2027年高考化学一轮总复习 第12讲 铁及其氧化物和氢氧化物 专项练习（含解析）

这是一份2027年高考化学一轮总复习 第12讲 铁及其氧化物和氢氧化物 专项练习（含解析），共6页。试卷主要包含了纳米铁粉可去除水中的Cr等内容，欢迎下载使用。
1.(2025·徐州第一中学二模)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.Fe具有还原性,废铁屑可用于工业制H2
B.Fe2O3能与盐酸反应,可用于制作红色颜料
C.Fe粉能被磁铁吸引,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+
2.(2024·南通检测)实验室由铁泥(主要成分为铁的氧化物及少量氧化钙)制备软磁性材料α-Fe2O3,其主要实验流程如图。
已知:Ksp(CaF2)=5.3×10-9,则下列说法不正确的是( )
A.“酸浸”时,可通过延长时间来提高铁元素浸出率
B.“还原”过程中除生成Fe2+外,还会生成H2
C.“除杂”时,酸性条件下,更有利于Ca2+去除
D.“沉铁”时,用氨水-NH4HCO3混合溶液代替NH4HCO3溶液,更有利于生成FeCO3沉淀
3.下列关于转化过程(如图)的分析不正确的是( )
A.Fe3O4中Fe元素的化合价为+2、+3
B.过程Ⅰ中每消耗58 g Fe3O4转移1 ml电子
C.过程Ⅱ的化学方程式为3FeO+H2OFe3O4+H2↑
D.该过程总反应为2H2OO2↑+2H2↑
4.(2025·扬大附中月考)利用下图装置可制备Fe(OH)2沉淀,且能较长时间保存该物质而不变质。下列说法不正确的是( )
A.实验开始时,打开止水夹a和止水夹b
B.关闭止水夹a,打开止水夹b,甲中溶液可流入乙中
C.Fe(OH)2能较长时间保存是因为H2无氧化性
D.抽滤瓶甲中的稀硫酸可以用稀硝酸代替
5.(14分)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:
(1)“焙烧”过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为 。
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知:多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃。硫去除率=(1-焙烧后矿粉中硫元素总质量焙烧前矿粉中硫元素总质量)×100%。
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于 (填化学式)。
②700 ℃焙烧时,添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是 。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由 (填化学式,下同)转化为 。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)= 。
6.(14分)(2023·扬州开学考试)纳米铁粉可去除水中的Cr(Ⅵ)。由于其活性较强,制备时常使其表面形成保护性氧化膜。
(1)纳米铁粉的制备。实验室以NaBH4溶液(碱性)与FeSO4溶液为原料制备纳米铁粉(装置如图1),将A溶液加入三颈瓶中,通过滴液漏斗缓慢加入B溶液,产生大量H2。反应结束后将三颈瓶分别放置0、2、4、6小时,待纳米铁粉表面产生不同厚度的氧化膜后,分别取出固体,洗涤、干燥,得4种纳米铁粉(以Fe-0、Fe-2、Fe-4、Fe-6表示)。滴液漏斗内的B溶液是 。NaBH4中B为+3价,理论上每生成1 ml Fe,与FeSO4反应的NaBH4的物质的量是 ml。
图1
(2)研究放置时间对纳米铁粉性能的影响。实验一:室温下,取相同质量的4种纳米铁粉分别投入相同体积、含Cr(Ⅵ)浓度相同的污水中,一段时间后测量Cr(Ⅵ)去除率;实验二:取4份相同体积的蒸馏水分别置于三颈瓶中,再各加入相同质量的4种纳米铁粉,搅拌,相同时间后测量溶液中c(Fe2+),结果如图2所示。请对纳米铁粉制备时放置时间、使用时溶出的少量Fe2+与Cr(Ⅵ)去除率之间的关系作出猜想: 。
图2
(3)研究影响纳米铁粉溶出c(Fe2+)的因素。取一定量蒸馏水,用HCl调节pH约为6。将其分为相同体积的两份并分别置于三颈瓶中,向其中一只通入N2;再各加入相同质量的纳米铁粉,搅拌,一段时间后测得未通N2的三颈瓶内溶液中c(Fe2+)大于通入N2的。
①该条件下纳米铁粉溶出Fe2+的原因是 。
②实验时不将蒸馏水调节至较低pH,理由是 。
(4)纳米铁粉去除Cr(Ⅵ)主要是经过“吸附→反应→共沉淀”的过程。pH8.6,纳米铁粉颗粒表面带负电荷。在水溶液中Cr(Ⅵ)主要存在微粒平衡浓度占Cr(Ⅵ)总浓度的百分数与pH的关系如图3。以实验室制得的纳米铁粉去除pH=4的水样中的Cr(Ⅵ),请补充完整实验方案:将一定量水样置于烧杯中, ,反应一段时间,测量溶液中c[Cr(Ⅵ)],待c[Cr(Ⅵ)]小于1×10-3 ml·L-1,分离出固体(还可使用的试剂:0.1 ml·L-1 NaOH溶液,0.1 ml·L-1HCl溶液)。
图3
参考答案
1.A 解析:Fe具有还原性,可与非氧化性酸反应生成H2,A正确;Fe2O3是红棕色粉末状固体,通常情况下性质稳定,因此常用于制作红色颜料,和能与盐酸反应无关,B错误;Fe粉具有较强的还原性,能够与食品包装袋中的氧气反应,防止食品氧化变质,故可作食品袋中的抗氧化剂,与铁能被磁铁吸引无关,C错误;FeS能够与废水中的Cu2+反应生成更难溶的CuS,从而可用于除去废水中的Cu2+,与FeS难溶于水无关,D错误。
2.C 解析:“酸浸”时,通过延长时间可使铁泥与酸充分接触,使铁元素充分浸出,A正确;为了提高铁元素的浸出率,“酸浸”过程中酸溶液要适当过量,故“还原”过程中发生的反应有2Fe3++Fe3Fe2+、Fe+2H+Fe2++H2↑,“还原”过程中除生成Fe2+外,还会生成H2,B正确;“除杂”时,向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,酸性条件下,F-与H+生成HF,不利于CaF2沉淀,C错误;“沉铁”时加入过量的NH4HCO3溶液,Fe2+与HCO3-发生反应:Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O,加入氨水后有利于HCO3-H++CO32-正向移动,生成更多的CO32-,更有利于FeCO3的生成,D正确。
3.B 解析:过程 Ⅰ:2Fe3O46FeO+O2↑,当有2 ml Fe3O4分解时,生成1 ml氧气,转移4 ml电子,58 g(即0.25 ml)Fe3O4参与反应生成0.125 ml氧气,转移0.5 ml电子,B错误。
4.D 解析:实验开始时,打开止水夹a和止水夹b,用氢气排净系统内的空气,A正确;关闭止水夹a,打开止水夹b,使硫酸亚铁进入乙内与氢氧化钠反应生成白色的氢氧化亚铁沉淀,B正确;Fe(OH)2能较长时间保存是因为H2无氧化性,C正确;Fe和稀硝酸反应生成NO,NO及NO与空气中的O2反应生成的NO2是污染气体,装置中缺少尾气处理装置,且Fe与稀硝酸反应生成Fe3+,需Fe过量才能生成Fe2+,所以抽滤瓶甲中的稀硫酸不可以用稀硝酸代替,D错误。
5.(1) SO2+OH-HSO3-
(2)①FeS2 ②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中
(3) Na[Al(OH)4] Al(OH)3 (4) 1∶16
解析:(2) ①由已知信息“多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃”可知,不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于杂质FeS2。②700 ℃焙烧时,FeS2中的硫元素转化为SO2,添加CaO后,SO2会与CaO、O2反应生成CaSO4而留在矿粉中。(4) Fe2O3与FeS2在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,发生反应的化学方程式为16Fe2O3+FeS211Fe3O4+2SO2↑,可得关系式:FeS2~16Fe2O3,则理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=1∶16。
6.(1)NaBH4溶液 0.5
(2)纳米铁粉制备时放置时间越长,表面形成的氧化膜越厚;一定厚度的氧化膜有利于纳米铁粉使用时溶出Fe2+,厚度过大或过小均不利于其使用时溶出Fe2+;纳米铁粉使用时溶出的Fe2+有助于Cr(Ⅵ)的去除
(3)①水中溶解的O2在弱酸性条件下与纳米铁粉反应生成Fe2+
②溶液pH过低,c(H+)过大,纳米铁粉直接与H+反应
(4)用0.1 ml·L-1 NaOH溶液调节水样pH约为6(略小于8.6),向其中加入适量Fe-4纳米铁粉,搅拌
解析:(1)NaBH4作还原剂与FeSO4反应生成Fe,由于NaBH4显碱性,不能将FeSO4滴入NaBH4溶液中,防止因生成Fe(OH)2而影响生成Fe。反应中BH4-中H由-1价升高到0价,Fe2+转化为Fe化合价降低2。根据得失电子守恒,BH4-~2H2~4e-,Fe2+~Fe~2e-,可得生成1 ml Fe转移2 ml电子,理论上参与反应的NaBH4的物质的量为0.5 ml。(2)根据提示,纳米铁粉制备时常使其表面形成保护性氧化膜,理论上时间越长,氧化膜厚度越厚,据题图2可知,适当厚度氧化性纳米铁粉溶液中Fe2+浓度较大,Cr(Ⅵ)去除率也较高,厚度过薄或过厚,Fe2+溶出浓度较小,Cr(Ⅵ)去除率也较低。(3)①通入N2除去溶液中溶解的O2,可见O2对溶液中c(Fe2+)有影响,在弱酸性条件下O2与纳米铁粉反应生成Fe2+。②若pH过低,纳米铁粉直接与H+反应。(4)由于要除去的Cr(Ⅵ)带负电荷,为有更好的吸附效果,纳米铁粉颗粒需表面带正电荷,所以pH应调至pH