第二講鐵及其化合物

【課標要求】1.結合真實的情境中的應用實例或通過實驗探究，了解鐵及其重

要化合物的主要性質，了解這些物質在生產、生活中的應用。

2.結合實例，認識鐵及其化合物的多樣性，了解通過化學反應可以探索物質性質,

實現物質的轉化。

夯二必備知識

一、鐵的單質

1.鐵的原子結構

失去2L

至里化令的為、、Fe2+

失去3e-Fe.u

鐵元素位于元素周期表中第四周期第皿族。

2.鐵單質的物理性質

顏色狀態導電性、導熱性、延展性特性地殼含量

銀白色固體良好被磁體吸引占第生位

3.鐵單質的化學性質

單質鐵性質活潑，有較強的還原性

|Fe￡i+Hj非氧化性酸

”++也|

高溫H2O(g)

上破'柞虎破竽美訃竄化收破.

?2.?：?非金屬島酸

Fe或Fe

氧化性'直___3

鹽溶液

?|Fe：”|精破*濃流破

（足量）

|Fe?+美殛*化性政

（1）與非金屬反應

常溫鐵銹（成分為Fe2O3-xH2O）

與。2反應

點燃,占燃

3Fe+2O2^^Fe3O4

與C12反應加熱2Fe+3cl2=^=2FeCb

與S、12反應加熱Fe+S^^FeS、Fe+h-^-Feh

(2)與H20(g)反應

3Fe+4H2。(g)皇魚Fe3CU+4H2。

(3)與酸反應(寫離子方程式)

2+

與H+反應Fe+2H-=Fe+H2t

與稀HN03鐵不足Fe+4H++N0,=Fe3++N0t+2H2O

反應鐵過量3Fe+8H++2NO1=3Fe2++2NOt+4H2O

與濃H2so4、濃HNO3常溫下鈍化,加熱分別生成SO2、N02

反應'＞是化學反應噢！

(4)與某些鹽溶液的反應(寫離子方程式)

4.鐵的冶煉

原料：鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石。

設備：煉鐵高爐。

主要反應：

(1)還原劑的生成：C+O2典適CO2,CCh+C奠置2cO；

(2)鐵的生成：FezCh+3co更選2Fe+382。

【診斷11判斷下列敘述的正誤(正確的劃“，錯誤的劃"X")。

(1)鐵的化學性質比較活潑，所以鐵在自然界中全部以化合態存在(X)

(2)Fe在足量Cb中燃燒生成FeCb,在少量Cb中燃燒生成FeCL(X)

(3)鐵與硝酸反應一定生成Fe(NO3)3(X)

(4)可以用鐵制容器運輸濃硫酸和濃硝酸(J)

二、鐵的氧化物和氫氧化物

1.鐵的氧化物

(1)物理性質

FeaQi

化學式FeOFezCh*

改寫為FeOFe2O3

俗稱鐵紅磁性氧化鐵

色態黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體

鐵的價態+2+3+2、+3

(2)化學性質

FeO、FezCh、Fe3O4分別與鹽酸反應生成鹽和水，如FesCU與鹽發生反應的離子方

程式：

Fe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2。。

2.鐵的氫氧化物

怕“氧氣”噢！

化學式Fe(OH)3

Fe(OH)2

色態電色固體紅褐色固體

+3+

與鹽酸Fe(OH)2+2H-=Fe2++Fe(OH)3+3H=Fe+

反應2H2O3H2O

受執

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

分解

可溶性亞鐵鹽與堿反應：Q可溶性鐵鹽與堿反應：Fe3++

制法

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

空氣中，Fe(OH)2能夠非常迅速地被氧氣氧化成Fe(OH)3,

二者的

現象是白色沉淀迅速變成灰綠色,最后變成紅褐色,化學方程

關系

式為4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

|提醒

?FeO和Fe3O4與稀HN03反應時，除考慮與H*反應外，還考慮Fe?+被HN0.3氧

3+

化成Fe0

?Fe3O4、Fe2O3、Fe(OH)3與HI反應時，除考慮與H*的反應外，還考慮Fe?卡

2+

被「還原為FeO

【診斷2】判斷下列敘述的正誤(正確的劃“，錯誤的劃“X”)。

(1)Fe3O4中Fe的化合價有+2價和+3價，因而FesCh是FeO與Fe2O3的混合

物(義)

(2)鐵在潮濕的空氣中生成的鐵銹主要成分是Fe2O3,鐵在純氧中燃燒的產物是

Fe3O4,Fe在高溫下與水蒸氣反應生成FezCh(X)

(3)Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,說明穩定性：Fe(OH)2<Fe(OH)3

(V)

(4)向氫氧化亞鐵中加入足量的稀硝酸，反應的離子方程式是Fe(OH)2+2H

=Fe2++2H2O(X)

三、Fe2+>Fe3+的性質與檢驗

1.亞鐵鹽的性質

含有Fe?”的溶液呈淺綠色,Fe?'處于鐵的中間價態，既有氧化性，又有還原性。

(1)氧化性：Fe?+與Zn反應的離子方程式：Zn+Fe2+=Zn2++Fe；

(2)還原性：Fe?+與Cb反應的離子方程式：2Fe?++Cb^=2Fe3-+2C「。

2.鐵鹽的性質

(1)含有Fe3,的溶液呈黃色，Fe3+處于鐵的高價態，具有氧化性。

Fe3+與Cu、H2S反應的離子方程式分別為

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

(2)易水解。Fe3+極易水解，只能存在于酸性較強的溶液中。

3.Fe3+xFe?+的檢驗

(1)Fe3+的檢驗

3+

①樣品溶液)滴加注室溶液溶液變組魚，證明含有FeO

紅色溶液而不是沉淀

反應離子方程式：Fe3++3SCN-=Fe(SCN)30

②|樣品溶液|滴加蟠且溶液產生紅褐色沉淀,證明有Fe3+存在。

③|樣品溶液|滴加莖酶溶液溶液變紫色,證明有Fe3+存在。

(2)Fe2+的檢驗

方法1：|樣品溶液|滴加溶液無現象對多，溶液變紅色,證明含有Fe2+。

方法2：|樣品溶液|加入獨型溶液產生白色絮狀沉淀,迅速變成灰綠色,最終變

為紅褐色,證明含有Fe2+。

方法3：|樣品溶液|加入心［電9)H溶液生成藍色沉淀，證明含有Fe2+。

【診斷3】判斷下列敘述的正誤(正確的劃“，錯誤的劃“X”)。

(1)溶液中Fe3一遇SCN一生成紅色沉淀(X)

(2)配制FeS04溶液時，加入稀硫酸抑制Fe2+水解，加入鐵粉防止Fe?+被氧化

(V)

(3)Fe2+,AF+、。0一、C「能夠大量共存(X)

(4)用酸性KMnO4溶液檢驗FeCb溶液中是否含有Fe?+(X)

提二關鍵能力

考點一鐵的單質、氧化物、氫氧化物的性質與應用

題組一鐵單質的性質與應用

1.下列氯化物中，既能由金屬和氯氣直接化合制得，又能由金屬和鹽酸反應制得

的是()

A.CuChB.FeCh

C.MgChD.FeCh

答案c

解析銅和氯氣反應生成氯化銅，但銅不能和鹽酸反應，A錯誤；鐵和氯氣反應

生成氯化鐵，不是氯化亞鐵，B錯誤；鎂和氯氣反應生成氯化鎂，鎂和鹽酸反應

生成氯化鎂，C正確；鐵和氯氣反應生成氯化鐵，但鐵和鹽酸反應生成氯化亞鐵,

D錯誤。

2.(2021.試題重組)下列物質的性質描述正確的是()

A.Fe在C12中燃燒生成FeC12和FeCh

B.Fe高溫下與水蒸氣反應，生成Fe(OH)2和H2

C.除去FeCb溶液中少量的FeC13雜質，可以在溶液加過量的鐵粉、再過濾

D.硫酸銅溶液中加少量的鐵粉反應的離子方程式：3Cu2++2Fe=2Fe3++3Cu

答案C

解析C12具有強氧化性，鐵在C12中燃燒只生成FeCb,A錯誤；Fe高溫下與水

蒸氣反應，生成Fe3O4和H2,B錯誤；正確的離子方程式為Cu2+Fe=Fe2*+

Cu,D錯誤。

題組二鐵的氧化物組成的判斷

3.準確稱取某種鐵的氧化物2.88g,用足量的CO進行還原，將生成的CO2全部

用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4.00g,則這種鐵的氧化物為()

A.Fe?O4B.FezCh

C.FeOD.以上都不是

答案C

解析4.00gCaC03沉淀的物質的量為0.04mol,則CO、CO2的物質的量均為0.04

mol,增加的氧原子為0.04mol,質量為0.04molX16g.mol1=0.64g,鐵的氧化

物中氧元素質量為0.64g,鐵元素質量為2.88g—0.64g=2.24g,鐵的氧化物中鐵

原子與氧原子的物質的量之比為薩隼T：0.04mol=l：1,則這種鐵的氧化物

56g-mol

的化學式為FeOo

4.有一塊鐵的氧化物樣品，用140mL5.0mol.LT鹽酸恰好將之完全溶解，所得溶

液還能吸收0.()25molC12,恰好使其中的Fe2+全部轉變為Fe3+,則該樣品可能的

化學式為()

A.FezChB.Fe3O4

C.FeQsD.FesCh

答案D

解析n(HC1)=0.14LX5.0mol/L=0.7mol,由氧化物和鹽酸反應生成水可知，

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

恰好使其中的Fe?*全部轉變為Fe3+,反應后所得溶液為FeCb,因〃(C「)=0.7

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

中〃(Fe)：n(O)=0.25:0.35=5：7,所以化學式為Fe5O7,故選D。

I規律方法，

判斷鐵氧化物組成的方法

設鐵的氧化物中鐵元素與氧元素的質量比為m：n,

yn?7

則氧化物中n(Fe):〃(O)=T7:V7=<7：b,

JO10

若a?=l：l,則鐵的氧化物為FeO；

若a：b=2：3,則鐵的氧化物為Fe2O3；

若a:b=3：4,則鐵的氧化物是Fe3O4或FeO與FezCh按物質的量之比為1：1

的混合物或FeO、FezCh、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物質的量之比為1：1,

Fe3O4為任意值)。

題組三Fe(OH)2的制備

5.(2021.贛州模擬)下列各圖示中能較長時間看到Fe(0H)2白色沉淀的是()

C.②③D.①②③

答案B

解析因為Fe(OH)2在空氣中易被氧化成Fe(OH)3,故要長時間觀察到Fe

(OH)2白色沉淀，就要排除裝置中的空氣或氧氣。裝置①是先用Fe粉與稀硫酸

反應產生的H2將裝置中的空氣排盡，然后滴入NaOH溶液，與FeSCU發生復分

解反應生成Fe(OH)2,并使生成的Fe(OH)2處在氫氣的保護中，可以達到目

的，①正確；②滴入的NaOH溶液會吸收空氣中的氧氣，與試管中的FeSCU發生

復分解反應生成Fe(OH)2和Na2so4,溶液中有氧氣，會氧化Fe(OH)2變為

Fe(OH)3,因此會看到沉淀由白色迅速變為灰綠色，最后變為紅褐色，不能達

到實驗目的，②錯誤；③中液面上加苯阻止了空氣進入，在隔絕空氣的環境中

NaOH、FeSCU發生復分解反應生成Fe(0H)2和Na2s04,由于沒有空氣，Fe(OH)

2不能被氧化，能較長時間觀察到白色沉淀，③正確；故合理選項是B。

6.如圖所示裝置，可用來制取和觀察Fe(OH)2在空氣中被氧化時的顏色變化,

實驗時提供的試劑有鐵屑及6.00mol-L?的硫酸，NaOH溶液，下列說法錯誤的

是()

A.B中盛有一定量的NaOH溶液，A中應預先加入的試劑是鐵屑

B.實驗開始時應先將活塞E關閉

C.生成Fe(OH)2的操作為關閉活塞E,使A中溶液壓入B中

D.取下裝置B中的橡膠塞，使空氣進入，有關反應的化學方程式為4Fe(OH)2

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

答案B

解析制取硫酸亞鐵需要鐵屑，所以在燒瓶中應該先加入鐵屑，所以A中應預先

加入的試劑是鐵屑，故A正確；稀硫酸和鐵反應生成硫酸亞鐵和氫氣，實驗開始

時應打開活塞E,用氫氣排出裝置中的空氣，B錯誤；鐵和稀硫酸反應有氫氣生

成，關閉活塞E,導致A中壓強逐漸增大，將FeSCU溶液壓入B中進行反應生成

氫氧化亞鐵，C正確；氫氧化亞鐵不穩定，容易被空氣中的氧氣氧化生成紅褐色

的氫氧化鐵，反應的化學方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,故

D正確。

|規律方法，——-

制備Fe(OH)2時防氧化措施的三種常用方法

將吸有NaOH溶液的膠頭滴管插到

液面以下，并在液面上覆蓋一層苯LNaOH

方法一：有機覆「溶液

或煤油(不能用CC14),以防止空氣,-苯

蓋層法

:二FeSO,

與Fe(OH)2接觸發生反應，如右1小溶液

圖所示

用H2將裝置內的空氣排盡后，再將ag

方法二：還原性P---?

亞鐵鹽與NaOH溶液混合，這樣可111NaOH

氣體保護法稀硫酸：田溶液

(適量)飛ZFe1:

長時間觀察到白色沉淀，如右圖所J(MS)

示

用鐵作陽極，電解NaCl(或NaOH)r-H-i

方法三：電解法溶液，并在液面上覆蓋苯或煤油，Fe、、/C

苯上一NaCl

如右圖所示斗溶液

考點二鐵鹽、亞鐵鹽的性質、轉化與檢驗

題組一鐵鹽、亞鐵鹽的性質及轉化

2+

1.已知：2Fe3++2「2Fe+l2,用KI溶液和FeCb溶液進行如下實驗。下列

說法不正確的是()

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|廠1mL

g(鐵制化鉀)溶液gKSCN溶液gCCI'

①產生藍色沉淀②溶液變紅③振蕩靜置

A.實驗①中現象說明有Fe2+生成

B.實驗②中現象說明反應后溶液中含有Fe3+

C.實驗③水溶液中c(Fe2+)大于①中c(Fe2+)

D.實驗③中再加入4滴0.1mol.L」FeC12溶液，振蕩靜置，C04層溶液顏色無變

化

答案D

解析A項，實驗①向混合液中有加入K3[Fe(CN)61溶液產生藍色沉淀，說明

混合液中Fe2+,說明FeCb與KI反應生成Fe2+,正確；B項，實驗②向混合液中

加入KSCN溶液，溶液變紅說明混合液中含有Fe3+,正確；C項，實驗①中加入

+2+3

K3[Fe(CN)6]溶液發生反應；K+Fe+[Fe(CN)6]=KFe[Fe(CN)6]I,

Fe2+濃度減小，實驗③中加入CC14,CC14將b從其水溶液中萃取出來，平衡向正

反應方向移動，Fe2+濃度增大，實驗③水溶液中c(Fe2+)大于實驗①中c(Fe?*),

正確；D項，實驗③中再加入4滴0」molL'FeCb溶液，Fe?+濃度增大，平衡向

逆反應方向移動，12濃度減小，振蕩靜置，CC14層溶液顏色變淺，錯誤。

2.從某含有FeCL、FeCb、CuCb的工業廢液中回收銅并制備氯化鐵晶體的流程如

圖所示。

過量試劑a試用b-

RAHSX]__1慮吧]41平

I氯化鐵晶體鯉網

則下列說法中正確的是（）

A.試劑a是鐵、試劑b是稀硫酸

B.操作I、操作H、操作III所用儀器相同

C.試劑c是氯氣，相應的離子方程式：2Fe2++C12=2Fe3++2C廠

D.用酸性KMnCU溶液可檢驗溶液W中是否還有Fe2+

答案C

解析由最終要得到氯化鐵晶體的流程圖知，b是鹽酸，使用H2s04會引入SO/,

A錯誤；操作I和操作n是過濾，操作III為蒸發結晶，所用儀器不相同，B錯誤;

濾液Z和X中均含有氯化亞鐵，因此c為氯氣，C正確；高鎰酸鉀也能氧化氯離

子而褪色，因此不能用KMnCU檢驗溶液W中是否含有亞鐵離子，D錯誤。

|名師點撥---------

?Fe2+與Fe34的相互轉化

Fe、Zn、Cu、H.,S、KI等

Fe2+r：??一/Fe“

|Cl2、02,HN03>H^SOJ(濃)、KMnO1(H+)等|

既有氧化性（強氧化劑）一般只有

又有?還原性氧化性

2++3+

①酸性FeCb溶液長期露置于空氣中：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的酸性溶液與H2O2反應：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溶液中逐漸加入Zn粉至過量：2Fe3-+Zn=2Fe2++Zn2+、Fe"+

Zn=Fe+Zn2+o

?Fe2+與Fe3」相互轉化的應用

(1)判斷離子能否大量共存

不共存

(氧化彘反應)NOr(H+)、CIO,MnOI

Fe-v無我S-

I\

氧化還原反應'sot

不共存

相互而重水解CO歹、HCO3

(2)鹽溶液的配制與保存

‘加少量鐵粉,防止Fe?+被氧化

Fe"的鹽溶液

加少量相應的酸,防止Fe?+水解

Fe：，+的鹽溶液加少量相應的酸,防止Fe3+水解

題組二Fe3\Fe2+的檢驗

3.下列離子的檢驗方法合理的是()

A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈紅色，說明不含Fe2+

B.向某溶液中通入Cb,然后再加入KSCN溶液變紅色，說明原溶液中含有Fe2+

C.向某溶液中加入NaOH溶液，得紅褐色沉淀，說明溶液中含有Fe3+

D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又觀察到顏色逐漸變為紅褐色，說明

該溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+

答案C

解析A項中只能說明原溶液中含有Fe3+；B項原溶液中可能只有Fe3+而沒有Fe2

+；D項中Fe(OH)2被氧化后生成的紅褐色沉淀Fe(OH)3也可能掩蓋了白色

沉淀Mg(OH)20

4.要證明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,進行如下實驗操作時的最佳順序為

()

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

解析在該溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不變紅色，證明無Fe3+存在，

再加入氯水，將Fe?'氧化成Fe3+,溶液變成紅色。KMnCU溶液呈紫紅色，溶液

顏色變化不明顯，所以不能用酸性KMnCU溶液檢驗。

I易錯提醒

檢驗Fe2+和Fe3+時的注意事項

?檢驗Fe2+時不能先加氯水，后加KSCN溶液；也不能將加了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

?Fe3+、Fe2+.C「同時存在時不能用酸性KMnCU溶液檢驗Fe?+（Cl會還原酸性

KMnO4,有干擾）。

?Fe2+、Fe3+同時存在的混合液中檢驗Fe?+可用鐵氟化鉀｛K3R（CN）用溶液法。

考點三鐵元素“價一類”二維圖的應用

【題組訓練】

1.（2021.梅州模擬）元素“價一類”二維圖是學習元素化合物知識的重要模型，

它以元素的化合價為縱坐標，以物質類別為橫坐標。如圖為鐵元素的“價一類”

二維圖，其中的箭頭表示部分物質間的轉化關系。下列說法正確的是（）

+6

3

34

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

t②t⑦'④N

+2FeOFe(OH),—Fe2*

0Fe

單質氧化物堿鹽物質類別

A.用鐵絲在氧氣中燃燒可實現上述轉化①

B.轉化⑤中Na2FeO4可用于自來水消毒殺菌，等物質的量的NazFeCU是HC1O消

毒效率的1.5倍

C.轉化⑦的現象是綠色沉淀轉變為紅褐色

D.加熱Fe（OH）3發生轉化⑥，加水可一步實現FezCh-Fe（OH）3的轉化

答案B

解析A.用鐵絲在氧氣中燃燒，生成四氧化三鐵，不可實現上述轉化①，故A錯

誤；B.NazFeCU可轉化為Fe3+,電子轉移3e,HC1O消毒轉化為C「，電子轉移

2e-,電子守恒得到，2Na2FeO4?3HC1O?6e,等物質的量的NazFeCU是HC1O

消毒效率的1.5倍，故B正確；C.轉化⑦的現象是白色沉淀迅速轉化為灰綠色，

最后轉化為紅褐色，故C錯誤；D.加熱Fe（0H）3發生轉化⑥，加水不可一步實

現FezChfFe（OH）3的轉化，故D錯誤。

2.化合價和物質類別是整理元素及化合物知識的兩個要素，可表示為“價一類”

二維圖。鐵元素的“價一類”二維圖如圖所示，下列說法正確的是（）

鐵元素化合價

Fe"—?Fe(OH),

*tt

Fe"―?Fe(OH),

單質氧化物鹽堿物質類別

A.維生素C能將Fe3+轉化為Fe2+,該過程中維生素C被氧化

B.Fe3O4中鐵元素為+4價

C.工業上用CO還原Fe2O3煉鐵，該反應為復分解反應

D.Fe（0H）2濁液露置于空氣中，由白色立即變為紅褐色

答案A

解析A.維生素C能將Fe3+轉化為Fe2+,發生還原反應，維生素C具有還原性,

該過程中維生素C被氧化，故A正確；B.Fe3O4中鐵的化合價有+2、+3價，由

化合物化合價代數和為0可知Fe3O4中鐵的化合價兩個鐵原子顯+3價，一個鐵

原子顯+2價，故B錯誤；C.工業上用CO還原Fe2O3煉鐵，碳元素和鐵元素化

合價均發生變化，不是復分解反應，故C錯誤；D.Fe（0H）2濁液露置于空氣中,

白色迅速變為灰綠色，最后變成紅褐色，故D錯誤。

I名師點撥，--------

從“價一類”二維圖認識鐵及其化合物的轉化關系

悵

收+3

益+2O

單質氧化物鹽堿物質類別

?橫向變化體現了同價態不同類別（氧化物、堿、鹽）之間的轉化；①堿性氧化

物（FezCh、FeO）都能溶于酸（H+）轉化為鹽；②Fe?+、Fe?+與堿（OFT）反應

生成對應的堿；③難溶性的堿易分解生成對應的氧化物，但難溶性的堿性氧化物

一般不與水反應生成對應的堿。

?縱向變化體現不同價態同類別物質之間的轉化，主要體現物質的氧化性或還原

性。

?斜向變化體現不同價態、不同類別之間物質的轉化，主要體現物質的氧化性和

還原性。

微專題7工藝流程圖中雜質Fe2+和Fe3+的處理

【核心歸納】

金屬陽離子分離提純中Fe2\Fe3+的處理方法

化工流程題中經常涉及陽離子的分離與除雜，若其他金屬陽離子中混有Fe3+、Fe2

+,需調節溶液的pH,使Fe3+轉化成Fe(OH)3沉淀而除去，但原溶液中的金屬

陽離子不能形成沉淀。

具體方法如下：

(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］中的一種，與Fe3+水解產生的H'反應，促進Fe3"的水解，WFe3+

轉化成Fe(OH)3沉淀而除雜。

(2)除去Zi?+(或Ci?+)中混有的Fe2+的方法

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

去溶液中的Fe3+。

【典例】(2020.全國卷III)某油脂廠廢棄的油脂加氫銀催化劑主要含金屬Ni、Al、

Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質。采用如下工藝流程回收其中的鑲制備

硫酸銀晶體(NiSO4-7H2。)：

NaOH溶液稀H2sol比。,溶液NaOH溶液

惟化刑一J―峭I③

濾液①濾渣②濾渣③

?酸?晶體H控制pH濃縮結晶4

溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:

金屬離子Ni2+Al3+Fe3+Fe*2"3*

開始沉淀時(c=0.01mol-L1)的pH7.23.72.27.5

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

回答下列問題：

(1)“濾液②”中含有的金屬離子是O

(2)“轉化”中可替代H2O2的物質是。若工藝流程改為先“調

NaOH溶液MO?溶液

pH”后“轉化”，即濾渣③，“濾液③”中可能含有的雜質

離子為。

(3)利用上述表格數據，計算Ni(OH)2的跖=

(列出計算式)。如果“轉化”后的溶液中Ni2+濃度為LOmoLL?則“調pH”

應控制的pH范圍是(,

答案(1)Ni2+、Fe2+、Fe3+

(2)O2或空氣Fe3+

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

解析由工藝流程分析可得，向廢鎂催化劑中加入NaOH溶液進行堿浸，可除去

油脂，并將A1及其氧化物溶解，得到的濾液①含有NaA102,濾餅①為Ni、Fe

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

的濾液②,Fe2+經H2O2氧化為Fe3+后，加入NaOH調節pH使Fe3+轉化為Fe(OH)

3沉淀除去，再控制pH濃縮結晶得到硫酸鎂的晶體。(3)由上述表格可知，Ni2+

完全沉淀時的pH=8.7,此時c(Ni2+)=1.0X10-5mol/L,c(H+)=1.0-87mol/L,

K

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

c(H)

■)=1X10—15.6,如果“轉化”后的溶液中Ni2+濃度為L0mol/L,為避免鍥離子

2+2-2

沉淀，KsP=c(Ni)-c(OH),c(OH)=(、(:口)=1XI?！獆叫此時c(OH

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

淀的pH為3.2,因此“調節pH”應控制的pH范圍是3.2?6.2。

I規律方法

工藝流程中把Fe2,氧化成Fe3+的方法

金屬陽離子(如Z/+、Ci?+等)中混有Fe2+時，需把Fe?+氧化為Fe3+,然后調節

pH把Fe3+轉化為Fe(OH)3除去，把Fe?+氧化成Fe?*,要求選用的氧化劑既能

把Fe2+氧化成Fe3+,又不能引入新的雜質，常用的氧化劑有：H2O2、。3或。2。

?若原溶液是金屬氯化物(如ZnCL、CuCh)則可以用Cb或氯水作氧化劑。

?若用NaOH,氨水等堿性溶液調節溶液的pH至弱堿性或中性，此時MnOI的還

原產物是MnOz,故可以選用KMnCU作氧化劑。

【專題精練】

1.(2021.合肥一模)某煉鐵廢渣中含有大量CuS及少量鐵的化合物，工業上以該

廢渣為原料生產CuC52H2O晶體的工藝流程如圖，下列說法正確的是()

鹽酸氯氣

工J_

J焙-

廢酸氧調節pH印

一-*CuCL-2H,0

渣燒浸化至3~4濾

丁T

什濾渣

A.通氯氣主要目的是提高CuCM2H2。晶體的產率

B.通氯氣的操作也可以用滴加雙氧水替代

C.調節pH選用的試劑可以是NaOH溶液

D.CUC12-2H2O晶體直接加熱可制得CuCh固體

答案B

解析A.通氯氣主要目的是把亞鐵離子氧化為鐵離子，故A錯誤；B.雙氧水可以

把亞鐵離子氧化為鐵離子，同時還原產物是水，故可以用雙氧水替代氯氣，故B

正確；C.調節pH選用的試劑可以是CuO或Cu(OH)2,不能用NaOH溶液，否

則會引入雜質鈉離子，故C錯誤；D.將CuC12-2H2O晶體加熱，銅離子會發生水

解，所以應該在氯化氫氣氛中加熱才能得到CuC12固體，故D錯誤。

2.(2021.湖南卷改編)Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然

獨居石中，獨(Ce)主要以CePO4形式存在，還含有SiCh、AI2O3、FezCh、CaF2

等物質。以獨居石為原料制備Ce2(CO3)3-〃比0的工藝流程如圖：

FeCl,調pH=5NH,HCO3

濃H?SO|H2O溶液②絮凝劑溶液

獨

居

石

濾渣U濾渣川

回答下列問題：

（1）流程中“聚沉”加入氧化鎂的作用是

_____________________________________________________________________;

（2）濾渣in的主要成分是_______________________________________________

（填化學式）；

（3）加入絮凝劑的目的是。

答案（1）調節溶液的pH,使溶液中的A13+和Fe3+生成對應的氫氧化物沉淀而

除去（2）Fe（OH）3、Al（OH）3（3）吸附沉淀，使沉淀顆粒變大

解析（1）“聚沉”加入氧化鎂的作用是與溶液中的氫離子反應，調節溶液的

pH=5,使溶液中的A13+和Fe3+生成對應的氫氧化物沉淀除去；（2）依據流程分

析，氧化鎂調節pH=5,加絮凝劑聚沉，溶液中的AF+和Fe3+生成對應的氫氧化

物沉淀除去，對應的濾渣HI為Fe（OH）3、Al（OH）3；（3）加入絮凝劑，吸附

沉淀，使沉淀顆粒變大，便于過濾除去。

微專題8變價金屬的代表機、銘、鎰

【核心歸納】

三種常考的變價金屬

1.鈕及其化合物

鈕元素的常見價態有+5、+4、+3、+2,+5價最為穩定，常見的化合物為V2O5。

（1）V2O5有較強的氧化性，可以將濃鹽酸氧化成氯氣：V2O5+6HCI（濃）

=2VOC12+C12t+3H2O

（2）+5價機在強堿性溶液中以VO廠存在，酸性條件下以VO1存在。VO］可以

+2+2+3+

被Fe?卡、H2c2O4等還原為VO2+：VO2+2H+Fe=VO+Fe+H2O

+2+

2VO2+H2C2O4+2H=2VO（藍色）+2CO2t+2H2O

2.銘及其化合物

格元素的常見價態有+6、+3、+2o在酸性介質中，CB具有強的還原性，Cr3+

的還原性較弱，只有用強氧化劑才能將C，+氧化成CnO歹，+6價格在酸性條件

下以CnO廠存在，具有強氧化性，在堿性介質中以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

(黃色)(橙紅色)

在酸性溶液中，CnO歹具有強氧化性，如可以氧化濃鹽酸，生成氯氣：Cr2O?+

+3+

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

但在堿性溶液中CrOH的氧化性要弱得多。

(2)Cr(III)在酸性條件下以CF+存在，堿性條件下以Cr(OH)3、[Cr(OH)

4]-(或CrOG存在。

①C產在酸性條件下是穩定的，只能被強氧化劑氧化，如I：2Cr3++3PbO2+

2++

H2O=3Pb+Cr2Or+2H

但在堿性條件下能氧化成CrOF,2Cr3++3H2O2+10OH-=2CrOF+8H2Oo

②在堿性溶液中，CrO2可以被H2O2氧化為CrOF,2CrO2+3H2O2+2OH

==2CrOF+4H2O0

3.鎰及其化合物

鎰元素的常見價態有+7、+6、+4、+3、+2,Mi?+在酸性溶液中的穩定性強

于在堿性溶液中的穩定性。

(1)Mn2+：在酸性條件下，很難被氧化，只有強氧化劑才能將其氧化，2Mi?+

+2+

+5PbO2+4H=2MnOi+5Pb+2H2O;在堿性條件下，Mi?+易被氧化為MnO；

等，如5ClO^+2Mn2++6OH"=5Cr+2MnOi+3H2Oo

(2)Mn(VI)化合物的性質

MnO廠存在于強堿性溶液中，在酸性、中性環境均發生歧化。

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

+

3MnOF+4H=2MnO；+MnO2!+2H2O

(3)KMnO4的性質

熱穩定性差，通常保存在棕色試劑瓶中：

光昭

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

①在酸性介質中，MnOi具有強氧化性，可以氧化Fe2+、Cl>H2c2O4、H2O2等,

本身被還原為Md卡。

2+2+3+

如：MnO；+5Fe+8H^=Mn+5Fe+4H2O

②在堿性、中性或微弱酸性溶液中，MnO3仍舊是氧化劑，本身被還原為MnCh。

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

③在強堿性溶液中，當Mn04過量時，還原產物是MnOK,2MnO4+SOF+2OH

一=2MnO4-+SOF+H2O0

【典例】（2020.全國卷I）銳具有廣泛用途。黏土鋼礦中，鋼以+3、+4、+5

價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiCh、FesO4o采用以下工藝

流程可由黏土鈕礦制備NH4Vo3。

3(?,nH.,SO,NaOHNaOHHC1NH.CI

|pH=3.O-3.l|pH>13lpH=?.5

銳

一

T一

礦

勒(D,中和②沉淀③一調沉

理-NH.VO,

粉F沉淀轉溶PH鈿

IJII

濾渣濾液濾渣濾渣濾液

no.,①②③④⑤

該工藝條件下，溶液中金屬圖子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金屬離子Fe3+Fe2+Al3+Mi?-

開始沉淀pH1.97.03.08.1

完全沉淀pH3.29.04.710.1

回答下列問題：

（1）“酸浸氧化”需要加熱，其原因是

（2）“酸浸氧化"中，VO'和VO?+被氧化成V0$,同時還有離子被氧

化。寫出vo+轉化為V01反應的離子方程式

（3）“中和沉淀”中，機水解并沉淀為V2O5XH2O,隨濾液②可除去金屬離子K

、Mg2'\Na\,以及部分的

（4）“沉淀轉溶”中，V2O5-XH2O轉化為機酸鹽溶解。濾渣③的主要成分

是o

(5)“調pH”中有沉淀生成，生成沉淀反應的化學方程式是

(6)“沉鋼”中析出NH4V03晶體時，需要加入過量NH4C1,其原因是

【解題流程】

第一階段：初處理階段。

(1)初處理階段的操作是“酸浸氧化”，此操作需要加熱，其原因主要是為了加

快酸浸和氧化反應速率，提高原料的利用率。

(2)①分析物質的變化?！八峤趸边^程中，Fe3O4與硫酸反應生成FeS04、

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

氧化成V0才的同時，Fe2+也被氧化。

②陌生氧化還原反應離子方程式的書寫。

第一步，初步確定反應物和生成物。

顯性確定：直接從題給信息中確定；隱性確定；根據反應原理分析確定。

30%H2SO,

第二步，寫出氧化還原反應離子方程式，具體步驟為：

根據參加氧化還原反應的氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物呈現反應關系并

依據得失電子數相等確定相關化學計量數。

2+

VO+MnO2->VO2+Mn

第三步，根據溶液的酸堿性環境和相關守恒補充缺失微粒，并配平。

從電荷守恒的角度分析，反應物中需要增加帶正電荷的微粒，因為該操作中加入

硫酸，因此可補充H+；從原子個數守恒的角度分析：生成物中的氧原子數小于反

應物中的氧原子數，結合反應物中的H+,生成物中還應有H20。由此可寫出該反

+2+

應的離子方程式為V0++Mn02+2H=VO2+Mn+H20

第二階段：除雜提純階段。

（3）根據題給信息，確定元素存在形態。

由此可知，濾液②中還存在二另外還有部分Fe3+和AU+。

（4）物質成分的分析：根據物質的性質及題給信息分析。

濾餅②P巨“3濾渣④

該過程中Al（0H）3溶解生成AIOI；Fe（OH）3以沉淀形式進入濾渣③；根據

題給信息V2O5-XH2O轉化為銳酸鹽溶解。

（5）化學方程式的書寫：確定“調pH”過程中的反應物、反應條件，根據物質

性質和反應原理書寫化學方程式。

反應條件

第三階段：獲得產品階段。

（6）原有知識迂移原用解釋新情境問題。

答案(1)加快酸浸和氧化反應速率(促進氧化完全)

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)利用同離子效應，促進NH4V03盡可能完全析出

【專題精練】

隨著材料科學的發展，金屬機及其化合物得到了越來越廣泛的應用，并被譽為“合

金維生素”。已知鈕的原子序數為23,回答下列問題。

(1)機廣泛分散于各種礦物中，鉀鋼鈾礦中的電凡原子最外層已達到8電子穩定結

構，其化學式為K2H6U2V2。15(其中專凡元素的化合價為+5價)，若用氧化物的形

式表示，該化合物的化學式為

(2)五氧化二釵是工業制造中的常用催化劑，如工業制硫酸中就利用五氧化二鈕

作催化劑。從含鈕廢催化劑中回收鈕，傳統的技術是“氧化焙燒法”，其具體流

程為：

配料I—廊誨］一|焙燒I一|水浸|一阮釗一魔燒I一麻?

其中焙燒是將食鹽和機鉛礦在空氣中焙燒，這時礦石中所含的V2O5就轉化為

NaV03,然后用水從燒結塊中浸出NaVCh,再用稀硫酸酸化就得到V2O5的水合

物，經過煨燒就可得到V2O5。

①配料在焙燒前磨碎的目的是

②寫出焙燒過程中V2O5發生反應的化學方程式：

(3)測定機含量的方法是先把鋼轉化成7V2O5在酸性溶液里轉變成V0,，

再用鹽酸，硫酸亞鐵、草酸等測定鈕。反應的化學方程式為VO