高考化学一轮优化探究练习：第03章第12讲《铁及其化合物》（含详解）

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课时作业1．《新修本草》是我国古代中药学著作之一，记载药物844种，其中有关于“青矾”的描述为“本来绿色，新出窟未见风者，正如琉璃……烧之赤色……”据此推测，“青矾”的主要成分为(　　)A．CuSO4·5H2OB．FeSO4·7H2OC．KAl(SO4)2·12H2OD．Fe2(SO4)3·9H2O解析：由题意知，青矾是绿色，经煅烧后，生成红色固体。符合要求的是FeSO4·7H2O，它是绿色晶体，经高温煅烧后生成红色Fe2O3粉末。答案：B2．(四川成都诊断)某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个实验。下列从分类角度分析正确的是(　　)A．实验①、③反应制得的物质均为纯净物B．实验②、③均未发生氧化还原反应C．实验①、③均为放热反应D．实验①、②所涉及的物质均为电解质解析：实验③制得的是Fe(OH)3胶体，属于混合物，且属于吸热反应，选项A、C错误；实验①中涉及的物质Cl2、铁丝均为单质，既不属于电解质，也不属于非电解质，选项D错误。答案：B3．为了验证Fe3＋的性质，某化学兴趣小组设计了如图所示的一组实验，其中实验方案设计错误的是(　　)A．只有④　　　　　　 B．只有③C．③和④均错  D．全部错误解析：实验③中溶液应变为浅蓝色；实验④与Fe3＋的性质无关。答案：C4．铁及其化合物是中学化学中的一类重要物质，下列关于铁元素的叙述正确的是(　　)A．2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋成立，说明氧化性：Fe3＋＞Fe2＋B．25 ℃，pH＝0的溶液中，Al3＋、NH、NO、Fe2＋可以大量共存C．5.6 g铁与足量的氯气反应失去电子为0.2 molD．硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液：Fe2＋＋2H2O2＋4H＋===Fe3＋＋4H2O解析：pH＝0的溶液呈强酸性，Fe2＋、NO、H＋不能大量共存，B项错误；C项应为0.3 mol，错误；D项电荷不守恒，错误。答案：A5．(安徽蚌埠二中月考)下列中学常见实验的现象或表述正确的是(　　)A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4B．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滴即可D．除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中加入足量的铁粉，然后过滤解析：赤铁矿的主要成分为氧化铁，A错误；制备氢氧化亚铁时应该尽量避免溶液接触氧气，所以不能搅拌，B错误；氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水，铁离子与硫氰化钾反应生成血红色溶液，C正确；铁和氯化铁反应生成氯化亚铁，使杂质的含量增加，D错误。答案：C6．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沉淀Fe(OH)2B．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＋被氧化解析：反应开始时生成的氢气进入B中，可排出氧气，防止生成的氢氧化亚铁被氧化，一段时间后关闭止水夹C，A中硫酸亚铁进入B中可生成Fe(OH)2，故A正确；FeCl3易水解，配制溶液时应防止溶液因水解而生成氢氧化铁沉淀，可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，故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，故D正确。答案：C7．某溶液中可能存在Fe3＋、Fe2＋、I－、HCO、Cl－、NO六种离子中的几种。现进行下列实验：①取少量溶液滴加KSCN溶液，溶液呈红色；②另取少量原溶液滴加盐酸，溶液的棕黄色加深。据此可以推断，该溶液中肯定不存在的离子是(　　)A．I－、HCOB．Fe2＋、HCO、NOC．I－、HCO、Cl－D．Fe3＋、I－、HCO解析：由①可知溶液中一定含有Fe3＋，有Fe3＋一定无I－和HCO；由②棕黄色加深可知溶液中Fe2＋被氧化为Fe3＋，所以一定含有NO，可能含有 Cl－。答案：A8．纳米级四氧化三铁是应用最为广泛的软磁性材料之一。共沉淀法是目前制备纳米四氧化三铁的重要方法，其流程如图所示：下列说法错误的是(　　)A．保存溶液A时，应加入少量铁粉B．其制备反应类型不属于氧化还原反应C．取滤液进行焰色反应，火焰为黄色D．FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比最好应为2∶1解析：Fe2＋易被空气中的氧气氧化，所以在保存含Fe2＋的溶液时，需要加入铁粉以防止其被氧化，A项正确；反应中无元素化合价的变化，所以不是氧化还原反应，B项正确；滤液中含有Na＋，所以进行焰色反应时火焰为黄色，C项正确；Fe3O4可写成FeO·Fe2O3，所以n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1∶2，D项错误。答案：D9．A、B、C三种物质中均含有同一种元素M，它们之间有如图所示的转化关系。A为一种金属单质，其产量直接关系国民经济命脉。反应①②③均为化合反应，反应④为置换反应。下列有关说法不正确的是(　　)A．①中所加试剂可能是氯气B．③中需要加具有氧化性的试剂C．A与稀硝酸反应一定能实现元素M在①中发生的价态变化D．元素M在②中发生的价态变化也能通过加碘化钾溶液实现答案：C10．向一定量的Cu、Fe2O3的混合物中加入300 mL 1 mol·L－1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，所得溶液中不含Fe3＋，若用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物，固体减少的质量为(　　)A．2.4 g  B．4.8 gC．6.4 g  D．1.6 g解析：加入盐酸后先后发生：Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O①，2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋②，由①可得n(O)＝3n(Fe2O3)＝n(HCl)＝0.3×1×＝0.15 mol，由质量守恒可得，固体减少的质量为Fe2O3中氧的质量，为0.15×16＝2.4 g，A正确。答案：A11．某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3，向其中逐渐加入铁粉，溶液中Fe2＋的浓度与加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示，则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为(　　)A．1∶1∶1  B．1∶3∶1C．3∶3∶8  D．1∶1∶4解析：依次发生的反应是Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O,2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2，Cu(NO3)2＋Fe===Fe(NO3)2＋Cu。答案：D12．为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2”反应中Fe3＋和Fe2＋的相互转化。实验如下：(1)待实验Ⅰ溶液颜色不再改变时，再进行实验Ⅱ，目的是使实验Ⅰ的反应达到________________________________________________________________________。(2)ⅲ是ⅱ的对比实验，目的是排除ⅱ中________造成的影响。(3)ⅰ和ⅱ的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2＋向Fe3＋转化。用化学平衡移动原理解释原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)根据氧化还原反应的规律，该同学推测ⅰ中Fe2＋向Fe3＋转化的原因：外加Ag＋使c(I－)降低，导致I－的还原性弱于Fe2＋，用如图装置(a、b均为石墨电极)进行实验验证。①K闭合时，指针向右偏转，b作________极。②当指针归零(反应达到平衡)后，向U型管左管中滴加0.01 mol·L－1 AgNO3溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是________________________________________________________________________。(5)按照(4)的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了ⅱ中Fe2＋向Fe3＋转化的原因。①转化原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②与(4)实验对比，不同的操作是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)实验Ⅰ中，还原性：I－>Fe2＋；而实验Ⅱ中，还原性：Fe2＋>I－，将(3)和(4)、(5)作对比，得出的结论是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)化学平衡状态　(2)溶液稀释对颜色变化(3)ⅰ中加入Ag＋发生反应：Ag＋＋I－===AgI↓，c(I－)降低；ⅱ中加入FeSO4，c(Fe2＋)增大，平衡均逆向移动(4)①正②左管产生黄色沉淀，指针向左偏转 (5)①Fe2＋浓度增大，还原性增强，使Fe2＋还原性强于I－　②向U型管右管中滴加1 mol·L－1 FeSO4溶液(6)该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化性和还原性，并影响平衡移动方向13．(江西上高联考)铁矿石是工业炼铁的主要原料之一，其主要成分为铁的氧化物(设杂质中不含铁元素和氧元素，且杂质不与H2SO4反应)。某研究性学习小组对某铁矿石中铁的氧化物的化学式进行探究。(Ⅰ)铁矿石中含氧量的测定①按如图组装仪器，检查装置的气密性；②将5.0 g铁矿石放入硬质玻璃管中，装置B、C中的药品如图所示(夹持仪器均省略)；③从左端导气管口处不断地缓缓通入H2，待C装置出口处H2验纯后，点燃A处酒精灯；④充分反应后，撤掉酒精灯，再持续通入氢气至完全冷却。(1)装置C的作用为________________________________________________________________________。(2)若将H2换成CO，则还需补充________________________________________________________________________装置。(3)测得反应后装置B增重1.35 g，则铁矿石中氧的百分含量为________。(Ⅱ)铁矿石中含铁量的测定(1)步骤④中加热煮沸的作用是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)步骤⑤中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管、________________。(3)下列有关步骤⑥的操作中说法正确的是________。a．因为碘水为黄色，所以滴定过程中不需加指示剂b．滴定过程中可利用淀粉溶液作为指示剂c．滴定管用蒸馏水洗涤后可以直接装液d．锥形瓶不需要用待测液润洗e．滴定过程中，眼睛注视滴定管中液面变化f．滴定结束后，30 s内溶液不恢复原来的颜色，再读数(4)若滴定过程中消耗0.500 0 mol·L－1的KI溶液20.00 mL，则铁矿石中铁的百分含量为________。(Ⅲ)由(Ⅰ)、(Ⅱ)可以推算出该铁矿石中铁的氧化物的化学式为________________________________________________________________________。解析：(Ⅰ)(1)由题意可知，该装置要定量测定反应产生的水来计算含氧量，但空气中的水蒸气和CO2会进入B中，影响测定结果，为消除干扰，在反应装置末端增加装置C，以防止空气中的水蒸气和CO2进入B中。(2)CO有毒，还需补充尾气处理装置。(3)反应后B装置增重1.35 g，即生成水1.35 g，则铁矿石中氧的百分含量为[(1.35 g×16/18)/ 5.0 g]×100%＝24%。(Ⅱ)(1)溶液中有溶解的过量的Cl2，也能氧化I－，对实验产生干扰，故应加热煮沸赶走Cl2。(2)应注明容量瓶的量程。(3)碘水、Fe3＋均为黄色，所以需加指示剂；开始就生成I2，所以不能用淀粉做指示剂；滴定管用蒸馏水洗涤后再用待装液润洗；滴定过程中，眼睛应注视锥形瓶中溶液颜色的变化。(4)根据2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2可知，铁矿石中铁的百分含量为×100%＝70%。(Ⅲ)设该铁矿石中铁的氧化物的化学式为FexOy，则56x∶16y＝(10×0.7)∶(10×0.24)，x∶y＝5∶6，所以该铁矿石中铁的氧化物的化学式为Fe5O6。答案：(Ⅰ)(1)防止空气中的水蒸气和CO2进入B中，影响测定结果(2)尾气处理(3)24%(Ⅱ)(1)赶走溶液中溶解的过量Cl2(2)250 mL容量瓶(3)df(4)70%(Ⅲ)Fe5O6