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高考化学一轮复习教案第3章第3讲 铁及其重要化合物（含解析）
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第3课时 必备知识——铁及其重要化合物
知识清单
[重要物质]①铁；②铁的氧化物(FeO、Fe2O3和Fe3O4)；③铁的氢氧化物[Fe(OH)2和Fe(OH)3]；④铁盐和亚铁盐
[基本规律]①“铁三角”之间的转化规律；②Fe2＋和Fe3＋的检验方法
知识点1 铁的氧化物和氢氧化物
1．铁的存在及性质
(1)铁的存在
(2)铁的物理性质
颜色状态
导电、导热
性、延展性
特性
地壳含量
银白色固体
良好
被磁铁吸引
占第4位
(3)从原子结构角度认识铁的化学性质
铁元素在元素周期表中处于第四周期第Ⅷ族，其原子结构示意图为，最外层有2个电子，在反应中易失去电子，故铁单质的化学性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。
①与非金属的反应
与O2反应
常温
铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)
点燃
3Fe＋2O2Fe3O4
与Cl2反应
点燃
2Fe＋3Cl22FeCl3
与S、I2反应
Fe＋SFeS、Fe＋I2FeI2
②与H2O(g)反应：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
③与酸的反应
与H＋反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
与稀
HNO3
反应
过量
Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
少量
3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O
与浓H2SO4、
浓HNO3反应
常温下钝化，加热分别生成SO2、NO2
④与盐(Cu2＋、Fe3＋)的反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。
铁是变价金属元素，与弱氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2＋，铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等)反应时被氧化为Fe3＋。
2．列表比较铁的三种氧化物的性质
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
——
铁红
磁性氧化铁
颜色、
状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
物质类别
碱性氧化物
不是碱性
氧化物
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价，＋3价
与H＋
的反应
(写离子
方程式)
FeO＋2H＋===
Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===
2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋
===Fe2＋＋
2Fe3＋＋4H2O
共同
性质
高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，生成单质铁
①FeO和Fe3O4与HNO3反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋被HNO3氧化成Fe3＋。②Fe2O3、Fe3O4与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。
3．列表比较铁的两种氢氧化物的性质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
溶解性
难溶于水
难溶于水
与盐酸反应
(写离子
方程式)
Fe(OH)2＋2H＋
===_Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===
Fe3＋＋3H2O
热稳定性
2Fe(OH)3
Fe2O3＋3H2O
制备方法
可溶性亚铁盐与碱
反应：Fe2＋＋2OH－
===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱反应：
Fe3＋＋3OH－
===Fe(OH)3↓
二者的转化
在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
①Fe(OH)2与稀硝酸反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋与NO、H＋发生氧化还原反应。② Fe(OH)3与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)(2019·海南卷)Fe3O4和Pb3O4中的金属都呈现两种价态(√)
(2)(2019·天津卷)将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2(√)
(3)(2019·江苏卷)稀硫酸具有酸性，可用于除去铁锈(√)
(4)(2018·江苏卷)在给定条件下，能实现转化关系：Fe2O3(s)Fe(s)FeCl3(aq)(×)
(5)(2018·北京卷)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，观察到产生白色沉淀，随后变为红褐色(√)
[通关2] (人教必修1·P70，2题改编)把铁片放入下列溶液中，发生化学反应且溶液的质量减小的是( )
A．稀盐酸 B．CuCl2溶液
C．FeCl3溶液 D．Na2SO4溶液
B [铁与稀盐酸发生反应：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，消耗1 mol Fe生成1 mol H2，溶液质量增重54 g，A项错误；铁与CuCl2溶液发生反应：Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu，消耗1 mol Fe析出1 mol Cu，溶液质量减轻8 g，B项正确；铁与FeCl3溶液发生反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2，消耗1 mol Fe，溶液质量增加56 g，C项错误；铁与Na2SO4溶液不发生反应，D项错误。]
[通关3] (新教材链接)(人教必修第一册·P72，3题改编)下列物质中，在一定条件下与铁反应，且铁元素的化合价能变为＋2价的是( )
①氯化铁溶液 ②氯气 ③硫酸铜溶液 ④稀盐酸 ⑤稀硝酸
A．①②③ B．②③④
C．③④⑤ D．①③④⑤
D [FeCl3溶液与Fe反应生成FeCl2，①正确；铁与氯气反应生成FeCl3，②错误；CuSO4溶液与Fe发生置换反应，生成FeSO4和Cu，③正确；铁与稀盐酸反应生成FeCl2和H2，④正确；足量铁与稀硝酸反应生成Fe(NO3)2，⑤正确。]
[通关4] (2021·湖南郴州检测)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。对下列实验事实的解释正确的是( )
选项
操作、现象
解释
A
向KI淀粉溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝
Fe3＋能与淀粉发生显色反应
B
把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C
向稀硝酸中加入少量铁粉，有气泡产生
说明Fe置换出硝酸中的氢，生成了氢气
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色
说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
D [Fe3＋将I－氧化生成I2，淀粉遇到I2显蓝色，并非Fe3＋能与淀粉发生显色反应，A项错误；铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O，不是Fe(OH)3，B项错误；稀硝酸具有强氧化性，与铁粉反应生成NO，不产生H2，C项错误；Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3，故新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质最终变成了红褐色，D项正确。]
[通关5] (2021·山东实验中学检测)如下图所示，此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的药品是________。A中反应的离子方程式是_____________________________________________。
(2)实验开始时先将止水夹a____________(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程_____________________________________________。
(4)实验完毕，打开b处止水夹，放入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为__________。
解析 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
答案 (1)铁屑 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)打开
(3)待A装置反应一段时间后关闭止水夹a，产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
知识点2 亚铁盐和铁盐 “铁三角”之间的转化关系
1．亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐
含有Fe2＋的溶液，呈浅绿色，既有氧化性，又有还原性。
①氧化性：Fe2＋与Zn反应的离子方程式为Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。
②还原性：Fe2＋与Cl2反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(2)铁盐
①氧化性：含Fe3＋的溶液，呈黄色，Fe3＋具有较强的氧化性。Fe3＋与Cu、I－反应的离子方程式分别为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋、2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。
②特性：含有Fe3＋的溶液滴加KSCN溶液时，溶液变成血红色，常利用该特征现象检验溶液中是否含有Fe3＋。
2．Fe2＋、Fe3＋的检验方法
(1)Fe3＋的检验
方法1
样品溶液溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法2
样品溶液产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
(2)Fe2＋的检验
方法1
样品溶液无现象溶液变红色，证明含有Fe2＋
方法2
样品溶液产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明含有Fe2＋
方法3
样品溶液生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
①检验Fe2＋时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN－)。②Fe2＋、Cl－同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2＋(Cl－能还原MnO生成Mn2＋而使溶液褪色，产生干扰)。
3．“铁三角”之间的转化关系及其应用
(1)“铁三角”的转化关系
完成下列转化反应的离子方程式：
①将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋。
②将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液，溶液变蓝：2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。
③FeCl3可溶解铁片：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
④FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色：5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。
⑤将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中，有无色气体放出：3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(2)“铁三角”转化关系的应用
①判断溶液中离子能否大量共存
Fe2＋具有还原性，与ClO－、MnO、NO(H＋)等离子不能大量共存。
Fe3＋具有氧化性，与S2－、I－、SO等还原性离子不能大量共存；Fe3＋与HCO、CO等离子发生相互促进的水解反应而不能大量共存。
②亚铁盐和铁盐溶液的配制与保存
③物质的制备
制备无水FeCl3：在HCl气流中加热蒸发FeCl3溶液，抑制其水解。
制备Fe(OH)3胶体：向沸水中滴加饱和FeCl3溶液，继续煮沸至液体呈红褐色，停止加热即可。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)(2020·天津卷)FeSO4溶液与溴水反应：2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－(√)
(2)(2019·全国卷Ⅱ)向盛有FeCl3溶液的试管中加过量铁粉，充分振荡后加1滴KSCN溶液，黄色逐渐消失，加KSCN后溶液颜色不变(√)
(3)(2019·北京卷)除去FeCl2溶液中的FeCl3，除杂试剂为铁粉(√)
(4)(2018·全国卷Ⅱ)探究维生素C的还原性：向盛有2 mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液，观察颜色变化(√)
(5)(2018·江苏卷)Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2(√)
[通关2] (人教必修1·P63，2题改编)为了检验某FeCl2溶液中是否含有FeCl3，下列实验方案中最合理的是( )
A．加入适量铜粉，观察溶液是否变蓝
B．先滴加氯水，再滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红
C．滴加酸性KMnO4溶液，观察溶液是否褪色
D．滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红
D [加入适量铜粉，若溶液中FeCl3含量较低，溶液不会明显变蓝，现象不明显，A项错误；先滴加氯水，可将FeCl2氧化生成FeCl3，滴加KSCN溶液，不能判断是否含有FeCl3，B项错误；Fe2＋、Cl－都能被酸性KMnO4溶液氧化，溶液褪色，不能判断是否含有FeCl3，C项错误；若FeCl2溶液中含有FeCl3，滴加KSCN溶液，溶液变成红色，实验现象最明显，该方案最合理，D项正确。]
[通关3] (2021·江西九江检测)下列离子的检验方法合理的是( )
A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2＋
B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2＋
C．向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋
D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋
C [KSCN溶液不能直接检验Fe2＋的存在，Fe2＋是否存在不确定，检验方法不合理，A项错误；Fe3＋干扰Fe2＋的检验，若原溶液中含有Fe3＋且不含Fe2＋，也会产生相同现象，检验方法不合理，B项错误；Fe3＋与OH－生成红褐色的Fe(OH)3沉淀，检验方法合理，C项正确；Mg(OH)2为白色沉淀，易被红褐色沉淀掩盖，无法确定原溶液中是否含有Mg2＋，检验方法不合理，D项错误。]
[通关4] (新教材链接)(人教必修第一册·P72，2题改编)除去下列物质中含有的少量杂质(括号内为杂质)，写出除杂所用试剂的化学式及反应的离子方程式：
所用试剂
反应的离子方程式
①
FeCl3(FeCl2)
②
FeCl2(FeCl3)
③
FeSO4(CuSO4)
④
Fe(OH)3[Al(OH)3]
答案 ①Cl2 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
②Fe 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
③Fe Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu2＋
④NaOH Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
[通关5] (深度思考)(全国卷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 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－1 KI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)。
解析 (1)Fe2＋具有很强的还原性，易被空气中的O2氧化为Fe3＋，在FeCl2溶液中加入少量铁屑，可防止Fe2＋被氧化。
(2)Fe2＋被氧化为Fe3＋，Cl2被还原为Cl－，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(3)O2难溶于煤油，加入煤油能隔绝空气，排除O2对实验的影响。
(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。K3[Fe(CN)6]是检验Fe2＋的试剂。实验③溶液变红，说明溶液中仍存在Fe3＋，由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。
(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应，Fe2＋被氧化为Fe3＋，H2O2被还原为H2O，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋对H2O2的分解起催化作用，当反应一段时间后，会发生反应：2H2O22H2O＋O2↑，故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热，促使Fe3＋＋3H2O⇌Fe(OH)3＋3H＋平衡右移，最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。
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
训练(十四) 铁及其重要化合物
1．(2021·山东聊城检测)下列说法正确的是( )
A．Fe在高温条件下与水蒸气反应生成H2和Fe(OH)3
B．Fe3O4溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液，溶液显红色
C．FeCl3溶液蒸干、灼烧后得到FeCl3固体
D．FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液中可制备Fe(OH)3胶体
B [Fe与水蒸气发生的反应为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，生成产物是Fe3O4而不是Fe(OH)3，A项错误。Fe3O4与盐酸发生反应为Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O，反应所得混合液中含有Fe3＋，滴加KSCN溶液后，发生反应：Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3，因生成Fe(SCN)3溶液显红色，B项正确。FeCl3易发生水解反应：FeCl3＋3H2O⇌Fe(OH)3＋3HCl，溶液蒸发过程中，水解生成的HCl不断挥发，平衡正向移动，蒸干得到Fe(OH)3固体。Fe(OH)3在高温灼烧时发生分解反应，化学方程式为2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O，最终得到Fe2O3固体，C项错误。FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液发生复分解反应，化学方程式为FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl，生成Fe(OH)3沉淀，得不到Fe(OH)3胶体，D项错误。]
2．(2020·甘肃静宁模拟)下列叙述正确的是( )
A．Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应
B．足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3
C．先后将等物质的量的Fe2O3和Fe分别溶于同一稀盐酸时无气体放出
D．Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化
C [Fe与稀H2SO4反应生成FeSO4和H2，属于置换反应，但与稀HNO3反应生成NO，不是置换反应，A项错误； Fe与Cl2反应只生成FeCl3，不生成FeCl2，B项错误；先后将Fe2O3和Fe分别溶于同一稀盐酸中，由于Fe3＋的氧化性强于H＋，则依次发生反应：Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、2FeCl3＋Fe===3FeCl2，故无气体放出，C项正确； Fe2O3溶于HCl溶于得到FeCl3溶液，由于FeCl3发生水解反应，故加热FeCl3溶液不能得到无水FeCl3，D项错误。]
3．(2021·黑龙江哈尔滨检测)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片段，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
C．肥皂水改为吹泡泡水，收集H2效果更好，点燃效果更明显
D．改进后，悬挂的磁铁能吸引铁粉，实验过程中，我们能看到具支试管中有黑色固体不断落下
D [尿不湿可吸附更多的水，且不易洒出，酒精灯改为双头可增加受热面积及尿不湿的加热温度，从而提供足够的水蒸气，A项正确；具支试管的结构中含支管，冷凝的水可从支管中流出，B项正确；泡泡水易于起泡，收集气体更容易，点燃效果更好，C项正确；磁铁可以吸引单质铁和Fe3O4，D项错误。]
4．(2021·天津滨海新区四校联考)下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是( )
选项
操作和现象
结论或目的
A
向红砖粉末中加入盐酸，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液2～3滴，溶液呈红色
红砖中含
有氧化铁
B
CO还原Fe2O3得到的黑色固体加入盐酸溶解后再加入KSCN溶液，溶液不显红色
黑色固体中没
有Fe3O4
C
取少量Fe(NO3)2试样加水溶解，加稀H2SO4酸化，滴加KSCN溶液，溶液变为红色
该Fe(NO3)2
试样已经变质
D
向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红色
原溶液中
含有Fe2＋
A [CO还原Fe2O3得到单质Fe，即使有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，B项错误；NO＋H＋具有强氧化性，而Fe2＋具有还原性，两者发生氧化还原反应，有Fe3＋生成，遇KSCN溶液呈红色，不能证明样品是否变质，C项错误；若原溶液中不存在Fe2＋，存在Fe3＋，也有此现象，D项错误。]
5．(2021·广东深圳三校联考)某同学用含有铁锈(Fe2O3)的废铁屑来制取氯化铁晶体的装置(省略夹持装置，气密性已检查)如图所示。下列推断不合理的是( )
A．烧杯中H2O2溶液的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋
B．A中存在氧化铁与盐酸反应生成氯化铁的反应
C．B中收集到的气体是氢气
D．向反应后的烧杯中通入少量SO2，则溶液颜色立即由棕黄色变为浅绿色
D [铁单质与盐酸反应只能得到Fe2＋，需要氧化剂将其氧化成Fe3＋，A项正确；氧化铁能够与盐酸发生复分解反应，B项正确；进入导气管中的气体是氢气与氯化氢，排水法收集到的气体是氢气，C项正确；SO2会与Fe3＋发生氧化还原反应生成浅绿色的Fe2＋，但SO2少量，溶液不能立即变色，D项错误。]
6．(2021·河南鹤壁一中检测)硫酸亚铁的用途广泛，可以制备下图所示物质，下列说法错误的是( )
A．Fe4(OH)2(SO4)5属于碱式盐，可用作净水剂
B．与足量NH4HCO3反应的离子方程式为：2HCO＋Fe2＋===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O
C．可用稀硫酸和K3[Fe(CN)6]溶液检验铁红中是否含有FeCO3
D．“冷却结晶”后的操作是过滤，“锻烧”操作的主要仪器有酒精灯、蒸发皿、玻璃棒
D [ Fe4(OH)2(SO4)5电离后的阴离子为OH－和SO，阳离子为Fe3＋，属于碱式盐，其中Fe3＋可水解产生Fe(OH)3的胶体，吸附水中的杂质，可作净水剂，A项正确；FeSO4与足量NH4HCO3反应的离子方程式为：2HCO＋Fe2＋===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O，B项正确；Fe2＋能使K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，用稀硫酸和K3[Fe(CN)6]溶液检验铁红中是否含有FeCO3，若含有，溶液会生成蓝色沉淀，若不含有，则无明显现象，C项正确；“冷却结晶”后的操作是过滤，“煅烧”操作的主要仪器有酒精灯、三脚架、坩埚、泥三角、玻璃棒，D项错误。]
7．(2021·河南郑州一中检测)氯化铁是有机合成中常用的催化剂，下图是模拟化工厂利用工业废铁屑制备催化剂氯化铁的部分装置图，下列相关说法正确的是( )
A．实验室也可以用装置甲制备SO2、C2H4
B．实验过程中，应先让装置乙中的反应进行一段时间后，再开始装置甲中的反应
C．实验过程中应该关闭弹簧夹3，让装置丙中的NaOH溶液充分吸收多余的Cl2
D．反应结束后将三颈烧瓶中的溶液加热浓缩、冷却结晶，可制得氯化铁晶体
B [实验室利用乙醇与浓硫酸在170 ℃下发生消去反应生成乙烯，缺少温度计，A项错误；乙中铁与盐酸反应生成FeCl2，再通入甲中产生的Cl2，将FeCl2氧化为FeCl3，减少尾气的产生，B项正确；实验过程中要打开弹簧夹3，保持与大气相通，防止装置内压强过大，发生事故，C项错误；FeCl3易发生水解反应，加热浓缩会促进其水解，得不到氯化铁晶体，D项错误。]
8．(2021·黑龙江哈尔滨检测)铁粉具有平肝镇心，消痈解毒之功效，主治惊痫、癫狂、脚气冲心、贫血等。某兴趣小组探究用氢气和碳酸亚铁制取铁粉并检验反应产物，实验装置如图。下列说法不正确的是( )
A．通过调节分液漏斗的活塞以控制①中气泡产生快慢
B．装置①的作用是干燥氢气
C．装置②、③中的药品分别是无水硫酸铜、碱石灰
D．加热装置Y前，应先让X反应一段时间，排除装置中的空气
C [通过控制滴加稀硫酸的速率，控制①中气泡产生的快慢，A项正确；①中盛有浓硫酸，用于干燥氢气，B项正确；②中无水硫酸铜用于检验反应产生的水蒸气，③中盛有无水氯化钙，防止澄清石灰水中水蒸气进入装置②，不能用碱石灰，易吸收CO2，影响其检验，C项错误；加热Y前，要先利用产生的氢气排出装置内的空气，防止氢气混入空气，加热时引起爆炸，D项正确。]
9．(2021·江西抚州七校联考)实验室测定氧化物X(FexO)的组成实验如下：
下列有关说法正确的是( )
A．样品X中氧元素的质量分数约为26.3%
B．溶液Y中c(Fe2＋)∶c(Fe3＋)＝2∶1
C．溶液Z中的离子只有Fe3＋和Cl－
D．根据步骤Ⅰ、Ⅱ可判断X的组成为Fe0.75O
A [溶液Y中通入0.01 mol Cl2，发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，则Y中含有0.02 mol Fe2＋，因此X中相当于FeO的质量为0.02 mol×72 g/mol＝1.44 g，相当于Fe2O3的质量为3.04 g－1.44 g＝1.6 g，则有n(Fe2O3)＝0.01 mol，故X可看作2FeO·Fe2O3，可看作Fe0.8O，D项错误。样品Z中氧元素的质量分数为×100%≈26.3%，A项正确；据上述分析可知，溶液Y中c(Fe2＋)∶c(Fe3＋)＝1∶1，B项错误；步骤Ⅰ中加入足量盐酸，故溶液Z中含有Fe3＋、H＋和Cl－，C项错误。]
10．(2021·湖北荆门检测)FeCl3 具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl3 高效，且腐蚀性小。请回答下列问题：
(1)FeCl3 净水的原理是______________________________________________(用文字描述)。FeCl3 溶液腐蚀钢铁设备，除H＋作用外，另一主要原因是(用离子方程式表示)___ _______。
(2)工业上用NaClO3 氧化酸性FeCl2 溶液得到FeCl3 。完成NaClO3 氧化FeCl2 的离子方程式：
ClO＋_____Fe2＋＋________＝_____Cl－＋____ Fe3＋＋________。
(3)通过控制条件，FeCl3 在溶液中水解生成聚合氧化铁，离子方程式为：xFe3＋＋yH2O⇌Fex(OH)＋yH＋。欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号)________。
a．降温 b．加水稀释
c．加入NH4Cl d．加入NH4HCO3
(4)工业上常用FeCl3溶液吸收尾气中的H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解再生FeCl3并回收H2。FeCl3与H2S反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
解析 (1)FeCl3 净水的原理是Fe3＋水解产生的Fe(OH)3胶体，能吸附水中悬浮的杂质。FeCl3具有较强氧化性，可与Fe反应生成FeCl3而腐蚀钢铁设备。
(2)该反应中Cl元素由＋5价降低到－1价，Fe元素由＋2价升高到＋3价，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平可得：ClO＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O。
(3)盐类的水解反应是吸热反应，降低温度，平衡逆向移动，a错误；加水稀释，水解平衡正向移动，b正确；加入NH4Cl，NH与Fe3＋均发生水解反应，相互抑制，使Fe3＋的水解平衡逆向移动，c错误；加入NH4HCO3，H＋与HCO反应生成CO2和H2O，使Fe3＋的水解平衡正向移动，d正确。
(4)FeCl3与H2S发生氧化还原反应生成FeCl2、S和HCl，离子方程式为2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。
答案 (1)Fe3＋水解产生的Fe(OH)3胶体，能吸附水中悬浮的杂质 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
(2)1 6 6H＋ 1 6 3H2O
(3) b、 d
(4)2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋
11．(2021·山西大同检测)γFe2O3在磁性、催化、气敏等方面用途非常广泛，以硫铁矿烧渣(含Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3等)为原料生产γFe2O3的流程如下：
(1)“还原焙烧”时，焦炭的作用是____________________________，起还原作用的主要物质是______(填化学式)。
(2)“浸取”时，为提高铁的浸取率，可采取的措施除粉碎焙烧后的熔体、适当增大硫酸的用量外，还可采取的措施有________________________(任写一条)。
(3)“过滤”前，将溶液的pH调至5～5.5的目的是将Al3＋转化为___________(填化学式)。
(4)“缓慢干燥”生成铁黄的化学方程式为________________________________。
(5)经上述流程制得的γFe2O3中含有少量FeO和Al2O3杂质，某课题小组称取8.138 0 g γFe2O3样品，溶于100 mL 2.00 mol·L－l H2SO4溶液中，完全溶解后加入过量H2O2溶液，然后加入1.00 mol·L－1的NaOH溶液，生成固体的质量与加入NaOH溶液体积的关系如图，则该样品中γFe2O3的百分含量为_______(百分数保留到小数点后两位)。
解析 (1)“还原焙烧”时，焦炭与氧气反应产生CO作还原剂，将Fe2O3还原，故焦炭的作用是燃烧提供热量和产生还原剂，起还原作用的主要物质是CO。
(2)“浸取”时，为提高铁的浸取率，可采取的措施有粉碎焙烧后的熔体、充分搅拌(增大接触面积)、适当增大硫酸的用量、适当延长浸取时间等。
(3)硫铁矿烧渣含Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3等，“过滤”前，将溶液的pH调至5～5.5，为了除去SiO2、CaO、Al2O3等杂质，故应将Al3＋转化为Al(OH)3沉淀。
(4)FeSO4溶液加入氨水后转化为Fe(OH)2，在氧气作用下转化为铁黄(FeOOH)，故“缓慢干燥”生成铁黄的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2 ===4FeOOH＋2H2O。
(5)在样品中加入H2SO4溶液发生的反应为Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O、FeO＋H2SO4===FeSO4＋H2O，再加入过量H2O2溶液将Fe2＋氧化为Fe3＋。由图像可知，O→A为NaOH溶液中和过量H2SO4，A→B为Al3＋、Fe3＋生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，B→C为Al(OH)3的溶解，最后剩余固体为Fe(OH)3。B→C固体质量减少10.909 5 g－10.753 5 g＝0.156 g，即m[Al(OH)3]＝0.156 g，n[Al(OH)3]＝0.002 mol；根据Al元素守恒可知，Al2O3为0.001 mol，其质量为0.078 g。n[Fe(OH)3]＝10.753 5 g/(107g·mol－1)＝0.100 5 mol。
设Fe2O3为a mol，则FeO为(0.100 5－2a)mol，根据反应方程式可得3a＋(0.100 5－2a)mol＝0.150 5 mol，解得a＝0.05 mol，则样品中γFe2O3的百分含量为(0.05 mol×160 g·mol－1)/8.138 0 g×100%≈98.30%。
答案 (1)燃烧提供热量和产生还原剂 CO
(2)充分搅拌(或适当延长浸取时间等其他合理答案)
(3)Al(OH)3
(4)4Fe(OH)2＋O2 ===4FeOOH＋2H2O
(5)98.30%
12．(2021·广西南宁二中检测)碳酸亚铁可用于治疗缺铁性贫血。实验室里先制得硫酸亚铁，后将硫酸亚铁与碳酸氢铵反应制得碳酸亚铁(Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O)。实验装置如下图所示(部分夹持仪器略去)。回答下列问题：
(1)配制溶液所用的蒸馏水必须先除去溶解的氧气，具体方法是________________。
(2)实验过程中，将生成的FeSO4溶液和NH4HCO3溶液混合的操作是______________________。
(3)装置B中的NH4HCO3需过量的原因__________(填字母标号)。
a．除去FeSO4溶液中残留的硫酸
b．Fe2＋充分转化为FeCO3
c．NH4HCO3溶解度比较大
d．NH4HCO3受热分解损失
(4)碳酸亚铁在潮湿的空气中逐渐被氧化生成氢氧化铁和一种气体，反应的化学方程式为___________________________________________________________________________。
(5)NaHCO3与NH4HCO3均可作为Fe2＋的沉淀剂，但更常用NH4HCO3，理由是________________________________________________(写出一点即可)。
(6)设计实验检验制得的产品中是否含Fe2＋：____________________________________。
解析 打开活塞K1、K3，A中稀硫酸和Fe反应生成硫酸亚铁和氢气，关闭K1、K3打开K2，通过气体压强使硫酸亚铁溶液进入B装置，B装置中发生反应Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O，生成的二氧化碳及A中的氢气通过C检验。
(1)氧气在蒸馏水中的溶解度随着温度的升高而降低，所以配制溶液所用的蒸馏水必须先除去溶解的氧气，具体方法是将蒸馏水煮沸后迅速冷却。
(2)关闭K1、K3打开K2，生成的气体使A中压强增大，通过气体压强使硫酸亚铁溶液进入B装置。
(3)NH4HCO3能和稀硫酸反应而除去氢离子，将亚铁离子转化为FeCO3，且NH4HCO3受热易分解，故选取a、b、d。
(4)碳酸亚铁在潮湿的空气中逐渐被氧化生成氢氧化铁和一种气体，根据元素守恒确定生成气体成分为二氧化碳，反应方程式为4FeCO3＋6H2O＋O2===4Fe(OH)3＋4CO2。
(5)NH离子水解生成氢离子，降低溶液的pH，减少副产物氢氧化亚铁生成，且过量时易除去，故选取NH4HCO3。
(6)Fe2＋离子常用铁氰化钾溶液检验，能和铁氰化钾溶液生成特征蓝色沉淀，其检验方法为：取少量样品于试管中，加入铁氰化钾溶液，如果不生成蓝色沉淀，则说明不含Fe2＋离子，否则含有Fe2＋离子。
答案 (1)将蒸馏水煮沸后迅速冷却 (2)关闭K1、K3打开K2 (3)a、b、d
(4)4FeCO3＋6H2O＋O2===4Fe(OH)3＋4CO2
(5)铵根离子水解生成氢离子，降低溶液的pH，减少副产物氢氧化亚铁生成，且过量时易除去
(6)取少量样品于试管中，加入适量的稀硫酸溶解加入铁氰化钾溶液，如果不生成蓝色沉淀，则说明不含亚铁离子，否则含有亚铁离子
13．(2021·辽宁沈阳六校联考)文献记载：HNO3与铁反应能产生H2，某小组进行如下实验。
实验Ⅰ：20 ℃，将过量铁粉溶于0.5 mol·L－1 HNO3中，立即有无色气体生成，充分反应后，溶液几乎无色。
(1)检验气体：方法如下图所示。
确认气体是H2，不含NO。实验证据是_____________________________。
(2)检验溶液：取上层清液，等分两份
①向一份滴加K3[Fe(CN)6]溶液，________________(填现象)，说明含有Fe2＋。
②向另一份加入NaOH溶液，产生灰绿色沉淀；加热至沸，有刺激性气味气体逸出，用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝。综合①、②，说明实验Ⅰ中发生的反应有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，另外还有_____________________________。
(3)对H2产生的原因提出假设：HNO3中H＋ 的氧化性大于NO，验证如下：
实验Ⅱ：将铜粉溶于0.5 mol/L HNO3中。证实假设不成立，实验证据是____________________。
(4)重新假设：H＋ 的还原速率大于NO的还原速率。改变条件重复实验Ⅰ，向2 mL 0.5 mol·L－1 HNO3中加入过量铁粉，结果如下：
实验序号
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
温度
20 ℃
40 ℃
60 ℃
生成H2体积
6.0 mL
3.4 mL
2.6 mL
现象
溶液几
乎无色
溶液略
显黄色
溶液显黄色
经检验，实验Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中，NO的还原产物与实验Ⅰ相同。
① 根据实验现象，能否确定假设成立？____________________________。
② 从反应速率的角度解释温度升高H2体积减少的原因
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5) 改用3 mol/L HNO3与过量铁粉反应，HNO3的还原产物主要是NO。综上所述，有利于金属与硝酸反应生成氢气的条件是______________________。
解析 (1)根据H2、NO的特征性质进行检验，无色气体通入空气中，气体未变成红棕色，说明不含NO。肥皂液中产生大量气泡，点燃肥皂泡，发生爆鸣声，证明气体是H2。
(2)①若溶液中含有Fe2＋，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀。②加入NaOH溶液，产生灰绿色沉淀；加热至沸，有刺激性气味气体逸出，用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝，则该气体的NH3，说明Fe与HNO3反应时，NO被还原生成NH，结合得失电子守恒、原子守恒及电荷守恒写出离子方程式：4Fe＋NO＋10H＋ ===4Fe2＋＋NH＋3H2O。
(3)若HNO3中H＋ 的氧化性大于NO，将铜粉溶于0.5 mol/L HNO3中，由于铜是不活泼金属，NO不发生反应，而实际上反应产生的气体遇空气变成红棕色，溶液变成蓝色，故假设不成立。
(4)根据表中实验现象，不能确定假设成立，其原因是温度升高，H＋、NO的还原速率均增大，NO的还原速率增大的更多， H＋同时被消耗，H＋得电子的机会减少，导致产生H2的体积减少。
(5)改用3 mol/L HNO3与过量铁粉反应，HNO3的还原产物主要是NO，对比表中实验现象得出，硝酸的浓度较低、温度较低有利于金属与硝酸反应生成氢气。
答案 (1)气体遇空气未见红棕色；点燃肥皂泡，发出爆鸣声
(2)① 产生蓝色沉淀 ② 4Fe＋NO＋10H＋ ===4Fe2＋＋NH＋3H2O
(3)没有H2产生，溶液变蓝
(4)①不能确定
②温度升高，H＋、NO的还原速率均增大，NO的还原速率增大的更多， H＋同时被消耗，H＋得电子的机会减少，导致产生H2的体积减少
(5)较低温度、低浓度硝酸
14．(2021·山东日照检测)如图是铁与水蒸气反应的实验装置。在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒(石棉绒是耐高温材料，与水、铁不反应)的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下铁与水蒸气反应的实验。
(1)已知该实验反应的反应方程式为：____Fe＋____H2O(g)____Fe3O4＋____H2(请配平)。
(2)仪器a的名称是________。
(3)某同学为了研究一定时间内铁粉的转化率，设计了如下实验：准确称量一定质量的铁粉进行反应，测量反应后生成气体的体积，计算铁粉的转化率。
①该同学应该先点燃________(填“A”或“B”)处的酒精灯(或酒精喷灯)，测量气体体积不可以选用上图中________(填“甲”“乙”或“丙”)装置。
②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合，然后加热反应一段时间。若测出的气体体积在标准状况下为0.448 L，则铁粉的转化率为________ 。
(4)将硬质玻璃管中反应后的固体混合物全部取出置于烧杯中，加入足量的盐酸溶解并过滤，为探究反应后溶液中可能的阳离子，小林同学进行如下实验，请你将下表补充完整：
步骤
现象
解释(用离子方程式表示)
结论
Ⅰ.取样，滴加KSCN溶液
溶液不变红色
①Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
②____________
Ⅲ.反应后的溶液中阳离子为____________
Ⅱ.取样，滴加NaOH溶液
刚开始无明显现象，一段时间后先出现______色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为________色
①____________
②Fe2＋＋2OH－
===Fe(OH)2↓
③4Fe(OH)2＋2H2O＋O2
===4Fe(OH)3
解析 (3)①高温下铁和水蒸气反应，所以装置A处加热产生水蒸气，再点燃B装置处的酒精灯，甲中导气管位置错误，排水量气不能排除水，不可以测量生成氢气的体积，乙丙都可以利用装置测定生成气体的体积。②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合，然后加热反应一段时间。若测出的气体体积在标准状况下为0.448 L，生成的气体是氢气，物质的量为0.02 mol，依据反应的化学方程式得到反应铁的质量为0.02 mol×＝0.015 mol，质量是0.015 mol×56 g/mol＝0.84 g，则铁粉的转化率为0.84 g/5.6 g×100%＝15%。(4)向反应后的溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变红色，溶液中不存在铁离子，这说明铁过量，生成的铁离子被铁还原生成亚铁离子，离子方程式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；取样，滴加NaOH溶液，刚开始无明显现象，说明盐酸过量，首先发生中和反应，方程式为OH－＋H＋===H2O；根据离子方程式可知有氢氧化亚铁生成，又因为氢氧化亚铁易被氧化，所以实验现象是一段时间后先出现白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，根据以上分析可知反应后的溶液中阳离子为H＋、Fe2＋。
答案 (1)3 4 1 4 (2)干燥管 (3)A 甲 15% (4)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ 白 红褐 OH－＋H＋===H2O H＋、Fe2＋
第3课时 必备知识——铁及其重要化合物
知识清单
[重要物质]①铁；②铁的氧化物(FeO、Fe2O3和Fe3O4)；③铁的氢氧化物[Fe(OH)2和Fe(OH)3]；④铁盐和亚铁盐
[基本规律]①“铁三角”之间的转化规律；②Fe2＋和Fe3＋的检验方法
知识点1 铁的氧化物和氢氧化物
1．铁的存在及性质
(1)铁的存在
(2)铁的物理性质
颜色状态
导电、导热
性、延展性
特性
地壳含量
银白色固体
良好
被磁铁吸引
占第4位
(3)从原子结构角度认识铁的化学性质
铁元素在元素周期表中处于第四周期第Ⅷ族，其原子结构示意图为，最外层有2个电子，在反应中易失去电子，故铁单质的化学性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。
①与非金属的反应
与O2反应
常温
铁锈(成分为Fe2O3·xH2O)
点燃
3Fe＋2O2Fe3O4
与Cl2反应
点燃
2Fe＋3Cl22FeCl3
与S、I2反应
Fe＋SFeS、Fe＋I2FeI2
②与H2O(g)反应：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
③与酸的反应
与H＋反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
与稀
HNO3
反应
过量
Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
少量
3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O
与浓H2SO4、
浓HNO3反应
常温下钝化，加热分别生成SO2、NO2
④与盐(Cu2＋、Fe3＋)的反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。
铁是变价金属元素，与弱氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2＋，铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等)反应时被氧化为Fe3＋。
2．列表比较铁的三种氧化物的性质
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
——
铁红
磁性氧化铁
颜色、
状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
物质类别
碱性氧化物
不是碱性
氧化物
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价，＋3价
与H＋
的反应
(写离子
方程式)
FeO＋2H＋===
Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===
2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋
===Fe2＋＋
2Fe3＋＋4H2O
共同
性质
高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，生成单质铁
①FeO和Fe3O4与HNO3反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋被HNO3氧化成Fe3＋。②Fe2O3、Fe3O4与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。
3．列表比较铁的两种氢氧化物的性质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色、状态
白色固体
红褐色固体
溶解性
难溶于水
难溶于水
与盐酸反应
(写离子
方程式)
Fe(OH)2＋2H＋
===_Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===
Fe3＋＋3H2O
热稳定性
2Fe(OH)3
Fe2O3＋3H2O
制备方法
可溶性亚铁盐与碱
反应：Fe2＋＋2OH－
===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱反应：
Fe3＋＋3OH－
===Fe(OH)3↓
二者的转化
在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
①Fe(OH)2与稀硝酸反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋与NO、H＋发生氧化还原反应。② Fe(OH)3与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)(2019·海南卷)Fe3O4和Pb3O4中的金属都呈现两种价态(√)
(2)(2019·天津卷)将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2(√)
(3)(2019·江苏卷)稀硫酸具有酸性，可用于除去铁锈(√)
(4)(2018·江苏卷)在给定条件下，能实现转化关系：Fe2O3(s)Fe(s)FeCl3(aq)(×)
(5)(2018·北京卷)将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，观察到产生白色沉淀，随后变为红褐色(√)
[通关2] (人教必修1·P70，2题改编)把铁片放入下列溶液中，发生化学反应且溶液的质量减小的是( )
A．稀盐酸 B．CuCl2溶液
C．FeCl3溶液 D．Na2SO4溶液
B [铁与稀盐酸发生反应：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，消耗1 mol Fe生成1 mol H2，溶液质量增重54 g，A项错误；铁与CuCl2溶液发生反应：Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu，消耗1 mol Fe析出1 mol Cu，溶液质量减轻8 g，B项正确；铁与FeCl3溶液发生反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2，消耗1 mol Fe，溶液质量增加56 g，C项错误；铁与Na2SO4溶液不发生反应，D项错误。]
[通关3] (新教材链接)(人教必修第一册·P72，3题改编)下列物质中，在一定条件下与铁反应，且铁元素的化合价能变为＋2价的是( )
①氯化铁溶液 ②氯气 ③硫酸铜溶液 ④稀盐酸 ⑤稀硝酸
A．①②③ B．②③④
C．③④⑤ D．①③④⑤
D [FeCl3溶液与Fe反应生成FeCl2，①正确；铁与氯气反应生成FeCl3，②错误；CuSO4溶液与Fe发生置换反应，生成FeSO4和Cu，③正确；铁与稀盐酸反应生成FeCl2和H2，④正确；足量铁与稀硝酸反应生成Fe(NO3)2，⑤正确。]
[通关4] (2021·湖南郴州检测)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。对下列实验事实的解释正确的是( )
选项
操作、现象
解释
A
向KI淀粉溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝
Fe3＋能与淀粉发生显色反应
B
把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C
向稀硝酸中加入少量铁粉，有气泡产生
说明Fe置换出硝酸中的氢，生成了氢气
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色
说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
D [Fe3＋将I－氧化生成I2，淀粉遇到I2显蓝色，并非Fe3＋能与淀粉发生显色反应，A项错误；铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O，不是Fe(OH)3，B项错误；稀硝酸具有强氧化性，与铁粉反应生成NO，不产生H2，C项错误；Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3，故新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质最终变成了红褐色，D项正确。]
[通关5] (2021·山东实验中学检测)如下图所示，此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的药品是________。A中反应的离子方程式是_____________________________________________。
(2)实验开始时先将止水夹a____________(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程_____________________________________________。
(4)实验完毕，打开b处止水夹，放入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为__________。
解析 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
答案 (1)铁屑 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)打开
(3)待A装置反应一段时间后关闭止水夹a，产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
知识点2 亚铁盐和铁盐 “铁三角”之间的转化关系
1．亚铁盐和铁盐
(1)亚铁盐
含有Fe2＋的溶液，呈浅绿色，既有氧化性，又有还原性。
①氧化性：Fe2＋与Zn反应的离子方程式为Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。
②还原性：Fe2＋与Cl2反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(2)铁盐
①氧化性：含Fe3＋的溶液，呈黄色，Fe3＋具有较强的氧化性。Fe3＋与Cu、I－反应的离子方程式分别为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋、2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。
②特性：含有Fe3＋的溶液滴加KSCN溶液时，溶液变成血红色，常利用该特征现象检验溶液中是否含有Fe3＋。
2．Fe2＋、Fe3＋的检验方法
(1)Fe3＋的检验
方法1
样品溶液溶液变红色，证明含有Fe3＋
方法2
样品溶液产生红褐色沉淀，证明含有Fe3＋
(2)Fe2＋的检验
方法1
样品溶液无现象溶液变红色，证明含有Fe2＋
方法2
样品溶液产生白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，证明含有Fe2＋
方法3
样品溶液生成蓝色沉淀，证明含有Fe2＋
①检验Fe2＋时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN－)。②Fe2＋、Cl－同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2＋(Cl－能还原MnO生成Mn2＋而使溶液褪色，产生干扰)。
3．“铁三角”之间的转化关系及其应用
(1)“铁三角”的转化关系
完成下列转化反应的离子方程式：
①将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋。
②将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液，溶液变蓝：2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。
③FeCl3可溶解铁片：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
④FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色：5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。
⑤将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中，有无色气体放出：3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(2)“铁三角”转化关系的应用
①判断溶液中离子能否大量共存
Fe2＋具有还原性，与ClO－、MnO、NO(H＋)等离子不能大量共存。
Fe3＋具有氧化性，与S2－、I－、SO等还原性离子不能大量共存；Fe3＋与HCO、CO等离子发生相互促进的水解反应而不能大量共存。
②亚铁盐和铁盐溶液的配制与保存
③物质的制备
制备无水FeCl3：在HCl气流中加热蒸发FeCl3溶液，抑制其水解。
制备Fe(OH)3胶体：向沸水中滴加饱和FeCl3溶液，继续煮沸至液体呈红褐色，停止加热即可。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)(2020·天津卷)FeSO4溶液与溴水反应：2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－(√)
(2)(2019·全国卷Ⅱ)向盛有FeCl3溶液的试管中加过量铁粉，充分振荡后加1滴KSCN溶液，黄色逐渐消失，加KSCN后溶液颜色不变(√)
(3)(2019·北京卷)除去FeCl2溶液中的FeCl3，除杂试剂为铁粉(√)
(4)(2018·全国卷Ⅱ)探究维生素C的还原性：向盛有2 mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液，观察颜色变化(√)
(5)(2018·江苏卷)Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2(√)
[通关2] (人教必修1·P63，2题改编)为了检验某FeCl2溶液中是否含有FeCl3，下列实验方案中最合理的是( )
A．加入适量铜粉，观察溶液是否变蓝
B．先滴加氯水，再滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红
C．滴加酸性KMnO4溶液，观察溶液是否褪色
D．滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红
D [加入适量铜粉，若溶液中FeCl3含量较低，溶液不会明显变蓝，现象不明显，A项错误；先滴加氯水，可将FeCl2氧化生成FeCl3，滴加KSCN溶液，不能判断是否含有FeCl3，B项错误；Fe2＋、Cl－都能被酸性KMnO4溶液氧化，溶液褪色，不能判断是否含有FeCl3，C项错误；若FeCl2溶液中含有FeCl3，滴加KSCN溶液，溶液变成红色，实验现象最明显，该方案最合理，D项正确。]
[通关3] (2021·江西九江检测)下列离子的检验方法合理的是( )
A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明不含Fe2＋
B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2＋
C．向某溶液中加入NaOH溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋
D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋
C [KSCN溶液不能直接检验Fe2＋的存在，Fe2＋是否存在不确定，检验方法不合理，A项错误；Fe3＋干扰Fe2＋的检验，若原溶液中含有Fe3＋且不含Fe2＋，也会产生相同现象，检验方法不合理，B项错误；Fe3＋与OH－生成红褐色的Fe(OH)3沉淀，检验方法合理，C项正确；Mg(OH)2为白色沉淀，易被红褐色沉淀掩盖，无法确定原溶液中是否含有Mg2＋，检验方法不合理，D项错误。]
[通关4] (新教材链接)(人教必修第一册·P72，2题改编)除去下列物质中含有的少量杂质(括号内为杂质)，写出除杂所用试剂的化学式及反应的离子方程式：
所用试剂
反应的离子方程式
①
FeCl3(FeCl2)
②
FeCl2(FeCl3)
③
FeSO4(CuSO4)
④
Fe(OH)3[Al(OH)3]
答案 ①Cl2 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
②Fe 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
③Fe Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu2＋
④NaOH Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
[通关5] (深度思考)(全国卷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 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－1 KI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)。
解析 (1)Fe2＋具有很强的还原性，易被空气中的O2氧化为Fe3＋，在FeCl2溶液中加入少量铁屑，可防止Fe2＋被氧化。
(2)Fe2＋被氧化为Fe3＋，Cl2被还原为Cl－，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
(3)O2难溶于煤油，加入煤油能隔绝空气，排除O2对实验的影响。
(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋。K3[Fe(CN)6]是检验Fe2＋的试剂。实验③溶液变红，说明溶液中仍存在Fe3＋，由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。
(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应，Fe2＋被氧化为Fe3＋，H2O2被还原为H2O，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋对H2O2的分解起催化作用，当反应一段时间后，会发生反应：2H2O22H2O＋O2↑，故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热，促使Fe3＋＋3H2O⇌Fe(OH)3＋3H＋平衡右移，最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。
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
训练(十四) 铁及其重要化合物
1．(2021·山东聊城检测)下列说法正确的是( )
A．Fe在高温条件下与水蒸气反应生成H2和Fe(OH)3
B．Fe3O4溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液，溶液显红色
C．FeCl3溶液蒸干、灼烧后得到FeCl3固体
D．FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液中可制备Fe(OH)3胶体
B [Fe与水蒸气发生的反应为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，生成产物是Fe3O4而不是Fe(OH)3，A项错误。Fe3O4与盐酸发生反应为Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O，反应所得混合液中含有Fe3＋，滴加KSCN溶液后，发生反应：Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3，因生成Fe(SCN)3溶液显红色，B项正确。FeCl3易发生水解反应：FeCl3＋3H2O⇌Fe(OH)3＋3HCl，溶液蒸发过程中，水解生成的HCl不断挥发，平衡正向移动，蒸干得到Fe(OH)3固体。Fe(OH)3在高温灼烧时发生分解反应，化学方程式为2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O，最终得到Fe2O3固体，C项错误。FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液发生复分解反应，化学方程式为FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl，生成Fe(OH)3沉淀，得不到Fe(OH)3胶体，D项错误。]
2．(2020·甘肃静宁模拟)下列叙述正确的是( )
A．Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应
B．足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3
C．先后将等物质的量的Fe2O3和Fe分别溶于同一稀盐酸时无气体放出
D．Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化
C [Fe与稀H2SO4反应生成FeSO4和H2，属于置换反应，但与稀HNO3反应生成NO，不是置换反应，A项错误； Fe与Cl2反应只生成FeCl3，不生成FeCl2，B项错误；先后将Fe2O3和Fe分别溶于同一稀盐酸中，由于Fe3＋的氧化性强于H＋，则依次发生反应：Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、2FeCl3＋Fe===3FeCl2，故无气体放出，C项正确； Fe2O3溶于HCl溶于得到FeCl3溶液，由于FeCl3发生水解反应，故加热FeCl3溶液不能得到无水FeCl3，D项错误。]
3．(2021·黑龙江哈尔滨检测)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片段，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
C．肥皂水改为吹泡泡水，收集H2效果更好，点燃效果更明显
D．改进后，悬挂的磁铁能吸引铁粉，实验过程中，我们能看到具支试管中有黑色固体不断落下
D [尿不湿可吸附更多的水，且不易洒出，酒精灯改为双头可增加受热面积及尿不湿的加热温度，从而提供足够的水蒸气，A项正确；具支试管的结构中含支管，冷凝的水可从支管中流出，B项正确；泡泡水易于起泡，收集气体更容易，点燃效果更好，C项正确；磁铁可以吸引单质铁和Fe3O4，D项错误。]
4．(2021·天津滨海新区四校联考)下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是( )
选项
操作和现象
结论或目的
A
向红砖粉末中加入盐酸，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液2～3滴，溶液呈红色
红砖中含
有氧化铁
B
CO还原Fe2O3得到的黑色固体加入盐酸溶解后再加入KSCN溶液，溶液不显红色
黑色固体中没
有Fe3O4
C
取少量Fe(NO3)2试样加水溶解，加稀H2SO4酸化，滴加KSCN溶液，溶液变为红色
该Fe(NO3)2
试样已经变质
D
向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红色
原溶液中
含有Fe2＋
A [CO还原Fe2O3得到单质Fe，即使有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，B项错误；NO＋H＋具有强氧化性，而Fe2＋具有还原性，两者发生氧化还原反应，有Fe3＋生成，遇KSCN溶液呈红色，不能证明样品是否变质，C项错误；若原溶液中不存在Fe2＋，存在Fe3＋，也有此现象，D项错误。]
5．(2021·广东深圳三校联考)某同学用含有铁锈(Fe2O3)的废铁屑来制取氯化铁晶体的装置(省略夹持装置，气密性已检查)如图所示。下列推断不合理的是( )
A．烧杯中H2O2溶液的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋
B．A中存在氧化铁与盐酸反应生成氯化铁的反应
C．B中收集到的气体是氢气
D．向反应后的烧杯中通入少量SO2，则溶液颜色立即由棕黄色变为浅绿色
D [铁单质与盐酸反应只能得到Fe2＋，需要氧化剂将其氧化成Fe3＋，A项正确；氧化铁能够与盐酸发生复分解反应，B项正确；进入导气管中的气体是氢气与氯化氢，排水法收集到的气体是氢气，C项正确；SO2会与Fe3＋发生氧化还原反应生成浅绿色的Fe2＋，但SO2少量，溶液不能立即变色，D项错误。]
6．(2021·河南鹤壁一中检测)硫酸亚铁的用途广泛，可以制备下图所示物质，下列说法错误的是( )
A．Fe4(OH)2(SO4)5属于碱式盐，可用作净水剂
B．与足量NH4HCO3反应的离子方程式为：2HCO＋Fe2＋===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O
C．可用稀硫酸和K3[Fe(CN)6]溶液检验铁红中是否含有FeCO3
D．“冷却结晶”后的操作是过滤，“锻烧”操作的主要仪器有酒精灯、蒸发皿、玻璃棒
D [ Fe4(OH)2(SO4)5电离后的阴离子为OH－和SO，阳离子为Fe3＋，属于碱式盐，其中Fe3＋可水解产生Fe(OH)3的胶体，吸附水中的杂质，可作净水剂，A项正确；FeSO4与足量NH4HCO3反应的离子方程式为：2HCO＋Fe2＋===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O，B项正确；Fe2＋能使K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，用稀硫酸和K3[Fe(CN)6]溶液检验铁红中是否含有FeCO3，若含有，溶液会生成蓝色沉淀，若不含有，则无明显现象，C项正确；“冷却结晶”后的操作是过滤，“煅烧”操作的主要仪器有酒精灯、三脚架、坩埚、泥三角、玻璃棒，D项错误。]
7．(2021·河南郑州一中检测)氯化铁是有机合成中常用的催化剂，下图是模拟化工厂利用工业废铁屑制备催化剂氯化铁的部分装置图，下列相关说法正确的是( )
A．实验室也可以用装置甲制备SO2、C2H4
B．实验过程中，应先让装置乙中的反应进行一段时间后，再开始装置甲中的反应
C．实验过程中应该关闭弹簧夹3，让装置丙中的NaOH溶液充分吸收多余的Cl2
D．反应结束后将三颈烧瓶中的溶液加热浓缩、冷却结晶，可制得氯化铁晶体
B [实验室利用乙醇与浓硫酸在170 ℃下发生消去反应生成乙烯，缺少温度计，A项错误；乙中铁与盐酸反应生成FeCl2，再通入甲中产生的Cl2，将FeCl2氧化为FeCl3，减少尾气的产生，B项正确；实验过程中要打开弹簧夹3，保持与大气相通，防止装置内压强过大，发生事故，C项错误；FeCl3易发生水解反应，加热浓缩会促进其水解，得不到氯化铁晶体，D项错误。]
8．(2021·黑龙江哈尔滨检测)铁粉具有平肝镇心，消痈解毒之功效，主治惊痫、癫狂、脚气冲心、贫血等。某兴趣小组探究用氢气和碳酸亚铁制取铁粉并检验反应产物，实验装置如图。下列说法不正确的是( )
A．通过调节分液漏斗的活塞以控制①中气泡产生快慢
B．装置①的作用是干燥氢气
C．装置②、③中的药品分别是无水硫酸铜、碱石灰
D．加热装置Y前，应先让X反应一段时间，排除装置中的空气
C [通过控制滴加稀硫酸的速率，控制①中气泡产生的快慢，A项正确；①中盛有浓硫酸，用于干燥氢气，B项正确；②中无水硫酸铜用于检验反应产生的水蒸气，③中盛有无水氯化钙，防止澄清石灰水中水蒸气进入装置②，不能用碱石灰，易吸收CO2，影响其检验，C项错误；加热Y前，要先利用产生的氢气排出装置内的空气，防止氢气混入空气，加热时引起爆炸，D项正确。]
9．(2021·江西抚州七校联考)实验室测定氧化物X(FexO)的组成实验如下：
下列有关说法正确的是( )
A．样品X中氧元素的质量分数约为26.3%
B．溶液Y中c(Fe2＋)∶c(Fe3＋)＝2∶1
C．溶液Z中的离子只有Fe3＋和Cl－
D．根据步骤Ⅰ、Ⅱ可判断X的组成为Fe0.75O
A [溶液Y中通入0.01 mol Cl2，发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，则Y中含有0.02 mol Fe2＋，因此X中相当于FeO的质量为0.02 mol×72 g/mol＝1.44 g，相当于Fe2O3的质量为3.04 g－1.44 g＝1.6 g，则有n(Fe2O3)＝0.01 mol，故X可看作2FeO·Fe2O3，可看作Fe0.8O，D项错误。样品Z中氧元素的质量分数为×100%≈26.3%，A项正确；据上述分析可知，溶液Y中c(Fe2＋)∶c(Fe3＋)＝1∶1，B项错误；步骤Ⅰ中加入足量盐酸，故溶液Z中含有Fe3＋、H＋和Cl－，C项错误。]
10．(2021·湖北荆门检测)FeCl3 具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl3 高效，且腐蚀性小。请回答下列问题：
(1)FeCl3 净水的原理是______________________________________________(用文字描述)。FeCl3 溶液腐蚀钢铁设备，除H＋作用外，另一主要原因是(用离子方程式表示)___ _______。
(2)工业上用NaClO3 氧化酸性FeCl2 溶液得到FeCl3 。完成NaClO3 氧化FeCl2 的离子方程式：
ClO＋_____Fe2＋＋________＝_____Cl－＋____ Fe3＋＋________。
(3)通过控制条件，FeCl3 在溶液中水解生成聚合氧化铁，离子方程式为：xFe3＋＋yH2O⇌Fex(OH)＋yH＋。欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号)________。
a．降温 b．加水稀释
c．加入NH4Cl d．加入NH4HCO3
(4)工业上常用FeCl3溶液吸收尾气中的H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解再生FeCl3并回收H2。FeCl3与H2S反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
解析 (1)FeCl3 净水的原理是Fe3＋水解产生的Fe(OH)3胶体，能吸附水中悬浮的杂质。FeCl3具有较强氧化性，可与Fe反应生成FeCl3而腐蚀钢铁设备。
(2)该反应中Cl元素由＋5价降低到－1价，Fe元素由＋2价升高到＋3价，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平可得：ClO＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O。
(3)盐类的水解反应是吸热反应，降低温度，平衡逆向移动，a错误；加水稀释，水解平衡正向移动，b正确；加入NH4Cl，NH与Fe3＋均发生水解反应，相互抑制，使Fe3＋的水解平衡逆向移动，c错误；加入NH4HCO3，H＋与HCO反应生成CO2和H2O，使Fe3＋的水解平衡正向移动，d正确。
(4)FeCl3与H2S发生氧化还原反应生成FeCl2、S和HCl，离子方程式为2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。
答案 (1)Fe3＋水解产生的Fe(OH)3胶体，能吸附水中悬浮的杂质 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
(2)1 6 6H＋ 1 6 3H2O
(3) b、 d
(4)2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋
11．(2021·山西大同检测)γFe2O3在磁性、催化、气敏等方面用途非常广泛，以硫铁矿烧渣(含Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3等)为原料生产γFe2O3的流程如下：
(1)“还原焙烧”时，焦炭的作用是____________________________，起还原作用的主要物质是______(填化学式)。
(2)“浸取”时，为提高铁的浸取率，可采取的措施除粉碎焙烧后的熔体、适当增大硫酸的用量外，还可采取的措施有________________________(任写一条)。
(3)“过滤”前，将溶液的pH调至5～5.5的目的是将Al3＋转化为___________(填化学式)。
(4)“缓慢干燥”生成铁黄的化学方程式为________________________________。
(5)经上述流程制得的γFe2O3中含有少量FeO和Al2O3杂质，某课题小组称取8.138 0 g γFe2O3样品，溶于100 mL 2.00 mol·L－l H2SO4溶液中，完全溶解后加入过量H2O2溶液，然后加入1.00 mol·L－1的NaOH溶液，生成固体的质量与加入NaOH溶液体积的关系如图，则该样品中γFe2O3的百分含量为_______(百分数保留到小数点后两位)。
解析 (1)“还原焙烧”时，焦炭与氧气反应产生CO作还原剂，将Fe2O3还原，故焦炭的作用是燃烧提供热量和产生还原剂，起还原作用的主要物质是CO。
(2)“浸取”时，为提高铁的浸取率，可采取的措施有粉碎焙烧后的熔体、充分搅拌(增大接触面积)、适当增大硫酸的用量、适当延长浸取时间等。
(3)硫铁矿烧渣含Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3等，“过滤”前，将溶液的pH调至5～5.5，为了除去SiO2、CaO、Al2O3等杂质，故应将Al3＋转化为Al(OH)3沉淀。
(4)FeSO4溶液加入氨水后转化为Fe(OH)2，在氧气作用下转化为铁黄(FeOOH)，故“缓慢干燥”生成铁黄的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2 ===4FeOOH＋2H2O。
(5)在样品中加入H2SO4溶液发生的反应为Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O、FeO＋H2SO4===FeSO4＋H2O，再加入过量H2O2溶液将Fe2＋氧化为Fe3＋。由图像可知，O→A为NaOH溶液中和过量H2SO4，A→B为Al3＋、Fe3＋生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，B→C为Al(OH)3的溶解，最后剩余固体为Fe(OH)3。B→C固体质量减少10.909 5 g－10.753 5 g＝0.156 g，即m[Al(OH)3]＝0.156 g，n[Al(OH)3]＝0.002 mol；根据Al元素守恒可知，Al2O3为0.001 mol，其质量为0.078 g。n[Fe(OH)3]＝10.753 5 g/(107g·mol－1)＝0.100 5 mol。
设Fe2O3为a mol，则FeO为(0.100 5－2a)mol，根据反应方程式可得3a＋(0.100 5－2a)mol＝0.150 5 mol，解得a＝0.05 mol，则样品中γFe2O3的百分含量为(0.05 mol×160 g·mol－1)/8.138 0 g×100%≈98.30%。
答案 (1)燃烧提供热量和产生还原剂 CO
(2)充分搅拌(或适当延长浸取时间等其他合理答案)
(3)Al(OH)3
(4)4Fe(OH)2＋O2 ===4FeOOH＋2H2O
(5)98.30%
12．(2021·广西南宁二中检测)碳酸亚铁可用于治疗缺铁性贫血。实验室里先制得硫酸亚铁，后将硫酸亚铁与碳酸氢铵反应制得碳酸亚铁(Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O)。实验装置如下图所示(部分夹持仪器略去)。回答下列问题：
(1)配制溶液所用的蒸馏水必须先除去溶解的氧气，具体方法是________________。
(2)实验过程中，将生成的FeSO4溶液和NH4HCO3溶液混合的操作是______________________。
(3)装置B中的NH4HCO3需过量的原因__________(填字母标号)。
a．除去FeSO4溶液中残留的硫酸
b．Fe2＋充分转化为FeCO3
c．NH4HCO3溶解度比较大
d．NH4HCO3受热分解损失
(4)碳酸亚铁在潮湿的空气中逐渐被氧化生成氢氧化铁和一种气体，反应的化学方程式为___________________________________________________________________________。
(5)NaHCO3与NH4HCO3均可作为Fe2＋的沉淀剂，但更常用NH4HCO3，理由是________________________________________________(写出一点即可)。
(6)设计实验检验制得的产品中是否含Fe2＋：____________________________________。
解析 打开活塞K1、K3，A中稀硫酸和Fe反应生成硫酸亚铁和氢气，关闭K1、K3打开K2，通过气体压强使硫酸亚铁溶液进入B装置，B装置中发生反应Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O，生成的二氧化碳及A中的氢气通过C检验。
(1)氧气在蒸馏水中的溶解度随着温度的升高而降低，所以配制溶液所用的蒸馏水必须先除去溶解的氧气，具体方法是将蒸馏水煮沸后迅速冷却。
(2)关闭K1、K3打开K2，生成的气体使A中压强增大，通过气体压强使硫酸亚铁溶液进入B装置。
(3)NH4HCO3能和稀硫酸反应而除去氢离子，将亚铁离子转化为FeCO3，且NH4HCO3受热易分解，故选取a、b、d。
(4)碳酸亚铁在潮湿的空气中逐渐被氧化生成氢氧化铁和一种气体，根据元素守恒确定生成气体成分为二氧化碳，反应方程式为4FeCO3＋6H2O＋O2===4Fe(OH)3＋4CO2。
(5)NH离子水解生成氢离子，降低溶液的pH，减少副产物氢氧化亚铁生成，且过量时易除去，故选取NH4HCO3。
(6)Fe2＋离子常用铁氰化钾溶液检验，能和铁氰化钾溶液生成特征蓝色沉淀，其检验方法为：取少量样品于试管中，加入铁氰化钾溶液，如果不生成蓝色沉淀，则说明不含Fe2＋离子，否则含有Fe2＋离子。
答案 (1)将蒸馏水煮沸后迅速冷却 (2)关闭K1、K3打开K2 (3)a、b、d
(4)4FeCO3＋6H2O＋O2===4Fe(OH)3＋4CO2
(5)铵根离子水解生成氢离子，降低溶液的pH，减少副产物氢氧化亚铁生成，且过量时易除去
(6)取少量样品于试管中，加入适量的稀硫酸溶解加入铁氰化钾溶液，如果不生成蓝色沉淀，则说明不含亚铁离子，否则含有亚铁离子
13．(2021·辽宁沈阳六校联考)文献记载：HNO3与铁反应能产生H2，某小组进行如下实验。
实验Ⅰ：20 ℃，将过量铁粉溶于0.5 mol·L－1 HNO3中，立即有无色气体生成，充分反应后，溶液几乎无色。
(1)检验气体：方法如下图所示。
确认气体是H2，不含NO。实验证据是_____________________________。
(2)检验溶液：取上层清液，等分两份
①向一份滴加K3[Fe(CN)6]溶液，________________(填现象)，说明含有Fe2＋。
②向另一份加入NaOH溶液，产生灰绿色沉淀；加热至沸，有刺激性气味气体逸出，用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝。综合①、②，说明实验Ⅰ中发生的反应有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，另外还有_____________________________。
(3)对H2产生的原因提出假设：HNO3中H＋ 的氧化性大于NO，验证如下：
实验Ⅱ：将铜粉溶于0.5 mol/L HNO3中。证实假设不成立，实验证据是____________________。
(4)重新假设：H＋ 的还原速率大于NO的还原速率。改变条件重复实验Ⅰ，向2 mL 0.5 mol·L－1 HNO3中加入过量铁粉，结果如下：
实验序号
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
温度
20 ℃
40 ℃
60 ℃
生成H2体积
6.0 mL
3.4 mL
2.6 mL
现象
溶液几
乎无色
溶液略
显黄色
溶液显黄色
经检验，实验Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中，NO的还原产物与实验Ⅰ相同。
① 根据实验现象，能否确定假设成立？____________________________。
② 从反应速率的角度解释温度升高H2体积减少的原因
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5) 改用3 mol/L HNO3与过量铁粉反应，HNO3的还原产物主要是NO。综上所述，有利于金属与硝酸反应生成氢气的条件是______________________。
解析 (1)根据H2、NO的特征性质进行检验，无色气体通入空气中，气体未变成红棕色，说明不含NO。肥皂液中产生大量气泡，点燃肥皂泡，发生爆鸣声，证明气体是H2。
(2)①若溶液中含有Fe2＋，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀。②加入NaOH溶液，产生灰绿色沉淀；加热至沸，有刺激性气味气体逸出，用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝，则该气体的NH3，说明Fe与HNO3反应时，NO被还原生成NH，结合得失电子守恒、原子守恒及电荷守恒写出离子方程式：4Fe＋NO＋10H＋ ===4Fe2＋＋NH＋3H2O。
(3)若HNO3中H＋ 的氧化性大于NO，将铜粉溶于0.5 mol/L HNO3中，由于铜是不活泼金属，NO不发生反应，而实际上反应产生的气体遇空气变成红棕色，溶液变成蓝色，故假设不成立。
(4)根据表中实验现象，不能确定假设成立，其原因是温度升高，H＋、NO的还原速率均增大，NO的还原速率增大的更多， H＋同时被消耗，H＋得电子的机会减少，导致产生H2的体积减少。
(5)改用3 mol/L HNO3与过量铁粉反应，HNO3的还原产物主要是NO，对比表中实验现象得出，硝酸的浓度较低、温度较低有利于金属与硝酸反应生成氢气。
答案 (1)气体遇空气未见红棕色；点燃肥皂泡，发出爆鸣声
(2)① 产生蓝色沉淀 ② 4Fe＋NO＋10H＋ ===4Fe2＋＋NH＋3H2O
(3)没有H2产生，溶液变蓝
(4)①不能确定
②温度升高，H＋、NO的还原速率均增大，NO的还原速率增大的更多， H＋同时被消耗，H＋得电子的机会减少，导致产生H2的体积减少
(5)较低温度、低浓度硝酸
14．(2021·山东日照检测)如图是铁与水蒸气反应的实验装置。在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒(石棉绒是耐高温材料，与水、铁不反应)的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下铁与水蒸气反应的实验。
(1)已知该实验反应的反应方程式为：____Fe＋____H2O(g)____Fe3O4＋____H2(请配平)。
(2)仪器a的名称是________。
(3)某同学为了研究一定时间内铁粉的转化率，设计了如下实验：准确称量一定质量的铁粉进行反应，测量反应后生成气体的体积，计算铁粉的转化率。
①该同学应该先点燃________(填“A”或“B”)处的酒精灯(或酒精喷灯)，测量气体体积不可以选用上图中________(填“甲”“乙”或“丙”)装置。
②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合，然后加热反应一段时间。若测出的气体体积在标准状况下为0.448 L，则铁粉的转化率为________ 。
(4)将硬质玻璃管中反应后的固体混合物全部取出置于烧杯中，加入足量的盐酸溶解并过滤，为探究反应后溶液中可能的阳离子，小林同学进行如下实验，请你将下表补充完整：
步骤
现象
解释(用离子方程式表示)
结论
Ⅰ.取样，滴加KSCN溶液
溶液不变红色
①Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
②____________
Ⅲ.反应后的溶液中阳离子为____________
Ⅱ.取样，滴加NaOH溶液
刚开始无明显现象，一段时间后先出现______色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为________色
①____________
②Fe2＋＋2OH－
===Fe(OH)2↓
③4Fe(OH)2＋2H2O＋O2
===4Fe(OH)3
解析 (3)①高温下铁和水蒸气反应，所以装置A处加热产生水蒸气，再点燃B装置处的酒精灯，甲中导气管位置错误，排水量气不能排除水，不可以测量生成氢气的体积，乙丙都可以利用装置测定生成气体的体积。②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合，然后加热反应一段时间。若测出的气体体积在标准状况下为0.448 L，生成的气体是氢气，物质的量为0.02 mol，依据反应的化学方程式得到反应铁的质量为0.02 mol×＝0.015 mol，质量是0.015 mol×56 g/mol＝0.84 g，则铁粉的转化率为0.84 g/5.6 g×100%＝15%。(4)向反应后的溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变红色，溶液中不存在铁离子，这说明铁过量，生成的铁离子被铁还原生成亚铁离子，离子方程式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；取样，滴加NaOH溶液，刚开始无明显现象，说明盐酸过量，首先发生中和反应，方程式为OH－＋H＋===H2O；根据离子方程式可知有氢氧化亚铁生成，又因为氢氧化亚铁易被氧化，所以实验现象是一段时间后先出现白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，根据以上分析可知反应后的溶液中阳离子为H＋、Fe2＋。
答案 (1)3 4 1 4 (2)干燥管 (3)A 甲 15% (4)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ 白 红褐 OH－＋H＋===H2O H＋、Fe2＋
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