第11讲 铁及其氧化物和氢氧化物 （含答案 ） 2026届高三化学一轮总复习 教案

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考点一 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，能被磁铁吸引。
2.存在、位置及结构
(1)存在：主要以化合态(陨石除外)的形式存在，在地壳中的含量居第四位，铁矿石有赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、菱铁矿(FeCO3)、黄铁矿(FeS2)等。
(2)位置：铁位于元素周期表中第4周期第Ⅷ族，是一种应用广泛的过渡金属元素；铁元素是一种典型的变价金属元素。
(3)结构
①核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2或
[Ar]3d64s2，价电子排布式：3d64s2。
②原子结构示意图：
3.铁的化学性质
铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。
(1)与非金属单质的反应
①与O2的反应：
常温：铁在潮湿的空气中被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。
点燃：3Fe＋2O2 点燃 Fe3O4。
②与Cl2的反应：2Fe＋3Cl2 点燃 2FeCl3。
③与S的反应：Fe＋S △ FeS。
④与I2的反应：Fe＋I2 △ FeI2。
(2)与水的反应
常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：3Fe＋4H2O(g) 高温 Fe3O4＋4H2。
(3)与酸的反应
(4)与某些盐溶液反应
①与CuSO4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋ Fe2＋＋Cu。
②与FeCl3溶液反应的离子方程式：2Fe3＋＋Fe 3Fe2＋。
4.铁的冶炼
(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
(2)设备：高炉。
(3)主要反应：
①还原剂的生成：
C＋O2 高温 CO2，CO2＋C 高温 2CO；
②铁的生成：Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2。
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
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
C.将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2
D.铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·nH2O
答案：A
解析：A项，常温下铁与浓硝酸发生钝化，发生了化学反应，错误；B项，高温下铁与水会发生反应，因此模具要干燥，正确；C项，Fe2＋能将Cl2还原为Cl－，正确；D项，铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·nH2O，正确。
2.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：该反应可以看作两步：①Fe＋4H＋＋NO3－ Fe3＋＋NO↑＋2H2O，由方程式知，1 ml NO3－完全氧化需要消耗4 ml H＋，而溶液中氢离子只有3 ml，则硝酸根离子过量，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错误；向P点溶液中加入铜粉，发生反应：2Fe3＋＋Cu 2Fe2＋＋Cu2＋，由选项C知，P点剩余0.45 ml Fe3＋，则最多可溶解0.225 ml铜，质量为14.4 g，D正确。
3.用如图所示的装置可实现铁和水蒸气的反应。
(1)加热湿棉花的目的是 。
(2)写出还原铁粉处发生反应的化学方程式： 。
(3)B处酒精灯上网罩的作用是 ，
实验开始时，应先点燃 (填“A”或“B”)酒精灯，目的是
。
(4)将产生的气体导入肥皂液中的目的是 。
答案：(1)提供水蒸气，使之与还原铁粉在高温下发生反应 (2)3Fe＋4H2O(g) 高温 Fe3O4＋4H2
(3)集中火焰，产生高温 A 用水蒸气排尽装置中的空气 (4)收集气体
考点二 铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的氧化物
(1)物理性质
(2)铁的氧化物与盐酸反应的离子方程式
FeO：FeO＋2H＋ Fe2＋＋H2O；
Fe2O3：Fe2O3＋6H＋ 2Fe3＋＋3H2O；
Fe3O4：Fe3O4＋8H＋ 2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O。
(3)铁的氧化物与HNO3、HI的反应
FeO溶于足量稀HNO3中：3FeO＋NO3－＋10H＋ 3Fe3＋＋NO↑＋5H2O；
Fe2O3溶于足量HI溶液中：Fe2O3＋6H＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2＋3H2O。
2.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
a.制备原理：Fe2＋＋2OH－ Fe(OH)2↓。
b.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
【正误判断】
1.在空气中，反应生成的白色的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.×
铁的氧化物、氢氧化物的基本性质
1.下列离子方程式书写正确的是( )
A.FeO固体放入稀硝酸中：FeO＋2H＋ Fe2＋＋H2O
B.过量的铁粉与稀硝酸反应：Fe＋4H＋＋NO3－ Fe3＋＋NO↑＋2H2O
C.向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸：Fe(OH)2＋2H＋ Fe2＋＋2H2O
D.向Fe(OH)3中加入硫酸：Fe(OH)3＋3H＋ Fe3＋＋3H2O
答案：D
2.已知：①向盛有稀H2SO4试管中加入Fe粉，Fe粉完全溶解得浅绿色溶液；
②向实验①浅绿色溶液中滴加NaOH溶液，生成白色沉淀并立即变为红褐色；
③向实验②红褐色沉淀中滴加溶有淀粉的HI溶液，红褐色沉淀溶解得蓝色溶液。
下列判断正确的是( )
A.上述实验中，共涉及四个氧化还原反应
B.实验可证明还原性：H＋＞Fe2＋＞OH－＞I－
C.实验②可证明溶解度：Fe(OH)3＞Fe(OH)2
D.实验③中，反应的离子方程式是2Fe(OH)3＋2I－＋6H＋ 2Fe2＋＋I2＋6H2O
答案：D
解析：A.实验②中生成白色沉淀不是氧化还原反应，共涉及3个氧化还原反应，错误；B.I－可以把Fe3＋还原成Fe2＋，说明I－还原性大于Fe2＋，错误；C.白色沉淀Fe(OH)2还原性强，被氧化为Fe(OH)3，不能判断溶解度的大小，错误；D.溶液颜色变蓝，说明I－被氧化为I2，正确。
用守恒法判断氧化物的组成
3.铁的常见化合价有＋2价和＋3价。据研究，铁在浓HNO3中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为 。
答案：2FeO·3Fe2O3
解析：化合物Fe8O11可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物，设化学式为nFeO·mFe2O3，则n+2m=8n+3m=11，解得n＝2，m＝3，该化合物可以表示为2FeO·3Fe2O3。
4.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＋，则该样品可能的化学式为 。
答案：Fe5O7(或FeO·2Fe2O3)
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－)，则n(Fe3＋)＝140×10－3L×5.0 ml·L－1－2×0.05 ml3＝0.2 ml，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。
氢氧化亚铁制备实验探究
5.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
1.正误判断
(1)(2024·浙江6月选考)FeO有还原性，能被氧化成Fe3O4( )
(2)(2024·山东卷)铁粉可用作食品脱氧剂( )
(3)(2024·河北卷)还原铁粉与水蒸气反应生成的气体点燃后有爆鸣声，则H2O具有还原性( )
(4)(2023·新课标卷)古壁画颜料中所用的铁红，其成分为Fe2O3( )
(5)(2023·浙江1月选考)Fe2O3呈红色，所以可用作颜料( )
(6)(2023·浙江1月选考)常温下铁与浓硝酸反应可制备NO2( )
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.(2021·辽宁卷)Fe/Fe3O4磁性材料在很多领域具有应用前景，其制备过程如下(各步均在N2氛围中进行)：
①称取9.95 g FeCl2·4H2O(Mr＝199)，配成50 mL溶液，转移至恒压滴液漏斗中；
②向三颈烧瓶中加入100 mL 14 ml·L－1 KOH溶液；
③持续磁力搅拌，将FeCl2溶液以2 mL·min－1的速度全部滴入三颈烧瓶中，100 ℃下回流3 h；
④冷却后过滤，依次用热水和乙醇洗涤所得黑色沉淀，在40 ℃干燥；
⑤管式炉内焙烧2 h，得产品3.24 g。
部分装置如图：
回答下列问题：
(1)仪器a的名称是 ；使用恒压滴液漏斗的原因是
。
(2)实验室制取N2有多种方法，请根据元素化合物知识和氧化还原反应相关理论，结合下列供选试剂装置，选出一种可行的方法，化学方程式为
，对应的装置为 (填标号)。
可供选择的试剂：CuO(s)、NH3(g)、Cl2(g)、O2(g)、饱和NaNO2(aq)、饱和NH4Cl(aq)。
可供选择的发生装置(净化装置略去)：
(3)三颈烧瓶中反应生成了Fe和Fe3O4，离子方程式为 。
(4)为保证产品性能，需使其粒径适中、结晶度良好，可采取的措施有 (填字母)。
A.采用适宜的滴液速度
B.用盐酸代替KOH溶液，抑制Fe3＋水解
C.在空气氛围中制备
D.选择适宜的焙烧温度
(5)步骤④中判断沉淀是否已经用水洗涤干净，应选择的试剂为 ；使用乙醇洗涤的目的是 。
(6)该实验所得磁性材料的产率为 (保留3位有效数字)。
答案：(1)球形冷凝管 平衡气压，便于液体顺利滴下
(2)NaNO2＋NH4Cl △ NaCl＋N2↑＋2H2O(或2NH3＋3CuO △ 3Cu＋N2＋3H2O) B(或A) (3)4Fe2＋＋8OH－ △ Fe↓＋Fe3O4↓＋4H2O (4)AD (5)HNO3、AgNO3 带走沉淀表面的水分，加速干燥 (6)90.0％
解析：(1)结合题给图示装置可知仪器a的名称为球形冷凝管，实验中使用恒压滴液漏斗，利于平衡压强，便于液体顺利滴下；(2)结合所给药品和实验装置，从环境保护和实验安全等角度考虑，可用装置A用CuO和NH3制备N2，其化学方程式为3CuO＋2NH3 △ 3Cu＋N2＋3H2O，也可用装置B用NaNO2和NH4Cl的饱和溶液在加热条件下制备N2，其化学方程式为NaNO2＋NH4Cl △ NaCl＋N2↑＋2H2O；(3)三颈烧瓶中FeCl2溶液与KOH溶液共热可生成Fe和Fe3O4，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可得该反应的离子方程式为4Fe2＋＋8OH－ △ Fe↓＋Fe3O4↓＋4H2O；(4)为保证产品性能，使其粒径适中、结晶度良好，应采用适宜的滴液速度，且选择适宜的焙烧温度；若用盐酸代替KOH溶液，可能导致Fe/Fe3O4部分溶解，若在空气氛围中制备，Fe2＋易被氧化；(5)根据实验步骤知，可通过检验最后一次洗涤液中是否含有Cl－来检验沉淀是否洗净，故向最后一次洗涤液中加入HNO3酸化，然后加入AgNO3溶液，若无白色沉淀产生，则证明沉淀已洗涤干净。使用乙醇洗涤，是利用了乙醇的挥发性，便于黑色沉淀快速干燥；(6)9.95 g FeCl2·4H2O的物质的量为9.95 g÷199 g·ml－1＝0.05 ml，根据反应的离子方程式可得关系式：
4Fe2＋ ～ Fe/Fe3O4
4 ml288 g
0.05 mlm(理论)
解得m(理论)＝3.60 g，而实际得到3.24 g产品，则该实验所得磁性材料的产率为3.24 g3.6 g×100％＝90.0％。
高考真题溯源
在铁及其化合物的学习中，要重视教材中的思考与讨论，会设计铁和水蒸气反应的实验，注意铁与水蒸气反应的产物证明，挖掘新的命题点。
课时测评11 铁及其氧化物和氢氧化物对应学生用书P381
(时间：45分钟 满分：60分)
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
选择题1－12题，每小题3分，共36分。
1.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.氧化铁在空气中加热会被迅速氧化成四氧化三铁
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；铁和稀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.(2024·徐州模拟)下列有关铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是( )
A.Fe2O3能与盐酸反应，可用于制作红色颜料
B.FeCl3具有氧化性，可用于除去水中悬浮杂质
C.铁粉具有还原性，可用作食品袋中的抗氧化剂
D.FeS难溶于水，可用于除去废水中的Cu2＋
答案：C
解析：A项，Fe2O3为红棕色固体，可用于制作红色颜料，与其能与盐酸反应无关，错误；B项，FeCl3可用于除去水中悬浮杂质是因为其能水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，与其氧化性无关，错误；C项，铁粉可用作食品袋中的抗氧化剂，是因为铁是活泼金属，具有强的还原性，正确；D项，FeS可与铜离子反应生成更难溶的CuS，因此可除去废水中的Cu2＋，与FeS的溶解性无关，错误。
4.盖-吕萨克及其密友泰纳，把铁屑和苛性钠(NaOH)混合起来，放在一个密封的弯曲玻璃管内加热生产金属钠。反应原理为3Fe＋4NaOH1100℃ Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是( )
A.用磁铁可以将Fe与Fe3O4分离
B.将生成的气体在空气中冷却可获得钠
C.该反应条件下铁的氧化性比钠强
D.每生成1 ml H2，转移的电子数约为4×6.02×1023
答案：D
解析：Fe与Fe3O4都可被磁铁吸引，所以不能用磁铁将Fe与Fe3O4分离，A错误；钠极易被空气中的氧气氧化，B错误；该反应条件下铁的还原性比钠强，C错误；每生成1 ml H2，同时生成2 ml Na，转移的电子为4 ml，故转移的电子数约为4×6.02×1023，D正确。
5.将铁棒插入95％的浓硫酸中(如图所示)，探究铁与浓硫酸的反应。观察到立即产生大量的细腻气泡聚集在液体表面，犹如白色泡沫，由快变慢直至停止，酸液中出现白色不溶物，静置后分层。下列说法错误的是( )
A.产生的气体可能是SO2和少量的H2
B.取上层清液滴加少量饱和FeSO4溶液，有白色固体X析出，推测固体X可能是FeSO4
C.反应过程中FeSO4的生成也可能使反应由快变慢
D.取反应后铁棒直接放入盛有KSCN溶液的烧杯中，可检验反应时是否有Fe3＋生成
答案：D
解析：应将反应后的溶液滴入KSCN溶液中，D错误。
6.已知在温度低于570 ℃时，还原铁粉与水蒸气反应的产物是FeO；高于570 ℃时，生成Fe3O4。老师用下图所示实验装置，完成了还原铁粉与水蒸气反应的演示实验。
甲同学为探究实验后试管内的固体含有哪些物质，进行了下列实验。根据表格中所述实验，下列说法不正确的是( )
A.试管内的固体一定含有铁粉
B.试管内的固体一定不含有Fe3O4
C.不能确定试管内的固体一定含有FeO
D.可通过将试管内固体彻底还原，分析其质量减小的方法来确定是否含有Fe3O4
答案：B
7.将含有氧化铁的铁片投入足量的稀硫酸中，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。原混合物中Fe2O3与Fe的物质的量之比为( )
A.1∶1 B.2∶5
C.4∶1 D.3∶1
答案：B
解析：设原混合物中Fe和Fe2O3的物质的量分别为x、y，
Fe2O3＋3H2SO4 Fe2(SO4)3＋3H2O
yy
Fe2(SO4)3＋Fe 3FeSO4
yy3y
Fe＋H2SO4 FeSO4＋H2↑
x－yx－yx－y
[3y＋(x－y)]∶(x－y)＝3∶1，解得y∶x＝2∶5，B项正确。
8.已知：普通铁＋水蒸气一定条件铁的氧化物＋氢气，铁的氧化物＋氢气一定条件“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。
9.(2024·连云港高三模拟)实验室用FeCl2溶液和烧碱制备Fe(OH)2，为使生成的产物不被氧化，下列采取的措施错误的是( )
A.配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水要煮沸
B.可在FeCl2溶液的上面加一层苯，以隔绝空气
C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，胶头滴管尖嘴不能伸入试管中
D.产生Fe(OH)2沉淀后，不能振荡试管
答案：C
解析：A项，FeCl2溶液和烧碱溶液要现用现配，且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气，确保Fe(OH)2不被氧化，正确；B项，苯浮在FeCl2溶液上面，可隔绝空气，正确；C项，向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中，防止氢氧化钠溶液在滴入时溶有氧气，错误；D项，产生Fe(OH)2沉淀后，若振荡试管，会增大沉淀与空气接触的机会，使沉淀更易被氧化，正确。
10.(2024·广东佛山一模)一种制备Fe(OH)2的改进装置如图所示，下列说法错误的是( )
A.配制FeSO4溶液时需加入硫酸
B.实验时先注入稀硫酸，再注入NaOH溶液和FeSO4溶液
C.装置N的作用是液封，并判断装置M中的空气是否排尽
D.用铁粉代替Na2CO3粉末，也能排尽空气
答案：D
解析：实验时先注入稀硫酸，碳酸钠和硫酸反应放出二氧化碳，等烧杯内紫色石蕊试液变红，再注入NaOH溶液和FeSO4溶液生成氢氧化亚铁。FeSO4易水解，为防止FeSO4水解，配制FeSO4溶液时需加入硫酸，故A正确；实验时先注入稀硫酸，等二氧化碳排出锥形瓶内的空气后再注入NaOH溶液和FeSO4溶液生成氢氧化亚铁，故B正确；烧杯内紫色石蕊溶液变红，说明锥形瓶内空气完全排出，同时装置N可以防止空气进入锥形瓶，故C正确；氢气的密度比空气小，用铁粉代替Na2CO3粉末，不能排尽空气，故D错误。
11.(2024·湖南邵阳阶段考试)某化学兴趣小组利用药品：铁粉、稀硫酸、氢氧化钠溶液，用下图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。下列有关说法不正确的是( )
A.仪器1中应该盛放稀硫酸
B.本实验通过控制A、B、C三个开关，将仪器中的空气排尽后，先关闭开关B，再打开开关A就可观察到氢氧化亚铁的颜色
C.反应一段时间后，可在仪器2中观察到白色沉淀
D.本实验制备的氢氧化亚铁可以相对较长时间的保持白色状态
答案：C
解析：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，结合装置分析可知：开启B、C，关闭A，需要在三颈烧瓶2中加入铁单质，分液漏斗中是稀硫酸，利用反应生成的氢气排尽装置中的空气，可以收集C处的气体检验是否是纯净的氢气，将仪器中的空气排尽后关闭B，开启A、C；利用生成的氢气将装置2中的压强增大，把硫酸亚铁溶液压入装置3的氢氧化钠溶液中，反应生成氢氧化亚铁白色沉淀。此实验目的是制备氢氧化亚铁，先用铁和稀硫酸反应制备硫酸亚铁，此反应在装置2中进行，稀硫酸是溶液，应盛放在分液漏斗中，即应盛放在1中，A正确；打开B、C，关闭A，利用装置2中产生的氢气，把装置3中的空气排尽，使装置处于还原氛围，然后关闭B，打开开关A，产生气体压强增大，把装置2产生的FeSO4压入到装置3中，产生Fe(OH)2，B正确；反应一段时间后，在仪器3中FeSO4与NaOH溶液反应产生Fe(OH)2，故在装置3中观察到白色沉淀，C错误；本实验利用反应生成氢气排尽装置中的空气，使装置处于还原氛围，故制备的氢氧化亚铁可以相对较长时间的保持白色状态，D正确。
12.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2Fe3O4＞ 2300K 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CO2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2Fe3O4＞ 2300K 太阳能6FeO＋O2↑，A正确；过程Ⅱ为6FeO＋CO2 700K 2Fe3O4＋C，每生成23.2 g(即0.1 ml)Fe3O4，转移0.2 ml电子，B错误；由题图知，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CO2太阳能 C＋O2，D正确。
13.(6分)某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 ml/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 ml/L KI溶液，加入6 mL 0.1 ml/L 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 。
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
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。加入煤油，煤油的密度比水小，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。
14.(6分)一定条件下，铁与空气接触时表面会形成氧化物，如一块低碳钢可以被三种氧化物膜所覆盖：与金属接触的一侧是FeO，中间是Fe3O4，与空气接触的一侧则是Fe2O3。回答下列问题：
(1)Fe3O4是磁铁矿的主要成分，也是中国古代“四大发明”之一“司南”的指针材料。用Al粉和Fe3O4反应焊接钢轨的化学方程式为 。
(2)FeO可以合成补铁剂FeSO4。欲验证FeSO4超过保质期后已变质，可进行的操作是：取定量样品加水溶解静置、取少许溶液于试管中，向其中加入 溶液(填试剂名称)，若液体出现红色，则证明该药物已变质。
(3)某实验小组设计了如图实验步骤，利用部分变质的废弃FeCl2溶液制备Fe2O3。
框图中热空气的作用为 ，
写出a→b的离子方程式： ，写出Fe2O3的一种用途： 。
答案：(1)3Fe3O4＋8Al 高温 9Fe＋4Al2O3 (2)硫氰化钾 (3)把氯化亚铁氧化生成氯化铁 Fe3＋＋3NH3·H2O Fe(OH)3↓＋3NH4＋ 制作红色油漆
解析：(1)用Al粉和Fe3O4反应焊接钢轨的化学方程式为3Fe3O4＋8Al 高温 9Fe＋4Al2O3；(2)欲验证FeSO4超过保质期后已变质，取定量样品加水溶解静置、取少许溶液于试管中，向其中加入硫氰化钾溶液，若液体出现红色，则证明该药物已变质；(3)框图中热空气的作用为把氯化亚铁氧化生成氯化铁，a→b反应的离子方程式为Fe3＋＋3NH3·H2O Fe(OH)3↓＋3NH4＋，Fe2O3的一种用途是制作红色油漆。
15.(12分)(2024·广东茂名三模)氢氧化亚铁为白色固体，难溶于水，在空气中极易被氧化为氢氧化铁。回答下列问题：
(一)实验室制备氢氧化亚铁
(1)装置A中盛装生石灰的仪器名称是 。选择上图中的装置制备氢氧化亚铁，连接顺序为 (按气流方向从左到右，填写装置标号)。装置C的作用是 。
(2)装置B中发生反应的离子方程式为 。反应结束后，继续通一段时间的N2，目的是 。
(二)探究灰绿色沉淀的成因
反应后将装置B中的固体过滤时，白色沉淀会逐渐转变为灰绿色，实验小组为探究灰绿色沉淀的成因，查阅到以下资料：
①Fe(OH)2沉淀具有较强的吸附性；
②若存在固体杂质，会导致Fe(OH)2沉淀不够紧密，沉淀与溶液的接触面积会更大。
甲同学猜测灰绿色可能是Fe(OH)2吸附Fe2＋引起的，设计并完成了实验1～实验3。
(3)依据甲同学的猜测，实验1中无灰绿色沉淀的原因是
。
(4)实验3中立即出现灰绿色浑浊的原因是 。
(5)根据以上实验探究，若尽可能制得白色Fe(OH)2沉淀，需要控制的实验条件除了隔绝氧气外，还有 。
答案：(1)三颈烧瓶 ACBD 作安全瓶，防倒吸 (2)Fe2＋＋2NH3＋2H2O Fe(OH)2↓＋2NH4＋ 将装置中的NH3全部排入D中被吸收，防止拆除装置时残留的氨气逸出，污染空气
(3)NaOH溶液过量，反应后溶液中Fe2＋浓度很小，不易被吸附在Fe(OH)2表面 (4)Fe(OH)2沉淀中混有Fe(OH)3，导致Fe(OH)2沉淀不够紧密，与溶液的接触面积增大，更容易吸附Fe2＋ (5)保证NaOH溶液过量(或保证FeSO4溶液不足)
解析：装置A为氨气的发生装置，B为制备氢氧化亚铁的装置，C为防倒吸装置，连在AC之间，D为NH3的尾气处理装置，据此回答。(1)装置A中盛装生石灰的仪器名称是三颈烧瓶，制备氢氧化亚铁，根据分析可知，装置的连接顺序为ACBD，装置C的作用是作安全瓶，防倒吸；(2)装置B中发生反应的离子方程式为Fe2＋＋2NH3＋2H2O Fe(OH)2↓＋2NH4＋，反应结束后，继续通一段时间的N2，目的是将装置中的NH3全部排入D中被吸收，防止拆除装置时残留的氨气逸出，污染空气；(3)实验1中无灰绿色沉淀的原因是NaOH溶液过量，反应后溶液中Fe2＋浓度很小，不易被吸附在Fe(OH)2表面；(4)实验3中立即出现灰绿色浑浊的原因是Fe(OH)2沉淀中混有Fe(OH)3，导致Fe(OH)2沉淀不够紧密，与溶液的接触面积增大，更容易吸附Fe2＋；(5)若尽可能制得白色Fe(OH)2沉淀，需要控制的实验条件除了隔绝氧气外，还有保证NaOH溶液过量(或保证FeSO4溶液不足)。
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酸
化学方程式或现象
稀H2SO4
Fe＋H2SO4 FeSO4＋H2↑
稀HNO3
Fe不足
Fe＋4HNO3 Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O
Fe过量
3Fe＋8HNO3 3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
浓HNO3、浓H2SO4
常温下钝化
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化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
Fe元素的价态
＋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)3 △ Fe2O3＋3H2O
二者的关系
空气中，反应生成的Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色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
电触法
用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯(或煤油)
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铁的氢氧化物的制备方法
1.Fe(OH)3
可溶性铁盐(Fe3＋)与碱液(NaOH、氨水)反应
Fe3＋＋3OH－ Fe(OH)3↓
Fe3＋＋3NH3·H2O Fe(OH)3↓＋3NH4＋
2.Fe(OH)2
可溶性亚铁盐(Fe2＋)与碱液(NaOH、氨水)反应
Fe2＋＋2OH－ Fe(OH)2↓
Fe2＋＋2NH3·H2O Fe(OH)2↓＋2NH4＋
注：若要较长时间看到白色沉淀，需创造无氧环境
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)＝m56∶n16＝a∶b。
①若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO；
②若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；
③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物质的量之比为1∶1，Fe3O4物质的量为任意值)。
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真题链接——
高考这样考
[考题] (2024·新课标卷)实验室中利用如图装置验证铁与水蒸气反应。下列说法错误的是( )
A.反应为3Fe＋4H2O(g) 高温
Fe3O4＋4H2
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更好
C.用火柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
逻辑推理与论证
1.在常温下，铁和水不发生反应，在高温下，铁和水蒸气反应生成Fe3O4和H2。
2.酒精灯放在铁粉下加热才能产生高温，且不影响水的蒸发，若移至湿棉花下，则难以产生高温。
3.点燃不纯的H2会产生爆鸣声。
4.此反应条件为高温，所以应采用硬质玻璃试管。
答案：B
溯本求源——
教材这样写
[教材] (人教版必修·第一册)有人设计了如图所示的装置，进行还原铁粉与水蒸气反应的实验。请讨论该装置的实验原理，并根据实验现象，分析可能的生成物。
在这一实验中，红热的铁能与水蒸气发生反应，生成四氧化三铁和氢气。
3Fe＋4H2O(g) 高温 Fe3O4＋4H2
教材相关知识
1.常温下，铁和水不反应。
2.湿棉花和酒精灯的作用是产生水蒸气。
3.酒精喷灯的作用是产生高温条件。
4.肥皂液的作用是收集气体，验证产物。
实验编号
实验操作
实验现象
①
取少量黑色粉末放入试管中，加入盐酸，微热
黑色粉末逐渐溶解，溶液呈浅绿色；有少量气泡产生
②
向试管中滴加几滴KSCN溶液，振荡
溶液没有出现红色
实验
操作
试剂(均为0.1 ml·L－1)
实验现象
1
向两片玻璃片中心分别滴加试剂，面对面快速夹紧
ⅰ.1滴FeSO4溶液
ⅱ.4滴NaOH溶液
玻璃片夹缝中有白色浑浊
2
ⅰ.4滴FeSO4溶液
ⅱ.1滴NaOH溶液
玻璃片夹缝中有白色浑浊，一段时间后变为灰绿色
3
ⅰ.2滴FeSO4溶液，1滴Fe2(SO4)3溶液
ⅱ.2滴NaOH溶液
玻璃片夹缝中立即有灰绿色浑浊
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