高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料随堂练习题

综合拔高练

五年高考练

考点1　铁及其化合物

1.(2021广东,10)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是(　　)

A.a可与e反应生成b

B.b既可被氧化,也可被还原

C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体

D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系

2.(高考组编)有关铁及其化合物的说法正确的是(　　)

A.将NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl3溶液中,制备Fe(OH)3胶体

B.向FeCl2溶液中滴加NH4SCN 溶液,溶液显红色

C.Cu与FeCl3 溶液反应可生成CuCl2

D.Fe与Cl2反应生成FeCl3,推测Fe与I2反应生成FeI3

3.(2021海南,15改编)无水FeCl3常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程,以废铁屑(含有少量碳和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3(s)。

已知:氯化亚砜()熔点-101 ℃,沸点76 ℃,与水反应可生成SO2和HCl气体。

请回答问题:

(1)操作①是过滤,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和　　　　　　。 

(2)为避免引入新的杂质,试剂B可以选用　　　　　　(填字母)。 

A.KMnO4溶液　　　　B.氯水

C.溴水　　　　     D.H2O2溶液

(3)取少量D晶体,溶于水并滴加KSCN溶液,现象是　　　　　　　　　　　。 

(4)反应D→E的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 

(5)由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐,写出一种可能的还原剂:　　　　　　,设计实验验证是该还原剂将Fe3+还原:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 4.(2021辽宁,18)Fe/Fe3O4磁性材料在很多领域具有应用前景,其制备过程如下(各步均在N2氛围中进行):

①称取9.95 g FeCl2·4H2O(Mr=199),配成50 mL溶液,转移至恒压滴液漏斗中。

②向三颈烧瓶中加入100 mL 14 mol·L-1 KOH溶液。

③持续磁力搅拌,将FeCl2溶液以2 mL·min-1的速度全部滴入三颈烧瓶中,100 ℃下回流3 h。

④冷却后过滤,依次用热水和乙醇洗涤得黑色沉淀,在40 ℃干燥。

⑤管式炉内焙烧2 h,得产品3.24 g。

部分装置如图:

回答下列问题:

(1)仪器a的名称是　　　　;使用恒压滴液漏斗的原因是　　　　　　　　　　　　。 

(2)实验室制取N2有多种方法,请根据元素化合物知识和氧化还原反应相关理论,结合下列供选试剂和装置,选出一种可行的方法,化学方程式为　　　　　　　　　　　　,对应的装置为　　　(填标号)。 

可供选择的试剂:CuO(s)、NH3(g)、Cl2(g)、O2(g)、饱和NaNO2(aq)、饱和NH4Cl(aq)

可供选择的发生装置(净化装置略去):

A

B

C

(3)三颈烧瓶中反应生成了Fe和Fe3O4,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。 

(4)为保证产品性能,需使其粒径适中、结晶度良好,可采取的措施有　　　　。 

A.采用适宜的滴液速度

B.用盐酸代替KOH溶液,抑制Fe2+水解

C.在空气氛围中制备

D.选择适宜的焙烧温度

(5)步骤④中判断沉淀是否已经用水洗涤干净,应选择的试剂为　　　　　　　;使用乙醇洗涤的目的是　　　　　　　　　　　　　　。 

(6)该实验所得磁性材料的产率为　　　　(保留3位有效数字)。 

5.(2020江苏单科,19节选)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α-Fe2O3。其主要实验流程如下:

(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　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

考点2　铝及其化合物

6.(2020江苏单科,3改编)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(　　)

A.铝的金属活泼性强,可用于制作铝金属制品

B.氧化铝熔点高,可用作电解冶炼铝的原料

C.氢氧化铝受热分解,可用于中和过多的胃酸

D.明矾溶于水可形成胶体,可用于净水

考点3　合金的性质与应用

7.(2021河北,1)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是(　　)

A.钢是以铁为主的含碳合金

B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大

C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高

D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3

三年模拟练

应用实践

1.(2022辽宁沈阳联合体月考)北宋沈括对生铁炼钢有这么一段评价:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳……”,下列说法正确的是(　　)

A.生铁和钢都是铁的含碳合金,钢中碳的含量较高

B.通过炼制和锻打,可以调节铁合金中元素的组成、含量等来改变铁合金的性能

C.高碳钢的韧性较好,低碳钢的硬度较大

D.不锈钢是一种常见的合金钢,它的合金元素主要是钨(W)和硅(Si)

2.(2022河北邢台一中月考)为测定某区域空气中SO2的含量,课外小组的同学将空气样品通入200 mL 0.100 mol/L的酸性KMnO4溶液中(假定样品中无其他还原性气体,SO2可被溶液充分吸收),反应的离子方程式为5SO2+2Mn+2H2O 5S+2Mn2++4H+。若空气流量为a L/min,经过b min溶液恰好褪色,则该空气样品中SO2的含量(单位:g/L)为(　　)

A.　　B.　　C.　　D.

3.(2022山东泰安一中月考)在FeCl3、CuCl2的混合溶液中,加入一定量的铁屑,反应完全后将固体滤出,下列说法正确的是(　　)

A.若滤出的固体只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+

B.若滤出的固体只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,可能含Cu2+

C.若滤出的固体只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe3+和Fe2+,一定不含Cu2+

D.若滤出的固体中含有铁和铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Fe3+,可能含有Cu2+

4.新型镁铝合金(Mg17Al12)有储氢性能,它在一定条件下完全吸氢的反应为Mg17Al12+17H2 17MgH2+12Al,得到的混合物Y(成分为MgH2、Al)能与酸反应释放出大量氢气。下列说法正确的是(　　)

A.该合金应在氮气保护下,将一定比例的Mg、Al单质熔炼而成

B.合金在吸氢过程中被H2还原

C.一定量的镁铝合金既可以完全溶于足量盐酸中,也可以完全溶于足量的NaOH溶液中

D.等质量的镁、铝和镁铝合金分别与足量的盐酸反应生成H2的体积(同温同压下)大小顺序为(铝)>(镁铝合金)>(镁)

5.(2022江苏百校大联考)某兴趣小组同学为研究Cu与Fe3+的反应进行如下实验(已知CuCl为白色固体,微溶于水):

下列说法不正确的是(　　)

A.三个实验中消耗的铜粉的量不完全一样

B.实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均发生了反应2Fe3++Cu Cu2++2Fe2+

C.实验Ⅱ中加水后的离子反应可能是Cu2++Cu+2Cl- 2CuCl

D.上述实验表明能否形成白色沉淀主要取决于加入Cu的量

迁移创新

6.(2022江西宜春月考)长期放置的FeSO4溶液易被氧化而变质,某兴趣小组进行了如下实验:

(1)设计实验检验FeSO4溶液的变质程度。

①将上述方案补充完整。

②若要使部分变质的FeSO4复原,方法是　　　　　　　　　　　　　　

(用离子方程式表示)。 

(2)利用部分变质的FeSO4溶液制备Fe2O3。

部分变质的
FeSO4溶液　　　　Fe2O3

①“(　　)”中所填是所需试剂或条件,分别为　　　、　　　、　　　,“　　”中所填是含铁物质的化学式,分别是　　　、　　　(以离子形式存在的可写离子符号)。 

②若100 mL该变质溶液制得1.6 g Fe2O3,则变质前FeSO4溶液的浓度为　　　　　　　　　　　　。 

(3)FeSO4可用作补铁剂,使用时建议与维生素C同服,同学甲猜测维生素C可将Fe3+转化为Fe2+,以利于人体吸收。为了验证这一猜想,设计了如下实验:

由上述实验能否得出“维生素C可将Fe3+转化为Fe2+”的结论?请说明理由:　                                                  

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

7.(2021黑龙江省实验中学期中)某化学课外小组在制备Fe(OH)2的过程中观察到生成的白色沉淀迅速变为灰绿色,一段时间后变为红褐色。该小组同学对产生灰绿色沉淀的原因,进行了实验探究。

已知:检验溶液中的亚铁离子可用K3[Fe(CN)6]溶液,Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成蓝色沉淀。

Ⅰ.甲同学猜测灰绿色沉淀是Fe(OH)2和Fe(OH)3的混合物,设计并完成实验1和实验2。

(1)实验中产生红褐色沉淀的化学方程式为　　　　　　　　。 

(2)实验1中加入维生素C溶液是利用该物质的　　　　性。 

(3)实验2中加入的试剂a为　　　　　　(写化学式,下同)溶液,试剂b为　　　　　　溶液。实验2的现象说明甲同学的猜测

　　　　　(填“正确”或“不正确”)。 

Ⅱ.乙同学查阅资料得知,Fe(OH)2沉淀具有较强的吸附性,猜测灰绿色可能是Fe(OH)2吸附Fe2+引起的,设计并完成了实验3~实验5。

(4)依据乙同学的猜测,实验4中沉淀无灰绿色的原因为　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(5)该小组同学依据实验5的实验现象,间接证明了乙同学猜测的正确性,则实验5的实验现象可能为　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　。 

Ⅲ.该小组同学发现当溶液中存在Fe3+或溶解较多O2时,白色沉淀更容易变成灰绿色。经过再次查阅资料得知当沉淀形成时,若得到的沉淀单一,则沉淀结构均匀,也紧密;若有杂质固体存在时,得到的沉淀便不够紧密,与溶液的接触面积会更大。因此,当Fe(OH)2沉淀中混有Fe(OH)3时,沉淀不够紧密,与溶液接触面积更大,更容易吸附Fe2+。

(6)根据上述实验该小组同学得出结论:制备Fe(OH)2时能较长时间观察到白色沉淀的适宜的条件和操作为　　　　　　　　　　　　　,并除去溶液中的Fe3+和溶解的O2。 

综合拔高练

五年高考练

1.C　A项,Fe与Fe3+反应生成Fe2+,推断合理。B项,亚铁盐既能被氧化为铁盐又能被还原为铁单质,推断合理。C项,氢氧化铁胶体的制备是将饱和的氯化铁溶液加入沸水中继续加热至液体呈红褐色;如果加入浓碱液中,生成的是Fe(OH)3沉淀,推断不合理。D项,可存在Fe2+→Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe3+→Fe2+的循环转化关系,推断合理。

2.C　制备Fe(OH)3胶体,应将饱和氯化铁溶液滴入沸水中,A错误;向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液不显红色,B错误;Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2和FeCl2,C正确;I2的氧化性较弱,故与铁反应生成FeI2,D错误。

3.答案　(1)漏斗　

(2)BD　

(3)溶液变为红色

(4)FeCl3·6H2O+6SOCl2 FeCl3+6SO2↑+12HCl↑

(5)SO2　先加盐酸酸化,再加BaCl2溶液,产生白色沉淀,则是SO2将Fe3+还原

解析　(1)过滤操作用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗。(2)结合图示转化可知A溶液中含FeCl2,加入氧化剂B得到的C溶液中含FeCl3,A、C均能引入杂质离子,BD符合题意。(3)FeCl3·6H2O晶体溶于水得到FeCl3溶液,滴加KSCN溶液时,溶液变为红色。(4)结合图示及已知信息可写出D→E的化学方程式为FeCl3·6H2O+6SOCl2 FeCl3+6SO2↑+12HCl↑。(5)反应中生成的SO2能将FeCl3还原为FeCl2,得到的氧化产物为硫酸盐。可通过实验检验该溶液中含有S,即可证明是SO2将Fe3+还原。检验时取待检液,先加入盐酸酸化,再滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,则证明是SO2将Fe3+还原。

4.答案　(1)球形冷凝管　平衡气压,便于液体顺利流下

(2)2NH3+3CuO 3Cu+N2+3H2O(或NH4Cl+NaNO2 NaCl+2H2O+N2↑)　A(或B)

(3)4Fe2++8OH- Fe↓+Fe3O4↓+4H2O

(4)AD

(5)稀硝酸和硝酸银溶液　除去晶体表面水分,便于快速干燥

(6)90.0%

解析　(1)结合图示装置可知仪器a的名称为球形冷凝管。实验中使用恒压滴液漏斗,利于平衡压强,便于液体顺利流下。(2)结合所给药品和实验装置考虑可用装置A或装置B制备N2,其化学方程式分别为2NH3+3CuO 3Cu+N2+3H2O和NH4Cl+NaNO2 NaCl+2H2O+N2↑。(3)三颈烧瓶中FeCl2溶液与KOH溶液共热可生成Fe和Fe3O4,根据得失电子守恒等可配平该离子方程式为4Fe2++8OH- Fe↓+Fe3O4↓+4H2O。(4)为保证产品性能,使其粒径适中、结晶度良好,应采用适宜的滴液速度,且选择适宜的焙烧温度;若用盐酸代替KOH溶液,可能导致Fe、Fe3O4部分溶解,若在空气氛围中制备,Fe2+易被氧化,故选AD。(5)实验中洗涤主要是洗去沉淀表面的Cl-,应向最后一次洗涤液中加入稀硝酸和AgNO3溶液,若无沉淀产生,则证明沉淀已洗涤干净。使用乙醇洗涤,是利用了乙醇的挥发性,便于黑色沉淀快速干燥。(6)9.95 g FeCl2·4H2O的物质的量为9.95 g÷199 g/mol=0.05 mol,根据反应中的离子方程式可得关系式

4Fe2+　~　Fe/Fe3O4

　　 4 mol　　56 g+232 g=288 g

　　 0.05 mol　　m(理论)

解得m(理论)=3.60 g,而实际得到3.24 g产品,则该实验中所得磁性材料的产率为×100%=90.0%。

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

解析　(2)“酸浸”时酸过量,“酸浸”后的滤液中还含有大量H+,H+与铁粉反应生成H2;一般用KSCN溶液检验Fe3+。

6.D　A项,金属铝用于制作金属制品是因为金属铝易加工,且表面形成的氧化膜有一定的防腐作用,错误;B项,冶炼铝用氧化铝作原料,是因为氧化铝熔融时能电离,错误;C项,氢氧化铝有弱碱性,可用于中和过多的胃酸,错误;D项,明矾中的铝离子在水溶液中可形成氢氧化铝胶体,可用于净水,正确。

7.C　A项,根据题目信息可知钢是以铁为主的含碳合金,正确;B项,钢的含碳量越高,硬度和脆性越大,正确;C项,生铁比熟铁含碳量高,所以生铁的熔点低于熟铁,错误;D项,赤铁矿的主要成分为Fe2O3,正确。

三年模拟练

1.B　生铁和钢都是铁碳合金,钢和生铁的碳含量分别为0.03%~2.0%和2.0%~4.3%,即生铁的碳含量较高,A项错误;通过炼制和锻打,能降低生铁中碳的含量,以改变铁合金的性能,B项正确;高碳钢硬度较大、韧性较差,低碳钢硬度较小、韧性较强,C项错误;不锈钢属于合金钢,其主要合金元素是Cr、Ni等,D项错误。

2.D　通入空气体积为a L/min×b min=ab L,溶液中n(KMnO4)=0.2 L×0.100 mol/L=0.02 mol,由已知反应得

5SO2　+　2Mn+2H2O 5S+2Mn2++4H+

5　　2

n(SO2)　　0.02 mol

解得n(SO2)=0.05 mol,其质量为0.05 mol×64 g/mol=3.2 g,则该样品中SO2的含量为 g/L= g/L,D项正确。

3.B　本题结合溶液中的氧化还原反应,判断反应后溶液中的成分。

氧化性:Fe3+>Cu2+,加入铁屑后溶液中发生的反应依次为:

①2FeCl3+Fe 3FeCl2

②CuCl2+Fe FeCl2+Cu。

反应后固体成分的确定(按铁屑加入量分析):

结合上述分析,若滤出的固体只有Cu(即情况c或d),所得溶液中一定含有Fe2+,也可能含有Cu2+,但溶液中一定不含Fe3+,A、C均错误,B正确;若滤出的固体中含有铁和铜(即情况e),则溶液中阳离子一定含Fe2+,一定不含Cu2+和Fe3+,D错误。

思维升华

　　解答这类试题需根据题中信息写出可能发生的反应,根据加入试剂(铁屑)的用量,判断溶液中发生的反应,可具体分几种情况进行讨论,以便于判断反应后溶液中的组成等。由于本题未给出FeCl3、CuCl2的物质的量,不便于用数轴表示,若知道定量关系可结合数轴分析讨论,更加直观明了。

如CO2与KOH溶液的反应,可用数轴法讨论确定溶液的组成:

根据二者的反应选好特殊点进行分析即可,利用同样的方法可进行相关分析。

4.D　在高温下熔炼时,镁和氮气可以发生反应:3Mg+N2 Mg3N2,故A错误;合金在吸氢过程中镁元素的化合价升高,被H2氧化,故B错误;镁铝合金可以完全溶于足量盐酸中,镁与氢氧化钠不反应,不能完全溶于足量的NaOH溶液中,故C错误;假设镁、铝、镁铝合金的质量均为w g,计算分别产生H2的物质的量:

Mg+2HCl MgCl2+H2↑

24 g　　         1 mol

w g　　          w/24 mol

2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑

54 g　　           3 mol

w g　　            w/18 mol

镁铝合金与足量的盐酸反应生成的H2的物质的量介于w/24 mol~w/18 mol之间,同温同压下,气体体积之比等于物质的量之比,所以同温同压下生成H2的体积由大到小的顺序为(铝)>(镁铝合金)>(镁),故D正确。

5.D　实验Ⅱ中Cu部分转化为CuCl,消耗的铜粉多于实验Ⅰ、Ⅲ,A项正确;三个实验中溶液黄色变浅或褪去,都发生反应2Fe3++Cu Cu2++2Fe2+,B项正确;实验Ⅱ中加水后生成白色沉淀,即CuCl,可能发生的离子反应为Cu2++Cu+2Cl- 2CuCl,C项正确;实验Ⅱ、Ⅲ均加入过量铜粉,Ⅲ中未产生白色沉淀,表明能否形成白色沉淀由Cu的用量和Cl-浓度共同决定,D项错误。

6.答案　(1)①溶液变红　紫色褪去　②2Fe3++Fe 3Fe2+

(2)①H2O2溶液　NaOH溶液　加热　Fe3+　Fe(OH)3   ②0.2 mol/L

(3)不能,维生素C也具有还原性,若其过量,也可使酸性高锰酸钾溶液褪色,则无法说明一定有Fe2+生成

解析　(1)①要证明FeSO4溶液部分变质,需证明溶液中同时含Fe3+和Fe2+;步骤1向待检测液中加入KSCN溶液,溶液变红,说明溶液中含Fe3+;步骤2向待检测液中滴加少量酸性高锰酸钾溶液,紫色褪去,说明溶液中含Fe2+。②要使变质的FeSO4溶液复原,可向溶液中加入过量Fe粉,再经过滤除去剩余Fe粉即可,反应的离子方程式为2Fe3++Fe 3Fe2+。(2)①利用部分变质的FeSO4溶液制备Fe2O3,为了不引入杂质可用H2O2溶液将Fe2+氧化成Fe3+,即得到Fe2(SO4)3溶液,再加入足量NaOH溶液得到Fe(OH)3沉淀,过滤后加热使Fe(OH)3分解即生成Fe2O3。②n(Fe2O3)==0.01 mol,则变质前100 mL溶液中含n(FeSO4)=0.02 mol,故c(FeSO4)==0.2 mol/L。(3)该实验现象不能验证猜想,因为维生素C也具有还原性,若维生素C过量,也可使酸性高锰酸钾溶液褪色,则无法说明一定有Fe2+生成。

7.答案　(1)4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3

(2)还原

(3)K3[Fe(CN)6]　KSCN　不正确

(4)NaOH溶液浓度高,反应后溶液中Fe2+浓度较小,不易被吸附在Fe(OH)2表面

(5)白色沉淀变为红褐色,中间过程无灰绿色出现

(6)向高浓度NaOH溶液中滴加FeSO4溶液

解析　(1)实验1中产生红褐色沉淀是因为Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3。

(2)实验1中加入维生素C溶液是为了防止Fe2+被氧化,利用了维生素C的还原性。

(3)根据实验现象可知,①中加入试剂a出现蓝色沉淀,目的是检验Fe2+,试剂a为K3[Fe(CN)6]溶液,检验Fe3+一般使用KSCN溶液,试剂b为KSCN溶液,由于②中溶液没有变红,则不存在Fe3+,即灰绿色沉淀中没有Fe(OH)3,甲同学的猜测错误。

(4)根据资料信息,Fe(OH)2沉淀具有较强的吸附性,灰绿色可能是Fe(OH)2吸附Fe2+引起的,而实验4中NaOH溶液浓度高,反应后溶液中Fe2+浓度较小,不易被吸附在Fe(OH)2表面,导致沉淀无灰绿色。

(5)当实验5中的现象为白色沉淀变为红褐色,中间过程无灰绿色出现时,可说明白色沉淀上没有或很少附着有Fe2+。

(6)根据题述实验可知,当NaOH浓度高或者溶液中不存在Fe3+和O2时,制备Fe(OH)2时能较长时间观察到白色沉淀,其操作可以是向高浓度NaOH溶液中滴加FeSO4溶液。