新高考化学一轮复习精品学案 第4章 第15讲　铁及其氧化物和氢氧化物（含解析）

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考点一 铁及其氧化物
1．铁单质
(1)铁的物理性质
银白色固体，熔点较高，具有良好的导热、导电、延展性，能被磁体吸引。
(2)铁的原子结构
Fe的价层电子排布式为3d64s2，铁位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族，是应用最广泛的过渡金属元素，其原子结构示意图：。
(3)铁的化学性质
铁比较活泼，还原性较强，失去电子后生成＋2价或＋3价的铁。重要的化学反应为
2．铁的氧化物
(1)物理性质
(2)化学性质
①FeO、Fe2O3都属于碱性氧化物，能溶于强酸，分别写出它们溶于盐酸的离子方程式：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。
②铁的氧化物还能被CO、Al还原，以氧化铁为例写出化学方程式：Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2, Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3。
③分别写出Fe3O4溶于足量稀硝酸、氢碘酸(HI)的离子方程式：3Fe3O4＋28H＋＋NOeq \\al(－,3)===9Fe3＋＋NO↑＋14H2O 、Fe3O4＋8H＋＋2I－===3Fe2＋＋I2＋4H2O。
1．铁的化学性质比较活泼，所以铁在自然界中全部以化合态形式存在( )
2．Fe分别与Cl2和盐酸反应所得氯化物相同( )
3．常温下可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸( )
4．铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4( )
答案 1.× 2.× 3.√ 4.√
一、铁及其氧化物的性质与应用
1．下列叙述正确的是( )
A．Fe与I2反应生成FeI3
B．硫酸铜溶液中加入少量铁粉反应的离子方程式：3Cu2＋＋2Fe===2Fe3＋＋3Cu
C．5.6 g Fe与足量的S反应转移的电子数为0.3NA
D．高温下水蒸气与Fe反应，固体的质量增加
答案 D
解析 Fe与I2反应生成FeI2，A错误；正确的离子方程式：Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu，B错误；5.6 g Fe的物质的量为eq \f(5.6 g,56 g·ml－1)＝0.1 ml，与足量的S反应生成FeS，转移电子数为0.2NA，C错误；Fe变为Fe3O4，固体质量增加，D正确。
2．化学让生活更美好。下列说法不正确的是( )
A．钢铁使用要尽可能减少钢铁的氧化损耗，Fe2O3是一种碱性氧化物
B．常温下，铁的氧化物都不溶于水，也不与水反应
C．故宫是中国最大的古代文化艺术博物馆，氧化铁可作故宫红色外墙的涂料
D．氧化亚铁在空气中加热会被迅速氧化成三氧化二铁
答案 D
解析 氧化亚铁在空气中加热会被迅速氧化成四氧化三铁，故D错误。
3．铁与水蒸气反应实验改进前后的装置如图所示：
下列说法错误的是( )
A．将湿棉花改为浸水的尿不湿，酒精灯由单头改为双头，可提供足量的水蒸气
B．用具支试管可将试管口附近冷凝的水导出，避免冷凝水与灼热铁粉接触
C．肥皂液改为吹泡泡水，收集H2效果更好，点燃效果更明显
D．悬挂的磁铁仅能吸引铁粉，不能吸引反应产物
答案 D
解析 铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，铁、四氧化三铁均可被磁铁吸引，故D错误。
二、铁与酸反应的定量分析
4．向含有1 ml HNO3和1 ml H2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量，溶液中金属阳离子a、b与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。下列有关判断不正确的是( )
A．a表示Fe3＋的关系曲线
B．n1＝0.75
C．P点时，n(Fe2＋)＝0.562 5 ml
D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解14.4 g
答案 C
解析 该反应可以看做两步：①Fe＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===Fe3＋＋NO↑＋2H2O，硝酸根离子过量，氢离子不足；②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。a表示Fe3＋的关系曲线，A正确；溶液中共有3 ml H＋参加反应，消耗0.75 ml铁，B正确；P点n(Fe2＋)＝n(Fe3＋)，两者均为0.45 ml，C不正确；P点剩余0.45 ml Fe3＋，消耗0.225 ml铜，质量为14.4 g，D正确。
三、铁的氧化物组成分析
5．准确称取某种铁的氧化物2.88 g，用足量的CO进行还原，将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4.00 g，计算该氧化物的化学式：__________。
答案 FeO
解析 4.00 g CaCO3沉淀的物质的量为0.04 ml，则CO、CO2的物质的量均为0.04 ml，增加的氧元素为0.04 ml，质量为0.04 ml×16 g·ml－1＝0.64 g，铁的氧化物中氧元素的质量为0.64 g，铁元素的质量为2.88 g－0.64 g＝2.24 g，铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为eq \f(2.24 g,56 g·ml－1)∶0.04 ml＝1∶1，则这种铁的氧化物的化学式为FeO。
6．(2022·丽江质检)有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 ml·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 ml Cl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，则该样品的化学式可能为________________________________________________________________。
答案 Fe5O7
解析 根据2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2＋)＝0.025 ml×2＝0.05 ml，根据电荷守恒得2n(Fe2＋)＋3n(Fe3＋)＝n(Cl－)＝0.14 L×5 ml·L－1＝0.7 ml，则n(Fe3＋)＝0.2 ml，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05 ml∶0.2 ml＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。
确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n，则氧化物中n(Fe)∶n(O)＝eq \f(m,56)∶eq \f(n,16)＝a∶b，
若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO；
若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；
若a∶b＝3∶4，则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1组成的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1，Fe3O4的物质的量为任意值)。
考点二 铁的氢氧化物
1．氢氧化铁和氢氧化亚铁的比较
2.Fe(OH)2的制备
(1)制备原理
①制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。
②成功关键：溶液中不含O2等氧化性物质；制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭、隔绝空气的体系中。
(2)常用方法
1．在空气中，白色的Fe(OH)2迅速转变成灰绿色，最终变成红褐色( )
2．FeCl3溶液滴入热的浓NaOH溶液中可得到Fe(OH)3胶体( )
3．Fe(OH)2与HNO3发生反应的离子方程式为Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O( )
4．Fe(OH)3与氢碘酸反应生成FeI3( )
5．Fe(OH)3呈红褐色、透明，能产生丁达尔效应( )
6．Fe(OH)3在空气中加热分解生成Fe2O3，则Fe(OH)2在空气中加热分解生成FeO( )
7．制备氢氧化亚铁时，向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁( )
答案 1.√ 2.× 3.× 4.× 5.× 6.× 7.×
氢氧化亚铁制备实验探究
1．用FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2。
(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入________。
(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用______的方法。
(3)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液，这样操作的理由是________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)稀H2SO4、铁屑 (2)煮沸 (3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
解析 (1)Fe2＋易水解，要加入稀H2SO4防止其水解；Fe2＋易被空气中的O2氧化，要加铁粉，将被氧化生成的Fe3＋还原成Fe2＋。(2)气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。
2．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
答案 ①②④
解析 ①②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；④中液面加苯阻止了空气进入；③由于带入空气中的氧气，能迅速将 Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。
3．用如图所示装置(夹持仪器省略)制备氢氧化亚铁。
实验步骤如下：
Ⅰ.检查装置气密性后，关闭K2、K5、K6，打开K1、K3、K4，使装置A中产生的气体进入装置B中，排尽装置B中空气。
Ⅱ.待装置B中空气排尽后，关闭K3，打开K2，将装置A中溶液压入装置B中并观察现象。
Ⅲ.关闭K1、K2，打开K5、K6，使装置C中气体通入装置B中并观察现象。
回答下列问题：
(1)仪器a的名称是____________，B中长玻璃管的作用是_____________________。
(2)装置A中金属离子的检验方法是_________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)步骤 Ⅲ 装置B中的现象是____________________，其发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________。
答案 (1)恒压滴液漏斗 平衡气压，辅助排出装置B中的空气 (2)取少量装置A烧瓶中的液体于洁净试管中，滴加几滴KSCN溶液，无红色出现，再滴加H2O2，溶液变为红色，则证明存在Fe2＋
(3)白色沉淀逐渐变为灰绿色，最后变为红褐色 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
解析 氢氧化亚铁容易被氧气氧化，因此打开K1、K3、K4，关闭K2、K5、K6，装置A中产生H2，排出装置B中的空气，因此长导管作用之一是辅助排出装置B中的空气，作用之二是平衡压强，防止装置中压强过大，发生危险。
4．利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀，如图所示，已知两电极的材料分别为石墨和铁。
(1)a电极的材料应为_____________________，电极反应式为_____________________。
(2)电解液c可以是________(填字母)。
A．纯水 B．NaCl溶液
C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液
(3)d为苯，其作用是______________________________________________________，
在加入苯之前对电解液c应作何简单处理？__________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若c用Na2SO4溶液，当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为__________________________________________。
答案 (1)Fe Fe－2e－===Fe2＋
(2)BC
(3)隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化 加热煮沸，排出溶解的O2
(4)白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色
1．下列叙述不正确的是( )
A．浓硝酸与铁在常温下不反应，所以可用铁质容器贮运浓硝酸(2022·浙江6月选考，9C)
B．工人将模具干燥后再注入熔融钢水，是因为铁与H2O高温下会反应(2022·广东，6C)
C．将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2(2019·天津，3A)
D．铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·nH2O(2020·浙江1月选考，9B)
答案 A
2．下列关于铁及其化合物的说法正确的是( )
A．FeS2在沸腾炉中与O2反应主要生成SO3(2020·浙江7月选考，12C)
B．Mg加入到过量FeCl3溶液中可得Fe(2020·浙江7月选考，12B)
C．钢铁在潮湿空气中生锈主要是发生了电化学腐蚀(2020·浙江7月选考，8D)
D．室温下，Fe与浓H2SO4反应生成FeSO4(2020·江苏，6D)
答案 C
解析 FeS2在沸腾炉中与O2发生的反应为4FeS2＋11O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2，产物主要是SO2，故A错误；Mg加入到FeCl3溶液中，Mg具有较强的还原性，先与Fe3＋反应，生成Mg2＋和Fe2＋，若Mg过量，Mg与Fe2＋继续反应生成Mg2＋和Fe，但由于反应中FeCl3过量，所以不会生成Fe，故B错误；钢铁在潮湿的空气中，铁和碳、水膜形成原电池，发生电化学腐蚀，腐蚀速率更快，故C正确；室温下，铁在浓硫酸中发生钝化，故D错误。
课时精练
1．我国清代《本草纲目拾遗》中叙述了“铁线粉”：“粤中洋行有舶上铁丝，……日久起销，用刀刮其销，……，所刮下之销末，名铁线粉”。这里的“铁线粉”是指( )
A．Fe B．FeCl3 C．FeO D．Fe2O3
答案 D
2．用铁制备较纯净的氧化铁，下列实验方案最好的是( )
A．使铁在潮湿的空气中缓慢氧化
B．铁在氯气中燃烧，加水溶解，加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解
C．使铁溶解于稀硫酸，然后加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解
D．使铁与足量稀硝酸反应，然后加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解
答案 B
解析 铁在潮湿的空气中缓慢氧化最终生成铁锈，铁锈的主要成分为氧化铁水合物，A错误；铁在氯气中燃烧生成氯化铁，加水溶解，加入足量NaOH溶液，反应生成氢氧化铁沉淀，过滤、洗涤，然后充分加热，氢氧化铁分解生成氧化铁，B正确；铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁，硫酸亚铁和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁在空气中加热部分被氧化生成氢氧化铁，所以分解产物可能为氧化铁和氧化亚铁的混合物，C错误；铁和硝酸反应生成有害气体，污染环境，不属于最佳方案，D错误。
3．下列关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的说法不正确的是( )
A．铁元素的化合价不完全相同
B．氧元素的化合价完全相同
C．氧化亚铁俗称铁红，为红棕色固体
D．铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体
答案 C
解析 铁的三种氧化物中，氧元素的化合价都为－2价；铁元素的化合价不同，氧化铁中铁为＋3价，氧化亚铁中铁为＋2价，四氧化三铁中铁为＋2价和＋3价；氧化铁俗称铁红，是一种红棕色粉末；铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，是一种黑色固体。
4．在100 mL 1.00 ml·L－1 H2SO4溶液中加入足量铁屑，生成的气体在标准状况下的体积为( )
A．11.2 L B．6.72 L C．4.48 L D．2.24 L
答案 D
解析 在100 mL 1.00 ml·L－1 H2SO4溶液中加入足量铁屑，反应中H2SO4完全反应，则生成的H2完全来自于H2SO4,100 mL 1.00 ml·L－1 H2SO4溶液中n(H2SO4)＝n(H2)＝0.1 L ×1.00 ml·L－1＝0.1 ml，则生成的气体在标准状况下的体积为0.1 ml×22.4 L·ml－1＝2.24 L，D项正确。
5．某同学设计的制备氯化铁溶液的方案中，分别采用下列物品，其中能实现的是( )
A．氢氧化铁和硫酸 B．铁和盐酸
C．氧化亚铁和盐酸 D．氧化铁和盐酸
答案 D
解析 氢氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水，A项错误；铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，B项错误；氧化亚铁和盐酸反应生成氯化亚铁和水，C项错误；氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水，可以制备氯化铁溶液，D项正确。
6．实验过程中不可能产生 Fe(OH)3 的是( )
A．蒸发 FeCl3 溶液
B．FeCl3 溶液中滴入氨水
C．将水蒸气通过灼热的铁
D．FeCl2 溶液中滴入 NaOH 溶液
答案 C
解析 蒸发 FeCl3 溶液，铁离子水解生成氢氧化铁，故A不符合题意；FeCl3 溶液中滴入氨水生成氢氧化铁和氯化铵，故B不符合题意；将水蒸气通过灼热的铁生成四氧化三铁和氢气，故C符合题意；FeCl2 溶液中滴入 NaOH 溶液生成氢氧化亚铁和氯化钠，氢氧化亚铁遇到氧气被氧化成氢氧化铁，故D不符合题意。
7．用饱和氯化铁溶液制取氢氧化铁胶体，正确的操作是( )
A．将饱和氯化铁溶液滴入蒸馏水中即可
B．将饱和氯化铁溶液滴入热水中，至溶液呈深黄色
C．将饱和氯化铁溶液滴入沸水中，继续煮沸至溶液呈红褐色
D．将饱和氯化铁溶液滴入沸水中，并继续加热煮沸至生成红褐色沉淀
答案 C
解析 氯化铁在溶液中水解生成氢氧化铁，加热促进水解，生成氢氧化铁胶体，则实验室制备氢氧化铁胶体的操作为把饱和氯化铁溶液滴入沸水中，继续煮沸至溶液呈红褐色。
8．下列有关铁及其化合物的说法正确的是( )
A．Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3，说明稳定性：Fe(OH)2＜Fe(OH)3
B．铁是较活泼的金属，它与卤素单质(X2)反应的生成物均为FeX3
C．氢氧化铁与氢碘酸反应：Fe(OH)3＋3HI===FeI3＋3H2O
D．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
答案 A
解析 Fe(OH)2具有还原性，易被氧化生成稳定的Fe(OH)3，说明稳定性：Fe(OH)2＜Fe(OH)3，故A正确；碘的氧化性较弱，铁与碘反应生成FeI2，故B错误；Fe3＋具有较强的氧化性，可与I－发生氧化还原反应，生成亚铁离子和碘，故C错误；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2，故D错误。
9．混合下列各组物质使之充分反应，加热蒸干产物并在300 ℃下灼烧至质量不变，最终残留固体不是纯净物的是( )
A．向红褐色的Fe(OH)3固体中加入过量盐酸
B．等物质的量浓度、等体积的(NH4)2SO4与BaCl2溶液
C．等物质的量的NaHCO3与Na2O2固体溶于水
D．向NaBr溶液中通入过量氯气
答案 C
解析 反应得到的溶液中含有FeCl3和HCl，加热，FeCl3水解得到Fe(OH)3和HCl，HCl易挥发，Fe(OH)3受热分解最终得到的固体是Fe2O3，故A不选；反应生成NH4Cl和BaSO4，NH4Cl受热分解，最终得到BaSO4，故B不选；Na2O2与水反应生成NaOH，NaOH物质的量是Na2O2的2倍，等物质的量的NaHCO3与Na2O2反应最终得到Na2CO3和NaOH的混合物，故C选；向NaBr溶液中通入过量氯气，生成Br2和NaCl，Br2易挥发，最终得到NaCl，故D不选。
10．太阳能是理想的能源，通过Fe3O4和FeO的热化学循环可以利用太阳能，其转化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．过程Ⅰ的化学方程式为2Fe3O4eq \(=======,\s\up7(＞2 300 K),\s\d5(太阳能))6FeO＋O2↑
B．过程Ⅱ中每生成23.2 g Fe3O4转移0.3 ml电子
C．利用该过程可以降低环境中CO2的含量
D．该过程的总反应为CO2eq \(=====,\s\up7(太阳能))C＋O2
答案 B
解析 过程Ⅰ为在太阳能、>2 300 K条件下，Fe3O4分解为O2和FeO，化学方程式为2Fe3O4eq \(=======,\s\up7(＞2 300 K),\s\d5(太阳能))6FeO＋O2↑，A正确； 过程Ⅱ为6FeO＋CO2eq \(=====,\s\up7(700 K))2Fe3O4＋C，每生成23.2 g(即0.1 ml)Fe3O4，转移0.2 ml电子，B错误；由图知，该过程中Fe3O4和FeO相互转化，而二氧化碳被消耗，生成了碳和氧气，故利用该过程可以降低环境中CO2的含量，C正确；由过程Ⅰ、过程Ⅱ的反应知，该过程的总反应为CO2eq \(=====,\s\up7(太阳能))C＋O2，D正确。
11．已知：普通铁＋水蒸气eq \(――――→,\s\up7(一定条件))铁的氧化物＋氢气，铁的氧化物＋氢气eq \(――――→,\s\up7(一定条件))“引火铁”＋水蒸气，“引火铁”为颗粒很细、反应活性很高的铁粉。某实验小组使用普通铁粉、20%的盐酸及其他试剂制备“引火铁”，装置(铁架台、铁夹、铁网、陶土网、加热仪器等略去)如图所示。
关于上述装置和实验，下列分析错误的是( )
A．A、I中加入普通铁粉，G中可加入碱石灰
B．A中生成磁性氧化铁，E中生成“引火铁”
C．需要加热的仪器只有A、E
D．D用于收集氢气
答案 C
解析 根据两套装置中各仪器的功能，可以判断出A中放置普通铁粉，B中放一定体积的水，持续加热提供水蒸气，C是安全瓶，用于防倒吸，D是利用排水集气法收集氢气。E中反应物为A中生成的四氧化三铁，I中放置普通铁粉，通过分液漏斗加入一定体积的盐酸制备H2，从I中逸出的气体中含有挥发出的氯化氢，经过G(内有碱石灰)除杂干燥后得到纯净的氢气，氢气进入E中和Fe3O4在一定温度下进行反应，得到“引火铁”，剩余的氢气在F处进行收集或其他处理。
12．黄铁矿(主要成分为FeS2)是工业制取硫酸的重要原料，矿区中的黄铁矿暴露在空气中会被缓慢氧化，氧化过程如图所示。下列说法正确的是( )
A．d步生成的Fe(OH)3可作净水剂、消毒剂
B．a步发生反应的离子方程式为2FeS2＋7O2＋2H2O===2Fe2＋＋4SOeq \\al(2－,4)＋4H＋
C．空气中O2约占五分之一，0.1 ml FeS2完全被氧化时消耗标准状况下空气的体积约为8.4 L
D．缓慢氧化过程中对矿区的生态环境没有影响
答案 B
解析 Fe(OH)3具有吸附性，可作净水剂，但不能作消毒剂，故A错误；根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，a步发生反应的离子方程式为2FeS2＋7O2＋2H2O===2Fe2＋＋4SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，故B正确；0.1 ml FeS2完全被氧化时，S失去1.4 ml电子变为硫酸，铁由＋2价被氧化为＋3价，失去0.1 ml电子，失去电子总物质的量为1.5 ml，根据得失电子守恒，消耗氧气的物质的量为eq \f(1.5,4) ml＝0.375 ml，相当于消耗空气0.375 ml×5×22.4 L·ml－1＝42 L，故C错误；由反应可知，缓慢氧化过程中产生大量酸，会破坏矿区的生态环境，故D错误。
13．为探究铁及其化合物的一些化学性质，某实验小组学生设计了以下实验。
(1)高温下，让铁粉与水蒸气反应，如图所示。试管中发生反应的化学方程式是_________，
该反应中氧化剂是________。
(2)如图：
①往A溶液中滴入几滴KSCN溶液，溶液的颜色______________。
②写出上述A→B过程中的化学方程式：_____________________________________
________________________________________________________________________。
③描述将C放置于空气中的现象：__________________________________________
________________________________________________________________________，
写出该反应的化学方程式： _______________________________________________
________________________________________________________________________。
④写出向B中加入氯水发生反应的离子方程式：______________________________
________________________________________________________________________。
⑤将A的饱和溶液滴入沸水中并加热，可制得________胶体；当光束通过该胶体时，可看到一条光亮的“通路”，这种现象称为____________。
答案 (1)3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2 H2O
(2)①变为红色 ②2FeCl3＋Fe===3FeCl2 ③白色絮状沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 ④2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ ⑤Fe(OH)3 丁达尔效应
解析 (1)H2O中氢元素化合价由＋1降低为0，氧化剂是H2O。(2)①氧化铁和盐酸反应生成氯化铁，A溶液中含有Fe3＋，滴入几滴KSCN溶液，溶液的颜色变为红色。④B为氯化亚铁溶液，加入氯水生成氯化铁溶液，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
14．铁、铝、铜等金属及其化合物在日常生活中应用广泛，请根据下列实验回答问题。
(1)生铁中含有一种铁碳化合物X(Fe3C)。X在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y，将Y溶于过量盐酸，所得溶液中大量存在的阳离子是___________________________。
(2)某溶液中有Mg2＋、Fe2＋、Al3＋、Cu2＋四种离子，向其中加入过量的NaOH溶液后，过滤，将滤渣高温灼烧并将灼烧后的固体投入到过量的稀盐酸中，所得溶液与原溶液相比，溶液中大量减少的阳离子是________(填字母)。
A．Mg2＋ B．Fe2＋
C．Al3＋ D．Cu2＋
(3)氧化铁是重要的工业颜料，用废铁屑制备氧化铁的流程如图：
操作Ⅰ的名称是________，操作Ⅱ的名称是________。
(4)有些同学认为用酸性KMnO4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定，其反应如下：5Fe2＋＋MnOeq \\al(－,4)＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。
a．称取2.85 g绿矾(FeSO4·7H2O)产品，溶解，配制成250 mL一定物质的量浓度的溶液；
b．量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.010 00 ml·L－1 KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00 mL。
①实验前，首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO4溶液250 mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管外，还需_________________________________________。
②上述样品中FeSO4·7H2O的质量分数为________________________________(保留3位有效数字)。
答案 (1)Fe2＋、Fe3＋、H＋ (2)BC (3)过滤 洗涤 (4)①250 mL容量瓶 ②97.5%
解析 (1)有磁性的固体Y是四氧化三铁，所以Y与过量盐酸反应后，溶液中大量存在的阳离子是Fe2＋、Fe3＋、H＋。(2)氢氧化钠过量，因此得不到氢氧化铝沉淀。又因为氢氧化亚铁极易被氧化生成氢氧化铁，所以滤渣的成分为氢氧化铁、氢氧化镁和氢氧化铜，灼烧后生成氧化铁、氧化镁和氧化铜，与过量盐酸反应生成氯化铁、氯化镁和氯化铜，因此所得溶液与原溶液相比，溶液中大量减少的阳离子是Fe2＋、Al3＋。(4)②根据5Fe2＋＋MnOeq \\al(－,4)＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O可知，25.00 mL待测溶液中含有的亚铁离子的物质的量是0.010 00 ml·L－1×0.02 L×5＝0.001 ml，则FeSO4·7H2O的质量为0.001 ml×278 g·ml－1×10＝2.78 g，所以样品中FeSO4·7H2O的质量分数为eq \f(2.78 g,2.85 g)×100%≈97.5%。
15．某化学兴趣小组拟用如图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。提供化学药品：铁粉、稀硫酸、氢氧化钠溶液。
(1)稀硫酸应放在________(填写仪器编号)中。
(2)本实验通过控制A、B、C三个开关，将仪器中的空气排尽后，再关闭开关__________、打开开关___________，就可观察到氢氧化亚铁的颜色。试分析实验开始时排尽装置中空气的理由：__________________________________________________________________。
(3)实验时为防止仪器2中铁粉通过导管进入仪器3中，可采取的措施是________________________________________________________________________。
(4)在FeSO4溶液中加入(NH4)2SO4固体可制备硫酸亚铁铵晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O](式量为392)，该晶体比一般亚铁盐稳定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇。
①为洗涤(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O粗产品，下列方法中最合适的是________(填字母)。
A．用冷水洗
B．先用冷水洗，后用无水乙醇洗
C．用30%的乙醇溶液洗
D．用90%的乙醇溶液洗
②为了测定产品的纯度，称取a g产品溶于水，配制成500 mL溶液，用浓度为c ml·L－1的酸性KMnO4溶液滴定。每次所取待测液体积均为25.00 mL，实验结果记录如下：
则该产品纯度为__________________。上表中第一次实验中记录数据明显大于后两次，其原因可能是________(填字母)。
A．实验结束时俯视刻度线读取滴定终点时酸性高锰酸钾溶液的体积
B．滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定结束无气泡
C．第一次滴定用的锥形瓶用待装液润洗过，后两次未润洗
D．该酸性高锰酸钾标准液保存时间过长，有部分变质，浓度降低
答案 (1)1 (2)B A 防止生成的氢氧化亚铁被氧化 (3)在仪器2底部放上一块吸铁石 (4)①D ②eq \f(980c,a)×100% BC
解析 (1)由于三颈烧瓶是反应装置，故必须用分液漏斗来控制稀硫酸的用量，故稀硫酸盛装在1中。(4)①硫酸亚铁铵易溶于水，不溶于乙醇，故可以用浓度较高的乙醇洗涤。②根据离子方程式：MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，可知25.00 mL待测液中，n(Fe2＋)＝5n(KMnO4)＝5×c ml·L－1×25×10－3 L＝0.125c ml，即(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的物质的量为0.125c ml，m[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]＝0.125c ml×392 g·ml－1＝49c g，故产品的纯度为eq \f(49c×20,a)×100%＝eq \f(980c,a)×100%；俯视读数时液体体积偏小，A错误；滴定前有气泡，滴定结束时无气泡消耗标准液的体积比实际消耗的体积大，故数据偏大，B正确；锥形瓶用待装液润洗过后，药品残留在瓶壁上，故消耗标准液偏多，体积偏大，C正确；三次使用的高锰酸钾都相同，D错误。化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体(有磁性)
水溶性
不溶于水
不溶于水
不溶于水
铁的化合价
＋2
＋3
＋2、＋3
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色、态
白色固体
红褐色固体
与盐酸反应
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
受热分解
2Fe(OH)3eq \(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱溶液反应：
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
二者的关系
在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到FeSO4溶液液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应
还原性气体保护法
先在装置Ⅰ中生成FeSO4溶液，并利用生成的H2将装置内的空气排尽后，再把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀
电解法
用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯(或煤油)
实验次数
第一次
第二次
第三次
消耗高锰酸钾溶液体积/mL
25.52
25.02
24.98