(通用版)高考化学一轮复习课时分层提升练八3.3铁及其重要化合物(含解析)

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　铁及其重要化合物一、选择题1.下列物质能用化合反应直接制得的是 (　　)①FeCl2　②Fe(OH)3　③NaHSO3　④Fe(OH)2A.②　　　B.②③　　　C.①②③　　　D.①②③④【解析】选C。2FeCl3+Fe3FeCl2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,Na2SO3+H2O+SO22NaHSO3,以上反应均为化合反应。Fe(OH)2不能用化合反应制得。【方法规律】不能通过化合反应得到的物质(1)常见不能通过单质之间化合得到的物质有FeCl2、Fe2S3、SO3、NO2等;(2)常见不能通过单质之间化合得到,但可以通过化合反应得到的物质有FeCl2、SO3、NO2等;(3)常见不能通过氧化物与水化合得到的酸、碱有H2SiO3、Fe(OH)3、Fe(OH)2、Al(OH)3、Cu(OH)2等;(4)常见不能通过氧化物与水化合得到,但可以通过化合反应得到的物质有Fe(OH)3等。2.下列关于Fe3+、Fe2+性质实验的说法错误的是 (　　)A.用如图装置可以制备沉淀Fe(OH)2B.配制FeCl3溶液时,先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度C.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显红色,此现象不能确定溶液中含有Fe2+D.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化【解析】选C。反应开始时生成的氢气进入B中,可排出氧气,防止生成的氢氧化亚铁被氧化,一段时间后关闭止水夹C,A中硫酸亚铁进入B中可生成Fe(OH)2,故A正确;FeCl3易水解,配制溶液时应防止溶液因水解而生成氢氧化铁沉淀,可先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度,故B正确;Fe3+与铁反应可生成Fe2+,则向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化,故D正确。3.(2019·石家庄模拟)某学生鉴定甲盐的流程如图所示,下列说法正确的是(　　)A.如果甲中含有S2-,则乙是硫黄沉淀B.如果乙是AgCl沉淀,那么甲是FeCl3C.丙中肯定含有Fe3+,所以甲是FeBr3D.甲中含铁元素,可能显示+2或者+3价【解析】选D。如果甲中含有S2-,则乙应为Ag2S沉淀,A项错误;AgCl是白色沉淀,与题意不符,B项错误;丙与KSCN溶液反应后溶液显红色,则丙中一定含有Fe3+,又因为甲中滴加酸性AgNO3溶液后得到丙,故甲中一定含有铁元素,可能为+2价,也可能为+3价,C项错误,D项正确。4.(2019·长沙模拟)用废铁屑制备磁性胶体粒子,制取过程如下:废铁屑溶液AFe3O4(胶体粒子)下列说法不正确的是 (　　)A.用Na2CO3溶液浸泡是为了除去废铁屑表面的油污B.通入N2是防止空气中的O2氧化二价铁元素C.加适量的H2O2是为了将部分Fe2+氧化为Fe3+,涉及反应为H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2OD.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1【解析】选D。碳酸钠的水溶液显碱性,油污在碱中发生水解,因此碳酸钠溶液浸泡可以除去废铁屑表面的油污,故A说法正确;Fe2+容易被氧气氧化,因此通入N2的目的是防止空气中的氧气氧化Fe2+,故B说法正确;利用H2O2的氧化性,把Fe2+氧化成Fe3+,涉及反应为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,故C说法正确;Fe3O4中Fe2+和Fe3+物质的量之比为1∶2,故D说法错误。二、非选择题5.(2019·衡水模拟)根据下列转化关系,回答有关问题。(1)浅绿色溶液D主要成分的化学式为________,试剂1是________。 (2)下列物质不能作为试剂2的是________(填序号)。 a.Cl2　b.新制氯水　c.浓硫酸　d.S　e.硝酸(3)固体A溶于稀盐酸的化学方程式为____________。 (4)溶液C到溶液F红色加深的原因是____________________________。 (5)某同学在实验时向E中加入了一种过量的固体,发现淡黄色褪去,现对褪色原因进行探究。提出你的假设:__________________________________;为了对你所提出的假设进行验证,你设计的实验方案是:________________。 【解析】从框图可知,Fe和稀盐酸反应生成FeCl2溶液,为浅绿色,即D的主要成分为FeCl2,加入试剂2后变为棕黄色溶液,联想最终变成深红色溶液F(硫氰化铁溶液),可以推断溶液E的主要成分为Fe3+,试剂2为强氧化剂,S不符合条件。Fe与H2O(g)反应生成固体Fe3O4,Fe3O4与盐酸反应的化学方程式为Fe3O4+8HCl 2FeCl3+FeCl2+4H2O,所以溶液B为FeCl3和FeCl2的混合溶液,加入试剂1(KSCN溶液或NH4SCN溶液)后,Fe3+变成Fe(SCN)3,加入试剂2(强氧化剂),Fe2+被氧化为Fe3+,并进一步转化为Fe(SCN)3,所以溶液红色加深。(1)通过以上分析知,淡绿色溶液D主要成分的化学式为FeCl2,试剂1是KSCN。(2)试剂2应该具有强氧化性,能氧化亚铁离子且不能引进新的离子,可以用氯气或氯水。(3)A是四氧化三铁,四氧化三铁和稀盐酸反应生成氯化铁、氯化亚铁和水,反应方程式为Fe3O4+8HCl2FeCl3+FeCl2+4H2O。(4)溶液C中亚铁离子被氯气氧化生成铁离子,铁离子浓度增大导致铁离子和KSCN反应的平衡正向移动,导致硫氰化铁浓度增大,溶液颜色加深。(5)可能原因是还原剂将Fe3+还原,其检验方法为:用胶头滴管取少量淡黄色褪去后的溶液于试管中,滴加少量KSCN溶液,再加入几滴氯水,如果溶液开始不出现红色,加氯水后出现红色,则说明假设正确,如果溶液不变红色,则假设不正确。答案:(1)FeCl2　KSCN溶液(或NH4SCN溶液)　(2)c、d、e　(3)Fe3O4+8HCl2FeCl3+FeCl2+4H2O(4)溶液中的Fe2+被氧化剂氧化成Fe3+,使Fe3+浓度增大,从而生成更多的硫氰化铁而使红色加深(5)加入还原剂将Fe3+还原　用胶头滴管取少量淡黄色褪去后的溶液于试管中,滴加少量KSCN溶液,再加入几滴氯水。如果溶液开始不出现红色,加氯水后出现红色,则说明假设正确;若溶液不变红色,则假设不正确6.(2019·赣州模拟)硫酸铁铵[aFe2(SO4)3·b(NH4)2SO4·cH2O]广泛用于城镇生活饮用水、工业循环水的净化等。某化工厂以硫酸亚铁(含少量硝酸钙)和硫酸铵为原料,设计如图所示工艺流程制取硫酸铁铵。请回答下列问题:(1)硫酸亚铁溶液加H2SO4酸化的主要目的是 ______________________。 (2)下列物质中最适合作氧化剂B的是________。 a.NaClO　　b.H2O2　　c.KMnO4　　d.K2Cr2O7(3)操作甲的名称是________。 (4)上述流程中,氧化之后和加热蒸发之前,需加少量________(填化学式),检验Fe2+是否已全部被氧化的方法______________________________________; (5)称取14.00 g所得样品,将其溶于水配制成100 mL溶液,分成两等份,向其中一份中加入足量NaOH溶液,过滤洗涤得到2.14 g沉淀;向另一份溶液中加入0.05 mol Ba(NO3)2溶液,恰好完全反应。则该硫酸铁铵的化学式为__________ __________________________________。 【解析】(1)硫酸亚铁溶液加H2SO4酸化,增大溶液中S浓度,将Ca2+转化为沉淀,同时酸性条件下可以抑制Fe2+的水解。(2)氧化剂B的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,H2O2的还原产物是水,是绿色氧化剂,不会引入新的杂质,而其他试剂都会引入新的杂质,故试剂B选H2O2。(3)根据流程,操作甲是从溶液中得到沉淀,操作名称为冷却结晶。(4)上述流程中,氧化之后和加热蒸发之前,为了抑制Fe3+的水解,需要加入少量H2SO4。检验Fe2+是否已全部被氧化,由于溶液中含有Fe3+,不能用KSCN溶液和氯水,应加入  K3 [Fe(CN)6]溶液,若生成蓝色沉淀,可说明含有亚铁离子或滴加酸性KMnO4溶液,溶液褪色可说明含有亚铁离子。(5)其中一份得到的2.14 g沉淀为Fe(OH)3,则n(Fe3+)==0.02 mol,另一份消耗0.05 mol Ba(NO3)2,则n(S) =0.05 mol,则两份样品中n[Fe2(SO4)3]=0.01 mol,n[(NH4)2SO4]=0.05-0.01×3=0.02(mol),则n(H2O)==0.02(mol),故该硫酸铁铵中Fe2(SO4)3、(NH4)2SO4、H2O的物质的量之比为1∶2∶2,化学式为Fe2(SO4)3·2(NH4)2SO4·2H2O。答案:(1)增大溶液中S浓度,将Ca2+转化为沉淀同时抑制Fe2+水解(2)b　(3)冷却结晶(4)H2SO4　加入  K3[Fe(CN)6]溶液若生成蓝色沉淀,可说明含有亚铁离子或滴加酸性KMnO4溶液,溶液褪色可说明含有亚铁离子(5)Fe2(SO4)3·2(NH4)2SO4·2H2O一、选择题1.下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是 (　　)选项操作和现象结论或目的A向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液2～3滴,溶液呈红色红砖中含有氧化铁BCO还原Fe2O3得到的黑色固体加入盐酸溶解后再加入KSCN溶液,溶液不显红色黑色固体中没有Fe3O4C取少量Fe(NO3)2试样加水溶解,加稀硫酸酸化,滴加KSCN溶液,溶液变为红色该Fe(NO3)2试样已经变质D向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色原溶液中含有Fe2+【解析】选A。B项中CO还原Fe2O3得到单质Fe,即使有Fe3O4,其溶于盐酸后产生的Fe3+与Fe发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+,加入KSCN溶液也不显红色,错误;C项中N+H+具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,两者发生氧化还原反应,有Fe3+生成,遇KSCN溶液呈红色,无法证明样品是否变质,错误;D项中若原溶液中无Fe2+,存在Fe3+,也有此现象,错误。2.从废水中回收硫酸亚铁固体和铜的流程如下:则下列说法正确的是 (　　)A.金属X为ZnB.溶液Y为稀盐酸C.硫酸亚铁可用作食品的抗氧化剂D.无水硫酸铜可用于检验水或作干燥剂【解析】选C。金属X是除去废水中CuSO4,X为铁粉,A项错误;不纯的铜中含有过量的铁粉,除去铜,并得到FeSO4,Y为稀硫酸,B项错误;硫酸亚铁具有还原性,可用作食品的抗氧化剂,C项正确;无水硫酸铜可用于检验水,但不作干燥剂,D项错误。【加固训练】1.(2019·天门模拟)A由Al2O3、Fe3O4、Al、Cu中的某几种粉末混合而成,设计成分分析方案如下:下列分析不正确的是 (　　)A.当m1>m2时,溶液a中阴离子只有一种B.生成蓝色溶液的离子方程式为Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O和Cu+2Fe3+Cu2++ 2Fe2+C.要确定混合物中是否含Al,可取A加入适量稀盐酸D.当m2-m3=2.96 g,Fe3O4的质量至少为 2.32 g【解析】选 A。当m1>m2时,说明至少有Al2O3、Al两者中的一种,且生成了偏铝酸钠溶液,因氢氧化钠溶液过量,阴离子除Al,还有OH-,A项不正确;Fe3O4与盐酸反应生成氯化铁和氯化亚铁发生Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O,三价铁离子有氧化性,发生Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,B项正确;金属氧化物与酸反应生成水,无氢气,而铜与盐酸不反应,可取A加入适量稀盐酸,如果有气体产生,则证明铝存在,C项正确;发生固体质量改变的金属氧化物的溶解和三价铁与铜单质之间的氧化还原反应,Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,Fe3O4～2Fe3+～Cu,也就是四氧化三铁和铜的物质的量之比大于1∶1,m2-m3=2.96 g 才符合最小值,为1∶1,即2.96 g××100% =2.32 g,D项正确。2.一定质量的某铁的氧化物FexOy,与足量的4 mol·L-1硝酸溶液充分反应,消耗硝酸溶液 700 mL,生成2.24 L NO(标准状况)。则该铁的氧化物的化学式为(　　)A.FeO　　　　　　  B.Fe2O3C.Fe3O4     D.Fe4O5【解析】选C。铁的氧化物FexOy与足量的4 mol·L-1硝酸溶液充分反应,生成Fe(NO3)3,硝酸被还原生成NO,NO的物质的量为=0.1 mol,根据氮原子守恒,3n[Fe(NO3)3]+n(NO)=n(HNO3),故3n[Fe(NO3)3]+0.1 mol=0.7 L×4 mol·L-1,解得n[Fe(NO3)3]=0.9 mol,令氧化物FexOy中铁元素的平均化合价为a,根据得失电子守恒,则0.9 mol×(3-a)=0.1 mol×(5-2),解得a=,由化合物中正负化合价代数和为0可得x=2y,则x∶y=3∶4,故该氧化物的化学式为Fe3O4。二、非选择题3.铁矿石是工业炼铁的主要原料之一,其主要成分为铁的氧化物(设杂质中不含铁元素和氧元素,且杂质不与H2SO4反应)。某研究性学习小组对某铁矿石中铁的氧化物的化学式进行探究。Ⅰ.铁矿石中含氧量的测定①按如图组装仪器,检查装置的气密性;②将5.0 g铁矿石放入硬质玻璃管中,装置B、C中的药品如图所示,夹持仪器均省略;③从左端导气管口处不断地缓缓通入H2,待C装置出口处H2验纯后,点燃A处酒精灯;④充分反应后,撤掉酒精灯,再持续通入氢气至完全冷却。(1)装置C的作用为______________________。 (2)测得反应后装置B增重1.35 g,则铁矿石中氧的百分含量为________。 (3)若将H2换成CO,则还需补充________装置。 Ⅱ.铁矿石中含铁量的测定(1)步骤④中煮沸的作用是__________________________。 (2)步骤⑤中用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外,还有________。 (3)下列有关步骤⑥的操作中说法正确的是________。 a.因为碘水为黄色,所以滴定过程中不需加指示剂b.滴定过程中可利用淀粉溶液作为指示剂c.滴定管用蒸馏水洗涤后可以直接装液d.锥形瓶不需要用待测液润洗e.滴定过程中,眼睛注视滴定管中液面变化f.滴定结束后,30 s内溶液不恢复原来的颜色,再读数(4)若滴定过程中消耗0.500 0 mol·L-1的KI溶液20.00 mL,则铁矿石中铁的百分含量为________。 Ⅲ.由Ⅰ、Ⅱ可以推算出该铁矿石中铁的氧化物的化学式______________ ______________________。 【解析】Ⅰ.(1)该实验中,氢气和铁的氧化物反应生成金属铁和水,B处的干燥管作用是吸收产生的水蒸气,所以C装置要防止空气中的水蒸气和CO2进入B中,影响测定结果。(2)测得反应后装置B增重1.35 g,根据反应的实质,氧元素的质量分数是×100%=24%。(3)因CO有毒,不能排放到空气中,应加尾气处理装置。Ⅱ.(1)向铁矿石中加入硫酸,酸化反应生成硫酸的铁盐溶液,还存在过量的硫酸溶液,加入过量的氯气,煮沸的作用是赶走溶液中溶解的过量的Cl2,否则会影响与KI的反应,带来实验误差。(2)若稀释到250 mL,采用的仪器有:烧杯、玻璃棒、胶头滴管、250 mL容量瓶。(3)碘水为黄色,三价铁离子也是黄色溶液,滴定过程中需加指示剂,a错误;滴定过程中,三价铁可以和碘离子发生反应生成亚铁离子和碘单质,碘单质遇到淀粉溶液显示蓝色,但不能确定是否达到滴定终点,b错误;滴定管用蒸馏水洗涤后必须用标准液润洗,c错误;锥形瓶不需要用待测液润洗,d正确;滴定过程中,眼睛注视锥形瓶中颜色的变化,e错误;滴定结束后,30 s内溶液不恢复原来的颜色再读数,f正确。(4)由于所取溶液(含Fe3+)的体积与消耗KI溶液的体积相等,反应的方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2,结合方程式可知,c(Fe3+)=c(KI)=0.5 mol·L-1,所以铁元素的百分含量为×100%=70%。Ⅲ.铁的质量分数是70%,氧元素的质量分数是24%,所以100 g铁矿石中,铁元素的质量是70 g,氧元素质量是24 g,铁元素和氧元素的物质的量比为∶=5∶6,铁的氧化物的化学式为Fe5O6。答案:Ⅰ.(1)防止空气中的水蒸气和CO2进入B中,影响测定结果　(2)24%　(3)尾气处理　Ⅱ.(1)赶走溶液中溶解的过量的Cl2(2)250 mL容量瓶　(3)df　(4)70%Ⅲ.Fe5O64.铁及其化合物在日常生活中应用广泛。(1)利用Fe2+、Fe3+的催化作用,常温下可将SO2转化为S,从而实现对SO2的治理。已知含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时,其中一个反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,则另一反应的离子方程式为__________________。 (2)氧化铁是重要的工业颜料,下面是制备氧化铁的一种方法,其流程如下:①操作Ⅰ的名称是________;操作Ⅱ为洗涤,洗涤操作的具体方法为__________ __________________。 ②滤液A中加入稍过量的NH4HCO3溶液,生成沉淀的同时有一种气体产生,写出反应的化学方程式:____________________________________________。 (3)如果煅烧不充分,产品中将有FeO存在,称取3.0 g氧化铁产品,溶解,在250 mL容量瓶中定容;量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中,用酸化的0.010 00 mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点,重复滴定2～3次,消耗酸性KMnO4溶液体积的平均值为20.00 mL。①该实验中的KMnO4溶液需要酸化,用于酸化的酸是________(填序号)。 a.稀硝酸　　b.稀盐酸　　c.稀硫酸　　d.浓硝酸②上述产品中Fe2O3的质量分数为________。 【解析】(1)根据离子方程式4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O和题干信息可知,另一个反应必为Fe3+将SO2氧化为S,同时自身被还原为Fe2+,从而Fe2+、Fe3+实现循环,达到催化作用。(2)①根据流程图可知,操作Ⅰ是过滤;洗涤的具体操作方法:沿玻璃棒往漏斗中加入适量蒸馏水,浸没沉淀,让蒸馏水自然流下,重复2～3次。②根据题给信息,化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。(3)①由于高锰酸钾溶液具有强氧化性,盐酸在常温下即可被其氧化,又因Fe2+具有还原性,硝酸不论稀、浓均具有强氧化性,故需选用稀硫酸酸化。②根据反应5Fe2++Mn+8H+5Fe3++Mn2++4H2O,可知样品中FeO的质量为0.02 L×0.010 00 mol·L-1×5×72 g·mol-1×=0.72 g,所以产品中Fe2O3的质量分数为×100%=76%。答案:(1)2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++S+4H+(2)①过滤　沿玻璃棒往漏斗中加入适量蒸馏水至浸没沉淀,让蒸馏水自然流下,重复2～3次②FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O(3)①c　②76%