新高考化学一轮复习考点巩固练习14 氢氧化亚铁、高铁酸盐的制备实验探究（解析版）

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一、制备Fe(OH)2常用的三种方法
(1)有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，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，如图1所示。
(2)还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀，如图2所示。
(3)电解法
用铁做阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯(或煤油)，如图3所示。
二、高铁酸盐的制备
工业制法
工业上先制得高铁酸钠，然后在低温下向高铁酸钠溶液中加入一定量的KOH就可制得高铁酸钾。制备高铁酸钠的两种方法的主要反应原理如下：
湿法制备：
2Fe(OH)3+3NaClO-+4NaOH-=2Na2FeO4+3NaCl-+5H2O;
2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O;
2．干法制备：
2FeSO4 +6Na2O2=2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑
注意：干法制备的反应有时会写成以下形式
FeSO4 +2Na2O2=Na2FeO4++Na2SO4
这是反应条件不同而形成不同反应过程导致的。
3．其他制法:
Fe2O3+3Na2O2=2Na2FeO4+Na2O
2Fe(NO3)3 + 16NaOH + 3Cl2= 2Na2FeO4 + 6NaCl + 6NaNO3 + 8H2O
10NaOH+3Cl2+2Fe(OH)3═2Na2FeO4+6NaCl+8H2O；
电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O；
【专题精练】
一、氢氧化亚铁的制备
1．用下面三种方法均可制得Fe(OH)2白色沉淀。
方法一 用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
(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_______________________________
________________________________________________________________________。
方法二 在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是_____________________________________________。
(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是_______________________________________________。
(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是_________________________________________________________________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，理由是_____________________
________________________________________________________________________。
方法三 利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀，如右图所示，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__________(填编号)。
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)为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是
________(填编号)。
A．改用稀H2SO4作电解液
B．适当增大电源的电压
C．适当减小两极间的距离
D．适当降低电解液的温度
(5)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】
方法一 (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
方法二 (1)稀H2SO4和铁屑 (2)NaOH溶液 (3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2已经纯净时再夹紧止水夹 (4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，故外界O2不易进入
方法三 (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)BC (5)白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色
【解析】
方法一 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＋。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。
方法二 两支试管，试管Ⅱ是开口式，无法用产生的气体将试液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中，而在试管Ⅱ中盛不含O2的NaOH溶液。当Fe与稀H2SO4放入试管Ⅰ后，产生的H2可以从试管Ⅰ内短管处排出，从而排尽试管Ⅰ内空气。再经过止水夹通入试管Ⅱ中，排尽试管Ⅱ内空气。然后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，造成管内压强增大，将试管Ⅰ内FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2环境，从而避免了被空气中的O2氧化，使得Fe(OH)2能保存更长时间。
方法三 电解时阳极Fe－2e－===Fe2＋，阴极上2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，或电解质溶液能直接提供OH－。当Fe2＋与OH－接触时Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，当电解液选用NaOH溶液时，在阳极处立即产生白色沉淀，当选其他溶液时，只有迁移后两者相遇时才能产生沉淀(大约在电池中部)；当反接电源后，阳极4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，产生的O2立即把Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3。
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：①②③⑤
解析：因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=== 4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。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；③的原理为铁作阳极产生Fe2＋，与电解NaCl溶液产生的OH－结合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④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．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 ml·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___________________________。
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，将FeSO4溶液压入B中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
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。因此，要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的空气。
【归纳总结】
防止Fe(OH)2被氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，在溶液上面加苯、汽油等保护层，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取Fe(OH)2。
4．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：①②③⑤
解析：因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。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；③的原理为铁做阳极产生Fe2＋，与电解NaCl溶液产生的OH－结合生成Fe(OH)2，且液面用汽油保护，能防止空气进入；⑤中液面加苯阻止了空气进入；④由于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。
二、高铁酸盐制备
1．实验小组制备高铁酸钾并探究其性质。
资料：为紫色固体，微溶于溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生，在碱性溶液中较稳定。
(1)制备(夹持装置略)
①A为氯气发生装置，其中盛装浓盐酸仪器的名称是_______。A中反应的离子方程式为_______。
②请在B方框内将除杂装置补充完整，并标明所用试剂_______。
③C中得到紫色固体和溶液。C中主要反应的化学方程式为_______。
(2)探究的性质
①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有。为证明是氧化了而产生，设计以下方案：
由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有的离子为_______，但该离子的产生不能判断一定是将氧化，该离子还可能由_______产生(用离子方程式表示)。
②根据的制备实验得出：氧化性_______(填“＞”或“＜”)，而方案Ⅱ实验表明，和的氧化性强弱关系相反，原因是_______。
③资料表明，酸性溶液中的氧化性，验证实验如下：将溶液b滴入和足量的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：_______。
【答案】(1) ①分液漏斗 ② ③ (2) ①Fe3+ ② ＞ 溶液的酸碱性不同 ③ 能，在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是的颜色。
【分析】
装置A制备氯气，装置B净化氯气，通入装置C中与氢氧化铁反应制备高铁酸钾，装置D用来吸收尾气，据此解答。
【解析】
(1)①A为氯气发生装置，其中盛装浓盐酸仪器的名称是分液漏斗。高锰酸钾溶液和浓盐酸反应生成氯化锰、氯化钾、氯气和水，故A中反应的离子方程式为：。
②制备的氯气中含有少量挥发出来的HCl气体，用饱和食盐水除去氯气中的HCl气体，则除杂装置为：。
③C中得到紫色固体为高铁酸钾，氯气与氢氧化钾和氢氧化铁反应生成高铁酸钾、氯化钾和水，反应的化学方程式为：。
(2)①方案Ⅰ中，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色可知a中含有Fe3+，Fe3+产生不能判断一定是将Cl−氧化，还可能是在酸性环境下高铁酸钾发生歧化反应生成Fe3+，其离子反应方程式为：。
②制备的反应为：，氯气作氧化剂，其氧化性＞，而与方案Ⅱ实验的Cl2和的氧化性强弱关系相反的原因是溶液的酸碱性不同。
③该实验现象能证明氧化性：，因为在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是的颜色。
2．高铁酸盐是优良的多功能水处理剂。K2FeO4为紫色固体，可溶于水，微溶于浓KOH溶液，难溶于有机物；在0～5℃、强碱性溶液中比较稳定，在酸性、中性溶液中易分解放出O2。某实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并测定产品纯度。回答下列问题：
I.制备K2FeO4：装置如下图所示，夹持、加热等装置略。
(1)仪器a的名称是_______，装置B中除杂质所用试剂是_______。
(2)A中发生反应的离子方程式为_______。
(3)C中反应为放热反应，而反应温度须控制在0～5℃，采用的控温方法为__，反应中KOH必须过量的原因是__。
(4)写出C中总反应的离子方程式：_______。C中混合物经重结晶、有机物洗涤纯化、真空干燥，得到高铁酸钾晶体。
II.K2FeO4产品纯度的测定
准确称取1.00 g制得的晶体，配成250 mL溶液，准确量取25.00 mL K2FeO4溶液放入锥形瓶，加入足量CrCl3和NaOH溶液，振荡，再加入稀硫酸酸化后得Fe3+和，滴入几滴二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.0500 ml/L(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点(溶液显浅紫红色)，平行测定三次，平均消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液28.00 mL。
(5)根据以上数据，样品中K2FeO4的质量分数为_______。若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质，会使测定结果_______(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
【答案】(1)圆底烧瓶 饱和食盐水 (2)2 Cl-+MnO2+4H+ Mn2++Cl2↑+2H2O (3)冰水浴 K2FeO4在强碱性溶液中比较稳定 (4)3Cl2+2Fe3++16OH-=2+6Cl-+8H2O (5) 92.4% 偏高
【分析】
根据装置图：首先制得氯气，氯气中混有氯化氢，根据题目信息：K2FeO4强碱性溶液中比较稳定，故须用饱和的食盐水除去氯化氢，再通入三氯化铁和过量的氢氧化钾混合溶液中生成K2FeO4，氯气是有毒气体，需要氢氧化钠溶液吸收尾气。
【解析】
(1)仪器a是圆底烧瓶；装置B是为了除去氯中的氯化氢，则装置B中所用试剂是饱和食盐水；
(2)装置A中，MnO2和浓盐酸在加热的条件下反应生成氯化锰、氯气和水，离子方程式为MnO2+4H+ Mn2++Cl2↑+2H2O；
(3)C中反应为放热反应，而反应温度须控制在0～5℃，采用的控温方法为冰水浴降温；由于K2FeO4在强碱性溶液中比较稳定，故反应中KOH必须过量；
(4)装置C中Cl2和FeCl3在碱性条件下反应生成和KCl和水，离子方程式为：3Cl2+2Fe3++16OH-=2+6Cl-+8H2O；
(5)足量CrCl3和NaOH溶液形成CrO2-，CrO2-++2H2O=Fe(OH)3↓+CrO42-+OH-，6Fe2++ +14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O，得到定量关系为： ，则n=，250ml溶液中含有 ml ×= 测定该样品中K2FeO4的质量分数为；若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质，所耗(NH4)2Fe(SO4)2的体积偏大，带入关系式的数据偏大，使测定结果偏高。
3．高铁酸钾K2FeO4是倍受关注的一类新型、高效、无毒的多功能水处理剂。实验室用如图所示装置先制备氯气，再制备KClO溶液，并通过KClO溶液与Fe(NO3)3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4。
(1)装置D的作用是_______。
(2)实验过程中，装置A观察到的实验现象是_______。
(3)装置C中发生的反应方程式为_______。
(4)若要制备K2FeO49.9 kg，计算所需Fe(NO3)3的质量______(假设铁元素完全转化到产物中)
【答案】(1)吸收多余的Cl2，防止污染环境 (2) 烧瓶中充满黄绿色气体 (3)2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O (4) 9.0kg
【分析】
根据实验装置图可知，A装置中用二氧化锰与浓盐酸共热反应制得氯气，氯气中有挥发出的来的氯化氢，所以B装置中饱和食盐水是除去氯气中的氯化氢，装置C中用氯气与氢氧化钾溶液应制得次氯酸钾，反应的尾气氯气用氢氧化钾吸收，据此分析解题。
【解析】
(1)由于Cl2有毒，故多余的Cl2不能直接排放到空气中，故装置D的作用是吸收多余的Cl2，防止污染环境，故答案为：吸收多余的Cl2，防止污染环境；
(2)由分析可知，实验过程中，装置A中有Cl2生成，故可观察到的实验现象是烧瓶中充满黄绿色气体，故答案为：烧瓶中充满黄绿色气体；
(3)由分析可知，装置C中主要先制备KClO，故发生的反应方程式为2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O，故答案为：2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O；
(4)根据铁元素守恒可计算出若要制备K2FeO49.9 kg，所需Fe(NO3)3的质量为：，50ml×180g·ml-1=9000g=9.0kg，故答案为：9.0kg。
方案Ⅰ
取少量a，滴加溶液至过量，溶液呈红色。
方案Ⅱ
用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加盐酸，有产生。