全国版2021高考化学一轮复习课时作业11铁及其重要化合物含解析 练习

课时作业(十一)　铁及其重要化合物

1．(2019·福建龙岩质检)《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病，而通耳明目。慈石，色轻紫，石上皲涩，可吸连针铁，俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是(　　)

A．铁　　　　 B．氧化铜

C．氧化铁　　　 D．四氧化三铁

D　[磁石，古代炼丹常用的矿物原料，又称作“慈石”，即四氧化三铁(Fe3O4)。]

2．下列有关铁及其化合物的说法中正确的是(　　)

A．铁的化学性质比较活泼，所以铁在自然界中全部以化合态存在

B．铁在纯氧中燃烧或在氯气中燃烧所得产物中铁的化合价均为＋3价

C．工业上可用铁质容器储存浓硝酸和浓硫酸，原因是铁在常温下与两种酸不反应

D．工业上用CO在高温条件下还原含Fe2O3的铁矿石炼铁

答案　D

3．(2019·辽宁铁岭模拟)铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣。上述沉淀和残渣分别是(　　)

A．Fe(OH)3　Fe2O3　　　 B．Fe(OH)2　Fe2O3

C．Fe(OH)2　Fe(OH)3　　　 D．Fe(OH)2　Fe3O4

答案　B

4．(2019·江西九江模拟)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　[A项，Fe2＋遇到KSCN不变色，Fe2＋是否存在不确定；B项，Fe3＋干扰Fe2＋的检验，若原溶液中含有Fe3＋不含Fe2＋，也会产生同样现象；D项，Mg(OH)2为白色沉淀，易被红褐色沉淀掩盖，不确定。]

5．(2019·河南安阳模拟)下列除杂的操作不正确的是(　　)

A．MgCl2溶液中混有少量FeCl3：加入足量镁充分反应后过滤

B．FeCl2溶液中混有少量FeCl3：加入过量铁粉充分反应后过滤

C．CuCl2溶液中混有少量FeCl3：加入NaOH溶液充分反应后过滤

D．CuCl2溶液中混有少量FeCl2：先加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入CuO充分反应后过滤

答案　C

6．(2019·江苏盐城调研)有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0  mol·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025  mol 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(　　)

A．Fe2O3　 B．Fe3O4　

C．Fe4O5　 D．Fe5O7

D　[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  mol×2＝0.05  mol，根据电荷守恒得2n(Fe2＋)＋3n(Fe3＋)＝n(Cl－)，则n(Fe3＋)＝0.2  mol，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。]

7．(2019·湖北孝感模拟)从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下：

则下列说法正确的是(　　)

A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸

B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同

C．试剂c是氯气，相应的反应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否还有Fe2＋

C　[A项，由最终要得到氯化铁晶体及流程图知，b是盐酸，错误；B项，操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ为蒸发结晶，所用仪器不相同，错误；C项，滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此c为氯气，正确；D项，高锰酸钾也能氧化氯离子而褪色，因此不能用于检验是否含有亚铁离子，错误。]

8．(2019·吉林中学一模)部分氧化的Fe－Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g，经如下处理：

下列说法不正确的是(　　)

A．滤液A中的阳离子为Fe2＋、H＋

B．样品中铁元素的质量为2.24 g

C．样品中CuO的质量为4.0 g

D．V＝448 mL

C　[生成的3.2 g滤渣是铜，金属铜可以和铁离子反应，所以滤液A中一定不含有铁离子，故A正确；灼烧后得到的固体为三氧化二铁，其物质的量为＝0.02  mol，铁元素的物质的量为0.02  mol×2＝0.04  mol，质量为0.04  mol×56 g· mol－1＝2.24 g，故B正确；根据B中分析可知铁元素质量为2.24 g，而样品质量为5.76 g，所以样品中CuO质量不超过5.76 g－2.24 g＝3.52 g，故C错误；滤液A中溶质为H2SO4和FeSO4，而铁元素的物质的量为0.04  mol，说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04  mol，其中部分氢离子生成氢气，另外的氢离子和合金中的氧离子结合生成水，由于合金中氧离子的物质的量为＝0.02  mol，可结合氢离子0.04  mol，所以参与反应的硫酸中有0.04  mol×2－0.04  mol＝0.04  mol H＋生成氢气，即生成0.02  mol氢气，标准状况下体积为448 mL，故D正确。]

9．(2019·广东东莞模拟)FeCl3易潮解、易升华，实验室制备FeCl3的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。下列说法正确的是(　　)

A．导管g的作用是增强装置的气密性

B．试剂X和试剂Y分别为浓硫酸、饱和食盐水

C．直接用E接收产物比用导管连接D、E的优点是可防止堵塞

D．出于简化装置的目的，F装置可拆除

C　[导管g的作用是平衡气压，保证液体顺利滴下，A错误；为得到干燥纯净的Cl2，应先用饱和食盐水除去HCl，再通过浓硫酸干燥气体，B错误；FeCl3易潮解，而F中的浓硫酸起到干燥的作用，防止G中水蒸气进入D中，不能拆除，D错误。]

10．(2018·江西赣州三模)铁及其化合物在日常生产生活中用途广泛，利用FeSO4制备还原铁粉的工业流程如下：

实验室中可用FeSO4(用铁粉和稀硫酸反应制得)和NH4HCO3在如下装置模拟上述流程中的“转化”环节。

(1)装置A的名称是__________，装置B中盛放的药品是______，NH4HCO3盛放在装置____中。

(2)实验过程中，欲将生成的FeSO4溶液和NH4HCO3溶液混合，操作方法是________________________，发生主要反应的离子方程式为____________________。FeSO4溶液要现用现配制的原因是________________，检验久置的FeSO4是否变质的方法是___________________________________________________________________。

(3)干燥过程的主要目的是脱去游离水，该过程中会有少量FeCO3在空气中被氧化为FeOOH，该反应的化学方程式为______________________，取干燥后的FeCO3样品12.49 g，与炭混合后焙烧，最终得到还原铁粉6.16 g，计算样品中杂质FeOOH的质量：______g。

解析　(1)装置A是分液漏斗，盛放稀硫酸，装置B中盛放铁粉，稀硫酸与铁粉反应生成H2和FeSO4。装置C中盛放NH4HCO3。(2)检验D处氢气已纯净时，表明装置中空气已排尽，关闭活塞3，打开活塞2，在氢气作用下将FeSO4溶液压入C中发生反应。FeSO4具有还原性，易被O2氧化，故FeSO4溶液要现用现配。用KSCN溶液检验久置的FeSO4是否变质。(3)FeCO3、H2O、O2反应生成FeOOH和CO2。设干燥后的FeCO3样品中FeCO3、FeOOH的物质的量分别为x、y，则x×116 g· mol－1＋y×89 g· mol－1＝12.49 g,56 g· mol－1×(x＋y)＝6.16 g，解得：x＝0.1  mol，y＝0.01  mol。故m(FeOOH)＝0.89 g。

答案　(1)分液漏斗　铁粉　C

(2)(待D处的氢气纯净后)关闭活塞3，打开活塞2　Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O(或Fe2＋＋HCO===FeCO3↓＋H＋、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O)　亚铁离子易被氧化　取样品配成溶液，取少量溶液于试管中，再向试管中加入KSCN溶液，观察是否显红色

(3)4FeCO3＋O2＋2H2O===4FeOOH＋4CO2　0.89

11．(2019·河南六市联考)工业生产硫酸的黄铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3及少量的FeS、SiO2、Cu、Au、Ag等)是工业三废之一，其综合利用是一条变废为宝的重要途径：

Ⅰ.以黄铁矿烧渣为原料制备颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4的生产工艺流程如图。

请回答下列问题：

(1)能提高“废渣溶解”速率的措施有________________(写出一条即可)，“氧化”的目的是__________________。

(2)(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12中Fe的化合价是____价。

(3)该工艺流程图中，第二次加入氨水后，反应的离子方程式为________________ ________________________________________________________。

Ⅱ.如图是以黄铁矿烧渣为原料制备颜料铁红的另外一种生产工艺流程。

(4)在滤液Ⅰ中加入熟石灰，反应的化学方程式是______________________________。

(5)“氧化”反应较多，其中FeS可以看作被水溶液中的Cl2氧化，氧化后的溶液中滴加BaCl2溶液有不溶于盐酸的白色沉淀生成，则水溶液中FeS与Cl2反应的离子方程式为________________________________________________。

(6)试剂X为过量铁粉，其作用是______________________________。

解析　Ⅰ.黄铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3及少量的FeS、SiO2、Cu、Au、Ag等)用硫酸溶解后的溶液中含有硫酸铁和硫酸亚铁，将＋2价铁氧化为＋3价铁后，加入氨水，生成碱式硫酸铁铵沉淀，碱式硫酸铁铵沉淀用水溶解后的溶液中加入氨水，生成氢氧化铁沉淀，过滤后灼烧滤渣得到氧化铁；第二次过滤后的滤液中主要含有硫酸铵，可以回收得到硫酸铵晶体。(1)能提高“废渣溶解”速率的措施有将废渣粉碎、提高溶解温度、搅拌等，由上述分析可知，溶解后“氧化”可以将＋2价铁氧化为＋3价铁。(2)(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12中NH、SO、OH－整体分别显＋1价、－2价、－1价，根据化合物中各元素化合价的代数和为0可得，Fe的化合价是＋3价。(3)第二次加入氨水后，反应的离子方程式为3NH3·H2O＋Fe3＋===Fe(OH)3↓＋3NH。Ⅱ.根据流程图，黄铁矿烧渣用NaOH溶解，只有SiO2与NaOH发生反应，生成的溶液中含有Na2SiO3，滤渣中含有Fe2O3及少量的FeS、Cu、Au、Ag等，滤渣用硫酸溶解，同时用次氯酸钠氧化Fe2＋，滤渣中含有Au、Ag等，滤液中含有Fe3＋和Cu2＋，需要除去Cu2＋，为了不引入新杂质，需要加入铁粉将Cu2＋还原，得到的滤液为FeSO4，加入NaOH生成Fe(OH)2，被氧化生成Fe(OH)3，灼烧得到氧化铁。(4)滤液Ⅰ中含有硅酸钠，加入熟石灰，发生复分解反应，生成硅酸钙沉淀，反应的化学方程式为Na2SiO3＋Ca(OH)2===2NaOH＋CaSiO3↓。(5)FeS被Cl2氧化后的溶液中滴加BaCl2溶液有不溶解于盐酸的白色沉淀生成，说明生成了SO，则水溶液中FeS与Cl2反应的离子方程式为2FeS＋9Cl2＋8H2O===2Fe3＋＋2SO＋18Cl－＋16H＋。(6)试剂X为过量铁粉，目的是把Cu2＋还原为Cu，还可以还原Fe3＋为Fe2＋。

答案　(1)将废渣粉碎、提高溶解温度等　将＋2价铁氧化为＋3价铁

(2)＋3

(3)3NH3·H2O＋Fe3＋===Fe(OH)3↓＋3NH

(4)Na2SiO3＋Ca(OH)2===2NaOH＋CaSiO3↓

(5)2FeS＋9Cl2＋8H2O===2Fe3＋＋2SO＋18Cl－＋16H＋

(6)把Cu2＋还原为Cu，还可以还原Fe3＋为Fe2＋

12．(2019·天津静海模拟)某学习小组研究溶液中Fe2＋的稳定性，进行如下实验，并记录下结果。

【实验Ⅰ】

(1)上述(NH4)2Fe(SO4)2溶液的pH小于FeSO4溶液的原因是__________________(用离子方程式表示)。溶液的稳定性：FeSO4____(NH4)2Fe(SO4)2(填“>”或“<”)。

(2)甲同学提出实验Ⅰ中两溶液的稳定性差异可能是(NH4)2Fe(SO4)2溶液中的NH保护了Fe2＋，因为NH具有还原性。进行实验Ⅱ，否定了该观点，请补全该实验。

【实验Ⅱ】

(3)乙同学提出实验I中两溶液的稳定性差异是溶液酸性不同所致，进行实验Ⅲ：分别配制0.8  mol·L－1pH为1、2、3、4的FeSO4溶液，观察，发现pH＝1的FeSO4溶液长时间无明显变化，pH越大，FeSO4溶液变黄的时间越短。

资料显示：亚铁盐溶液中存在反应：4Fe2＋＋O2＋10H2O4Fe(OH)3＋8H＋。

由实验Ⅲ，乙同学可得出的实验结论是________________，原因是_______________ _____________________________________________________。

(4)进一步研究在水溶液中Fe2＋的氧化机理。测定同浓度FeSO4溶液在不同pH条件下，Fe2＋的氧化速率与时间的关系如图(实验过程中溶液温度几乎无变化)。反应初期，氧化速率都逐渐增大的原因可能是__________________。

(5)综合以上实验分析，增强Fe2＋稳定性的措施有__________________。

解析　(1)FeSO4溶液中只有Fe2＋的水解使溶液呈弱酸性，而(NH4)2Fe(SO4)2溶液中Fe2＋和NH都水解使溶液呈弱酸性，所以同浓度的(NH4)2Fe(SO4)2溶液的pH小于FeSO4溶液；根据表中所示溶液颜色的变化快慢分析，FeSO4溶液与KSCN溶液反应1 min后的颜色和(NH4)2Fe(SO4)2溶液与KSCN溶液反应5 h后的颜色相同，说明FeSO4的稳定性弱于(NH4)2Fe(SO4)2。(2)甲同学提出实验Ⅰ中两溶液的稳定性差异可能是(NH4)2Fe(SO4)2溶液中的NH保护了Fe2＋，所以可以取用与(NH4)2Fe(SO4)2溶液体积相同、浓度相同、pH相同的不含NH的FeSO4溶液做对比实验。即取2 mL pH＝4.0的0.80  mol·L－1FeSO4溶液，加2滴0.01  mol·L－1KSCN溶液进行实验，现象与实验Ⅰ中(NH4)2Fe(SO4)2溶液的实验现象相同，说明NH的存在不影响实验结果，从而否定了甲同学的观点。(3)实验Ⅲ的结果说明FeSO4溶液的pH越小，FeSO4越稳定；根据亚铁盐溶液中存在的化学平衡4Fe2＋＋O2＋10H2O4Fe(OH)3＋8H＋可知，pH越小，c(H＋)越大，对平衡正向进行的抑制作用越大，Fe2＋越稳定。(4)根据亚铁盐溶液中存在的化学平衡4Fe2＋＋O2＋10H2O4Fe(OH)3＋8H＋可推测，生成的Fe(OH)3对反应有催化作用，且反应初期生成的c(H＋)小，对反应正向进行的抑制作用很小。(5)分析实验结果，增强Fe2＋稳定性的措施可以是加入一定量的酸，增大c(H＋)，或进行密封保存，减少与空气的接触等。

答案　(1)NH＋H2ONH3·H2O＋H＋　<

(2)2 mL pH＝4.0的0.80  mol·L－1 FeSO4溶液　2滴0.01  mol·L－1KSCN溶液

(3)溶液pH越小，Fe2＋越稳定　溶液中存在平衡4Fe2＋＋O2＋10H2O4Fe(OH)3＋8H＋，c(H＋)越大，对平衡正向进行的抑制作用越强，Fe2＋越稳定

(4)生成的Fe(OH)3对反应有催化作用

(5)加一定量的酸；密封保存