化学新教材优质课教学设计铁及其化合物

第二讲铁及其化合物

【课标要求】1.结合真实的情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其重

要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用。

2.结合实例，认识铁及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质,

实现物质的转化。

夯二必备知识

一、铁的单质

1.铁的原子结构

失去2L

至里化令的为、、Fe2+

失去3e-Fe.u

铁元素位于元素周期表中第四周期第皿族。

2.铁单质的物理性质

颜色状态导电性、导热性、延展性特性地壳含量

银白色固体良好被磁体吸引占第生位

3.铁单质的化学性质

单质铁性质活泼，有较强的还原性

|Fe£i+Hj非氧化性酸

”++也|

高温H2O(g)

上破'柞虎破竽美讣窜化收破.

♦2.♦：»非金属岛酸

Fe或Fe

氧化性'直___3

盐溶液

•|Fe：”|精破*浓流破

（足量）

|Fe?+美殛*化性政

（1）与非金属反应

常温铁锈（成分为Fe2O3-xH2O）

与。2反应

点燃,占燃

3Fe+2O2^^Fe3O4

与C12反应加热2Fe+3cl2=^=2FeCb

与S、12反应加热Fe+S^^FeS、Fe+h-^-Feh

(2)与H20(g)反应

3Fe+4H2。(g)皇鱼Fe3CU+4H2。

(3)与酸反应(写离子方程式)

2+

与H+反应Fe+2H-=Fe+H2t

与稀HN03铁不足Fe+4H++N0,=Fe3++N0t+2H2O

反应铁过量3Fe+8H++2NO1=3Fe2++2NOt+4H2O

与浓H2so4、浓HNO3常温下钝化,加热分别生成SO2、N02

反应'＞是化学反应噢！

(4)与某些盐溶液的反应(写离子方程式)

4.铁的冶炼

原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。

设备：炼铁高炉。

主要反应：

(1)还原剂的生成：C+O2典适CO2,CCh+C奠置2cO；

(2)铁的生成：FezCh+3co更选2Fe+382。

【诊断11判断下列叙述的正误(正确的划“，错误的划"X")。

(1)铁的化学性质比较活泼，所以铁在自然界中全部以化合态存在(X)

(2)Fe在足量Cb中燃烧生成FeCb,在少量Cb中燃烧生成FeCL(X)

(3)铁与硝酸反应一定生成Fe(NO3)3(X)

(4)可以用铁制容器运输浓硫酸和浓硝酸(J)

二、铁的氧化物和氢氧化物

1.铁的氧化物

(1)物理性质

FeaQi

化学式FeOFezCh*

改写为FeOFe2O3

俗称铁红磁性氧化铁

色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体

铁的价态+2+3+2、+3

(2)化学性质

FeO、FezCh、Fe3O4分别与盐酸反应生成盐和水，如FesCU与盐发生反应的离子方

程式：

Fe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2。。

2.铁的氢氧化物

怕“氧气”噢！

化学式Fe(OH)3

Fe(OH)2

色态电色固体红褐色固体

+3+

与盐酸Fe(OH)2+2H-=Fe2++Fe(OH)3+3H=Fe+

反应2H2O3H2O

受执

2Fe(OH)3-^-Fe2O3+3H2O

分解

可溶性亚铁盐与碱反应：Q可溶性铁盐与碱反应：Fe3++

制法

+2OH=Fe(OH)2130H=Fe(OH)31

空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,

二者的

现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程

关系

式为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

|提醒

❶FeO和Fe3O4与稀HN03反应时，除考虑与H*反应外，还考虑Fe?+被HN0.3氧

3+

化成Fe0

❷Fe3O4、Fe2O3、Fe(OH)3与HI反应时，除考虑与H*的反应外，还考虑Fe?卡

2+

被「还原为FeO

【诊断2】判断下列叙述的正误(正确的划“，错误的划“X”)。

(1)Fe3O4中Fe的化合价有+2价和+3价，因而FesCh是FeO与Fe2O3的混合

物(义)

(2)铁在潮湿的空气中生成的铁锈主要成分是Fe2O3,铁在纯氧中燃烧的产物是

Fe3O4,Fe在高温下与水蒸气反应生成FezCh(X)

(3)Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,说明稳定性：Fe(OH)2<Fe(OH)3

(V)

(4)向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸，反应的离子方程式是Fe(OH)2+2H

=Fe2++2H2O(X)

三、Fe2+>Fe3+的性质与检验

1.亚铁盐的性质

含有Fe?”的溶液呈浅绿色,Fe?'处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性。

(1)氧化性：Fe?+与Zn反应的离子方程式：Zn+Fe2+=Zn2++Fe；

(2)还原性：Fe?+与Cb反应的离子方程式：2Fe?++Cb^=2Fe3-+2C「。

2.铁盐的性质

(1)含有Fe3,的溶液呈黄色，Fe3+处于铁的高价态，具有氧化性。

Fe3+与Cu、H2S反应的离子方程式分别为

2Fe3++Cu^=Cu2++2Fe2+、2Fe'*+H2s=2Fe2-+2H'+SI。

(2)易水解。Fe3+极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。

3.Fe3+xFe?+的检验

(1)Fe3+的检验

3+

①样品溶液)滴加注室溶液溶液变组鱼，证明含有FeO

红色溶液而不是沉淀

反应离子方程式：Fe3++3SCN-=Fe(SCN)30

②|样品溶液|滴加蟠且溶液产生红褐色沉淀,证明有Fe3+存在。

③|样品溶液|滴加茎酶溶液溶液变紫色,证明有Fe3+存在。

(2)Fe2+的检验

方法1：|样品溶液|滴加溶液无现象对多，溶液变红色,证明含有Fe2+。

方法2：|样品溶液|加入独型溶液产生白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最终变

为红褐色,证明含有Fe2+。

方法3：|样品溶液|加入心［电9)H溶液生成蓝色沉淀，证明含有Fe2+。

【诊断3】判断下列叙述的正误(正确的划“，错误的划“X”)。

(1)溶液中Fe3一遇SCN一生成红色沉淀(X)

(2)配制FeS04溶液时，加入稀硫酸抑制Fe2+水解，加入铁粉防止Fe?+被氧化

(V)

(3)Fe2+,AF+、。0一、C「能够大量共存(X)

(4)用酸性KMnO4溶液检验FeCb溶液中是否含有Fe?+(X)

提二关键能力

考点一铁的单质、氧化物、氢氧化物的性质与应用

题组一铁单质的性质与应用

1.下列氯化物中，既能由金属和氯气直接化合制得，又能由金属和盐酸反应制得

的是()

A.CuChB.FeCh

C.MgChD.FeCh

答案c

解析铜和氯气反应生成氯化铜，但铜不能和盐酸反应，A错误；铁和氯气反应

生成氯化铁，不是氯化亚铁，B错误；镁和氯气反应生成氯化镁，镁和盐酸反应

生成氯化镁，C正确；铁和氯气反应生成氯化铁，但铁和盐酸反应生成氯化亚铁,

D错误。

2.(2021.试题重组)下列物质的性质描述正确的是()

A.Fe在C12中燃烧生成FeC12和FeCh

B.Fe高温下与水蒸气反应，生成Fe(OH)2和H2

C.除去FeCb溶液中少量的FeC13杂质，可以在溶液加过量的铁粉、再过滤

D.硫酸铜溶液中加少量的铁粉反应的离子方程式：3Cu2++2Fe=2Fe3++3Cu

答案C

解析C12具有强氧化性，铁在C12中燃烧只生成FeCb,A错误；Fe高温下与水

蒸气反应，生成Fe3O4和H2,B错误；正确的离子方程式为Cu2+Fe=Fe2*+

Cu,D错误。

题组二铁的氧化物组成的判断

3.准确称取某种铁的氧化物2.88g,用足量的CO进行还原，将生成的CO2全部

用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4.00g,则这种铁的氧化物为()

A.Fe?O4B.FezCh

C.FeOD.以上都不是

答案C

解析4.00gCaC03沉淀的物质的量为0.04mol,则CO、CO2的物质的量均为0.04

mol,增加的氧原子为0.04mol,质量为0.04molX16g.mol1=0.64g,铁的氧化

物中氧元素质量为0.64g,铁元素质量为2.88g—0.64g=2.24g,铁的氧化物中铁

原子与氧原子的物质的量之比为萨隼T：0.04mol=l：1,则这种铁的氧化物

56g-mol

的化学式为FeOo

4.有一块铁的氧化物样品，用140mL5.0mol.LT盐酸恰好将之完全溶解，所得溶

液还能吸收0.()25molC12,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.FezChB.Fe3O4

C.FeQsD.FesCh

答案D

解析n(HC1)=0.14LX5.0mol/L=0.7mol,由氧化物和盐酸反应生成水可知，

氧化物中含有〃(O)=%(HC1)=0.35mol,所得溶液还能吸收0.025molCb,

恰好使其中的Fe?*全部转变为Fe3+,反应后所得溶液为FeCb,因〃(C「)=0.7

mol+0.025molX2=0.75mol,则〃(Fe3+)(Cl)=0.25mol,所以氧化物

中〃(Fe)：n(O)=0.25:0.35=5：7,所以化学式为Fe5O7,故选D。

I规律方法，

判断铁氧化物组成的方法

设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m：n,

yn»7

则氧化物中n(Fe):〃(O)=T7:V7=<7：b,

JO10

若a»=l：l,则铁的氧化物为FeO；

若a：b=2：3,则铁的氧化物为Fe2O3；

若a:b=3：4,则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与FezCh按物质的量之比为1：1

的混合物或FeO、FezCh、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1：1,

Fe3O4为任意值)。

题组三Fe(OH)2的制备

5.(2021.赣州模拟)下列各图示中能较长时间看到Fe(0H)2白色沉淀的是()

C.②③D.①②③

答案B

解析因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3,故要长时间观察到Fe

(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的空气或氧气。装置①是先用Fe粉与稀硫酸

反应产生的H2将装置中的空气排尽，然后滴入NaOH溶液，与FeSCU发生复分

解反应生成Fe(OH)2,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中，可以达到目

的，①正确；②滴入的NaOH溶液会吸收空气中的氧气，与试管中的FeSCU发生

复分解反应生成Fe(OH)2和Na2so4,溶液中有氧气，会氧化Fe(OH)2变为

Fe(OH)3,因此会看到沉淀由白色迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，不能达

到实验目的，②错误；③中液面上加苯阻止了空气进入，在隔绝空气的环境中

NaOH、FeSCU发生复分解反应生成Fe(0H)2和Na2s04,由于没有空气，Fe(OH)

2不能被氧化，能较长时间观察到白色沉淀，③正确；故合理选项是B。

6.如图所示装置，可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化,

实验时提供的试剂有铁屑及6.00mol-L।的硫酸，NaOH溶液，下列说法错误的

是()

A.B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是铁屑

B.实验开始时应先将活塞E关闭

C.生成Fe(OH)2的操作为关闭活塞E,使A中溶液压入B中

D.取下装置B中的橡胶塞，使空气进入，有关反应的化学方程式为4Fe(OH)2

+O2+2H2O=4Fe(OH)3

答案B

解析制取硫酸亚铁需要铁屑，所以在烧瓶中应该先加入铁屑，所以A中应预先

加入的试剂是铁屑，故A正确；稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气，实验开始

时应打开活塞E,用氢气排出装置中的空气，B错误；铁和稀硫酸反应有氢气生

成，关闭活塞E,导致A中压强逐渐增大，将FeSCU溶液压入B中进行反应生成

氢氧化亚铁，C正确；氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成红褐色

的氢氧化铁，反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,故

D正确。

|规律方法，——-

制备Fe(OH)2时防氧化措施的三种常用方法

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LNaOH

方法一：有机覆「溶液

或煤油(不能用CC14),以防止空气,-苯

盖层法

:二FeSO,

与Fe(OH)2接触发生反应，如右1小溶液

图所示

用H2将装置内的空气排尽后，再将ag

方法二：还原性P---►

亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可111NaOH

气体保护法稀硫酸：田溶液

(适量)飞ZFe1:

长时间观察到白色沉淀，如右图所J(MS)

示

用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)r-H-i

方法三：电解法溶液，并在液面上覆盖苯或煤油，Fe、、/C

苯上一NaCl

如右图所示斗溶液

考点二铁盐、亚铁盐的性质、转化与检验

题组一铁盐、亚铁盐的性质及转化

2+

1.已知：2Fe3++2「2Fe+l2,用KI溶液和FeCb溶液进行如下实验。下列

说法不正确的是()

3mL0.01mol-L-1、

FeC%溶液f]3mLO.Olmol-L-1

0-KI溶液

|分成三等份

滴K/Fe(CN)“]滴|厂1mL

g(铁制化钾)溶液gKSCN溶液gCCI'

①产生蓝色沉淀②溶液变红③振荡静置

A.实验①中现象说明有Fe2+生成

B.实验②中现象说明反应后溶液中含有Fe3+

C.实验③水溶液中c(Fe2+)大于①中c(Fe2+)

D.实验③中再加入4滴0.1mol.L」FeC12溶液，振荡静置，C04层溶液颜色无变

化

答案D

解析A项，实验①向混合液中有加入K3[Fe(CN)61溶液产生蓝色沉淀，说明

混合液中Fe2+,说明FeCb与KI反应生成Fe2+,正确；B项，实验②向混合液中

加入KSCN溶液，溶液变红说明混合液中含有Fe3+,正确；C项，实验①中加入

+2+3

K3[Fe(CN)6]溶液发生反应；K+Fe+[Fe(CN)6]=KFe[Fe(CN)6]I,

Fe2+浓度减小，实验③中加入CC14,CC14将b从其水溶液中萃取出来，平衡向正

反应方向移动，Fe2+浓度增大，实验③水溶液中c(Fe2+)大于实验①中c(Fe?*),

正确；D项，实验③中再加入4滴0」molL'FeCb溶液，Fe?+浓度增大，平衡向

逆反应方向移动，12浓度减小，振荡静置，CC14层溶液颜色变浅，错误。

2.从某含有FeCL、FeCb、CuCb的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如

图所示。

过量试剂a试用b-

RAHSX]__1虑吧]41平

I氯化铁晶体鲤网

则下列说法中正确的是（）

A.试剂a是铁、试剂b是稀硫酸

B.操作I、操作H、操作III所用仪器相同

C.试剂c是氯气，相应的离子方程式：2Fe2++C12=2Fe3++2C厂

D.用酸性KMnCU溶液可检验溶液W中是否还有Fe2+

答案C

解析由最终要得到氯化铁晶体的流程图知，b是盐酸，使用H2s04会引入SO/,

A错误；操作I和操作n是过滤，操作III为蒸发结晶，所用仪器不相同，B错误;

滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此c为氯气，C正确；高镒酸钾也能氧化氯离

子而褪色，因此不能用KMnCU检验溶液W中是否含有亚铁离子，D错误。

|名师点拨---------

❶Fe2+与Fe34的相互转化

Fe、Zn、Cu、H.,S、KI等

Fe2+r：••一/Fe“

|Cl2、02,HN03>H^SOJ(浓)、KMnO1(H+)等|

既有氧化性（强氧化剂）一般只有

又有•还原性氧化性

2++3+

①酸性FeCb溶液长期露置于空气中：4Fe+02+4H=4Fe+2H2O0

②向Fe（NO3）2溶液中滴加少量稀硫酸：3Fe2++N（N+4H'=3Fe3++N0t+

2H2O。

③FeCb的酸性溶液与H2O2反应：2Fe2++2H++H2O2==2Fe3++2H2。。

④向FeSCU溶液中滴加酸性KMnCU溶液，溶液褪色：MnOi+5Fe2++8H+=5Fe3

+2+

+Mn+4H20o

⑤向FeCh溶液中滴加KI溶液：2Fe3++2r=2Fe2++l2。

⑥向FeCb溶液中逐渐加入Zn粉至过量：2Fe3-+Zn=2Fe2++Zn2+、Fe"+

Zn=Fe+Zn2+o

❷Fe2+与Fe3」相互转化的应用

(1)判断离子能否大量共存

不共存

(氧化彘反应)NOr(H+)、CIO,MnOI

Fe-v无我S-

I\

氧化还原反应'sot

不共存

相互而重水解CO歹、HCO3

(2)盐溶液的配制与保存

‘加少量铁粉,防止Fe?+被氧化

Fe"的盐溶液

加少量相应的酸,防止Fe?+水解

Fe：，+的盐溶液加少量相应的酸,防止Fe3+水解

题组二Fe3\Fe2+的检验

3.下列离子的检验方法合理的是()

A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2+

B.向某溶液中通入Cb,然后再加入KSCN溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2+

C.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项中只能说明原溶液中含有Fe3+；B项原溶液中可能只有Fe3+而没有Fe2

+；D项中Fe(OH)2被氧化后生成的红褐色沉淀Fe(OH)3也可能掩盖了白色

沉淀Mg(OH)20

4.要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时的最佳顺序为

()

①加入足量氯水②加入足量酸性KMnCU溶液③加入少量NFUSCN溶液

A.①③B.③②

C.③①D.①②③

答案C

解析在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变红色，证明无Fe3+存在，

再加入氯水，将Fe?'氧化成Fe3+,溶液变成红色。KMnCU溶液呈紫红色，溶液

颜色变化不明显，所以不能用酸性KMnCU溶液检验。

I易错提醒

检验Fe2+和Fe3+时的注意事项

❶检验Fe2+时不能先加氯水，后加KSCN溶液；也不能将加了KSCN溶液后的混

合溶液加入足量的新制氯水中（新制氯水可能氧化SCN-）O

❷Fe3+、Fe2+.C「同时存在时不能用酸性KMnCU溶液检验Fe?+（Cl会还原酸性

KMnO4,有干扰）。

❸Fe2+、Fe3+同时存在的混合液中检验Fe?+可用铁氟化钾｛K3R（CN）用溶液法。

考点三铁元素“价一类”二维图的应用

【题组训练】

1.（2021.梅州模拟）元素“价一类”二维图是学习元素化合物知识的重要模型，

它以元素的化合价为纵坐标，以物质类别为横坐标。如图为铁元素的“价一类”

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（）

+6

3

34

+3Fe,O.l?-Fc(OH),-*Fe

t②t⑦'④N

+2FeOFe(OH),—Fe2*

0Fe

单质氧化物碱盐物质类别

A.用铁丝在氧气中燃烧可实现上述转化①

B.转化⑤中Na2FeO4可用于自来水消毒杀菌，等物质的量的NazFeCU是HC1O消

毒效率的1.5倍

C.转化⑦的现象是绿色沉淀转变为红褐色

D.加热Fe（OH）3发生转化⑥，加水可一步实现FezCh-Fe（OH）3的转化

答案B

解析A.用铁丝在氧气中燃烧，生成四氧化三铁，不可实现上述转化①，故A错

误；B.NazFeCU可转化为Fe3+,电子转移3e,HC1O消毒转化为C「，电子转移

2e-,电子守恒得到，2Na2FeO4〜3HC1O〜6e,等物质的量的NazFeCU是HC1O

消毒效率的1.5倍，故B正确；C.转化⑦的现象是白色沉淀迅速转化为灰绿色，

最后转化为红褐色，故C错误；D.加热Fe（0H）3发生转化⑥，加水不可一步实

现FezChfFe（OH）3的转化，故D错误。

2.化合价和物质类别是整理元素及化合物知识的两个要素，可表示为“价一类”

二维图。铁元素的“价一类”二维图如图所示，下列说法正确的是（）

铁元素化合价

Fe"—►Fe(OH),

*tt

Fe"―►Fe(OH),

单质氧化物盐碱物质类别

A.维生素C能将Fe3+转化为Fe2+,该过程中维生素C被氧化

B.Fe3O4中铁元素为+4价

C.工业上用CO还原Fe2O3炼铁，该反应为复分解反应

D.Fe（0H）2浊液露置于空气中，由白色立即变为红褐色

答案A

解析A.维生素C能将Fe3+转化为Fe2+,发生还原反应，维生素C具有还原性,

该过程中维生素C被氧化，故A正确；B.Fe3O4中铁的化合价有+2、+3价，由

化合物化合价代数和为0可知Fe3O4中铁的化合价两个铁原子显+3价，一个铁

原子显+2价，故B错误；C.工业上用CO还原Fe2O3炼铁，碳元素和铁元素化

合价均发生变化，不是复分解反应，故C错误；D.Fe（0H）2浊液露置于空气中,

白色迅速变为灰绿色，最后变成红褐色，故D错误。

I名师点拨，--------

从“价一类”二维图认识铁及其化合物的转化关系

怅

收+3

益+2O

单质氧化物盐碱物质类别

❶横向变化体现了同价态不同类别（氧化物、碱、盐）之间的转化；①碱性氧化

物（FezCh、FeO）都能溶于酸（H+）转化为盐；②Fe?+、Fe?+与碱（OFT）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。

❷纵向变化体现不同价态同类别物质之间的转化，主要体现物质的氧化性或还原

性。

❸斜向变化体现不同价态、不同类别之间物质的转化，主要体现物质的氧化性和

还原性。

微专题7工艺流程图中杂质Fe2+和Fe3+的处理

【核心归纳】

金属阳离子分离提纯中Fe2\Fe3+的处理方法

化工流程题中经常涉及阳离子的分离与除杂，若其他金属阳离子中混有Fe3+、Fe2

+,需调节溶液的pH,使Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀而除去，但原溶液中的金属

阳离子不能形成沉淀。

具体方法如下：

(1)除去Zi?+(或Ci?*)中混有Fe3+的方法

向混合溶液中加入ZnO、Z11CO3、Zn(OH)2［或CuO、C11CO3、Cu(OH)2、Cu

(OH)2co3］中的一种，与Fe3+水解产生的H'反应，促进Fe3"的水解，WFe3+

转化成Fe(OH)3沉淀而除杂。

(2)除去Zi?+(或Ci?+)中混有的Fe2+的方法

先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe?十氧化成Fe3+,然后再按(1)的方法除

去溶液中的Fe3+。

【典例】(2020.全国卷III)某油脂厂废弃的油脂加氢银催化剂主要含金属Ni、Al、

Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镶制备

硫酸银晶体(NiSO4-7H2。)：

NaOH溶液稀H2sol比。,溶液NaOH溶液

惟化刑一J―峭I③

滤液①滤渣②滤渣③

•酸•晶体H控制pH浓缩结晶4

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:

金属离子Ni2+Al3+Fe3+Fe*2"3*

开始沉淀时(c=0.01mol-L1)的pH7.23.72.27.5

沉淀完全时(c=1.0X10-5mol-L_1)的pH8.74.73.29.0

回答下列问题：

(1)“滤液②”中含有的金属离子是O

(2)“转化”中可替代H2O2的物质是。若工艺流程改为先“调

NaOH溶液MO?溶液

pH”后“转化”，即滤渣③，“滤液③”中可能含有的杂质

离子为。

(3)利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的跖=

(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为LOmoLL?则“调pH”

应控制的pH范围是(,

答案(1)Ni2+、Fe2+、Fe3+

(2)O2或空气Fe3+

(3)c(Ni2+)(OH)=1.0X10^5X(IX10^53)2=1X101563.2〜6.2

解析由工艺流程分析可得，向废镁催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸，可除去

油脂，并将A1及其氧化物溶解，得到的滤液①含有NaA102,滤饼①为Ni、Fe

及其氧化物和少量其他不溶性杂质，加稀硫酸酸浸后得到含有Ni2+、Fe2\Fe3+

的滤液②,Fe2+经H2O2氧化为Fe3+后，加入NaOH调节pH使Fe3+转化为Fe(OH)

3沉淀除去，再控制pH浓缩结晶得到硫酸镁的晶体。(3)由上述表格可知，Ni2+

完全沉淀时的pH=8.7,此时c(Ni2+)=1.0X10-5mol/L,c(H+)=1.0-87mol/L,

K

则c(OH-)=—777—=1X1o_53mol/L,则Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)-c2(OH

c(H)

■)=1X10—15.6,如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为L0mol/L,为避免锲离子

2+2-2

沉淀，KsP=c(Ni)-c(OH),c(OH)=(、(:口)=1XI。—|叫此时c(OH

")=1XIO78mol/L,则c(H+)=LOX10-62moi/L,即pH=6.2；Fe?+完全沉

淀的pH为3.2,因此“调节pH”应控制的pH范围是3.2〜6.2。

I规律方法

工艺流程中把Fe2,氧化成Fe3+的方法

金属阳离子(如Z/+、Ci?+等)中混有Fe2+时，需把Fe?+氧化为Fe3+,然后调节

pH把Fe3+转化为Fe(OH)3除去，把Fe?+氧化成Fe?*,要求选用的氧化剂既能

把Fe2+氧化成Fe3+,又不能引入新的杂质，常用的氧化剂有：H2O2、。3或。2。

❶若原溶液是金属氯化物(如ZnCL、CuCh)则可以用Cb或氯水作氧化剂。

❷若用NaOH,氨水等碱性溶液调节溶液的pH至弱碱性或中性，此时MnOI的还

原产物是MnOz,故可以选用KMnCU作氧化剂。

【专题精练】

1.(2021.合肥一模)某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该

废渣为原料生产CuC52H2O晶体的工艺流程如图，下列说法正确的是()

盐酸氯气

工J_

J焙-

废酸氧调节pH印

一-*CuCL-2H,0

渣烧浸化至3~4滤

丁T

什滤渣

A.通氯气主要目的是提高CuCM2H2。晶体的产率

B.通氯气的操作也可以用滴加双氧水替代

C.调节pH选用的试剂可以是NaOH溶液

D.CUC12-2H2O晶体直接加热可制得CuCh固体

答案B

解析A.通氯气主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子，故A错误；B.双氧水可以

把亚铁离子氧化为铁离子，同时还原产物是水，故可以用双氧水替代氯气，故B

正确；C.调节pH选用的试剂可以是CuO或Cu(OH)2,不能用NaOH溶液，否

则会引入杂质钠离子，故C错误；D.将CuC12-2H2O晶体加热，铜离子会发生水

解，所以应该在氯化氢气氛中加热才能得到CuC12固体，故D错误。

2.(2021.湖南卷改编)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然

独居石中，独(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiCh、AI2O3、FezCh、CaF2

等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3-〃比0的工艺流程如图：

FeCl,调pH=5NH,HCO3

浓H?SO|H2O溶液②絮凝剂溶液

独

居

石

滤渣U滤渣川

回答下列问题：

（1）流程中“聚沉”加入氧化镁的作用是

_____________________________________________________________________;

（2）滤渣in的主要成分是_______________________________________________

（填化学式）；

（3）加入絮凝剂的目的是。

答案（1）调节溶液的pH,使溶液中的A13+和Fe3+生成对应的氢氧化物沉淀而

除去（2）Fe（OH）3、Al（OH）3（3）吸附沉淀，使沉淀颗粒变大

解析（1）“聚沉”加入氧化镁的作用是与溶液中的氢离子反应，调节溶液的

pH=5,使溶液中的A13+和Fe3+生成对应的氢氧化物沉淀除去；（2）依据流程分

析，氧化镁调节pH=5,加絮凝剂聚沉，溶液中的AF+和Fe3+生成对应的氢氧化

物沉淀除去，对应的滤渣HI为Fe（OH）3、Al（OH）3；（3）加入絮凝剂，吸附

沉淀，使沉淀颗粒变大，便于过滤除去。

微专题8变价金属的代表机、铭、镒

【核心归纳】

三种常考的变价金属

1.钮及其化合物

钮元素的常见价态有+5、+4、+3、+2,+5价最为稳定，常见的化合物为V2O5。

（1）V2O5有较强的氧化性，可以将浓盐酸氧化成氯气：V2O5+6HCI（浓）

=2VOC12+C12t+3H2O

（2）+5价机在强碱性溶液中以VO厂存在，酸性条件下以VO1存在。VO］可以

+2+2+3+

被Fe?卡、H2c2O4等还原为VO2+：VO2+2H+Fe=VO+Fe+H2O

+2+

2VO2+H2C2O4+2H=2VO（蓝色）+2CO2t+2H2O

2.铭及其化合物

格元素的常见价态有+6、+3、+2o在酸性介质中，CB具有强的还原性，Cr3+

的还原性较弱，只有用强氧化剂才能将C，+氧化成CnO歹，+6价格在酸性条件

下以CnO厂存在，具有强氧化性，在碱性介质中以CrCT存在。

(1)格(VI)最重要的化合物是KzCrzCh,在水溶液中Cr2O歹和CrOt存在下列

平衡：

_4

2Cr()；+2HCr2()r+H2O

(黄色)(橙红色)

在酸性溶液中，CnO歹具有强氧化性，如可以氧化浓盐酸，生成氯气：Cr2O?+

+3+

6CF+14H=2Cr+3Cl2f+7H2O

但在碱性溶液中CrOH的氧化性要弱得多。

(2)Cr(III)在酸性条件下以CF+存在，碱性条件下以Cr(OH)3、[Cr(OH)

4]-(或CrOG存在。

①C产在酸性条件下是稳定的，只能被强氧化剂氧化，如I：2Cr3++3PbO2+

2++

H2O=3Pb+Cr2Or+2H

但在碱性条件下能氧化成CrOF,2Cr3++3H2O2+10OH-=2CrOF+8H2Oo

②在碱性溶液中，CrO2可以被H2O2氧化为CrOF,2CrO2+3H2O2+2OH

==2CrOF+4H2O0

3.镒及其化合物

镒元素的常见价态有+7、+6、+4、+3、+2,Mi?+在酸性溶液中的稳定性强

于在碱性溶液中的稳定性。

(1)Mn2+：在酸性条件下，很难被氧化，只有强氧化剂才能将其氧化，2Mi?+

+2+

+5PbO2+4H=2MnOi+5Pb+2H2O;在碱性条件下，Mi?+易被氧化为MnO；

等，如5ClO^+2Mn2++6OH"=5Cr+2MnOi+3H2Oo

(2)Mn(VI)化合物的性质

MnO厂存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境均发生歧化。

3MnOt+2H2O=2MnOi+MnO2I+4OEF

+

3MnOF+4H=2MnO；+MnO2!+2H2O

(3)KMnO4的性质

热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：

光昭

4KMnO4+2H2O^fe4MnO2I+3O2f+4KOH

①在酸性介质中，MnOi具有强氧化性，可以氧化Fe2+、Cl>H2c2O4、H2O2等,

本身被还原为Md卡。

2+2+3+

如：MnO；+5Fe+8H^=Mn+5Fe+4H2O

②在碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnO3仍旧是氧化剂，本身被还原为MnCh。

2MnO4+F+H2O=2MnO2I+IO3+2OH

③在强碱性溶液中，当Mn04过量时，还原产物是MnOK,2MnO4+SOF+2OH

一=2MnO4-+SOF+H2O0

【典例】（2020.全国卷I）锐具有广泛用途。黏土钢矿中，钢以+3、+4、+5

价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiCh、FesO4o采用以下工艺

流程可由黏土钮矿制备NH4Vo3。

3(»,nH.,SO,NaOHNaOHHC1NH.CI

|pH=3.O-3.l|pH>13lpH=«.5

锐

一

T一

矿

勒(D,中和②沉淀③一调沉

理-NH.VO,

粉F沉淀转溶PH钿

IJII

滤渣滤液滤渣滤渣滤液

no.,①②③④⑤

该工艺条件下，溶液中金属图子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金属离子Fe3+Fe2+Al3+Mi?-

开始沉淀pH1.97.03.08.1

完全沉淀pH3.29.04.710.1

回答下列问题：

（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是

（2）“酸浸氧化"中，VO'和VO?+被氧化成V0$,同时还有离子被氧

化。写出vo+转化为V01反应的离子方程式

（3）“中和沉淀”中，机水解并沉淀为V2O5XH2O,随滤液②可除去金属离子K

、Mg2'\Na\,以及部分的

（4）“沉淀转溶”中，V2O5-XH2O转化为机酸盐溶解。滤渣③的主要成分

是o

(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是

(6)“沉钢”中析出NH4V03晶体时，需要加入过量NH4C1,其原因是

【解题流程】

第一阶段：初处理阶段。

(1)初处理阶段的操作是“酸浸氧化”，此操作需要加热，其原因主要是为了加

快酸浸和氧化反应速率，提高原料的利用率。

(2)①分析物质的变化。“酸浸氧化”过程中，Fe3O4与硫酸反应生成FeS04、

Fe2(S04)3和水；MnCh具有氧化性，Fe?+具有还原性，因此在V0.和VC^被

氧化成V0才的同时，Fe2+也被氧化。

②陌生氧化还原反应离子方程式的书写。

第一步，初步确定反应物和生成物。

显性确定：直接从题给信息中确定；隐性确定；根据反应原理分析确定。

30%H2SO,

第二步，写出氧化还原反应离子方程式，具体步骤为：

根据参加氧化还原反应的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物呈现反应关系并

依据得失电子数相等确定相关化学计量数。

2+

VO+MnO2->VO2+Mn

第三步，根据溶液的酸碱性环境和相关守恒补充缺失微粒，并配平。

从电荷守恒的角度分析，反应物中需要增加带正电荷的微粒，因为该操作中加入

硫酸，因此可补充H+；从原子个数守恒的角度分析：生成物中的氧原子数小于反

应物中的氧原子数，结合反应物中的H+,生成物中还应有H20。由此可写出该反

+2+

应的离子方程式为V0++Mn02+2H=VO2+Mn+H20

第二阶段：除杂提纯阶段。

（3）根据题给信息，确定元素存在形态。

由此可知，滤液②中还存在二另外还有部分Fe3+和AU+。

（4）物质成分的分析：根据物质的性质及题给信息分析。

滤饼②P巨“3滤渣④

该过程中Al（0H）3溶解生成AIOI；Fe（OH）3以沉淀形式进入滤渣③；根据

题给信息V2O5-XH2O转化为锐酸盐溶解。

（5）化学方程式的书写：确定“调pH”过程中的反应物、反应条件，根据物质

性质和反应原理书写化学方程式。

反应条件

第三阶段：获得产品阶段。

（6）原有知识迂移原用解释新情境问题。

答案(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)

2+42+

(2)FeVO+MnO2+2H'=VO2+Mn+H2O

(3)Mn2+A13+和Fe3+(4)Fe(OH)3

(5)NaA102+HCl+H20=Al(OH)3I+NaCl

(6)利用同离子效应，促进NH4V03尽可能完全析出

【专题精练】

随着材料科学的发展，金属机及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合

金维生素”。已知钮的原子序数为23,回答下列问题。

(1)机广泛分散于各种矿物中，钾钢铀矿中的电凡原子最外层已达到8电子稳定结

构，其化学式为K2H6U2V2。15(其中专凡元素的化合价为+5价)，若用氧化物的形

式表示，该化合物的化学式为

(2)五氧化二钗是工业制造中的常用催化剂，如工业制硫酸中就利用五氧化二钮

作催化剂。从含钮废催化剂中回收钮，传统的技术是“氧化焙烧法”，其具体流

程为：

配料I—廊诲］一|焙烧I一|水浸|一阮钊一魔烧I一麻?

其中焙烧是将食盐和机铅矿在空气中焙烧，这时矿石中所含的V2O5就转化为

NaV03,然后用水从烧结块中浸出NaVCh,再用稀硫酸酸化就得到V2O5的水合

物，经过煨烧就可得到V2O5。

①配料在焙烧前磨碎的目的是

②写出焙烧过程中V2O5发生反应的化学方程式：

(3)测定机含量的方法是先把钢转化成7V2O5在酸性溶液里转变成V0,，

再用盐酸，硫酸亚铁、草酸等测定钮。反应的化学方程式为VO