周末培优4 金属及其化合物的实验题和工艺流程题-2022-2023学年高一化学课后培优练（人教版2019必修第一册）

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姓名：             班级                      周末培优4  金属及其化合物的实验题和工艺流程题1．为探究铁与水的反应(已知：)，某同学设计并进行了下列实验，虚线框处用来检验生成的气体。下列说法正确的是A．实验后，装置B中生成红棕色固体B．虚线框C处应该选择装置甲，试管中是灼热的铜丝C．虚线框C处应该选择装置乙，试管中是灼热的表面覆盖氧化铜的铜丝D．实验后，将装置B中的固体溶于足量稀硫酸，所得溶液中一定含有【答案】C【分析】由实验装置可知，A中加热提供水蒸气，B中Fe与水蒸气高温下反应生成四氧化三铁和氢气，且氢气不纯加热易发生爆炸，利用氢气将空气排出后加热。【详解】A． 反应产生四氧化三铁，颜色为褐黑色，所以实验后，装置B中生成黑色固体，故A错误；B． 由于氢气的密度较小，虚线框C处应该选择装置乙，试管中是灼热的表面覆盖氧化铜的铜丝，氢气还原CuO可以观察到黑色铜丝变为红色，检验产生的氢气，故B错误；C． 由于氢气的密度较小，虚线框C处应该选择装置乙，试管中是灼热的表面覆盖氧化铜的铜丝，观察颜色可检验氢气的产生，故C正确；D．四氧化三铁与硫酸反应后，可以生成铁离子和亚铁离子，若铁过量，铁离子被还原为亚铁离子，所以实验后，将装置B中的固体溶于足量稀硫酸，所得溶液中一定含有Fe2+，不一定含Fe3+，故D错误；故选C。2．如图所示装置，可用以制取和观察在空气中被氧化时颜色的变化。下列说法错误的是A．实验前，应事先煮沸溶液除去溶解氧B．装置Ⅰ可制取溶液并排尽装置内空气C．关闭止水夹可观察到装置Ⅱ中溶液进入装置Ⅰ中D．取下装置Ⅱ的橡皮塞可观察沉淀颜色变化【答案】C【分析】氢氧化钠溶液中有少量氧气，需要加热煮沸除去氧气；打开止水夹，铁屑和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，利用反应产生的氢气排装置内的空气，然后关闭止水夹，试管Ⅰ形成密闭体系，利用反应产生的氢气的压强作用，把硫酸亚铁溶液压入到装置Ⅱ中，产生氢氧化亚铁白色沉淀，氢氧化亚铁遇到空气后，变为灰绿色，最后变为红褐色。【详解】A．氢氧化钠溶液中有少量氧气，氢氧化亚铁易被氧气氧化，所以实验前，应事先煮沸溶液除去溶解氧，故A正确；B．结合以上分析可知，装置Ⅰ可制取溶液并排尽装置内空气，故B正确；C．结合以上分析可知，关闭止水夹可观察到装置Ⅰ中溶液进入装置Ⅱ中，故C错误；D．结合以上分析可知，氢氧化亚铁具有强还原性，能够被氧气氧化，颜色发生变化，所以取下装置Ⅱ的橡皮塞可观察沉淀颜色变化，故D正确；故选C。3．按如图所示的方法进行实验，下列有关说法错误的是A．①中反应的离子方程式为B．②中加入溶液后溶液不变红C．③中加入新制氯水后溶液变红D．氧化性：【答案】AD【详解】A．①中反应的离子方程式为，故A错误； B．①中为过量铁粉与反应，则②中无，故加入溶液后，溶液不变红，故B正确；C．②中含有和，③中滴加新制氯水后，则被氧化为，溶液变红，故C正确；D．同一个氧化还原反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，则由③可知氧化性：，由①可知氧化性，故D错误；故答案为AD。4．某同学利用如图所示实验装置进行铁与水蒸气反应的实验，并对反应后硬质试管中固体物质的组成进行了探究。请回答下列问题：（1）硬质试管中湿棉花的作用是___________________________________。（2）铁与水蒸气的反应中，氧化剂是_______________（填化学式，下同），还原剂是_________________。（3）该同学对反应后硬质试管中固体物质的组成提出了如下假设：假设1：只有Fe；假设2：只有_______________（填化学式）；假设3：既有Fe也有Fe3O4。（4）为了验证反应后硬质试管中固体物质的组成，该同学进行了定量研究：反应前固体物质的质量为5.6g，反应后固体物质的质量为6.6g。从数据分析，假设__________（填“1”“2”或“3”）正确：【答案】（1）提供反应需要的水蒸气    （2）        （3）    （4）3    【解析】（1）硬质试管中的湿棉花受热时可产生水蒸气，故硬质试管中湿棉花的作用是提供反应需要的水蒸气；（2）根据化学方程式：可知，在反应中失去电子作还原剂，在反应中得到电子，作氧化剂；（3）若没有反应，则固体物质为；若部分反应，则固体物质为与的混合物；若全部反应，则固体物质为；（4）若完全反应，应得到，其质量约为，而实验测得反应后固体物质的质量为，说明部分反应，故反应后的硬质试管中固体物质为和的混合物，假设3正确。5．如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验药品：铁屑、稀H2SO4溶液和NaOH溶液。 填写下列空白：(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是_______。(2)实验开始时应先将弹簧夹E_______(填打开"或“关闭")，其目的是_______。(3)反应结束后拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，可观察到的现象为_______，写出有关反应的化学方程式：_______。【答案】铁屑    打开    让生成的氢气排走装置和溶液中的空气    白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色    4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3    【详解】(1)制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化，需先制取氢氧化亚铁，需用Fe和稀H2SO4反应制H2，关闭活塞E，导致A装置中压强增大使FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应生成Fe(OH)2，所以A中应预先加入的试剂是Fe，稀硫酸通过分液漏斗加入，铁和稀硫酸反应的化学方程式为：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。B中盛有一定量的NaOH溶液；(2)Fe(OH)2具有强的还原性，很容易被空气中的氧气氧化，实验开始时应先将活塞E打开，让生成的H2排走装置和溶液中的空气，并且通过出气口排出，使Fe(OH)2不能与氧气充分接触，从而达到防止被氧化的目的；(3)实验结束后，拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，Fe(OH)2不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成红褐色的Fe(OH)3，因此看到的现象是：白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，反应的化学方程式为：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。6．某班同学用如下实验探究、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，均配制成的溶液。在溶液中需加入少量铁屑，其目的是______________。（2）甲组同学取溶液，加入几滴氯水，再加入1滴溶液，溶液变红，说明可将氧化。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，该组同学在溶液中先加入煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴溶液，溶液变红，煤油的作用是__________。【答案】（1）防止被氧化    （2）    （3）隔绝空气（排除氧气对实验的影响）    【解析】（1）具有还原性，溶液易被氧化而变质，配制溶液时加入少量铁屑，目的是防止被氧化，故答案为：防止被氧化；（2）溶液变红，说明有生成，则溶液与氯水反应生成，离子方程式为，故答案为：；（3）甲组实验中，易被空气中的氧化，会生成，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，故答案为：隔绝空气（或排除氧气对实验的影响）。7．实验小组探究某补铁口服液中铁元素的价态。（查阅资料）KSCN中的硫元素为价，易被氧化为价。（实验过程）编号实验操作实验现象实验Ⅰ无明显变化实验Ⅱ溶液变红（分析与解释）(1)由实验Ⅰ可得出的结论是___________。(2)根据实验Ⅱ中的现象，可以断定该补铁口服液中铁元素的价态为价，滴加溶液后发生反应的离子方程式为___________。(3)一段时间后，发现实验Ⅱ中溶液红色褪去，可能的原因是___________；小组同学为证实自己的猜想，设计如下对照实验：向1mL 0.1 KSCN溶液中加入足量5% 溶液，再加入溶液，观察到___________，证实了小组同学的猜想是正确的。【答案】补铁剂口服液中不含        [KSCN、]中的硫元素为价，具有强还原性，被氧化    产生白色沉淀    【分析】KSCN溶液和发生反应生成络合物，使溶液变红，实验Ⅰ向补铁口服液中加入1mL稀硫酸，再滴入5滴0.1 KSCN溶液KSCN溶液，无现象，说明补铁剂口服液中不含，实验Ⅱ，向实验Ⅰ中所得溶液加入1mL5% 溶液，溶液变红，说明被氧化成。【详解】(1)由分析可知，实验Ⅰ向补铁口服液中加入1mL稀硫酸，再滴入5滴0.1 KSCN溶液，无现象，说明补铁剂口服液中不含，故答案为：补铁剂口服液中不含。(2) 补铁口服液中铁元素的价态为价，滴加溶液，被氧化成，则滴加溶液后发生反应的离子方程式为，故答案为：。(3)由题目信息可知， KSCN中的硫元素为价，易被氧化为价，所以一段时间后，发现实验Ⅱ中溶液红色褪去，可能的原因是[KSCN、]中的硫元素为价，具有强还原性，被氧化。因为中的硫元素为价，具有强还原性，被氧化成硫酸根，则加入溶液，生成白色沉淀BaSO4，故答案为：[KSCN、]中的硫元素为价，具有强还原性，被氧化、产生白色沉淀。8．利用某工业废弃固体(成分为 Cu2S 和 FeS2)制备硫酸铜溶液和硫酸亚铁晶体，流程如图所示。(已知：①固体 B 含有氧化铜、氧化铁②铁能与硫酸铁反应，生成硫酸亚铁)(1)操作 I 是____。为了提高废弃固体的反应速率，除将固体粉碎、提高温度外，还可以采取的具体措施有____ (写一条)。(2)写出 FeS2在空气中灼烧的化学方程式_____。(3)溶液 C 中的溶质有_________(用化学式表示)。(4)试剂 y 的作用是_____。【答案】过滤    通入足量的氧气        、、    溶解铁，将铁、铜分离开来    【分析】废弃固体(成分为 Cu2S 和 FeS2)在空气中灼烧生成固体B氧化铜和氧化铁，气体A二氧化硫；将氧化铜和硫酸铁溶于过量的稀硫酸得到硫酸铜和硫酸铁以及过量稀硫酸的混合溶液C，溶液C中加过量铁粉，将铜置换成铜单质，将硫酸铁转化成硫酸亚铁，硫酸转化成硫酸亚铁，过滤得到铜和铁的混合固体D和硫酸亚铁溶液E，混合固体D加硫酸溶解得到硫酸亚铁和铜单质F，铜单质经系列转化得到硫酸铜溶液，硫酸亚铁溶液经蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，据此分析解答。【详解】(1)由以上分析可知操作I实现固液的分离应为过滤，提高反应速率的措施可以增大固体反应物的接触面积如粉碎，升高温度，增大反应物浓度即通入足量的氧气等，故答案为：过滤；通入足量的氧气；(2) FeS2在空气中灼烧生成氧化铁和二氧化硫，反应方程式为：，故答案为：；(3) 固体 B 含有氧化铜、氧化铁加过量稀硫酸后溶解生成硫酸铜和硫酸铁，并且有剩余的硫酸，溶液 C 中的溶质有、、，故答案为：、、；(4)固体D为铁和铜的混合物，利用铁溶于硫酸而铜不与稀硫酸发生反应，将混合固体溶于稀硫酸，实现铁、铜的分离，故答案为：溶解铁，将铁、铜分离开来。9．某硫酸厂产生的烧渣主要含、FeO，还含有一定量的可用于制备，其流程如下：已知：还原时，与不反应，通过反应Ⅰ、II被还原，其中反应Ⅰ为。(1)反应Ⅰ中还原剂是___________。(2)滤渣的成分是___________填名称。(3)所得需充分洗涤，检验是否洗净的方法是___________。(4)①配平反应II的离子方程式：______________________。②还原前后溶液中部分离子的浓度见下表溶液体积变化忽略不计：离子离子浓度还原前还原后则反应Ⅰ、II中生成的物质的量之比为___________。【答案】    二氧化硅    取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，待无明显现象后，再滴加溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净。反之，则说明没洗涤干净    23        【分析】烧渣主要含、FeO，还有一定量的用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、硫酸亚铁、未反应的硫酸，滤渣为二氧化硅，用二硫化亚铁矿还原后过滤，得滤液中含有硫酸亚铁，向滤液中加入碳酸铵，过滤得碳酸亚铁，滤液中有硫酸铵。据此分析解题。【详解】反应Ⅰ为，其中中硫元素为价，反应后变为价，化合价升高，所以为还原剂；故答案为：； 由上分析可知滤渣的成分是二氧化硅；故答案为：二氧化硅；过滤得碳酸亚铁，滤液中有硫酸铵，所以检验是否洗净，就是检验洗涤滤液中是否有硫酸根离子，所以操作为取最后一次洗涤滤液，滴加稀盐酸，待无明显现象后，滴加氯化钡溶液，看溶液是否有沉淀，若无沉淀，则已经洗涤干净； 故答案为：取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，待无明显现象后，再滴加溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净。反之，则说明没洗涤干净； (4)①根据流程可知，“还原”时反应Ⅱ有硫产生，应为与铁离子之间的氧化还原反应，中硫元素的化合价由价升到0价，铁离子化合价由价降到价，根据化合价升降得到最小公倍数为2，故反应的离子方程式为：；故答案为：2；1；2；3；②根据表可知，反应Ⅰ中生成的硫酸根的浓度为，据反应可知，反应Ⅰ中被还原的的物质的量浓度为，同时计算出生成的亚铁离子的浓度为，两个反应中共生成的亚铁离子的浓度为，所以反应Ⅱ中生成的亚铁离子浓度为，所以反应Ⅰ、Ⅱ中生成的的物质的量之比为：：3；故答案为：5：3。10．某实验小组探究氯水与铁的反应。（实验过程）操作过程及实验现象如图所示。（分析解释）(1)实验i中产生少量无色气体，该气体可能是___。(2)实验ii中观察到溶液变为红色，可推知上层清液中含有Fe3+，则试剂X是___(填字母)。a.KSCN溶液          b.NaCl溶液(3)实验iii中观察到溶液无明显变化，可推知上层清液中不含Fe3+，其原因是__(用离子方程式表示)。（反思评价）(4)甲同学认为上层清液中的Fe3+是由Cl2与Fe2+反应生成。乙同学认为还有其他可能性，请写出其中一种：___。【答案】氢气    a    2Fe3++ Fe=3Fe2+    溶液中的HClO将Fe2+氧化为Fe3+    【详解】(1)氯气与水反应生成HClO和HCl，铁与HCl反应生成氢气，故答案为：氢气；(2)KSCN遇到Fe3+可生成血红色溶液，NaCl与Fe3+不发生反应，混合后无明显变化，因此应用KSCN溶液检验Fe3+，故答案为：a；(3) 实验iii中观察到溶液无明显变化，可知上层清液中不含Fe3+，可能的原因是铁粉过量，发生反应：2Fe3++ Fe=3Fe2+，将生成的Fe3+还原成了Fe2+，故答案为：2Fe3++ Fe=3Fe2+；(4)氯水中除氯气具有强氧化性外，氯气与水反应生成的HClO也具有强氧化性能将Fe2+氧化为Fe3+，故答案为：溶液中的HClO将Fe2+氧化为Fe3+。11．某学习小组用如图所示装置测定铝镁合金中的铝的质量分数和铝的相对原子质量。(1)A中试剂为________________。(2)实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是____________________________________。(3)检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：①记录C的液面位置；②将B中剩余固体过滤，洗涤，干燥，称重；③待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；④由A向B滴加足量试剂；⑤检查气密性。上述操作的顺序是________(填序号)；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应___________________________________________。(4)B中发生反应的化学方程式为_____________________。(5)若实验用铝镁合金的质量为a g，测得氢气体积为b mL(已换算为标准状况)，B中剩余固体的质量为c g，则铝的相对原子质量为_________________。(6)实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得的质量分数将________(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。【答案】(1)NaOH溶液(2)除去镁铝合金表面的氧化膜(3)⑤①④③②　使D和C的液面相平(4)2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑(5)(6)偏小【解析】(1)观察实验装置图可知是用量气法完成实验目的，故A中应盛NaOH溶液，在B中发生2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑的反应。(2)目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。(3)正确顺序应为⑤①④③②；为使C中气体的压强相等，还应使D与C液面相平。(5)据2 mol Al～3 mol H2得M(Al)= (6)据w(Al)=×100%的计算公式可知未洗涤不溶物会造成Al的质量分数偏小。12．（2021·苏州大学附属中学高一期中）FeCO3与砂糖混用可作补血剂，也能被用来制备Fe2O3。(1)实验室制备FeCO3的流程如下：写出生成沉淀的化学方程式：___________。如何检验滤液中的：___________。(2)甲同学为了验证FeCO3高温下煅烧是否得到Fe2O3，做了如下实验：实验步骤实验操作步骤Ⅰ取一定质量的FeCO3固体置于坩埚中，高温煅烧至质量不再减轻，冷却至室温Ⅱ取少量实验步骤Ⅰ所得固体置于一洁净的试管中，用足量的稀硫酸溶解Ⅲ向实验步骤Ⅱ所得溶液中滴加KSCN溶液，溶液变红根据上述现象得到化学方程式：___________。①实验步骤Ⅲ中溶液变红的离子方程式为___________。②乙同学提出了不同的看法：煅烧产物可能是Fe3O4，因为Fe3O4也可以溶于硫酸，且所得溶液中也含有Fe3+。于是乙同学对实验步骤Ⅲ进行了补充：另取少量实验步骤Ⅱ所得溶液，然后(填字母)___________，用来检验溶液中是否含有Fe2+。A．滴加氯水                       B．滴加KSCN溶液C．先滴加KSCN溶液后滴加氯水    D．滴加酸性KMnO4溶液(3)丙同学认为即使得到乙同学预期的实验现象，也不能确定煅烧产物中含有+2价铁元素。于是他设计了由FeCO3制备Fe2O3的方案。先向FeCO3粉末中依次加入试剂：稀硫酸、双氧水、氢氧化钠溶液；然后再过滤、洗涤、灼烧即可得到Fe2O3.请写出和双氧水有关的离子方程式：___________。【答案】FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O    取少量滤液于试管中，加入足量NaOH溶液，加热，若产生气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则滤液中含有    4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2．    Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3    D    H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O    【分析】FeSO4溶液中加碳酸氢铵生成CO2、FeCO3，过滤、洗涤，即可得到FeCO3固体；检验铵根离子的方法是利用铵根离子结合氢氧根离子发生反应加热生成氨气，氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色；三价铁离子可以和硫氰化钾之间反应生成红色的络合物；亚铁离子能使高锰酸钾褪色，但是三价铁离子不可以；亚铁离子可以被双氧水氧化为三价铁离子，铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化铁，氢氧化铁受热分解为氧化铁。【详解】(1)FeSO4溶液中加碳酸氢铵生成CO2、FeCO3，反应的化学方程式为：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O，故答案为：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O；②检验滤液中含有的方法是：取少量滤液于试管中，加入足量NaOH溶液，加热，若产生气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则滤液中含有，故答案为：取少量滤液于试管中，加入足量NaOH溶液，加热，若产生气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则滤液中含有；(2)根据上述现象得到化学方程式：4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2。故答案为：4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2．；①三价铁离子可以和硫氰化钾之间反应生成红色的络合物，实验步骤Ⅲ中溶液变红的离子方程式为Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3。故答案为：Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3；②亚铁离子能使高锰酸钾褪色，但是三价铁离子不可以，步骤Ⅱ所得溶液中一定含有铁离子，判断是否含有Fe2+，A．原溶液中有铁离子，滴加氯水能氧化亚铁离子为铁离子现象不明显，不能鉴别，故A错误；B．滴加KSCN溶液只能鉴别铁离子的存在，不能证明亚铁离子的存在，故B错误；C．先滴加KSCN溶液后滴加氯水，若原溶液中含铁离子，遇到KSCN反应变红色，再滴入氯水不能鉴别溶液中含亚铁离子，故C错误；D．亚铁离子具有还原性，滴加酸性KMnO4溶液能氧化亚铁离子，若滴入高锰酸钾溶液褪色证明含有亚铁离子，故D正确；故答案为：D；(3)粉末可以溶于硫酸，得到硫酸铁、硫酸亚铁等，其中的亚铁离子可以被双氧水氧化为三价铁离子，铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化铁，氢氧化铁受热分解为氧化铁，最后过滤，这样可以制得氧化铁。在酸性条件下，双氧水将亚铁离子氧化为铁离子，和双氧水有关的离子方程式：H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O。故答案为：H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O。