高考化学一轮复习第章元素与物质世界专项突破六铁三角关系与铁的化工流程学案鲁科.docx
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高考化学一轮复习第章元素与物质世界专项突破六铁三角关系与铁的化工流程学案鲁科
(六)“铁三角”关系与铁的化工流程
(对应学生用书第44页)
突破1|“铁三角”关系及其应用
[考纲知识整合]
1.“铁三角”中的转化关系
2.“铁三角”的重要应用
(1)离子共存分析
Fe2+、Fe3+因氧化还原反应不能共存的粒子:
①Fe2+
NO
(H+)、ClO-、MnO
、H2O2、Cl2、Br2、Cr2O
等。
②Fe3+
S2-、I-、SO
、HS-、HSO
、H2SO3、H2S等。
提醒:
Fe2+、Fe3+
HCO
、CO
、[Al(OH)4]-等水解相互促进的离子。
(2)常见的离子除杂方法
溶液
杂质
除杂方法
FeCl2
FeCl3
加过量铁粉后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2
FeCl2
CuCl2
加过量铁粉后过滤
(3)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+水解
[高考命题点突破]
命题点1 “铁三角”的关系
1.(2018·长沙模拟)在Fe2(SO4)3溶液中,加入ag铜,完全溶解后,再加bg铁,充分反应后得到cg残余固体,且a>c,则下列说法正确的是( )
A.残余固体是铜和铁
B.最后得到的溶液中一定含有Cu2+
C.将残余固体加入稀硫酸中,有气泡产生
D.最后得到的溶液中可能含有Fe3+
B [因为a>c,说明bg铁完全反应,溶液中含Cu2+、Fe2+,不含Fe3+。
]
2.(2016·全国Ⅱ卷)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。
回答下列问题:
【导学号:
95160046】
(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);实验①和③说明:
在I-过量的情况下,溶液中仍含有________(填离子符号),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)。
【解析】
(1)Fe2+具有很强的还原性,易被空气中的O2氧化为Fe3+,在FeCl2溶液中加入少量铁屑,可防止Fe2+被氧化。
(2)Fe2+被氧化为Fe3+,Cl2被还原为Cl-,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
(3)O2难溶于煤油,加入煤油能隔绝空气,排除O2对实验的影响。
(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。
K3[Fe(CN)6]是检验Fe2+的试剂。
实验③溶液变红,说明溶液中仍存在Fe3+,由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。
(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应,Fe2+被氧化为Fe3+,H2O2被还原为H2O,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。
Fe3+对H2O2的分解起催化作用,当反应一段时间后,会发生反应:
2H2O2
2H2O+O2↑,故溶液中产生气泡。
由于H2O2分解反应放热,促使Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡右移,最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。
【答案】
(1)防止Fe2+被氧化
(2)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- (3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应 (5)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动
命题点2 “铁三角”关系在除杂过程中的应用
3.下列除杂的操作不正确的是( )
A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入足量镁充分反应后过滤
B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入过量铁粉充分反应后过滤
C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3:
加入NaOH溶液充分反应后过滤
D.CuCl2溶液中混有少量FeCl2:
先加入H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,再加入CuO充分反应后过滤
C [FeCl3溶液中存在水解平衡:
FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl,加入Mg与H+反应,平衡右移,使Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,A正确;加入过量铁粉,FeCl3与Fe反应生成FeCl2而达到除杂的目的,B正确;加入NaOH溶液,Cu2+、Fe3+均转化成氢氧化物沉淀,不符合除杂要求,C错误;先用H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,再利用FeCl3的水解,加入CuO与H+反应将Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,D正确。
]
[思维建模]
除去混合液中混有的Fe3+、Fe2+的思维模板示例
(1)除去Cu2+中混有的Fe3+的方法
向混合溶液中加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3其中之一,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(2)除去Cu2+中混有的Fe2+的方法
先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按
(1)的方法除去溶液中的Fe3+。
突破2|涉及Fe及其化合物的化工流程
[考纲知识整合]
1.回收Cu和制备FeCl3的流程
2.废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3、CuSO4·5H2O的流程
[高考命题点突破]
命题点 涉及Fe及其化合物的化工流程分析
1.实验室用含有杂质(FeO、Fe2O3)的废CuO制备胆矾晶体,经历下列过程,其中分析错误的是( )
CuSO4·5H2O晶体
已知:
Fe3+在pH=5时已完全沉淀。
A.步骤②中发生的主要反应为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O
B.步骤③利用CuCO3替代CuO也可调节溶液的pH
C.步骤②中可用氯水、HNO3等强氧化剂代替H2O2
D.步骤⑤的操作:
向漏斗中加少量蒸馏水至浸没晶体,待水自然流下后,重复操作2~3次
C [A项,步骤②中,H2O2具有氧化性,Fe2+具有还原性,二者会发生氧化还原反应:
H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O,正确;B项,CuCO3与硫酸发生反应生成CuSO4、CO2和水,产生的CO2从溶液中逸出,CuO与硫酸发生反应生成CuSO4和水,这两者最终都使溶液的pH增大,而溶液的成分不变,因此利用CuCO3替代CuO可调节溶液的pH,不影响实验结果,正确;C项,氯水、HNO3也可以氧化Fe2+生成Fe3+,但是会混入Cl-和NO
,错误;D项,洗涤时,向漏斗中加少量蒸馏水至浸没晶体,待水自然流下后,重复操作2~3次,正确。
]
2.(2018·广东五校联考)以赤铁矿(主要成分为60.0%Fe2O3,杂质为3.6%FeO、Al2O3、MnO2、CuO等)为原料制备高活性铁单质的主要生产流程如图所示:
已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表所示:
沉淀物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
pH
3.7
5.2
9.7
6.7
请回答下列问题:
(1)含杂质的赤铁矿使用前要将其粉碎,目的是__________________。
操作Ⅰ的名称是________。
(2)将操作Ⅰ后所得的MnO2与KClO3、KOH溶液混合共热,可得到K2MnO4,此反应的化学方程式是_____________________________________________
_____________________________________________________________。
(3)将pH控制在3.8的目的是_________________________________
_____________________________________________________________。
已知25℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20,该温度下反应Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+的平衡常数K=________。
(4)加入双氧水时反应的离子方程式为______________________________
_____________________________________________________________。
(5)利用氨气在500℃以上分解得到的氮原子渗透到铁粉中可制备氮化铁(FexNy),若消耗氨气17.0g,消耗赤铁矿石1kg,写出该反应完整的化学方程式:
___________________________________________________________________
_____________________________________________________________。
【解析】
(1)使用前将赤铁矿粉碎,可以增大酸浸时固液接触面积,加快浸出反应速率,提高浸出率。
经过操作Ⅰ得到固体和溶液,操作Ⅰ的名称为过滤。
(2)共热时MnO2转化为K2MnO4,Mn元素化合价升高,则Cl元素化合价降低,KClO3转化为KCl,根据得失电子守恒、原子守恒配平化学方程式:
3MnO2+6KOH+KClO3
3K2MnO4+KCl+3H2O。
(3)加入双氧水,将Fe2+氧化为Fe3+,溶液a中的阳离子为Fe3+、Al3+、Cu2+等,根据表中提供的Fe3+、Al3+、Cu2+完全沉淀时的pH可知,将pH控制在3.8的目的是使Fe3+全部沉淀下来而其他金属离子不形成沉淀。
25℃时,该反应的平衡常数K=
=
=
=
=5.0×10-9。
(4)加入双氧水时,Fe2+被氧化为Fe3+,发生反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。
(5)17.0g氨气为1mol,1kg赤铁矿石制得的单质铁为
×2+
=8mol,则NH3、Fe按照物质的量之比1∶8参加反应,根据原子守恒配平化学方程式:
16Fe+2NH3
2Fe8N+3H2。
【答案】
(1)增大固液接触面积,加快浸出反应速率,提高浸出率 过滤
(2)3MnO2+6KOH+KClO3
3K2MnO4+KCl+3H2O
(3)使Fe3+全部沉淀下来而其他金属离子不形成沉淀
5.0×10-9
(4)H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O
(5)16Fe+2NH3
2Fe8N+3H2
除去某溶液中含有的Fe2+杂质的思维模板:
一般先向溶液中加入氧化剂如H2O2,使Fe2+被氧化为Fe3+,然后加入溶于酸的难溶物调节pH,使Fe3+转化为沉淀FeOH3除去。
但要注意避免新杂质离子的引入。
2021届新高考化学模拟试卷
一、单选题(本题包括15个小题,每小题4分,共60分.每小题只有一个选项符合题意)
1.我国科学家在绿色化学领域取得新进展。
利用双催化剂Cu和Cu2O,在水溶液中用H原子将CO2高效还原为重要工业原料之一的甲醇,反应机理如下图。
下列有关说法不正确的是
A.CO2生成甲醇是通过多步还原反应实现的
B.催化剂Cu结合氢原子,催化剂Cu2O结合含碳微粒
C.该催化过程中只涉及化学键的形成,未涉及化学键的断裂
D.有可能通过调控反应条件获得甲醛等有机物
2.1.52g铜镁合金完全溶解于50mL浓度14.0mol/L的硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1120ml(标准状况),向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液,当金属离子全部沉淀时得到2.54g沉淀。
下列说法不正确的是()
A.该合金中铜与镁的物质的量之比是2:
1
B.NO2和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80%
C.得到2.54g沉淀时加入NaOH溶液的体积是600mL
D.溶解合金消耗HNO3的量是0.12mol
3.与氢硫酸混合后无明显现象的是
A.NaOH溶液B.亚硫酸C.FeCl3溶液D.氯水
4.阿巴卡韦(Abacavir)是一种核苷类逆转录酶抑制剂,存在抗病毒功效。
关于其合成中间体M(
),下列说法正确的是
A.与环戊醇互为同系物
B.分子中所有碳原子共平面
C.能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色,且原理相同
D.可用碳酸钠溶液鉴别乙酸和M
5.下列实验中根据现象得出的结论正确的是()
选项
实验
现象
结论
A
向NaAlO2溶液中持续通入气体Y
先出现白色沉淀,最终沉淀又溶解
Y可能是CO2气体
B
向某溶液中加入Cu和浓H2SO4
试管口有红棕色气体产生
原溶液可能含有NO3-
C
向溴水中通入SO2气体
溶液褪色
SO2具有漂白性
D
向浓度均为0.1mol/L的MgCl2、CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水
先出现蓝色沉淀
Ksp[Cu(OH)2]>Ksp[Mg(OH)2]
A.AB.BC.CD.D
6.化学与人们的日常生活密切相关,下列叙述正确的是
A.二氧化硅是制造玻璃、光导纤维的原料
B.纤维素、油脂是天然有机高分子化合物
C.白菜上洒少许福尔马林,既保鲜又消毒
D.NOx、CO2、PM2.5颗粒都会导致酸雨
7.2012年,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)宣布第116号元素命名为鉝(Livermorium),元素符号是Lv,以纪念劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)对元素发现作出的贡献。
下列有关叙述中不正确的是
①Lv的非金属性比S强②Lv元素原子的内层电子共有110个③Lv是过渡金属元素④Lv元素原子的最高价氧化物对应的水化物为强酸⑤Lv元素的最高价氧化物的化学式为LvO3
A.①③④B.①②④C.③⑤D.②⑤
8.化学与生产、生活密切相关。
下列说法错误的是
A.煤的焦化可以得到乙烯,煤的气化可以制得水煤气,煤间接液化后的产物可以合成甲醇
B.顺丁橡胶(顺式聚1,3-丁二烯)、尿不湿(聚丙烯酸钠)、电木(酚醛树脂)都是由加聚反应制得的
C.塑料、合成纤维和合成橡胶都主要是以煤、石油和天然气为原料生产的
D.石油在加热和催化剂的作用下,可以通过结构的重新调整,使链状烃转化为环状烃,如苯或甲苯
9.有机物M是合成某药品的中间体,结构简式如图所示。
下列说法错误的是
A.用钠可检验M分子中存在羟基
B.M能发生酯化、加成、氧化反应
C.M的分子式为C8H8O4
D.M的苯环上一硝基代物有2种
10.下列关于有机化合物的说法正确的是
A.C3H6C12有4种同分异构体
B.乙烯与Br2的CCl4溶液反应后,混合液分为两层
C.乙醇被氧化一定生成乙醛
D.合成材料会造成巨大的环境压力,应禁止使用
11.下列除杂方案正确的是
选项
被提纯的物质
杂质
除杂试剂
除杂方法
A
CO2(g)
SO2(g)
饱和NaHSO3溶液、浓H2SO4
洗气
B
NH4Cl(aq)
Fe3+(aq)
NaOH溶液
过滤
C
Cl2(g)
HCl(g)
饱和NaHCO3溶液、浓H2SO4
洗气
D
SO2(g)
SO3(g)
浓H2SO4
洗气
A.AB.BC.CD.D
12.下列说法不正确的是
A.图1表示的反应为放热反应
B.图1中Ⅰ、Ⅱ两点的速率v(Ⅰ)>v(Ⅱ)
C.图2表示A(?
)+2B(g)
2C(g)ΔH<0,达平衡后,在t1、t2、t3、t4时都只改变了一种外界条件的速率变化,由图可推知A不可能为气体
D.图3装置的总反应为4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3
13.化学是一门以实验为基础的学科。
下列实验装置和方案能达到相应目的是( )
A.图装置
,加热蒸发碘水提取碘
B.图装置
,加热分解制得无水Mg
C.图装置
,验证氨气极易溶于水
D.图装置
,比较镁、铝的金属性强弱
14.如图是部分短周期元素原子半径与原子序数的关系图。
字母代表元素,分析正确的是
A.R在周期表的第15列
B.Y、Q两种元素的气态氢化物及其最高价氧化物的水化物均为强酸
C.简单离子的半径:
X>Z>M
D.Z的单质能从M与Q元素构成的盐溶液中置换出单质M
15.下列物质转化在给定条件下不能实现的是
A.
B.饱和
C.
D.
二、实验题(本题包括1个小题,共10分)
16.二氧化硫(SO2)是一种在空间地理、环境科学、地质勘探等领域受到广泛研究的一种气体。
Ⅰ.某研究小组设计了一套制备及检验SO2部分性质的装置,如图1所示。
(1)仪器A的名称______________,导管b的作用______________。
(2)装置乙的作用是为了观察生成SO2的速率,则装置乙中加入的试剂是______________。
(3)①实验前有同学提出质疑:
该装置没有排空气,而空气中的O2氧化性强于SO2,因此装置丁中即使有浑浊现象也不能说明是SO2导致的。
请你写出O2与Na2S溶液反应的化学反应方程式______________。
②为进一步检验装置丁产生浑浊现象的原因,进行新的实验探究。
实验操作及现象见表。
序号
实验操作
实验现象
1
向10ml1mol·L-1的Na2S溶液中通O2
15min后,溶液才出现浑浊
2
向10ml1mol·L-1的Na2S溶液中通SO2
溶液立即出现黄色浑浊
由实验现象可知:
该实验条件下Na2S溶液出现浑浊现象是SO2导致的。
你认为上表实验1反应较慢的原因可能是______________。
Ⅱ.铁矿石中硫元素的测定可以使用燃烧碘量法,其原理是在高温下将样品中的硫元素转化为SO2,以淀粉和碘化钾的酸性混合溶液为SO2吸收液,在SO2吸收的同时用0.0010mol·L-1KIO3标准溶液进行滴定,检测装置如图2所示:
[查阅资料]①实验进行5min,样品中的S元素都可转化为SO2
②2IO3-+5SO2+4H2O=8H++5SO42-+I2
③I2+SO2+2H2=2I-+SO42-+4H+
④IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O
(4)工业设定的滴定终点现象是______________。
(5)实验一:
空白试验,不放样品进行实验,5min后测得消耗标准液体积为V1mL
实验二:
加入1g样品再进行实验,5min后测得消耗标准液体积为V2mL
比较数据发现V1远远小于V2,可忽略不计V1。
测得V2的体积如表
序号
1
2
3
KIO3标准溶液体积/mL
10.02
9.98
10.00
该份铁矿石样品中硫元素的质量百分含量为______________。
三、推断题(本题包括1个小题,共10分)
17.已知A、B、C、D、X、Y六种物质均由短周期元素组成,其中X为常见离子化合物,它们之间的转换关系如下图所示
(1)已知条件I和条件II相同,则该反应条件为____________________。
(2)物质X的电子式为_____________________。
(3)写出B与Ca(OH)2反应的化学方程式______________________________。
(4)写出X在条件II下反应生成B、C、D的离子方程式_____________________________________________。
(5)写出实验室制B的化学方程式,并标出电子转移方向、数目____________________________________________。
(6)请简述鉴定物质X的实验方法____________________________________。
四、综合题(本题包括2个小题,共20分)
18.有A、B、C、D四种元素,其中A元素和B元素的原子都有1个未成对电子,A+比B-少一个电子层,B原子得一个电子填入3p轨道后,3p轨道已充满;C原子的p轨道中有3个未成对电子,其气态氢化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氢化物中最大;D的最高化合价和最低化合价的代数和为4,其最高价氧化物中含D的质量分数为40%,且其核内质子数等于中子数。
R是由A、D两元素形成的离子化合物,其中A+与D2-离子数之比为2∶1。
回答下列问题:
(1)A元素形成的晶体属于A2密堆积型式,则其晶体内晶胞类型应属于______(填写“六方”、“面心立方”或“体心立方”)。
(2)B-的电子排布式为____________,在CB3分子中C元素原子的原子轨道发生的是___________杂化。
(3)C的氢化物的空间构型为____________________,其氢化物在同族元素所形成的氢化物中沸点最高的原因是____________________
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