2027年高考化学一轮总复习 第13讲 Fe2+、Fe3+的性质与检验 铁及其化合物的转化 专项练习（含解析）

这是一份2027年高考化学一轮总复习 第13讲 Fe2+、Fe3+的性质与检验 铁及其化合物的转化 专项练习（含解析），共12页。试卷主要包含了铁及其化合物的转化具有重要应用，室温下,探究0等内容，欢迎下载使用。
1.(2024·泰州模拟)铁及其化合物的转化具有重要应用。在指定条件下,下列物质间转化能实现的是( )
A.Fe2O3FeCl3(aq)FeCl3(s)
B.FeFeI2FeCl3
C.FeS2Fe2O3Fe(OH)3
D.FeFeCl2(aq)FeCl3(aq)
2.(2025·徐州联考)某同学整理铁及其化合物的有关知识,其中错误的是( )
A.可用KSCN溶液检验FeCl2溶液是否变质
B.红热的铁能与水蒸气发生反应,生成铁红和氢气
C.氯化铁溶液可以与铜反应,可利用该反应来制作印刷电路板
D.常温下,可用铁质容器盛放浓硝酸,原因是Fe表面被浓硝酸氧化
3.(2024·苏州期中)室温下,探究0.1 ml·L-1 FeSO4溶液的性质,下列实验方案能达到探究目的的是( )
4.(2025·盐城一中月考)部分含铁微粒所带的电荷数与其中铁元素化合价的关系如图所示,由该图可预测含铁微粒间相互转化时所需试剂。下列推断不合理的是( )
A.M一定为FeO
B.若R为单质,则常温下浓硫酸可使R钝化
C.若Q为金属阳离子,则可用K3[Fe(CN)6]溶液检验
D.Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42-
5.(2024·扬州检测)用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3和Fe3O4,含少量SiO2等)为原料制备铁红(Fe2O3),步骤如下:
①还原:将烧渣与褐煤(主要成分为C)按一定配比灼烧,将产物(主要成分为FeO)置于真空干燥箱中冷却。
②酸浸:用硫酸浸取灼烧产物,过滤,边搅拌边向滤液中加适量Fe粉,静置,过滤,得到滤液。
③沉淀:一定温度下,向滤液中加NH4HCO3溶液,有沉淀产生,过滤、洗涤、干燥,得FeCO3。
④煅烧:高温煅烧FeCO3,得到铁红(Fe2O3)产品。
已知:高温时SiO2与褐煤反应生成Si和CO,生成的Si常温下不与硫酸反应。
下列说法不正确的是( )
A.“还原”时,与Fe3O4反应的C和Fe3O4的物质的量之比为2∶1
B.“酸浸”时,加入适量Fe粉目的之一是防止Fe2+被氧化为Fe3+
C.“沉淀”时发生的主要反应为Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O
D.“煅烧”时,若温度过高Fe2O3分解生成Fe3O4,则产品中铁的质量分数偏大
6.(2024·南京检测)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2和CuCl2的混合溶液中回收S,其转化如图所示(CuS不溶于水)。下列说法中正确的是( )
A.过程①中,生成CuS的反应为Cu2++S2-CuS↓
B.过程②中,生成Cu2+和Fe2+的个数比为1∶1
C.过程③中,若将O2换成H2O2,则发生的离子反应式为Fe2++H2O2Fe3++O2+H+(未配平)
D.回收S的总反应为2H2S+O22H2O+2S
7.(2024·扬州期中)实验室通过下列过程制取草酸亚铁晶体。
已知:H2C2O4为二元弱酸,具有还原性。下列说法正确的是( )
A.“酸化”后的溶液,根据电荷守恒存在等量关系:n(NH4+)+2×n(Fe2+)=2×n(SO42-)
B.“沉淀”时发生反应的离子方程式:Fe2++C2O42-+nH2OFeC2O4·nH2O↓
C.可以用酸性KMnO4溶液检验“沉淀”后的上层清液中是否含有Fe2+
D.“洗涤”时先水洗,再用乙醇洗涤,有利于晶体快速干燥和防止失去结晶水
8.已知FeCl3溶液和KI溶液能发生反应:2Fe3++2I-2Fe2++I2。下列关于该反应的说法错误的是( )
A.升高温度会加快反应速率
B.增大Fe3+和I-的浓度能加快反应速率
C.当上述可逆反应达到平衡时,溶液中c(Fe3+)与c(Fe2+)相等
D.向反应后的溶液中加入CCl4,充分振荡后静置,取上层溶液滴加KSCN溶液,溶液变成红色
阅读下列资料,完成9~11题:
铁及其化合物用途广泛。日常生活用品和生命体中,有许多含有铁元素的物质:家用铁锅中含有铁和碳;补血剂中含有FeCO3;血红蛋白的活性物质血红素(结构简式如图)中含有铁元素;激光打印机中含有四氧化三铁。由铁及其化合物可制得FeSO4·7H2O、Fe3O4、FeCl3、K2FeO4等化工产品。
9.下列关于铁及其化合物的说法正确的是( )
A.家用铁锅的熔点高于铁单质的熔点
B.向碳酸钠溶液中滴加FeSO4溶液可制得纯净的FeCO3
C.Fe3O4由FeO与Fe2O3混合组成
D.血红素分子中由N原子提供孤电子对形成4个配位键
10.利用废旧镀锌铁皮制备Fe3O4胶体粒子的流程如图所示。
已知:Zn溶于强碱时生成[Zn(OH)4]2-。
下列有关说法正确的是( )
A.“碱洗”的离子方程式为Zn+4OH-[Zn(OH)4]2-
B.“酸溶”的离子方程式为Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
C.“氧化”后溶液中含有的主要离子:H+、Fe3+、SO42-
D.N2的作用是防止O2氧化Fe2+而降低Fe3O4产率
11.下列关于铁及其化合物的性质与用途不具有对应关系的是( )
A.FeCl3溶液呈酸性,可用于蚀刻电路板
B.K2FeO4具有强氧化性,可用于水的消毒
C.常温下,铁遇浓硝酸发生钝化,可用铁质容器贮运浓硝酸
D.FeSO4·H2O具有还原性,可用作食品包装中的抗氧化剂
12.(14分)(2024·苏州检测)氧化铁黄(FeOOH)是一种黄色颜料,在环境保护等领域也有广泛应用。
(1)在80 ℃条件下,向(NH4)2Fe(SO4)2溶液中边搅拌边分批加入NaClO3固体,同时滴加NaOH溶液,使溶液pH控制在弱酸性。一段时间后,过滤、洗涤得FeOOH固体。
①制备1 ml FeOOH理论上需要NaClO3的物质的量为 (填最简分数)ml;实际生产过程中所加NaClO3低于理论用量的原因是 。
②为检验(NH4)2Fe(SO4)2已被完全氧化,某同学向过滤所得滤液中滴加酸性KMnO4溶液,该设计方案不合理的理由是 。
(2)色光度是产品质量的指标之一,合格氧化铁黄FeOOH的色光度值范围为-0.5~0.5。氧化过程溶液pH对产率、色光度的影响如图1所示,氧化时应控制pH的合理范围是3.5~4.0,pH过小或过大均会导致产率较低,其可能原因是 。
图1
(3)也可用空气氧化FeSO4溶液制取氧化铁黄FeOOH,该反应中NO起催化作用,催化机理分两步完成,第一步:Fe2++NOFe(NO)2+,第二步:……。请写出第二步反应的离子方程式: 。
(4)FeOOH可用于脱除烟气中的H2S。脱硫、再生过程中可能的物种变化如图2所示。生成的S8(结构如图3所示)覆盖在FeOOH的表面。写出反应Ⅱ的化学方程式: 。
图2 图3
13.(16分)(2025·盐城考前指导卷)用磷铁渣(含FeP、Fe2P及少量杂质)制备FePO4的方案如下:
(1)分离磷与铁。向磷铁渣粉中加入碳酸钠焙烧,生成Fe2O3和Na3PO4,充分溶解后过滤,再经处理可得到粗品Fe2O3和Na3PO4固体。写出焙烧过程中Fe2P发生反应的化学方程式: 。
(2)制备FeSO4。粗品Fe2O3和一定比例的淀粉混合,在氩气氛围中煅烧生成粗FeO,加入足量的硫酸浸出,得到FeSO4溶液。
①162 g淀粉最多能生成 ml FeO。
②粗FeO用硫酸浸出,控制浸出时间、温度和硫酸浓度一定,测得烧渣的浸出率和浸出液中铁元素浓度与液固比的关系如图1所示。当液固比大于20 mL·g-1,所得浸出液中铁元素浓度降低的原因是 。
[已知烧渣的浸出率=m(溶解的烧渣)m(原烧渣)×100%,液固比=V(硫酸的体积)m(原烧渣)]
图1
(3)制备FePO4。其他条件一定,制备FePO4时测得Fe的有效转化率n(FePO4)n总(Fe)×100%与溶液pH的关系如图2所示。请补充完整制备FePO4的实验方案:取一定量已除杂后的FeSO4溶液,加入足量的H3PO4溶液, ,直至取所得溶液滴加K3[Fe(CN)6]溶液不产生蓝色沉淀为止。 ,干燥,得到FePO4。(须使用的试剂有10%H2O2溶液,1.0 ml·L-1 Na3PO4溶液,1.0 ml·L-1盐酸,1.0 ml·L-1 BaCl2溶液)
图2
(4)测定粗品中FeO含量。准确称取3.000 g产品,加入足量硫酸溶解后配成100 mL溶液。取20.00 mL于锥形瓶中,用0.050 0 ml·L-1 K2Cr2O7溶液滴定[反应原理为Fe2++Cr2O72-+H+Fe3++Cr3++H2O(未配平)。杂质不参与反应],恰好完全反应时,消耗K2Cr2O7溶液25.00 mL。计算产品中FeO的质量分数(写出计算过程)。
14.(16分)(2024·南京期末)工业上采用硫铁矿熔烧去硫后烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3,不考虑其他杂质)制备透明铁黄(FeOOH)工艺流程如下:
(1)浸取前一般需粉碎烧渣,其目的是 。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分为 (填化学式)。
(3)加氢氧化钠调控pH的目的是 。
(4)转化操作是向滤液中加入一定浓度氨水,当滴加氨水至pH为6.0时,停止滴加氨水,开始通氧气,生成铁黄。通入氧气过程中,记录溶液pH变化如图1所示。
图1
图2
①t1~t2时段,离子方程式为 。
②已知:25 ℃时,Fe(OH)2完全沉淀(离子浓度≤10-5 ml·L-1)的pH=8.5,滴加氨水产生沉淀,当pH为6.0时,溶液中残留Fe2+浓度为 ml·L-1。
(5)制得的透明铁黄中往往混有氧化铁,可用分光光度法测定透明铁黄的含量。已知Fe(SCN)3的吸光度A(对特定波长光的吸收程度)与Fe3+标准溶液浓度的关系如图2所示。称取3.47 g样品,用稀硫酸溶解并定容至1 L,准确移取该溶液10.00 mL,加入足量KSCN溶液,再用蒸馏水定容至100 mL。测得溶液吸光度A=0.8,计算样品中FeOOH的质量分数 (写出主要计算过程)。
参考答案
1.B 解析:Fe2O3溶于稀盐酸生成FeCl3和水,FeCl3为挥发性酸的弱碱盐,蒸发时会发生水解,转化为Fe(OH)3沉淀,A错误;I2具有弱氧化性,只能将Fe氧化为FeI2,FeI2电离产生的Fe2+和I-都能被Cl2氧化,从而生成FeCl3和I2,B正确;FeS2在高温条件下能被O2氧化,生成Fe2O3和SO2,但Fe2O3难溶于水,与水不能发生反应,C错误;Fe溶于稀盐酸生成FeCl2和H2,SO2具有弱氧化性,不能将Fe2+氧化为Fe3+,D错误。
2.B 解析:FeCl2易被氧化为FeCl3从而发生变质,Fe3+和KSCN反应生成红色的Fe(SCN)3,故可用KSCN溶液检验FeCl2溶液是否变质,A正确;高温下铁与水蒸气反应生成黑色的四氧化三铁和氢气,B错误;Fe3+能够与Cu反应生成Cu2+和Fe2+,所以可以用于印刷电路板的制作,C正确;常温下,铁遇浓硝酸发生钝化,表面生成致密的氧化物薄膜,故可用铁质容器盛放浓硝酸,D正确。
3.D 解析:向H2O2溶液中滴加几滴FeSO4溶液,若产生气泡也有可能是Fe3+的催化作用,A错误;探究溶液中是否含有Fe2+,应该向2 mL FeSO4溶液中先滴加KSCN溶液,再滴加几滴新制氯水,B错误;Fe2+发生水解反应使溶液显酸性,应向FeSO4溶液中滴加2~3滴石蕊溶液,观察溶液颜色变化,C错误;向FeSO4溶液中滴加几滴酸性KMnO4溶液,若观察溶液紫色褪去,说明FeSO4有还原性,D正确。
4.A 解析:M所带的电荷为0,铁元素化合价为+2价,可能为FeCl2、FeS等物质,不一定为FeO,A不合理;若R为单质,所带电荷为0,则为铁单质,常温下铁在浓硫酸中钝化,B合理;Q带2个单位正电荷,且铁元素化合价为+2价,即Q为Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应可产生KFe[Fe(CN)6]蓝色沉淀,可用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+,C合理;根据题图可知,Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42-,D合理。
5.A 解析:C和Fe3O4反应的化学方程式为2Fe3O4+C6FeO+CO2↑,C和Fe3O4的物质的量之比为1∶2,A错误;加入适量Fe粉的目的之一是防止Fe2+被氧化为Fe3+,2Fe3++Fe3Fe2+,B正确;“沉淀”时二价铁和碳酸氢铵反应得到碳酸亚铁,根据原子守恒,得到反应的离子方程式为Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O,C正确;三氧化二铁中铁的质量分数是70%,四氧化三铁中铁的质量分数约是72.4%,若温度过高,Fe2O3分解生成Fe3O4时,产品中铁的质量分数偏大,D正确。
6.D 解析:根据题图中转化可知,生成CuS的反应为H2S+Cu2+CuS↓+2H+,A错误;过程②的离子方程式为CuS+2Fe3+2Fe2++Cu2++S,生成Cu2+和Fe2+的个数比为1∶2,B错误;过程③中,若将O2换成H2O2,则发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,C错误;根据题图中转化可知,反应物为H2S和O2,生成物为S,根据原子守恒,还有水生成,总反应为2H2S+O22H2O+2S,D正确。
7.D 解析:酸化后的溶液中阳离子还有氢离子,根据电荷守恒有等式:n(NH4+)+2×n(Fe2+)+n(H+)=2×n(SO42-)+n(OH-),A错误;H2C2O4为二元弱酸,离子方程式中要保留化学式,“沉淀”时发生反应的离子方程式为Fe2++H2C2O4+nH2OFeC2O4·nH2O↓+2H+,B错误;“沉淀”后的上层清液中含有的H2C2O4可以和酸性KMnO4溶液反应,不能用酸性KMnO4溶液检验“沉淀”后的上层清液中是否含有Fe2+,C错误;乙醇具有挥发性,能带走晶体表面的水分,加速干燥,D正确。
8.C 解析:温度越高反应速率越快,所以升高温度会加快反应速率,A正确;浓度越大反应速率越快,所以增大Fe3+和I-的浓度能加快反应速率,B正确;当上述可逆反应达到平衡时,溶液中c(Fe3+)与c(Fe2+)不变,而不一定相等,C错误;反应是可逆反应,溶液中存在铁离子,所以向反应后的溶液中加入CCl4,充分振荡后静置,取上层溶液滴加KSCN溶液,溶液变成红色,D正确。
9.D 解析:家用铁锅的熔点低于铁单质的熔点,A错误;向碳酸钠溶液中滴加FeSO4溶液,CO32-和Fe2+发生相互促进的水解反应可能生成氢氧化亚铁沉淀,B错误;Fe3O4是纯净物,可以写成FeO·Fe2O3,不是由FeO与Fe2O3混合组成,C错误;血红素分子中由N原子提供孤电子对,铁提供空轨道形成4个配位键,D正确。
10.D 解析:Zn溶于强碱时生成[Zn(OH)4]2-同时生成氢气,反应的离子方程式:Zn+2H2O+2OH-H2↑+[Zn(OH)4]2-,A错误;“酸溶”的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑,B错误;由流程可知“酸溶”生成硫酸亚铁溶液,加过氧化氢氧化部分亚铁离子,则“氧化”后溶液中含有的主要离子有H+、Fe2+、Fe3+、SO42-,C错误;最后一步“反应”中N2的作用是排出空气,防止亚铁离子被氧化,D正确。
11.A 解析:氯化铁具有氧化性,能够氧化铜单质,所以可用于蚀刻印刷电路板,与其酸性无关,A符合题意;K2FeO4具有强氧化性,能够使蛋白质变性,可以用于杀菌消毒,B不符合题意;浓硝酸具有强氧化性,常温下使铁钝化,所以可用铁质容器贮运浓硝酸,C不符合题意;FeSO4·H2O具有还原性,可以与空气中的氧气反应,可用作食品包装中的抗氧化剂,D不符合题意。
12.(1)①16 Fe2+被氧气氧化 ②滤液中的Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色,干扰Fe2+的检验
(2)pH过小,部分氧化铁黄溶于酸中;pH过大,部分Fe2+与OH-、O2反应生成氢氧化铁
(3)4Fe(NO)2++O2+6H2O4FeOOH+4NO+8H+
(4)4FeSSH+4O24FeOOH+S8
解析:(1)①Fe2+化合价升高,失去1e-生成Fe3+,ClO3-中Cl元素化合价降低,得到6e-生成Cl-,则参加反应的Fe2+与ClO3-的个数比为6∶1,故制备1 ml FeOOH理论上需要NaClO3的物质的量为16 ml;实际生产中,少量Fe2+被氧气氧化,减少了NaClO3的消耗量,导致实际生产过程所加NaClO3低于理论用量。②制备过程中,ClO3-转化为Cl-,滤液中的Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色,干扰Fe2+的检验,则该设计方案不合理。(2)若pH过小,溶液酸性过强,部分氧化铁黄溶于酸中,使产率较低;若pH过大,碱性较强,部分Fe2+与OH-、O2反应生成氢氧化铁,使产率较低。(3)用空气氧化FeSO4溶液制取氧化铁黄FeOOH,该反应中NO起催化作用,催化机理分两步完成,第一步为Fe2++NOFe(NO)2+,则第二步为4Fe(NO)2++O2+6H2O4FeOOH+4NO+8H+。(4)根据图示,FeSSH、O2为反应物,FeOOH、S8为生成物,则反应的化学方程式为4FeSSH+4O24FeOOH+S8。
13.(1)4Fe2P+6Na2CO3+11O24Fe2O3+4Na3PO4+6CO2
(2)①24
②液固比大于20 mL·g-1,烧渣已不再反应,浸出的铁元素总量不再变化,随着溶液体积的增加,铁元素浓度降低
(3)边搅拌边滴加10%过氧化氢溶液 滴加1.0 ml·L-1 Na3PO4,调节溶液的pH在1.5,过滤、用蒸馏水洗涤沉淀,直至向最后一次洗涤滤液中滴加1.0 ml·L-1盐酸,再加1.0 ml·L-1 BaCl2溶液无明显现象
(4)根据题意得关系式:6Fe2+~Cr2O72-
n(Cr2O72-)=0.05 ml·L-1×25×10-3 L=1.25×10-3 ml
n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=6×1.25×10-3 ml=7.5×10-3 ml
w(FeO)=7.5×10-3ml×72 g·ml-13×20100g×100%=90.00%
解析:(1)Fe2P与Na2CO3混合焙烧,转化为Fe2O3和Na3PO4,可知Fe、P元素化合价升高,发生氧化还原反应,O2参与反应作氧化剂,根据碳元素守恒,产物还有CO2产生。(2)①根据电子守恒,Fe2O3~2FeO~2e-,(C6H10O5)n~6nCO2~24ne-,162 g淀粉完全反应转移电子物质的量为24 ml,能产生24 ml FeO;②当液固比大于20 mL·g-1,烧渣的浸出率不变,说明烧渣已经反应完全,浸出液中铁元素质量不变,液固比越大,说明溶液体积越大,则铁元素浓度降低。(3)根据图2可知需控制pH=1.5,10%H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,Na3PO4与Fe3+反应生成FePO4和Na2SO4,过滤后洗涤,1.0 ml·L-1 HCl和1.0 ml·L-1 BaCl2用来检验最后一次洗涤滤液中是否含有SO42-。
14.(1)增大反应物的接触面积,加快浸取速率,提高浸取率
(2)SiO2
(3)除去H+,将Al3+转化为Al(OH)3沉淀除去
(4)①4Fe2++O2+6H2O4FeOOH↓+8H+ ②1
(5)76.9%(计算过程见解析)
解析:(1)浸取前一般需粉碎烧渣,其目的是增大反应物的接触面积,加快浸取速率,提高浸取率。(2)二氧化硅与稀硫酸不反应,滤渣Ⅰ的主要成分为SiO2。(3)加氢氧化钠调控pH的目的是除去H+,将Al3+转化为Al(OH)3除去。(4)①t1~t2时段,pH减小说明氢离子浓度增大,该过程中亚铁离子和氧气反应生成FeOOH和氢离子,离子方程式为4Fe2++O2+6H2O4FeOOH↓+8H+。②Fe(OH)2完全沉淀(离子浓度≤10-5 ml·L-1)的pH=8.5,则Fe(OH)2的溶度积常数Ksp=1×10-5×(1×10-5.5)2=1×10-16,当滴加氨水产生沉淀,pH为6.0时,Ksp=1×10-16=c(Fe2+)×(1×10-8)2,解得c(Fe2+)=1 ml·L-1,溶液中残留Fe2+浓度为1 ml·L-1。(5)测得溶液吸光度A=0.8,根据图中信息得到溶液中c(Fe3+)=4.0×10-3 ml·L-1,则样品中铁离子物质的量为n(Fe3+)=4.0×10-3 ml·L-1×0.1 L×100=4.0×10-2 ml,设氧化铁物质的量为x,FeOOH物质的量为y,则有160 g·ml-1x+89 g·ml-1y=3.47 g,2x+y=0.04 ml,解得x=0.005 ml,y=0.03 ml,则样品中FeOOH的质量分数为0.03ml×89 g·ml-13.47 g×100%≈76.9%。
选项
探究目的
实验方案
A
Fe2+能否催化H2O2分解
向2 mL 5% H2O2溶液中滴加几滴FeSO4溶液,观察气泡产生情况
B
溶液中是否含有Fe2+
向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴新制氯水,再滴加KSCN溶液,观察溶液颜色变化
C
Fe2+是否水解
向2 mL FeSO4溶液中滴加2~3滴酚酞溶液,观察溶液颜色变化
D
Fe2+是否有还原性
向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴酸性KMnO4溶液,观察溶液颜色变化