高中化学热点强化练3　高考试题中的铁及其化合物

热点强化练3　高考试题中的铁及其化合物

1．(2020·课标全国Ⅱ，11)据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．OH－参与了该催化循环

B．该反应可产生清洁燃料H2

C．该反应可消耗温室气体CO2

D．该催化循环中Fe的成键数目发生变化

答案　C

解析　结合反应机理图示可知OH－参与了该催化循环反应，A项正确；从图示可看出有H2生成，且没有再参与反应，即该反应可产生清洁燃料H2，B项正确；根据图示可看出CO参与了反应，并最终转化为CO2放出，即该反应能消耗CO，生成CO2，C项错误；该循环过程中Fe的成键数目可能是4、5或6，即该催化循环过程中Fe的成键数目发生变化，D项正确。

2．有关铁及其化合物的说法正确的是(　　)

A．(2016·全国卷Ⅱ，13A)将NaOH浓溶液滴加到饱和的FeCl3溶液中，制备Fe(OH)3胶体

B．(2016·全国卷Ⅲ，7B)FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板，说明铁比铜金属性强

C．(2016·全国卷Ⅰ，10C)配制氯化铁溶液时，将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释

D．(2016·上海，21C)Fe与Cl2反应生成FeCl3，推测Fe与I2反应生成FeI3

答案　C

解析　A项，制备Fe(OH)3胶体，应将饱和氯化铁溶液滴入沸水中，错误；B项，铁离子与铜反应生成铜离子和亚铁离子说明铜的还原性比亚铁离子的还原性强，无法证明金属性的强弱，错误；C项，在溶液中铁离子极易发生水解反应，产生难溶性的氢氧化铁，为了抑制铁离子的水解，应该先将氯化铁溶解在较浓的盐酸中，然后再加水稀释到相应的浓度，正确；D项，因I2的氧化性较弱，故与铁反应生成FeI2，错误。

3．(2020·江苏卷)实验室由炼钢污泥(简称铁泥，主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α­Fe2O3。其主要实验流程如下：

铁泥→→→→……→α­Fe2O3

(1)酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。

(2)还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe3＋完全转化为Fe2＋。“还原”过程中除生成Fe2＋外，还会生成________(填化学式)；检验Fe3＋是否还原完全的实验操作是__________________________________________________

___________________________________________________________________。

(3)除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2＋转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低，将会导致CaF2沉淀不完全，其原因是____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

[Ksp(CaF2)＝5.3×10－9，Ka(HF)＝6.3×10－4]。

(4)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水－NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。

①生成FeCO3沉淀的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________。

②设计以FeSO4溶液、氨水－NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案[FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)2开始沉淀的pH＝6.5]。

答案　(2)H2　取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈血红色　(3)pH偏低形成HF，导致溶液中F－浓度减小，CaF2沉淀不完全

(4)①Fe2＋＋HCO＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NH＋H2O或Fe2＋＋HCO＋NH3===FeCO3↓＋NH

②在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水－NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤2～3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀

解析　(2)“酸浸”时，H2SO4过量，加入过量铁粉，除生成Fe2＋外，还会产生H2。Fe3＋与KSCN反应所得溶液呈血红色，当加入KSCN溶液观察不到血红色，则说明Fe3＋已完全被还原为Fe2＋。(3)当c(Ca2＋)·c2(F－)<Ksp(CaF2)时，CaF2不会沉淀出来，HF为弱酸，当pH过低时，H＋与F－结合成弱电解质HF，则c(F－)减小，导致CaF2沉淀不完全。(4)①Fe2＋与HCO反应生成FeCO3沉淀，HCO电离出的H＋与NH3·H2O结合生成NH，则生成FeCO3沉淀的离子方程式可以写成：Fe2＋＋HCO＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NH＋H2O，或Fe2＋＋HCO＋NH3===FeCO3↓＋NH。②用FeSO4和氨水－NH4HCO3混合溶液反应生成FeCO3，若pH大于6.5，则会生成Fe(OH)2沉淀，故需要控制pH不大于6.5；对生成的FeCO3用蒸馏水洗涤2～3次；因FeCO3表面会附着有SO，若用盐酸酸化的BaCl2溶液检验不出SO，则说明FeCO3已洗涤干净。

4．(2019·课标全国Ⅰ，27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(2)步骤②需要加热的目的是______________________________________，

温度保持80～95 ℃，采用的合适加热方式是___________________________________________________________________。

铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。

(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是________________________________

___________________________________________________________________。

分批加入H2O2，同时为了________________________________________，

溶液要保持pH小于0.5。

(4)步骤⑤的具体实验操作有______________________________________，

经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为________。

答案　(1)碱煮水洗

(2)加快反应速率　热水浴　C

(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质　防止Fe3＋水解

(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)

(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O

解析　(1)除去铁屑表面油污的方法是，用热纯碱溶液清洗铁屑，再用水洗。(2)铁与稀硫酸反应时加热，可提高反应速率。温度低于水的沸点，可以用热水浴加热，受热均匀且便于控制。含少量硫化物的铁屑与稀硫酸反应有H2S生成。氢气不与碱溶液反应，而硫化氢能与碱溶液反应，而H2S在水中溶解度小，故氢气中混有的硫化氢用烧碱溶液除去，又因为硫化氢与碱反应较快，容易引起倒吸，C装置倒置漏斗能防倒吸。故宜选择C装置吸收硫化氢。(3)铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，加入足量双氧水的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，发生反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，从生成物看，又不引入杂质。铁离子对双氧水分解起催化作用，分批加入双氧水，避免反应过快、放出热量较多，减少双氧水分解，以免造成氧化剂损失；铁离子易水解，保持溶液呈强酸性，避免铁离子发生水解反应生成氢氧化铁。(4)步骤⑤是要从溶液中得到硫酸铁铵晶体，故实验操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。(5)失重5.6%是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，由题意知＝，解得x＝12。

5．(2017·课标全国Ⅲ)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，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：___________________________________________________________________、

___________________________________________________________________。

(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是________。

②将下列实验操作步骤正确排序________________________________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。

a．点燃酒精灯，加热　　 b．熄灭酒精灯

c．关闭K1和K2  d．打开K1和K2，缓缓通入N2

e．称量A   f．冷却到室温

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(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，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。

①C、D中的溶液依次为________(填标号)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为___________________________________________________。

a．品红　 b．NaOH　

c．BaCl2　 d．Ba(NO3)2

e．浓H2SO4

②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________。

答案　(1)样品中没有Fe3＋　Fe2＋易被氧气氧化为Fe3＋

(2)①干燥管　②d、a、b、f、c、e　③　偏小

(3)①c、a　生成白色沉淀、褪色

②2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑

解析　(1)绿矾溶解于水电离出Fe2＋，滴加KSCN溶液后颜色无明显变化，说明样品中没有Fe3＋，通入空气之后，空气中的氧气把Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋与KSCN反应而使溶液显红色，说明Fe2＋易被氧气氧化为Fe3＋。

(2)①仪器B的名称是干燥管；②实验时先打开K1和K2，缓慢通入N2，排除装置中的空气，防止空气中的氧气将绿矾中的Fe2＋氧化为Fe3＋，一段时间后点燃酒精灯，使绿矾中的结晶水变为水蒸气并被N2排出，然后熄灭酒精灯，将石英玻璃管冷却至室温后关闭K1和K2，防止空气进入石英玻璃管中，最后称量A；

③由题意可知FeSO4的物质的量为 mol，水的物质的量为 mol，则绿矾中结晶水的数目x＝＝＝；若先点燃酒精灯再通N2，则石英玻璃管中原有的空气会将绿矾中的Fe2＋氧化，最终剩余的固体质量会偏大，则计算得到的结晶水的数目会偏小；

(3)①实验后反应管中残留的红色粉末为Fe2O3，根据得失电子守恒可知必然有SO2产生，根据元素守恒可知还会生成SO3，检验的试剂应选择品红溶液、BaCl2溶液，不能选择Ba(NO3)2溶液，因为SO2会与Ba(NO3)2溶液产生白色沉淀，干扰SO3 的检验，由于SO3可与水反应生成硫酸，故应先检验SO3，再利用SO2能使品红褪色的原理检验SO2；②由题意可以得到硫酸亚铁分解的方程式为2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。

6．(2016·课标全国Ⅱ)某班同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：

(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 mol·L－1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是__________________________________

___________________________________________________________________。

(2)甲组同学取2 mLFeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为___________________________________________________________________。

(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL 煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(4)丙组同学取10 ml 0.1 mol·L－1KI溶液，加入6 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液混合。分别取 2 mL 此溶液于3支试管中进行如下实验：

①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；

②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；

③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。

实验②检验的离子是________(填离子符号)；实验①和③说明：在I－过量的情况下，溶液中仍含有________(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为________。

(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为_____________________________________

___________________________________________________________________；

一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是_______________________________________________________，生成沉淀的原因是_________________________________________________(用平衡移动原理解释)。

答案　(1) 防止Fe2＋被氧化　 (2) 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　(3) 隔绝空气(排除氧气对实验的影响)

(4) Fe2＋　Fe3＋　可逆反应　(5) H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　Fe3＋催化H2O2分解产生O2　H2O2分解反应放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动

解析　(1) 亚铁离子具有还原性，能被空气中的氧气氧化，所以在配制的FeCl2溶液中加入少量铁屑的目的是防止Fe2＋被空气氧化。(2) Cl2可将Fe2＋氧化成Fe3＋，自身得电子生成Cl－，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(3)煤油的作用是隔绝空气，防止空气中的氧气将Fe2＋氧化，产生干扰。(4) 根据Fe2＋的检验方法，向溶液中加入1滴K3[Fe(CN)6] 溶液，生成蓝色沉淀，一定含有Fe2＋，则实验②检验的离子是Fe2＋；碘易溶于CCl4，在CCl4中呈紫色，Fe3＋遇KSCN溶液显血红色，实验①和③说明，在I－过量的情况下，溶液中仍含有Fe3＋，由此可以证明该氧化还原反应为可逆反应，反应为2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2。(5)H2O2溶液中加入几滴酸化FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，铁离子的溶液呈棕黄色；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成，产生气泡的原因是反应产生的Fe3＋是H2O2分解的催化剂，促使H2O2分解生成O2，同时H2O2分解反应是放热反应，并促进了Fe3＋水解平衡Fe3＋＋3H2O Fe(OH)3＋3H＋向正向移动，产生较多Fe(OH)3，聚集形成沉淀。