高考化学专题复习 跟踪检测（十三） 实验探究含铁化合物的性质与制备（含解析）

跟踪检测（十三） 实验探究含铁化合物的性质与制备

1.关于Fe3＋、Fe2＋性质实验的说法错误的是(　　)

A．用图示装置可以制备沉淀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．因Fe2＋＋2H2OFe(OH)2＋2H＋，向浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀盐酸时，溶液浅绿色加深

D．向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2＋被氧化

解析：选C　由图可知，A中发生Fe与稀硫酸的反应生成硫酸亚铁和氢气，利用氢气将装置中的空气排出，然后关闭C，氢气将硫酸亚铁压入B中，硫酸亚铁与NaOH反应生成Fe(OH)2，A项正确；FeCl3易水解，配制FeCl3溶液时应防止FeCl3因水解生成氢氧化铁沉淀，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，B项正确；Fe(NO3)2溶液中加入盐酸时发生反应：3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O，有棕黄色的Fe3＋生成，C项错误；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项正确。

2．如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂：铁屑、6 mol·L－1硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是(　　)

A．B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是铁屑

B．实验开始时应先将活塞E关闭

C．生成Fe(OH)2的操作为关闭E，使A中溶液压入B瓶中

D．取下装置B中的橡皮塞，使空气进入，有关反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

解析：选B　制取硫酸亚铁需要铁屑，在烧瓶中应该先加入铁屑，所以A中应预先加入的试剂是铁屑，故A正确；稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气，实验开始时应打开活塞E，用氢气排出装置中的空气，B错误；铁和硫酸反应有氢气生成，关闭活塞E，导致A装置中压强逐渐增大，将FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应生成氢氧化亚铁，C正确；氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成红褐色的氢氧化铁，反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，故D正确。

3．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(　　)

解析：选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。

4．FeCl3易潮解、易升华，实验室制备FeCl3的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。下列说法正确的是(　　)

A．导管g的作用是增强装置的气密性

B．试剂X和试剂Y分别为浓硫酸、饱和食盐水

C．直接用E接收产物比用导管连接D、E的优点是可防止堵塞

D．出于简化装置的目的，F装置可拆除

解析：选C　导管g的作用是平衡气压，保证液体顺利滴下，A错误；为得到干燥纯净的Cl2，应先用饱和食盐水除去HCl，再通过浓硫酸干燥气体，B错误；FeCl3易潮解，而F中的浓硫酸起到干燥的作用，防止G中水蒸气进入D中，不能拆除，D错误。

5．绿矾(FeSO4·7H2O)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法：

查询资料，得有关物质的数据如下表：

(1)检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3＋，最好选用的试剂为________。

A．KSCN溶液　　 B．NaOH溶液　　C．KMnO4溶液

(2)操作Ⅱ中，通入硫化氢至饱和的目的是____________、________________。

(3)操作Ⅳ的顺序依次为________、冷却结晶、过滤。

解析：(1)检验所得绿矾晶体中是否含有Fe3＋的实验操作是利用三价铁离子检验方法：Fe3＋和SCN－会反应生成红色的Fe(SCN)3，从而证明了Fe3＋的存在。

(2)通入硫化氢至饱和的目的是：硫化氢具有强还原性，可以将Fe3＋还原为Fe2＋。H2S在溶液中饱和，可以增大溶液中的S2－浓度，尽量保证将Sn2＋转化为SnS沉淀，以便于过滤除去Sn杂质。

(3)溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。

答案：(1)A

(2)除去溶液中的Sn2＋　 将Fe3＋还原成Fe2＋

(3)蒸发浓缩

6．某实验小组在实验室利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。

(一)制备硫酸亚铁溶液

(1)步骤①，加入稀硫酸的目的是______________________________________________。

(2)步骤②，加入还原铁粉后观察到的现象是___________________________________。

(二)制备氢氧化亚铁

(3)选择上图中的装置制备氢氧化亚铁，连接顺序为_______(按气流方向，用装置字母表示)。反应结束后继续通一段时间的N2，目的是____________________________________。

(4)装置B中发生反应的离子方程式是__________________________。装置C的作用是________________________________________________________________________。

(三)探究思考　

反应后将装置B中固体过滤时白色沉淀会逐渐转变为灰绿色。在查阅不同资料后，有同学认为灰绿色物质是Fe(OH)2被空气中的氧气氧化后生成的Fe3(OH)8。

(5)Fe3(OH)8中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝_______，用氧化物的形式表示可写成_______。

(6)设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8：_________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(一)制备硫酸亚铁溶液，向硫酸铁晶体中加入去氧蒸馏水和稀硫酸，再加入过量的还原铁粉，将Fe3＋还原成Fe2＋，得到硫酸亚铁溶液。(1)步骤①，加入稀硫酸的目的是抑制Fe3＋的水解；(2)步骤②，加入还原铁粉后，铁粉和酸、Fe3＋反应，观察到的现象是铁粉逐渐溶解，有无色气体生成，溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色；(二)制备氢氧化亚铁，原理是将氨气通入硫酸亚铁溶液中，此过程的关键是隔绝空气。(3)制备氢氧化亚铁的装置中，A装置的作用是将浓氨水滴到生石灰上，使生石灰和水反应放出热量，放出氨气，氮气的作用是将装置中的空气全部排出，B装置的作用是氨气和硫酸亚铁溶液反应产生氢氧化亚铁，C装置的作用是作为安全瓶，防止倒吸，D装置的作用是吸收尾气，故装置连接顺序为A→C→B→D；反应结束后继续通一段时间的N2，目的是将装置中残留的氨气全部被吸收，防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气；(4)装置B中发生反应的离子方程式是：Fe2＋＋2NH3＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH，装置C在A和B之间，故C的作用是作安全瓶，防倒吸；(5)Fe3(OH)8中，3个Fe带8个正电荷，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1∶2，用氧化物的形式表示可写成FeO ·Fe2O3 ·4H2O；(6)要设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8，即要证明此物质中既有Fe2＋又有Fe3＋，Fe2＋用K3[Fe(CN)6]溶液检验，Fe3＋用KSCN溶液检验，实验方法为：取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为血红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8。

答案：(1)抑制Fe2＋的水解

(2)铁粉逐渐溶解，有无色气体生成，溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色

(3)A C B D　防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气

(4)Fe2＋＋2NH3＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH　安全瓶，防倒吸

(5)1∶2　FeO ·Fe2O3 ·4H2O

(6)取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为血红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8

7．(2019·湖南岳阳一中质检)某化学小组在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化的实验。

实验Ⅰ：将Fe3＋转化为Fe2＋(如图)

(1)Fe3＋与Cu粉发生反应的离子方程式为__________________________________

________________。

(2)探究白色沉淀产生的原因，请填写实验方案。查阅资料：

ⅰ.SCN－的化学性质与I－相似，ⅱ.2Cu2＋＋4I－===2CuI↓(白色)＋I2

Cu2＋与SCN－反应的离子方程式为_________________________________________

________________________________________________________________________。

实验Ⅱ：将Fe2＋转化为Fe3＋

探究上述现象出现的原因。查阅资料：Fe2＋＋NO[Fe(NO)]2＋(棕色)

(3)用离子方程式解释NO产生的原因__________________________________________

________________。

(4)从化学反应速率与限度的角度对体系中存在的反应进行分析。

反应Ⅰ：Fe2＋与HNO3反应

反应Ⅱ：Fe2＋与NO反应

①依据实验现象，甲认为反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ________(填“快”或“慢”)。

②乙认为反应Ⅰ是一个不可逆反应，并通过实验证明其猜测正确，乙设计的实验方案是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)Fe3＋与Cu粉发生反应生成铜离子与亚铁离子，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。(2)由反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，可知4 mL 0.1 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液与过量Cu粉反应后得到的溶液中Fe2＋为0.2 mol·L－1，Cu2＋为0.1 mol·L－1，依据对照实验原则，取4 mL 0.1 mol·L－1 CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液，另取4 mL 0.2 mol·L－1 FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液。由题目信息ⅰ、ⅱ可知，Cu2＋与SCN－反应生成CuSCN沉淀和(SCN)2，反应的离子方程式为2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2。(3)Fe2＋和HNO3反应生成Fe3＋、NO与水，反应的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(4)①溶液先变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色，反应速率快的反应现象最先表现，反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ慢。②反应体系中硝酸过量，若反应Ⅰ可逆，反应后溶液中含有Fe2＋，否则没有Fe2＋，具体的实验方案是取少量反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无明显变化，说明反应Ⅰ是不可逆反应。

答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

(2)0.1 　4 mL 0.2 mol·L－1 FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液　2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2

(3)3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O

(4)①慢　②取少量反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无明显变化，说明反应Ⅰ是不可逆反应(或通入NO气体到黄色溶液中没有出现棕色，答案合理即可)

8．铁及其化合物在日常生产生活中用途广泛，利用FeSO4制备还原铁粉的工业流程如下：

实验室中可用FeSO4(用铁粉和稀硫酸反应制得)和NH4HCO3在如下装置模拟上述流程中的“转化”环节。

(1)装置A的名称是________，装置B中盛放的药品是________，NH4HCO3盛放在装置________中。

(2)实验过程中，欲将生成的FeSO4溶液和NH4HCO3溶液混合，操作方法是________________________________________________________________________，

发生主要反应的离子方程式为____________________________________________。

FeSO4溶液要现用现配制的原因是_______________________________，

检验久置的FeSO4是否变质的方法是_______________________________。

解析：(1)装置A是分液漏斗，盛放稀硫酸，装置B中盛放铁粉，稀硫酸与铁粉反应生成H2和FeSO4。装置C中盛放NH4HCO3。(2)检验D处氢气已纯净时，表明装置中空气已排尽，关闭活塞3，打开活塞2，在氢气作用下将FeSO4溶液压入C中发生反应。FeSO4具有还原性，易被O2氧化，故FeSO4溶液要现用现配。用KSCN溶液检验久置的FeSO4是否变质。

答案：(1)分液漏斗　铁粉　C

(2)(待D处的氢气纯净后)关闭活塞3，打开活塞2

Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O(或Fe2＋＋HCO===FeCO3↓＋H＋、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O)　 亚铁离子易被氧化　 取样品配成溶液，取少量溶液于试管中，再向试管中加入KSCN溶液，观察是否显红色

9．碳酸亚铁(白色固体，难溶于水)是一种重要的工业原料，可用于制备补血剂乳酸亚铁，也可用作可充电电池的电极。某研究小组通过下列实验，寻找利用复分解反应制备FeCO3沉淀的最佳方案：

(1)实验Ⅰ中红褐色沉淀产生的原因可用如下反应表示，请补全反应：

Fe2＋＋____＋____＋H2O===

Fe(OH)3↓＋HCO

(2)实验Ⅱ中产生 FeCO3 的离子方程式为_____________________________。

(3)为了探究实验Ⅲ中 NH所起的作用，甲同学设计了实验Ⅳ进行探究：

实验Ⅳ中加入 Na2SO4 固体的目的是②_______________________。

对比实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，甲同学得出结论：NH水解产生 H＋，降低溶液 pH，减少了副产物 Fe(OH)2 的产生。

乙同学认为该实验方案不够严谨，应补充的对比实验操作是：③_____________，再取该溶液一滴管，与 2 mL 1 mol/L NaHCO3 溶液混合。

解析：(1)Fe2＋被氧气氧化为Fe3＋，Fe3＋与CO发生水解生成Fe(OH)3，Fe2＋→Fe(OH)3，铁元素化合价升高1，O2→2O2－，2个氧原子化合价降低了4，根据化合价升降总数相等，Fe2＋、Fe(OH)3前面系数为4，O2前面系数为1，再根据电荷守恒，CO和HCO前面系数为8，最后根据原子守恒，水前面系数为10，配平后为4Fe2＋＋8CO＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3↓＋8HCO。

(2)根据实验现象可知，Fe2＋与HCO反应，生成FeCO3和 CO2，离子方程式为Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。

(3)①探究同一酸性环境下的铵根离子的作用，因此要用硫酸调控溶液的pH＝4.0。②为了保证溶液中的SO浓度的不变，向溶液中加入Na2SO4来控制SO 浓度。③为了增强实验的严谨性，还应向0.8 mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固体至 c(SO)＝1.6 mol/L，同一条件下做对比试验，这样结论更准确。

答案：(1)4　8CO　1　O2　10　4　8

(2)Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O

(3)①硫酸至 pH＝4.0　②控制 SO 浓度一致

③向0.8 mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固体至 c(SO)＝1.6 mol/L