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第3讲铁及其重要化合物(教案)_05高考化学_新高考复习资料_2022年新高考资料_2022届一轮复习讲练结合_第三章金属及其化合物_第3讲铁及其重要化合物

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第3讲铁及其重要化合物(教案)_05高考化学_新高考复习资料_2022年新高考资料_2022届一轮复习讲练结合_第三章金属及其化合物_第3讲铁及其重要化合物
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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