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2021学年第1节 铁的多样性第2课时同步练习题
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这是一份2021学年第1节 铁的多样性第2课时同步练习题，共24页。试卷主要包含了下列关于铁的叙述中正确的个数是等内容，欢迎下载使用。
第2课时 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
基础过关练
题组一 铁的性质
1.(2021北京昌平新学道临川学校高一月考)下列物质中,不能由单质直接化合而成的是 ( )
A.CuCl2 B.FeCl2 C.HCl D.AlCl3
2.(2021山东潍坊实验中学高一阶段测试)下列各组物质相互反应后,再向得到的溶液中滴入KSCN溶液,溶液变成红色的是 ( )
A.新制氯水和氯化亚铁溶液
B.铁屑和氯化铜溶液
C.铁屑和过量稀硫酸
D.过量铁屑和氯化铁溶液
3.下列关于铁的叙述中正确的个数是 ( )
①铁能被磁铁吸引,但纯铁易被腐蚀
②铁在潮湿的空气中容易生锈
③铁是用量最大、用途最广的合金
④铁在氯气中燃烧生成FeCl2
⑤铁能在氧气中剧烈燃烧生成Fe3O4
⑥不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3
A.4个 B.3个 C.2个 D.1个
4.(2020湖北部分重点高中高一上月考)铁不能与冷、热水反应,但能与水蒸气反应。关于铁与水蒸气反应的实验的说法不正确的是 ( )
A.组装该实验装置用到的玻璃仪器可仅为一个酒精灯、一支大试管和导气管
B.可通过加热湿棉花产生水蒸气
C.可将产物之一通入肥皂液中用燃烧法检验
D.铁粉与水蒸气反应后,可立即用磁铁将剩余铁粉分离出来
5.(2020北京清华附中高一上期中)下列物质中,与氯气、盐酸都能发生反应且生成不同氯化物的是( )
A.Fe B.Al C.Cu D.Zn
题组二 铁的氧化物
6.(2021辽宁大石桥三中高一月考)关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的下列说法中,不正确的是 ( )
A.铁元素化合价不相同
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
7.(2020山东泰安检测)某同学对铁的氧化物产生浓厚兴趣,查阅资料后制成以下卡片:
在空气中把铁灼烧到500 ℃就形成Fe3O4;温度再升高,可形成Fe2O3;在更高的温度下加热Fe2O3(约1 400 ℃)时,又得到Fe3O4。
即:FeFe3O4Fe2O3
下列说法正确的是 ( )
A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体
B.反应②的温度比反应③的温度高
C.热稳定性顺序:FeO>Fe2O3
D.四氧化三铁中铁元素的化合价复杂,若写成氧化物的形式,则化学式可写为FeO·Fe2O3
题组三 铁的氢氧化物
8.(2021安徽芜湖一中高一月考)铁的合金是当今世界使用量最大的合金,下列关于铁及其化合物的说法正确的是 ( )
A.Fe2O3可以直接溶于水生成Fe(OH)3
B.Fe(OH)2在空气中充分加热最终产生FeO和H2O
C.Fe3O4可以通过置换反应或化合反应制备
D.铁在空气中放置,表面会生成致密的氧化膜从而阻止铁被继续腐蚀
9.(2020江西石城中学高一月考)下图所示装置可用来制取Fe(OH)2并观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol/L的稀硫酸,其他试剂任选。
请回答下列问题:
(1)B装置中盛有一定量的NaOH溶液,A装置中应预先加入的试剂是 ,A装置中发生反应的离子方程式是 。
(2)实验开始时应先将活塞a (填“打开”或“关闭”)。
(3)简述制取Fe(OH)2的操作过程:关闭活塞a,使 流入 中进行反应。
(4)实验完毕,拔去B装置中的橡胶塞,放入一部分空气,此时B装置中发生反应的化学方程式为 。
(5)在下图中,装置 (填序号)能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀。
题组四 铁及其化合物之间的转化
10.(2021江苏泰兴中学、南菁高级中学高一阶段考试)下列物质间的转化不能通过一步化合反应实现的是 ( )
A.Fe Fe3O4 B.Fe FeCl3
C.FeCl2 Fe(OH)2 D.FeCl3 FeCl2
11.(2020安徽合肥一六八中学高一上期中)下列各物质含少量杂质,除去这些杂质应选用的试剂或操作方法不正确的是 ( )
选项
物质
杂质
除杂应选用的试剂或操作方法
A
KNO3溶液
KOH
加入FeCl3溶液,并过滤
B
FeSO4溶液
CuSO4
加入过量铁粉,并过滤
C
CaCO3粉末
CaCl2
溶解,过滤
D
H2
CO2
依次通过盛NaOH溶液和
浓硫酸的洗气瓶
12.(2021黑龙江鹤岗一中高一月考)元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具,它指的是以元素的化合价为纵坐标,以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。如图为铁元素的“价—类”二维图,箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法正确的是 ( )
A.铁与水蒸气在高温条件下反应可实现转化①
B.FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②生成红棕色粉末
C.由图可预测:高铁酸钠(Na2FeO4)具有强氧化性,可用于消毒
D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水可溶解Fe(OH)3
13.室温下,单质A、B、C分别为固体、黄绿色气体、无色气体。在合适的反应条件下,它们可以按下面框图进行反应(反应条件已省略);又知D溶液为棕黄色,E溶液为无色。请回答:
(1)B是 ,F是 (填化学式)。
(2)反应③的离子方程式为 。
(3)反应④的离子方程式为 。
题组五 补铁剂中的铁元素的检验
14.(2021四川眉山仁寿二中高一月考)硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上用作补血剂。某课外小组设计实验测定该补血剂中铁元素的含量,并检验该补血剂是否变质。实验流程图如下:
请回答下列问题:
(1)向步骤①的滤液中滴加KSCN溶液后变为红色,据此可知该滤液中含有的金属阳离子是 (填离子符号);检验滤液中还存在Fe2+的方法为 。
(2)步骤②加入过量H2O2的目的是 。
(3)步骤③中反应的离子方程式为 。
(4)步骤④中一系列操作包括:过滤、 、干燥、灼烧、冷却、称量。
(5)假设实验中的损耗忽略不计,则每片补血剂含铁元素的质量为 g。
能力提升练
题组一 不同价态铁元素之间的转化
1.(2020黑龙江哈尔滨六中月考,)用废铁屑制备磁性胶体粒子,制取过程如下:
下列说法不正确的是 ( )
A.加稀H2SO4是为了使铁溶解生成FeSO4
B.通入N2是为了防止空气中的O2氧化Fe2+
C.加适量的H2O2是为了将部分Fe2+氧化为Fe3+,涉及反应:H2O2+2Fe2++2H+ 2Fe3++2H2O
D.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1
2.()高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型绿色消毒剂,其在消毒(发生氧化还原反应)后可形成Fe(OH)3胶体,常用于处理饮用水。工业上有干法与湿法两种制备高铁酸钾的方法。
(1)干法制备高铁酸钾时,先制备得到Na2FeO4,反应为2FeSO4+6Na2O2 2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑。
①该反应中,氧化剂是 ,氧化产物是 。
②每生成1 mol Na2FeO4,转移 mol电子。
(2)配平湿法制备高铁酸钾反应的离子方程式:
Fe(OH)3+ ClO-+ OH- FeO42-+ Cl-+ H2O
(3)取少量K2FeO4溶液,滴加盐酸,有Cl2产生,该反应表明氧化性:K2FeO4 (填“>”或“<”)Cl2。
(4)Fe(OH)3胶体可使水中悬浮物沉降下来,用作净水剂。实验室用饱和氯化铁溶液制取Fe(OH)3胶体的化学方程式是 。
3.()从元素化合价和物质类别两个角度研究物质的性质是一种行之有效的方法。如图是由铁元素组成的物质的部分信息。
(1)分别写出X、Y的化学式: 、 。
(2)写出FeO与稀硫酸反应的化学方程式: 。
(3)FeCl2既有氧化性又有还原性,分别写出体现其氧化性、还原性的离子方程式。
离子方程式
氧化性
(一个即可)
还原性
(一个即可)
(4)某同学猜测Fe3+可以与S2-发生反应,为验证其猜测,他结合资料信息,选择了两种试剂进行实验,确认了Fe3+与S2-能发生反应。
资料:部分硫化物的溶解性表(室温)
化学式
溶解性
Na2S
可溶
Fe2S3
不溶
FeS
不溶
选取的试剂是 和 ;可能发生的两种不同原理的反应的离子方程式是 、 。
4.(2021山东新高考质量测评联盟联考,)某学习小组为研究铁及其化合物的性质,做了以下探究实验并通过下列流程成功制得纳米铁粉和Na2FeO4。
(1)经实验证明酸溶后所得溶液中含Fe3+,请进一步设计方案证明还含Fe2+(可选用药品有酸性KMnO4溶液、氯水、KSCN溶液): 。
(2)氧化Ⅰ过程中若有5 mol e-转移,则有 mol H2O2被还原。
(3)氧化Ⅱ过程需要高浓度NaClO溶液,可用Cl2与NaOH溶液反应制备。Cl2与NaOH溶液反应的化学方程式为 。
(4)Na2FeO4中铁元素的化合价为 价;2 mol Na2FeO4与 g NaClO氧化消毒能力相当(用得电子数目多少衡量氧化消毒能力强弱)。
题组二 铁及其氧化物的有关计算
5.(2020安徽合肥六中高一上期末,)把含有氧化铁的铁片投入足量的稀盐酸中,直到铁片完全溶解,经分析该溶液中无Fe3+,且生成的Fe2+与反应生成的H2的物质的量之比为3∶1,则原混合物中Fe2O3与Fe的物质的量之比为 ( )
A.1∶1 B.1∶2 C.3∶5 D.2∶5
6.(2021四川成都树德中学高一阶段测试,)将一定质量的Fe、Fe2O3和CuO的混合粉末加入100 mL 4.4 mol/L的盐酸中,充分反应后,生成标准状况下的氢气896 mL。过滤,滤渣经洗涤、干燥后称量,质量为1.28 g。滤液中的溶质只有FeCl2和HCl,滤液加水稀释到320 mL时,HCl的浓度为0.25 mol/L。则原混合粉末中Fe的质量为 ( )
A.5.6 g B.2.8 g C.6.4 g D.2.24 g
7.(2020江西南昌八一中学高一上期末,)向Fe和Fe2O3组成的3.84 g混合物中加入120 mL某浓度的盐酸,恰好完全反应,生成672 mL H2(标准状况);向反应后的溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液无明显变化。计算(结果保留三位有效数字):
(1)原混合物中Fe的质量为 g。
(2)所用盐酸的物质的量浓度为 mol·L-1。
题组三 铁及其化合物的性质探究
8.(2021吉林普通中学高一期末调研,)铁及其化合物在生产、生活中有着广泛的应用。
Ⅰ.FeSO4可做补血剂,用于治疗缺铁性贫血症。用FeSO4溶液可制备Fe(OH)2。Fe(OH)2不稳定,在空气中易被氧化,写出其被氧化的化学方程式: 。
Ⅱ.高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、无毒的多功能水处理剂。查阅资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液,具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。
(1)制备K2FeO4
①在装置A中发生的化学反应中HCl显示出来的性质为 。
②C装置为制备K2FeO4的装置,写出次氯酸钾与氢氧化铁在碱性环境中反应的离子方程式: 。
(2)探究K2FeO4的性质
取C装置中浅紫红色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明K2FeO4能氧化Cl-而产生Cl2,设计如下方案:取少量溶液a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色。由溶液变红可知a中含有Fe3+,该离子的产生不能判断一定是由K2FeO4被Cl-还原而形成的,原因是 。
(3)使用时经常通过测定高铁酸钾的纯度来判断其是否变质。K2FeO4在硫酸溶液中反应如下:
□FeO42-+□H+ □O2↑+□Fe3++□
①完成并配平上述离子方程式。
②现取某K2FeO4样品10 g,加入稀硫酸,收集到0.672 L气体(标准状况)。则样品中高铁酸钾的质量分数为 。(计算结果保留到0.1%)
9.(2020北京昌平高一上期末,)某研究小组的同学对市售某种葡萄糖酸亚铁糖浆的成分进行探究。根据名称认为该糖浆中含有Fe2+,设计方案进行验证。
Ⅰ.设计方案如下:
方案
试剂X
预期现象
方案ⅰ
1 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液
a
方案ⅱ
1 mL 1 mol·L-1酸性KMnO4溶液
b
方案ⅲ
依次加入5滴KSCN溶液、1 mL氯水
c
(1)方案ⅰ的预期现象是产生白色沉淀,逐渐变为灰绿色,最终变为红褐色。产生白色沉淀的离子方程式是 ,最终变为红褐色的化学方程式是 。
(2)方案ⅱ的预期现象是 。
(3)方案ⅲ的预期现象是 ,反应中氯水参与反应的离子方程式是 。
Ⅱ.进行实验操作,得到的实际现象如下:
方案
实际现象
是否与预期现象相同
方案ⅰ
产生灰绿色浑浊,长时间不变红褐色
不同
方案ⅱ
相同
方案ⅲ
自始至终无明显现象
不同
(4)为探究实验中出现异常现象的原因,该小组同学查看说明书,得知该糖浆的成分如下:
本品每毫升含主要成分葡萄糖酸亚铁30毫克,
辅料为:蔗糖、香精、柠檬酸、羟苯乙酯。
结合资料对异常现象产生的原因进行猜想: ;为验证其猜想,在方案ⅲ的基础上继续加入过量的氯水,得到了预期的现象。
(5)实验反思:方案ⅱ中预期现象与实验现象相同,并不能证明糖浆中一定含有Fe2+,理由是 。
答案全解全析
第2课时 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
基础过关练
1.B
2.A
3.C
4.D
5.A
6.C
7.D
8.C
10.C
11.A
12.C
1.B Cu与Cl2在加热条件下反应生成CuCl2,A不符合题意;Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3,两种单质直接化合得不到FeCl2,B符合题意;H2在Cl2中燃烧生成HCl,C不符合题意;Al与Cl2在加热条件下反应生成AlCl3,D不符合题意。
2.A 加入KSCN溶液,溶液变成红色,则溶液中应有Fe3+。所给选项中,只有A项反应后溶液中有Fe3+。
3.C 铁能被磁铁吸引,纯铁的抗腐蚀能力较强,故①错误;铁在潮湿的空气中易生锈,故②正确;钢铁是用量最大、用途最广的合金,铁是单质,不是合金,故③错误;铁在氯气中燃烧生成FeCl3,故④错误;铁能在纯净的氧气中剧烈燃烧生成Fe3O4,故⑤正确;FeCl2、Fe(OH)3可分别通过化合反应Fe+2FeCl3 3FeCl2、4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3制得,故⑥错误。
4.D 先对试管中湿棉花加热,当有大量水蒸气形成时再把酒精灯移到铁粉位置加热,所以一个酒精灯、一支大试管和导气管也能完成实验,故A、B正确;铁和水蒸气反应生成Fe3O4和氢气,将H2通入肥皂液中,可用燃烧法检验,故C正确;铁粉与水蒸气反应生成的四氧化三铁也可以被磁铁吸引,不能分离出铁,故D不正确。
5.A 铁和氯气在点燃的条件下反应生成氯化铁,铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,故A符合题意;铝和氯气在点燃的条件下反应生成氯化铝,铝和盐酸反应生成氯化铝和氢气,故B不符合题意;铜和氯气在点燃的条件下反应生成氯化铜,铜和盐酸不反应,故C不符合题意;锌和氯气在点燃的条件下反应生成氯化锌,锌和盐酸反应生成氯化锌和氢气,故D不符合题意。
6.C 铁的三种氧化物中,氧元素的化合价完全相同,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,故A、B正确。氧化铁俗称铁红,是一种红棕色的固体,故C错误。铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁,是一种黑色固体,故D正确。
7.D Fe2O3为红棕色固体,A错误;反应②的温度低于反应③的温度,B错误;FeO不稳定,在空气中加热迅速被氧化为Fe3O4,C错误;在Fe3O4中铁呈现两种化合价:+2、+3,D正确。
8.C Fe2O3难溶于水,不能直接与水反应生成Fe(OH)3,A错误。Fe(OH)2在空气中容易被氧化,所以氢氧化亚铁在空气中加热被氧化成氢氧化铁,B错误。Fe与水蒸气在高温下发生置换反应产生Fe3O4和H2;Fe在O2中点燃,发生化合反应产生Fe3O4,故Fe3O4可以通过置换反应或化合反应制备,C正确。铁在空气中放置,表面不能生成致密的氧化膜,不能阻止铁被继续腐蚀,D错误。
9.答案 (1)铁屑 Fe+2H+ Fe2++H2↑ (2)打开
(3)A装置中的溶液 B装置
(4)4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3 (5)①②④
解析 (1)题图中A装置的作用是产生H2及亚铁盐,利用H2赶走整个装置中的空气,降低Fe(OH)2被氧化的速率,以便能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,故A装置中应预先加入的试剂为铁屑;发生反应的离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑。(2)实验开始时打开活塞a,A装置中产生的H2沿导管进入B装置,赶走装置中的空气。(3)关闭活塞a,气体不能逸出,A装置中压强增大,使A装置中的液体通过导管进入B装置,FeSO4与NaOH反应产生Fe(OH)2白色沉淀。(4)实验完毕,拔去B装置的橡胶塞,空气进入B装置,O2、H2O与Fe(OH)2发生反应,使Fe(OH)2转化为Fe(OH)3红褐色沉淀,化学方程式为4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3。(5)要较长时间地观察到Fe(OH)2,就需要防止Fe(OH)2被氧气氧化,需要隔绝空气,或者将空气除去。①装置用稀H2SO4与Fe反应产生的H2赶走装置中的空气;②装置与①装置原理相似,只不过在两个试管中进行;③装置没有隔绝空气;④装置中胶头滴管插入液面以下,且有苯在上层隔离空气;故①②④装置都能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀。
10.C Fe和氧气点燃条件下发生化合反应生成Fe3O4,不符合题意;铁与氯气点燃条件下发生化合反应生成氯化铁,不符合题意;FeCl2和可溶性碱发生复分解反应得到Fe(OH)2和盐,符合题意;在水溶液中FeCl3和铁发生化合反应生成FeCl2,不符合题意。
11.A 加入氯化铁溶液,生成KCl,引入新杂质,故A错误;铁与CuSO4反应可置换出铜,然后过滤,可除去杂质,故B正确;碳酸钙不溶于水,CaCl2可溶于水,可用过滤的方法提纯,故C正确;二氧化碳与氢氧化钠溶液反应,可除去杂质,干燥后得到纯净的氢气,故D正确。
12.C 铁与水蒸气高温条件下反应时,生成Fe3O4,故A错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速反应生成黑色晶体Fe3O4,故B错误;由题图可知高铁酸钠中的Fe元素为+6价,易得到电子,具有强氧化性,可用于消毒,故C正确;Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3,而Fe(OH)3难溶于水,与水也不反应,故D错误。
13.答案 (1)Cl2 FeCl2 (2)Fe+2H+ Fe2++H2↑ (3)2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-
解析 (1)黄绿色气体单质B为Cl2,B与固体单质A反应生成D,而D溶液为棕黄色,可知A为Fe、D为FeCl3;C为无色气体单质,与氯气反应生成E,而Fe与E溶液反应生成C与F,可知C为H2、E为HCl、F为FeCl2。(2)反应③为Fe和盐酸的反应,反应的离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑。(3)反应④为FeCl2和Cl2的反应,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-。
14.答案 (1)Fe3+ 取少量滤液于试管中,滴加少量酸性KMnO4溶液,若溶液紫红色褪去,则滤液中存在Fe2+ (2)将Fe2+氧化为Fe3+ (3)Fe3++3OH- Fe(OH)3↓ (4)洗涤 (5)0.07a
解析 由流程图可知,该实验原理为将药品研细后溶于稀硫酸,使药品中的铁元素溶出,随后用H2O2将Fe2+全部氧化为Fe3+,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,再转化为氧化铁,通过测定氧化铁的质量,计算补血剂中铁元素的含量。
(1)向步骤①的滤液中滴加KSCN溶液后变为红色,据此可知该滤液中一定含有Fe3+;在此滤液中(有Fe3+存在)进一步检验是否还存在Fe2+,可用酸性高锰酸钾溶液。取一定量滤液,滴加少量酸性KMnO4溶液,溶液紫红色褪去可知滤液中还存在Fe2+。(2)根据分析,可知H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+。(3)步骤③是将Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,反应的离子方程式为Fe3++3OH- Fe(OH)3↓。(4)步骤④中一系列操作是为了将氢氧化铁悬浊液最终转化为氧化铁,需要过滤,洗涤氢氧化铁,然后灼烧生成氧化铁,冷却至室温后称量氧化铁的质量。(5)a g氧化铁中铁元素的质量即为10片补血剂中铁元素的质量,每片补血剂含铁元素的质量为ag160 g/mol×2×56 g/mol10=0.07a g。
能力提升练
1.D
5.D
6.A
1.D 稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁,A正确;Fe2+容易被氧气氧化,因此通入N2的目的是防止空气中的氧气氧化Fe2+,B正确;利用H2O2的氧化性,把部分Fe2+氧化成Fe3+,涉及反应:2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O,C正确;Fe3O4可视作FeO·Fe2O3,因此溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为1∶2,D错误。
2.答案 (1)①Na2O2 Na2FeO4和O2 ②5 (2)2 3 4 2 3 5 (3)> (4)FeCl3+3H2O Fe(OH)3(胶体)+3HCl
解析 (1)①2FeSO4+6Na2O2 2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑中,由化合价的变化可知氧化剂是Na2O2,氧化产物是Na2FeO4和O2。②化学方程式中Fe元素的化合价由+2价升高到+6价,O元素的化合价由-1价升高到0价,所以生成1 mol Na2FeO4,转移5 mol电子。(2)根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2FeO42-+3Cl-+5H2O。(3)取少量K2FeO4溶液,滴加盐酸,有Cl2产生,氧化剂为K2FeO4,氧化产物为Cl2,所以氧化性为K2FeO4>Cl2。(4)实验室制备Fe(OH)3胶体是在煮沸的蒸馏水中加入饱和氯化铁溶液,反应的化学方程式为FeCl3+3H2O Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
3.答案 (1)Fe2O3 Fe(OH)2
(2)FeO+H2SO4 FeSO4+H2O
(3)Zn+Fe2+ Zn2++Fe 2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-(答案合理即可)
(4)FeCl3 Na2S 2Fe3++3S2- Fe2S3↓ 2Fe3++S2- 2Fe2++S↓(或2Fe3++3S2- 2FeS↓+S↓)
解析 (1)由图可知X、Y中Fe元素的化合价分别为+3价、+2价,则X的化学式为Fe2O3,Y的化学式为Fe(OH)2。(2)FeO与稀硫酸反应的化学方程式为FeO+H2SO4 FeSO4+H2O。(3)FeCl2既有氧化性又有还原性,在反应Zn+Fe2+ Zn2++Fe中,Fe2+表现氧化性;在反应2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-中,Fe2+表现还原性。(4)猜测Fe3+可以与S2-发生反应,可以通过FeCl3和Na2S反应来验证,可能发生的反应为2Fe3++3S2- Fe2S3↓、2Fe3++S2- 2Fe2++S↓或2Fe3++3S2- 2FeS↓+
S↓。
4.答案 (1)取少量酸溶后所得溶液于试管中,滴加少量酸性KMnO4溶液,紫红色褪去,则含有Fe2+ (2)2.5 (3)Cl2+2NaOH NaCl+NaClO+H2O (4)+6 223.5
解析 (1)Fe2+具有还原性,证明含Fe2+的方法:取少量酸溶后所得溶液于试管中,滴加少量酸性KMnO4溶液,紫红色褪去,则含有Fe2+。(2)氧化Ⅰ过程中H2O2做氧化剂,氧元素的化合价从-1价降低到-2价,设被还原的H2O2的物质的量为x mol,转移的电子的物质的量为5 mol,则2x=5,解得x=2.5。(3)Cl2与NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,化学方程式为Cl2+2NaOH NaCl+NaClO+H2O。(4)Na2FeO4中各元素的化合价之和等于0,设铁元素的化合价为x,(+1)×2+x+(-2)×4=0,解得x=+6,铁元素的化合价为+6价;Na2FeO4的还原产物中铁元素的化合价为+3价,
2 mol Na2FeO4得电子的物质的量为6 mol;NaClO的还原产物中氯元素的化合价为-1价,1 mol NaClO得电子的物质的量为2 mol;则2 mol Na2FeO4氧化消毒能力相当于3 mol NaClO氧化消毒能力,NaClO的质量为3 mol×74.5 g/mol=223.5 g。
5.D 设原混合物中含有x mol Fe2O3,y mol Fe,则
Fe2O3+6HCl 2FeCl3+3H2O
x 2x
2FeCl3+Fe 3FeCl2
2x x 3x
Fe+2HCl FeCl2+H2↑
y-x y-x y-x
[3x+(y-x)]∶(y-x)=3∶1,则x∶y=2∶5,故选D。
6. A 混合物与盐酸反应后,盐酸有剩余,则滤渣中没有Fe,只有Cu;滤液中含有剩余的HCl及FeCl2,根据原子守恒:n总(HCl)=n剩余(HCl)+2n(FeCl2),即0.1 L×
4.4 mol/L=0.32 L×0.25 mol/L+2n(FeCl2),解得n(FeCl2)=0.18 mol;n(CuO)=n(Cu)=1.28 g64 g/mol=0.02 mol,n(H2)=0.896 L22.4 L/mol=0.04 mol;设原混合粉末中Fe为x mol,Fe2O3为y mol,由原子守恒,可得x+2y=0.18,根据得失电子守恒,可得2x=2y+2×0.02+2×0.04,联立方程,解得:x=0.1,y=0.04;原混合粉末中单质铁的质量为56 g/mol×0.1 mol=5.6 g。
7.答案 (1)2.24 (2)1.00
解析 混合物与盐酸恰好完全反应,所得溶液中加入KSCN溶液,无红色出现,说明溶液中的溶质为FeCl2,发生反应:Fe+2H+ Fe2++H2↑、Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+ 3Fe2+。
(1)生成氢气物质的量为0.672 L22.4 L·mol-1=0.03 mol,设原混合物中Fe和Fe2O3的物质的量分别为x mol、y mol,则:
Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O
y mol 2y mol
Fe + 2Fe3+ 3Fe2+
y mol 2y mol
Fe+2H+ Fe2++H2↑
(x-y)mol (x-y)mol
根据题意得x-y=0.0356x+160y=3.84,解得x=0.04,y=0.01。
所以m(Fe)=0.04 mol×56 g·mol-1=2.24 g。
(2)参与反应的n(HCl)=2n(FeCl2)=2[n(Fe)+2n(Fe2O3)]=2×(0.04 mol+2×0.01 mol)=0.12 mol,c(HCl)=0.12mol0.12 L=1.00 mol·L-1。
8.答案 Ⅰ.4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
Ⅱ.(1)①还原性、酸性 ②2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2FeO42-+3Cl-+5H2O
(2)K2FeO4在酸性溶液中快速产生O2,自身转化为Fe3+
(3)①4 20 3 4 10H2O ②79.2%
解析 Ⅰ.Fe(OH)2不稳定,容易被O2氧化,根据原子守恒和得失电子守恒,可得其被氧化的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。
Ⅱ.(1)①在装置A中,KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2,发生的化学反应为2KMnO4+16HCl(浓) 2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。在该反应中HCl显示出来的性质为还原性和酸性。②在C装置中KClO与Fe(OH)3在碱性环境中反应产生K2FeO4,该反应的离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2FeO42-+3Cl-+5H2O。
(2)取少量溶液a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色,说明溶液a中含有Fe3+,该离子的产生可能是由K2FeO4被Cl-还原而形成的,也可能是在酸性溶液中K2FeO4快速反应产生O2,其自身转化为Fe3+。
(3)①根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒,配平该反应的离子方程式:4FeO42-+20H+ 3O2↑+4Fe3++10H2O。②标准状况下,0.672 L O2的物质的量是0.672 L22.4 L/mol=0.03 mol,根据①中配平的离子方程式可知:4 mol K2FeO4反应会产生
3 mol O2,则反应产生0.03 mol O2时消耗K2FeO4的物质的量是0.04 mol,其质量是0.04 mol×198 g/mol=7.92 g,故样品中高铁酸钾的质量分数为7.92 g10 g×100%=79.2%。
9.答案 Ⅰ.(1)Fe2++2OH- Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 (2)酸性KMnO4溶液褪色 (3)加入KSCN溶液后无明显现象,加入氯水后溶液变红色 Cl2+2Fe2+ 2Cl-+2Fe3+
Ⅱ.(4)糖浆中含有其他还原性物质 (5)酸性高锰酸钾溶液褪色说明被还原,葡萄糖酸亚铁糖浆中除了有Fe2+,还有其他还原性物质,因此褪色不一定是高锰酸钾与Fe2+反应
解析 Ⅰ.(1)若糖浆中含有Fe2+,滴加NaOH溶液后,产生白色沉淀,逐渐变为灰绿色,最终变为红褐色,产生白色沉淀的离子方程式为Fe2++2OH- Fe(OH)2↓,最终变为红褐色的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。
(2)Fe2+具有还原性,向含有Fe2+的糖浆中滴加酸性KMnO4溶液,酸性高锰酸钾溶液褪色。
(3)向含有Fe2+的糖浆中加入KSCN溶液后无明显现象,加入氯水后,Fe2+被氧化为Fe3+,所以溶液变红色,反应中氯水参与反应的离子方程式是Cl2+2Fe2+ 2Cl-+2Fe3+。
Ⅱ.(4)向葡萄糖酸亚铁糖浆中滴加NaOH溶液后,产生灰绿色浑浊,长时间不变红褐色,说明糖浆中含有其他还原性物质,抗氧化;加入过量的氯水,氯水把还原性物质氧化,所以最终溶液变成红色。
(5)酸性高锰酸钾溶液褪色说明被还原,葡萄糖酸亚铁糖浆中除了有Fe2+,还有其他还原性物质,因此褪色不一定是高锰酸钾与Fe2+反应。
第2课时 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
基础过关练
题组一 铁的性质
1.(2021北京昌平新学道临川学校高一月考)下列物质中,不能由单质直接化合而成的是 ( )
A.CuCl2 B.FeCl2 C.HCl D.AlCl3
2.(2021山东潍坊实验中学高一阶段测试)下列各组物质相互反应后,再向得到的溶液中滴入KSCN溶液,溶液变成红色的是 ( )
A.新制氯水和氯化亚铁溶液
B.铁屑和氯化铜溶液
C.铁屑和过量稀硫酸
D.过量铁屑和氯化铁溶液
3.下列关于铁的叙述中正确的个数是 ( )
①铁能被磁铁吸引,但纯铁易被腐蚀
②铁在潮湿的空气中容易生锈
③铁是用量最大、用途最广的合金
④铁在氯气中燃烧生成FeCl2
⑤铁能在氧气中剧烈燃烧生成Fe3O4
⑥不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3
A.4个 B.3个 C.2个 D.1个
4.(2020湖北部分重点高中高一上月考)铁不能与冷、热水反应,但能与水蒸气反应。关于铁与水蒸气反应的实验的说法不正确的是 ( )
A.组装该实验装置用到的玻璃仪器可仅为一个酒精灯、一支大试管和导气管
B.可通过加热湿棉花产生水蒸气
C.可将产物之一通入肥皂液中用燃烧法检验
D.铁粉与水蒸气反应后,可立即用磁铁将剩余铁粉分离出来
5.(2020北京清华附中高一上期中)下列物质中,与氯气、盐酸都能发生反应且生成不同氯化物的是( )
A.Fe B.Al C.Cu D.Zn
题组二 铁的氧化物
6.(2021辽宁大石桥三中高一月考)关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的下列说法中,不正确的是 ( )
A.铁元素化合价不相同
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
7.(2020山东泰安检测)某同学对铁的氧化物产生浓厚兴趣,查阅资料后制成以下卡片:
在空气中把铁灼烧到500 ℃就形成Fe3O4;温度再升高,可形成Fe2O3;在更高的温度下加热Fe2O3(约1 400 ℃)时,又得到Fe3O4。
即:FeFe3O4Fe2O3
下列说法正确的是 ( )
A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体
B.反应②的温度比反应③的温度高
C.热稳定性顺序:FeO>Fe2O3
D.四氧化三铁中铁元素的化合价复杂,若写成氧化物的形式,则化学式可写为FeO·Fe2O3
题组三 铁的氢氧化物
8.(2021安徽芜湖一中高一月考)铁的合金是当今世界使用量最大的合金,下列关于铁及其化合物的说法正确的是 ( )
A.Fe2O3可以直接溶于水生成Fe(OH)3
B.Fe(OH)2在空气中充分加热最终产生FeO和H2O
C.Fe3O4可以通过置换反应或化合反应制备
D.铁在空气中放置,表面会生成致密的氧化膜从而阻止铁被继续腐蚀
9.(2020江西石城中学高一月考)下图所示装置可用来制取Fe(OH)2并观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol/L的稀硫酸,其他试剂任选。
请回答下列问题:
(1)B装置中盛有一定量的NaOH溶液,A装置中应预先加入的试剂是 ,A装置中发生反应的离子方程式是 。
(2)实验开始时应先将活塞a (填“打开”或“关闭”)。
(3)简述制取Fe(OH)2的操作过程:关闭活塞a,使 流入 中进行反应。
(4)实验完毕,拔去B装置中的橡胶塞,放入一部分空气,此时B装置中发生反应的化学方程式为 。
(5)在下图中,装置 (填序号)能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀。
题组四 铁及其化合物之间的转化
10.(2021江苏泰兴中学、南菁高级中学高一阶段考试)下列物质间的转化不能通过一步化合反应实现的是 ( )
A.Fe Fe3O4 B.Fe FeCl3
C.FeCl2 Fe(OH)2 D.FeCl3 FeCl2
11.(2020安徽合肥一六八中学高一上期中)下列各物质含少量杂质,除去这些杂质应选用的试剂或操作方法不正确的是 ( )
选项
物质
杂质
除杂应选用的试剂或操作方法
A
KNO3溶液
KOH
加入FeCl3溶液,并过滤
B
FeSO4溶液
CuSO4
加入过量铁粉,并过滤
C
CaCO3粉末
CaCl2
溶解,过滤
D
H2
CO2
依次通过盛NaOH溶液和
浓硫酸的洗气瓶
12.(2021黑龙江鹤岗一中高一月考)元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具,它指的是以元素的化合价为纵坐标,以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。如图为铁元素的“价—类”二维图,箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法正确的是 ( )
A.铁与水蒸气在高温条件下反应可实现转化①
B.FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②生成红棕色粉末
C.由图可预测:高铁酸钠(Na2FeO4)具有强氧化性,可用于消毒
D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水可溶解Fe(OH)3
13.室温下,单质A、B、C分别为固体、黄绿色气体、无色气体。在合适的反应条件下,它们可以按下面框图进行反应(反应条件已省略);又知D溶液为棕黄色,E溶液为无色。请回答:
(1)B是 ,F是 (填化学式)。
(2)反应③的离子方程式为 。
(3)反应④的离子方程式为 。
题组五 补铁剂中的铁元素的检验
14.(2021四川眉山仁寿二中高一月考)硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上用作补血剂。某课外小组设计实验测定该补血剂中铁元素的含量,并检验该补血剂是否变质。实验流程图如下:
请回答下列问题:
(1)向步骤①的滤液中滴加KSCN溶液后变为红色,据此可知该滤液中含有的金属阳离子是 (填离子符号);检验滤液中还存在Fe2+的方法为 。
(2)步骤②加入过量H2O2的目的是 。
(3)步骤③中反应的离子方程式为 。
(4)步骤④中一系列操作包括:过滤、 、干燥、灼烧、冷却、称量。
(5)假设实验中的损耗忽略不计,则每片补血剂含铁元素的质量为 g。
能力提升练
题组一 不同价态铁元素之间的转化
1.(2020黑龙江哈尔滨六中月考,)用废铁屑制备磁性胶体粒子,制取过程如下:
下列说法不正确的是 ( )
A.加稀H2SO4是为了使铁溶解生成FeSO4
B.通入N2是为了防止空气中的O2氧化Fe2+
C.加适量的H2O2是为了将部分Fe2+氧化为Fe3+,涉及反应:H2O2+2Fe2++2H+ 2Fe3++2H2O
D.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1
2.()高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型绿色消毒剂,其在消毒(发生氧化还原反应)后可形成Fe(OH)3胶体,常用于处理饮用水。工业上有干法与湿法两种制备高铁酸钾的方法。
(1)干法制备高铁酸钾时,先制备得到Na2FeO4,反应为2FeSO4+6Na2O2 2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑。
①该反应中,氧化剂是 ,氧化产物是 。
②每生成1 mol Na2FeO4,转移 mol电子。
(2)配平湿法制备高铁酸钾反应的离子方程式:
Fe(OH)3+ ClO-+ OH- FeO42-+ Cl-+ H2O
(3)取少量K2FeO4溶液,滴加盐酸,有Cl2产生,该反应表明氧化性:K2FeO4 (填“>”或“<”)Cl2。
(4)Fe(OH)3胶体可使水中悬浮物沉降下来,用作净水剂。实验室用饱和氯化铁溶液制取Fe(OH)3胶体的化学方程式是 。
3.()从元素化合价和物质类别两个角度研究物质的性质是一种行之有效的方法。如图是由铁元素组成的物质的部分信息。
(1)分别写出X、Y的化学式: 、 。
(2)写出FeO与稀硫酸反应的化学方程式: 。
(3)FeCl2既有氧化性又有还原性,分别写出体现其氧化性、还原性的离子方程式。
离子方程式
氧化性
(一个即可)
还原性
(一个即可)
(4)某同学猜测Fe3+可以与S2-发生反应,为验证其猜测,他结合资料信息,选择了两种试剂进行实验,确认了Fe3+与S2-能发生反应。
资料:部分硫化物的溶解性表(室温)
化学式
溶解性
Na2S
可溶
Fe2S3
不溶
FeS
不溶
选取的试剂是 和 ;可能发生的两种不同原理的反应的离子方程式是 、 。
4.(2021山东新高考质量测评联盟联考,)某学习小组为研究铁及其化合物的性质,做了以下探究实验并通过下列流程成功制得纳米铁粉和Na2FeO4。
(1)经实验证明酸溶后所得溶液中含Fe3+,请进一步设计方案证明还含Fe2+(可选用药品有酸性KMnO4溶液、氯水、KSCN溶液): 。
(2)氧化Ⅰ过程中若有5 mol e-转移,则有 mol H2O2被还原。
(3)氧化Ⅱ过程需要高浓度NaClO溶液,可用Cl2与NaOH溶液反应制备。Cl2与NaOH溶液反应的化学方程式为 。
(4)Na2FeO4中铁元素的化合价为 价;2 mol Na2FeO4与 g NaClO氧化消毒能力相当(用得电子数目多少衡量氧化消毒能力强弱)。
题组二 铁及其氧化物的有关计算
5.(2020安徽合肥六中高一上期末,)把含有氧化铁的铁片投入足量的稀盐酸中,直到铁片完全溶解,经分析该溶液中无Fe3+,且生成的Fe2+与反应生成的H2的物质的量之比为3∶1,则原混合物中Fe2O3与Fe的物质的量之比为 ( )
A.1∶1 B.1∶2 C.3∶5 D.2∶5
6.(2021四川成都树德中学高一阶段测试,)将一定质量的Fe、Fe2O3和CuO的混合粉末加入100 mL 4.4 mol/L的盐酸中,充分反应后,生成标准状况下的氢气896 mL。过滤,滤渣经洗涤、干燥后称量,质量为1.28 g。滤液中的溶质只有FeCl2和HCl,滤液加水稀释到320 mL时,HCl的浓度为0.25 mol/L。则原混合粉末中Fe的质量为 ( )
A.5.6 g B.2.8 g C.6.4 g D.2.24 g
7.(2020江西南昌八一中学高一上期末,)向Fe和Fe2O3组成的3.84 g混合物中加入120 mL某浓度的盐酸,恰好完全反应,生成672 mL H2(标准状况);向反应后的溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液无明显变化。计算(结果保留三位有效数字):
(1)原混合物中Fe的质量为 g。
(2)所用盐酸的物质的量浓度为 mol·L-1。
题组三 铁及其化合物的性质探究
8.(2021吉林普通中学高一期末调研,)铁及其化合物在生产、生活中有着广泛的应用。
Ⅰ.FeSO4可做补血剂,用于治疗缺铁性贫血症。用FeSO4溶液可制备Fe(OH)2。Fe(OH)2不稳定,在空气中易被氧化,写出其被氧化的化学方程式: 。
Ⅱ.高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、无毒的多功能水处理剂。查阅资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液,具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。
(1)制备K2FeO4
①在装置A中发生的化学反应中HCl显示出来的性质为 。
②C装置为制备K2FeO4的装置,写出次氯酸钾与氢氧化铁在碱性环境中反应的离子方程式: 。
(2)探究K2FeO4的性质
取C装置中浅紫红色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明K2FeO4能氧化Cl-而产生Cl2,设计如下方案:取少量溶液a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色。由溶液变红可知a中含有Fe3+,该离子的产生不能判断一定是由K2FeO4被Cl-还原而形成的,原因是 。
(3)使用时经常通过测定高铁酸钾的纯度来判断其是否变质。K2FeO4在硫酸溶液中反应如下:
□FeO42-+□H+ □O2↑+□Fe3++□
①完成并配平上述离子方程式。
②现取某K2FeO4样品10 g,加入稀硫酸,收集到0.672 L气体(标准状况)。则样品中高铁酸钾的质量分数为 。(计算结果保留到0.1%)
9.(2020北京昌平高一上期末,)某研究小组的同学对市售某种葡萄糖酸亚铁糖浆的成分进行探究。根据名称认为该糖浆中含有Fe2+,设计方案进行验证。
Ⅰ.设计方案如下:
方案
试剂X
预期现象
方案ⅰ
1 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液
a
方案ⅱ
1 mL 1 mol·L-1酸性KMnO4溶液
b
方案ⅲ
依次加入5滴KSCN溶液、1 mL氯水
c
(1)方案ⅰ的预期现象是产生白色沉淀,逐渐变为灰绿色,最终变为红褐色。产生白色沉淀的离子方程式是 ,最终变为红褐色的化学方程式是 。
(2)方案ⅱ的预期现象是 。
(3)方案ⅲ的预期现象是 ,反应中氯水参与反应的离子方程式是 。
Ⅱ.进行实验操作,得到的实际现象如下:
方案
实际现象
是否与预期现象相同
方案ⅰ
产生灰绿色浑浊,长时间不变红褐色
不同
方案ⅱ
相同
方案ⅲ
自始至终无明显现象
不同
(4)为探究实验中出现异常现象的原因,该小组同学查看说明书,得知该糖浆的成分如下:
本品每毫升含主要成分葡萄糖酸亚铁30毫克,
辅料为:蔗糖、香精、柠檬酸、羟苯乙酯。
结合资料对异常现象产生的原因进行猜想: ;为验证其猜想,在方案ⅲ的基础上继续加入过量的氯水,得到了预期的现象。
(5)实验反思:方案ⅱ中预期现象与实验现象相同,并不能证明糖浆中一定含有Fe2+,理由是 。
答案全解全析
第2课时 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
基础过关练
1.B
2.A
3.C
4.D
5.A
6.C
7.D
8.C
10.C
11.A
12.C
1.B Cu与Cl2在加热条件下反应生成CuCl2,A不符合题意;Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3,两种单质直接化合得不到FeCl2,B符合题意;H2在Cl2中燃烧生成HCl,C不符合题意;Al与Cl2在加热条件下反应生成AlCl3,D不符合题意。
2.A 加入KSCN溶液,溶液变成红色,则溶液中应有Fe3+。所给选项中,只有A项反应后溶液中有Fe3+。
3.C 铁能被磁铁吸引,纯铁的抗腐蚀能力较强,故①错误;铁在潮湿的空气中易生锈,故②正确;钢铁是用量最大、用途最广的合金,铁是单质,不是合金,故③错误;铁在氯气中燃烧生成FeCl3,故④错误;铁能在纯净的氧气中剧烈燃烧生成Fe3O4,故⑤正确;FeCl2、Fe(OH)3可分别通过化合反应Fe+2FeCl3 3FeCl2、4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3制得,故⑥错误。
4.D 先对试管中湿棉花加热,当有大量水蒸气形成时再把酒精灯移到铁粉位置加热,所以一个酒精灯、一支大试管和导气管也能完成实验,故A、B正确;铁和水蒸气反应生成Fe3O4和氢气,将H2通入肥皂液中,可用燃烧法检验,故C正确;铁粉与水蒸气反应生成的四氧化三铁也可以被磁铁吸引,不能分离出铁,故D不正确。
5.A 铁和氯气在点燃的条件下反应生成氯化铁,铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,故A符合题意;铝和氯气在点燃的条件下反应生成氯化铝,铝和盐酸反应生成氯化铝和氢气,故B不符合题意;铜和氯气在点燃的条件下反应生成氯化铜,铜和盐酸不反应,故C不符合题意;锌和氯气在点燃的条件下反应生成氯化锌,锌和盐酸反应生成氯化锌和氢气,故D不符合题意。
6.C 铁的三种氧化物中,氧元素的化合价完全相同,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,故A、B正确。氧化铁俗称铁红,是一种红棕色的固体,故C错误。铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁,是一种黑色固体,故D正确。
7.D Fe2O3为红棕色固体,A错误;反应②的温度低于反应③的温度,B错误;FeO不稳定,在空气中加热迅速被氧化为Fe3O4,C错误;在Fe3O4中铁呈现两种化合价:+2、+3,D正确。
8.C Fe2O3难溶于水,不能直接与水反应生成Fe(OH)3,A错误。Fe(OH)2在空气中容易被氧化,所以氢氧化亚铁在空气中加热被氧化成氢氧化铁,B错误。Fe与水蒸气在高温下发生置换反应产生Fe3O4和H2;Fe在O2中点燃,发生化合反应产生Fe3O4,故Fe3O4可以通过置换反应或化合反应制备,C正确。铁在空气中放置,表面不能生成致密的氧化膜,不能阻止铁被继续腐蚀,D错误。
9.答案 (1)铁屑 Fe+2H+ Fe2++H2↑ (2)打开
(3)A装置中的溶液 B装置
(4)4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3 (5)①②④
解析 (1)题图中A装置的作用是产生H2及亚铁盐,利用H2赶走整个装置中的空气,降低Fe(OH)2被氧化的速率,以便能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,故A装置中应预先加入的试剂为铁屑;发生反应的离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑。(2)实验开始时打开活塞a,A装置中产生的H2沿导管进入B装置,赶走装置中的空气。(3)关闭活塞a,气体不能逸出,A装置中压强增大,使A装置中的液体通过导管进入B装置,FeSO4与NaOH反应产生Fe(OH)2白色沉淀。(4)实验完毕,拔去B装置的橡胶塞,空气进入B装置,O2、H2O与Fe(OH)2发生反应,使Fe(OH)2转化为Fe(OH)3红褐色沉淀,化学方程式为4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3。(5)要较长时间地观察到Fe(OH)2,就需要防止Fe(OH)2被氧气氧化,需要隔绝空气,或者将空气除去。①装置用稀H2SO4与Fe反应产生的H2赶走装置中的空气;②装置与①装置原理相似,只不过在两个试管中进行;③装置没有隔绝空气;④装置中胶头滴管插入液面以下,且有苯在上层隔离空气;故①②④装置都能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀。
10.C Fe和氧气点燃条件下发生化合反应生成Fe3O4,不符合题意;铁与氯气点燃条件下发生化合反应生成氯化铁,不符合题意;FeCl2和可溶性碱发生复分解反应得到Fe(OH)2和盐,符合题意;在水溶液中FeCl3和铁发生化合反应生成FeCl2,不符合题意。
11.A 加入氯化铁溶液,生成KCl,引入新杂质,故A错误;铁与CuSO4反应可置换出铜,然后过滤,可除去杂质,故B正确;碳酸钙不溶于水,CaCl2可溶于水,可用过滤的方法提纯,故C正确;二氧化碳与氢氧化钠溶液反应,可除去杂质,干燥后得到纯净的氢气,故D正确。
12.C 铁与水蒸气高温条件下反应时,生成Fe3O4,故A错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速反应生成黑色晶体Fe3O4,故B错误;由题图可知高铁酸钠中的Fe元素为+6价,易得到电子,具有强氧化性,可用于消毒,故C正确;Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3,而Fe(OH)3难溶于水,与水也不反应,故D错误。
13.答案 (1)Cl2 FeCl2 (2)Fe+2H+ Fe2++H2↑ (3)2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-
解析 (1)黄绿色气体单质B为Cl2,B与固体单质A反应生成D,而D溶液为棕黄色,可知A为Fe、D为FeCl3;C为无色气体单质,与氯气反应生成E,而Fe与E溶液反应生成C与F,可知C为H2、E为HCl、F为FeCl2。(2)反应③为Fe和盐酸的反应,反应的离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑。(3)反应④为FeCl2和Cl2的反应,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-。
14.答案 (1)Fe3+ 取少量滤液于试管中,滴加少量酸性KMnO4溶液,若溶液紫红色褪去,则滤液中存在Fe2+ (2)将Fe2+氧化为Fe3+ (3)Fe3++3OH- Fe(OH)3↓ (4)洗涤 (5)0.07a
解析 由流程图可知,该实验原理为将药品研细后溶于稀硫酸,使药品中的铁元素溶出,随后用H2O2将Fe2+全部氧化为Fe3+,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,再转化为氧化铁,通过测定氧化铁的质量,计算补血剂中铁元素的含量。
(1)向步骤①的滤液中滴加KSCN溶液后变为红色,据此可知该滤液中一定含有Fe3+;在此滤液中(有Fe3+存在)进一步检验是否还存在Fe2+,可用酸性高锰酸钾溶液。取一定量滤液,滴加少量酸性KMnO4溶液,溶液紫红色褪去可知滤液中还存在Fe2+。(2)根据分析,可知H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+。(3)步骤③是将Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,反应的离子方程式为Fe3++3OH- Fe(OH)3↓。(4)步骤④中一系列操作是为了将氢氧化铁悬浊液最终转化为氧化铁,需要过滤,洗涤氢氧化铁,然后灼烧生成氧化铁,冷却至室温后称量氧化铁的质量。(5)a g氧化铁中铁元素的质量即为10片补血剂中铁元素的质量,每片补血剂含铁元素的质量为ag160 g/mol×2×56 g/mol10=0.07a g。
能力提升练
1.D
5.D
6.A
1.D 稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁,A正确;Fe2+容易被氧气氧化,因此通入N2的目的是防止空气中的氧气氧化Fe2+,B正确;利用H2O2的氧化性,把部分Fe2+氧化成Fe3+,涉及反应:2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O,C正确;Fe3O4可视作FeO·Fe2O3,因此溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为1∶2,D错误。
2.答案 (1)①Na2O2 Na2FeO4和O2 ②5 (2)2 3 4 2 3 5 (3)> (4)FeCl3+3H2O Fe(OH)3(胶体)+3HCl
解析 (1)①2FeSO4+6Na2O2 2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑中,由化合价的变化可知氧化剂是Na2O2,氧化产物是Na2FeO4和O2。②化学方程式中Fe元素的化合价由+2价升高到+6价,O元素的化合价由-1价升高到0价,所以生成1 mol Na2FeO4,转移5 mol电子。(2)根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2FeO42-+3Cl-+5H2O。(3)取少量K2FeO4溶液,滴加盐酸,有Cl2产生,氧化剂为K2FeO4,氧化产物为Cl2,所以氧化性为K2FeO4>Cl2。(4)实验室制备Fe(OH)3胶体是在煮沸的蒸馏水中加入饱和氯化铁溶液,反应的化学方程式为FeCl3+3H2O Fe(OH)3(胶体)+3HCl。
3.答案 (1)Fe2O3 Fe(OH)2
(2)FeO+H2SO4 FeSO4+H2O
(3)Zn+Fe2+ Zn2++Fe 2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-(答案合理即可)
(4)FeCl3 Na2S 2Fe3++3S2- Fe2S3↓ 2Fe3++S2- 2Fe2++S↓(或2Fe3++3S2- 2FeS↓+S↓)
解析 (1)由图可知X、Y中Fe元素的化合价分别为+3价、+2价,则X的化学式为Fe2O3,Y的化学式为Fe(OH)2。(2)FeO与稀硫酸反应的化学方程式为FeO+H2SO4 FeSO4+H2O。(3)FeCl2既有氧化性又有还原性,在反应Zn+Fe2+ Zn2++Fe中,Fe2+表现氧化性;在反应2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-中,Fe2+表现还原性。(4)猜测Fe3+可以与S2-发生反应,可以通过FeCl3和Na2S反应来验证,可能发生的反应为2Fe3++3S2- Fe2S3↓、2Fe3++S2- 2Fe2++S↓或2Fe3++3S2- 2FeS↓+
S↓。
4.答案 (1)取少量酸溶后所得溶液于试管中,滴加少量酸性KMnO4溶液,紫红色褪去,则含有Fe2+ (2)2.5 (3)Cl2+2NaOH NaCl+NaClO+H2O (4)+6 223.5
解析 (1)Fe2+具有还原性,证明含Fe2+的方法:取少量酸溶后所得溶液于试管中,滴加少量酸性KMnO4溶液,紫红色褪去,则含有Fe2+。(2)氧化Ⅰ过程中H2O2做氧化剂,氧元素的化合价从-1价降低到-2价,设被还原的H2O2的物质的量为x mol,转移的电子的物质的量为5 mol,则2x=5,解得x=2.5。(3)Cl2与NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,化学方程式为Cl2+2NaOH NaCl+NaClO+H2O。(4)Na2FeO4中各元素的化合价之和等于0,设铁元素的化合价为x,(+1)×2+x+(-2)×4=0,解得x=+6,铁元素的化合价为+6价;Na2FeO4的还原产物中铁元素的化合价为+3价,
2 mol Na2FeO4得电子的物质的量为6 mol;NaClO的还原产物中氯元素的化合价为-1价,1 mol NaClO得电子的物质的量为2 mol;则2 mol Na2FeO4氧化消毒能力相当于3 mol NaClO氧化消毒能力,NaClO的质量为3 mol×74.5 g/mol=223.5 g。
5.D 设原混合物中含有x mol Fe2O3,y mol Fe,则
Fe2O3+6HCl 2FeCl3+3H2O
x 2x
2FeCl3+Fe 3FeCl2
2x x 3x
Fe+2HCl FeCl2+H2↑
y-x y-x y-x
[3x+(y-x)]∶(y-x)=3∶1,则x∶y=2∶5,故选D。
6. A 混合物与盐酸反应后,盐酸有剩余,则滤渣中没有Fe,只有Cu;滤液中含有剩余的HCl及FeCl2,根据原子守恒:n总(HCl)=n剩余(HCl)+2n(FeCl2),即0.1 L×
4.4 mol/L=0.32 L×0.25 mol/L+2n(FeCl2),解得n(FeCl2)=0.18 mol;n(CuO)=n(Cu)=1.28 g64 g/mol=0.02 mol,n(H2)=0.896 L22.4 L/mol=0.04 mol;设原混合粉末中Fe为x mol,Fe2O3为y mol,由原子守恒,可得x+2y=0.18,根据得失电子守恒,可得2x=2y+2×0.02+2×0.04,联立方程,解得:x=0.1,y=0.04;原混合粉末中单质铁的质量为56 g/mol×0.1 mol=5.6 g。
7.答案 (1)2.24 (2)1.00
解析 混合物与盐酸恰好完全反应,所得溶液中加入KSCN溶液,无红色出现,说明溶液中的溶质为FeCl2,发生反应:Fe+2H+ Fe2++H2↑、Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+ 3Fe2+。
(1)生成氢气物质的量为0.672 L22.4 L·mol-1=0.03 mol,设原混合物中Fe和Fe2O3的物质的量分别为x mol、y mol,则:
Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O
y mol 2y mol
Fe + 2Fe3+ 3Fe2+
y mol 2y mol
Fe+2H+ Fe2++H2↑
(x-y)mol (x-y)mol
根据题意得x-y=0.0356x+160y=3.84,解得x=0.04,y=0.01。
所以m(Fe)=0.04 mol×56 g·mol-1=2.24 g。
(2)参与反应的n(HCl)=2n(FeCl2)=2[n(Fe)+2n(Fe2O3)]=2×(0.04 mol+2×0.01 mol)=0.12 mol,c(HCl)=0.12mol0.12 L=1.00 mol·L-1。
8.答案 Ⅰ.4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
Ⅱ.(1)①还原性、酸性 ②2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2FeO42-+3Cl-+5H2O
(2)K2FeO4在酸性溶液中快速产生O2,自身转化为Fe3+
(3)①4 20 3 4 10H2O ②79.2%
解析 Ⅰ.Fe(OH)2不稳定,容易被O2氧化,根据原子守恒和得失电子守恒,可得其被氧化的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。
Ⅱ.(1)①在装置A中,KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2,发生的化学反应为2KMnO4+16HCl(浓) 2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。在该反应中HCl显示出来的性质为还原性和酸性。②在C装置中KClO与Fe(OH)3在碱性环境中反应产生K2FeO4,该反应的离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2FeO42-+3Cl-+5H2O。
(2)取少量溶液a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色,说明溶液a中含有Fe3+,该离子的产生可能是由K2FeO4被Cl-还原而形成的,也可能是在酸性溶液中K2FeO4快速反应产生O2,其自身转化为Fe3+。
(3)①根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒,配平该反应的离子方程式:4FeO42-+20H+ 3O2↑+4Fe3++10H2O。②标准状况下,0.672 L O2的物质的量是0.672 L22.4 L/mol=0.03 mol,根据①中配平的离子方程式可知:4 mol K2FeO4反应会产生
3 mol O2,则反应产生0.03 mol O2时消耗K2FeO4的物质的量是0.04 mol,其质量是0.04 mol×198 g/mol=7.92 g,故样品中高铁酸钾的质量分数为7.92 g10 g×100%=79.2%。
9.答案 Ⅰ.(1)Fe2++2OH- Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 (2)酸性KMnO4溶液褪色 (3)加入KSCN溶液后无明显现象,加入氯水后溶液变红色 Cl2+2Fe2+ 2Cl-+2Fe3+
Ⅱ.(4)糖浆中含有其他还原性物质 (5)酸性高锰酸钾溶液褪色说明被还原,葡萄糖酸亚铁糖浆中除了有Fe2+,还有其他还原性物质,因此褪色不一定是高锰酸钾与Fe2+反应
解析 Ⅰ.(1)若糖浆中含有Fe2+,滴加NaOH溶液后,产生白色沉淀,逐渐变为灰绿色,最终变为红褐色,产生白色沉淀的离子方程式为Fe2++2OH- Fe(OH)2↓,最终变为红褐色的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。
(2)Fe2+具有还原性,向含有Fe2+的糖浆中滴加酸性KMnO4溶液,酸性高锰酸钾溶液褪色。
(3)向含有Fe2+的糖浆中加入KSCN溶液后无明显现象,加入氯水后,Fe2+被氧化为Fe3+,所以溶液变红色,反应中氯水参与反应的离子方程式是Cl2+2Fe2+ 2Cl-+2Fe3+。
Ⅱ.(4)向葡萄糖酸亚铁糖浆中滴加NaOH溶液后,产生灰绿色浑浊,长时间不变红褐色,说明糖浆中含有其他还原性物质,抗氧化;加入过量的氯水,氯水把还原性物质氧化,所以最终溶液变成红色。
(5)酸性高锰酸钾溶液褪色说明被还原,葡萄糖酸亚铁糖浆中除了有Fe2+,还有其他还原性物质,因此褪色不一定是高锰酸钾与Fe2+反应。
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