高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第5讲金属及其重要化合物的性质探究训练含解析

金属及其重要化合物的性质探究

1．(新教材链接)(人教必修第一册·P72，5题改编)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(　　)

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项的结论应该是铁单质具有还原性，Fe3＋具氧化性；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。]

2．(2021·四川成都七中检测)某同学欲利用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止水夹a、打开b，再向烧瓶中加入X

C．反应一段时间后可在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

D　[HNO3可氧化Fe生成Fe(NO3)3，A项错误；实验开始时应先打开止水夹a、b，利用生成的氢气将装置内的空气排出，然后关闭a，B项错误；利用氢气的压强将FeCl2排入锥形瓶中，NaOH与FeCl2溶液反应生成Fe(OH)2，立即观察到白色沉淀，C项错误；反应结束后若关闭b及分液漏斗活塞，装置内空气及溶液中氧气均已除去，则Fe(OH)2可较长时间存在，D项正确。]

3．(2020·山东德州三模)某化工厂制备净水剂硫酸铁铵晶体[NH4Fe(SO4)2·6H2O]的一种方案如下：

下列说法不正确的是(　　)

A．滤渣A的主要成分是CaSO4

B．相同条件下，NH4Fe(SO4)2·6H2O净水能力比FeCl3强

C．“合成”反应要控制温度，温度过高，产率会降低

D．“系列操作”包括蒸发浓缩、降温结晶、过滤、干燥等

B　[FeSO4溶液中含有Ca(NO3)2，加入H2SO4溶液，生成CaSO4，过滤得到的滤渣A主要是CaSO4，A项正确；NH的存在抑制了Fe3＋的水解，故硫酸铁铵的净水能力比FeCl3弱，B项错误；“合成”反应中，温度过高，会促进Fe3＋发生水解，生成硫酸铁铵的产率会下降，C项正确；硫酸铁铵易溶于水，且溶解度随温度的升高而增大，可采用结晶法提纯，故“系列操作”包括蒸发浓缩、降温结晶、过滤、干燥等，D项正确。]

4．(2021·甘肃兰州检测)由硫铁矿烧渣(主要成分：Fe3O4、Fe2O3和FeO)得到绿矾(FeSO4·7H2O)，再通过绿矾制备铁黄[FeO(OH)]的流程如下：

烧渣 溶液绿矾铁黄

已知：FeS2和铁黄均难溶于水。下列说法不正确的是(　　)

A．步骤①，最好用硫酸来溶解烧渣

B．步骤②，涉及的离子方程式为FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋

C．步骤③，将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，可得纯净绿矾

D．步骤④，反应条件控制不当会使铁黄中混有Fe(OH)3

C　[要制得绿矾，为了不引入其他杂质，步骤①最好选用硫酸来溶解烧渣，A项正确；加入FeS2后得到的溶液经步骤③可得到绿矾，故步骤②中FeS2和Fe3＋发生氧化还原反应，生成了FeSO4，离子方程式为FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋，B项正确；步骤③，由FeSO4溶液得到绿矾应蒸发浓缩、冷却结晶而不是蒸发结晶，C项错误；步骤④中若反应条件控制不当，则会使铁黄中混有Fe(OH)3，D项正确。]

5．(2021·湖北武汉联考)钌(Ru)是一种硬而脆呈浅灰色的多价稀有金属，性质很稳定，且耐腐蚀性很强。实验室用H2还原RuO2来制备金属钌的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．加热试管前，应先收集气体并点燃，通过爆鸣声判断气体的纯度

B．洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液，用于除去HCl

C．结束反应时，先停止加热，再关闭活塞K

D．启普发生器也可以用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气

D　[可燃性气体在点燃或加热前必须验纯，故加热试管前，应先收集气体并点燃通过爆鸣声判断气体的纯度，以免发生爆炸，A项正确；洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液，用于除去氢气中的HCl，避免制得的Ru含有杂质，B项正确；结束反应时，先停止加热，再关闭活塞K，用氢气冷却Ru，以免生成的Ru在高温时又被空气中的氧气氧化，C项正确；二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气需要加热，而启普发生器不能加热，D项错误。]

6．(2021·山东实验中学检测)FeCl2是一种常用的还原剂。有关数据如下：

查阅资料知：氯化铁遇水剧烈水解。

实验室可以用如下方法来制备无水FeCl2。

按下图装置，在三颈烧瓶中放入a g无水氯化铁和过量的氯苯，控制反应温度在128～139 ℃加热3 h，冷却，分离提纯得到粗产品。反应的化学方程式为2FeCl3＋C6H5Cl===2FeCl2＋C6H4Cl2＋HCl。

请回答下列问题：

(1)仪器B的名称是____________，盛装的试剂是______________。

(2)球形冷凝管的作用是_______________________________________________。

(3)反应后通入N2的目的是_________________________________。

(4)上图虚线框内应选择的安全瓶(盛有蒸馏水)是__________。

(5)用x mol·L－1 NaOH溶液滴定安全瓶中盐酸，消耗y mL NaOH溶液，则氯化铁转化率为________________________________________________________________________

(列出计算式)。

(6)冷却实验装置，三颈烧瓶内物质经过过滤、洗涤、干燥后，得到粗产品，则回收滤液中C6H5Cl的方案是________________________________________________。

(7)已知25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，此温度下若在实验室中配制5 mol·L－1 100 mL FeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入______mL 1 mol·L－1的盐酸(总体积忽略加入盐酸的体积)。

解析　(1)根据仪器的结构特点可判断B为球形干燥管。干燥HCl气体所选干燥剂一般是无水CaCl2、P2O5、硅胶等。

(2)冷凝管在此实验中的作用是冷凝回流、导气。

(3)反应后通入N2的目的是将HCl气体吹入C装置中，使其被充分吸收，减少实验误差。

(4)吸收HCl气体，应短进长出，故选c。

(5)通过滴定实验可得反应生成的HCl的物质的量为xy×10－3 mol，由反应的化学方程式2FeCl3＋C6H5Cl===2FeCl2＋C6H4Cl2＋HCl可知消耗的氯化铁的质量为xy×10－3mol×2×162.5 g·mol－1，则其转化率为×100%。

(6)根据题目中的表格数据可知，C6H4Cl2的沸点为173 ℃，C6H5Cl的沸点为132 ℃，回收C6H4Cl2中 C6H5Cl的措施是蒸馏，并且控制温度为132 ℃。

(7)若不出现浑浊现象，则c(Fe3＋)·c3(OH－)≤Ksp[Fe(OH)3]，代入有关数据后可求出c(OH－) ≤2×10－13mol·L－1，c(H＋)≥0.05 mol·L－1，故至少要加入5.0 mL 1 mol·L－1的盐酸。

答案　(1)球形干燥管　无水CaCl2(写“P2O5、硅胶”均可)

(2)冷凝回流、导气

(3)将HCl气体吹入C装置中，使其被充分吸收

(4)c

(5)×100%

(6)蒸馏滤液，并收集132 ℃馏分

(7)5.0

7．(2021·湖南衡阳检测)实验室用下图装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，D装置的硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。

(1)为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，在b处必须________。

(2)装置B的作用是____________，装置C中盛装的液体是________。

(3)若为FeO和Fe2O3物质的量之比1∶1的固体混合物，反应完全后，U型管的质量增加7.2 g，则混合物中Fe2O3的质量为________。

(4)U型管E右边连接干燥管F的目的是__________________________，若无干燥管F，测得Fe2O3的质量将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

解析　(1)根据实验装置可确定，装置A为制取H2的装置，装置D为还原装置，加热前需要确定H2在装置中的纯度，若在爆炸范围内，加热会发生爆炸，在加热前需要收集气体进行验纯操作。(2)盐酸具有挥发性，制取的气体中会混有HCl气体，装置B的作用为除去HCl气体；由于需要通过测定水的含量来确定氧化铁含量，则装置C需要除去水蒸气，则用浓硫酸干燥氢气。(3)U型管的作用为吸收水，增加的质量则为水的质量，7.2 g水为0.4 mol，FeO和Fe2O3物质的量之比1∶1的固体混合物，根据氧原子守恒可知Fe2O3的物质的量为0.1 mol，质量为16 g。(4)由于空气中还含有水蒸气，则干燥管F的作用为防止空气中的水蒸气进入装置E。若无干燥管F，则导致水的含量偏大，从而导致氧化铁的含量偏大。

答案　(1)验纯　(2)除HCl　浓H2SO4　(3)16 g　

(4)防止空气中水蒸气进入　偏大

8．(2021·辽宁鞍山检测)氯化铁可用作金属蚀刻、有机合成的催化剂，研究其制备及性质是一个重要的课题。

(1)氯化铁晶体的制备：

①实验过程中装置乙发生反应的离子方程式有________________、____________，仪器丙的作用为__________________________________________。

②为顺利达成实验目的，上述装置中弹簧夹打开和关闭的顺序为________________。

③反应结束后，将乙中溶液边加入____________，边进行加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥即得到产品。

(2)氯化铁的性质探究：

某兴趣小组将饱和FeCl3溶液进行加热蒸发、蒸干灼烧，在试管底部没有得到预期的红棕色固体。为进一步探究该固体的成分设计了如下实验。(查阅文献知：①FeCl3溶液浓度越大，水解程度越小②氯化铁的熔点为306 ℃、沸点为315 ℃，易升华，气态FeCl3会分解成FeCl2和Cl2 ③FeCl2熔点为670 ℃)

解析　(1)①装置甲制取氯气，装置乙发生Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，利用氯气的强氧化性，把Fe2＋氧化成Fe3＋，离子反应方程式为：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；氯气有毒，作为尾气必须除去，除去氯气常用氢氧化钠溶液，因此丙装置中盛放NaOH溶液的作用是除去多余尾气；②为了实验顺利进行，铁和盐酸先充分反应，待铁全部溶解后，再通入氯气，因此操作是：关闭弹簧夹1和3，打开弹簧夹2，待铁粉完全溶解后，打开弹簧夹1和3，关闭弹簧夹2；③Fe3＋易水解，为抑制水解，边加入浓盐酸，边进行加热浓缩、冷却结晶、过滤。

(2)①充入氮气的目的是排除装置中的空气，防止干扰实验；②棕黄色固体是FeCl3，根据信息，FeCl3易升华，A中FeCl3由固体转化成气体，在B装置中遇冷凝结为固体；③FeCl3受热分解成FeCl2和Cl2，Cl2与KBr反应生成Br2，Br2易溶于有机溶剂，现象是：溶液分层，上层接近无色，下层橙红色；⑤根据上述现象和资料推出含有的物质是FeCl3、FeCl2、Fe2O3。

答案　(1)①Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　Cl2＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2Cl－ 　吸收多余的氯气　

②关闭弹簧夹1和3，打开弹簧夹2；待铁粉完全溶解后打开弹簧夹1和3，关闭弹簧夹2　③浓盐酸

(2)①排出装置内的空气　 ②FeCl3易升华

③溶液分层，上层接近无色，下层橙红色　

④2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－　⑤ FeCl3、FeCl2、Fe2O3

9．(2021·山东日照检测)实验室以绿矾(FeSO4·7H2O)为铁源制备补血剂甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO)2Fe]，有关物质性质如下表：

实验过程：

Ⅰ.配制含0.10 mol FeSO4的水溶液。

Ⅱ.制备FeCO3：向配制好的FeSO4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(NH2CH2COO)2Fe：实验装置如图(夹持和加热仪器已省略)，将实验Ⅱ得到的沉淀(过量)和含0.20 mol 甘氨酸的水溶液混合后加入C中，然后利用A中的反应将C中空气排尽，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)仪器P的名称是______________。

(2)实验Ⅰ配制FeSO4溶液时，为防止FeSO4被氧化变质，应加入的试剂为____________(填化学式)。

(3)实验Ⅱ中，生成沉淀的离子方程式为____________________________________。

(4)实验Ⅲ中，

①检查装置A的气密性的方法是_________________________________。

②柠檬酸可调节pH，体系pH与产率的关系如下表：

pH过低会使产率下降，其原因是_____________________________________；柠檬酸的作用还有________(填字母)。

A．作催化剂

B．作反应终点指示剂

C．促进FeCO3溶解

D．防止二价铁被氧化

③洗涤实验Ⅲ中得到的沉淀，所选用的最佳洗涤试剂是________________。

(5)若产品的质量为16.32 g，则产率为__________。

解析　(2)FeSO4易被空气中O2氧化，且易发生水解反应，故实验Ⅰ配制FeSO4溶液时，加入还原铁粉防止FeSO4被氧化，滴加稀硫酸抑制其水解。

(3)实验Ⅱ中，向配制好的FeSO4溶液中，加入200 mL 1.1 mol·L－1 NH4HCO3溶液生成FeCO3沉淀，离子方程式为Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。

(4)①采用“压强差法”检验装置的气密性，具体操作为：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。

②由于NH2CH2COOH具有两性，pH过低，则溶液的酸性过强，NH2CH2COOH与H＋发生反应生成HOO CCH2NH，导致产品的产率下降。柠檬酸具有强酸性和还原性，加入柠檬酸调节pH，同时促进FeCO3溶解，并防止生成的Fe2＋被氧化。

③由于甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇，为了降低产品的溶解，故实验Ⅲ洗涤产品时最好选用乙醇。

(5)结合制备过程中发生的反应可得关系式：FeSO4～FeCO3～(NH2CH2COO)2Fe，理论上生成0.1 mol (NH2CH2COO)2Fe，其质量为20.4 g，则产率为16.32 g/20.4 g×100%＝80%。

答案　(1)恒压漏斗　(2)Fe　(3)Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O

(4)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

②H＋会与NH2CH2COOH反应　CD　③乙醇

(5)80%

10．(2021·福建厦门一模)配合物乙二胺四乙酸铁钠(NaFeY)可溶于水，常见于铁强化盐中。

实验1：制备乙二胺四乙酸铁钠晶体

实验原理：

2Fe(OH)3＋Na2CO3＋2H4Y===2[NaFeY·3H2O]＋CO2↑＋H2O

实验步骤：

①称取2.7 g FeCl3·6H2O于烧杯中溶解，分批次加入适量浓氨水，搅拌，过滤，洗涤，干燥。

②将Fe(OH)3、乙二胺四乙酸(H4Y)、H2O加入三颈烧瓶(装置如下图)，搅拌，80 ℃水浴反应1 h，用Na2CO3溶液调节pH，经过一系列操作，过滤洗涤，晾干得到产品。

(1)“步骤①”为避免Fe(OH)3沉淀中裹入过多杂质，采取的措施有________________。

(2)判断“步骤①”中沉淀是否洗涤干净的操作为______________________________。

(3)若滴液漏斗替换为分液漏斗，实验中Na2CO3溶液将无法顺利滴下，其原因为_____________________________。

(4)“步骤②”中的“一系列操作”为___________________________(填标号)，

若将溶液直接蒸干，会造成_____________________________________。

A．蒸发浓缩，趁热结晶

B．蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜，停止加热

C．蒸发浓缩至大量晶体析出，停止加热

实验2：市售铁强化盐中铁含量测定

已知：①铁强化盐含有NaCl、KIO3 、NaFeY，其中n(KIO3)∶n( NaFeY)＝1∶50；②I2＋2S2O===2I－＋S4O。

称取m g样品，加稀硫酸溶解后配成100 mL溶液。取出10 mL，加入稍过量的KI溶液，充分反应后，滴入淀粉溶液，用c mol·L－1Na2S2O3标准液滴定，重复操作2～3次，消耗Na2S2O3标准液平均值为V mL。

(5)I－除了与Fe3＋反应外，还可能发生的反应的离子方程式为________________。

(6)滴定终点的现象为________________(填颜色变化)。

(7)样品中铁元素的质量分数为__________%。

解析　(1)根据实验操作原理分析可知，采取的措施有分批次加入浓氨水、搅拌。

(2)可以通过检验是否存在Cl－，判断沉淀是否洗涤干净，具体操作为：取最后一次洗涤液于试管中，加入AgNO3溶液，观察是否产生白色沉淀。

(3)根据仪器构造分析知，其原因为反应需要加热且产生气体，使得三颈烧瓶内压强增大。

(4)蒸发的正确操作是蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜，停止加热；若将溶液蒸干，会引起NaFeY·3H2O分解、晶体飞溅。

(5)IO具有氧化性，在酸性条件下可以与I－发生氧化还原反应生成I2，离子方程式为5I－＋IO＋6H＋===3I2＋3H2O。

(6)用c mol·L－1Na2S2O3标准液滴定溶液中I2，用淀粉溶液作指示剂，发生反应：I2＋2S2O===2I－＋S4O，达到滴定终点时，I2消耗完毕，溶液的蓝色褪去。

(7)据题义知：由样品产生的n(I2)＝×c×V×10－3×＝cV×10－2 mol；已知样品中n(KIO3)∶n(NaFeY)＝1∶50

设n(NaFeY)为x，则n(KIO3)为x，由反应方程式知：x＋x＝cV×10－2 mol

解得：x＝，故样品中铁元素的质量分数为

×100%＝%。

答案　(1)分批次加入浓氨水、搅拌　(2)取最后一次洗涤液于试管中，加入AgNO3溶液

(3)反应需要加热且产生气体，使得三颈烧瓶内压强增大

(4)B　NaFeY·3H2O分解、晶体飞溅

(5)5I－＋IO＋6H＋===3I2＋3H2O　(6)蓝色褪去　(7)