高考化学一轮复习第3章金属及其重要化合物第2讲铁及其重要化合物集训含解析

第2讲 铁及其重要化合物

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

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”指的是(　　)

A．Fe B．FeCl3

C．FeO D．Fe2O3

解析：选D。铁在空气中容易发生吸氧腐蚀，根据题意“舶上铁丝，……日久起销”，说明销是铁锈，铁锈的主要成分为Fe2O3，D项正确。

2．(2021·广元一中模拟)在给定条件下，下列物质间的转化不能实现的是(　　)

A．FeFeCl3 B．FeFeSO4

C．FeFe3O4 D．FeFeCl2

解析：选B。Fe和Cl2反应生成FeCl3：2Fe＋3Cl22FeCl3，物质间的转化能实现，故A不符合；常温下Fe在浓硫酸中发生钝化，不能继续反应，物质间的转化不能实现，故B符合；Fe和H2O(g)在高温下发生反应生成Fe3O4和H2：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，物质间的转化能实现，故C不符合；Fe和FeCl3溶液反应生成FeCl2：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，物质间的转化能实现，故D不符合。

3．铁及其化合物是中学化学中的一类重要物质，下列关于铁元素的叙述中正确的是(　　)

A．保存FeCl2溶液常常加一些铁粉，其目的是抑制Fe2＋水解

B．在25 ℃时，pH＝0的溶液中，Al3＋、NH、NO、Fe2＋可以大量共存

C．制备无水AlCl3、FeCl3均可采用将溶液直接蒸干的方法

D．硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

解析：选D。保存FeCl2溶液常常加一些铁粉，其目的是防止Fe2＋被氧化，A项不正确；pH＝0的溶液呈强酸性，Fe2＋、NO、H＋不能大量共存，B项不正确；制备无水AlCl3、FeCl3，若将其溶液直接蒸干，会得到Al(OH)3、Fe(OH)3，C项不正确。

4．(2021·六安一中模拟)下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是(　　)

解析：选C。Cl2与FeCl2反应生成FeCl3，A错误；Fe与FeCl3、CuCl2均反应，B错误；有新的杂质CuSO4生成，D错误。

5．将1.12 g铁粉加入25 mL 2 mol/L的氯化铁溶液中，充分反应后，其结果是(　　)

A．铁粉有剩余，溶液呈浅绿色，Cl－基本保持不变

B．往溶液中滴入无色KSCN溶液，显红色

C．Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为5∶1

D．氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶5

解析：选B。1.12 g铁的物质的量为1.12 g÷56 g/mol＝0.02 mol，25 mL 2 mol/L氯化铁溶液中Fe3＋的物质的量为0.025 L×2 mol/L＝0.05 mol；发生的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，根据比例关系可得，0.02 mol铁完全反应，消耗0.04 mol Fe3＋，生成0.06 mol Fe2＋，Fe3＋剩余0.01 mol，所以溶液中含有Fe3＋的物质的量为0.01 mol，Fe2＋的物质的量为0.06 mol，没有金属铁剩余。A项，铁粉没有剩余，溶液呈浅绿色，Cl－基本保持不变，故A错误；B项，溶液中有剩余的Fe3＋，往溶液中滴入无色KSCN溶液，显红色，故B正确；C项，Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为0.06 mol∶0.01 mol＝6∶1，故C错误；D项，由反应离子方程式可得，氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2，故D错误。

6．下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是(　　)

解析：选A。B项中CO还原Fe2O3得到单质Fe，即使黑色固体中有Fe3O4，其溶于盐酸后产生的Fe3＋与Fe发生反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，加入KSCN溶液也不显红色，错误；C项中NO(H＋)具有强氧化性，而Fe2＋具有还原性，二者发生氧化还原反应，生成Fe3＋，Fe3＋遇KSCN溶液呈红色，无法证明样品是否变质，错误；D项中若原溶液中无Fe2＋而存在Fe3＋，也有此现象，错误。

7．(2021·池州一中模拟)有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 mol·L－1盐酸恰好将其完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，则该样品可能的化学式为(　　)

A．Fe2O3 B．Fe3O4

C．Fe4O5 D．Fe5O7

解析：选D。根据反应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 mol×2＝0.05 mol，根据电荷守恒得2n(Fe2＋)＋3n(Fe3＋)＝n(Cl－)，则n(Fe3＋)＝0.2 mol，故 n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05 mol∶0.2 mol＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。

8．(2021·宜春调研)从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下，则下列说法正确的是(　　)

A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸

B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同

C．试剂c是氯气，相应的反应为2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋

D．可用酸性KMnO4溶液检验溶液W中是否还有Fe2＋

解析：选C。试剂a是铁，加入过量的铁，可把铜全部置换出来，并把FeCl3还原为FeCl2，则通过过滤操作Ⅰ得到的滤液X为FeCl2溶液，滤渣Y为铜和过量的铁；由于最终得到的产品是FeCl3晶体，故试剂b是稀盐酸，铜不与稀盐酸反应，铁与稀盐酸反应生成FeCl2，故通过过滤操作Ⅱ可得到铜单质，滤液Z为FeCl2溶液，将两次过滤得到的FeCl2溶液混合并通入氯气，发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋，把FeCl2溶液转化为FeCl3溶液，然后通过操作Ⅲ(蒸发浓缩、冷却结晶，并过滤)便可得到氯化铁晶体，蒸发浓缩与过滤所使用的仪器不可能相同，故A、B错误，C正确；溶液W中有Cl－，酸性KMnO4溶液既可氧化Fe2＋，又可氧化Cl－，故不可用酸性KMnO4溶液检验溶液W中是否还有Fe2＋，D错误。

二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。

9．(2021·海口高三模拟)某同学用含有铁锈(Fe2O3)的废铁屑来制取氯化铁晶体，实验装置如图所示(夹持装置略，气密性已检验)，下列推断不合理的是(　　)

A．B中收集到的气体是氧气

B．烧杯中双氧水的作用是将Fe2＋还原为Fe3＋

C．A中的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁

D．反应完后，烧杯中的溶液在氯化氢气氛下，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到氯化铁晶体

解析：选AB。铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，所以B中收集到的气体是氢气，A项错误；双氧水具有氧化性，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，B项错误；氧化铁为碱性氧化物，可与盐酸反应生成氯化铁和水，C项正确；因铁离子易水解，故FeCl3溶液应在氯化氢气氛下，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到氯化铁晶体，D项正确。

10．(2021·东营高三质检)通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验操作与现象的解释正确的是(　　)

解析：选D。A项中Fe3＋将I－氧化为I2，淀粉遇碘变蓝；B项中红棕色的斑点是Fe2O3；C项中铁与稀硝酸反应产生的气体为NO。

11．(2021·聊城高三模拟)向含有1 mol HNO3和1 mol 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为Fe3＋

B．n1＝0.75

C．P点时，n(Fe3＋)＝0.562 5 mol

D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解14.4 g

解析：选C。该反应可以看作两步：①Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O，硝酸根离子过量，氢离子不足；②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，铁过量。a为Fe3＋，A正确；溶液中共有3 mol H＋参加反应，消耗铁0.75 mol，B正确；P点时，n(Fe2＋)＝n(Fe3＋)，二者均为0.45 mol，C错误；剩余0.45 mol Fe3＋，最多可消耗0.225 mol(14.4 g)铜，D正确。

12．(2021·烟台联考)常温时，将0.1 mol Fe(NO3)3和2 mol HCl溶于水得2 L混合溶液，然后向该溶液投入m g铁粉使其充分反应后，滴加KSCN溶液不变红色。下列有关说法正确的是(　　)

A．由于氧化性Fe3＋>H＋，首先发生的反应是Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋

B．当加入16.8 g铁粉时，可生成标准状况下6.72 L气体

C．在铁粉充分反应后的溶液中，铁元素以Fe2＋和Fe3＋的形式存在

D．m≥28，反应过程中溶液的质量一直在增大

解析：选BD。酸性条件下，NO有强氧化性，因此首先发生反应：Fe＋NO＋4H＋===NO↑＋Fe3＋＋2H2O，NO不足，然后发生反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，最后发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，A错误；当加入16.8 g(0.3 mol)铁粉时，恰好发生上述第一个反应，此时消耗1.2 mol H＋，生成标准状况下6.72 L NO气体，B正确；滴加KSCN溶液不变红色，说明溶液中不含Fe3＋，C错误；当恰好第二个反应结束时，根据离子方程式计算至少消耗铁16.8 g＋(0.1＋0.3) mol××56 g/mol＝28 g，反应过程中溶液的质量一直在增大，D正确。

三、非选择题

13．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 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 mL FeCl2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 KI溶液，加入6 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于三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和实验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)。

解析：(1)Fe2＋具有还原性，FeCl2溶液易被氧化而变质，配制FeCl2溶液时加入少量铁屑，目的是防止Fe2＋被氧化。(2)溶液变红，说明有Fe3＋生成，则FeCl2溶液与氯水反应生成FeCl3，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(3)甲组实验中，FeCl2易被空气中的O2氧化生成FeCl3，因此实验不够严谨。煤油的密度比水小，加入煤油，可以起到隔绝空气的作用，从而排除氧气对实验的影响。(4)实验②中K3[Fe(CN)6]溶液的作用是检验Fe2＋；根据实验①，CCl4层显紫色，说明有I2生成，根据实验②，生成蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成，根据实验③，溶液变红，说明有Fe3＋剩余，在I－过量的情况下，溶液中仍含有Fe3＋，由此可以证明该反应为可逆反应。(5)溶液变为棕黄色，说明生成了Fe3＋，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；溶液中有气泡出现，说明H2O2在Fe3＋的催化作用下发生了分解反应，生成了O2；随后生成红褐色沉淀，则沉淀为 Fe(OH)3，H2O2分解放出热量，使Fe3＋的水解平衡Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋向正反应方向不断移动，因此得到Fe(OH)3 沉淀。

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)2Fe2＋＋H2O2＋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

14．(2021·镇江一中模拟)Fe2O3具有广泛的用途。甲同学阅读有关资料得知在高温下煅烧FeCO3可以得到Fe2O3。为了进一步验证此结论，他做了如下实验：

由此甲同学得出结论：4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2。

(1)写出实验步骤Ⅲ中发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)乙同学提出了不同的看法：煅烧产物可能是Fe3O4，因为Fe3O4也可以溶于稀硫酸，且所得溶液中也含有Fe3＋。于是乙同学对甲同学的实验步骤Ⅲ进行了补充改进：检验实验步骤Ⅱ所得溶液中是否含有Fe2＋。他需要选择的试剂是________(填字母)。

a．NaOH溶液

b．新制氯水和KSCN溶液

c．K3[Fe(CN)6]溶液

(3)丙同学认为即使得到了乙同学预期的实验现象，也不能确定煅烧产物的成分，你认为丙同学持此看法的理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)丙同学进一步查阅资料得知煅烧FeCO3的产物中的确含有＋2价铁元素。于是他设计了另一种由FeCO3制取Fe2O3的方法：先向FeCO3中依次加入(或通入)稀硫酸、____________(填试剂名称)和氨水；再__________(填操作名称)、洗涤、灼烧，即可得到Fe2O3。

解析：(1)溶液变红说明溶液中生成了Fe(SCN)3。(2)Fe2＋用K3[Fe(CN)6]来检验，反应现象为生成蓝色沉淀，c项正确。(4)FeCO3和Fe2O3中铁元素的价态分别是＋2价和＋3价，所以需要加入氧化剂，如加入H2O2溶液或氯水，或通入Cl2等将Fe2＋氧化成Fe3＋，加入氨水后生成Fe(OH)3沉淀，经过滤、洗涤、灼烧可得到Fe2O3。

答案：(1)Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3　(2)c

(3)产物也可以是FeO和Fe2O3(或Fe3O4和FeO；Fe3O4和Fe2O3；FeO、Fe3O4和Fe2O3)的混合物

(4)过氧化氢溶液(或氯水或氯气)　过滤

15．某实验小组在实验室利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。

(一)制备硫酸亚铁溶液

(1)步骤①加入稀硫酸的目的是________________________________________________________________________。

(2)步骤②加入还原铁粉后观察到的现象是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(二)制备氢氧化亚铁

(3)选择上图中的装置制备氢氧化亚铁，连接顺序为________________(按气流方向，用装置字母表示)。反应结束后继续通入一段时间的N2，目的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)装置B中发生反应的离子方程式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

装置C的作用是________________。

(三)探究思考

反应后将装置B中固体过滤时白色沉淀会逐渐转变为灰绿色。在查阅不同资料后，有同学认为灰绿色物质是Fe(OH)2被空气中的氧气氧化后生成的Fe3(OH)8。

(5)Fe3(OH)8中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝________，用氧化物的形式表示可写成____________________。

(6)设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(一)向硫酸铁晶体中加入除氧蒸馏水和稀硫酸，再加入过量的还原铁粉，将Fe3＋还原成Fe2＋，得到硫酸亚铁溶液。(1)步骤①加入稀硫酸的目的是抑制Fe3＋的水解。(2)步骤②加入还原铁粉后，铁粉和Fe3＋、酸反应，铁粉过量，观察到的现象是铁粉部分溶解、有无色气体生成、溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色。(二)制备氢氧化亚铁的原理是将氨气通入硫酸亚铁溶液中，此过程的关键是隔绝空气。(3)制备氢氧化亚铁的装置中，装置A的作用是将浓氨水滴到生石灰上，放出氨气，氮气的作用是将装置中的空气全部排出，装置B的作用是氨气和硫酸亚铁溶液反应产生氢氧化亚铁，装置C的作用是作为安全瓶，防倒吸，装置D的作用是吸收尾气。故装置连接顺序为A→C→B→D；反应结束后继续通入一段时间的N2，目的是排尽装置中残留的氨气，防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气。(4)装置B中发生反应的离子方程式是Fe2＋＋2NH3 ＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH，装置C在装置A和装置B之间，故装置C的作用是作为安全瓶，防倒吸。(三)(5)Fe3(OH)8中，3个Fe带8个正电荷，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1∶2，用氧化物的形式表示可写成FeO·Fe2O3·4H2O。(6)要证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8，即要证明此物质中既有Fe2＋又有Fe3＋，Fe2＋用K3[Fe(CN)6]溶液检验，Fe3＋用KSCN溶液检验，故实验方案为取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8。

答案：(一)(1)抑制Fe3＋的水解

(2)铁粉部分溶解、有无色气体生成、溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色

(二)(3)A→C→B→D　防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气

(4)Fe2＋＋2NH3 ＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH　作为安全瓶，防倒吸

(三)(5)1∶2　FeO·Fe2O3·4H2O

(6)取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8