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2022高考化学专题复习 专题三 金属及其化合物 第3讲 铁及其化合物学案
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这是一份2022高考化学专题复习 专题三 金属及其化合物 第3讲 铁及其化合物学案，共23页。学案主要包含了铁及其重要化合物，“铁三角”及亚铁离子等内容，欢迎下载使用。
第3讲 铁及其化合物
考试要点
核心素养
1.掌握铁及其重要化合物的主要性质及其应用。
2.了解铁及其重要化合物的制备方法。
1.宏观辨识与微观探析:了解Fe的物理性质,掌握Fe、Fe2+、Fe3+的化学性质;了解Fe2+、Fe3+的常用检验方法。
2.变化观念与平衡思想:运用氧化还原反应理论分析Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化。
3.证据推理与模型认知:能依据实验证据推出合理的结论;构建“铁三角”转化关系模型,运用模型解释化学问题。
一、铁及其重要化合物
1.铁
(1)铁的原子结构
铁位于元素周期表中第① 四 周期第② Ⅷ 族。
(2)物理性质
颜色、状态
导电、导热性
延展性
地壳中含量
④ 银白色 固体
良好
良好
占第⑤ 4 位
(3)化学性质
2.铁的氧化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
——
铁红
磁性氧化铁
颜色、状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁元素的
化合价
⑨ +2
⑩ +3
+2、+3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+Fe2++H2O
Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O
3.铁的氢氧化物
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
受热分解
——
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
制法
新制可溶性亚铁盐与碱溶液隔绝空气反应:Fe2++2OH-Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应:Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
二者的
关系
在空气中,Fe(OH)2能够迅速被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
4.亚铁盐和铁盐
亚铁盐
铁盐
颜色
浅绿色(溶液)
棕黄色(溶液)
氧化性与
还原性
(1)Fe2+为中间价态,既有氧化性,又有还原性,其中以 还原性 为主,如:遇Br2、Cl2、H2O2、NO3-(H+)等均表现为 还原性 。
(2)Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
Fe3+为铁的高价态,遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为 氧化性 。(1)Fe3+与S2-、I-、HS-、SO32-等具有较强还原性的离子不能大量共存。(2)Fe3+可腐蚀印刷电路板上的铜,反应的离子方程式为2Fe3++CuCu2++2Fe2+
水解性
水解呈酸性
(1)Fe3+极易水解,只能存在于酸性较强的溶液中。(2)实验室可用饱和FeCl3溶液滴入沸水中制取氢氧化铁胶体,反应的化学方程式:FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl
溶液的
配制
加少量 硫酸 抑制Fe2+的水解,加少量 铁屑 防止Fe2+被氧化
氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中,然后再稀释至所需浓度
二、“铁三角”及亚铁离子、铁离子的检验
1.“铁三角”中的转化关系
完成下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+转化的条件。
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:
2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+ 。
(2)将FeCl3溶液滴入淀粉-KI溶液中,溶液变蓝:
2Fe3++2I-2Fe2++I2 。
(3)向FeCl2酸性溶液中滴入H2O2溶液:
2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O 。
(4)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色:
5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O 。
(5)将FeCl2溶液滴入稀HNO3溶液中,有无色气体放出:
3Fe2++4H++NO3-3Fe3++NO↑+2H2O 。
2.Fe2+、Fe3+的检验
Ⅰ.Fe2+的检验
(1)样品溶液 无明显现象 溶液变成 红色 ,说明含有Fe2+
(2)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,说明含有Fe2+
Ⅱ.Fe3+的检验
a.样品溶液 溶液变成 红色 ,说明含有Fe3+
b.样品溶液 产生 红褐色 沉淀,说明含有Fe3+
Ⅲ.混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
(1)Fe3+的检验
a.混合溶液 溶液变成 红色 ,说明含有Fe3+
b.混合溶液 试纸变 蓝 ,说明含有Fe3+
(2)Fe2+的检验
a.混合溶液 酸性KMnO4溶液 紫红色褪去 ,说明含有Fe2+
b.混合溶液 溴水 褪色 ,说明含有Fe2+
c.混合溶液生成蓝色沉淀,说明含有Fe2+
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(1)常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,铁片不溶解,说明常温下,铁与浓硫酸不发生化学反应 ( )
(2)将铁屑放入稀HNO3中有气泡产生,证明Fe比H2活泼 ( )
(3)铁能被磁铁吸引,但是纯铁易被腐蚀 ( )
(4)过量的铁在加热时与氯气反应,生成氯化亚铁 ( )
(5)铁与强氧化剂硝酸反应的产物仅为硝酸铁 ( )
(6)铝热法制取铁的反应中,放出的热量能使铁熔化 ( )
(7)Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同 ( )
(8)将NaOH浓溶液滴加到饱和的FeCl3溶液中,制备Fe(OH)3胶体( )
(9)Fe(OH)2在空气中加热,可得到Fe2O3 ( )
(10)向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液呈红色,该溶液中一定含Fe2+ ( )
答案 (1)✕ (2)✕ (3)✕ (4)✕ (5)✕ (6)√ (7)✕ (8)✕ (9)√ (10)√
2.有一种铁的化合物俗称铁红,常用作红色油漆和外墙涂料,这种铁的化合物是 ( )
A.Fe2O3 B.Fe(OH)2
C.FeO D.Fe3O4
答案 A Fe2O3为红棕色固体粉末,俗称铁红,故A正确;Fe(OH)2为白色固体,不溶于水,故B错误;FeO为黑色粉末,故C错误;Fe3O4是具有磁性的黑色晶体,故D错误。
3.下列物质不能用单质化合而成的是 ( )
A.CuS B.FeS
C.FeCl3 D.HgS
答案 A S元素氧化性较弱,与Cu反应时只能将铜氧化成较低价态,生成Cu2S,故A符合题意。
4.铁是人类应用较早,当前应用量最大的金属元素。下列有关说法中正确的是 ( )
A.人类使用铁制品在铝之后
B.常温下,铁不能与浓硝酸反应
C.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
D.除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中加入适量氯水
答案 D 人类使用铁制品在铝之前,A项错误;常温下,铁遇浓硝酸钝化,是因为生成一层致密的氧化膜阻止反应进行,B项错误;铁与水蒸气在高温下的反应方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,C项错误;氯水将FeCl2氧化成FeCl3,反应的化学方程式为2FeCl2+Cl22FeCl3,D项正确。
考点一 铁及其重要化合物
◆典例探究
例 下列各图中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是 ( )
A.①②③④⑤ B.①②③⑤ C.①②③④ D.②③④⑤
答案 B Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,因此若要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排尽,使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解水产生的OH-结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面上加一层苯阻止了空气进入;④中空气中的氧气,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
名师点拨
防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸,排出溶解的氧气。
(2)将盛有氢氧化钠溶液的胶头滴管尖端插入试管里的亚铁盐溶液底部,再慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面加保护层,如苯或植物油等。
(4)充入保护气,如氢气、氮气、稀有气体等。
(5)用铁作阳极,石墨作阴极,电解NaOH溶液或NaCl溶液,利用新产生的Fe2+与OH-反应制取。
◆题组训练
题组一 铁及其化合物的性质
1.人体正常的血红蛋白中含有Fe2+,若误食亚硝酸盐(如NaNO2),可导致血红蛋白中的Fe2+转化为Fe3+而中毒,服用维生素C可解毒。下列叙述不正确的是 ( )
A.亚硝酸盐被还原
B.维生素C是还原剂
C.维生素C将Fe3+还原为Fe2+
D.亚硝酸盐与一氧化碳使人中毒的原理相同
答案 D 一氧化碳使人中毒主要体现在易与血红蛋白结合,从而使血红蛋白失去运输氧气的能力,与亚硝酸盐中毒原理不同,故D错误。
2.(2020湖北荆州调研)向FeCl3、CuCl2和HCl的混合溶液中加入铁粉,待反应结束,所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引,则反应后溶液中存在较多的阳离子是 ( )
A.Fe2+ B.Fe3+ C.Cu2+ D.H+
答案 A 氧化性顺序为Fe3+>Cu2+>H+,向氯化铁、氯化铜和盐酸的混合溶液中加入铁粉,铁会先后与氯化铁、氯化铜和盐酸发生氧化还原反应,反应结束后,所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引,说明铁粉过量,溶液中的反应均能发生,所以溶液中的阳离子只有Fe2+和水电离出的微量的H+,A正确。
题组二 氢氧化亚铁的制备
3.(2020山东高三月考)某同学欲利用如图装置制取能较长时间存在的Fe(OH)2,其中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a、打开b,再加入X
C.反应一段时间后可在蒸馏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)2可较长时间存在
答案 D 稀硝酸会将铁氧化为Fe3+,故A错误;实验开始时,应先打开止水夹a、b,利用生成的氢气将装置中空气排出,然后关闭a,利用压强差将生成的含亚铁离子的溶液排到锥形瓶中,Fe2+和NaOH溶液反应生成Fe(OH)2,故B、C错误;由于装置中的空气及溶液中氧气已被除去,故Fe(OH)2可较长时间存在,故D正确。
4.下列关于Fe3+、Fe2+性质实验的说法错误的是 ( )
A.用如图装置可以制备Fe(OH)2
B.配制FeCl3溶液时,先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度
C.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显红色,此现象不能确定溶液中含有Fe2+
D.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化
答案 C 反应开始时打开止水夹C,生成的H2进入B中,可排出其中的空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化,一段时间后关闭止水夹C,A中生成的FeSO4溶液被H2压入B中与NaOH反应生成Fe(OH)2,A正确;FeCl3易水解,为防止水解,配制溶液时先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度,B正确;Fe3+与铁反应可生成Fe2+,则向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化,D正确。
题组三 有关铁及其化合物的计算
5.铁氧体(Fe3O4)法是处理含废铬水的常用方法,其原理是用FeSO4把废水中Cr2O72-还原为Cr3+,并通过调节废水的pH,使生成物组成符合类似于铁氧体(Fe3O4或Fe2O3·FeO)的复合氧化物(Cr+3xFe+32-xO3·Fe+2O)。处理含1molCr2O72-废水至少需要加入amolFeSO4·7H2O。下列结论正确的是 ( )
A.x=0.5,a=10 B.x=1,a=5
C.x=2,a=10 D.x=0.5,a=8
答案 A 由题目信息可知,Cr2O72-中Cr元素由+6价降低到+3价,FeSO4中Fe元素由+2价升高到+3价,且部分Fe元素化合价有变化,根据得失电子守恒计算有3x=2-x,解得x=0.5,处理1molCr2O72-,根据得失电子守恒可知,被氧化为+3价的Fe元素的物质的量为6mol,复合氧化物Cr+3xFe+32-xO3·Fe+2O中+2价的Fe元素与+3价Fe元素的物质的量之比为1∶(2-x)=1∶(2-0.5)=1∶1.5,故复合氧化物中+2价的Fe元素物质的量为6mol1.5=4mol,因此需要FeSO4·7H2O物质的量为6mol+4mol=10mol,答案为A。
6.(2020天津高三月考)某稀硫酸和稀硝酸的混合液25mL,向其中逐渐加入铁粉,产生气体的物质的量随铁粉质量增加的变化如图所示(硝酸的还原产物为NO,忽略反应中的溶液体积变化)。下列有关说法错误的是 ( )
A.OA段产生的气体是NO,AB段发生的反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,BC段产生的气体是H2
B.由此推断该条件下,氧化性:NO3-强于Fe3+
C.OA段与BC段产生的气体的体积比为1∶1
D.C点溶质的物质的量浓度为10mol/L
答案 C A项,OA段发生反应:Fe+NO3-+4H+Fe3++NO↑+2H2O,AB段发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+,BC段发生反应:Fe+2H+Fe2++H2↑,正确;B项,由OA段发生的反应可知,氧化性:NO3-强于Fe3+,正确;C项,OA段发生反应:Fe+NO3-+4H+Fe3++NO↑+2H2O,消耗Fe的物质的量为5.6g56g/mol=0.1mol,产生0.1molNO,BC段发生反应:Fe+2H+Fe2++H2↑,消耗Fe的物质的量为14.0g-8.4g56g/mol=0.1mol,产生0.1molH2,选项没有说明两种气体是在同温同压下,不能判断二者的体积比,错误;D项,最终消耗14.0gFe,溶液中溶质为FeSO4,n(FeSO4)=n(Fe)=14.0g56g/mol=0.25mol,物质的量浓度为0.25mol0.025L=10mol/L,正确。
考点二 “铁三角”及亚铁离子、铁离子的检验
◆典例探究
例 选择合适试剂完成甲、乙两组实验:
甲组:检验含Fe3+的溶液中是否含有Fe2+;
乙组:检验含Fe2+的溶液中是否含有Fe3+。
下列试剂选取正确的一项是 ( )
选项
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
NaOH溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
NaOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
答案 B Fe2+具有还原性,能使酸性KMnO4溶液褪色;Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(红色)。
名师点拨
检验Fe2+和Fe3+的易错点
氧化性:KMnO4(H+)>Cl2>Fe3+,故用酸性KMnO4溶液检验Fe2+时要防止溶液中Cl-的干扰。
◆题组训练
题组一 “铁三角”中的转化关系
1.(2020贵州黔西南调研)下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀HNO3 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液
A.①②③ B.①③④ C.②④⑤ D.②⑤⑥
答案 D ①氯气具有强氧化性,能氧化亚铁离子生成铁离子;②NaCl溶液不具有氧化性,不能氧化亚铁离子生成铁离子;③KMnO4溶液具有强氧化性,能氧化亚铁离子生成铁离子;④稀硝酸具有强氧化性,能氧化亚铁离子生成铁离子;⑤盐酸不具有强氧化性,不能氧化亚铁离子生成铁离子;⑥NaNO3溶液不具有强氧化性,不能氧化亚铁离子生成铁离子,故不能氧化的是②⑤⑥,D正确。
2.(2020安徽六安模拟)下列各组物质中,X是主体物质,Y是少量杂质,Z是为除去杂质所要加入的试剂,其中所加试剂正确的一组是 ( )
选项
A
B
C
D
X
FeCl2溶液
FeCl3溶液
Fe
FeSO4溶液
Y
FeCl3
CuCl2
Al
Fe2(SO4)3
Z
Cl2
Fe
NaOH溶液
Cu
答案 C Cl2与FeCl2反应,A错误;Fe与FeCl3、CuCl2均反应,B错误;D项有新的杂质CuSO4生成,D错误。
题组二 亚铁离子、铁离子的检验
3.(2020上海高三二模)可用于检验久置的FeSO4溶液是否变质的试剂是 ( )
A.过氧化钠 B.铁粉 C.盐酸 D.KSCN溶液
答案 D 过氧化钠有强氧化性,会将Fe2+氧化,从而无法确定原溶液是否变质,A错误;铁粉有还原性,若FeSO4溶液变质了,能将Fe3+还原成Fe2+,但无明显现象,无法确定原溶液是否变质,B错误;加入盐酸,无明显现象,无法确定原溶液是否变质,C错误;若FeSO4溶液变质了,溶液中会有Fe3+,加入KSCN溶液,溶液变成红色,D正确。
4.要证明某溶液中不含有Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时最佳顺序为 ( )
①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液
A.①③ B.②③ C.③① D.①②③
答案 C
1.(高考题改编)下列关于铁及其化合物的说法中正确的是 ( )
A.FeS2在沸腾炉中与O2反应主要生成SO3
B.Mg加入到过量FeCl3溶液中可得Fe
C.钢铁在潮湿空气中生锈主要是发生了电化学腐蚀
D.室温下,Fe与浓H2SO4反应生成FeSO4
答案 C FeS2在沸腾炉中与O2发生的反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,产物主要是SO2而不是SO3,故A错误;Mg加入到FeCl3溶液中,Mg具有较强的还原性,先与Fe3+反应,生成Mg2+和Fe2+,若Mg过量,Mg与Fe2+继续反应生成Mg2+和Fe,但由于反应中FeCl3过量,因此不会生成Fe,故B错误;钢铁在潮湿的空气中,铁和碳、水膜形成原电池,发生电化学腐蚀,腐蚀速率更快,故C正确;室温下,铁在浓硫酸中发生钝化,故D错误。
2.(高考题改编)下列关于铁及其化合物的说法中错误的是 ( )
A.将废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2
B.铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·xH2O
C.FeCl3溶液腐蚀铜板的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
D.将某固体试样完全溶于盐酸,再滴加KSCN溶液,没有出现红色,则该固体试样中不存在Fe3+
答案 D 铁和亚铁离子能将氯气还原为氯离子,从而除去工业废气中的氯气,故A正确;铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·xH2O,故B正确;FeCl3溶液与铜反应生成氯化亚铁和氯化铜,反应的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,故C正确;若固体为FeCl3和Fe的混合物时,也有相同的现象,故固体试样中可能存在Fe3+,故D错误。
3.(2020江苏单科,19,15分)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如下:
(1)酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变,实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有 (填序号)。
A.适当升高酸浸温度
B.适当加快搅拌速度
C.适当缩短酸浸时间
(2)还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉,使Fe3+完全转化为Fe2+。“还原”过程中除生成Fe2+外,还会生成 (填化学式);检验Fe3+是否还原完全的实验操作是 。
(3)除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低,将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是 [Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。
(4)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应,生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的离子方程式为 。
②设计以FeSO4溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液为原料,制备FeCO3的实验方案: [FeCO3沉淀需“洗涤完全”,Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5]。
答案 (1)AB (2)H2 取少量清液,向其中滴加几滴KSCN溶液,观察溶液颜色是否呈红色
(3)pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全
(4)①Fe2++HCO3-+NH3·H2OFeCO3↓+NH4++H2O或Fe2++HCO3-+NH3FeCO3↓+NH4+
②在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水-NH4HCO3混合溶液,控制溶液pH不大于6.5;静置后过滤,所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次;取最后一次洗涤后的滤液,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,不出现白色沉淀
解析 (1)适当升高酸浸温度、加快搅拌速度均可提高铁元素浸出率;适当缩短酸浸时间会使铁元素浸出率降低,故A、B正确,C不正确。(2)“酸浸”时酸过量,“酸浸”后的滤液中还含有大量H+,H+与铁粉反应生成H2;一般用KSCN溶液检验Fe3+。(3)HF为弱酸,由Ksp(CaF2)和Ka(HF)知,若溶液pH偏低,c(H+)较大,H+与F-易结合成HF,使溶液中c(F-)降低,CaF2沉淀不完全。(4)①Fe2+与HCO3-反应生成FeCO3和H+,H+与NH3·H2O反应生成NH4+和H2O,故离子方程式为Fe2++HCO3-+NH3·H2OFeCO3↓+NH4++H2O。②为防止生成Fe(OH)2沉淀,设计实验方案时应将氨水-NH4HCO3溶液缓慢加入FeSO4溶液中,并注意控制溶液pH不大于6.5。最后要注意洗涤沉淀,并检验沉淀是否“洗涤完全”。
A组 基础达标
1.(2020陕西铜川模拟)《新修本草》是我国古代中药学著作之一,其中有关于“青矾”的描述为“本来绿色,新出窟未见风者,正如瑠璃…烧之赤色…”。据此推测,“青矾”的主要成分为( )
A.CuSO4·5H2O B.FeSO4·7H2O
C.KAl(SO4)2·12H2O D.Fe2(SO4)3·9H2O
答案 B 描述中“青矾”为“本来绿色”,由此推断应选B。
2.(2020四川广元模拟)在给定条件下,下列物质间的转化不能实现的是 ( )
A.FeFeCl3 B.FeFeSO4
C.FeFe3O4 D.FeFeCl2
答案 B 常温下Fe在浓硫酸中发生钝化不能继续反应,物质间的转化不能实现,故B符合题意。
3.下列试剂中可用于鉴别Fe2+和Fe3+的是 ( )
①淀粉-KI溶液 ②酸性KMnO4溶液
③KSCN溶液 ④KBr溶液
A.①③ B.①②③
C.①③④ D.①②③④
答案 B ①铁离子能将碘离子氧化成碘单质,溶液变成蓝色,能鉴别Fe2+和Fe3+;②Fe2+具有较强的还原性,能使酸性KMnO4溶液褪色,Fe3+不能,能鉴别Fe2+和Fe3+;③加入KSCN溶液,发生反应:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,溶液呈红色,证明含有铁离子,加KSCN溶液没有明显现象,加入氯水,溶液变成红色,说明溶液只有Fe2+;④KBr溶液与Fe2+和Fe3+均不能反应,不能鉴别Fe2+和Fe3+;故选B。
4.(2020山东日照月考)在通风橱中进行下列实验:
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法中,不正确的是 ( )
A.Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式为2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否持续被氧化
答案 C Ⅰ中铁和稀硝酸反应生成一氧化氮,一氧化氮和空气中的氧气反应生成二氧化氮,化学方程式为2NO+O22NO2,A正确;常温下,Fe遇浓硝酸易钝化,表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应,B正确;对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明浓HNO3的氧化性强于稀HNO3,C错误;Ⅲ中构成原电池,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否持续被氧化,D正确。
5.(2020安徽合肥模拟)某溶液由K+、Fe3+、SO42-、CO32-、NO3-、I-中的几种离子组成,取样,滴加NaOH溶液后有红褐色沉淀生成。下列有关该溶液的说法不正确的是 ( )
A.是否含有SO42-可用BaCl2溶液检验
B.是否含有K+可通过焰色反应确定
C.一定存在的离子为Fe3+、NO3-
D.一定不存在的离子为CO32-、I-
答案 C 滴入NaOH溶液后有红褐色沉淀生成,说明原溶液中含有Fe3+;根据Fe3+与CO32-能相互促进水解而不能大量共存,知原溶液中一定不含有CO32-;根据Fe3+与I-能发生氧化还原反应而不能大量共存,知原溶液中一定不含I-。因为原溶液中一定不含CO32-,故欲确定原溶液中是否含有SO42-,可以用BaCl2溶液检验,A项正确;欲确定原溶液中是否含有K+,可以通过焰色反应,透过蓝色钴玻璃观察火焰是否为紫色,B项正确;原溶液中一定存在Fe3+,但NO3-不一定存在,C项错误;原溶液中一定不存在的离子为CO32-、I-,D项正确。
6.(2020山东滨州模拟)下列中学常见实验的现象或表述正确的是 ( )
A.过量的铁投入一定量的稀硝酸中,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液显红色
B.制备氢氧化亚铁时,向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液,边加边搅拌,即可制得白色的氢氧化亚铁
C.检验红砖中的氧化铁成分,向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液2~3滴,溶液显红色即可证明
D.向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后,将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸一会,然后冷却、过滤,滤纸上的物质为蓝色固体
答案 C 过量的铁与一定量的稀硝酸反应最终生成的是Fe2+,A错误;制备氢氧化亚铁时应避免刚生成的氢氧化亚铁被氧气氧化,向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时应把胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌,B错误;向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后生成Cu(OH)2沉淀,加热煮沸后过滤,滤纸上留下的是黑色的CuO固体,D错误。
7.(2020安徽池州模拟)准确称取某种铁的氧化物2.88g,用足量的CO进行还原,将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收,得到沉淀4.00g,则这种铁的氧化物为 ( )
A.Fe3O4 B.Fe2O3 C.FeO D.以上都不是
答案 C 4.00gCaCO3沉淀的物质的量为0.04mol,则CO、CO2的物质的量也均为0.04mol,增加的氧元素为0.04mol,质量为0.04mol×16g·mol-1=0.64g,铁的氧化物中氧元素质量为0.64g,铁元素质量为2.88g-0.64g=2.24g,铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为2.24g56g·mol-1∶0.64g16g·mol-1=1∶1,则这种铁的氧化物的化学式为FeO。
8.(2020内蒙古高三二模)某同学在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化实验。
实验Ⅰ:将Fe3+转化为Fe2+
查阅资料:①SCN-的化学性质与I-相似;②2Cu2++4I-2CuI↓+I2。
实验Ⅱ:将Fe2+转化为Fe3+
实验方案
现象
向3mL0.1mol·L-1FeSO4溶液中加入稍过量稀硝酸
溶液变为棕色,放置一段时间后,棕色消失,溶液变为黄色
查阅资料:Fe2++NOFe(NO)2+(棕色)。
下列说法不正确的是 ( )
A.取4mL0.1mol·L-1CuSO4溶液,向其中滴加3滴0.1mol·L-1KSCN溶液,产生白色沉淀
B.取4mL0.2mol·L-1FeSO4溶液,向其中滴加3滴0.1mol·L-1KSCN溶液,产生白色沉淀
C.Cu2+与SCN-反应的离子方程式为2Cu2++4SCN-2CuSCN↓+(SCN)2
D.产生NO的原因:3Fe2++4H++NO3-3Fe3++NO↑+2H2O
答案 B 取4mL0.1mol·L-1CuSO4溶液,向其中滴加3滴0.1mol·L-1KSCN溶液,由题给信息可知,Cu2+与SCN-反应生成CuSCN白色沉淀,选项A正确;取4mL0.2mol·L-1FeSO4溶液,向其中滴加3滴0.1mol·L-1KSCN溶液,不发生反应,无明显现象,选项B不正确;Cu2+与SCN-反应生成CuSCN沉淀,同时生成(SCN)2,反应的离子方程式为2Cu2++4SCN-2CuSCN↓+(SCN)2,选项C正确;亚铁离子具有还原性,酸性条件下硝酸根离子具有强氧化性,反应生成铁离子、NO与水,反应的离子方程为3Fe2++4H++NO3-3Fe3++NO↑+2H2O,选项D正确。
9.某小组同学通过实验研究FeCl3溶液与Cu粉发生的氧化还原反应。实验记录如下:
序号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
实验
步骤
实验
现象
铜粉消失,溶液黄色变浅,加入蒸馏水后无明显现象
铜粉有剩余,溶液黄色褪去,加入蒸馏水后生成白色沉淀
铜粉有剩余,溶液黄色褪去,变成蓝色,加入蒸馏水后无白色沉淀
下列说法不正确的是 ( )
A.实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均发生了反应:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
B.对比实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ说明白色沉淀的产生可能与铜粉的量及溶液的阴离子种类有关
C.实验Ⅰ、Ⅲ中加入蒸馏水后c(Cu2+)相同
D.向实验Ⅲ反应后的溶液中加入饱和NaCl溶液可能出现白色沉淀
答案 C 三组实验中溶液中均含有Fe3+,加入了铜粉,均会发生反应:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,故A正确;对比实验Ⅰ、Ⅱ可知,白色沉淀的产生与铜粉的量有关,对比实验Ⅱ、Ⅲ可知,白色沉淀的产生与溶液的阴离子种类有关,故B正确;实验Ⅰ中铜粉少量,且完全消失,所以不能确定是否将Fe3+全部反应,所以实验Ⅰ、Ⅲ中加入蒸馏水后c(Cu2+)不一定相同,故C错误;根据实验Ⅱ的现象可知,当铜过量且氯离子存在时会产生沉淀,所以向实验Ⅲ反应后的溶液中加入饱和NaCl溶液,可能出现白色沉淀,故D正确。
10.(2020天津红桥模拟)Ⅰ.铁是生产、生活及生命中的重要元素。
(1)血红蛋白(Hb)中的铁元素呈正二价,能与O2分子结合成氧合血红蛋白(HbO),从而有输送氧的能力。NaNO2具有氧化性,能使血红蛋白丧失与O2结合的能力。药品美蓝是其有效的解毒剂,解毒时美蓝发生 (填“氧化”或“还原”)反应。
(2)现有一瓶放置了一段时间的某浓度的FeCl2溶液,请设计实验检验其中是否Fe3+: 。
(3)普通铁粉与水蒸气在高温下反应生成铁的某种氧化物和氢气,该氧化物和氢气在高温下发生逆反应得到“引火铁”。若一定量的普通铁粉和水蒸气在高温下反应生成44.8LH2(已换算到标准状况下),则转移电子数目为 ;“引火铁”是一种极细的铁粉,它在空气中可以自燃,其原因是 。
Ⅱ.化合物M是某种具有磁学性质的新型电子材料的主要成分,由两种元素组成。为了研究其组成,设计如下实验:
气体甲可使湿润的红色石蕊试纸变蓝。请回答:
(4)M的化学式为 ,气体甲的电子式为 。
(5)白色沉淀乙在空气中变成红褐色沉淀丙的原因是 (用化学方程式表示)。
(6)高温条件下,丁与甲反应生成两种单质和水,该反应的化学方程式为 。
答案 (1)氧化 (2)取少量待测液于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液呈红色,说明原溶液中有Fe3+,反之则没有 (3)4NA “引火铁”表面积很大,加快了与氧气的反应速率
(4)Fe4N
(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
(6)Fe2O3+2NH32Fe+N2+3H2O
解析 (1)NaNO2具有氧化性能使血红蛋白丧失与O2结合的能力,原理是NaNO2氧化了血红蛋白中的二价铁,药品美蓝是其有效的解毒剂,这说明该物质具有还原性,因此解毒时美蓝发生氧化反应。(3)标准状况下44.8LH2的物质的量为2mol,反应转移的电子数目为2×2×NA=4NA;“引火铁”表面积很大,加快了与氧气的反应速率,因此在空气中可以自燃。(4)气体甲可使湿润的红色石蕊试纸变蓝,气体甲为氨气,说明化合物M中含有氮元素;白色沉淀乙 红褐色沉淀丙,说明化合物M中含有铁元素;红褐色沉淀丙 固体丁(14.40g),固体丁为氧化铁,M由铁、氮两种元素组成,氧化铁质量为14.40g,则铁元素的质量为14.40g×112160=10.08g,氮元素的质量为10.71g-10.08g=0.63g,铁、氮两种元素的物质的量之比为4∶1,所以M的化学式为Fe4N。(5)白色沉淀乙是氢氧化亚铁,在空气中被氧气氧化为红褐色氢氧化铁。
B组 综合提升
11.(2020安徽高三月考)把SO2通入Fe(NO3)3溶液中,溶液由棕黄色变为浅绿色,但立即又变为棕黄色,此时若滴入BaCl2溶液,则会产生白色沉淀。在上述一系列变化过程中,最终被还原的是 ( )
A.SO2 B.Fe2+ C.Fe3+ D.NO3-
答案 D 由滴入BaCl2溶液,会产生白色沉淀,可知具有还原性的SO2通入Fe(NO3)3溶液中发生的氧化反应为SO2→SO42-,白色沉淀为硫酸钡;溶液由黄色变为浅绿色,说明三价铁离子被还原为亚铁离子,但立即又变为黄色,说明亚铁离子又被氧化为三价铁离子,则可知溶液中的硝酸根离子在酸溶液中具有强氧化性,把亚铁离子氧化为三价铁离子表现氧化性,最终被还原的是NO3-,故选D。
12.(2020江西宜春调研)某同学采用废铁屑(主要成分为Fe2O3、Fe,少量碳)制取碳酸亚铁(FeCO3),设计了如图流程,根据流程图下列说法不正确的是 ( )
A.工业废铁屑往往附着有油脂,可通过热饱和碳酸钠溶液洗涤除去
B.反应2的离子方程式:Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O
C.操作Ⅰ为过滤,洗涤操作,一系列操作Ⅱ为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤
D.为避免硫酸溶解时Fe2+被空气氧化,废铁屑应适当过量
答案 C 废铁屑(主要成分为Fe2O3、Fe,少量碳)中加入稀硫酸,发生反应Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O、Fe2(SO4)3+Fe3FeSO4、Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,过滤,将少量碳滤出;滤液中加入NaHCO3溶液,发生反应Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O;过滤后,洗涤、干燥,即得FeCO3。洗涤废铁屑表面的油脂,可使用热的饱和碳酸钠溶液,A正确;由以上分析知,反应2的离子方程式:Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O,B正确;因为一系列操作Ⅱ是从混合物中分离出FeCO3沉淀,所以应为过滤、洗涤、干燥等操作,C不正确;Fe2+具有较强的还原性,洗涤时易被空气中的氧气氧化,所以废铁屑应适当过量,D正确。
13.(2020山东烟台联考)常温时,将0.1molFe(NO3)3和2molHCl溶于水得2L混合溶液,然后向该溶液中投入mg铁粉使其充分反应后,滴加KSCN溶液不变红。下列有关说法正确的是 ( )
A.由于氧化性:Fe3+>H+,首先发生的反应是Fe+2Fe3+3Fe2+
B.当加入16.8g铁粉时,可生成标准状况下6.72L气体
C.在铁粉充分反应后的溶液中,铁元素以Fe2+和Fe3+的形式存在
D.m≥28,反应过程中溶液的质量一直在减小
答案 B 酸性条件下,NO3-有强氧化性,因此首先发生的反应是Fe+NO3-+4H+NO↑+Fe3++2H2O,然后发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+,Fe+2H+Fe2++H2↑,A错误;当加入16.8g铁粉时,刚好发生上述第一个反应,生成标准状况下6.72LNO气体,此时消耗1.2molH+,B正确;滴加KSCN溶液不变红说明溶液中不含Fe3+,C错误;当恰好第二个反应结束时,消耗Fe的量最少,根据方程式计算则至少消耗铁的物质的量为n(Fe)=n(NO3-)+12n总(Fe3+)=0.3mol+(0.3mol+0.1mol)×12=0.5mol,质量为0.5mol×56g·mol-1=28g,但反应过程中溶液的质量一直在增大,D错误。
14.(2020辽宁丹东质检)硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医学上作补血剂。某课外小组的同学欲测定该补血剂中铁元素的含量。实验步骤如下:
请回答下列问题:
(1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加 ,该过程的现象为 。
(2)步骤②加入过量H2O2的目的是 。
(3)步骤③反应的离子方程式为 。
(4)步骤④中一系列处理的操作步骤:过滤、 、灼烧、 、称量。
(5)若实验中铁无损耗,则每片补血剂中含铁元素的质量为 g。
答案 (1)氯水(或双氧水、稀硝酸等合理氧化剂) 溶液由浅绿色变为红色
(2)将Fe2+全部氧化为Fe3+
(3)Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3NH4+
(4)洗涤 冷却
(5)0.07a
解析 (1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加氯水或双氧水、稀硝酸等,若滤液由浅绿色变为红色,则说明滤液中含有Fe2+。(2)H2O2具有氧化性,加入过量H2O2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+。(3)步骤③的目的是将Fe3+全部转化为Fe(OH)3,反应的离子方程式是Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3NH4+。(4)步骤④的目的是将产生的红褐色悬浊液分离,最终得到固体Fe2O3,所以步骤④的操作步骤是过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量。(5)由于实验中铁无损耗,根据铁元素守恒得,每片补血剂中m(Fe)=2×562×56+3×16×ag÷10=0.07ag。
第3讲 铁及其化合物
考试要点
核心素养
1.掌握铁及其重要化合物的主要性质及其应用。
2.了解铁及其重要化合物的制备方法。
1.宏观辨识与微观探析:了解Fe的物理性质,掌握Fe、Fe2+、Fe3+的化学性质;了解Fe2+、Fe3+的常用检验方法。
2.变化观念与平衡思想:运用氧化还原反应理论分析Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化。
3.证据推理与模型认知:能依据实验证据推出合理的结论;构建“铁三角”转化关系模型,运用模型解释化学问题。
一、铁及其重要化合物
1.铁
(1)铁的原子结构
铁位于元素周期表中第① 四 周期第② Ⅷ 族。
(2)物理性质
颜色、状态
导电、导热性
延展性
地壳中含量
④ 银白色 固体
良好
良好
占第⑤ 4 位
(3)化学性质
2.铁的氧化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
——
铁红
磁性氧化铁
颜色、状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体(有磁性)
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁元素的
化合价
⑨ +2
⑩ +3
+2、+3
稳定性
不稳定
稳定
稳定
与H+反应的离子方程式
FeO+2H+Fe2++H2O
Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O
3.铁的氢氧化物
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
受热分解
——
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
制法
新制可溶性亚铁盐与碱溶液隔绝空气反应:Fe2++2OH-Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应:Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
二者的
关系
在空气中,Fe(OH)2能够迅速被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
4.亚铁盐和铁盐
亚铁盐
铁盐
颜色
浅绿色(溶液)
棕黄色(溶液)
氧化性与
还原性
(1)Fe2+为中间价态,既有氧化性,又有还原性,其中以 还原性 为主,如:遇Br2、Cl2、H2O2、NO3-(H+)等均表现为 还原性 。
(2)Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
Fe3+为铁的高价态,遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为 氧化性 。(1)Fe3+与S2-、I-、HS-、SO32-等具有较强还原性的离子不能大量共存。(2)Fe3+可腐蚀印刷电路板上的铜,反应的离子方程式为2Fe3++CuCu2++2Fe2+
水解性
水解呈酸性
(1)Fe3+极易水解,只能存在于酸性较强的溶液中。(2)实验室可用饱和FeCl3溶液滴入沸水中制取氢氧化铁胶体,反应的化学方程式:FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl
溶液的
配制
加少量 硫酸 抑制Fe2+的水解,加少量 铁屑 防止Fe2+被氧化
氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中,然后再稀释至所需浓度
二、“铁三角”及亚铁离子、铁离子的检验
1.“铁三角”中的转化关系
完成下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+转化的条件。
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:
2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+ 。
(2)将FeCl3溶液滴入淀粉-KI溶液中,溶液变蓝:
2Fe3++2I-2Fe2++I2 。
(3)向FeCl2酸性溶液中滴入H2O2溶液:
2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O 。
(4)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色:
5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O 。
(5)将FeCl2溶液滴入稀HNO3溶液中,有无色气体放出:
3Fe2++4H++NO3-3Fe3++NO↑+2H2O 。
2.Fe2+、Fe3+的检验
Ⅰ.Fe2+的检验
(1)样品溶液 无明显现象 溶液变成 红色 ,说明含有Fe2+
(2)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,说明含有Fe2+
Ⅱ.Fe3+的检验
a.样品溶液 溶液变成 红色 ,说明含有Fe3+
b.样品溶液 产生 红褐色 沉淀,说明含有Fe3+
Ⅲ.混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
(1)Fe3+的检验
a.混合溶液 溶液变成 红色 ,说明含有Fe3+
b.混合溶液 试纸变 蓝 ,说明含有Fe3+
(2)Fe2+的检验
a.混合溶液 酸性KMnO4溶液 紫红色褪去 ,说明含有Fe2+
b.混合溶液 溴水 褪色 ,说明含有Fe2+
c.混合溶液生成蓝色沉淀,说明含有Fe2+
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(1)常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,铁片不溶解,说明常温下,铁与浓硫酸不发生化学反应 ( )
(2)将铁屑放入稀HNO3中有气泡产生,证明Fe比H2活泼 ( )
(3)铁能被磁铁吸引,但是纯铁易被腐蚀 ( )
(4)过量的铁在加热时与氯气反应,生成氯化亚铁 ( )
(5)铁与强氧化剂硝酸反应的产物仅为硝酸铁 ( )
(6)铝热法制取铁的反应中,放出的热量能使铁熔化 ( )
(7)Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同 ( )
(8)将NaOH浓溶液滴加到饱和的FeCl3溶液中,制备Fe(OH)3胶体( )
(9)Fe(OH)2在空气中加热,可得到Fe2O3 ( )
(10)向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液呈红色,该溶液中一定含Fe2+ ( )
答案 (1)✕ (2)✕ (3)✕ (4)✕ (5)✕ (6)√ (7)✕ (8)✕ (9)√ (10)√
2.有一种铁的化合物俗称铁红,常用作红色油漆和外墙涂料,这种铁的化合物是 ( )
A.Fe2O3 B.Fe(OH)2
C.FeO D.Fe3O4
答案 A Fe2O3为红棕色固体粉末,俗称铁红,故A正确;Fe(OH)2为白色固体,不溶于水,故B错误;FeO为黑色粉末,故C错误;Fe3O4是具有磁性的黑色晶体,故D错误。
3.下列物质不能用单质化合而成的是 ( )
A.CuS B.FeS
C.FeCl3 D.HgS
答案 A S元素氧化性较弱,与Cu反应时只能将铜氧化成较低价态,生成Cu2S,故A符合题意。
4.铁是人类应用较早,当前应用量最大的金属元素。下列有关说法中正确的是 ( )
A.人类使用铁制品在铝之后
B.常温下,铁不能与浓硝酸反应
C.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
D.除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中加入适量氯水
答案 D 人类使用铁制品在铝之前,A项错误;常温下,铁遇浓硝酸钝化,是因为生成一层致密的氧化膜阻止反应进行,B项错误;铁与水蒸气在高温下的反应方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,C项错误;氯水将FeCl2氧化成FeCl3,反应的化学方程式为2FeCl2+Cl22FeCl3,D项正确。
考点一 铁及其重要化合物
◆典例探究
例 下列各图中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是 ( )
A.①②③④⑤ B.①②③⑤ C.①②③④ D.②③④⑤
答案 B Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,因此若要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排尽,使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解水产生的OH-结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面上加一层苯阻止了空气进入;④中空气中的氧气,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
名师点拨
防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸,排出溶解的氧气。
(2)将盛有氢氧化钠溶液的胶头滴管尖端插入试管里的亚铁盐溶液底部,再慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面加保护层,如苯或植物油等。
(4)充入保护气,如氢气、氮气、稀有气体等。
(5)用铁作阳极,石墨作阴极,电解NaOH溶液或NaCl溶液,利用新产生的Fe2+与OH-反应制取。
◆题组训练
题组一 铁及其化合物的性质
1.人体正常的血红蛋白中含有Fe2+,若误食亚硝酸盐(如NaNO2),可导致血红蛋白中的Fe2+转化为Fe3+而中毒,服用维生素C可解毒。下列叙述不正确的是 ( )
A.亚硝酸盐被还原
B.维生素C是还原剂
C.维生素C将Fe3+还原为Fe2+
D.亚硝酸盐与一氧化碳使人中毒的原理相同
答案 D 一氧化碳使人中毒主要体现在易与血红蛋白结合,从而使血红蛋白失去运输氧气的能力,与亚硝酸盐中毒原理不同,故D错误。
2.(2020湖北荆州调研)向FeCl3、CuCl2和HCl的混合溶液中加入铁粉,待反应结束,所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引,则反应后溶液中存在较多的阳离子是 ( )
A.Fe2+ B.Fe3+ C.Cu2+ D.H+
答案 A 氧化性顺序为Fe3+>Cu2+>H+,向氯化铁、氯化铜和盐酸的混合溶液中加入铁粉,铁会先后与氯化铁、氯化铜和盐酸发生氧化还原反应,反应结束后,所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引,说明铁粉过量,溶液中的反应均能发生,所以溶液中的阳离子只有Fe2+和水电离出的微量的H+,A正确。
题组二 氢氧化亚铁的制备
3.(2020山东高三月考)某同学欲利用如图装置制取能较长时间存在的Fe(OH)2,其中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a、打开b,再加入X
C.反应一段时间后可在蒸馏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)2可较长时间存在
答案 D 稀硝酸会将铁氧化为Fe3+,故A错误;实验开始时,应先打开止水夹a、b,利用生成的氢气将装置中空气排出,然后关闭a,利用压强差将生成的含亚铁离子的溶液排到锥形瓶中,Fe2+和NaOH溶液反应生成Fe(OH)2,故B、C错误;由于装置中的空气及溶液中氧气已被除去,故Fe(OH)2可较长时间存在,故D正确。
4.下列关于Fe3+、Fe2+性质实验的说法错误的是 ( )
A.用如图装置可以制备Fe(OH)2
B.配制FeCl3溶液时,先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度
C.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显红色,此现象不能确定溶液中含有Fe2+
D.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化
答案 C 反应开始时打开止水夹C,生成的H2进入B中,可排出其中的空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化,一段时间后关闭止水夹C,A中生成的FeSO4溶液被H2压入B中与NaOH反应生成Fe(OH)2,A正确;FeCl3易水解,为防止水解,配制溶液时先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度,B正确;Fe3+与铁反应可生成Fe2+,则向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化,D正确。
题组三 有关铁及其化合物的计算
5.铁氧体(Fe3O4)法是处理含废铬水的常用方法,其原理是用FeSO4把废水中Cr2O72-还原为Cr3+,并通过调节废水的pH,使生成物组成符合类似于铁氧体(Fe3O4或Fe2O3·FeO)的复合氧化物(Cr+3xFe+32-xO3·Fe+2O)。处理含1molCr2O72-废水至少需要加入amolFeSO4·7H2O。下列结论正确的是 ( )
A.x=0.5,a=10 B.x=1,a=5
C.x=2,a=10 D.x=0.5,a=8
答案 A 由题目信息可知,Cr2O72-中Cr元素由+6价降低到+3价,FeSO4中Fe元素由+2价升高到+3价,且部分Fe元素化合价有变化,根据得失电子守恒计算有3x=2-x,解得x=0.5,处理1molCr2O72-,根据得失电子守恒可知,被氧化为+3价的Fe元素的物质的量为6mol,复合氧化物Cr+3xFe+32-xO3·Fe+2O中+2价的Fe元素与+3价Fe元素的物质的量之比为1∶(2-x)=1∶(2-0.5)=1∶1.5,故复合氧化物中+2价的Fe元素物质的量为6mol1.5=4mol,因此需要FeSO4·7H2O物质的量为6mol+4mol=10mol,答案为A。
6.(2020天津高三月考)某稀硫酸和稀硝酸的混合液25mL,向其中逐渐加入铁粉,产生气体的物质的量随铁粉质量增加的变化如图所示(硝酸的还原产物为NO,忽略反应中的溶液体积变化)。下列有关说法错误的是 ( )
A.OA段产生的气体是NO,AB段发生的反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,BC段产生的气体是H2
B.由此推断该条件下,氧化性:NO3-强于Fe3+
C.OA段与BC段产生的气体的体积比为1∶1
D.C点溶质的物质的量浓度为10mol/L
答案 C A项,OA段发生反应:Fe+NO3-+4H+Fe3++NO↑+2H2O,AB段发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+,BC段发生反应:Fe+2H+Fe2++H2↑,正确;B项,由OA段发生的反应可知,氧化性:NO3-强于Fe3+,正确;C项,OA段发生反应:Fe+NO3-+4H+Fe3++NO↑+2H2O,消耗Fe的物质的量为5.6g56g/mol=0.1mol,产生0.1molNO,BC段发生反应:Fe+2H+Fe2++H2↑,消耗Fe的物质的量为14.0g-8.4g56g/mol=0.1mol,产生0.1molH2,选项没有说明两种气体是在同温同压下,不能判断二者的体积比,错误;D项,最终消耗14.0gFe,溶液中溶质为FeSO4,n(FeSO4)=n(Fe)=14.0g56g/mol=0.25mol,物质的量浓度为0.25mol0.025L=10mol/L,正确。
考点二 “铁三角”及亚铁离子、铁离子的检验
◆典例探究
例 选择合适试剂完成甲、乙两组实验:
甲组:检验含Fe3+的溶液中是否含有Fe2+;
乙组:检验含Fe2+的溶液中是否含有Fe3+。
下列试剂选取正确的一项是 ( )
选项
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
NaOH溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
NaOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
答案 B Fe2+具有还原性,能使酸性KMnO4溶液褪色;Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(红色)。
名师点拨
检验Fe2+和Fe3+的易错点
氧化性:KMnO4(H+)>Cl2>Fe3+,故用酸性KMnO4溶液检验Fe2+时要防止溶液中Cl-的干扰。
◆题组训练
题组一 “铁三角”中的转化关系
1.(2020贵州黔西南调研)下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀HNO3 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液
A.①②③ B.①③④ C.②④⑤ D.②⑤⑥
答案 D ①氯气具有强氧化性,能氧化亚铁离子生成铁离子;②NaCl溶液不具有氧化性,不能氧化亚铁离子生成铁离子;③KMnO4溶液具有强氧化性,能氧化亚铁离子生成铁离子;④稀硝酸具有强氧化性,能氧化亚铁离子生成铁离子;⑤盐酸不具有强氧化性,不能氧化亚铁离子生成铁离子;⑥NaNO3溶液不具有强氧化性,不能氧化亚铁离子生成铁离子,故不能氧化的是②⑤⑥,D正确。
2.(2020安徽六安模拟)下列各组物质中,X是主体物质,Y是少量杂质,Z是为除去杂质所要加入的试剂,其中所加试剂正确的一组是 ( )
选项
A
B
C
D
X
FeCl2溶液
FeCl3溶液
Fe
FeSO4溶液
Y
FeCl3
CuCl2
Al
Fe2(SO4)3
Z
Cl2
Fe
NaOH溶液
Cu
答案 C Cl2与FeCl2反应,A错误;Fe与FeCl3、CuCl2均反应,B错误;D项有新的杂质CuSO4生成,D错误。
题组二 亚铁离子、铁离子的检验
3.(2020上海高三二模)可用于检验久置的FeSO4溶液是否变质的试剂是 ( )
A.过氧化钠 B.铁粉 C.盐酸 D.KSCN溶液
答案 D 过氧化钠有强氧化性,会将Fe2+氧化,从而无法确定原溶液是否变质,A错误;铁粉有还原性,若FeSO4溶液变质了,能将Fe3+还原成Fe2+,但无明显现象,无法确定原溶液是否变质,B错误;加入盐酸,无明显现象,无法确定原溶液是否变质,C错误;若FeSO4溶液变质了,溶液中会有Fe3+,加入KSCN溶液,溶液变成红色,D正确。
4.要证明某溶液中不含有Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时最佳顺序为 ( )
①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量KSCN溶液
A.①③ B.②③ C.③① D.①②③
答案 C
1.(高考题改编)下列关于铁及其化合物的说法中正确的是 ( )
A.FeS2在沸腾炉中与O2反应主要生成SO3
B.Mg加入到过量FeCl3溶液中可得Fe
C.钢铁在潮湿空气中生锈主要是发生了电化学腐蚀
D.室温下,Fe与浓H2SO4反应生成FeSO4
答案 C FeS2在沸腾炉中与O2发生的反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,产物主要是SO2而不是SO3,故A错误;Mg加入到FeCl3溶液中,Mg具有较强的还原性,先与Fe3+反应,生成Mg2+和Fe2+,若Mg过量,Mg与Fe2+继续反应生成Mg2+和Fe,但由于反应中FeCl3过量,因此不会生成Fe,故B错误;钢铁在潮湿的空气中,铁和碳、水膜形成原电池,发生电化学腐蚀,腐蚀速率更快,故C正确;室温下,铁在浓硫酸中发生钝化,故D错误。
2.(高考题改编)下列关于铁及其化合物的说法中错误的是 ( )
A.将废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2
B.铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·xH2O
C.FeCl3溶液腐蚀铜板的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
D.将某固体试样完全溶于盐酸,再滴加KSCN溶液,没有出现红色,则该固体试样中不存在Fe3+
答案 D 铁和亚铁离子能将氯气还原为氯离子,从而除去工业废气中的氯气,故A正确;铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·xH2O,故B正确;FeCl3溶液与铜反应生成氯化亚铁和氯化铜,反应的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,故C正确;若固体为FeCl3和Fe的混合物时,也有相同的现象,故固体试样中可能存在Fe3+,故D错误。
3.(2020江苏单科,19,15分)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如下:
(1)酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变,实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有 (填序号)。
A.适当升高酸浸温度
B.适当加快搅拌速度
C.适当缩短酸浸时间
(2)还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉,使Fe3+完全转化为Fe2+。“还原”过程中除生成Fe2+外,还会生成 (填化学式);检验Fe3+是否还原完全的实验操作是 。
(3)除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低,将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是 [Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。
(4)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应,生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的离子方程式为 。
②设计以FeSO4溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液为原料,制备FeCO3的实验方案: [FeCO3沉淀需“洗涤完全”,Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5]。
答案 (1)AB (2)H2 取少量清液,向其中滴加几滴KSCN溶液,观察溶液颜色是否呈红色
(3)pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全
(4)①Fe2++HCO3-+NH3·H2OFeCO3↓+NH4++H2O或Fe2++HCO3-+NH3FeCO3↓+NH4+
②在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水-NH4HCO3混合溶液,控制溶液pH不大于6.5;静置后过滤,所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次;取最后一次洗涤后的滤液,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,不出现白色沉淀
解析 (1)适当升高酸浸温度、加快搅拌速度均可提高铁元素浸出率;适当缩短酸浸时间会使铁元素浸出率降低,故A、B正确,C不正确。(2)“酸浸”时酸过量,“酸浸”后的滤液中还含有大量H+,H+与铁粉反应生成H2;一般用KSCN溶液检验Fe3+。(3)HF为弱酸,由Ksp(CaF2)和Ka(HF)知,若溶液pH偏低,c(H+)较大,H+与F-易结合成HF,使溶液中c(F-)降低,CaF2沉淀不完全。(4)①Fe2+与HCO3-反应生成FeCO3和H+,H+与NH3·H2O反应生成NH4+和H2O,故离子方程式为Fe2++HCO3-+NH3·H2OFeCO3↓+NH4++H2O。②为防止生成Fe(OH)2沉淀,设计实验方案时应将氨水-NH4HCO3溶液缓慢加入FeSO4溶液中,并注意控制溶液pH不大于6.5。最后要注意洗涤沉淀,并检验沉淀是否“洗涤完全”。
A组 基础达标
1.(2020陕西铜川模拟)《新修本草》是我国古代中药学著作之一,其中有关于“青矾”的描述为“本来绿色,新出窟未见风者,正如瑠璃…烧之赤色…”。据此推测,“青矾”的主要成分为( )
A.CuSO4·5H2O B.FeSO4·7H2O
C.KAl(SO4)2·12H2O D.Fe2(SO4)3·9H2O
答案 B 描述中“青矾”为“本来绿色”,由此推断应选B。
2.(2020四川广元模拟)在给定条件下,下列物质间的转化不能实现的是 ( )
A.FeFeCl3 B.FeFeSO4
C.FeFe3O4 D.FeFeCl2
答案 B 常温下Fe在浓硫酸中发生钝化不能继续反应,物质间的转化不能实现,故B符合题意。
3.下列试剂中可用于鉴别Fe2+和Fe3+的是 ( )
①淀粉-KI溶液 ②酸性KMnO4溶液
③KSCN溶液 ④KBr溶液
A.①③ B.①②③
C.①③④ D.①②③④
答案 B ①铁离子能将碘离子氧化成碘单质,溶液变成蓝色,能鉴别Fe2+和Fe3+;②Fe2+具有较强的还原性,能使酸性KMnO4溶液褪色,Fe3+不能,能鉴别Fe2+和Fe3+;③加入KSCN溶液,发生反应:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,溶液呈红色,证明含有铁离子,加KSCN溶液没有明显现象,加入氯水,溶液变成红色,说明溶液只有Fe2+;④KBr溶液与Fe2+和Fe3+均不能反应,不能鉴别Fe2+和Fe3+;故选B。
4.(2020山东日照月考)在通风橱中进行下列实验:
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法中,不正确的是 ( )
A.Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式为2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否持续被氧化
答案 C Ⅰ中铁和稀硝酸反应生成一氧化氮,一氧化氮和空气中的氧气反应生成二氧化氮,化学方程式为2NO+O22NO2,A正确;常温下,Fe遇浓硝酸易钝化,表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应,B正确;对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明浓HNO3的氧化性强于稀HNO3,C错误;Ⅲ中构成原电池,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否持续被氧化,D正确。
5.(2020安徽合肥模拟)某溶液由K+、Fe3+、SO42-、CO32-、NO3-、I-中的几种离子组成,取样,滴加NaOH溶液后有红褐色沉淀生成。下列有关该溶液的说法不正确的是 ( )
A.是否含有SO42-可用BaCl2溶液检验
B.是否含有K+可通过焰色反应确定
C.一定存在的离子为Fe3+、NO3-
D.一定不存在的离子为CO32-、I-
答案 C 滴入NaOH溶液后有红褐色沉淀生成,说明原溶液中含有Fe3+;根据Fe3+与CO32-能相互促进水解而不能大量共存,知原溶液中一定不含有CO32-;根据Fe3+与I-能发生氧化还原反应而不能大量共存,知原溶液中一定不含I-。因为原溶液中一定不含CO32-,故欲确定原溶液中是否含有SO42-,可以用BaCl2溶液检验,A项正确;欲确定原溶液中是否含有K+,可以通过焰色反应,透过蓝色钴玻璃观察火焰是否为紫色,B项正确;原溶液中一定存在Fe3+,但NO3-不一定存在,C项错误;原溶液中一定不存在的离子为CO32-、I-,D项正确。
6.(2020山东滨州模拟)下列中学常见实验的现象或表述正确的是 ( )
A.过量的铁投入一定量的稀硝酸中,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液显红色
B.制备氢氧化亚铁时,向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液,边加边搅拌,即可制得白色的氢氧化亚铁
C.检验红砖中的氧化铁成分,向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液2~3滴,溶液显红色即可证明
D.向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后,将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸一会,然后冷却、过滤,滤纸上的物质为蓝色固体
答案 C 过量的铁与一定量的稀硝酸反应最终生成的是Fe2+,A错误;制备氢氧化亚铁时应避免刚生成的氢氧化亚铁被氧气氧化,向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时应把胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌,B错误;向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后生成Cu(OH)2沉淀,加热煮沸后过滤,滤纸上留下的是黑色的CuO固体,D错误。
7.(2020安徽池州模拟)准确称取某种铁的氧化物2.88g,用足量的CO进行还原,将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收,得到沉淀4.00g,则这种铁的氧化物为 ( )
A.Fe3O4 B.Fe2O3 C.FeO D.以上都不是
答案 C 4.00gCaCO3沉淀的物质的量为0.04mol,则CO、CO2的物质的量也均为0.04mol,增加的氧元素为0.04mol,质量为0.04mol×16g·mol-1=0.64g,铁的氧化物中氧元素质量为0.64g,铁元素质量为2.88g-0.64g=2.24g,铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为2.24g56g·mol-1∶0.64g16g·mol-1=1∶1,则这种铁的氧化物的化学式为FeO。
8.(2020内蒙古高三二模)某同学在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化实验。
实验Ⅰ:将Fe3+转化为Fe2+
查阅资料:①SCN-的化学性质与I-相似;②2Cu2++4I-2CuI↓+I2。
实验Ⅱ:将Fe2+转化为Fe3+
实验方案
现象
向3mL0.1mol·L-1FeSO4溶液中加入稍过量稀硝酸
溶液变为棕色,放置一段时间后,棕色消失,溶液变为黄色
查阅资料:Fe2++NOFe(NO)2+(棕色)。
下列说法不正确的是 ( )
A.取4mL0.1mol·L-1CuSO4溶液,向其中滴加3滴0.1mol·L-1KSCN溶液,产生白色沉淀
B.取4mL0.2mol·L-1FeSO4溶液,向其中滴加3滴0.1mol·L-1KSCN溶液,产生白色沉淀
C.Cu2+与SCN-反应的离子方程式为2Cu2++4SCN-2CuSCN↓+(SCN)2
D.产生NO的原因:3Fe2++4H++NO3-3Fe3++NO↑+2H2O
答案 B 取4mL0.1mol·L-1CuSO4溶液,向其中滴加3滴0.1mol·L-1KSCN溶液,由题给信息可知,Cu2+与SCN-反应生成CuSCN白色沉淀,选项A正确;取4mL0.2mol·L-1FeSO4溶液,向其中滴加3滴0.1mol·L-1KSCN溶液,不发生反应,无明显现象,选项B不正确;Cu2+与SCN-反应生成CuSCN沉淀,同时生成(SCN)2,反应的离子方程式为2Cu2++4SCN-2CuSCN↓+(SCN)2,选项C正确;亚铁离子具有还原性,酸性条件下硝酸根离子具有强氧化性,反应生成铁离子、NO与水,反应的离子方程为3Fe2++4H++NO3-3Fe3++NO↑+2H2O,选项D正确。
9.某小组同学通过实验研究FeCl3溶液与Cu粉发生的氧化还原反应。实验记录如下:
序号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
实验
步骤
实验
现象
铜粉消失,溶液黄色变浅,加入蒸馏水后无明显现象
铜粉有剩余,溶液黄色褪去,加入蒸馏水后生成白色沉淀
铜粉有剩余,溶液黄色褪去,变成蓝色,加入蒸馏水后无白色沉淀
下列说法不正确的是 ( )
A.实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均发生了反应:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
B.对比实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ说明白色沉淀的产生可能与铜粉的量及溶液的阴离子种类有关
C.实验Ⅰ、Ⅲ中加入蒸馏水后c(Cu2+)相同
D.向实验Ⅲ反应后的溶液中加入饱和NaCl溶液可能出现白色沉淀
答案 C 三组实验中溶液中均含有Fe3+,加入了铜粉,均会发生反应:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,故A正确;对比实验Ⅰ、Ⅱ可知,白色沉淀的产生与铜粉的量有关,对比实验Ⅱ、Ⅲ可知,白色沉淀的产生与溶液的阴离子种类有关,故B正确;实验Ⅰ中铜粉少量,且完全消失,所以不能确定是否将Fe3+全部反应,所以实验Ⅰ、Ⅲ中加入蒸馏水后c(Cu2+)不一定相同,故C错误;根据实验Ⅱ的现象可知,当铜过量且氯离子存在时会产生沉淀,所以向实验Ⅲ反应后的溶液中加入饱和NaCl溶液,可能出现白色沉淀,故D正确。
10.(2020天津红桥模拟)Ⅰ.铁是生产、生活及生命中的重要元素。
(1)血红蛋白(Hb)中的铁元素呈正二价,能与O2分子结合成氧合血红蛋白(HbO),从而有输送氧的能力。NaNO2具有氧化性,能使血红蛋白丧失与O2结合的能力。药品美蓝是其有效的解毒剂,解毒时美蓝发生 (填“氧化”或“还原”)反应。
(2)现有一瓶放置了一段时间的某浓度的FeCl2溶液,请设计实验检验其中是否Fe3+: 。
(3)普通铁粉与水蒸气在高温下反应生成铁的某种氧化物和氢气,该氧化物和氢气在高温下发生逆反应得到“引火铁”。若一定量的普通铁粉和水蒸气在高温下反应生成44.8LH2(已换算到标准状况下),则转移电子数目为 ;“引火铁”是一种极细的铁粉,它在空气中可以自燃,其原因是 。
Ⅱ.化合物M是某种具有磁学性质的新型电子材料的主要成分,由两种元素组成。为了研究其组成,设计如下实验:
气体甲可使湿润的红色石蕊试纸变蓝。请回答:
(4)M的化学式为 ,气体甲的电子式为 。
(5)白色沉淀乙在空气中变成红褐色沉淀丙的原因是 (用化学方程式表示)。
(6)高温条件下,丁与甲反应生成两种单质和水,该反应的化学方程式为 。
答案 (1)氧化 (2)取少量待测液于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液呈红色,说明原溶液中有Fe3+,反之则没有 (3)4NA “引火铁”表面积很大,加快了与氧气的反应速率
(4)Fe4N
(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
(6)Fe2O3+2NH32Fe+N2+3H2O
解析 (1)NaNO2具有氧化性能使血红蛋白丧失与O2结合的能力,原理是NaNO2氧化了血红蛋白中的二价铁,药品美蓝是其有效的解毒剂,这说明该物质具有还原性,因此解毒时美蓝发生氧化反应。(3)标准状况下44.8LH2的物质的量为2mol,反应转移的电子数目为2×2×NA=4NA;“引火铁”表面积很大,加快了与氧气的反应速率,因此在空气中可以自燃。(4)气体甲可使湿润的红色石蕊试纸变蓝,气体甲为氨气,说明化合物M中含有氮元素;白色沉淀乙 红褐色沉淀丙,说明化合物M中含有铁元素;红褐色沉淀丙 固体丁(14.40g),固体丁为氧化铁,M由铁、氮两种元素组成,氧化铁质量为14.40g,则铁元素的质量为14.40g×112160=10.08g,氮元素的质量为10.71g-10.08g=0.63g,铁、氮两种元素的物质的量之比为4∶1,所以M的化学式为Fe4N。(5)白色沉淀乙是氢氧化亚铁,在空气中被氧气氧化为红褐色氢氧化铁。
B组 综合提升
11.(2020安徽高三月考)把SO2通入Fe(NO3)3溶液中,溶液由棕黄色变为浅绿色,但立即又变为棕黄色,此时若滴入BaCl2溶液,则会产生白色沉淀。在上述一系列变化过程中,最终被还原的是 ( )
A.SO2 B.Fe2+ C.Fe3+ D.NO3-
答案 D 由滴入BaCl2溶液,会产生白色沉淀,可知具有还原性的SO2通入Fe(NO3)3溶液中发生的氧化反应为SO2→SO42-,白色沉淀为硫酸钡;溶液由黄色变为浅绿色,说明三价铁离子被还原为亚铁离子,但立即又变为黄色,说明亚铁离子又被氧化为三价铁离子,则可知溶液中的硝酸根离子在酸溶液中具有强氧化性,把亚铁离子氧化为三价铁离子表现氧化性,最终被还原的是NO3-,故选D。
12.(2020江西宜春调研)某同学采用废铁屑(主要成分为Fe2O3、Fe,少量碳)制取碳酸亚铁(FeCO3),设计了如图流程,根据流程图下列说法不正确的是 ( )
A.工业废铁屑往往附着有油脂,可通过热饱和碳酸钠溶液洗涤除去
B.反应2的离子方程式:Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O
C.操作Ⅰ为过滤,洗涤操作,一系列操作Ⅱ为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤
D.为避免硫酸溶解时Fe2+被空气氧化,废铁屑应适当过量
答案 C 废铁屑(主要成分为Fe2O3、Fe,少量碳)中加入稀硫酸,发生反应Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O、Fe2(SO4)3+Fe3FeSO4、Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,过滤,将少量碳滤出;滤液中加入NaHCO3溶液,发生反应Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O;过滤后,洗涤、干燥,即得FeCO3。洗涤废铁屑表面的油脂,可使用热的饱和碳酸钠溶液,A正确;由以上分析知,反应2的离子方程式:Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O,B正确;因为一系列操作Ⅱ是从混合物中分离出FeCO3沉淀,所以应为过滤、洗涤、干燥等操作,C不正确;Fe2+具有较强的还原性,洗涤时易被空气中的氧气氧化,所以废铁屑应适当过量,D正确。
13.(2020山东烟台联考)常温时,将0.1molFe(NO3)3和2molHCl溶于水得2L混合溶液,然后向该溶液中投入mg铁粉使其充分反应后,滴加KSCN溶液不变红。下列有关说法正确的是 ( )
A.由于氧化性:Fe3+>H+,首先发生的反应是Fe+2Fe3+3Fe2+
B.当加入16.8g铁粉时,可生成标准状况下6.72L气体
C.在铁粉充分反应后的溶液中,铁元素以Fe2+和Fe3+的形式存在
D.m≥28,反应过程中溶液的质量一直在减小
答案 B 酸性条件下,NO3-有强氧化性,因此首先发生的反应是Fe+NO3-+4H+NO↑+Fe3++2H2O,然后发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+,Fe+2H+Fe2++H2↑,A错误;当加入16.8g铁粉时,刚好发生上述第一个反应,生成标准状况下6.72LNO气体,此时消耗1.2molH+,B正确;滴加KSCN溶液不变红说明溶液中不含Fe3+,C错误;当恰好第二个反应结束时,消耗Fe的量最少,根据方程式计算则至少消耗铁的物质的量为n(Fe)=n(NO3-)+12n总(Fe3+)=0.3mol+(0.3mol+0.1mol)×12=0.5mol,质量为0.5mol×56g·mol-1=28g,但反应过程中溶液的质量一直在增大,D错误。
14.(2020辽宁丹东质检)硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医学上作补血剂。某课外小组的同学欲测定该补血剂中铁元素的含量。实验步骤如下:
请回答下列问题:
(1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加 ,该过程的现象为 。
(2)步骤②加入过量H2O2的目的是 。
(3)步骤③反应的离子方程式为 。
(4)步骤④中一系列处理的操作步骤:过滤、 、灼烧、 、称量。
(5)若实验中铁无损耗,则每片补血剂中含铁元素的质量为 g。
答案 (1)氯水(或双氧水、稀硝酸等合理氧化剂) 溶液由浅绿色变为红色
(2)将Fe2+全部氧化为Fe3+
(3)Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3NH4+
(4)洗涤 冷却
(5)0.07a
解析 (1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加氯水或双氧水、稀硝酸等,若滤液由浅绿色变为红色,则说明滤液中含有Fe2+。(2)H2O2具有氧化性,加入过量H2O2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+。(3)步骤③的目的是将Fe3+全部转化为Fe(OH)3,反应的离子方程式是Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3NH4+。(4)步骤④的目的是将产生的红褐色悬浊液分离,最终得到固体Fe2O3,所以步骤④的操作步骤是过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量。(5)由于实验中铁无损耗,根据铁元素守恒得,每片补血剂中m(Fe)=2×562×56+3×16×ag÷10=0.07ag。
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