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第5课时 学科素养——金属及其重要化合物的性质探究
素养1 思维方法 含铁化合物的制备及性质
“思维方法”是思维的品质、方式和能力的综合，是个体高质量地解决生活实践或学习
探索情境中的各种问题的基础。含铁化合物的制备及性质探究体现《中国高考评价体系》中
学科素养“思维方法”涉及的“科学思维”、“创新思维”，要求采用严谨求真的、实证性的
逻辑思维方式应对各种问题，要求运用开放性、创新性的思维方式应对问题情境，组织相关
的知识与能力，注重独立性、批判性、发散性的思考，提出新视角、新观点、新方法、新设想，
设计含铁化合物的制备实验方案，并解决物质制备及性质探究过程中出现的各种问题。
1．Fe(OH) 的制备原理及方法
2
(1)制备原理
①制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH) ↓(白色沉淀，易被氧化)。
2
②实验关键：防止Fe(OH) 被氧化，保证溶液中不含O 等氧化性物质，制备过程中，保证
2 2
生成的Fe(OH) 在密闭的、隔绝空气的体系中。
2
(2)常用方法
①有机物覆盖法
ⅰ.反应在试管底部进行，胶头滴管插入反应溶液中(胶头滴管反常使用)。
ⅱ.加入煤油、苯等密度比水小的有机物，隔离空气中的O。如图，由于苯的液封作用，可
2
防止生成的Fe(OH) 被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH) 沉淀。
2 2
②气体保护法
该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO 溶液，并利用产生的H 排尽整个装置中的空气，待检
4 2
验H 的纯度后，再关闭止水夹K，利用产生的H 将FeSO 溶液压入装置Ⅱ中，并与NaOH溶
2 2 4
液反应生成Fe(OH) 。整个装置内充满H，保护Fe(OH) ，防止被氧化。
2 2 2
③电解法该方法中铁作电解池的阳极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应为2H＋＋2e－
===H ↑，生成的氢气可以赶走溶液中的氧气，溶液中c(OH－)增大，与Fe2＋结合生成Fe(OH)
2 2
沉淀，汽油起“液封”作用。电解时，在两极间最先观察到白色沉淀。
2．铁盐和亚铁盐的制备及性质
(1)用废铁屑(含少量SiO 和氧化铁)制取绿矾(FeSO ·7H O)
2 4 2
①从FeSO 溶液中获得FeSO ·7H O，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、低
4 4 2
温干燥等操作。
②冰水洗涤的目的是减少晶体的溶解损耗；低温干燥的目的是防止晶体受热失去结晶
水。
③结晶过程最好是在氮气的环境中进行，其作用是防止绿矾在空气中被O 氧化而变质。
2
(2)用烧渣制备绿矾
(烧渣中主要含FeO、Fe O，还有一定量的SiO)
2 3 2
①试剂X可以是SO ，也可以是Fe，其目的是将溶液中Fe3＋还原为Fe2＋。
2
②若试剂X为SO ，其转化原理为：SO ＋Fe (SO )＋2HO===2FeSO＋2HSO ；若试剂
2 2 2 4 3 2 4 2 4
X为Fe，其转化原理为：Fe＋Fe (SO )===3FeSO。
2 4 3 4
(3)利用Cl 与铁粉制备无水氯化铁
2
①制取FeCl 的反应原理：2Fe＋3Cl=====2FeCl 。
3 2 3②利用MnO 与浓盐酸反应制取Cl ，用饱和食盐水除去Cl 中的HCl，用浓硫酸干燥
2 2 2
Cl。
2
③带长度相同导管的集气瓶的作用是防止倒吸。NaOH溶液用于吸收尾气Cl，防止污染
2
环境。
[提升1] (2021·湖南长郡中学等四校联考)高铁酸钾(K FeO)是一种新型非氯高效消毒剂，
2 4
微溶于 KOH 溶液，热稳定性差。实验室制备高铁酸钾的原理为 3Cl ＋2Fe(OH) ＋
2 3
10KOH===2K FeO＋6KCl＋8HO。下列实验设计不能达到实验目的的是( )
2 4 2
A．用图甲所示装置制备并净化氯气
B．用图乙所示装置制备高铁酸钾
C．用图丙所示装置分离出高铁酸钾粗品
D．用图丁所示装置干燥高铁酸钾
D [MnO 与浓盐酸在加热条件下反应制取Cl，用饱和食盐水除去Cl 中HCl，A项正确；
2 2 2
KFeO 微溶于KOH溶液，Fe(OH) 、过量KOH溶液和Cl 反应制备KFeO，析出KFeO 固体，
2 4 3 2 2 4 2 4
B项正确；由于KFeO 微溶于KOH溶液，利用过滤法可分离出KFeO 粗产品，C项正确；
2 4 2 4
KFeO 的热稳定性差，不能采用坩埚灼烧的方法干燥高铁酸钾，D项错误。]
2 4
[提升2] 用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH) 沉淀。
2
方法一：用不含Fe3＋的FeSO 溶液与用不含O 的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
4 2
(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO 溶液时还需加入稀HSO 和____________。
4 2 4
(2)除去蒸馏水中溶液的O 常采用____________的方法。
2
(3)生成Fe(OH) 白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O 的NaOH溶液，插入FeSO 溶
2 2 4
液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是___________________________。
方法二：在如图所示装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀HSO 等试剂制备。
2 4(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是________________________________________________。
(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是______________________________________________。
(3)为了制得白色Fe(OH) 沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的
2
实验步骤是_____________________________________________________________。
(4)这样生成的Fe(OH) 沉淀能较长时间保持白色，其理由是______________________。
2
解析 方法一：Fe2＋易水解，要加入稀硫酸抑制其水解，Fe2＋易被空气中的O 氧化，要加
2
入铁粉，防止Fe2＋被氧化。煮沸后的蒸馏水中溶解的O 减少。
2
方法二：试管Ⅱ是开口式，无法用产生的气体将FeSO 溶液压入试管Ⅰ，因此要在试管
4
Ⅰ中制取FeSO ，试管Ⅱ中盛有不含O 的NaOH溶液。试管Ⅰ中产生的H 可从短管排出，从
4 2 2
而排尽试管Ⅰ中空气，再经导管进入试管Ⅱ中，排尽试管Ⅱ中空气，然后关闭止水夹，试管Ⅰ
内的H 无法逸出，造成管内气体压强增大，试管Ⅰ中FeSO 溶液被压入试管Ⅱ中，使得产生
2 4
的Fe(OH) 能保持较长时间不被氧化。
2
答案 方法一：(1)铁屑 (2)煮沸
(3)避免生成的Fe(OH) 接触氧气
2
方法二：(1)稀硫酸、铁屑 (2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度，当排出的H 纯净时，再夹紧止水夹
2
(4)试管Ⅰ中反应生成的H 充满试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不易进入
2[提升3] (2021·河北承德六校联考)某研究性学习小组探究FeSO 的化学性质和用途。回
4
答下列问题：
(1)探究FeSO 溶液的酸碱性：取少量FeSO 固体，利用石蕊溶液测定FeSO 溶液的酸碱
4 4 4
性，必须选用的仪器有胶头滴管、药匙和________(填字母)。
A．玻璃棒 B．试管
C．天平 D．量筒
(2)利用如图装置探究FeSO 的稳定性。
4
①Ⅱ中有白色沉淀生成，小组成员结合理论分析，认为下列分解产物不可能的是
________(填字母)。
A．Fe O、SO 、HO
2 3 3 2
B．Fe O、SO 、SO 、HO
2 3 2 3 2
C．FeO、Fe O、SO 、SO 、HO
2 3 2 3 2
②Ⅲ中溴水是用来检验是否有SO 气体生成，若有SO 生成，溴水将褪色。实验中，观察
2 2
到溴水褪色，据此推测FeSO 分解最有可能被氧化的元素是____________。
4
③NaOH的作用是吸收SO 气体，请写出用过量NaOH溶液吸收SO 气体的化学方程式：
2 2
_______________________。
(3)探究FeSO 中Fe2＋的还原性：证明FeSO 有较强的还原性，完成下表。
4 4
实验步骤 实验预期现象及结论
步骤一：取少量的FeSO 固体于试管中，加入
4
——
一定量水溶解
当溶液中出现________现象，则说明FeSO 有
4
步骤二：滴加________溶液后，再滴入氯水
较强的还原性
(4)硫酸亚铁用途探究：缺铁性贫血往往口服硫酸亚铁，当用硫酸亚铁制成药片时，外层
包有一层特殊的糖衣，其作用是______________________________________________。
解析 (1)用药匙取少量FeSO 固体于试管中溶解，用胶头滴管滴入石蕊溶液测定FeSO
4 4溶液的酸碱性，必须选用的仪器有胶头滴管、药匙、试管。
(2)①依据氧化还原反应的特征可知化合价有升必有降，Fe O、SO 、HO中只有铁的化
2 3 3 2
合价升高了，没有元素化合价降低，故A不可能；Fe O、SO 、SO 、HO中铁元素的化合价升
2 3 2 3 2
高，硫元素的化合价降低，故B可能；FeO、Fe O、SO 、SO 、HO中铁元素的化合价升高，硫
2 3 2 3 2
元素的化合价降低，故C可能。②FeSO 中Fe2＋具有还原性，所以最有可能被氧化的元素是
4
Fe。③过量 NaOH 和 SO 反应生成亚硫酸钠和水，反应的化学方程式为 2NaOH＋
2
SO ===Na SO ＋HO。
2 2 3 2
(3)FeSO 具有较强的还原性，很容易被氧化剂氧化为硫酸铁，故检验FeSO 的还原性，只
4 4
需加入氧化剂以后检验Fe3＋的存在即可，操作是：取少量的FeSO 固体于试管中，加入一定
4
量水溶解，向其中加入硫氰化钾溶液后，无明显现象，再加入氯水，溶液变红色，则证明硫酸
亚铁具有较强的还原性。
(4)缺铁性贫血往往口服硫酸亚铁，当用硫酸亚铁制成药片时，因硫酸亚铁容易被空气中
的氧气氧化，外层常包有一层特殊的糖衣，其作用是防止硫酸亚铁被氧化。
答案 (1)B (2)①A ②Fe ③2NaOH＋SO ===Na SO ＋HO (3)硫氰化钾 红色
2 2 3 2
(4)防止硫酸亚铁被氧化
素养2 实践探索 含铜化合物的制备及性质
“实践探索”是指学习者在面对生活实践或学习探索问题情境时，组织整合相应的知
识与能力、运用不同的技术方法进行各种操作活动以解决问题的综合品质。含铜化合物的制
备及性质探究体现《中国高考评价体系》中学科素养“实践探索”涉及的“研究探索”、“操
作运用”，要求考生根据应对新的问题情境的需要，合理地组织、调动各种相关知识与能力，
实施调研、探究或实验活动，分析结果，提出新观点或发现新问题，运用实验等动手操作方法，
探究所要解决的生活实践或学习探索情境中的各种问题；综合各种技术方法进行组合创新，
将创意或方案转化为有形物品或对已有物品进行改进与优化，创新性地解决现实情境问题。
1．利用孔雀石制备CuSO ·5HO晶体
4 2
孔雀石的主要成分为Cu (OH) CO，还含少量铁的氧化物和硅的氧化物。实验室以孔雀
2 2 3
石为原料制备CuSO ·5H O晶体的流程如下：
4 2(1)孔雀石中Cu (OH) CO 受热分解生成CuO、CO 和HO：Cu (OH) CO=====2CuO＋
2 2 3 2 2 2 2 3
CO↑＋HO。
2 2
(2)加入稀 HSO 溶解时，发生反应：CuO＋HSO ===CuSO ＋HO、Fe O ＋
2 4 2 4 4 2 2 3
3HSO ===Fe (SO )＋3HO。
2 4 2 4 3 2
(3)加入CuO调节溶液的pH＝3.7，使溶液中Fe3＋转化为Fe(OH) 沉淀而除去杂质。
3
(4)滤液经蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥得到CuSO ·5H O晶体。
4 2
2．迁移“氢气还原氧化铜”的实验装置模型
(1)实验装置
(2)各部分装置的作用
装置 作用
A 制取H
2
B 除去H 中混有的HCl(若采用稀硫酸制取氢气，无需使用该装置)
2
C 除去H 中混有的水蒸气(也可将B、C装置用盛有碱石灰的U形干燥管代替)
2
E 检验氢气还原氧化铜生成的水
F 防止外界空气中的水蒸气进入装置E中，干扰产物水的检验
(3)实验操作流程[提升4] (2017·全国卷Ⅰ)实验室用H 还原WO 制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往
2 3
往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是( )
A．①、②、③中依次盛装KMnO 溶液、浓HSO 、焦性没食子酸溶液
4 2 4
B．管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度
C．结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热
D．装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
B [A错：若③中为焦性没食子酸溶液，则进入④中的气体还会有水蒸气。B对：若在④
处收集气体点燃，发出“噗”声，则证明制取的氢气较纯，可以加热管式炉。C错：为了防止
生成的W被氧化，反应结束时应先停止加热，待管式炉冷却后再关闭活塞K。D错：二氧化锰
与浓盐酸反应制取氯气需要加热，而启普发生器不能加热。]
[提升5] 硫酸铜可用于消毒、制杀虫剂、镀铜等。实验小组制取CuSO ·5HO晶体并进行
4 2
其热分解的探究。
探究Ⅰ：制取CuSO ·5H O晶体
4 2
小组同学设计了如下两种方案：
甲：将铜片加入足量浓硫酸中并加热。
乙：将铜片加入稀硫酸，控制温度为40～50 ℃，滴加双氧水。
(1)方案甲发生反应的化学方程式为_______________________________。
反应结束后有大量白色固体析出，简述从中提取CuSO ·5H O晶体的方法：倒出剩余液
4 2体，__________________________________________。
(2)方案乙发生反应：Cu＋HSO ＋HO===CuSO＋2HO，该实验控制温度为40～50 ℃
2 4 2 2 4 2
的原因是__________________________________________________。
与方案甲相比，方案乙的主要优点有______________、_____________(写出2条)。
探究Ⅱ：用以下装置(加热装置省略)探究CuSO ·5H O晶体热分解的产物。
4 2
已知：CuSO ·5H O脱水后升高温度，会继续分解成CuO和气体产物，气体产物可能含有
4 2
SO 、SO 、O 中的1～3种。
3 2 2
(3)称取5.00 g CuSO ·5H O于A中加热，当观察到A中出现__________________，可初
4 2
步判断晶体已完全脱水并发生分解。加热一段时间后，A中固体质量为3.00 g，则此时A中固
体的成分为________________。
(4)装置B中迅速生成白色沉淀，说明分解产物中有______________，C装置的作用是
______________________。
(5)理论上E中应收集到V mL气体，事实上收集到的气体体积偏小，可能的原因是
____________________________________________(不考虑泄漏等仪器与操作原因)。
解析 (1)方案甲发生反应的化学方程式为 Cu＋2HSO (浓)=====SO ↑＋CuSO ＋
2 4 2 4
2HO。反应结束后有大量白色固体析出，从中提取CuSO ·5HO晶体的方法：倒出剩余液体，
2 4 2
加入适量蒸馏水，蒸发浓缩，冷却结晶。
(2)H O 受热易分解，故乙方案控制温度为40～50 ℃的原因是温度较低，反应速率慢；
2 2
温度太高，HO 分解，损耗大。与方案甲相比，方案乙的主要优点有原料利用率高、不产生污
2 2
染、能耗低等。
(3)若5.00 g CuSO ·5HO完全失水为CuSO ，则CuSO 的质量为3.20 g，完全分解为
4 2 4 4
CuO，则CuO的质量为1.60 g。加热一段时间后，A中固体质量为3.00 g，3.20 g>3.00 g>1.60
g，则此时A中固体的成分为CuSO 和CuO。
4
(4)装置B中迅速生成白色沉淀，说明分解产物中有SO ，C装置可以盛放品红溶液，目
3
的是检验是否有SO 生成。
2
(5)E中收集到的气体应是O ，事实上收集到的气体体积偏小，可能是在C装置中部分
2
O 与SO 和HO发生了氧化还原反应。
2 2 2
答案 (1)Cu＋2HSO (浓) =====SO ↑＋CuSO ＋2HO 加入适量蒸馏水，蒸发浓缩，
2 4 2 4 2
冷却结晶
(2)温度较低，反应速率慢；温度太高，HO 分解，损耗大 原料利用率高 不产生污染
2 2
(或其他合理答案)
(3)固体变为黑色 CuSO 和CuO
4(4)SO 检验是否有SO 生成
3 2
(5)在C装置中部分O 参与了氧化还原反应
2
训练(十六) 金属及其重要化合物的性质探究
1．(新教材链接)(人教必修第一册·P72，5题改编)为了探究铁及其化合物的氧化性和还
原性，某同学设计了如下实验方案，其中符合实验要求且完全正确的是( )
选项 实验操作 实验现象 离子方程式 实验结论
在氯化亚
浅绿色溶
铁溶液中 2Fe2＋＋Cl=== Fe2＋具
2
A 液变成棕
滴加新制 2Fe3＋＋2Cl－ 有还原性
黄色溶液
氯水
在氯化亚 浅绿色溶
Fe2＋＋Zn=== Fe2＋具
B 铁溶液中 液变成无
Fe＋Zn2＋ 有还原性
加入锌片 色溶液
在氯化铁 棕黄色溶
2Fe3＋＋Fe 铁单质具
C 溶液中加 液变成浅
===3Fe2＋ 有还原性
入铁粉 绿色溶液
在氯化铁 蓝色溶液
2Fe3＋＋Cu=== Fe3＋具
D 溶液中加 变成棕黄
2Fe2＋＋Cu2＋ 有氧化性
入铜粉 色溶液
A [氯气能够将Fe2＋(浅绿色)氧化为Fe3＋(棕黄色)，A项正确；B项得到的结论应该是
Fe2＋具有氧化性；C项的离子方程式错误；D项的实验现象应该是铜粉逐渐溶解，溶液由棕黄
色变为蓝色。]
2．(2021·四川成都七中检测)某同学欲利用图装置制取能较长时间存在的Fe(OH) ，其中
2
实验所用溶液现配现用且蒸馏水先加热煮沸。下列分析正确的是( )
A．X可以是稀硫酸或稀硝酸或稀盐酸
B．实验开始时应先关闭止水夹a、打开b，再向烧瓶中加入X
C．反应一段时间后可在烧瓶中观察到白色沉淀
D．反应结束后若关闭b及分液漏斗活塞，则Fe(OH) 可较长时间存在
2
D [HNO 可氧化Fe生成Fe(NO )，A项错误；实验开始时应先打开止水夹a、b，利用生
3 3 3
成的氢气将装置内的空气排出，然后关闭a，B项错误；利用氢气的压强将FeCl 排入锥形瓶
2中，NaOH与FeCl 溶液反应生成Fe(OH) ，立即观察到白色沉淀，C项错误；反应结束后若关
2 2
闭b及分液漏斗活塞，装置内空气及溶液中氧气均已除去，则Fe(OH) 可较长时间存在，D项
2
正确。]
3．(2020·山东德州三模)某化工厂制备净水剂硫酸铁铵晶体[NH Fe(SO )·6H O]的一种方
4 4 2 2
案如下：
下列说法不正确的是( )
A．滤渣A的主要成分是CaSO
4
B．相同条件下，NH Fe(SO )·6H O净水能力比FeCl 强
4 4 2 2 3
C．“合成”反应要控制温度，温度过高，产率会降低
D．“系列操作”包括蒸发浓缩、降温结晶、过滤、干燥等
B [FeSO 溶液中含有Ca(NO )，加入HSO 溶液，生成CaSO，过滤得到的滤渣A主要
4 3 2 2 4 4
是CaSO，A项正确；NH的存在抑制了Fe3＋的水解，故硫酸铁铵的净水能力比FeCl 弱，B项
4 3
错误；“合成”反应中，温度过高，会促进Fe3＋发生水解，生成硫酸铁铵的产率会下降，C项
正确；硫酸铁铵易溶于水，且溶解度随温度的升高而增大，可采用结晶法提纯，故“系列操
作”包括蒸发浓缩、降温结晶、过滤、干燥等，D项正确。]
4．(2021·甘肃兰州检测)由硫铁矿烧渣(主要成分：Fe O 、Fe O 和 FeO)得到绿矾
3 4 2 3
(FeSO ·7H O)，再通过绿矾制备铁黄[FeO(OH)]的流程如下：
4 2
烧渣――→ Com溶液Com绿矾Com铁黄
bin bin bin
已知：FeS 和铁黄均难溶于水。下列说法不正确的是( )
2
A．步骤①，最好用硫酸来溶解烧渣
B．步骤②，涉及的离子方程式为FeS＋14Fe3＋＋8HO===15Fe2＋＋2SO＋16H＋
2 2
C．步骤③，将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，可得纯净绿矾
D．步骤④，反应条件控制不当会使铁黄中混有Fe(OH)
3
C [要制得绿矾，为了不引入其他杂质，步骤①最好选用硫酸来溶解烧渣，A项正确；加
入FeS 后得到的溶液经步骤③可得到绿矾，故步骤②中FeS 和Fe3＋发生氧化还原反应，生成
2 2
了FeSO ，离子方程式为FeS＋14Fe3＋＋8HO===15Fe2＋＋2SO＋16H＋，B项正确；步骤③，
4 2 2
由FeSO 溶液得到绿矾应蒸发浓缩、冷却结晶而不是蒸发结晶，C项错误；步骤④中若反应条
4
件控制不当，则会使铁黄中混有Fe(OH) ，D项正确。]
3
5．(2021·湖北武汉联考)钌(Ru)是一种硬而脆呈浅灰色的多价稀有金属，性质很稳定，且
耐腐蚀性很强。实验室用H 还原RuO 来制备金属钌的装置如图所示。下列说法不正确的是(
2 2
)A．加热试管前，应先收集气体并点燃，通过爆鸣声判断气体的纯度
B．洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液，用于除去HCl
C．结束反应时，先停止加热，再关闭活塞K
D．启普发生器也可以用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
D [可燃性气体在点燃或加热前必须验纯，故加热试管前，应先收集气体并点燃通过爆
鸣声判断气体的纯度，以免发生爆炸，A项正确；洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液，用于除
去氢气中的HCl，避免制得的Ru含有杂质，B项正确；结束反应时，先停止加热，再关闭活塞
K，用氢气冷却Ru，以免生成的Ru在高温时又被空气中的氧气氧化，C项正确；二氧化锰与
浓盐酸反应制备氯气需要加热，而启普发生器不能加热，D项错误。]
6．(2021·山东实验中学检测)FeCl 是一种常用的还原剂。有关数据如下：
2
C HCl
6 5
C HCl FeCl FeCl
6 4 2 3 2
(氯苯)
不溶于C HCl、
6 5
溶解性 不溶于水，易溶于苯
C HCl、苯，易吸水
6 4 2
熔点/℃ －45 53 —— ——
沸点/℃ 132 173 —— ——
查阅资料知：氯化铁遇水剧烈水解。
实验室可以用如下方法来制备无水FeCl 。
2
按下图装置，在三颈烧瓶中放入a g无水氯化铁和过量的氯苯，控制反应温度在128～
139 ℃加热3 h，冷却，分离提纯得到粗产品。反应的化学方程式为2FeCl ＋C HCl===2FeCl
3 6 5 2
＋C HCl＋HCl。
6 4 2
请回答下列问题：
(1)仪器B的名称是____________，盛装的试剂是______________。
(2)球形冷凝管的作用是_______________________________________________。
(3)反应后通入N 的目的是_________________________________。
2(4)上图虚线框内应选择的安全瓶(盛有蒸馏水)是__________。
(5)用x mol·L－1 NaOH溶液滴定安全瓶中盐酸，消耗y mL NaOH溶液，则氯化铁转化
率为________________________________________________________________________
(列出计算式)。
(6)冷却实验装置，三颈烧瓶内物质经过过滤、洗涤、干燥后，得到粗产品，则回收滤液中
C HCl的方案是________________________________________________。
6 5
(7)已知25 ℃时，K [Fe(OH) ]＝4.0×10－38，此温度下若在实验室中配制5 mol·L－1 100
sp 3
mL FeCl 溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入______mL 1 mol·L－1的盐
3
酸(总体积忽略加入盐酸的体积)。
解析 (1)根据仪器的结构特点可判断B为球形干燥管。干燥HCl气体所选干燥剂一般
是无水CaCl 、PO、硅胶等。
2 2 5
(2)冷凝管在此实验中的作用是冷凝回流、导气。
(3)反应后通入N 的目的是将HCl气体吹入C装置中，使其被充分吸收，减少实验误差。
2
(4)吸收HCl气体，应短进长出，故选c。
(5)通过滴定实验可得反应生成的HCl的物质的量为xy×10－3 mol，由反应的化学方程
式 2FeCl ＋C HCl===2FeCl ＋C HCl ＋HCl 可知消耗的氯化铁的质量为 xy×10－
3 6 5 2 6 4 2
3mol×2×162.5 g·mol－1，则其转化率为×100%。
(6)根据题目中的表格数据可知，C HCl 的沸点为173 ℃，C HCl的沸点为132 ℃，回收
6 4 2 6 5
C HCl 中 C HCl的措施是蒸馏，并且控制温度为132 ℃。
6 4 2 6 5
(7)若不出现浑浊现象，则c(Fe3＋)·c3(OH－)≤K [Fe(OH) ]，代入有关数据后可求出c(OH
sp 3
－) ≤2×10－13mol·L－1，c(H＋)≥0.05 mol·L－1，故至少要加入5.0 mL 1 mol·L－1的盐酸。
答案 (1)球形干燥管 无水CaCl (写“PO、硅胶”均可)
2 2 5
(2)冷凝回流、导气
(3)将HCl气体吹入C装置中，使其被充分吸收
(4)c
(5)×100%
(6)蒸馏滤液，并收集132 ℃馏分
(7)5.0
7．(2021·湖南衡阳检测)实验室用下图装置测定FeO和Fe O 固体混合物中Fe O 的质量，
2 3 2 3
D装置的硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe O 的混合物。
2 3(1)为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，在b处必须________。
(2)装置B的作用是____________，装置C中盛装的液体是________。
(3)若为FeO和Fe O 物质的量之比1∶1的固体混合物，反应完全后，U型管的质量增加
2 3
7.2 g，则混合物中Fe O 的质量为________。
2 3
(4)U型管E右边连接干燥管F的目的是__________________________，若无干燥管F，
测得Fe O 的质量将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
2 3
解析 (1)根据实验装置可确定，装置A为制取H 的装置，装置D为还原装置，加热前需
2
要确定H 在装置中的纯度，若在爆炸范围内，加热会发生爆炸，在加热前需要收集气体进行
2
验纯操作。(2)盐酸具有挥发性，制取的气体中会混有HCl气体，装置B的作用为除去HCl气
体；由于需要通过测定水的含量来确定氧化铁含量，则装置C需要除去水蒸气，则用浓硫酸
干燥氢气。(3)U型管的作用为吸收水，增加的质量则为水的质量，7.2 g水为0.4 mol，FeO和
Fe O 物质的量之比1∶1的固体混合物，根据氧原子守恒可知Fe O 的物质的量为0.1 mol，
2 3 2 3
质量为16 g。(4)由于空气中还含有水蒸气，则干燥管F的作用为防止空气中的水蒸气进入装
置E。若无干燥管F，则导致水的含量偏大，从而导致氧化铁的含量偏大。
答案 (1)验纯 (2)除HCl 浓HSO (3)16 g
2 4
(4)防止空气中水蒸气进入 偏大
8．(2021·辽宁鞍山检测)氯化铁可用作金属蚀刻、有机合成的催化剂，研究其制备及性质
是一个重要的课题。
(1)氯化铁晶体的制备：
①实验过程中装置乙发生反应的离子方程式有________________、____________，仪器
丙的作用为__________________________________________。
②为顺利达成实验目的，上述装置中弹簧夹打开和关闭的顺序为________________。
③反应结束后，将乙中溶液边加入____________，边进行加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗
涤、干燥即得到产品。
(2)氯化铁的性质探究：某兴趣小组将饱和FeCl 溶液进行加热蒸发、蒸干灼烧，在试管底部没有得到预期的红
3
棕色固体。为进一步探究该固体的成分设计了如下实验。(查阅文献知：①FeCl 溶液浓度越
3
大，水解程度越小②氯化铁的熔点为306 ℃、沸点为315 ℃，易升华，气态FeCl 会分解成
3
FeCl 和Cl ③FeCl 熔点为670 ℃)
2 2 2
操作步骤 实验现象 解释原因
①充入N 的原因
2
打开K，充入氮气 D中有气泡产生 ___________________________________
___________________________________
②产生现象的原因
关闭K，加热至600 B中出现棕黄色
___________________________________
℃，充分灼烧固体 固体
___________________________________
④2FeCl =====2FeCl ＋
3 2
实验结束，振荡C ③_____________ Cl↑_______________________________
2
静置 _______________ ____
(用相关的方程式说明)
⑤结合以上实验和文献资料，该未知固体可以确定的成分有
________________________。
解析 (1)①装置甲制取氯气，装置乙发生Fe＋2H＋===Fe2＋＋H↑，利用氯气的强氧化
2
性，把Fe2＋氧化成Fe3＋，离子反应方程式为：2Fe2＋＋Cl===2Fe3＋＋2Cl－；氯气有毒，作为尾
2
气必须除去，除去氯气常用氢氧化钠溶液，因此丙装置中盛放NaOH溶液的作用是除去多余
尾气；②为了实验顺利进行，铁和盐酸先充分反应，待铁全部溶解后，再通入氯气，因此操作
是：关闭弹簧夹1和3，打开弹簧夹2，待铁粉完全溶解后，打开弹簧夹1和3，关闭弹簧夹2；
③Fe3＋易水解，为抑制水解，边加入浓盐酸，边进行加热浓缩、冷却结晶、过滤。
(2)①充入氮气的目的是排除装置中的空气，防止干扰实验；②棕黄色固体是FeCl ，根据
3
信息，FeCl 易升华，A中FeCl 由固体转化成气体，在B装置中遇冷凝结为固体；③FeCl 受
3 3 3
热分解成FeCl 和Cl，Cl 与KBr反应生成Br ，Br 易溶于有机溶剂，现象是：溶液分层，上层
2 2 2 2 2
接近无色，下层橙红色；⑤根据上述现象和资料推出含有的物质是FeCl 、FeCl 、Fe O。
3 2 2 3
答案 (1)①Fe＋2H＋===Fe2＋＋H↑ Cl＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2Cl－ 吸收多余的氯气
2 2
②关闭弹簧夹1和3，打开弹簧夹2；待铁粉完全溶解后打开弹簧夹1和3，关闭弹簧夹2
③浓盐酸
(2)①排出装置内的空气 ②FeCl 易升华
3
③溶液分层，上层接近无色，下层橙红色④2Br－＋Cl===Br ＋2Cl－ ⑤ FeCl 、FeCl 、Fe O
2 2 3 2 2 3
9．(2021·山东日照检测)实验室以绿矾(FeSO ·7H O)为铁源制备补血剂甘氨酸亚铁
4 2
[(NH CHCOO) Fe]，有关物质性质如下表：
2 2 2
甘氨酸 甘氨酸亚铁
柠檬酸
(NH CHCOOH) [(NH CHCOO)Fe]
2 2 2 2 2
易溶于水，微溶于乙醇，两性 易溶于水和乙醇，有强酸性和
易溶于水，难溶于乙醇
化合物 还原性
实验过程：
Ⅰ.配制含0.10 mol FeSO 的水溶液。
4
Ⅱ.制备FeCO：向配制好的FeSO 溶液中，缓慢加入200 mL 1.1 mol·L－1 NH HCO 溶液，
3 4 4 3
边加边搅拌，反应结束后过滤并洗涤沉淀。
Ⅲ.制备(NH CHCOO)Fe：实验装置如图(夹持和加热仪器已省略)，将实验Ⅱ得到的沉淀
2 2 2
(过量)和含0.20 mol 甘氨酸的水溶液混合后加入C中，然后利用A中的反应将C中空气排尽，
接着滴入柠檬酸溶液并加热。反应结束后过滤，滤液经蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品。
回答下列问题：
(1)仪器P的名称是______________。
(2)实验Ⅰ配制 FeSO 溶液时，为防止 FeSO 被氧化变质，应加入的试剂为
4 4
____________(填化学式)。
(3)实验Ⅱ中，生成沉淀的离子方程式为____________________________________。
(4)实验Ⅲ中，
①检查装置A的气密性的方法是_________________________________。
②柠檬酸可调节pH，体系pH与产率的关系如下表：
实验 1 2 3 4
体系pH 4.0 4.5 5.0 5.5
产率/% 65.74 74.96 78.78 83.13
实验 5 6 7 8
体系pH 6.0 6.5 7.0 7.5
产率/% 85.57 72.98 62.31 56.86
pH过低会使产率下降，其原因是_____________________________________；柠檬酸的
作用还有________(填字母)。A．作催化剂
B．作反应终点指示剂
C．促进FeCO 溶解
3
D．防止二价铁被氧化
③洗涤实验Ⅲ中得到的沉淀，所选用的最佳洗涤试剂是________________。
(5)若产品的质量为16.32 g，则产率为__________。
解析 (2)FeSO 易被空气中O 氧化，且易发生水解反应，故实验Ⅰ配制FeSO 溶液时，
4 2 4
加入还原铁粉防止FeSO 被氧化，滴加稀硫酸抑制其水解。
4
(3)实验Ⅱ中，向配制好的FeSO 溶液中，加入200 mL 1.1 mol·L－1 NH HCO 溶液生成
4 4 3
FeCO 沉淀，离子方程式为Fe2＋＋2HCO===FeCO ↓＋CO↑＋HO。
3 3 2 2
(4)①采用“压强差法”检验装置的气密性，具体操作为：关闭弹簧夹，从长颈漏斗注入
一定量的水，使漏斗内的水面高于具支试管中的水面，停止加水一段时间后，若长颈漏斗与
具支试管中的液面差保持不变，说明装置不漏气。
②由于NH CHCOOH具有两性，pH过低，则溶液的酸性过强，NH CHCOOH与H＋发
2 2 2 2
生反应生成HOO CCHNH，导致产品的产率下降。柠檬酸具有强酸性和还原性，加入柠檬酸
2
调节pH，同时促进FeCO 溶解，并防止生成的Fe2＋被氧化。
3
③由于甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇，为了降低产品的溶解，故实验Ⅲ洗涤产品时
最好选用乙醇。
(5)结合制备过程中发生的反应可得关系式：FeSO ～FeCO～(NH CHCOO)Fe，理论上
4 3 2 2 2
生成0.1 mol (NH CHCOO)Fe，其质量为20.4 g，则产率为16.32 g/20.4 g×100%＝80%。
2 2 2
答案 (1)恒压漏斗 (2)Fe (3)Fe2＋＋2HCO===FeCO ↓＋CO↑＋HO
3 2 2
(4)①关闭弹簧夹，从长颈漏斗注入一定量的水，使漏斗内的水面高于具支试管中的水面，
停止加水一段时间后，若长颈漏斗与具支试管中的液面差保持不变，说明装置不漏气
②H＋会与NH CHCOOH反应 CD ③乙醇
2 2
(5)80%
10．(2021·福建厦门一模)配合物乙二胺四乙酸铁钠(NaFeY)可溶于水，常见于铁强化盐
中。
实验1：制备乙二胺四乙酸铁钠晶体
实验原理：
2Fe(OH) ＋NaCO＋2HY===2[NaFeY·3H O]＋CO↑＋HO
3 2 3 4 2 2 2
实验步骤：
①称取2.7 g FeCl ·6H O于烧杯中溶解，分批次加入适量浓氨水，搅拌，过滤，洗涤，干燥。
3 2
②将Fe(OH) 、乙二胺四乙酸(H Y)、HO加入三颈烧瓶(装置如下图)，搅拌，80 ℃水浴反
3 4 2
应1 h，用NaCO 溶液调节pH，经过一系列操作，过滤洗涤，晾干得到产品。
2 3(1)“步骤①”为避免Fe(OH) 沉淀中裹入过多杂质，采取的措施有________________。
3
(2)判断“步骤①”中沉淀是否洗涤干净的操作为______________________________。
(3)若滴液漏斗替换为分液漏斗，实验中 NaCO 溶液将无法顺利滴下，其原因为
2 3
_____________________________。
(4)“步骤②”中的“一系列操作”为___________________________(填标号)，
若将溶液直接蒸干，会造成_____________________________________。
A．蒸发浓缩，趁热结晶
B．蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜，停止加热
C．蒸发浓缩至大量晶体析出，停止加热
实验2：市售铁强化盐中铁含量测定
已知：①铁强化盐含有NaCl、KIO 、NaFeY，其中n(KIO )∶n( NaFeY)＝1∶50；②I＋
3 3 2
2SO===2I－＋SO。
2 4
称取m g样品，加稀硫酸溶解后配成100 mL溶液。取出10 mL，加入稍过量的KI溶液，
充分反应后，滴入淀粉溶液，用c mol·L－1NaSO 标准液滴定，重复操作2～3次，消耗
2 2 3
NaSO 标准液平均值为V mL。
2 2 3
(5)I－除了与Fe3＋反应外，还可能发生的反应的离子方程式为________________。
(6)滴定终点的现象为________________(填颜色变化)。
(7)样品中铁元素的质量分数为__________%。
解析 (1)根据实验操作原理分析可知，采取的措施有分批次加入浓氨水、搅拌。
(2)可以通过检验是否存在Cl－，判断沉淀是否洗涤干净，具体操作为：取最后一次洗涤
液于试管中，加入AgNO 溶液，观察是否产生白色沉淀。
3
(3)根据仪器构造分析知，其原因为反应需要加热且产生气体，使得三颈烧瓶内压强增大。
(4)蒸发的正确操作是蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜，停止加热；若将溶液蒸干，会引起
NaFeY·3H O分解、晶体飞溅。
2
(5)IO具有氧化性，在酸性条件下可以与I－发生氧化还原反应生成I，离子方程式为5I－
2
＋IO＋6H＋===3I ＋3HO。
2 2
(6)用c mol·L－1NaSO 标准液滴定溶液中I ，用淀粉溶液作指示剂，发生反应：I ＋
2 2 3 2 2
2SO===2I－＋SO，达到滴定终点时，I 消耗完毕，溶液的蓝色褪去。
2 4 2
(7)据题义知：由样品产生的 n(I)＝×c×V×10－3×＝cV×10－2 mol；已知样品中
2
n(KIO )∶n(NaFeY)＝1∶50
3
设n(NaFeY)为x，则n(KIO )为x，由反应方程式知：x＋x＝cV×10－2 mol
3解得：x＝，故样品中铁元素的质量分数为
×100%＝%。
答案 (1)分批次加入浓氨水、搅拌 (2)取最后一次洗涤液于试管中，加入AgNO 溶液
3
(3)反应需要加热且产生气体，使得三颈烧瓶内压强增大
(4)B NaFeY·3H O分解、晶体飞溅
2
(5)5I－＋IO＋6H＋===3I ＋3HO (6)蓝色褪去 (7)
2 2
