、+H+===CO2↑+H2O)亚铁离子易被氧化取样品配成溶液,取少量溶液于试管中,再向试管中加入KSCN溶液,观察是否显血红色4FeCO3+O2+2H2O===4FeOOH+4CO20.89\n解析:(1)装置A是分液漏斗,盛放稀硫酸,装置B中盛放铁粉,稀硫酸与铁粉反应生成H2和FeSO4。装置C中盛放NH4HCO3。(2)检验D处氢气已纯净时,表明装置中空气已排尽,关闭活塞3,打开活塞2,在氢气作用下将FeSO4溶液压入C中发生反应。具有还原性,易被O2氧化,故FeSO4溶液要现用现配。用KSCN溶液检验久置的FeSO4是否变质。(3)FeCO3、H2O、O2反应生成FeOOH和CO2。设干燥后的FeCO3样品中FeCO3、FeOOH的物质的量分别为x、y,则x×116g·mol-1+y×89g·mol-1=12.49g,56g·mol-1×(x+y)=6.16g,解得:x=0.1mol,y=0.01mol。故m(FeOOH)=0.89g。\n真题演练·素养通关\n1.[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:由题图可知,a为Fe,b中含有Fe2+,c为Fe(OH)2,d为Fe(OH)3,e中含有Fe3+。Fe+2Fe3+===3Fe2+,a可与e反应生成b,A推断合理;Fe2+既可以被氧化为Fe3+,也可以被还原为Fe,B推断合理;可将饱和的Fe3+溶液加入沸水中制得Fe(OH)3胶体,而不是浓碱液中,C推断不合理;可存在Fe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe3+Fe2+的循环转化关系,D推断合理。\n2.[2020·浙江7月,25]黄色固体X,可能含有漂白粉、、Fe2(SO4)3、CuCl2、KI之中的几种或全部。将X与足量的水作用,得到深棕色固体混合物Y和无色碱性溶液Z。下列结论合理的是()A.X中含KI,可能含有CuCl2B.X中含有漂白粉和FeSO4C.X中含有CuCl2,Y中含有Fe(OH)3D.用H2SO4酸化溶液Z,若有黄绿色气体放出,说明X中含有CuCl2答案:C解析:本题考查物质推断和元素化合物知识,考查的化学学科核心素养是证据推理与模型认知。由黄色固体X与足量的水作用得到深棕色固体混合物Y和无色碱性溶液Z可知,X中含有CuCl2、漂白粉,至少含有FeSO4、Fe2(SO4)3中的一种,不含KI,A、B项错误,C项正确;漂白粉中含有CaCl2和Ca(ClO)2,用硫酸酸化可得到氯气,由题述实验现象不能说明X中含有CuCl2,D项错误。\n3.[2019·天津卷,3]下列有关金属及其化合物的应用不合理的是()A.将废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2B.铝中添加适量锂,制得低密度、高强度的铝合金,可用于航空工业C.盐碱地(含较多Na2CO3等)不利于作物生长,可施加熟石灰进行改良D.无水CoCl2呈蓝色,吸水会变为粉红色,可用于判断变色硅胶是否吸水答案:C\n解析:本题涉及的考点有铁、氯、钠及其化合物的性质,合金的性质与应用。考查学生对元素化合物基础知识的整合能力,体现了宏观辨识与微观探析的学科核心素养。A项,溶液中发生反应:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-、2Fe3++Fe===3Fe2+,将废铁屑加入FeCl2溶液中可以除去工业废气中的Cl2,故正确;B项,铝、锂均为轻金属,铝中添加适量锂可以制得低密度、高强度的铝合金,故正确;C项,Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3+2NaOH,施加熟石灰生成了烧碱NaOH,碱性增加,不利于作物生长,故错误;D项,无水CoCl2吸水的现象(蓝色变粉红色)明显,可用于判断变色硅胶是否吸水,故正确。\n4.[2019·全国卷Ⅲ,26]高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。回答下列问题:相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9\n(1)“滤渣1”含有S和___________________;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式______________________________________。(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是_______________。(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为________~6。(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是________。(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是_____________________________________________________。(6)写出“沉锰”的离子方程式____________________________________。(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时,z=________。SiO2(或不溶性硅酸盐)MnO2+MnS+2H2SO4===2MnSO4+S+2H2O将Fe2+氧化为Fe3+4.7NiS和ZnS===MnCO3↓+CO2↑+H2OF-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2⇌Mg2++2F-平衡向右移动\n解析:本题涉及元素化合物知识的综合应用,通过工艺流程形式给出信息,考查分析和解决化学工艺流程问题的能力,根据题给信息书写相应的化学方程式和离子方程式,体现了证据推理与模型认知的学科核心素养。(1)由题干信息可知,滤渣有生成的S和不与H2SO4反应的SiO2(或写不溶性硅酸盐);依据氧化还原反应原理可知,MnO2作氧化剂,MnS作还原剂,由此可写出化学方程式。(2)Fe溶于H2SO4中得到Fe2+,为了去除方便,需将Fe2+氧化为Fe3+。(3)由相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围可知除铁和铝时溶液pH范围应调节为4.7~6之间。(4)NiS和ZnS是难溶于水的硫化物。\n(5)MgF2(s)⇌Mg2+(aq)+2F-(aq),若增大H+浓度,F-与H+会结合成弱电解质HF而使沉淀溶解平衡正向移动,导致溶液中Mg2+沉淀不完全。(6)由于与Mn2+可形成MnCO3沉淀,使电离平衡正向移动,H+浓度增大,H+与反应生成H2O和CO2,所以离子方程式为===MnCO3↓+CO2↑+H2O。(7)根据化合物中各元素正、负化合价的代数和为0,可知+1+(+2)×x+(+3)×y+(+4)×z+(-2)×2=0,将x=y=代入计算,可得z=。\n5.[2020·江苏卷,19]实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料。其主要实验流程如下:(1)酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变,实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有________(填序号)。A.适当升高酸浸温度B.适当加快搅拌速度C.适当缩短酸浸时间解析:本题考查由炼钢污泥制备软磁性材料α-Fe2O3。考查的化学学科核心素养是科学探究与创新意识。(1)适当升高酸浸温度、适当加快搅拌速度,均可以加快铁泥的溶解,即提高铁元素的浸出率。AB\n(2)还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉,使Fe3+完全转化为Fe2+。“还原”过程中除生成Fe2+外,还会生成________(填化学式);检验Fe3+是否还原完全的实验操作是__________________________________________________________。(3)除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低,将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是________________________________________________[Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。H2pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全解析:本题考查由炼钢污泥制备软磁性材料α-Fe2O3。考查的化学学科核心素养是科学探究与创新意识。(2)“酸浸”时,H2SO4过量,加入过量铁粉,除生成Fe2+外,还会产生H2。Fe3+与KSCN反应所得溶液呈血红色,当加入KSCN溶液观察不到血红色,则说明Fe3+已完全被还原为Fe2+。(3)当c(Ca2+)·c2(F-)<Ksp(CaF2)时,CaF2不会沉淀出来,HF为弱酸,当pH过低时,H+与F-结合成弱电解质HF,则c(F-)减小,导致CaF2沉淀不完全。取少量清液,向其中滴加几滴KSCN溶液,观察溶液颜色是否呈血红色\n(4)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应,生成FeCO3沉淀。①生成FeCO3沉淀的离子方程式为_____________________________________________________________。②设计以FeSO4溶液、-氨水NH4HCO3混合溶液为原料,制备FeCO3的实验方案:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________[FeCO3沉淀需“洗涤完全”,Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5]。Fe2+++NH3·H2O===FeCO3↓++H2O或Fe2+++NH3===FeCO3↓+在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水NH4HCO3混合溶液,控制溶液pH不大于6.5;静置后过滤,所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次;取最后一次洗涤后的滤液,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,不出现白色沉淀\n解析:本题考查由炼钢污泥制备软磁性材料α-Fe2O3。考查的化学学科核心素养是科学探究与创新意识。(4)①Fe2+与反应生成FeCO3沉淀,电离出的H+与NH3·H2O结合生成,则生成FeCO3沉淀的离子方程式可以写成:Fe2+++NH3·H2O===FeCO3↓++H2O,或Fe2+++NH3===FeCO3↓+。②用FeSO4和氨水NH4HCO3混合溶液反应生成FeCO3,若pH大于6.5,则会生成沉淀,故需要控制pH不大于6.5;对生成的用蒸馏水洗涤2~3次;因FeCO3表面会附着有,若用盐酸酸化的BaCl2溶液检验不出,则说明已洗涤干净。

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发布时间:2022-06-29 17:00:22 页数:61
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文章作者:随遇而安

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