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高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物优秀课时练习
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物优秀课时练习，文件包含高中化学新版必修一第14讲铁及其化合物教师提升版docx、高中化学新版必修一第14讲铁及其化合物学生提升版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共34页， 欢迎下载使用。
第一节 铁及其化合物
一、铁的单质
1．铁元素的存在及使用
(1)存在：铁在自然界中既可以以单质的形态存在，也可以以化合物的形态存在，其主要化合价有＋2价和＋3价，地壳中铁元素的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。
(2)使用历史：
人类最早使用的铁是陨铁，我国在春秋初年掌握了冶铁技术，在战国中期铁制工具得到了广泛使用。
(3)工业炼铁的原理是用还原剂把铁矿石中的铁提炼出来，如用CO还原Fe2O3。
2．铁单质的性质
(1)物理性质
纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点较高，有延展性和导热性。能导电，其导电性比铜、铝差，能被磁体吸引。
(2)化学性质
写出下列反应的化学方程式或离子方程式
(3)在如图所示的实验装置中：
①试管中湿棉花的作用是加热时产生水蒸气与铁粉反应。
②若用火柴点燃肥皂泡，可能发生的现象是听到爆鸣声。
③该反应体现铁单质具有还原性。
(1)有下列物质：①S ②CuCl2溶液 ③稀H2SO4 ④AgNO3溶液 ⑤Cl2，与Fe反应时生成＋2价铁的化合物的是__________(填序号，下同)，生成＋3价铁的化合物的是____________。
提示 ①②③④ ⑤
(2)铁与水蒸气能发生反应，日常生活中为什么可用铁壶烧水？
提示 铁只能与水蒸气在高温下反应，而与冷水或热水不反应。
二、铁的主要化合物
1．铁的氧化物
氧化物
氧化亚铁
氧化铁(铁红)
四氧化三铁
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
＋2
＋3
＋2、＋3
溶解性
都不溶于水，但都能溶于酸溶液
化学性质[来源:学科网][来源:学+科+网][来源:Zxxk.Com]
都能与稀盐酸、稀硫酸反应，生成相应的盐和水
都具有氧化性，都能被CO、H2、Al等还原为铁单质
FeO不稳定，在空气中加热生成稳定的Fe3O4
分别写出盐酸与下列铁的氧化物反应的离子方程式：
①氧化亚铁：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O；
②氧化铁：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；
③磁性氧化铁：Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O。
(1)Fe3O4的组成可用FeO·Fe2O3表示，但不代表Fe3O4是由FeO和Fe2O3组成的混合物，Fe3O4有固定的组成，是一种纯净物。
(2)由于Fe3O4与非氧化性酸反应，生成铁盐和亚铁盐，故Fe3O4不属于碱性氧化物，而FeO、Fe2O3属于碱性氧化物。
2．铁的氢氧化物
(1)铁的氢氧化物的制备
实验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁如下图所示：
①图甲实验中观察到的现象是有红褐色沉淀生成，反应的离子方程式是Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
②图乙实验中先观察到有白色沉淀生成，在空气中迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，有关反应的离子方程式是：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)；
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
③氢氧化亚铁制备注意事项
在实验室制备氢氧化亚铁时，一定要用新制的亚铁盐和先加热驱赶氧气后的氢氧化钠溶液，且滴管末端插入试管内的液面下，再滴加氢氧化钠溶液，也可以在反应液面上滴加植物油或苯等物质进行液封，以防止氢氧化亚铁与氧气接触。
(2)Fe(OH)2和Fe(OH)3性质的比较
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
物质类别
二元弱碱
三元弱碱
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
溶解性
不溶于水
不溶于水
与非氧化性强酸反应
Fe(OH)2＋2H＋=== Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
稳定性
Fe(OH)2FeO＋H2O(隔绝空气)
2Fe(OH)3 Fe2O3＋3H2O
制备Fe(OH)2的关键是隔绝空气(O2)，可采取的措施有：
(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。
(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。
(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。
(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。
(1)Fe(OH)3在空气中灼烧得到Fe2O3固体，Fe(OH)2在空气中灼烧能得到FeO固体吗？
提示 不能，Fe(OH)2易被氧化，最终得到的是Fe2O3。
(2)用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2沉淀。
①用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时，除加硫酸防止生成Fe(OH)2外，还需加入________________。
②除去蒸馏水中溶解的O2，常采用________的方法。
③生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液的液面以下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_______________________________________。
提示 ①铁屑 ②煮沸 ③避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2转化成Fe(OH)3沉淀
3．铁盐和亚铁盐
(1)Fe2＋、Fe3＋的检验方法
①观察法：浅绿色溶液中含有Fe2＋；棕黄色溶液中含有Fe3＋。
②加碱法：若产生的白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色的为Fe2＋；若直接产生红褐色沉淀的为Fe3＋。
③加KSCN：无明显现象，再加新制氯水溶液变红色的为Fe2＋；若溶液直接变红色的为Fe3＋。
(2)Fe2＋与Fe3＋的转化
如下图所示
①在盛有氯化铁溶液的试管中加适量铁粉振荡后，溶液变成浅绿色，再加KSCN溶液，溶液不变色，再加入氯水后，溶液变成红色。
②上述实验中有关反应的离子方程式是2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
③由上述实验可知：Fe3＋遇到较强的还原剂，会被还原成Fe2＋；Fe2＋在较强氧化剂的作用下，会被氧化成Fe3＋。
(3)铁盐和亚铁盐的化学性质
写出下列反应的离子方程式：
(1)为什么在配制硫酸亚铁时，通常要在溶液中加入铁钉或铁粉？
提示 Fe2＋易被氧化为Fe3＋，加入铁粉或铁钉，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，可防止硫酸亚铁溶液被氧化，而不发生变质。
(2)如何除去氯化铁中的Fe2＋，写出反应的离子方程式。
提示 加入新制的氯水，2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(3)将足量Na2O2投入FeCl2溶液中，可以观察的现象是______________。
提示 有气泡放出，生成红褐色沉淀。
三、铁及其化合物之间的转化关系
1．铁及其化合物间的转化知识结构图
写出图中序号所示反应的离子方程式：
①Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；
②Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓；
③Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O；
④Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；
⑤2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；
⑥2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
(其他合理均可)
(1)Fe只具有还原性，可被弱氧化剂(H＋、Cu2＋、Fe3＋、I2、S等)氧化为Fe2＋；被强氧化剂[O2、Cl2、Br2、HNO3、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋。
(2)Fe2＋既有氧化性，又有还原性。可被强氧化剂[Cl2、Br2、O2、ClO－、KMnO4(H＋)、HNO3、H2O2等]氧化为Fe3＋；可被还原剂(Al、Zn、CO、C等)还原为Fe。
(3)Fe3＋只具有氧化性，可被弱还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2＋，被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。
2．根据性质和转化关系推断物质
金属单质A可发生以下反应。试推断：
(1)写出下列物质的化学式(B写主要成分)：
A______、B______、C______、D______、E______。
(2)写出反应③和⑤的离子方程式：
③________________________________________________________________________；
⑤________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2
(2)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
思维启迪
推断题的解题思路：根据物质的物理性质(特别是色、态)和化学性质(相互转化关系、反应条件等)，找出具有特征条件的物质，再由相互转化关系逐步推断。
随堂练习：
1.有关铁的氧化物的说法正确的是( )
A.Fe3O4是黑色固体,有磁性
B.Fe2O3既不溶于水也不溶于酸
C.FeO是碱性氧化物,可与H2O反应生成Fe(OH)2
D.FeO、Fe2O3、Fe3O4中铁的化合价相同
答案A
解析Fe2O3能溶于酸,B错误;FeO是碱性氧化物,但不能与H2O反应生成Fe(OH)2,C错误;FeO中铁的化合价为+2价、Fe2O3中铁的化合价为+3价、Fe3O4中铁的化合价为+2价和+3价,D错误。
2.某溶液中,滴加KSCN溶液时无明显现象发生,再滴入少量氯水,溶液立即显红色。则原溶液中一定含有的是( )
A.Fe2+ B.Fe3+ C.K+ D.NH4+
答案A
解析某溶液中加入KSCN溶液无明显现象,再滴加氯水,溶液立即变为红色,说明原溶液含有亚铁离子,加入氯水发生反应2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,生成的铁离子和SCN-生成红色溶液。
3.下列反应,其产物的颜色按红色、红褐色、淡黄色、蓝色顺序排列的是( )
①金属钠在纯氧中燃烧 ②FeSO4溶液中滴入NaOH溶液,并在空气中放置一段时间 ③FeCl3溶液中滴入KSCN溶液 ④无水硫酸铜放入医用酒精中
A.②③①④ B.③②①④
C.③①②④ D.①②③④
答案B
解析①钠在纯氧中燃烧生成淡黄色的Na2O2;②FeSO4与NaOH反应生成Fe(OH)2,在空气中放置一段时间生成红褐色Fe(OH)3;③FeCl3与KSCN反应生成红色Fe(SCN)3;④CuSO4遇医用酒精中的水变蓝色。
4.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是( )
①过量的Fe与Cl2反应
②Fe与过量稀硫酸反应
③FeCl2溶液中通入少量Cl2
④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A.只有① B.只有①③
C.只有①②③ D.①②③④
答案B
解析①中Cl2氧化性强,它能将铁由0价氧化为+3价,由于不是在溶液中反应,因此过量的铁不会将氯化铁还原。②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2+。③在溶液中Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+。④中首先发生Fe与盐酸生成FeCl2、Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应,但题中未给出反应物间相对量的关系,若铁是过量的,则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。
5.某学习小组进行了下图所示的实验,实验后组员之间的交流不合理的是( )
A.甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰
B.乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁
C.丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中,加适量的水,加热也可实现该反应
D.丁同学认为试管中湿棉花的作用是产生水蒸气
答案C
解析铁与水蒸气在高温条件下可反应,与液态水加热也不反应。
6.(2020浙江温州“十校联合体”期末联考)下列物质中,不能由金属跟非金属单质直接化合得到的是( )
A.Na2O2 B.NaCl C.FeCl2 D.Fe3O4
答案C
解析过氧化钠可由钠和氧气在加热条件下直接化合得到;氯化钠可由钠和氯气在加热条件下直接化合得到;氯化亚铁无法由金属跟非金属单质直接化合得到,铁和氯气在加热条件下会生成氯化铁;四氧化三铁可由铁和氧气在点燃条件下直接化合得到。
7.(2019福建四地六市联考)为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计如下实验方案,其中符合实验要求而且完全正确的是( )
实验操作
实验现象
离子反应
实验结论
A
在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水
浅绿色溶液变成棕黄色溶液
2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
Fe2+具有还原性
B
在氯化亚铁溶液中加入锌片
浅绿色溶液变成无色溶液
Fe2++ZnFe+Zn2+
Zn具有还原性
C
在氯化铁溶液中加入铁粉
棕黄色溶液变成浅绿色
Fe3++Fe2Fe2+
铁单质具有还原性
D
在氯化铁溶液中加入铜粉
蓝色溶液变成棕黄色溶液
2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
Fe3+具有氧化性
答案A
解析A项,在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水,氯化亚铁溶液为浅绿色,+2价的铁被氯水氧化,生成+3价的铁,溶液变成棕黄色,所以正确;B项,锌具有还原性,氯化亚铁溶液中+2价的铁具有氧化性,能氧化锌,同时析出黑色固体铁,实验现象描述不全、且实验结论应为Fe2+具有的,所以错误;C项,离子方程式左右电荷不守恒,正确应为2Fe3++Fe3Fe2+,所以错误;D项,实验现象中,溶液的颜色不正确,反应前氯化铁溶液为棕黄色,反应后氯化亚铁溶液为浅绿色,氯化铜溶液为蓝绿色,所以错误。
8.(2020山东临沂第一中学高一检测)电子工业常用FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。从腐蚀废液(主要含FeCl3、FeCl2、CuCl2)中回收铜,并重新获得FeCl3溶液。废液处理流程如下:
(1)步骤(Ⅰ)中分离操作名称是 。
(2)沉淀B中主要含有 ,气体D是 。
(3)写出步骤(Ⅲ)中生成FeCl3的化学方程式 。
(4)步骤(Ⅲ)中,将氯气换成H2O2也能达到同样的目的,写出H2O2将Fe2+氧化为Fe3+的离子方程式: 。
答案(1)过滤 (2)Cu、Fe H2
(3)2FeCl2+Cl22FeCl3
(4)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
解析从腐蚀废液中回收铜,并将铁的化合物全部转化为FeCl3溶液,由流程可知,先加入过量的Fe与氯化铁、氯化铜反应生成氯化亚铁、铜,进行过滤分离,则滤液A为FeCl2溶液,沉淀B中含Fe、Cu,加过量盐酸,铁溶解,产生氯化亚铁和氢气,过滤得到金属Cu,滤液C中含FeCl2、HCl,为不引入杂质,合并后通入足量Cl2,将FeCl2全部转化为FeCl3。
(1)步骤(Ⅰ)中分离溶液和沉淀的操作名称是过滤。
(2)铁与氯化铜发生置换反应生成氯化亚铁和铜,反应中铁过量,则由流程分析可知,沉淀B中含过量的铁和产生的铜。沉淀B中加入盐酸,铁与盐酸反应产生氢气,因此气体D是氢气。
(3)氯气具有强氧化性,通入的足量Cl2把氯化亚铁全部转化为FeCl3,发生反应的化学方程式为2FeCl2+Cl22FeCl3。
(4)双氧水也具有氧化性,H2O2将Fe2+氧化为Fe3+的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。
课后作业：
1.(双选)下列关于铁与水反应的描述中,不正确的是( )
A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3
B.红热的铁能与水蒸气反应,放出的气体点燃时能发出爆鸣声
C.铁与水蒸气的反应不是氧化还原反应
D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中的O2、H2O共同作用下能发生反应
答案AC
解析铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,生成黑色的Fe3O4,A项错误;不纯的H2在空气中点燃时能发出爆鸣声,B项正确;该反应为氧化还原反应,C项错误;常温下,铁在潮湿的空气中易被腐蚀,D项正确。
2.将1.12 g铁粉加入25 mL 2 mol·L-1的氯化铁溶液中,充分反应后,其结果是( )
A.铁粉剩余,溶液呈浅绿色,Cl-基本不变
B.向溶液中滴入无色KSCN溶液,仍无色
C.Fe2+与Fe3+物质的量之比为6∶1
D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶5
答案C
解析n(Fe)=0.02 mol,n(FeCl3)=0.05 mol,由Fe+2Fe3+3Fe2+知,Fe3+过量0.01 mol,铁粉全部溶解,反应生成Fe2+ 0.06 mol;Fe3+过量,滴入无色KSCN溶液,溶液显红色;氧化生成的Fe2+和还原生成的Fe2+的物质的量之比为1∶2。
3.(双选)(2020云南文山州广南一中高一期中)在含有FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,下列判断正确的是( )
A.加入KSCN溶液可能变红色
B.溶液中一定含有Fe2+
C.溶液中一定不含Cu2+
D.剩余固体中不一定含有Fe
答案BD
解析①当固体为铁、铜时,溶液中的Fe3+、Cu2+全部参加反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+、Cu2+,一定含有Fe2+;②当固体为铜时,溶液中一定没有Fe3+,Cu2+恰好全部或部分与Fe反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+,可能含有Cu2+,一定含有Fe2+。由于金属有剩余,溶液中一定不存在Fe3+,所以加入KSCN溶液一定不变红色,故A错误;溶液中一定存在Fe2+,故B正确;溶液中可能有Cu2+,故C错误;根据以上分析可知如果铁不足,剩余的固体中没有铁,故D正确。
4.将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等。则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是( )
A.2∶3 B.3∶2 C.1∶2 D.1∶1
答案A
解析设参加反应的Fe3+和未参加反应的Fe3+的物质的量分别为x、y。
2FeCl3+Fe3FeCl2
2 3
x 32x
由题意32x=y,所以x∶y=2∶3。
5.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+。
下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是( )
试剂
选项
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
氢氧化钠溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
KOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
答案B
解析甲组,在Fe3+存在的条件下,检验Fe2+,要排除Fe3+干扰。所选试剂具备下列条件:一是能与Fe2+发生有明显现象的反应;二是与Fe3+不反应,不干扰现象观察。酸性KMnO4溶液符合条件:5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。现象:溶液紫色变浅(或褪色)。乙组:在Fe2+存在的条件下,检验Fe3+,用KSCN溶液检验Fe3+,Fe2+无干扰。
6.(双选)(2019湖南益阳4月模拟)高磷鲕状赤铁矿(主要含有Fe2O3,还含有少量Al2O3、CaO、SiO2等)是我国一种重要的沉积型铁矿资源,以高磷鲕状赤铁矿为原料制备纯度较高的铁红,其流程如图所示。下列说法错误的是(已知Fe2+遇K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀)( )
A.铁红可用于油漆、油墨、建筑物着色剂
B.酸浸液遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀
C.洗涤滤渣时要用玻璃棒不断搅拌
D.氧化时不能选用试剂H2O2、NaClO溶液
答案CD
解析铁红的主要成分是氧化铁,为红棕色,可用于油漆、油墨、建筑物的着色剂,A项正确;酸浸液中含有Fe2+,遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀,B项正确;洗涤滤渣时不能用玻璃棒不断搅拌,否则易导致滤纸破损,C项错误;氧化Fe2+时可选用H2O2、NaClO溶液,反应原理分别为:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,2Fe2++ClO-+2H+2Fe3++Cl-+H2O,D项错误。
7.将铁粉投入盛有Cu2+、Fe3+的溶液中,反应完毕时,若烧杯底部有铁粉剩余,溶液中一定不含有的金属离子是 ;若烧杯中没有铁粉剩余,则溶液中一定含有的金属离子是 ;若溶液中不含有Cu2+,则溶液中一定不含有的金属离子还有 。
答案Fe3+、Cu2+ Fe2+ Fe3+
解析溶液中两种离子的氧化性由强到弱的顺序是Fe3+>Cu2+,Fe先与氧化性强的离子反应,之后才与氧化性弱的离子反应,离子方程式依次为①Fe+2Fe3+3Fe2+,②Fe+Cu2+Fe2++Cu。当Fe剩余时,溶液中Fe3+、Cu2+均不存在;若烧杯中没有铁粉,说明至少会发生反应①,是否发生反应②不确定,故溶液中一定存在的是Fe2+,其他离子均不能确定;若溶液中不含Cu2+,说明反应①②已进行完全,则Fe3+不会存在。
8.(2019黑龙江鹤岗一中月考)一定量的铁粉在氯气中充分燃烧后,将所得固体完全溶于稀盐酸,制得溶液A。
(1)铁在氯气中燃烧的化学方程式是 。
(2)推测A中可能含有的金属阳离子:①只有Fe3+;②只有Fe2+;③ 。甲同学为探究溶液的组成,实验如下:
实验步骤
实验现象
实验结论及反应
离子方程式
取少量溶液A于试管中,加入KSCN溶液
假设②不成立,假设①或③成立;反应的离子方程式是
(3)乙同学继续探究溶液A的组成。
查阅资料:16HCl+2KMnO42KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
实验过程:另取少量溶液A于试管中,逐滴加入酸性KMnO4溶液,充分振荡,KMnO4溶液紫红色褪去。
实验结论: (填写字母序号)。
a.可能有Fe2+
b.可能无Fe2+
c.一定有Fe2+
根据你选择的实验结论,简述理由: 。
答案(1)2Fe+3Cl22FeCl3
(2)含有Fe3+和Fe2+
实验现象
实验结论及反应离子方程式
溶液呈红色
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(3)a 因为还原性Fe2+>Cl-,逐滴加入的酸性KMnO4溶液,先将Fe2+氧化,而使溶液紫红色褪去,故可能含有Fe2+(或b 加入的酸性KMnO4溶液,将Cl-氧化,而使溶液紫红色褪去)
解析(1)铁在氯气中燃烧生成氯化铁,化学方程式为2Fe+3Cl22FeCl3。
(2)将一定量的铁粉在氯气中充分燃烧后所得固体完全溶于稀盐酸,假如铁粉剩余,Fe可与稀盐酸反应生成Fe2+,且在所得溶液中铁粉可以把Fe3+还原为Fe2+,所以在溶液中可能含有的金属阳离子为①只有Fe3+;②只有Fe2+;③含有Fe3+和Fe2+。在溶液中检验Fe3+常使用KSCN溶液,因假设②不成立,说明溶液中至少含有Fe3+,所以加入KSCN溶液后溶液变为红色。
(3)向溶液A中加入酸性高锰酸钾溶液时,酸性高锰酸钾可以氧化Fe2+,也可以氧化Cl-,故不能确定溶液中是否含有Fe2+。
9.(2019山东济南历城二中月考)实验室用绿矾(FeSO4·7H2O)为原料制备补血剂甘氨酸亚铁[(H2NCH2COO)2Fe],有关物质性质如下:
甘氨酸
(H2NCH2COOH)
柠檬酸
甘氨酸亚铁
易溶于水,微溶于乙醇,两性化合物
易溶于水和乙醇,有酸性和还原性
易溶于水,难溶于乙醇
实验过程:
Ⅰ.配制含0.10 mol FeSO4的绿矾溶液。
Ⅱ.制备FeCO3:向配制好的绿矾溶液中,缓慢加入200 mL 1.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液,边加边搅拌,反应结束后过滤并洗涤沉淀。
Ⅲ.制备(H2NCH2COO)2Fe:实验装置如下图(夹持和加热仪器已省略),将实验Ⅱ得到的沉淀和含0.20 mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中,然后利用A中反应产生的气体将C中空气排净,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)实验Ⅰ中:实验室配制绿矾溶液时,为防止FeSO4被氧化变质,应加入的试剂为 (写化学式)。
(2)实验Ⅱ中:生成沉淀的离子方程式为 。
(3)实验Ⅲ中:
①检查装置A的气密性的方法是 。
②装置A中所盛放的药品是 (填序号)。
a.Na2CO3和稀硫酸
b.CaCO3和稀硫酸
c.CaCO3和稀盐酸
③确认C中空气排尽的实验现象是 。
④加入柠檬酸溶液一方面可促进FeCO3溶解,另一个作用是 。
⑤洗涤实验Ⅲ中得到的沉淀,所选用的最佳洗涤试剂是 (填序号)。
a.热水
b.乙醇
c.柠檬酸溶液
⑥若产品的质量为17.34 g,则产率为 。
答案(1)Fe (2)Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O
(3)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 ②c ③D中澄清石灰水变浑浊 ④防止Fe2+被氧化 ⑤b ⑥85%
解析(1)Fe2+具有较强的还原性,在制备碳酸亚铁的过程中,为了防止Fe2+被氧化,需加入少量铁粉。
(2)绿矾的水溶液与NH4HCO3溶液反应的离子方程式为Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O。
(3)①检查装置A气密性的方法是: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液面的高度差保持不变,说明装置不漏气。
②装置A为固液不加热型制气装置,且具有随开随用、随关随停的特点,所以药品应选择块状不溶于水的CaCO3和盐酸,C项正确。
③当C中充满CO2后,CO2开始进入D中,使D中的澄清石灰水变浑浊,这时说明C中空气已经排尽。
④由题中信息可知,柠檬酸具有强还原性,可防止Fe2+被氧化。
⑤因甘氨酸亚铁易溶于水,难溶于乙醇,因此应选择乙醇作为洗涤剂,所以B项正确。
⑥含0.10 mol FeSO4的绿矾溶液中Fe2+的物质的量为0.10 mol,因NH4HCO3溶液过量,故生成的FeCO3的物质的量为0.10 mol,所以理论上生成(NH2CH2COO)2Fe的物质的量为0.10 mol,质量为20.4 g,则产率为17.34 g20.4 g×100%=85%。
第一节 铁及其化合物
一、铁的单质
1．铁元素的存在及使用
(1)存在：铁在自然界中既可以以单质的形态存在，也可以以化合物的形态存在，其主要化合价有＋2价和＋3价，地壳中铁元素的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。
(2)使用历史：
人类最早使用的铁是陨铁，我国在春秋初年掌握了冶铁技术，在战国中期铁制工具得到了广泛使用。
(3)工业炼铁的原理是用还原剂把铁矿石中的铁提炼出来，如用CO还原Fe2O3。
2．铁单质的性质
(1)物理性质
纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点较高，有延展性和导热性。能导电，其导电性比铜、铝差，能被磁体吸引。
(2)化学性质
写出下列反应的化学方程式或离子方程式
(3)在如图所示的实验装置中：
①试管中湿棉花的作用是加热时产生水蒸气与铁粉反应。
②若用火柴点燃肥皂泡，可能发生的现象是听到爆鸣声。
③该反应体现铁单质具有还原性。
(1)有下列物质：①S ②CuCl2溶液 ③稀H2SO4 ④AgNO3溶液 ⑤Cl2，与Fe反应时生成＋2价铁的化合物的是__________(填序号，下同)，生成＋3价铁的化合物的是____________。
提示 ①②③④ ⑤
(2)铁与水蒸气能发生反应，日常生活中为什么可用铁壶烧水？
提示 铁只能与水蒸气在高温下反应，而与冷水或热水不反应。
二、铁的主要化合物
1．铁的氧化物
氧化物
氧化亚铁
氧化铁(铁红)
四氧化三铁
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
＋2
＋3
＋2、＋3
溶解性
都不溶于水，但都能溶于酸溶液
化学性质[来源:学科网][来源:学+科+网][来源:Zxxk.Com]
都能与稀盐酸、稀硫酸反应，生成相应的盐和水
都具有氧化性，都能被CO、H2、Al等还原为铁单质
FeO不稳定，在空气中加热生成稳定的Fe3O4
分别写出盐酸与下列铁的氧化物反应的离子方程式：
①氧化亚铁：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O；
②氧化铁：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；
③磁性氧化铁：Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O。
(1)Fe3O4的组成可用FeO·Fe2O3表示，但不代表Fe3O4是由FeO和Fe2O3组成的混合物，Fe3O4有固定的组成，是一种纯净物。
(2)由于Fe3O4与非氧化性酸反应，生成铁盐和亚铁盐，故Fe3O4不属于碱性氧化物，而FeO、Fe2O3属于碱性氧化物。
2．铁的氢氧化物
(1)铁的氢氧化物的制备
实验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁如下图所示：
①图甲实验中观察到的现象是有红褐色沉淀生成，反应的离子方程式是Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
②图乙实验中先观察到有白色沉淀生成，在空气中迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，有关反应的离子方程式是：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)；
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
③氢氧化亚铁制备注意事项
在实验室制备氢氧化亚铁时，一定要用新制的亚铁盐和先加热驱赶氧气后的氢氧化钠溶液，且滴管末端插入试管内的液面下，再滴加氢氧化钠溶液，也可以在反应液面上滴加植物油或苯等物质进行液封，以防止氢氧化亚铁与氧气接触。
(2)Fe(OH)2和Fe(OH)3性质的比较
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
物质类别
二元弱碱
三元弱碱
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
溶解性
不溶于水
不溶于水
与非氧化性强酸反应
Fe(OH)2＋2H＋=== Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
稳定性
Fe(OH)2FeO＋H2O(隔绝空气)
2Fe(OH)3 Fe2O3＋3H2O
制备Fe(OH)2的关键是隔绝空气(O2)，可采取的措施有：
(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。
(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。
(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。
(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。
(1)Fe(OH)3在空气中灼烧得到Fe2O3固体，Fe(OH)2在空气中灼烧能得到FeO固体吗？
提示 不能，Fe(OH)2易被氧化，最终得到的是Fe2O3。
(2)用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2沉淀。
①用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时，除加硫酸防止生成Fe(OH)2外，还需加入________________。
②除去蒸馏水中溶解的O2，常采用________的方法。
③生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液的液面以下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_______________________________________。
提示 ①铁屑 ②煮沸 ③避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2转化成Fe(OH)3沉淀
3．铁盐和亚铁盐
(1)Fe2＋、Fe3＋的检验方法
①观察法：浅绿色溶液中含有Fe2＋；棕黄色溶液中含有Fe3＋。
②加碱法：若产生的白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色的为Fe2＋；若直接产生红褐色沉淀的为Fe3＋。
③加KSCN：无明显现象，再加新制氯水溶液变红色的为Fe2＋；若溶液直接变红色的为Fe3＋。
(2)Fe2＋与Fe3＋的转化
如下图所示
①在盛有氯化铁溶液的试管中加适量铁粉振荡后，溶液变成浅绿色，再加KSCN溶液，溶液不变色，再加入氯水后，溶液变成红色。
②上述实验中有关反应的离子方程式是2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
③由上述实验可知：Fe3＋遇到较强的还原剂，会被还原成Fe2＋；Fe2＋在较强氧化剂的作用下，会被氧化成Fe3＋。
(3)铁盐和亚铁盐的化学性质
写出下列反应的离子方程式：
(1)为什么在配制硫酸亚铁时，通常要在溶液中加入铁钉或铁粉？
提示 Fe2＋易被氧化为Fe3＋，加入铁粉或铁钉，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，可防止硫酸亚铁溶液被氧化，而不发生变质。
(2)如何除去氯化铁中的Fe2＋，写出反应的离子方程式。
提示 加入新制的氯水，2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(3)将足量Na2O2投入FeCl2溶液中，可以观察的现象是______________。
提示 有气泡放出，生成红褐色沉淀。
三、铁及其化合物之间的转化关系
1．铁及其化合物间的转化知识结构图
写出图中序号所示反应的离子方程式：
①Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；
②Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓；
③Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O；
④Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；
⑤2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；
⑥2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
(其他合理均可)
(1)Fe只具有还原性，可被弱氧化剂(H＋、Cu2＋、Fe3＋、I2、S等)氧化为Fe2＋；被强氧化剂[O2、Cl2、Br2、HNO3、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋。
(2)Fe2＋既有氧化性，又有还原性。可被强氧化剂[Cl2、Br2、O2、ClO－、KMnO4(H＋)、HNO3、H2O2等]氧化为Fe3＋；可被还原剂(Al、Zn、CO、C等)还原为Fe。
(3)Fe3＋只具有氧化性，可被弱还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2＋，被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。
2．根据性质和转化关系推断物质
金属单质A可发生以下反应。试推断：
(1)写出下列物质的化学式(B写主要成分)：
A______、B______、C______、D______、E______。
(2)写出反应③和⑤的离子方程式：
③________________________________________________________________________；
⑤________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2
(2)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
思维启迪
推断题的解题思路：根据物质的物理性质(特别是色、态)和化学性质(相互转化关系、反应条件等)，找出具有特征条件的物质，再由相互转化关系逐步推断。
随堂练习：
1.有关铁的氧化物的说法正确的是( )
A.Fe3O4是黑色固体,有磁性
B.Fe2O3既不溶于水也不溶于酸
C.FeO是碱性氧化物,可与H2O反应生成Fe(OH)2
D.FeO、Fe2O3、Fe3O4中铁的化合价相同
答案A
解析Fe2O3能溶于酸,B错误;FeO是碱性氧化物,但不能与H2O反应生成Fe(OH)2,C错误;FeO中铁的化合价为+2价、Fe2O3中铁的化合价为+3价、Fe3O4中铁的化合价为+2价和+3价,D错误。
2.某溶液中,滴加KSCN溶液时无明显现象发生,再滴入少量氯水,溶液立即显红色。则原溶液中一定含有的是( )
A.Fe2+ B.Fe3+ C.K+ D.NH4+
答案A
解析某溶液中加入KSCN溶液无明显现象,再滴加氯水,溶液立即变为红色,说明原溶液含有亚铁离子,加入氯水发生反应2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,生成的铁离子和SCN-生成红色溶液。
3.下列反应,其产物的颜色按红色、红褐色、淡黄色、蓝色顺序排列的是( )
①金属钠在纯氧中燃烧 ②FeSO4溶液中滴入NaOH溶液,并在空气中放置一段时间 ③FeCl3溶液中滴入KSCN溶液 ④无水硫酸铜放入医用酒精中
A.②③①④ B.③②①④
C.③①②④ D.①②③④
答案B
解析①钠在纯氧中燃烧生成淡黄色的Na2O2;②FeSO4与NaOH反应生成Fe(OH)2,在空气中放置一段时间生成红褐色Fe(OH)3;③FeCl3与KSCN反应生成红色Fe(SCN)3;④CuSO4遇医用酒精中的水变蓝色。
4.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是( )
①过量的Fe与Cl2反应
②Fe与过量稀硫酸反应
③FeCl2溶液中通入少量Cl2
④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A.只有① B.只有①③
C.只有①②③ D.①②③④
答案B
解析①中Cl2氧化性强,它能将铁由0价氧化为+3价,由于不是在溶液中反应,因此过量的铁不会将氯化铁还原。②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2+。③在溶液中Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+。④中首先发生Fe与盐酸生成FeCl2、Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应,但题中未给出反应物间相对量的关系,若铁是过量的,则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。
5.某学习小组进行了下图所示的实验,实验后组员之间的交流不合理的是( )
A.甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰
B.乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁
C.丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中,加适量的水,加热也可实现该反应
D.丁同学认为试管中湿棉花的作用是产生水蒸气
答案C
解析铁与水蒸气在高温条件下可反应,与液态水加热也不反应。
6.(2020浙江温州“十校联合体”期末联考)下列物质中,不能由金属跟非金属单质直接化合得到的是( )
A.Na2O2 B.NaCl C.FeCl2 D.Fe3O4
答案C
解析过氧化钠可由钠和氧气在加热条件下直接化合得到;氯化钠可由钠和氯气在加热条件下直接化合得到;氯化亚铁无法由金属跟非金属单质直接化合得到,铁和氯气在加热条件下会生成氯化铁;四氧化三铁可由铁和氧气在点燃条件下直接化合得到。
7.(2019福建四地六市联考)为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计如下实验方案,其中符合实验要求而且完全正确的是( )
实验操作
实验现象
离子反应
实验结论
A
在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水
浅绿色溶液变成棕黄色溶液
2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
Fe2+具有还原性
B
在氯化亚铁溶液中加入锌片
浅绿色溶液变成无色溶液
Fe2++ZnFe+Zn2+
Zn具有还原性
C
在氯化铁溶液中加入铁粉
棕黄色溶液变成浅绿色
Fe3++Fe2Fe2+
铁单质具有还原性
D
在氯化铁溶液中加入铜粉
蓝色溶液变成棕黄色溶液
2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
Fe3+具有氧化性
答案A
解析A项,在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水,氯化亚铁溶液为浅绿色,+2价的铁被氯水氧化,生成+3价的铁,溶液变成棕黄色,所以正确;B项,锌具有还原性,氯化亚铁溶液中+2价的铁具有氧化性,能氧化锌,同时析出黑色固体铁,实验现象描述不全、且实验结论应为Fe2+具有的,所以错误;C项,离子方程式左右电荷不守恒,正确应为2Fe3++Fe3Fe2+,所以错误;D项,实验现象中,溶液的颜色不正确,反应前氯化铁溶液为棕黄色,反应后氯化亚铁溶液为浅绿色,氯化铜溶液为蓝绿色,所以错误。
8.(2020山东临沂第一中学高一检测)电子工业常用FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。从腐蚀废液(主要含FeCl3、FeCl2、CuCl2)中回收铜,并重新获得FeCl3溶液。废液处理流程如下:
(1)步骤(Ⅰ)中分离操作名称是 。
(2)沉淀B中主要含有 ,气体D是 。
(3)写出步骤(Ⅲ)中生成FeCl3的化学方程式 。
(4)步骤(Ⅲ)中,将氯气换成H2O2也能达到同样的目的,写出H2O2将Fe2+氧化为Fe3+的离子方程式: 。
答案(1)过滤 (2)Cu、Fe H2
(3)2FeCl2+Cl22FeCl3
(4)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
解析从腐蚀废液中回收铜,并将铁的化合物全部转化为FeCl3溶液,由流程可知,先加入过量的Fe与氯化铁、氯化铜反应生成氯化亚铁、铜,进行过滤分离,则滤液A为FeCl2溶液,沉淀B中含Fe、Cu,加过量盐酸,铁溶解,产生氯化亚铁和氢气,过滤得到金属Cu,滤液C中含FeCl2、HCl,为不引入杂质,合并后通入足量Cl2,将FeCl2全部转化为FeCl3。
(1)步骤(Ⅰ)中分离溶液和沉淀的操作名称是过滤。
(2)铁与氯化铜发生置换反应生成氯化亚铁和铜,反应中铁过量,则由流程分析可知,沉淀B中含过量的铁和产生的铜。沉淀B中加入盐酸,铁与盐酸反应产生氢气,因此气体D是氢气。
(3)氯气具有强氧化性,通入的足量Cl2把氯化亚铁全部转化为FeCl3,发生反应的化学方程式为2FeCl2+Cl22FeCl3。
(4)双氧水也具有氧化性,H2O2将Fe2+氧化为Fe3+的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。
课后作业：
1.(双选)下列关于铁与水反应的描述中,不正确的是( )
A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3
B.红热的铁能与水蒸气反应,放出的气体点燃时能发出爆鸣声
C.铁与水蒸气的反应不是氧化还原反应
D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中的O2、H2O共同作用下能发生反应
答案AC
解析铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,生成黑色的Fe3O4,A项错误;不纯的H2在空气中点燃时能发出爆鸣声,B项正确;该反应为氧化还原反应,C项错误;常温下,铁在潮湿的空气中易被腐蚀,D项正确。
2.将1.12 g铁粉加入25 mL 2 mol·L-1的氯化铁溶液中,充分反应后,其结果是( )
A.铁粉剩余,溶液呈浅绿色,Cl-基本不变
B.向溶液中滴入无色KSCN溶液,仍无色
C.Fe2+与Fe3+物质的量之比为6∶1
D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶5
答案C
解析n(Fe)=0.02 mol,n(FeCl3)=0.05 mol,由Fe+2Fe3+3Fe2+知,Fe3+过量0.01 mol,铁粉全部溶解,反应生成Fe2+ 0.06 mol;Fe3+过量,滴入无色KSCN溶液,溶液显红色;氧化生成的Fe2+和还原生成的Fe2+的物质的量之比为1∶2。
3.(双选)(2020云南文山州广南一中高一期中)在含有FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,下列判断正确的是( )
A.加入KSCN溶液可能变红色
B.溶液中一定含有Fe2+
C.溶液中一定不含Cu2+
D.剩余固体中不一定含有Fe
答案BD
解析①当固体为铁、铜时,溶液中的Fe3+、Cu2+全部参加反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+、Cu2+,一定含有Fe2+;②当固体为铜时,溶液中一定没有Fe3+,Cu2+恰好全部或部分与Fe反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+,可能含有Cu2+,一定含有Fe2+。由于金属有剩余,溶液中一定不存在Fe3+,所以加入KSCN溶液一定不变红色,故A错误;溶液中一定存在Fe2+,故B正确;溶液中可能有Cu2+,故C错误;根据以上分析可知如果铁不足,剩余的固体中没有铁,故D正确。
4.将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等。则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是( )
A.2∶3 B.3∶2 C.1∶2 D.1∶1
答案A
解析设参加反应的Fe3+和未参加反应的Fe3+的物质的量分别为x、y。
2FeCl3+Fe3FeCl2
2 3
x 32x
由题意32x=y,所以x∶y=2∶3。
5.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+。
下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是( )
试剂
选项
甲组
乙组
A
新制氯水、KSCN溶液
氢氧化钠溶液
B
酸性KMnO4溶液
KSCN溶液
C
KOH溶液
溴水
D
溴水
酸性KMnO4溶液
答案B
解析甲组,在Fe3+存在的条件下,检验Fe2+,要排除Fe3+干扰。所选试剂具备下列条件:一是能与Fe2+发生有明显现象的反应;二是与Fe3+不反应,不干扰现象观察。酸性KMnO4溶液符合条件:5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。现象:溶液紫色变浅(或褪色)。乙组:在Fe2+存在的条件下,检验Fe3+,用KSCN溶液检验Fe3+,Fe2+无干扰。
6.(双选)(2019湖南益阳4月模拟)高磷鲕状赤铁矿(主要含有Fe2O3,还含有少量Al2O3、CaO、SiO2等)是我国一种重要的沉积型铁矿资源,以高磷鲕状赤铁矿为原料制备纯度较高的铁红,其流程如图所示。下列说法错误的是(已知Fe2+遇K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀)( )
A.铁红可用于油漆、油墨、建筑物着色剂
B.酸浸液遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀
C.洗涤滤渣时要用玻璃棒不断搅拌
D.氧化时不能选用试剂H2O2、NaClO溶液
答案CD
解析铁红的主要成分是氧化铁,为红棕色,可用于油漆、油墨、建筑物的着色剂,A项正确;酸浸液中含有Fe2+,遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀,B项正确;洗涤滤渣时不能用玻璃棒不断搅拌,否则易导致滤纸破损,C项错误;氧化Fe2+时可选用H2O2、NaClO溶液,反应原理分别为:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,2Fe2++ClO-+2H+2Fe3++Cl-+H2O,D项错误。
7.将铁粉投入盛有Cu2+、Fe3+的溶液中,反应完毕时,若烧杯底部有铁粉剩余,溶液中一定不含有的金属离子是 ;若烧杯中没有铁粉剩余,则溶液中一定含有的金属离子是 ;若溶液中不含有Cu2+,则溶液中一定不含有的金属离子还有 。
答案Fe3+、Cu2+ Fe2+ Fe3+
解析溶液中两种离子的氧化性由强到弱的顺序是Fe3+>Cu2+,Fe先与氧化性强的离子反应,之后才与氧化性弱的离子反应,离子方程式依次为①Fe+2Fe3+3Fe2+,②Fe+Cu2+Fe2++Cu。当Fe剩余时,溶液中Fe3+、Cu2+均不存在;若烧杯中没有铁粉,说明至少会发生反应①,是否发生反应②不确定,故溶液中一定存在的是Fe2+,其他离子均不能确定;若溶液中不含Cu2+,说明反应①②已进行完全,则Fe3+不会存在。
8.(2019黑龙江鹤岗一中月考)一定量的铁粉在氯气中充分燃烧后,将所得固体完全溶于稀盐酸,制得溶液A。
(1)铁在氯气中燃烧的化学方程式是 。
(2)推测A中可能含有的金属阳离子:①只有Fe3+;②只有Fe2+;③ 。甲同学为探究溶液的组成,实验如下:
实验步骤
实验现象
实验结论及反应
离子方程式
取少量溶液A于试管中,加入KSCN溶液
假设②不成立,假设①或③成立;反应的离子方程式是
(3)乙同学继续探究溶液A的组成。
查阅资料:16HCl+2KMnO42KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
实验过程:另取少量溶液A于试管中,逐滴加入酸性KMnO4溶液,充分振荡,KMnO4溶液紫红色褪去。
实验结论: (填写字母序号)。
a.可能有Fe2+
b.可能无Fe2+
c.一定有Fe2+
根据你选择的实验结论,简述理由: 。
答案(1)2Fe+3Cl22FeCl3
(2)含有Fe3+和Fe2+
实验现象
实验结论及反应离子方程式
溶液呈红色
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(3)a 因为还原性Fe2+>Cl-,逐滴加入的酸性KMnO4溶液,先将Fe2+氧化,而使溶液紫红色褪去,故可能含有Fe2+(或b 加入的酸性KMnO4溶液,将Cl-氧化,而使溶液紫红色褪去)
解析(1)铁在氯气中燃烧生成氯化铁,化学方程式为2Fe+3Cl22FeCl3。
(2)将一定量的铁粉在氯气中充分燃烧后所得固体完全溶于稀盐酸,假如铁粉剩余,Fe可与稀盐酸反应生成Fe2+,且在所得溶液中铁粉可以把Fe3+还原为Fe2+,所以在溶液中可能含有的金属阳离子为①只有Fe3+;②只有Fe2+;③含有Fe3+和Fe2+。在溶液中检验Fe3+常使用KSCN溶液,因假设②不成立,说明溶液中至少含有Fe3+,所以加入KSCN溶液后溶液变为红色。
(3)向溶液A中加入酸性高锰酸钾溶液时,酸性高锰酸钾可以氧化Fe2+,也可以氧化Cl-,故不能确定溶液中是否含有Fe2+。
9.(2019山东济南历城二中月考)实验室用绿矾(FeSO4·7H2O)为原料制备补血剂甘氨酸亚铁[(H2NCH2COO)2Fe],有关物质性质如下:
甘氨酸
(H2NCH2COOH)
柠檬酸
甘氨酸亚铁
易溶于水,微溶于乙醇,两性化合物
易溶于水和乙醇,有酸性和还原性
易溶于水,难溶于乙醇
实验过程:
Ⅰ.配制含0.10 mol FeSO4的绿矾溶液。
Ⅱ.制备FeCO3:向配制好的绿矾溶液中,缓慢加入200 mL 1.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液,边加边搅拌,反应结束后过滤并洗涤沉淀。
Ⅲ.制备(H2NCH2COO)2Fe:实验装置如下图(夹持和加热仪器已省略),将实验Ⅱ得到的沉淀和含0.20 mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中,然后利用A中反应产生的气体将C中空气排净,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)实验Ⅰ中:实验室配制绿矾溶液时,为防止FeSO4被氧化变质,应加入的试剂为 (写化学式)。
(2)实验Ⅱ中:生成沉淀的离子方程式为 。
(3)实验Ⅲ中:
①检查装置A的气密性的方法是 。
②装置A中所盛放的药品是 (填序号)。
a.Na2CO3和稀硫酸
b.CaCO3和稀硫酸
c.CaCO3和稀盐酸
③确认C中空气排尽的实验现象是 。
④加入柠檬酸溶液一方面可促进FeCO3溶解,另一个作用是 。
⑤洗涤实验Ⅲ中得到的沉淀,所选用的最佳洗涤试剂是 (填序号)。
a.热水
b.乙醇
c.柠檬酸溶液
⑥若产品的质量为17.34 g,则产率为 。
答案(1)Fe (2)Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O
(3)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 ②c ③D中澄清石灰水变浑浊 ④防止Fe2+被氧化 ⑤b ⑥85%
解析(1)Fe2+具有较强的还原性,在制备碳酸亚铁的过程中,为了防止Fe2+被氧化,需加入少量铁粉。
(2)绿矾的水溶液与NH4HCO3溶液反应的离子方程式为Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O。
(3)①检查装置A气密性的方法是: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液面的高度差保持不变,说明装置不漏气。
②装置A为固液不加热型制气装置,且具有随开随用、随关随停的特点,所以药品应选择块状不溶于水的CaCO3和盐酸,C项正确。
③当C中充满CO2后,CO2开始进入D中,使D中的澄清石灰水变浑浊,这时说明C中空气已经排尽。
④由题中信息可知,柠檬酸具有强还原性,可防止Fe2+被氧化。
⑤因甘氨酸亚铁易溶于水,难溶于乙醇,因此应选择乙醇作为洗涤剂,所以B项正确。
⑥含0.10 mol FeSO4的绿矾溶液中Fe2+的物质的量为0.10 mol,因NH4HCO3溶液过量,故生成的FeCO3的物质的量为0.10 mol,所以理论上生成(NH2CH2COO)2Fe的物质的量为0.10 mol,质量为20.4 g,则产率为17.34 g20.4 g×100%=85%。
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