高中化学人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料第二节 金属材料第1课时当堂达标检测题

第三章　铁　金属材料

第一节　铁及其化合物

第1课时　铁的单质和氧化物、氢氧化物

基础过关练

题组一　铁单质的性质

1.(2022吉林长春二中期中)下列金属氯化物既可以用金属单质与氯气发生化合反应制得,又可以用金属单质与盐酸反应制得的是(　　)

A.CuCl2　　B.FeCl3　　C.FeCl2　　D.MgCl2

2.(2022辽宁名校联盟月考)在给定条件下,下列物质间的转化不能实现的是(　　)

A.铁与硫加热生成硫化铁

B.铁与稀硫酸常温下反应生成硫酸亚铁

C.铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁

D.铁与氯化铁溶液在常温下反应生成氯化亚铁

3.某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列实验。

从分类角度分析,下列说法正确的是(　　)

A.实验①③反应制得的物质均为纯净物

B.实验②③均发生氧化还原反应

C.实验①中发生的反应是化合反应

D.实验①②所涉及的物质均为电解质或非电解质

4.(2022湖南五市十校月考)铁与水蒸气反应的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A.试管中发生置换反应

B.实验时,铁粉正下方的酒精灯加金属网的目的是提高加热温度

C.反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2

D.加热时试管内生成红色物质,点燃肥皂泡可听到爆鸣声

题组二　铁的氧化物

5.(2021湖南五市十校联考)化学既是一门变幻无穷的神奇学科,也是一个色彩缤纷的美丽世界,对下列物质的颜色判断错误的是(　　)

A.Cl2:黄绿色气体　　  B.Fe2O3:红棕色固体

C.Fe3O4:红棕色固体　　D.FeO:黑色固体

6.建筑用的红砖和青砖,其颜色不同是因为其中含有的铁的氧化物不同。我国古代砖瓦建筑能够保持到现在的,几乎无一例外是由青砖建成的。有人提出以下可能的原因:

①青砖中含有FeO;②青砖中含有Fe3O4;③Fe2O3遇长期酸雨侵蚀会溶解使砖瓦强度降低;④Fe3O4性质稳定;⑤FeO性质稳定。你认为有道理的是(　　)

A.①③⑤　　　　B.②③④       C.③⑤　　　　D.①②③④⑤

7.(2022安徽芜湖一中诊断)某同学对铁的氧化物产生了浓厚兴趣,查阅资料后制成以下卡片:

下列说法正确的是(　　)

A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体

B.反应②的温度比反应③的温度高

C.FeO的稳定性强于Fe2O3

D.四氧化三铁中铁元素的化合价较复杂,其组成可表示为FeO·Fe2O3

题组三　铁的氢氧化物与Fe(OH)2的制备

8.铁屑溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化,得到红棕色残渣。上述沉淀和残渣分别是(　　)

A.Fe(OH)3　Fe2O3　 　 B.Fe(OH)2　Fe2O3

C.Fe(OH)2　Fe(OH)3　　D.Fe(OH)2　Fe3O4

9.(2022广东东莞七校联考)甲同学用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2;乙同学用如图装置制备Fe(OH)2,为了防止生成的产物被氧化,下列说法不正确的是(　　)

A.配制溶液所用的蒸馏水要煮沸

B.甲同学可在FeCl2溶液的上面加一层植物油,以隔绝空气

C.甲同学向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管的尖嘴可以伸入试管内液面下

D.乙同学应该先关闭止水夹,一段时间以后再打开止水夹

10.(2022辽宁葫芦岛协作校月考)某班同学分成A、B两组,并分别设计如下实验探究能较长时间观察到白色Fe(OH)2沉淀的制取方法。回答下列问题:

A组实验:用NaOH溶液和FeSO4溶液直接反应(如下图)。

(1)FeSO4可由铁粉还原Fe2(SO4)3制得,写出此反应的离子方程式:　　　　　　　　　　。 

(2)该方法能观察到白色的Fe(OH)2沉淀,但沉淀颜色快速发生变化,其颜色变化为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。请分析沉淀颜色变化的原因:　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 

B组实验:选用稀硫酸、铁粉、NaOH溶液进行实验,装置如下图。

(3)实验时,先　　　　(填“打开”或“关闭”)止水夹K,然后打开

　　　　的玻璃塞和活塞,使稀硫酸与铁粉反应,一段时间后,

　　　　(填“打开”或“关闭”)止水夹K,制得白色Fe(OH)2沉淀,且沉淀能一段时间不变色,原因是　　　　　　　　。 

能力提升练

题组一　铁及其化合物性质的综合应用

1.已知A为常见的金属单质,根据如图所示的关系,下列叙述中正确的是(　　)

A.A为Fe,B为FeO

B.C→D溶液的颜色变化:浅绿色→棕黄色

C.④的离子方程式:Fe+2Fe3+ 3Fe2+

D.⑤的离子方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3

2.(2021河南洛阳一中月考)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.FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比最好为2∶1

C.取滤液进行焰色试验,火焰为黄色

D.其制备反应类型不属于氧化还原反应

3.(2021山东菏泽一中等六校联考)铁元素是人体中含量最高的生命必需微量元素,承担着极其重要的生理功能。在日常生活中,常见的食品抗氧化剂主要活性成分为铁粉,脱氧过程中的一步主要反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3(红褐色固体)。工业上高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途,湿法制备高铁酸盐的原理为3ClO-+10OH-+2Fe3+ 2Fe+3Cl-+5H2O。根据以上信息,回答以下问题:

(1)高铁酸根离子(Fe)中铁元素的化合价为　　　　;湿法制备高铁酸盐的反应中,氧化剂是　　　　　　,被氧化的元素是

　　　　　(填元素名称)。消耗1 mol还原剂转移电子的物质的量为　　　　。 

(2)某化学小组用食品抗氧化剂(成分为铁粉、活性炭、氯化钠)进行以下实验。

①操作1名称是　　　　,溶液丙中一定含有的金属阳离子是　　　　。 

将乙烘干后,用乙的氧化物进行以下实验,物质之间的转化关系如图所示:(反应条件及部分产物略去)

②写出反应1的化学方程式,并用单线桥标出电子转移的方向及数目:　　　　　　　　　　　 

　　　　　　　　　　　　。 

③反应3的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 

题组二　实验探究铁及其化合物的性质

4.(2021山西太原阶段检测)某同学设计如下装置进行铁与水蒸气反应的实验,虚线框处的装置用来检验生成的气体。下列说法正确的是(已知:Fe+2Fe3+ 3Fe2+)(　　)

A.实验后,装置B中生成红棕色固体

B.虚线框C处应该选择装置甲

C.实验时将螺旋状铜丝加热变黑后再趁热迅速伸入试管中,可观察到铜丝由黑变红

D.实验后,将装置B中的固体溶于稀硫酸,所得溶液中一定含有Fe3+

5.(2022湖南雅礼中学月考)草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)是一种淡黄色粉末,某课外小组利用下列装置检验草酸亚铁晶体受热分解的部分产物。

下列说法正确的是(　　)

A.③中盛放足量的饱和NaHCO3溶液用于除去生成的CO2

B.加热前需要先向装置中通一段时间的N2

C.若将④中的无水CaCl2换成无水硫酸铜可检验分解生成的水蒸气

D.实验结束后,若①中淡黄色粉末完全变成黑色,则产物一定为铁

6.(2022安徽培优联盟联考)某学习小组探究铁与氯气在不同条件下的反应及产物。

资料:高于300 ℃时FeCl3升华。

(1)将铁粉放入氯水中,铁粉溶解,无气泡产生。

①经检验氯水呈酸性,原因是　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 

②依据实验现象,判断氯水中与Fe反应的微粒可能为　　　　　　　　。 

(2)湿润的Cl2与Fe的反应:

①实验Ⅰ,经检验产物中有FeCl2,推测其形成的可能原因:

a:铁和氯气直接化合生成,其反应为　　　　　　　　　　。 

b:2Fe+3Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe 3FeCl2。

②实验Ⅱ,　　　　　　　　　　　　　　　　(填操作和现象),A中产物含+3价铁。 

(3)干燥的Cl2与Fe的反应:

实验Ⅲ中有大量Cl2剩余,实验Ⅳ几乎无Cl2剩余,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案全解全析

基础过关练

1.D　Cu与盐酸不反应,A项错误;Fe与Cl2在加热条件下反应生成FeCl3,Fe与盐酸反应生成FeCl2,B、C项错误;MgCl2既可通过Mg与Cl2加热制得,又可通过Mg与盐酸反应制得,D项正确。

2.A　S的氧化性较弱,与Fe加热生成FeS,A项错误;Fe与稀硫酸在常温下发生置换反应生成FeSO4和H2,Fe在O2中燃烧生成Fe3O4,Fe与FeCl3发生归中反应生成FeCl2,B、C、D项均正确。

3.C　实验③得到的是氢氧化铁胶体,是混合物,A项错误;实验②是FeCl3的溶解,是物理变化,实验③中的反应中无元素化合价变化,两实验均未发生氧化还原反应,B项错误;实验①中发生反应的化学方程式为2Fe+3Cl2 2FeCl3,是化合反应,C项正确;实验①中的铁和氯气是单质,二者既不是电解质也不是非电解质,D项错误。

4.D　试管中Fe和水蒸气在高温下反应生成Fe3O4和H2,其化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,属于置换反应,A、C项均正确;实验时铁粉正下方的酒精灯加金属网可集中加热,提高加热温度,B项正确;反应生成的Fe3O4为黑色物质,D项错误。

5.C　Cl2是黄绿色气体,A正确;Fe2O3是红棕色固体,B正确;Fe3O4是黑色固体,C错误;FeO是黑色固体,D正确。

6.B　由题给信息可知青砖中所含的铁的氧化物性质较稳定,推测青砖中含有四氧化三铁;而氧化铁是红棕色固体,推测红砖中含有氧化铁,氧化铁可与酸雨中的成分发生反应而溶解。由此分析②③④正确。

7.D　Fe2O3为红棕色固体,A项错误;根据信息可知Fe在500 ℃时与氧气反应生成Fe3O4,继续升高温度生成Fe2O3,而在1 400 ℃时Fe2O3转化为Fe3O4,则反应②的温度比反应③的温度低,B项错误;FeO不稳定,在空气里受热能迅速被氧化为Fe3O4,其稳定性弱于Fe2O3,C项错误;Fe3O4中Fe为+2价和+3价,化学式可写为FeO·Fe2O3,D项正确。

8.B　铁与稀硫酸反应生成FeSO4,再与过量氨水反应生成Fe(OH)2白色沉淀,在空气中加热Fe(OH)2,铁元素被氧化为+3价,最后所得红棕色残渣为Fe2O3。

9.D　为防止水中溶解的O2氧化Fe2+,应将配制溶液的蒸馏水加热煮沸,除去溶解的氧气,A项正确;植物油密度比水小,在液面上加一层植物油能隔绝空气,B项正确;为防止生成的氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化,可将盛有NaOH溶液的胶头滴管的尖嘴直接伸入试管内液面下再挤出溶液,C项正确;实验过程中应先打开止水夹,让产生的H2排尽装置内的空气,以防Fe2+被氧化,D项错误。

易错点拨

　　图示装置实验时,应先打开止水夹,让左侧装置产生的H2排出装置中的空气,一段时间后,关闭止水夹,使左侧试管中压强增大,将溶液压入右侧NaOH溶液中,右侧试管溶液的上方充满了氢气,能长时间观察到Fe(OH)2沉淀。

10.答案　(1)Fe+2Fe3+ 3Fe2+

(2)白色沉淀迅速转化为灰绿色,一段时间后变为红褐色　4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3

(3)打开　分液漏斗　关闭　稀硫酸与铁粉作用产生的H2排出了装置中的空气

解析　(1)铁粉还原Fe2(SO4)3制得FeSO4,该反应的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+。(2)Fe(OH)2沉淀不稳定,在空气中会迅速被氧化,可看到白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,其反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。(3)图示实验中,应先打开止水夹,再打开分液漏斗的玻璃塞和活塞,使左侧装置中Fe与稀硫酸反应,一段时间后装置中的空气被排尽后,关闭止水夹,左侧装置中压强增大,可将FeSO4溶液压入右侧NaOH溶液中,二者反应生成Fe(OH)2沉淀。

方法技巧

　　因为亚铁离子的还原性较强,所以Fe(OH)2很容易被氧气氧化生成氢氧化铁,制备时最重要的是避免Fe(OH)2与空气中的氧气接触。常用的防止Fe(OH)2被氧化的方法有:①将配制溶液的蒸馏水煮沸,除去溶液中的氧气;②将盛有NaOH溶液的胶头滴管的尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部,并慢慢挤出NaOH溶液;③在亚铁盐溶液上面加保护层,如苯、植物油等。

能力提升练

1.B　由“红褐色固体”可知F是Fe(OH)3,从而得出A为Fe,“黑色晶体”B为Fe3O4,继而推出C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2。⑤的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,④的离子方程式为2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-。

2.B　溶液A中含Fe2+,为防止亚铁离子被氧化,保存溶液A时应加入少量铁粉,A正确;Fe3O4可看成FeO·Fe2O3,N(Fe2+)∶N(Fe3+)=1∶2,则FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比最好为1∶2,B错误;钠的焰色为黄色,滤液中含钠离子,则取滤液进行焰色试验,火焰为黄色,C正确;溶解后加NaOH溶液发生反应:Fe2++2Fe3++8OH- Fe3O4↓+4H2O,无元素化合价发生变化,制备反应类型不属于氧化还原反应,D正确。

3.答案　(1)+6　ClO-　铁　3 mol

(2)①过滤　Fe2+、Na+　② 2Fe+3CO2　③Cu2++2OH- Cu(OH)2↓

解析　(2)向食品抗氧化剂(成分为铁粉、活性炭、氯化钠)中加入过量稀硫酸,铁粉会与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,所以气体甲是氢气,混合物中含有不溶的活性炭、溶解的氯化钠、生成的硫酸亚铁及过量的硫酸,通过操作1固液分离,固体乙是活性炭,溶液丙中含有氯化钠、硫酸亚铁、硫酸;乙的氧化物能和氧化铁反应,所以该氧化物是一氧化碳,生成的金属A为铁,有色溶液C通过反应3生成蓝色沉淀,所以有色溶液C是一种可溶性铜盐溶液,与金属A发生置换反应得到金属铜和亚铁盐,则B为金属铜,有色溶液D为一种亚铁盐溶液。据此进行分析解答。

4.C　实验后,装置B中生成黑色的四氧化三铁固体,A错误;虚线框C处装置用于检验生成的氢气,氢气密度小于空气,应该选择装置乙,B错误;实验时将螺旋状铜丝加热变黑后再趁热迅速伸入试管中,氢气可与氧化铜反应生成单质铜,则可观察到铜丝由黑变红,C正确;实验后,将装置B中的固体溶于稀硫酸,所得溶液中可能含有Fe3+,若铁粉足量时可能不含有Fe3+,D错误。

解题关键

　　铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,氢气的密度小于空气,故检验氢气时应选用装置乙。

5.B　结合图示装置可知②用于检验FeC2O4·2H2O分解生成的CO2,③用于除去CO2,应选用NaOH溶液等,而NaHCO3溶液不和CO2反应,A项错误;实验前向装置中通入一段时间N2,以排除装置中空气对分解产物的干扰,B项正确;从②、③中导出的气体会带出水蒸气,即使④中放置无水硫酸铜也无法检验分解产物中是否有水蒸气,C项错误;FeC2O4·2H2O分解剩余的固体为FeO,D项错误。

实验剖析

　　FeC2O4·2H2O晶体受热分解生成FeO、CO、CO2和水蒸气,②用于检验CO2,③用于除去CO2,④用于干燥CO,⑤中CuO粉末加热时与CO反应,⑥中澄清石灰水用于检验⑤中生成的CO2。

6.答案　(1)①Cl2+H2O HCl+HClO

②Cl2、ClO-、HClO

(2)①Fe+Cl2 FeCl2　②向A中加水,取少量A中溶液,滴入KSCN溶液,溶液变红

(3)Ⅲ中铁与Cl2反应产生的氯化物膜覆盖在铁丝表面,使铁与Cl2不能接触;Ⅳ中反应温度高,生成的FeCl3升华,铁与Cl2继续接触反应

解析　(1)①Cl2溶于水,发生反应Cl2+H2O HCl+HClO,故氯水呈酸性。②铁粉放入氯水中,铁粉溶解且无气泡产生,可能是Fe与Cl2反应,也可能是Fe与HClO或ClO-反应生成FeCl3和H2O。(2)①可能是铁和Cl2直接化合生成FeCl2,其反应为Fe+Cl2 FeCl2。②根据实验Ⅱ的描述可知是红热的铁丝与Cl2反应生成FeCl3,检验FeCl3时可向A中加水,并取少量A中溶液,滴入KSCN溶液时,溶液会变成红色。(3)对比实验Ⅲ和Ⅳ的实验现象,Ⅲ中铁与Cl2反应产生的氯化物膜覆盖在铁丝表面,使铁与Cl2不能接触;Ⅳ中反应温度高,生成的FeCl3升华,使铁与Cl2继续接触反应。