第22练　铁的重要化合物的转化(实验及工艺流程) 课时作业（含解析）2026届高三化学一轮总复习

第22练　铁的重要化合物的转化(实验及工艺流程)
一、 单项选择题
1. (2024·常州高三下模拟预测)实验室用如图所示装置(夹持仪器已省略)制备半导体材料纳米二硫化亚铁(FeS2)：将一定比例的Fe2O3、硫粉加入三颈烧瓶中，再加入一定量的有机物X(沸点为350 ℃)和有机酸Y；290 ℃条件下搅拌，一段时间后得到黑色悬浊液；冷却、分离、干燥得到产品。下列对实验事实的解释不合理的是(　　)
实验事实 解释
A 反应的溶剂用有机物X而不用水 有机物X易溶解硫且沸点较高
B 有机酸Y有利于Fe2O3的转化 有机酸Y能与Fe2O3反应，有利于Fe3＋参与后续反应
C 冷凝管内出现黄色气体 加热条件下有硫蒸气产生
D 产品中n(Fe)∶n(S)＝1∶1.87 产品中与S结合的Fe2＋部分转化为Fe3＋
　　　　　
2. (2025·楚中、新马高三期中联考)由硫铁矿烧渣(主要含Fe2O3、Al2O3、SiO2)制取绿矾的流程如下：
下列有关说法不正确的是(　　)
A. “酸溶”时先将烧渣粉碎并不断搅拌，可提高铁元素的浸出率
B. “反应”时发生的主要反应为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
C. “检验”时可用K4[Fe(CN)6]溶液检验上一步“反应”是否进行完全
D. 将第二次“过滤”所得滤液加热，经蒸发结晶可以制得绿矾
二、 非选择题
3. 实验室以FeS2为原料制备磷酸亚铁晶体[Fe3(PO4)2·8H2O]，其部分实验过程如下：
(1)将一定体积98%的浓硫酸稀释为200 mL 30%的硫酸，除量筒外，还必须使用的玻璃仪器有______________。
(2)检验“还原”已完全的实验操作为______________________________________________________。
(3)向过滤后的滤液中加入Na2HPO4，并用氨水或CH3COONa调节溶液pH，“共沉淀”生成Fe3(PO4)2·8H2O。
①若使用CH3COONa调节溶液pH，“共沉淀”反应的离子方程式为_____________________________________。
②不使用NaOH调节溶液pH的原因是_____________________________________________________。
③补充完整利用图所示装置(夹持装置已略去)制取Fe3(PO4)2·8H2O的实验方案：向三颈烧瓶中加入抗坏血酸溶液，_______________至混合液pH≈4，____________________________________________________________，充分搅拌一段时间，过滤，洗涤固体，真空干燥。(已知：所用抗坏血酸溶液pH＝2.8，当溶液pH控制在4～6之间时，所得晶体质量最好。恒压滴液漏斗a、b中分别盛放FeSO4溶液和CH3COONa—Na2HPO4混合液。)
(4)测定样品中Fe3(PO4)2·8H2O(M＝502 g·mol－1)的纯度。取0.627 5 g样品完全溶解后配制成250 mL溶液，取出25.00 mL于锥形瓶中，加入一定量的H2O2将铁元素完全氧化，以磺基水杨酸为指示剂，用0.020 00 mol·L－1 EDTA标准溶液进行滴定至终点(Fe3＋与EDTA按物质的量之比为1∶1发生反应)，消耗EDTA溶液15.00 mL。计算该磷酸亚铁晶体样品的纯度(写出计算过程)。
4. (2024·苏州三模)乙二胺四乙酸铁钠(化学式NaFeY·3H2O)是一种重要补铁剂，某小组以铁屑为原料制备NaFeY·3H2O并测定其含量。
已知：①NaFeY·3H2O是一种配合物，微溶于乙醇，20 ℃时水中的溶解度为4.3 g。
②乙二胺四乙酸(EDTA，用H4Y表示)是一种弱酸。
Ⅰ. 制备NaFeY·3H2O
实验室用铁屑制备NaFeY·3H2O的主要流程如图：
(1)“酸浸”时，下列措施一定能提高铁元素浸出率的是__________
A. 升高温度　 B. 加快搅拌速率　 C. 缩短浸取时间
(2)向酸浸所得滤液中通入足量O2，过程中浓度减少的离子有__________(填离子符号)。
(3)“制备”步骤，向氧化所得的FeCl3溶液中加入一定量EDTA(H4Y)，控制反应温度为70～80 ℃，加入NaHCO3溶液调节pH为5，搅拌，直到溶液中出现少量浑浊。其中发生的反应为4NaHCO3＋FeCl3＋H4YNaFeY＋3NaCl＋4CO2↑＋4H2O。
①从反应后的混合物中获得较高产率的NaFeY·3H2O粗品的实验操作是，__________________，过滤，水洗，干燥。检验NaFeY·3H2O是否洗净的试剂是__________________________。
②保持其他条件不变，乙二胺四乙酸铁钠的产率随反应液pH的变化如图1所示。pH过低或过高产品产率均减小的主要原因是___________________________________________________________________。
Ⅱ. 测定产品的纯度
样品中乙二胺四乙酸铁钠纯度可用Zn2＋标准溶液滴定。原理是在pH为5～6发生反应：Zn2＋＋Y4－??ZnY2－，二甲酚橙作指示剂，滴定终点时溶液由紫红色变黄色。
(4)补充完整实验方案：准确称取4.500 0 g样品，溶于一定量的蒸馏水，加入掩蔽剂排除Fe3＋干扰，得到待测溶液X，将溶液X完全转移到250 mL容量瓶中定容；按规定操作分别将0.010 00 mol·L－1 Zn2＋标准溶液和待测溶液X装入如图2所示的滴定管中：____________________________________________________________。
5. (2024·淮安五校高三上联考)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易被人体吸收的高效铁制剂，医疗上可以用来治疗缺铁性贫血。某课题组以硫铁矿烧渣(含Fe2O3、SiO2、少量Al2O3等)为原料，先制备碳酸亚铁，再与柠檬酸反应可以制得柠檬酸亚铁。其工艺流程如下：
已知：相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)：
金属离子 Al3＋ Fe2＋ Fe3＋
沉淀开始pH 3.1 5.9 1.2
沉淀完全pH 5.1 6.9 3.2
(1)基态Fe价电子排布式为______________。
(2)“浸泡”时加入过量硫酸的目的：_____________________________________________________。
(3)“除杂”时有同学提出下列两种途径，请选择较合理的途径并说明理由
_____________________________________________________________________________________________。
途径一：　
途径二：
(4)“制备FeCO3”时，Na2CO3溶液的浓度对沉淀中铁元素的质量分数以及FeCO3产率的影响如图：
Na2CO3溶液的浓度大于4 mol·L－1时，FeCO3的产率有所下降，而沉淀中铁元素质量分数仍在上升的原因是
________________________________________________________________________。
(5)已知柠檬酸亚铁易被氧化，能溶于水，不溶于乙醇。设计试验方案，从“除杂”后的FeSO4溶液制备柠檬酸亚铁晶体：______________________________________________________________，静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体。(必须用到的试剂有：Fe粉、4 mol·L－1 Na2CO3溶液、柠檬酸溶液、无水乙醇)
6. 硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)可用于生产聚合硫酸铁。以钕铁硼二次废渣(主要含Fe2O3、Fe3O4等)为原料制备硫酸亚铁晶体的实验流程如图：
(1)“酸浸”时，Fe3O4发生反应的离子方程式为______________________________________________。
(2)将“滤渣”返回“酸浸”工序，其目的是______________________________________________。
(3)与普通过滤相比，使用图1装置进行过滤的优点是_________________________________________。
(4)固定其他条件不变，反应温度、反应时间、铁粉过量系数分别对“滤液”中Fe3＋还原率的影响如图2、图3、图4所示。
　
设计由100 mL“滤液”[其中c(Fe3＋)＝0.8 mol·L－1]制备硫酸亚铁粗品的实验方案：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。(须使用的试剂和仪器：铁粉、冰水、真空蒸发仪)
(5)通过下列实验测定硫酸亚铁晶体样品的纯度。准确称取1.200 0 g样品置于锥形瓶中，用50 mL蒸馏水完全溶解，加一定量硫酸和磷酸溶液；用0.020 00 mol·L－1 KMnO4标准溶液滴定至终点(MnO转化为Mn2＋)，平行滴定3次，平均消耗KMnO4标准溶液42.90 mL。计算硫酸亚铁晶体样品中FeSO4·7H2O的质量分数(写出计算过程)。
第22练　铁的重要化合物的转化(实验及工艺流程)
1. D　解析：由题给信息可知，反应温度为290 ℃，水的沸点为100 ℃，且硫无法溶于水，因此使用沸点为350 ℃的有机物X做溶剂，A正确；氧化铁为固体，不易参与反应，有机酸可与氧化铁反应生成铁离子，有利于铁离子参与后续反应，B正确；硫单质为淡黄色，冷凝管中出现淡黄色气体，说明加热条件下有硫蒸气产生，C正确；二硫化亚铁中铁与硫的物质的量之比为1∶2，若有铁离子存在根据电荷守恒需要更多的S，二者比例会小于，D错误。故选D。
2. D　解析：硫铁矿烧渣(主要含Fe2O3、Al2O3、SiO2)中加入稀硫酸酸溶，Fe2O3、Al2O3溶解得到Fe3＋、Al3＋的酸性溶液，SiO2不反应，过滤，滤渣为SiO2，滤液中加入过量铁粉还原，离子方程式为：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，然后用K4[Fe(CN)4]溶液检验“反应”步骤是否进行完全，加入NaOH溶液调节溶液pH除铝，过滤，滤渣为氢氧化铝，滤液中含有FeSO4，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到绿矾FeSO4·7H2O。“酸溶”时先将烧渣粉碎并不断搅拌，能增大反应物的接触面积，加快反应速率，从而提高铁元素的浸出效率，A正确；“反应”时加入的过量铁粉与铁离子反应生成亚铁离子，主要发生反应的离子方程式为：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，B正确；“检验”时可用K4[Fe(CN)6]检验反应后的溶液中是否存在Fe3＋，C正确；滤液中含有FeSO4，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到FeSO4·7H2O，如果直接蒸发结晶易失去结晶水，D错误。故选D。
3. (1)烧杯、玻璃棒
(2)取少量还原后的溶液于试管中，滴加KSCN溶液(或亚铁氰化钾)，若无明显现象，则证明还原已完全，若溶液变为气泡，则证明未完全。
(3)①3Fe2＋＋2HPO＋2CH3COO－＋8H2O===Fe3(PO4)2·8H2O↓＋2CH3COOH　②NaOH碱性强，容易造成局部pH过高，生成Fe(OH)2等杂质　③向三颈烧瓶中滴加CH3COONa—Na2HPO4混合溶液　再向三颈烧瓶中滴加FeSO4溶液，通过调节恒压滴液漏斗a、b的活塞，控制溶液pH为4～6
(4)80.00%(过程见解析)
解析：二硫化亚铁煅烧得到氧化铁，硫酸酸溶后得到硫酸铁，用二硫化亚铁还原生成硫酸亚铁和硫沉淀，过滤，滤液用磷酸氢二钠共沉淀生成磷酸亚铁晶体[Fe3(PO4)2·8H2O]。
(1)将一定体积98%的浓硫酸稀释为200 mL 30%的硫酸，使用的仪器除量筒外，还必须使用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒；
(2)“还原”时，硫酸铁用二硫化亚铁还原生成硫酸亚铁和硫沉淀，反应已完全检验溶液中无铁离子，其实验操作为取少量还原后的溶液于试管中，滴加KSCN溶液(或亚铁氰化钾)，溶液变红(或生成蓝色沉淀)，说明含有铁离子，反之则不含有，“还原”已完全；
(3)①若使用CH3COONa调节溶液pH，“共沉淀”反应生成Fe3(PO4)2·8H2O和醋酸，其反应的离子方程式为3Fe2＋＋2HPO＋2CH3COO－＋8H2O===Fe3(PO4)2·8H2O↓＋2CH3COOH；②不使用NaOH调节溶液pH的原因是NaOH碱性强，容易造成局部pH过高，生成Fe(OH)2等杂质；③制取Fe3(PO4)2·8H2O的实验方案：向三颈烧瓶中加入抗坏血酸溶液，向三颈烧瓶中滴加CH3COONa—Na2HPO4混合溶液至混合液pH≈4，再向三颈烧瓶中滴加FeSO4溶液，通过调节恒压滴液漏斗a、b的活塞，控制溶液pH为4～6，充分搅拌一段时间，过滤，洗涤固体，真空干燥；
(4)每25.00 mL溶液中n(Fe2＋)＝0.020 00 mol·L－1×15.00 mL×10－3 L·mL－1＝3.000×10－4 mol，n[Fe3(PO4)2·8H2O]＝1.000×10－4 mol，0.627 5 g样品中含n[Fe3(PO4)2·8H2O]＝1.000×10－4 mol×＝1.000×10－3 mol，m[Fe3(PO4)2·8H2O]＝1.000×10－3 mol×502 g·mol－1＝0.502 0 g，纯度为×100%＝80.00%。
4. (1)B　(2)Fe2＋、H＋
(3)①冷却至室温，加入乙醇　AgNO3溶液和稀硝酸　②pH过低，H4Y电离出的Y4－浓度小(或pH过低，H4Y在水中溶出量小)，pH过大，Fe3＋转为Fe(OH)3，溶液中Fe3＋浓度减小
(4)准确量取25.00 mL(10～30 mL均可)待测溶液X于锥形瓶中，调节溶液pH至5～6，滴加2～3滴二甲酚橙为指示剂，向锥形瓶内逐滴滴加0.010 00 mol·L－1 Zn2＋标准溶液，当最后半滴标准溶液滴入时，溶液颜色恰好由紫红色变黄色，且半分钟内不恢复，记录标准液体积，重复操作2～3次
解析：(1)能够提高矿石中元素浸出率的方法一般是：适当提高温度、适当提高浓度、矿石粉碎、加速搅拌等，但是考虑此题加入的是稀盐酸，升高温度会让盐酸挥发，导致矿石反应不彻底，所以不能选择“升高温度”。故选B；
(2)向酸浸所得滤液中通入足量O2，溶液中浸出的Fe2＋，在酸性情况下与氧气反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，所以此过程中浓度减少的离子有Fe2＋和H＋；
(3)①结合题目意思，NaFeY·3H2O是微溶于乙醇，20 ℃时水中的溶解度为4.3 g，常温下溶解度低，使用乙醇溶解和降低温度都有利于其产品析出；②由于溶液中存在大量未消耗的氯离子，所以应该检测洗涤液中是否存在氯离子。故选AgNO3溶液和稀硝酸，③pH过低，H4Y在水中溶出量小，pH过大，Fe3＋转为Fe(OH)3，所以产率降低。
5. (1)3d64s2
(2)使烧渣充分溶解，提高铁元素的浸出率；抑制Fe3＋水解
(3)途径一较合理，途径一获得的FeSO4纯度高，途径二中FeSO4溶液中混有Al2(SO4)3
(4)Na2CO3溶液的浓度大于4 mol·L－1时，有更多的Fe2＋转化为Fe(OH)2，FeCO3产率下降，Fe(OH)2中Fe元素质量分数大于FeCO3中，故沉淀中铁元素质量分数仍在上升
(5)向硫酸亚铁溶液中逐滴加入4 mol·L－1 Na2CO3溶液，待沉淀不再增加后，过滤，将滤渣溶于足量的柠檬酸溶液中，同时加入适量铁粉，充分反应后将滤液浓缩，加入适量的无水乙醇
解析：硫铁矿烧渣(含Fe2O3、SiO2、少量Al2O3等)加硫酸浸泡、过滤得到含Fe3＋、Al3＋的溶液，通过除杂除去铝离子、将铁离子转化为亚铁离子，然后利用碳酸钠进行沉淀，再将碳酸亚铁转化为柠檬酸亚铁。
(1)Fe为26号元素，价电子排布式为3d64s2；
(2)加入过量硫酸，可以使烧渣充分溶解，提高铁元素的浸出率；且Fe3＋易水解，加入过量硫酸可抑制Fe3＋的水解；
(3)途径一：浸泡液中加入铁粉，发生Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，调pH在5.1～5.9，Al3＋全部转化成Al(OH)3沉淀，过滤，得到硫酸亚铁溶液；途径二：调pH使Fe3＋全部沉淀时，有部分Al3＋也以Al(OH)3的形式沉淀出来，因此制备的FeSO4溶液中混有Al2(SO4)3；
(4)Na2CO3溶液的浓度大于4 mol·L－1时，碱性太强，有更多的Fe2＋转化为Fe(OH)2，FeCO3产率下降，Fe(OH)2中Fe元素质量分数大于FeCO3中，故沉淀中铁元素质量分数仍在上升；
(5)从“除杂”后的FeSO4溶液制备柠檬酸亚铁晶体：向硫酸亚铁溶液中逐滴加入4 mol·L－1 Na2CO3溶液，待沉淀不再增加后，过滤，将滤渣溶于足量的柠檬酸溶液中，同时加入适量铁粉，充分反应后将滤液浓缩，加入适量的无水乙醇，静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体。
6. (1)Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O
(2)提高铁元素的浸出率
(3)过滤速度更快
(4)在80 ℃水浴加热条件下，向“滤液”中加入2.688 g铁粉，搅拌下反应2 h后，过滤；滤液在真空蒸发仪中蒸发、在冰水浴中冷却结晶、过滤
(5)99.39%(过程见解析)
解析：废渣溶于硫酸生成硫酸亚铁和硫酸铁，过滤后滤液中加足量铁粉将硫酸铁还原为硫酸亚铁，再过滤，通过蒸发浓缩冷却结晶得到粗品，再重结晶得到硫酸亚铁晶体，据此解答。
(1)Fe3O4与硫酸反应生成硫酸铁和硫酸亚铁，反应离子方程式为：Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O；
(2)将“滤渣”返回“酸浸”工序，可使Fe3O4和氧化铁更充分与硫酸发生反应，提高铁的浸取率；
(3)抽滤装置通过减小锥形瓶内的压强，可以加快过滤速率；
(4)由图可知温度在80 ℃时还原率最高，因此温度选80 ℃；在温度一定时过量系数为1.2时还原率最高，因此过量系数为1.2，而在前两者相同时反应时间2 h时还原率高，因此搅拌时间控制在2 h，结合过量系数可得：应加入铁粉的量为氯化铁消耗铁粉量的1.2倍，则100 mL“滤液”[其中c(Fe3＋)＝0.8 mol·L－1]，结合反应可知消耗铁粉0.04 mol，则需加0.04×1.2 mol＝0.048 mol，铁粉质量为0.048×56＝2.688 g，同时为防止硫酸亚铁被氧化，应在真空蒸发仪中蒸发，然后冷却结晶后过滤，具体步骤为：在80 ℃水浴加热条件下，向“滤液”中加入2.688 g铁粉，搅拌下反应2 h后，过滤；滤液在真空蒸发仪中蒸发、在冰水浴中冷却结晶、过滤；
(5)根据电子得失守恒可得关系式：MnO～5Fe2＋，n(Fe2＋)＝5n(MnO)＝0.020 00 mol·L－1×0.042 9 L×5＝0.004 29 mol，硫酸亚铁晶体样品中FeSO4·7H2O的质量分数＝×100%≈99.39%。