1、备战高考化学压轴题专题铁及其化合物推断题的经典综合题及详细答案一、铁及其化合物1 下列框图中的字母分别代表一种常见的物质或其溶液，相互之间的转化关系如图所示（部分产物及反应条件已略去）。已知A、B 为气态单质，F 是地壳中含量最多的金属元素的单质； E、 H、 I 为氧化物， E 为黑色固体，I 为红棕色气体；M 为红褐色沉淀。请回答下列问题：(1)A 在 B 中燃烧的现象是 _ 。(2)D+E B的反应中，被氧化与被还原的物质的物质的量比是_ 。(3)G+J M的离子方程式是 _ 。(4)Y 受热分解的化学方程式是_ 。(5)检验硫酸铁溶液中是否存在Fe2 的试剂是 _。【答案】放出大量的热
2、，产生苍白色火焰2:1 3AlO23 +6H233+FeO=3Al(OH) +Fe(OH)4Fe(NO3)32Fe2O3+12NO2 +3O2酸性高锰酸钾溶液【解析】【分析】F 是地壳中含量最多的金属元素的单质，则F 为 Al，转化关系中X 电解得到三种物质，为电解电解质与水型，A、B 为气态单质，二者为氢气和氯气，二者反应生成D， D 为 HCl，E为黑色固体，为氧化物，和HCl 反应又生成B 气体， A 为 H2， B 为 Cl2 ，E 为 MnO 2，电解 X是电解氯化钠溶液，C 为 NaOH，与 Al 反应生成 G，G 为 NaAlO2； M 为红褐色沉淀为Fe(OH)3，所以 J是含
3、三价铁离子的物质，是H 和 D 反应生成，证明J 为 FeCl3， H、 I 为氧化物判断 H 为 Fe2O3， I 为红棕色气体为NO2，结合转化关系可知，N 为 HNO3 ，Y 为Fe(NO3)3，结合物质的性质来解答。【详解】(1) A 为 H2，B 为 Cl2， H2 在 Cl2 中燃烧的现象是：气体安静燃烧，放出大量的热，火焰呈苍白色，并有白雾产生；(2) D+E B的反应为 MnO +4HCl加热中 Mn 元素化合价降低，被还MnCl +Cl +2H O， MnO22222原， HCl 中 Cl 元素化合价升高，被氧化，4mol 盐酸参与反应，发生氧化反应的盐酸为2mol ，另外
4、2mol 盐酸显酸性，则n(被氧化的物质HCl)： n(被还原的物质 MnO2)=2： 1；(3) G(NaAlO2)+J(FeCl3) M(Fe(OH)3)的反应是在水溶液中发生的双水解反应，反应离子方程式是： 3AlO2 +Fe3+6H2O=3Al(OH)3 +Fe(OH)3；(4)依据分析推断可知Y 为 Fe(NO3)3，受热分解生成二氧化氮和氧化铁，依据原子守恒配平书写的化学方程式是：4Fe(NO3 )32Fe2 O3+12NO2 +3O2；(5)检验硫酸铁溶液中是否存在Fe2+的方法是取少量待测液于试管中，滴加几滴酸性高锰酸钾溶液，若溶液紫色褪去，证明原溶液中含有Fe2+，反之没有F
5、e2+。2 室温下， A 是常见的金属单质、单质条件下，它们可以按下面框图进行反应；B 是黄绿色气体、单质C 是无色气体。在合适反应E 是无色溶液，F 是淡绿色溶液。B 和 C 反应发出苍白色火焰。请回答：（ 1） A 是 _ ，B 是 _， C 是 _ （请填写化学式）；（ 2）反应 的化学方程式 _ ；（ 3）反应 的离子方程式 _ ；（ 4）反应 的离子方程式 _ 。【答案】 Fe Cl2 223 Fe2 H22 Cl23H2Fe+3Cl2FeClFe2H2Fe 2Fe2Cl【解析】【分析】室温下， A 是常见的金属单质、单质B 是黄绿色气体、单质C 是无色气体，B 是氯气， B 和C反
6、应发出苍白色火焰，C 是氢气， E 是氯化氢。 F 是淡绿色溶液，F 溶液中含有亚铁离子，所以A 是铁， F 是氯化亚铁，D 是氯化铁，据以上分析解答。【详解】室温下， A 是常见的金属单质、单质B 是黄绿色气体、单质C 是无色气体，B 是氯气， B 和C反应发出苍白色火焰， C 是氢气， E 是氯化氢。 F 是淡绿色溶液， F 溶液中含有亚铁离子，所以 A 是铁， F 是氯化亚铁， D 是氯化铁，(1) 根据以上分析可知 A、 B、C 分别是 Fe、 Cl 2、 H2；(2)反应为铁与氯气反应生成氯化铁，化学方程式为2Fe+3Cl22FeCl ；3(3)反应为铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，
7、离子方程式为Fe 2H Fe2 H2；(4)反应为氯化亚铁与氯气反应生成氯化铁，离子方程式为2Fe2 Cl 2Fe32Cl。23 某淡黄色固体A（仅含三种元素，式量小于160）可用于制药，为探究其组成和性质，设计并完成如下实验：已知：上述流程中所涉及的反应都充分进行。B、 C、 D 均为常见气体。相同情况下气体B 的密度大气体C。黑色固体 E 溶于盐酸后滴加KSCN，无明显现象，加适量氯水后，溶液变红。请问答：（ 1）写出气体 B 的电子式 _，固体 A 的化学式是 _。（ 2）黑色固体 E 与足量浓硝酸反应的离子反应方程式是_。【答案】FeC2 4+3+23O3FeO + 10H + NO=
8、 NO + 3Fe+ 5H O【解析】【分析】m3.2g0.1mol ，相B、 C、 D 均为常见气体说明 D 单质为氧气，物质的量为 n=32g mol 1M同情况下气体 B 的密度大气体C 则说明 B 为二氧化碳， B 与过氧化钠反应，则C 为一氧化碳，气体物质的量为n= V =8.96L10.4mol 由于生成0.1mol 氧气，根据 2CO2 +Vm22.4L mol2Na2 O2 = 2Na2CO3 + O2，因此二氧化碳的物质的量为0.2mol ， CO物质的量为0.2mol ，黑色固体 E 溶于盐酸后滴加 KSCN，无明显现象，说明无铁离子，加适量氯水后，溶液变红，说明原物质为
9、FeO，则 m(FeO) = 28.8g-0.2mol-1-128 g?mol- 0.2mol 44 g?mol= 14.4g，则 FeOm14.4g0.2mol ，因此 n(Fe): n(C): n(O) =物质的量 n=71g mol 1M0.2mol:(0.2mol+0.2mol):(0.2mol+0.2mol+0.2mol，2)则化=1:2:4学式为 FeC O。24【详解】气体 B 为二氧化碳，其电子式，根据上面分析得到固体A 的化学式是 FeC2O4；故答案为：； FeC2O4。黑色固体 E 即 FeO 与足量浓硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，其离子反应方程式是3FeO + 10
10、H+ + NO3= NO + 3Fe3+ + 5H2O；故答案为： 3FeO + 10H+ NO3 = NO + 3Fe3+ +5H2O。4 铁及其化合物在生活、生产中有广泛应用。请回答下列问题：(1)在实验室中，FeCl 2 可用铁粉和 _反应制备， FeCl3 可用铁粉和 _反应制备。(2)黄铁矿 ( 主要成分为FeS2 ) 是生产硫酸和冶炼钢铁的重要原料。高温下可发生反应：高温3FeS28O2 = 6SO2Fe3O 4 ，该过程中若有 1.5mol FeS2 参加反应，则反应过程中转移 _mol 电子。(3) K 2FeO4 与 Zn 组成新型二次电池高铁电池，电解液为碱溶液，其反应式为
11、：充电3Zn(OH)22Fe(OH) 24KOH ?放电3Zn2K2 FeO48H 2O ，放电时电池的负极反应式为_ ；充电时电解液的pH_ (填 “增大 ”“减小 ”或 “不变 ”之一) 。(4)某同学向盛有H 2O2 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) 。【答案】盐酸( 或氯化铁)氯气16Zn2OH2eZn(OH)2减小2Fe2H 2O22H2Fe32H 2 OFe3催化H 2O 2 分解产生O2H 2O2 分解反应
12、放热，促进 Fe3的水解平衡正向移动【解析】【分析】(1) Fe与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气； Fe 与氯化铁反应生成氯化亚铁， Fe 与氯气反应生成氯化铁；(2) 3FeS2高温中， Fe、S 元素的化合价升高，O 元素的化合价降低；8O2= 6SO2Fe3 O 4(3) Zn 元素的化合价升高，放电时负极上Zn 失去电子；由电池反应可知，充电时消耗KOH；(4)酸性条件下 H 2O 2将亚铁离子氧化为铁离子；铁离子能催化H 2 O 2 分解产生氧气；从平衡角度分析。【详解】(1)在实验室中， FeCl2可用铁粉和盐酸( 或氯化铁 ) 反应制取； FeCl 3 可用铁粉和氯气反应制取， 故答
13、案为：盐酸( 或氯化铁 ) ；氯气；(2) 3FeS2高温中， Fe、S 元素的化合价升高，O 元素的化合价降低，8O2= 6SO2Fe3 O 41.5molFeS2 参加反应，则消耗氧气为4mol ，由 O 元素的化合价变化可知，转移的电子为4mol22016mol ， 故答案为：16；(3) Zn 元素的化合价升高，放电时负极上Zn 失去电子，电极反应为Zn 2OH2eZn(OH) 2 ，由电池反应可知，充电时消耗KOH，则 pH 减小， 故答案为： Zn2OH2eZn(OH) 2 ；减小；(4)向盛有 H 2 O 2 溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl 2 溶液，发生的离子方程式为：2F
14、e2H 2O22H2Fe32H 2 O ； Fe3催化氧化 H 2 O 2 分解产生 O2 ，故一段时间后，溶液中有气泡出现；生成沉淀的原因是H 2O 2 分解反应放热，促进 Fe3 的水解平衡正向移动， 故答案为： 2Fe2H 2 O 22H2Fe32H 2O ； Fe3 催化氧化 H 2 O 2 分解产生 O 2 ； H 2O 2 分解反应放热，促进Fe3的水解平衡正向移动。5 黄血盐 亚铁氰化钾K4Fe CN6( 抗结剂 ) ，我国卫生部规定实() 目前广泛用作食品添加剂验中黄血盐的最大使用量为10mg/ kg，一种制备黄血盐的工艺如下：请回答下列问题：( 1)过滤需要用到的玻璃仪器有_
15、；写出中间产物CaSO4 的一种用途 _。( 2)步骤 I 反应的化学方程式是_。( 3)步骤 V 所用的试剂 X 是 _( 填化学式 ) ，在得到产品前还需经过的步骤包括_。( 4) 工艺中用到剧毒的HCN 溶液，含CN- 等的废水必须处理后才能排放。CN- 的电子式是 _。处理含CN- 废水的方法：第一步NaClO 溶液先将CN- 不完全氧化为OCN- ；第二步NaClO溶液完全氧化OCN- 生成 N2 和两种盐。第二步反应的离子方程式是_。( 5) 已知反应：3Fe2+2 Fe( CN) 6 3- = Fe3 Fe( CN) 6 2 ( 蓝色沉淀 )4Fe3+3 Fe( CN) 6 4-
16、 =Fe4 Fe( CN) 6 3 ( 蓝色沉淀 )现有 Fe2+被氧化后的溶液，仅供选择的试剂：铁粉、铁氰化钾溶液、亚铁氰化钾溶液、KSCN溶液，请设计检验Fe2+是否氧化完全的实验方案 _。【答案】漏斗（普通漏斗）、玻璃棒、烧杯制作石膏或用于制作水泥的原料等（填一种即可）3Ca( OH) 2+ FeSO蒸发浓缩、冷却结4+6HCN= Ca2Fe( CN) 6+ CaSO4+ 6H2O K2CO3晶2-3ClO +2OCN +2OH = 3Cl + 2CO3+ N2 + H2 O 或 3ClO + 2OCN +H2O =3Cl + 2HCO3- + N2取氧化后的溶液少许于试管中，滴加几滴铁
17、氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，证明2+Fe完全被氧化，否则未完全氧化【解析】【分析】制备黄血盐的流程分析：步骤一加石灰水、硫酸亚铁、HCN溶液制备Ca2 Fe( CN) 6，没有化合价变化不属于氧化还原反应，根据步骤二过滤的滤渣CaSO4，确定步骤一的产物中含有CaSO4，故步骤一反应原理为：3Ca( OH) 2+ FeSO4+6HCN= Ca2Fe( CN) 6+ CaSO4 + 6H2O，该过程中CaSOKCl制备 K2CaFe( CN) 6：4 沉淀生成，步骤二过滤，步骤三加入Ca2Fe( CN) 6+2KCl= K2CaFe( CN) 6 + CaCl2，步骤四过滤，滤液进行废水处理，
18、滤渣为K2CaFe CN 6进行步骤五脱钙处理，在不引入新杂质的原则下，选用K2CO3进行脱钙，过滤( )得到滤液 K4Fe( CN) 6，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得产品K4Fe( CN) 6 3H2O。【详解】( 1) 过滤需要用到的玻璃仪器有普通漏斗、玻璃棒、烧杯；中间产物CaSO制作石膏或用于4制作水泥的原料等；(2) 根据分析，步骤I反应的化学方程式是3Ca OH 2+FeSO6HCNCa2Fe CN 6( )4+=( ) +CaSO4 + 6H2O；( 3) 步骤 V 脱钙过程，一般用碳酸盐脱去钙离子，且不引入新杂质的原则，应该使用碳酸钾，故试剂 X 为 K2 CO3；根据分析，
19、步骤五脱钙处理后，对滤液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得产品 K4Fe( CN) 6 3H2O；( 4) CN- 的电子式是；处理含 CN- 废水的方法：第一步NaClO 溶液先将 CN- 不完全氧化为OCN- ；第二步 NaClO溶液完全氧化OCN- 生成 N2和两种盐，NaClO作氧化剂被还原为NaCl，每个NaClO化合价,降低 2。每个 OCN中碳元素化合价为+4 为最高价不能被氧化，产物以Na2 33形CO 或 NaHCO式存在，氮的化合价为- 3，被氧化为 N2，每个氮气分子化合价上升6，故 n（ ClO）：n（N2） =3: 1，由于次氯酸钠水解显碱性，则污水处理的第二步对应的离子
20、反应式为：3ClO+ 2OCN +2OH = 3Cl + 2CO32- + N22+ 2OCN+ H2 + 2HCO3-+ H O 或 3ClOO =3ClN2。( 5) 设计检验 Fe2+是否氧化完全的在于检测此时溶液中是否有Fe2+， Fe3+无需检验，则根据已知信息3Fe2+ 2 Fe CN6 3-Fe62+ ()= 3Fe CN ( 蓝色沉淀 ) ，实验方案是：取少量氧化后的( )溶液放于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，证明Fe2+ 完全被氧化，若出现蓝色沉淀，证明还有2+Fe未完全被氧化。【点睛】在书写氧化还原反应式过程中，判断物质中元素的化合价OCN，可以结合氢离子
21、写成酸的结构 HOCN，结构式 H-O-CN ，按照非金属性O N C H，三对共用电子偏向N，N的化合价为 - 3，碳与氧的公用电子偏向氧，故C的化合价为 +4。6 粉煤灰是燃煤产生的工业固体废料，主要成分有Al2O3、 SiO2 ，还含有少量Fe2O3、 CaO等。采用酸碱联合的方法从粉煤灰中综合回收氧化铝及二氧化硅的工艺流程如下：硫酸熟化过程中发生的反应有：Al2 O3?2SiO +3H2SO4=Al(SO4)3 +2SiO2 +3H2O3Al2O3?2SiO +9H2 SO4=3Al2( SO4)3 + 2SiO2 +9H2 O(1) 结“晶 ”操作：缓缓加热，浓缩至_ ，放置冷却，得
22、到Al2(SO4)3 ?18H2O。(2)Al2(SO4)3?18H2O 在 250 300下失重 40.5%得 Al2 (SO4)?xH2O， x=_。(3) 还“原焙烧 ”过程中发生反应的化学方程式为_。(4)设计实验检验粗氧化铝中是否含有Fe2O3：_。(5)向硅酸钠溶液中通入过量CO2 制备白炭黑的化学方程式为_。(6)粗氧化铝制备冶金级氧化铝过程中发生反应 Al(OH)4- +CO2=Al(OH)3 + HCO3- ，该反应的平衡常数为 _已知 Al(OH)32 Al(OH)4-+1-1323?H22+H O ?+H K =4 10； H COO +COK2 =600； Kal (H
23、2CO3 ) =4.2-7、 K-11 10a2(H2CO3) =5.6 10。【答案】表面出现结晶薄膜32Al2焙烧4 32322(SO ) +3C2Al O +3CO +6SO 取粗氧化铝少许于试管中加稀硫酸溶解，静置，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则粗氧化铝中含有Fe2O3杂质Na23223221.75 103SiO +2CO +(n+1)H O=2NaHCO +SiO ?nHO【解析】【分析】粉煤灰主要成分有Al2 322 3O 、 SiO ，还含有少量 Fe O 、CaO 等，加入浓硫酸反应生成硫酸铝，水浸主要得到SiO2 高硅渣，滤液经过结晶脱水得到硫酸铝，硫酸铝与焦炭反应生成粗氧
24、化铝，验证粗氧化铝是否含有氧化铁，先将物质溶于稀硫酸后加KSCN溶液，观察现象；向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳反应生成碳酸氢钠和白炭黑SiO2?nH2O。【详解】(1)结“晶 ”操作：缓缓加热，浓缩至表面出现结晶薄膜，放置冷却，得到Al2(SO4)3?18H2O；故答案为：表面出现结晶薄膜。(2)假设 100gAl2(SO )?18HO 在 250 300 下失重 40.5%，剩余 100g (1-40.5%)=59.5g432242666 = 342+18x，解得 x=3；故答案为： 3。Al (SO )?xHO，100g59.5g(3)根据 “还原焙烧 ”产物之一经过烟气制酸，硫酸铝和碳“
25、还原焙烧 ”生成氧化铝、二氧化碳和二氧化硫，发生反应的化学方程式为2Al2(SO4)3+3C焙烧2Al2O3 +3CO2 +6SO2；故答案为： 2Al2焙烧4 32Al2 322(SO ) +3CO + 3CO + 6SO。(4)实验检验粗氧化铝中是否含有Fe2O3，将粗品溶于稀硫酸中，利用生成的铁离子与KSCN溶液反应是否有红色物质生成；故答案为：取粗氧化铝少许于试管中加稀硫酸溶解，静置，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则粗氧化铝中含有Fe2O3 杂质。(5)向硅酸钠溶液中通入过量 CO2 生成碳酸氢钠和白炭黑 SiO2?nH2O，其化学方程式为 Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=
26、2NaHCO3+SiO2?nH2O ；故答案为： Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O =2NaHCO +SiO ?nH O 。322324+， H232223?+ ，根据盖3(6) Al(OH) +H O ? Al(OH) +HCO ?H O +CO ， H COHCO +H斯定律 - - 得到 Al(OH)4233，方程式相减，平衡常数相除，因+CO =Al(OH) + HCO此Al(OH) 4233平衡常数为K4.2 1073；故答案+CO =Al(OH) + HCO10 13=1.75 1046003为： 1.75 10。72019 年诺贝尔化学奖颁给了为锂电池发展作出突出贡献的
27、三位科学家。某废旧锂电池正极主要由 LiFePO4、铝箔、炭黑等组成， Fe、 Li、 P 具有极高的回收价值，具体流程如下：（ 1）过程生成 NaAlO2 溶液的离子方程式是 _。（ 2）过程中 HCl/H2O2 的作用是 _。（ 3）浸出液 X 的主要成分为 Li+、 Fe3+、 H2PO4-等。过程控制碳酸钠溶液浓度20%、温度85 、反应时间3 h 条件下，探究pH 对磷酸铁沉淀的影响，如图所示。综合考虑铁和磷沉淀率，最佳pH 为 _。结合平衡移动原理，解释过程中pH 增大，铁和磷沉淀率增大的原因_。当pH 2.5后，随pH 增加，磷沉淀率出现了减小的趋势，解释其原因_。（ 4） Li
28、FePO4 可以通过 (NH4 )2Fe(SO4)2、H3PO4 与 LiOH 溶液发生共沉淀反应制取，共沉淀反应的化学方程式为_。【答案】 2Al 2OH-2H2O=2AlO2- 3H2溶解 LiFePO4，将 Fe2+氧化为 Fe3+（ 2Fe2+H2 O2+2H+=2Fe3+2H2O） 2.5 H2PO4-HPO42-+H+， HPO42-PO43- +H+，加入2-+3-)增大，与3+Na2CO3 后， CO3结合 H 使 c(H )减小，促进上述电离平衡正向移动，c(PO4Fe结合形成磷酸铁沉淀（或者：-2-+2-PO43-+H2PO4HPO4+H ， HPO4+H ，溶液 pH 增
29、大，+3-3+结合形成磷酸铁沉淀pHc(H )减小，促进上述电离平衡正向移动，c(PO4)增大，与 Fe2.5 时，沉淀中的磷酸铁会有部分开始转变生成Fe(OH)3，使得部分 PO43- 释放，导致磷沉淀率下降(NH4 24 2344442) Fe(SO ) +H PO +LiOH=2NH HSO +LiFePO +H O 或(NH4)2Fe(SO4)2+H3PO4+3LiOH=(NH4 )2SO4+Li2SO4+LiFePO4 +3H2O【解析】【分析】含 LiFePO4、铝箔、炭黑的废旧锂电池，用NaOH 溶解后过滤，滤液为 NaAlO2 溶液，滤渣为 LiFePO4 和炭黑，再用盐酸酸化
30、的H2O2 溶解滤渣并过滤，得到主要成分为Li+、 Fe3+、-X，向 X 中加入 Na2CO3溶液，有 FePO4?2H2O 析出，过滤的滤液主要是H2PO4 等的溶液LiCl，再加入饱和 Na2CO3 溶液，再过滤即可得到LiCO3 粗产品，据此分析解题。【详解】(1)过程 Al 溶于 NaOH 溶液生成 NaAlO2 和 H2 ，发生反应的离子方程式是2Al 2OH-2H2O=2AlO2-3H2；(2)过程是除铝后料中加入盐酸酸化的H2O2，过滤后得到主要成分为Li+、 Fe3+、 H2PO4-等的溶液 X，由知 HCl/H2O2 的作用是溶解LiFePO4，将 Fe2+氧化为 Fe3+
31、；(3)分析图中数据可知，当pH=2.5 时磷的沉淀率最高，铁的沉淀率较高，则过程选择的最佳 pH 为 2.5；已知溶液 X 中存在 H2 4-的电离平衡，即 H2 4-42-+， HPO42-43-+H+，过POPOHPO+HPO程中当加入 Na2332- 结合 H+使 c(H+)减小，促进上述电离平衡正向移动，43-)CO 后， COc(PO增大，与 Fe3+结合形成磷酸铁沉淀，提高了铁和磷沉淀率；已知 FePO4(s)3+43-后，随 pH 增加，溶液中-Fe (aq)+ PO(aq)，当 pH 2.5c(OH )增大，Fe3+开始转变生成Fe(OH)3，促进溶解平衡正向移动，使得部分PO43- 释放，导致磷沉淀率下降；(4)(NH) Fe(SO ) 、 H PO与 LiOH 溶液混合生成LiFePO，同时得到 (NH ) SO和 Li S
