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第3课时 必备知识——铁及其重要化合物
[重要物质]①铁;②铁的氧化物(FeO、Fe O 和Fe O);③铁的氢氧化物[Fe(OH)
2 3 3 4 2
知识清单 和Fe(OH) ];④铁盐和亚铁盐
3
[基本规律]①“铁三角”之间的转化规律;②Fe2+和Fe3+的检验方法
知识点1 铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的存在及性质
(1)铁的存在
(2)铁的物理性质
导电、导热
颜色状态 特性 地壳含量
性、延展性
银白色固体 良好 被磁铁吸引 占第4位
(3)从原子结构角度认识铁的化学性质
铁元素在元素周期表中处于第四周期第Ⅷ族,其原子结构示意图为 ,最外层
有2个电子,在反应中易失去电子,故铁单质的化学性质活泼,有较强的还原性,主要化合价
为+2价和+3价。
①与非金属的反应
常温 铁锈(成分为Fe O·xHO)
2 3 2
与O 反应
2
点燃 3Fe+2O=====Fe O
2 3 4
与Cl 反应 点燃 2Fe + 3Cl ===== 2FeCl
2 2 3
与S、I 反应 Fe+S=====FeS、Fe+I=====FeI
2 2 2
②与HO(g)反应: 3Fe + 4H O (g) ===== Fe O + 4H 。
2 2 3 4 2
③与酸的反应
与H+反应 Fe + 2H + == =Fe 2 + + H ↑
2与稀 过量 Fe + 4H + + NO == =Fe 3 + + NO ↑ + 2H O
2
HNO
3
少量 3Fe + 8H + + 2NO == =3Fe 2 + + 2NO ↑ + 4H O
2
反应
与浓HSO 、
2 4
常温下钝化,加热分别生成SO 、NO
2 2
浓HNO 反应
3
④与盐(Cu2+、Fe3+)的反应:Fe+Cu2+===Fe2++Cu、 Fe + 2Fe 3 + == =3Fe 2 + 。
铁是变价金属元素,与弱氧化剂(如S、HCl、FeCl 、CuSO 、I 等)反应时被氧化为
3 4 2
Fe2+,铁与强氧化剂(如Cl、Br 、HNO、浓HSO 等)反应时被氧化为Fe3+。
2 2 3 2 4
2.列表比较铁的三种氧化物的性质
FeO Fe O Fe O
2 3 3 4
俗称 —— 铁红 磁性氧化铁
颜色、
黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体
状态
不是碱性
物质类别 碱性氧化物
氧化物
铁的价态 +2价 +3价 +2价,+3价
与H+
Fe O + 8H +
3 4
的反应 FeO + 2H + == = Fe O + 6H + == =
2 3
== =Fe 2 + +
(写离子 Fe 2 + + H O 2Fe 3 + + 3H O
2 2
2Fe 3 + + 4H O
2
方程式)
共同
高温时,都能被C、CO、H、Al等还原剂还原,生成单质铁
2
性质
①FeO和Fe O 与HNO 反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe2+被HNO 氧
3 4 3 3
化成Fe3+。②Fe O、Fe O 与HI反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe3+被I-还原为Fe2
2 3 3 4
+。
3.列表比较铁的两种氢氧化物的性质
Fe(OH) Fe(OH)
2 3
颜色、状态 白色固体 红褐色固体
溶解性 难溶于水 难溶于水
与盐酸反应
Fe(OH) + 2H + Fe (OH) + 3H + == =
2 3
(写离子
== = _ Fe 2 + + 2H O Fe 3 + + 3H O
2 2
方程式)
2Fe(OH) =====
3
热稳定性
Fe O + 3H O
2 3 2
可溶性亚铁盐与碱 可溶性铁盐与碱反应:
制备方法 反应:Fe2++2OH- Fe3++3OH-
===Fe(OH) ↓ ===Fe(OH) ↓
2 3在空气中,Fe(OH) 能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH) ,白
2 3
二者的转化 色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色:4Fe(OH) + O +
2 2
2H O == =4Fe (OH)
2 3
①Fe(OH) 与稀硝酸反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe2+与NO、H+发生
2
氧化还原反应。② Fe(OH) 与HI反应时,除考虑与H+的反应外,还考虑Fe3+被I-还原为Fe2
3
+。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)(2019·海南卷)Fe O 和Pb O 中的金属都呈现两种价态(√)
3 4 3 4
(2)(2019·天津卷)将废铁屑加入FeCl 溶液中,可用于除去工业废气中的Cl(√)
2 2
(3)(2019·江苏卷)稀硫酸具有酸性,可用于除去铁锈(√)
(4)(2018·江苏卷)在给定条件下,能实现转化关系:Fe O(s)――→Fe(s)――→FeCl (aq)
2 3 3
(×)
(5)(2018·北京卷)将NaOH溶液滴入FeSO 溶液中,观察到产生白色沉淀,随后变为红褐
4
色(√)
[通关2] (人教必修1·P70,2题改编)把铁片放入下列溶液中,发生化学反应且溶液的质
量减小的是( )
A.稀盐酸 B.CuCl 溶液
2
C.FeCl 溶液 D.NaSO 溶液
3 2 4
B [铁与稀盐酸发生反应:Fe+2HCl===FeCl +H↑,消耗1 mol Fe生成1 mol H ,溶液
2 2 2
质量增重54 g,A项错误;铁与CuCl 溶液发生反应:Fe+CuCl ===FeCl +Cu,消耗1 mol Fe
2 2 2
析出 1 mol Cu,溶液质量减轻 8 g,B 项正确;铁与 FeCl 溶液发生反应:2FeCl +
3 3
Fe===3FeCl ,消耗1 mol Fe,溶液质量增加56 g,C项错误;铁与NaSO 溶液不发生反应,D
2 2 4
项错误。]
[通关3] (新教材链接)(人教必修第一册·P72,3题改编)下列物质中,在一定条件下与铁
反应,且铁元素的化合价能变为+2价的是( )
①氯化铁溶液 ②氯气 ③硫酸铜溶液 ④稀盐酸 ⑤稀硝酸
A.①②③ B.②③④
C.③④⑤ D.①③④⑤
D [FeCl 溶液与Fe反应生成FeCl ,①正确;铁与氯气反应生成FeCl ,②错误;CuSO
3 2 3 4
溶液与Fe发生置换反应,生成FeSO 和Cu,③正确;铁与稀盐酸反应生成FeCl 和H,④正
4 2 2
确;足量铁与稀硝酸反应生成Fe(NO ),⑤正确。]
3 2
[通关4] (2021·湖南郴州检测)通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学
学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是( )
选项 操作、现象 解释
A 向KI淀粉溶液中加入FeCl 溶液,溶液变 Fe3+能与淀粉发生显色反应
3蓝
把生铁放置于潮湿的空气中,铁表面有
B 铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)
3
一层红棕色的斑点
C 向稀硝酸中加入少量铁粉,有气泡产生 说明Fe置换出硝酸中的氢,生成了氢气
新制Fe(OH) 露置于空气中一段时间,白
2
D 说明Fe(OH) 易被O 氧化成Fe(OH)
2 2 3
色物质变成了红褐色
D [Fe3+将I-氧化生成I,淀粉遇到I 显蓝色,并非Fe3+能与淀粉发生显色反应,A项错
2 2
误;铁锈的主要成分是Fe O·xHO,不是Fe(OH) ,B项错误;稀硝酸具有强氧化性,与铁粉
2 3 2 3
反应生成NO,不产生H,C项错误;Fe(OH) 易被O 氧化成Fe(OH) ,故新制Fe(OH) 露置于
2 2 2 3 2
空气中一段时间,白色物质最终变成了红褐色,D项正确。]
[通关5] (2021·山东实验中学检测)如下图所示,此装置可用来制取和观察Fe(OH) 在空
2
气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。填写下列
空白:
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的药品是________。A中反应的离子
方程式是_____________________________________________。
(2)实验开始时先将止水夹a____________(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH) 的操作过程_____________________________________________。
2
(4)实验完毕,打开b处止水夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生的反应为__________。
解析 Fe+2H+===Fe2++H↑,产生的 H 将 Fe2+压入 B 中,Fe2++2OH-
2 2
===Fe(OH) ↓;因为Fe(OH) 在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH) ,即发生4Fe(OH)
2 2 3 2
+O+2HO===4Fe(OH) 。
2 2 3
答案 (1)铁屑 Fe+2H+===Fe2++H↑ (2)打开
2
(3)待A装置反应一段时间后关闭止水夹a,产生的H 将FeSO 溶液压入B中进行反应
2 4
(4)4Fe(OH) +O+2HO===4Fe(OH)
2 2 2 3知识点2 亚铁盐和铁盐 “铁三角”之间的转化关系
1.亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐
含有Fe2+的溶液,呈浅绿色,既有氧化性,又有还原性。
①氧化性:Fe2+与Zn反应的离子方程式为 Zn + Fe 2 + == =Fe + Zn 2 + 。
②还原性:Fe2+与Cl 反应的离子方程式为 2Fe 2 + + Cl == =2Fe 3 + + 2Cl - 。
2 2
(2)铁盐
①氧化性:含Fe3+的溶液,呈黄色,Fe3+具有较强的氧化性。Fe3+与Cu、I-反应的离子方
程式分别为 2Fe 3 + + Cu == =Cu 2 + + 2Fe 2 + 、 2Fe 3 + + 2I - == =2Fe 2 + + I 。
2
②特性:含有Fe3+的溶液滴加KSCN溶液时,溶液变成血红色,常利用该特征现象检验
溶液中是否含有Fe3+。
2.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)Fe3+的检验
方法1 样品溶液―——————―→溶液变红色,证明含有Fe3+
方法2 样品溶液―——————―→产生红褐色沉淀,证明含有Fe3+
(2)Fe2+的检验
方法1 样品溶液――——————→无现象―————―→溶液变红色,证明含有Fe2+
样品溶液―————―→产生白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,
方法2
证明含有Fe2+
方法3 样品溶液―——————―→生成蓝色沉淀,证明含有Fe2+
①检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液
加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN-)。②Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性
KMnO 溶液检验Fe2+(Cl-能还原MnO生成Mn2+而使溶液褪色,产生干扰)。
4
3.“铁三角”之间的转化关系及其应用
(1)“铁三角”的转化关系
完成下列转化反应的离子方程式:
①将HS气体通入FeCl 溶液中产生淡黄色沉淀:H S + 2Fe 3 + == =S ↓ + 2Fe 2 + + 2H + 。
2 3 2②将FeCl 溶液滴入KI淀粉溶液,溶液变蓝: 2I - + 2Fe 3 + == =I + 2F e 2 + 。
3 2
③FeCl 可溶解铁片: 2Fe 3 + + Fe == =3Fe 2 + 。
3
④FeSO 可使酸性KMnO 溶液褪色: 5Fe 2 + + MnO + 8H + == =5Fe 3 + + Mn 2 + + 4H O。
4 4 2
⑤将FeCl 溶液滴入HNO 溶液中,有无色气体放出: 3Fe 2 + + NO + 4H + == =3Fe 3 + + NO ↑
2 3
+ 2H O。(2)“铁三角”转化关系的应用
2
①判断溶液中离子能否大量共存
Fe2+具有还原性,与ClO-、MnO、NO(H+)等离子不能大量共存。
Fe3+具有氧化性,与S2-、I-、SO等还原性离子不能大量共存;Fe3+与HCO、CO等离子发
生相互促进的水解反应而不能大量共存。
②亚铁盐和铁盐溶液的配制与保存
③物质的制备
制备无水FeCl :在HCl 气流中加热蒸发FeCl 溶液,抑制其水解。
3 3
制备Fe(OH) 胶体:向沸水中滴加饱和FeCl 溶液,继续煮沸至液体呈红褐色,停止加热
3 3
即可。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)(2020·天津卷)FeSO 溶液与溴水反应:2Fe2++Br ===2Fe3++2Br-(√)
4 2
(2)(2019·全国卷Ⅱ)向盛有FeCl 溶液的试管中加过量铁粉,充分振荡后加1滴KSCN溶
3
液,黄色逐渐消失,加KSCN后溶液颜色不变(√)
(3)(2019·北京卷)除去FeCl 溶液中的FeCl ,除杂试剂为铁粉(√)
2 3
(4)(2018·全国卷Ⅱ)探究维生素C的还原性:向盛有2 mL黄色氯化铁溶液的试管中滴
加浓的维生素C溶液,观察颜色变化(√)
(5)(2018·江苏卷)Cu与FeCl 溶液反应可生成CuCl (√)
3 2
[通关2] (人教必修1·P63,2题改编)为了检验某FeCl 溶液中是否含有FeCl ,下列实验
2 3
方案中最合理的是( )
A.加入适量铜粉,观察溶液是否变蓝
B.先滴加氯水,再滴加KSCN溶液,观察溶液是否变红
C.滴加酸性KMnO 溶液,观察溶液是否褪色
4
D.滴加KSCN溶液,观察溶液是否变红
D [加入适量铜粉,若溶液中FeCl 含量较低,溶液不会明显变蓝,现象不明显,A项错
3
误;先滴加氯水,可将FeCl 氧化生成FeCl ,滴加KSCN溶液,不能判断是否含有FeCl ,B项
2 3 3错误;Fe2+、Cl-都能被酸性KMnO 溶液氧化,溶液褪色,不能判断是否含有FeCl ,C项错误;
4 3
若FeCl 溶液中含有FeCl ,滴加KSCN溶液,溶液变成红色,实验现象最明显,该方案最合理,
2 3
D项正确。]
[通关3] (2021·江西九江检测)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Cl,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+
2
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+
C [KSCN溶液不能直接检验Fe2+的存在,Fe2+是否存在不确定,检验方法不合理,A项
错误;Fe3+干扰Fe2+的检验,若原溶液中含有Fe3+且不含Fe2+,也会产生相同现象,检验方法
不合理,B项错误;Fe3+与OH-生成红褐色的Fe(OH) 沉淀,检验方法合理,C项正确;
3
Mg(OH) 为白色沉淀,易被红褐色沉淀掩盖,无法确定原溶液中是否含有Mg2+,检验方法不
2
合理,D项错误。]
[通关4] (新教材链接)(人教必修第一册·P72,2题改编)除去下列物质中含有的少量杂质
(括号内为杂质),写出除杂所用试剂的化学式及反应的离子方程式:
所用试剂 反应的离子方程式
① FeCl (FeCl )
3 2
② FeCl (FeCl )
2 3
③ FeSO (CuSO )
4 4
④ Fe(OH) [Al(OH) ]
3 3
答案 ①Cl 2Fe2++Cl===2Fe3++2Cl-
2 2
②Fe 2Fe3++Fe===3Fe2+
③Fe Fe+Cu2+===Fe2++Cu2+
④NaOH Al(OH) +OH-===AlO+2HO
3 2
[通关5] (深度思考)(全国卷Ⅱ)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问
题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl 溶液中
2
需加入少量铁屑,其目的是______________________________________。
(2)甲组同学取2 mL FeCl 溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明
2
Cl 可将Fe2+氧化。FeCl 溶液与氯水反应的离子方程式为________________________。
2 2
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl 溶液中先加入0.5 mL煤
2
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10 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl 溶液混合。分别
3
取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验:
①第一支试管中加入1 mL CCl 充分振荡、静置,CCl 层显紫色;
4 4
②第二支试管中加入1滴K[Fe(CN) ]溶液,生成蓝色沉淀;
3 6③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HO 溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl 溶液,溶液变成棕黄色,发
2 2 2
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O 氧化为Fe3+,在FeCl 溶液中加入少
2 2
量铁屑,可防止Fe2+被氧化。
(2)Fe2+被氧化为Fe3+,Cl 被还原为Cl-,反应的离子方程式为2Fe2++Cl===2Fe3++2Cl
2 2
-。
(3)O 难溶于煤油,加入煤油能隔绝空气,排除O 对实验的影响。
2 2
(4)KI溶液与FeCl 溶液反应的离子方程式为2I-+2Fe3+===I +2Fe2+。K[Fe(CN) ]是检
3 2 3 6
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FeCl 溶液与HO 反应,Fe2+被氧化为Fe3+,HO 被还原为HO,反应的离子
2 2 2 2 2 2
方程式为HO+2Fe2++2H+===2Fe3++2HO。Fe3+对HO 的分解起催化作用,当反应一段
2 2 2 2 2
时间后,会发生反应:2HO=====2HO+O↑,故溶液中产生气泡。由于HO 分解反应放热,
2 2 2 2 2 2
促使Fe3++3H
2
O⇌Fe(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++Cl===2Fe3++2Cl- (3)隔绝空气(排除氧气对实
2
验的影响)
(4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应 (5)2Fe2++HO +2H+===2Fe3++2HO Fe3+催化HO 分
2 2 2 2 2
解产生O HO 分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动
2 2 2训练(十四) 铁及其重要化合物
1.(2021·山东聊城检测)下列说法正确的是( )
A.Fe在高温条件下与水蒸气反应生成H 和Fe(OH)
2 3
B.Fe O 溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液,溶液显红色
3 4
C.FeCl 溶液蒸干、灼烧后得到FeCl 固体
3 3
D.FeCl 饱和溶液滴入NaOH溶液中可制备Fe(OH) 胶体
3 3
B [Fe与水蒸气发生的反应为3Fe+4HO(g)=====Fe O+4H,生成产物是Fe O 而不
2 3 4 2 3 4
是Fe(OH) ,A项错误。Fe O 与盐酸发生反应为Fe O+8HCl===2FeCl +FeCl +4HO,反应
3 3 4 3 4 3 2 2
所得混合液中含有Fe3+,滴加KSCN溶液后,发生反应:Fe3++3SCN- ⇌Fe(SCN)
3
,因生成
Fe(SCN)
3
溶液显红色,B项正确。FeCl
3
易发生水解反应:FeCl
3
+3H
2
O⇌Fe(OH)
3
+3HCl,溶液
蒸发过程中,水解生成的HCl不断挥发,平衡正向移动,蒸干得到Fe(OH) 固体。Fe(OH) 在
3 3
高温灼烧时发生分解反应,化学方程式为2Fe(OH) =====Fe O+3HO,最终得到Fe O 固体,
3 2 3 2 2 3
C 项错误。FeCl 饱和溶液滴入 NaOH 溶液发生复分解反应,化学方程式为 FeCl +
3 3
3NaOH===Fe(OH) ↓+3NaCl,生成Fe(OH) 沉淀,得不到Fe(OH) 胶体,D项错误。]
3 3 3
2.(2020·甘肃静宁模拟)下列叙述正确的是( )
A.Fe与稀HNO、稀HSO 反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应
3 2 4
B.足量的Fe在Cl 中燃烧生成FeCl 和FeCl
2 2 3
C.先后将等物质的量的Fe O 和Fe分别溶于同一稀盐酸时无气体放出
2 3
D.Fe O―——―→FeCl (aq)――→无水FeCl ,在给定的条件下能实现转化
2 3 3 3
C [Fe与稀HSO 反应生成FeSO 和H,属于置换反应,但与稀HNO 反应生成NO,不
2 4 4 2 3
是置换反应,A项错误; Fe与Cl 反应只生成FeCl ,不生成FeCl ,B项错误;先后将Fe O 和
2 3 2 2 3Fe 分别溶于同一稀盐酸中,由于 Fe3+的氧化性强于 H+,则依次发生反应:Fe O +
2 3
6HCl===2FeCl +3HO、2FeCl +Fe===3FeCl ,故无气体放出,C项正确; Fe O 溶于HCl溶
3 2 3 2 2 3
于得到FeCl 溶液,由于FeCl 发生水解反应,故加热FeCl 溶液不能得到无水FeCl ,D项错
3 3 3 3
误。]
3.(2021·黑龙江哈尔滨检测)铁与水蒸气反应实验改进前后的装置如图所示:
下列说法错误的是( )
A.将湿棉花改为浸水的尿不湿片段,酒精灯由单头改为双头,可提供足量的水蒸气
B.用具支试管可将试管口附近冷凝的水导出
C.肥皂水改为吹泡泡水,收集H 效果更好,点燃效果更明显
2
D.改进后,悬挂的磁铁能吸引铁粉,实验过程中,我们能看到具支试管中有黑色固体不
断落下
D [尿不湿可吸附更多的水,且不易洒出,酒精灯改为双头可增加受热面积及尿不湿的
加热温度,从而提供足够的水蒸气,A项正确;具支试管的结构中含支管,冷凝的水可从支管
中流出,B项正确;泡泡水易于起泡,收集气体更容易,点燃效果更好,C项正确;磁铁可以吸
引单质铁和Fe O,D项错误。]
3 4
4.(2021·天津滨海新区四校联考)下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是( )
选项 操作和现象 结论或目的
向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液 红砖中含
A
于试管中,滴加KSCN溶液2~3滴,溶液呈红色 有氧化铁
CO还原Fe O 得到的黑色固体加入盐酸溶解后 黑色固体中没
2 3
B
再加入KSCN溶液,溶液不显红色 有Fe O
3 4
取少量Fe(NO ) 试样加水溶解,加稀HSO 酸 该Fe(NO )
3 2 2 4 3 2
C
化,滴加KSCN溶液,溶液变为红色 试样已经变质
向某溶液中通入Cl,然后再加入KSCN溶液变 原溶液中
2
D
红色 含有Fe2+
A [CO还原Fe O 得到单质Fe,即使有Fe O ,其溶于盐酸后产生的Fe3+与Fe发生反
2 3 3 4
应:Fe+2Fe3+===3Fe2+,加入KSCN溶液也不显红色,B项错误;NO+H+具有强氧化性,而
Fe2+具有还原性,两者发生氧化还原反应,有Fe3+生成,遇KSCN溶液呈红色,不能证明样品
是否变质,C项错误;若原溶液中不存在Fe2+,存在Fe3+,也有此现象,D项错误。]
5.(2021·广东深圳三校联考)某同学用含有铁锈(Fe O)的废铁屑来制取氯化铁晶体的装
2 3
置(省略夹持装置,气密性已检查)如图所示。下列推断不合理的是( )A.烧杯中HO 溶液的作用是将Fe2+氧化为Fe3+
2 2
B.A中存在氧化铁与盐酸反应生成氯化铁的反应
C.B中收集到的气体是氢气
D.向反应后的烧杯中通入少量SO ,则溶液颜色立即由棕黄色变为浅绿色
2
D [铁单质与盐酸反应只能得到Fe2+,需要氧化剂将其氧化成Fe3+,A项正确;氧化铁
能够与盐酸发生复分解反应,B项正确;进入导气管中的气体是氢气与氯化氢,排水法收集
到的气体是氢气,C项正确;SO 会与Fe3+发生氧化还原反应生成浅绿色的Fe2+,但SO 少量,
2 2
溶液不能立即变色,D项错误。]
6.(2021·河南鹤壁一中检测)硫酸亚铁的用途广泛,可以制备下图所示物质,下列说法错
误的是( )
A.Fe (OH) (SO ) 属于碱式盐,可用作净水剂
4 2 4 5
B.与足量NH HCO 反应的离子方程式为:2HCO+Fe2+===FeCO ↓+CO↑+HO
4 3 3 2 2
C.可用稀硫酸和K[Fe(CN) ]溶液检验铁红中是否含有FeCO
3 6 3
D.“冷却结晶”后的操作是过滤,“锻烧”操作的主要仪器有酒精灯、蒸发皿、玻璃棒
D [ Fe (OH) (SO ) 电离后的阴离子为OH-和SO,阳离子为Fe3+,属于碱式盐,其中
4 2 4 5
Fe3+可水解产生Fe(OH) 的胶体,吸附水中的杂质,可作净水剂,A项正确;FeSO 与足量
3 4
NH HCO 反应的离子方程式为:2HCO+Fe2+===FeCO ↓+CO↑+HO,B项正确;Fe2+能
4 3 3 2 2
使K[Fe(CN) ]生成蓝色沉淀,用稀硫酸和K[Fe(CN) ]溶液检验铁红中是否含有FeCO,若含
3 6 3 6 3
有,溶液会生成蓝色沉淀,若不含有,则无明显现象,C项正确;“冷却结晶”后的操作是过
滤,“煅烧”操作的主要仪器有酒精灯、三脚架、坩埚、泥三角、玻璃棒,D项错误。]
7.(2021·河南郑州一中检测)氯化铁是有机合成中常用的催化剂,下图是模拟化工厂利
用工业废铁屑制备催化剂氯化铁的部分装置图,下列相关说法正确的是( )A.实验室也可以用装置甲制备SO 、C H
2 2 4
B.实验过程中,应先让装置乙中的反应进行一段时间后,再开始装置甲中的反应
C.实验过程中应该关闭弹簧夹3,让装置丙中的NaOH溶液充分吸收多余的Cl
2
D.反应结束后将三颈烧瓶中的溶液加热浓缩、冷却结晶,可制得氯化铁晶体
B [实验室利用乙醇与浓硫酸在170 ℃下发生消去反应生成乙烯,缺少温度计,A项错
误;乙中铁与盐酸反应生成FeCl ,再通入甲中产生的Cl,将FeCl 氧化为FeCl ,减少尾气的
2 2 2 3
产生,B项正确;实验过程中要打开弹簧夹3,保持与大气相通,防止装置内压强过大,发生事
故,C项错误;FeCl 易发生水解反应,加热浓缩会促进其水解,得不到氯化铁晶体,D项错
3
误。]
8.(2021·黑龙江哈尔滨检测)铁粉具有平肝镇心,消痈解毒之功效,主治惊痫、癫狂、脚气
冲心、贫血等。某兴趣小组探究用氢气和碳酸亚铁制取铁粉并检验反应产物,实验装置如图。
下列说法不正确的是( )
A.通过调节分液漏斗的活塞以控制①中气泡产生快慢
B.装置①的作用是干燥氢气
C.装置②、③中的药品分别是无水硫酸铜、碱石灰
D.加热装置Y前,应先让X反应一段时间,排除装置中的空气
C [通过控制滴加稀硫酸的速率,控制①中气泡产生的快慢,A项正确;①中盛有浓硫
酸,用于干燥氢气,B项正确;②中无水硫酸铜用于检验反应产生的水蒸气,③中盛有无水氯
化钙,防止澄清石灰水中水蒸气进入装置②,不能用碱石灰,易吸收CO,影响其检验,C项
2
错误;加热Y前,要先利用产生的氢气排出装置内的空气,防止氢气混入空气,加热时引起爆
炸,D项正确。]
9.(2021·江西抚州七校联考)实验室测定氧化物X(FeO)的组成实验如下:
x
下列有关说法正确的是( )A.样品X中氧元素的质量分数约为26.3%
B.溶液Y中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=2∶1
C.溶液Z中的离子只有Fe3+和Cl-
D.根据步骤Ⅰ、Ⅱ可判断X的组成为Fe O
0.75
A [溶液Y中通入0.01 mol Cl ,发生反应:2Fe2++Cl===2Fe3++2Cl-,则Y中含有
2 2
0.02 mol Fe2+,因此X中相当于FeO的质量为0.02 mol×72 g/mol=1.44 g,相当于Fe O 的质
2 3
量为3.04 g-1.44 g=1.6 g,则有n(Fe O)=0.01 mol,故X可看作2FeO·Fe O,可看作Fe O,
2 3 2 3 0.8
D项错误。样品Z中氧元素的质量分数为×100%≈26.3%,A项正确;据上述分析可知,溶液
Y中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=1∶1,B项错误;步骤Ⅰ中加入足量盐酸,故溶液Z中含有Fe3+、H+
和Cl-,C项错误。]
10.(2021·湖北荆门检测)FeCl 具有净水作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的
3
絮凝剂,处理污水比FeCl 高效,且腐蚀性小。请回答下列问题:
3
(1)FeCl 净水的原理是______________________________________________(用文字描
3
述)。FeCl 溶液腐蚀钢铁设备,除H+作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示)___
3
_______。
(2)工业上用NaClO 氧化酸性FeCl 溶液得到FeCl 。完成NaClO 氧化FeCl 的离子
3 2 3 3 2
方程式:
ClO+_____Fe2++________=_____Cl-+____ Fe3++________。
(3)通过控制条件,FeCl 在溶液中水解生成聚合氧化铁,离子方程式为:xFe3++
3
yH
2
O⇌Fe
x
(OH)+yH+。欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号)________。
a.降温 b.加水稀释
c.加入NH Cl d.加入NH HCO
4 4 3
(4)工业上常用FeCl 溶液吸收尾气中的HS,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在
3 2
一定条件下电解再生FeCl 并回收H。FeCl 与HS反应的离子方程式为
3 2 3 2
________________________________________________________________________。
解析 (1)FeCl 净水的原理是Fe3+水解产生的Fe(OH) 胶体,能吸附水中悬浮的杂质。
3 3
FeCl 具有较强氧化性,可与Fe反应生成FeCl 而腐蚀钢铁设备。
3 3
(2)该反应中Cl元素由+5价降低到-1价,Fe元素由+2价升高到+3价,根据得失电
子守恒、原子守恒和电荷守恒配平可得:ClO+6Fe2++6H+===Cl-+6Fe3++3HO。
2
(3)盐类的水解反应是吸热反应,降低温度,平衡逆向移动,a错误;加水稀释,水解平衡
正向移动,b正确;加入NH Cl,NH与Fe3+均发生水解反应,相互抑制,使Fe3+的水解平衡逆
4
向移动,c错误;加入NH HCO ,H+与HCO反应生成CO 和HO,使Fe3+的水解平衡正向移
4 3 2 2
动,d正确。
(4)FeCl 与 HS 发生氧化还原反应生成 FeCl 、S 和 HCl,离子方程式为 2Fe3++
3 2 2
HS===2Fe2++S↓+2H+。
2答案 (1)Fe3+水解产生的Fe(OH) 胶体,能吸附水中悬浮的杂质 2Fe3++Fe===3Fe2+
3
(2)1 6 6H+ 1 6 3HO
2
(3) b、 d
(4)2Fe3++HS===2Fe2++S↓+2H+
2
11.(2021·山西大同检测)γFe O 在磁性、催化、气敏等方面用途非常广泛,以硫铁矿烧渣
2 3
(含Fe O、SiO、CaO、Al O 等)为原料生产γFe O 的流程如下:
2 3 2 2 3 2 3
(1)“还原焙烧”时,焦炭的作用是____________________________,起还原作用的主要
物质是______(填化学式)。
(2)“浸取”时,为提高铁的浸取率,可采取的措施除粉碎焙烧后的熔体、适当增大硫酸
的用量外,还可采取的措施有________________________(任写一条)。
(3)“过滤”前,将溶液的pH调至5~5.5的目的是将Al3+转化为___________(填化学
式)。
(4)“缓慢干燥”生成铁黄的化学方程式为________________________________。
(5)经上述流程制得的γFe O 中含有少量FeO和Al O 杂质,某课题小组称取8.138 0 g γ-
2 3 2 3
Fe O 样品,溶于100 mL 2.00 mol·L-l HSO 溶液中,完全溶解后加入过量HO 溶液,然后加
2 3 2 4 2 2
入1.00 mol·L-1的NaOH溶液,生成固体的质量与加入NaOH溶液体积的关系如图,则该样
品中γFe O 的百分含量为_______(百分数保留到小数点后两位)。
2 3
解析 (1)“还原焙烧”时,焦炭与氧气反应产生CO作还原剂,将Fe O 还原,故焦炭的
2 3
作用是燃烧提供热量和产生还原剂,起还原作用的主要物质是CO。
(2)“浸取”时,为提高铁的浸取率,可采取的措施有粉碎焙烧后的熔体、充分搅拌(增大
接触面积)、适当增大硫酸的用量、适当延长浸取时间等。(3)硫铁矿烧渣含Fe O、SiO、CaO、Al O 等,“过滤”前,将溶液的pH调至5~5.5,为
2 3 2 2 3
了除去SiO、CaO、Al O 等杂质,故应将Al3+转化为Al(OH) 沉淀。
2 2 3 3
(4)FeSO 溶液加入氨水后转化为Fe(OH) ,在氧气作用下转化为铁黄(FeOOH),故“缓慢
4 2
干燥”生成铁黄的化学方程式为4Fe(OH) +O ===4FeOOH+2HO。
2 2 2
(5)在样品中加入HSO 溶液发生的反应为Fe O+3HSO ===Fe (SO )+3HO、Al O+
2 4 2 3 2 4 2 4 3 2 2 3
3HSO ===Al(SO )+3HO、FeO+HSO ===FeSO+HO,再加入过量HO 溶液将Fe2+氧化
2 4 2 4 3 2 2 4 4 2 2 2
为Fe3+。由图像可知,O→A为NaOH溶液中和过量HSO ,A→B为Al3+、Fe3+生成Al(OH) 、
2 4 3
Fe(OH) 沉淀,B→C为Al(OH) 的溶解,最后剩余固体为Fe(OH) 。B→C固体质量减少
3 3 3
10.909 5 g-10.753 5 g=0.156 g,即m[Al(OH) ]=0.156 g,n[Al(OH)]=0.002 mol;根据Al元
3 3
素守恒可知,Al O 为0.001 mol,其质量为0.078 g。n[Fe(OH) ]=10.753 5 g/(107g·mol-1)=
2 3 3
0.100 5 mol。
设Fe O 为a mol,则FeO为(0.100 5-2a)mol,根据反应方程式可得3a+(0.100 5-
2 3
2a)mol=0.150 5 mol,解得a=0.05 mol,则样品中γFe O 的百分含量为(0.05 mol×160 g·mol
2 3
-1)/8.138 0 g×100%≈98.30%。
答案 (1)燃烧提供热量和产生还原剂 CO
(2)充分搅拌(或适当延长浸取时间等其他合理答案)
(3)Al(OH)
3
(4)4Fe(OH) +O ===4FeOOH+2HO
2 2 2
(5)98.30%
12.(2021·广西南宁二中检测)碳酸亚铁可用于治疗缺铁性贫血。实验室里先制得硫酸亚
铁,后将硫酸亚铁与碳酸氢铵反应制得碳酸亚铁(Fe2++2HCO===FeCO ↓+CO↑+HO)。
3 2 2
实验装置如下图所示(部分夹持仪器略去)。回答下列问题:
(1)配制溶液所用的蒸馏水必须先除去溶解的氧气,具体方法是________________。
(2) 实 验 过 程 中 , 将 生 成 的 FeSO 溶 液 和 NH HCO 溶 液 混 合 的 操 作 是
4 4 3
______________________。
(3)装置B中的NH HCO 需过量的原因__________(填字母标号)。
4 3
a.除去FeSO 溶液中残留的硫酸
4
b.Fe2+充分转化为FeCO
3
c.NH HCO 溶解度比较大
4 3
d.NH HCO 受热分解损失
4 3(4)碳酸亚铁在潮湿的空气中逐渐被氧化生成氢氧化铁和一种气体,反应的化学方程式
为___________________________________________________________________________。
(5)NaHCO 与 NH HCO 均可作为 Fe2+的沉淀剂,但更常用 NH HCO ,理由是
3 4 3 4 3
________________________________________________(写出一点即可)。
(6)设计实验检验制得的产品中是否含Fe2+:____________________________________。
解析 打开活塞K、K,A中稀硫酸和Fe反应生成硫酸亚铁和氢气,关闭K、K 打开
1 3 1 3
K,通过气体压强使硫酸亚铁溶液进入B装置,B装置中发生反应Fe2++2HCO===FeCO ↓
2 3
+CO↑+HO,生成的二氧化碳及A中的氢气通过C检验。
2 2
(1)氧气在蒸馏水中的溶解度随着温度的升高而降低,所以配制溶液所用的蒸馏水必须
先除去溶解的氧气,具体方法是将蒸馏水煮沸后迅速冷却。
(2)关闭K、K 打开K,生成的气体使A中压强增大,通过气体压强使硫酸亚铁溶液进
1 3 2
入B装置。
(3)NH HCO 能和稀硫酸反应而除去氢离子,将亚铁离子转化为FeCO,且NH HCO 受
4 3 3 4 3
热易分解,故选取a、b、d。
(4)碳酸亚铁在潮湿的空气中逐渐被氧化生成氢氧化铁和一种气体,根据元素守恒确定
生成气体成分为二氧化碳,反应方程式为4FeCO+6HO+O===4Fe(OH) +4CO。
3 2 2 3 2
(5)NH离子水解生成氢离子,降低溶液的pH,减少副产物氢氧化亚铁生成,且过量时易
除去,故选取NH HCO 。
4 3
(6)Fe2+离子常用铁氰化钾溶液检验,能和铁氰化钾溶液生成特征蓝色沉淀,其检验方法
为:取少量样品于试管中,加入铁氰化钾溶液,如果不生成蓝色沉淀,则说明不含Fe2+离子,
否则含有Fe2+离子。
答案 (1)将蒸馏水煮沸后迅速冷却 (2)关闭K、K 打开K (3)a、b、d
1 3 2
(4)4FeCO+6HO+O===4Fe(OH) +4CO
3 2 2 3 2
(5)铵根离子水解生成氢离子,降低溶液的pH,减少副产物氢氧化亚铁生成,且过量时易
除去
(6)取少量样品于试管中,加入适量的稀硫酸溶解加入铁氰化钾溶液,如果不生成蓝色沉
淀,则说明不含亚铁离子,否则含有亚铁离子
13.(2021·辽宁沈阳六校联考)文献记载:HNO 与铁反应能产生H,某小组进行如下实验。
3 2
实验Ⅰ:20 ℃,将过量铁粉溶于0.5 mol·L-1 HNO 中,立即有无色气体生成,充分反应
3
后,溶液几乎无色。
(1)检验气体:方法如下图所示。
确认气体是H,不含NO。实验证据是_____________________________。
2
(2)检验溶液:取上层清液,等分两份①向一份滴加K[Fe(CN) ]溶液,________________(填现象),说明含有Fe2+。
3 6
②向另一份加入NaOH溶液,产生灰绿色沉淀;加热至沸,有刺激性气味气体逸出,用湿
润红色石蕊试纸检验,试纸变蓝。综合①、②,说明实验Ⅰ中发生的反应有Fe+2H+===Fe2+
+H↑,另外还有_____________________________。
2
(3)对H 产生的原因提出假设:HNO 中H+ 的氧化性大于NO,验证如下:
2 3
实验Ⅱ:将铜粉溶于 0.5 mol/L HNO 中。证实假设不成立,实验证据是
3
____________________。
(4)重新假设:H+ 的还原速率大于NO的还原速率。改变条件重复实验Ⅰ,向2 mL 0.5
mol·L-1 HNO 中加入过量铁粉,结果如下:
3
实验序号 Ⅲ Ⅳ Ⅴ
温度 20 ℃ 40 ℃ 60 ℃
生成H 体积 6.0 mL 3.4 mL 2.6 mL
2
溶液几 溶液略
现象 溶液显黄色
乎无色 显黄色
经检验,实验Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中,NO的还原产物与实验Ⅰ相同。
① 根据实验现象,能否确定假设成立?____________________________。
② 从反应速率的角度解释温度升高H 体积减少的原因
2
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5) 改用3 mol/L HNO 与过量铁粉反应,HNO 的还原产物主要是NO。综上所述,有利于
3 3
金属与硝酸反应生成氢气的条件是______________________。
解析 (1)根据H、NO的特征性质进行检验,无色气体通入空气中,气体未变成红棕色,
2
说明不含NO。肥皂液中产生大量气泡,点燃肥皂泡,发生爆鸣声,证明气体是H。
2
(2)①若溶液中含有Fe2+,滴加K[Fe(CN) ]溶液,产生蓝色沉淀。②加入NaOH溶液,产
3 6
生灰绿色沉淀;加热至沸,有刺激性气味气体逸出,用湿润红色石蕊试纸检验,试纸变蓝,则
该气体的NH ,说明Fe与HNO 反应时,NO被还原生成NH,结合得失电子守恒、原子守恒
3 3
及电荷守恒写出离子方程式:4Fe+NO+10H+ ===4Fe2++NH+3HO。
2
(3)若HNO 中H+ 的氧化性大于NO,将铜粉溶于0.5 mol/L HNO 中,由于铜是不活泼
3 3
金属,NO不发生反应,而实际上反应产生的气体遇空气变成红棕色,溶液变成蓝色,故假设
不成立。
(4)根据表中实验现象,不能确定假设成立,其原因是温度升高,H+、NO的还原速率均增
大,NO的还原速率增大的更多, H+同时被消耗,H+得电子的机会减少,导致产生H 的体积
2
减少。
(5)改用3 mol/L HNO 与过量铁粉反应,HNO 的还原产物主要是NO,对比表中实验现
3 3
象得出,硝酸的浓度较低、温度较低有利于金属与硝酸反应生成氢气。
答案 (1)气体遇空气未见红棕色;点燃肥皂泡,发出爆鸣声(2)① 产生蓝色沉淀 ② 4Fe+NO+10H+ ===4Fe2++NH+3HO
2
(3)没有H 产生,溶液变蓝
2
(4)①不能确定
②温度升高,H+、NO的还原速率均增大,NO的还原速率增大的更多, H+同时被消耗,
H+得电子的机会减少,导致产生H 的体积减少
2
(5)较低温度、低浓度硝酸
14.(2021·山东日照检测)如图是铁与水蒸气反应的实验装置。在硬质玻璃管中放入还原
铁粉和石棉绒(石棉绒是耐高温材料,与水、铁不反应)的混合物,加热,并通入水蒸气,就可
以完成高温下铁与水蒸气反应的实验。
(1)已知该实验反应的反应方程式为:____Fe+____HO(g)=====____Fe O+____H(请
2 3 4 2
配平)。
(2)仪器a的名称是________。
(3)某同学为了研究一定时间内铁粉的转化率,设计了如下实验:准确称量一定质量的铁
粉进行反应,测量反应后生成气体的体积,计算铁粉的转化率。
①该同学应该先点燃________(填“A”或“B”)处的酒精灯(或酒精喷灯),测量气体体积
不可以选用上图中________(填“甲”“乙”或“丙”)装置。
②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合,然后加热反应一段时间。若测出的气体体积在标
准状况下为0.448 L,则铁粉的转化率为________ 。
(4)将硬质玻璃管中反应后的固体混合物全部取出置于烧杯中,加入足量的盐酸溶解并
过滤,为探究反应后溶液中可能的阳离子,小林同学进行如下实验,请你将下表补充完整:
解释(用离子方程式表
步骤 现象 结论
示)
①Fe O+8H+===Fe2++
3 4
Ⅰ.取样,滴加
溶液不变红色 2Fe3++4HO Ⅲ.反应后的溶液
2
KSCN溶液
②____________ 中阳离子为
____________
刚开始无明显现象,一段
Ⅱ.取样,滴加 ①____________
时间后先出现______色②Fe2++2OH-
沉淀,迅速变为灰绿色, ===Fe(OH) ↓
2
NaOH溶液
最终变为________色 ③4Fe(OH) +2HO+O
2 2 2
===4Fe(OH)
3
解析 (3)①高温下铁和水蒸气反应,所以装置A处加热产生水蒸气,再点燃B装置处
的酒精灯,甲中导气管位置错误,排水量气不能排除水,不可以测量生成氢气的体积,乙丙都
可以利用装置测定生成气体的体积。②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合,然后加热反应一
段时间。若测出的气体体积在标准状况下为0.448 L,生成的气体是氢气,物质的量为0.02
mol,依据反应的化学方程式得到反应铁的质量为 0.02 mol×=0.015 mol,质量是0.015
mol×56 g/mol=0.84 g,则铁粉的转化率为0.84 g/5.6 g×100%=15%。(4)向反应后的溶液
中滴加KSCN溶液,溶液不变红色,溶液中不存在铁离子,这说明铁过量,生成的铁离子被铁
还原生成亚铁离子,离子方程式为Fe+2Fe3+===3Fe2+;取样,滴加NaOH溶液,刚开始无明
显现象,说明盐酸过量,首先发生中和反应,方程式为OH-+H+===H O;根据离子方程式可
2
知有氢氧化亚铁生成,又因为氢氧化亚铁易被氧化,所以实验现象是一段时间后先出现白色
沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,根据以上分析可知反应后的溶液中阳离子为H+、
Fe2+。
答案 (1)3 4 1 4 (2)干燥管 (3)A 甲 15% (4)Fe+2Fe3+===3Fe2+ 白 红
褐 OH-+H+===H O H+、Fe2+
2