练案[7]　第三章　第7讲　铁及其重要化合物

[练案7]

第7讲　铁及其重要化合物

A组　基础必做题

1．(2022·海南海口月考)《本草图经》中关于绿矾的分解有如下描述：“绿矾形似朴消(Na2SO4·10H2O)而绿色，取此物置于铁板上，聚炭，封之囊袋，吹令火炽，其矾即沸，流出，色赤如融金汁者是真也。”对此段话的说明中肯定错误的是(　B　)

A．绿矾的化学式为FeSO4·7H2O

B．绿矾分解过程中没有发生电子的转移

C．“色赤”物质可能是Fe2O3

D．流出的液体中可能含有硫酸

[解析]　绿矾在加热时会溶解在结晶水中，然后发生分解，化学方程式为2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O，Fe的化合价由＋2升高到＋3，S由＋6降低到＋4，所以绿矾分解是氧化还原反应，有电子转移；三氧化硫溶于水生成硫酸；综上所述B不正确。

2．(2022·山东济宁月考)在通风橱中进行下列实验：

下列说法中正确的是(　B　)

A．Ⅰ中红棕色气体生成的化学方程式为Fe＋6HNO3===Fe(NO3)3＋3H2O＋3NO2↑

B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应

C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3

D．针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被还原

[解析]　Ⅰ中Fe与稀硝酸反应生成NO，NO再与空气中O2反应生成红棕色的NO2气体，A项错误；Ⅱ中现象说明Fe在浓硝酸作用下Fe表面因钝化形成一层致密的氧化层，阻止进一步反应，B项正确；稀HNO3的氧化性弱于浓HNO3，C项错误；针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化，D项错误。

3．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(　C　)

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．丁同学认为用盐酸溶解固体生成物所得溶液有颜色

[解析]　在高温下铁与水蒸气反应生成氢气和四氧化三铁。试管b中收集到的气体为H2，可点燃，且产生淡蓝色火焰，A项正确；试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁，B项正确：铁与水不反应，应该是水蒸气，C项错误；用盐酸溶解固体生成物得到含氯化亚铁和氯化铁的混合溶液，溶液带有颜色，D项正确。

4．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(　B　)

A．A为Fe，B为FeO

B．C、D物质的溶液颜色分别为浅绿色、棕黄色

C．⑤的离子方程式：Fe＋Fe3＋===2Fe2＋

D．④的离子方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

[解析]　F为红褐色固体，可知F是Fe(OH)3，从而得出A为Fe，黑色晶体B与HCl能够生成C、D，C、D之间能够相互转化，同时A能够直接生成C、D，E与O2能够反应，说明E为还原性物质，因此B为Fe3O4、C为FeCl2、D为FeCl3、E为Fe(OH)2。由上述分析可知，A为Fe，B为Fe3O4，故A项错误；FeCl2溶液颜色为浅绿色，FeCl3溶液颜色为棕黄色，故B项正确；⑤反应可通过FeCl3溶液与Fe反应实现，离子方程式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，C项错误；④反应是FeCl2转化为FeCl3，可通过通入Cl2实现，D项错误。

5．实验小组研究二价铁的还原性，设计如下实验。

(1)实验所用的FeSO4溶液由Fe2(SO4)3溶液和足量铁粉反应制得，反应的离子方程式是__2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋__。

(2)实验Ⅰ中沉淀变为红褐色的化学方程式是

__4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3__。

(3)关于实验Ⅱ中白色沉淀的组成，小组同学展开研究。①已知Fe(HCO3)2在水中不存在。对沉淀组成做出如下假设，请补充完整。

假设a：依据NaHCO3溶液显__碱__性，推测白色沉淀可能为Fe(OH)2；

假设b：白色沉淀可能为__FeCO3__。

②研究白色沉淀组成的实验如下：

ⅰ．取少量白色沉淀，充分洗涤，向其中加入稀硫酸，沉淀完全溶解，产生无色气泡；

ⅱ．向所得溶液中滴入KSCN试剂，溶液几乎不变红；

ⅲ．向ⅱ溶液中再滴入少量H2O2，溶液立即变为红色。

由此说明，白色沉淀中一定含有__Fe2＋和CO__(填离子)。

③研究过程中发现白色沉淀在空气中久置，最终变为红褐色。则该沉淀比实验Ⅰ中所得的Fe(OH)2__难__(填“难”或“易”)被空气氧化。

[解析]　(1)Fe2(SO4)3与Fe反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。(2)实验Ⅰ中的沉淀为Fe(OH)2，其变为红褐色的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(3)①NaHCO3为小苏打，溶液显碱性，故可推测沉淀可能为Fe(OH)2；另一种猜测是生成了FeCO3沉淀。②由于溶于H2SO4后产生无色气泡，滴入KSCN溶液不变红，加入H2O2后变红，则证明白色沉淀中一定含有Fe2＋和CO。③由于白色沉淀久置后才变红褐色，故该沉淀难被空气氧化。

6．一定量的铁粉在氯气中充分燃烧，将所得固体完全溶解于稀盐酸，制得溶液A。

(1)铁在氯气中燃烧的化学方程式是__2Fe＋3Cl22FeCl3__。

(2)推测A中可能含有的金属阳离子：①只有Fe3＋；②只有Fe2＋；③__含有Fe2＋＋Fe3＋__。甲同学为探究溶液的组成，实验如下：

(3)乙同学继续探究溶液A的组成。

查阅资料：16HCl＋2KMnO4===2KCl＋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溶液紫色褪去，实验结论：__ab__(填字母)。

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：__因为还原性Fe2＋＞Cl－，逐滴加入酸性KMnO4溶液，Fe2＋将MnO还原为Mn2＋，使紫色褪去，故可能含有Fe2＋；若溶液中无Fe2＋，Cl－也能将MnO还原为Mn2＋，紫色褪去，因而溶液中也可能无Fe2＋__。

B组　能力提升题

7．(2022·南昌模拟)某同学设计如下装置进行铁与水反应的实验，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＋)(　C　)

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中的固体溶于足量稀硫酸，所得溶液中一定含有Fe3＋

[解析]　A．实验后，装置B中生成黑色的四氧化三铁固体，故A错误；B．虚线框C处验证生成的为氢气，其密度小于空气，应该选择装置乙，故B错误；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，生成的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，故C正确；D．实验后，将装置B中的固体溶于足量稀硫酸，所得溶液中可能含有Fe3＋，若铁粉过量时可能不含有Fe3＋，故D错误。

8．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　)

　　[解析]　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。

9．(2022·河南南阳联考)将一定量Fe、FeO和Fe2O3的混合物加入240 mL 2 mo/L稀硝酸中，恰好完全反应，放出1.344 L(标准状况下)NO气体，往所得溶液中加入酸性KMnO4溶液，无明显现象。若用足量的H2在加热条件下与相同质量的上述混合物充分反应，能得到铁的质量为(　B　)

A．6.72 g B．7.84 g

C．8.96 g D．13.4 g

[解析]　根据题中现象可说明溶液中的溶质为Fe(NO3)3，标准状况下1.344 L NO为＝0.06 mol，根据氮元素守恒，可确定Fe(NO3)3中NO的物质的量为0.24 L×2 mol/L－0.06 mol＝0.42 mol，即Fe(NO3)3的物质的量为×0.42 mol＝0.14 mol，由铁元素守恒可知，得n(Fe)＝0.14 mol，其质量为0.14 mol×56 g/mol＝7.84 g。

10．(2022·山东师大附中高三月考)某酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，设计如下工艺流程，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。

下列说法不正确的是(　C　)

A．标号①②③处发生的反应均为氧化还原反应

B．标号③处加入的相应物质是稀硝酸

C．标号①处发生的离子反应最多有三个

D．铁红的化学式为Fe2O3，工业上常用作红色颜料

[解析]　标号①处发生的反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋，②处发生的反应是Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，③处发生的反应是铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，故①、②、③处发生的反应均为氧化还原反应，A正确；标号③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开，加入的相应物质是稀硝酸，故B正确；标号①处发生的离子反应有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋，故C错误；Fe2O3是红棕色粉末，俗称铁红，工业上常用作红色颜料，故D正确。

11．(2022·福建南平质量检测)绿矾(FeSO4·7H2O)外观为半透明蓝绿色单斜结晶或颗粒，无气味，受热能分解，且在空气中易被氧化。

Ⅰ．医学上绿矾可用于补血剂甘氨酸亚铁[(NH2CH3COO)2Fe]颗粒的制备，有关物质性质如下：

(1)向绿矾溶液中缓慢加入NH4HCO3溶液，边加边搅拌，反应结束后生成沉淀FeCO3。该反应的离子方程式为__Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O__。

(2)制备(NH2CH2COO)2Fe：往FeCO3中加入甘氨酸(NH2CH2COOH)的水溶液，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。

①加入柠檬酸溶液一方面可调节溶液的pH促进FeCO3溶解，另一个作用是__防止二价铁被氧化__。

②洗涤操作，选用的最佳洗涤试剂是__B__(填序号)。

A．热水　 B．乙醇

C．柠檬酸

Ⅱ．绿矾晶体受热分解的化学方程式为2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O，实验室用图1所示装置验证其分解产物。请回答下列问题：

(1)加热前通入氮气的目的是__将装置内空气排尽(或隔绝空气或防止Fe2＋被氧化)__。

(2)实验中观察到装置B的现象为__白色粉末变蓝__。

(3)C装置和D装置能否调换__否__(填“能”或“否”)

(4)样品完全分解后，残留物全部为红棕色固体，检验装置A中的残留物含有Fe2O3的方法是__取少许固体粉末置于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3__。

(5)该装置的缺陷是__没有尾气处理装置__。

Ⅲ．测定绿矾样品中铁元素的含量：

称取m g绿矾样品置于锥形瓶中，溶解后加稀硫酸酸化，用c mol·L－1 KMnO4溶液滴定至终点。消耗KMnO4溶液的体积如图2所示(滴定时发生反应的离子方程式为5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O)。该晶体中铁元素的质量分数为__%__(用含m、c的式子表示)。

12．(2022·天津高三检测)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：

(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液后，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，产生的现象是__溶液由浅绿色逐渐变为红色__。

(2)为测定绿矾中结晶水的含量，将带有两端止水夹K1和K2的石英玻璃管(设为装置A)称重，记为m1 g，将样品装入石英玻璃管中，再次对装置A进行称重，结果记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是__球形干燥管__。

②实验操作步骤：a．打开K1和K2，缓缓通入N2→b．点燃酒精灯，加热→c．熄灭酒精灯→d．！！！______###→e．关闭K1和K2→f．称量A。d的操作为__待固体冷却至室温，停止通N2__。

③重复②的操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水个数x＝____(列式表示)。若实验时将a、b的操作次序颠倒，则使x__偏小__(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，并加热。实验后，反应管中残留物质为红色粉末。

已知：装置C用于检验和吸收分解得到的气体产物之一——SO3。

①C、D中的溶液依次为__c__、__a__(填标号)。

a．品红　　　　　　　　b．NaOH　　　　　　c．BaCl2

d．Ba(NO3)2  　　　　　e．浓硫酸

C、D中有气泡冒出，同时可观察到的现象分别为__有白色沉淀产生__、__品红溶液褪色__。

②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：__2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑__。

③在方框中画出尾气吸收装置并注明所用试剂。

____

[解析]　(1)向硫酸亚铁溶液中滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，再向试管中通入空气，Fe2＋被氧气氧化成Fe3＋，与SCN－结合成Fe(SCN)3，溶液变为红色。(2)①仪器B的名称是球形干燥管；②实验时，为避免亚铁离子被氧化，应先通入氮气，冷却时注意关闭K1和K2，待固体冷却至室温再称量，则步骤d的操作为待固体冷却至室温，停止通N2；③重复②的操作步骤，直至A恒重，记为m3 g，应为FeSO4和装置的质量，则m(FeSO4)＝m3－m1，m(H2O)＝m2－m3，则n(H2O)＝，n(FeSO4)＝，结晶水的个数x＝＝；实验时，为避免亚铁离子被氧化，应先通入氮气，若实验时将a、b操作次序颠倒，会导致硫酸亚铁被氧化，则固体质量偏大，测定结果偏小。(3)①根据题意，分解得到的气体产物之一是SO3，实验后反应管中残留物质为红色粉末，说明生成Fe2O3，则反应中铁元素化合价升高，硫元素化合价应降低，则一定生成SO2，由此可知硫酸亚铁高温分解可生成Fe2O3、SO3、SO2，则C为氯化钡溶液，用于检验SO3，可观察到产生白色沉淀，D为品红溶液，可用于检验SO2，SO2可使品红溶液褪色，据此选择C、D中的溶液；C中氯化钡溶液吸收了SO3产生白色沉淀，SO2不与氯化钡反应，逸出后与品红溶液反应并使之褪色；②据以上分析可写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑；③SO2有毒，需要进行尾气处理，可用氢氧化钠溶液来吸收，同时要防倒吸。