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- 2021-04-16 发布
考点一 铁及其重要化合物
一、铁的存在与性质
1.铁元素的存在形式
[注意] Fe3O4有磁性,能被磁铁吸引,又称磁性氧化铁。
2.铁的物理性质
颜色状态
导电、导热性、延展性
特性
地壳含量
银白色固体
良好
被磁铁吸引
占第4位
3.铁的化学性质
铁元素性质活泼,单质有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。
(1)与非金属单质的反应
①与O2的反应:
常温下:铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为Fe2O3。
点燃时:3Fe+2O2点燃,Fe3O4。
②与Cl2的反应:2Fe+3Cl2点燃,2FeCl3。
③与S的反应:Fe+S△,FeS。
(2)与水的反应
常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:
3Fe+4H2O(g)高温,Fe3O4+4H2。
(3)与酸的反应
酸
化学方程式或现象
稀H2SO4
Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
稀HNO3
Fe不足
Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
Fe过量
3Fe+8HNO3===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O
浓HNO3、浓H2SO4
常温下钝化
(4)与某些盐溶液的反应
①与CuSO4溶液反应的离子方程式:Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
②与FeCl3溶液反应的离子方程式:2Fe3++Fe===3Fe2+。
[注意] (1)Fe与Cl2反应生成FeCl3,Fe与盐酸反应生成FeCl2。
(2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
(3)铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3;铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。
4.生铁的冶炼
(1)原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
(2)设备:高炉。
(3)主要反应
①还原剂的生成:C+O2CO2,CO2+C2CO;
②铁的还原:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2;
③造渣反应:CaCO3CaO+CO2↑,CaO+SiO2CaSiO3。
[基点小练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)铁具有导电、导热、延展性及被磁体吸引的特性(√)
(2)纯铁与O2反应在表面生成Fe3O4薄膜,对内部金属起保护作用(√)
(3)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸(√)
(4)Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应(×)
(5)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2(×)
(6)根据Cl2、S与铁的反应可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱(√)
二、铁的氧化物与氢氧化物
1.铁的氧化物
(1)物理性质
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
铁红
磁性氧化铁
色态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
溶解性
难溶于水
难溶于水
难溶于水
铁的价态
+2价
+3价
+2价,+3价
(2)化学性质
FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式为
FeO+2H+===Fe2++H2O,
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,
Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O。
2.铁的氢氧化物
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
白色固体
红褐色固体
溶解性
难溶于水
难溶于水
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+=== Fe3++3H2O
受热分解
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
制法
可溶性亚铁盐与碱反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱反应:
Fe3++3OH-=== Fe(OH)3↓
二者的关系
空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
[注意] (1)Fe3O4的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe2O3,即有1/3的铁显+2价,2/3的铁显+3价。
(2)Fe(NO3)2溶液酸化后,H+、NO具有强氧化性,会将Fe2+氧化成Fe3+。
[基点小练]
2.将下列物质的颜色和用途或性质用短线连接起来。
①Fe2O3 a.红褐色 A.具有较强的还原性
②Fe(OH)2 b.红棕色 B.易被氧化成灰绿色最终变成红褐色
③Fe(OH)3 c.白色 C.红色油漆、涂料
④Fe2+ d.棕黄色 D.受热分解成红棕色粉末
⑤Fe3+ e.浅绿色 E.具有较强的氧化性
答案:①—b—C;②—c—B;③—a—D;④—e—A;⑤—d—E
题点(一) 铁及其化合物的性质
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2016·全国乙卷)1 mol Fe溶于过量硝酸,电子转移数为2NA(×)
(2)(2016·四川高考)
常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,铁片不溶解,说明常温下,铁与浓硫酸不发生化学反应(×)
(3)(2016·海南高考)将铁屑放入稀HNO3中,证明Fe比H2活泼(×)
(4)(2016·上海高考)用NaOH溶液可以除去氧化铁中混有的二氧化硅(√)
(5)(2016·上海高考)Fe与Cl2反应生成FeCl3,推测Fe与I2反应生成FeI3(×)
(6)(2015·全国卷Ⅱ)下列过程没有发生化学反应:用含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封包装(×)
(7)(2015·江苏高考)如下所示的物质间转化能一步实现:Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3(×)
(8)(2015·广东高考)3 mol单质Fe完全转化为Fe3O4,失去8NA个电子(√)
(9)(2014·北京高考)铁表面自然形成的氧化层能保护内层不被空气氧化(×)
(10)(2015·重庆高考)使用如图所示装置观察Fe(OH)2的生成(√)
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.Fe2O3
C.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,n(NO)==0.1 mol,根据氮原子守恒可得,3n[Fe(NO3)3]+n(NO)=n(HNO3),3n[Fe(NO3)3]+0.1 mol=0.7 L×4 mol·L-1,n[Fe(NO3)3]=0.9 mol,令氧化物FexOy中Fe元素的平均化合价为a,根据得失电子守恒可得,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,x∶y=3∶4,故该氧化物的化学式为Fe3O4。
3.下列物质反应后一定有+3价铁生成的是_________________________________。
①过量的Fe与Cl2加热时发生反应
②Fe与过量稀H2SO4反应后,再向其中加KNO3
③Fe与过量的S加热时发生反应
④Fe(NO3)2溶液中加少量盐酸
⑤Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
解析:Fe与Cl2反应只生成FeCl3;FeFe2+Fe3+;Fe与S反应只生成FeS;Fe2+Fe3+;Fe2O3溶于盐酸生成Fe3+,当混合物中Fe不足时,溶液中仍有Fe3+,当Fe足量时,溶液中无Fe3+。
答案:①②④
铁的氧化物组成的判断方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n,
则氧化物中n(Fe)∶n(O)=∶=a∶b,
若a∶b=1∶1,则铁的氧化物为FeO;
若a∶b=2∶3,则铁的氧化物为Fe2O3;
若a∶b=3∶4,则铁的氧化物是Fe3O4,或FeO与Fe2O3按物质的量比1∶1的混合物,或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1∶1,Fe3O4为任意值)。
题点(二) 氢氧化亚铁的制备
4.(1)下列各图示中,能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是________。
(2)用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
①用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入________。
②除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。
③生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:(1)因为Fe(OH)2在空气中容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理相同,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解水产生的OH-结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于带入空气中的氧气,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
(2)①Fe2+易水解,要加入稀硫酸防止其水解;Fe2+易被空气中的O2氧化,要加Fe粉防止Fe2+被氧化。②气体的溶解度随温度升高而降低,所以煮沸后的水中溶解的O2较少。
答案:(1)①②③⑤ (2)①稀硫酸、铁屑 ②煮沸 ③避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2
制备Fe(OH)2常用的三种方法
方法一:有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。
方法二:还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。
方法三:电解法
用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯(或煤油),如图3所示。
考点二 铁盐和亚铁盐
一、掌握亚铁盐、铁盐的化学性质
1.亚铁盐
含有Fe2+的溶液呈浅绿色,既有氧化性,又有还原性。
(1)氧化性:Fe2+与Zn反应的离子方程式:
Zn+Fe2+===Fe+Zn2+。
(2)还原性
①向FeCl2溶液中滴入几滴KSCN溶液,再加入氯水(或通入Cl2),若溶液变红色,证明Fe2+具有还原性。反应原理:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
②向少量酸性KMnO4溶液中加入FeCl2溶液,若溶液紫红色褪去,证明Fe2+具有还原性。反应原理:MnO+5Fe2++8H+===5Fe3++Mn2++4H2O。
2.铁盐
(1)氧化性:含Fe3+的溶液呈黄色,Fe3+具有较强的氧化性。
①向FeCl3溶液中滴入几滴KSCN溶液,再加入过量活泼金属(如Fe),若溶液红色褪去,证明Fe3+具有氧化性。反应原理:2Fe3++Fe===3Fe2+。
②向FeCl3溶液中加入淀粉KI溶液,若溶液变成蓝色,证明Fe3+具有氧化性。反应原理:2Fe3++2I-===I2+2Fe2+。
③向FeCl3溶液中通入H2S气体,若出现黄色浑浊,证明Fe3+具有氧化性。反应原理:2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。
(2)特性:含有Fe3+的盐溶液遇到 KSCN时变成红色。
(3)FeCl3易水解:将其饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为 FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl。
3.Fe2+、Fe3+的相互转化
Fe2+Fe3+
上述转化中标号反应的离子方程式为
①2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-;
②2Fe3++Fe===3Fe2+。
[基点小练]
1.除去括号中的杂质,并写出反应的离子方程式。
(1)FeCl2(Fe3+)除去方法:__________________,离子方程式:________________________________________________________________________。
(2)FeCl3(FeCl2)除去方法:______________________离子方程式:________________________________________________________________________。
(3)Fe2(SO4)3(FeSO4)除去方法:____________________,离子方程式:________________________________________________________________________。
(4)FeCl2(Cu2+)除去方法:__________________________,离子方程式:________________________________________________________________________。
答案:(1)加入过量铁粉,过滤 2Fe3++Fe===3Fe2+
(2)加入氯水或通入Cl2 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(3)滴加H2O2 2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(4)加入过量铁粉,过滤 Fe+Cu2+===Cu+Fe2+
二、明晰Fe2+、Fe3+的检验方法
1.Fe2+的检验
(1)无现象溶液变红色,证明含有Fe2+
(2)产生白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明有Fe2+
(3)生成蓝色沉淀,证明有Fe2+
2.Fe3+的检验
(1)溶液变红色,证明含有Fe3+
(2)产生红褐色沉淀,证明有Fe3+存在
3.混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
(1)Fe3+的检验
①溶液变红色,说明含有Fe3+
②试纸变蓝色,说明含有Fe3+
(2)Fe2+的检验
①酸性KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+
②溴水褪色,说明含有Fe2+
③生成蓝色沉淀,说明含有Fe2+
[基点小练]
2.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)检验溶液中是否含有Fe2+,取少量待检验溶液,向其中加入少量新制氯水,再滴加KSCN溶液,观察实验现象( )
(2)向某溶液中滴加氯水后再加入KSCN溶液,溶液呈红色,则溶液中一定含有Fe2+( )
(3)检验Fe(NO3)2晶体是否氧化变质的方法是将Fe(NO3)2样品溶于稀H2SO4后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变红( )
(4)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,该溶液中一定含有Fe2+( )
解析:检验Fe2+时,先加入氯水,会将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+而无法用KSCN溶液检验,应先加入KSCN溶液,再加入氯水,(1)、(2)错误,(4)正确;(3)中由于Fe(NO3)2溶液中含有NO,加入稀H2SO4后,NO(H+)会将Fe2+氧化成Fe3+。故不能用KSCN溶液检验Fe3+而判断Fe(NO3)2是否变质。
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√
三、“铁三角”的转化
1.“铁三角”转化关系
2.具体应用
(1)判断离子能否共存
Fe2+NO(H+)、ClO-、MnO(H+)。
Fe3+S2-、I-、SO。
Fe2+、Fe3+HCO、CO等水解相互促进的离子。
(2)盐溶液的配制与保存
(3)物质的制备
题点(一) 铁盐、亚铁盐的性质
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2016·全国丙卷)FeCl3腐蚀Cu制印刷电路板是由于铁比铜的金属性强(×)
(2)(2016·四川高考)Fe2+与H2O2在酸性溶液中的反应:2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O(√)
(3)(2016·江苏高考)向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉:Fe3++Fe===2Fe2+(×)
(4)(2016·江苏高考)室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,说明Fe3+的氧化性比I2的强(√)
(5)(2016·上海高考)用NaOH溶液和盐酸能除去FeCl2溶液中混有的CuCl2(×)
(6)(2015·全国卷Ⅰ)将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液会观察到有气体生成,溶液呈血红色,说明稀硝酸将Fe氧化为Fe3+(×)
(7)(2015·广东高考)向FeSO4溶液中先滴入KSCN溶液再滴加H2O2溶液,加入H2O2后溶液变成血红色,说明Fe2+既有氧化性又有还原性(×)
2.(2016·全国甲卷)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+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0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是_____________________________________________。
(2)甲组同学取2 mL FeCl2
溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2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2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是__________________________________________________。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验:
①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色;
②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;
③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。
实验②检验的离子是________(填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有________(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为________。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为______________________________;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是________________________________________________________________________;
生成沉淀的原因是__________________________________________________
(用平衡移动原理解释)。
解析:(1)Fe2+具有很强的还原性,易被空气中的O2氧化为Fe3+,在FeCl2溶液中加入少量铁屑,可防止Fe2+被氧化。
(2)Fe2+被氧化为Fe3+,Cl2被还原为Cl-,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
(3)O2难溶于煤油,加入煤油能隔绝空气,排除O2对实验的影响。
(4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。K3[Fe(CN)6]是检验Fe2+的试剂。实验③溶液变红,说明溶液中仍存在Fe3+,由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。
(5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应,Fe2+被氧化为Fe3+,H2O2被还原为H2O,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。Fe3+对H2O2的分解起催化作用,当反应一段时间后,会发生反应:2H2O22H2O+O2↑,故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热,促使Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡右移,最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。
答案:(1)防止Fe2+被氧化
(2)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应
(5)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动
检验Fe2+和Fe3+时的注意事项
(1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN-)。
(2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原酸性KMnO4,有干扰)。
题点(二) “铁三角”转化关系及应用
3.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中是否含有Fe2+
解析:选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。
4.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
解析:选C FeCl3溶液中存在水解平衡:FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl,加入Mg与H+反应,平衡右移,使Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,A正确;加入过量铁粉,FeCl3与Fe反应生成FeCl2而达到除杂的目的,B正确;C项中加入NaOH溶液,Cu2+、Fe3+均转化成氢氧化物沉淀,不符合除杂要求,错误;先用H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,再利用FeCl3的水解,加入CuO与H+反应将Fe3+转化成Fe(OH)3而除去,D正确。
混合溶液中Fe3+、Fe2+的除去方法
(1)除去Mg2+中混有的Fe3+的方法
向混合溶液中加入Mg、MgO、MgCO3、Mg(OH)2其中之一,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(2)除去Cu2+中混有的Fe3+的方法
向混合溶液中加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3其中之一,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
(3)除去Mg2+中混有的Fe2+的方法
先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按(1)的方法除去溶液中的Fe3+。
(4)除去Cu2+中混有的Fe2+的方法
先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按(2)的方法除去溶液中的Fe3+。
[课堂巩固练]
1.下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C.除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入铁粉,然后过滤
D.Fe3+与KSCN产生血红色沉淀
解析:选C 赤铁矿的主要成分是Fe2O3,A错误;铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2,B错误;铁粉把FeCl3还原成FeCl2,从而除去FeCl3,C正确;Fe3+与KSCN产生血红色溶液,不是沉淀,D错误。
2.为了验证Fe3+的性质,某化学兴趣小组设计了如图所示的一组实验,其中实验方案设计错误的是( )
A.④ B.③
C.③④ D.①②③④⑤
解析:选C ③不反应,实验方案及现象均错误;④检验的是Cl-,与Fe3+的性质无关。
3.通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是( )
选项
操作、现象
解释
A
向KI淀粉溶液中加入FeCl3溶液,溶液变蓝
Fe3+能与淀粉发生显色反应
B
把生铁放置于潮湿的空气中,铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C
向稀硝酸中加入少量铁粉,有气泡产生
说明Fe置换出硝酸中的氢,生成了氢气
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间,白色物质变成了红褐色
说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
解析:选D A项中Fe3+将I-氧化为I2,淀粉遇碘变蓝;B项中红棕色斑点是Fe2O3·xH2O;C项中铁与稀硝酸反应产生的气体为NO。
4.将金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应,下列对反应情况设想的评价正确的是( )
选项
反应情况设想
评价
A
当铁、铜均不剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,一定无Fe3+
正确,Fe3+和Fe、Cu均可反应
B
当铁、铜均有剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,无Fe3+
正确,Fe和Cu与Fe3+都反应,故有Fe2+和Cu2+,无Fe3+
C
当铜有剩余,铁无剩余时,溶液中一定只有Fe2+,无Cu2+
正确,Cu有剩余,故无Cu2+
D
当铁有剩余,铜无剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+
不正确,不可能有Fe剩余而无Cu剩余,因为Fe比Cu优先与Fe3+反应
解析:选D 当铁、铜的量比较少时溶液中可能有Fe3+存在,A项错误;当铁过量时,铜不与Fe3+反应,无Cu2+生成,此时溶液中不存在Cu2+和Fe3+,B项错误;铜有剩余则溶液中一定无Fe3+,可能有Cu2+,C项错误;铁比铜活泼,不可能铁剩余而铜无剩余,D项评价正确。
5.以下实验能证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+的是( )
A.滴入KSCN溶液,不显红色
B.滴加足量氯水,再加KSCN溶液,显红色
C.滴入KSCN溶液,不显红色,再加氯水,溶液变红
D.滴入KSCN溶液,不显红色,再加足量高锰酸钾溶液,溶液变红
解析:选C A项,只滴加KSCN溶液,根据溶液是否显红色,能检验出溶液中是否含有Fe3+,无法验证Fe2+是否存在,错误;B项,若原溶液中含Fe3+
,滴加氯水后再滴加KSCN溶液后也显红色,无法证明原溶液中含有的是Fe3+还是Fe2+,错误;C项,先滴加KSCN溶液,不显红色,说明原溶液不含Fe3+,再滴加氯水后显红色,说明滴加氯水后溶液中有Fe3+,证明原溶液中含有Fe2+,正确;D项,滴入KSCN溶液,不显红色,证明不含Fe3+,再加足量高锰酸钾溶液(高锰酸钾溶液是紫红色溶液),溶液变红无法证明原溶液中含有Fe2+,错误。
6.下图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3,仪器连接顺序正确的是( )
A.a-b-c-d-e-f-g-h
B.a-e-d-c-b-h-i-g
C.a-d-e-c-b-h-i-g
D.a-c-b-d-e-h-i-f
解析:选B 根据反应2Fe+3Cl22FeCl3,可知实验顺序依次为:制取氯气、除杂(HCl、水蒸气)、制备FeCl3、尾气处理,故导管的连接顺序为a-e-d-c-b-h-i-g。
7.下列中学化学中常见物质的转化关系图中,反应条件及部分反应物和产物未全部注明,已知A、D为金属单质,其他为化合物。
回答下列问题:
(1)写出物质的化学式:A:__________,B:____________,C:________,I:________。
(2)向F中逐滴滴加试剂①的现象为_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)写出下列反应的方程式:
C→E的离子方程式:________________________________________________,
C→F的离子方程式:________________________________________________,
G→H的离子方程式:_______________________________________________。
解析:从D到红色粉末B,是Fe2O3生成的过程,B是Fe2O3,I是Fe(OH)3
,H是Fe(OH)2,D是单质铁,试剂①是盐酸或硫酸,G是亚铁盐,试剂②是碱溶液,A是单质和B生成C和D,是铝热反应,A是Al,C是Al2O3。
(2)F为偏铝酸盐,AlO与酸反应,观察到的现象是先产生白色沉淀Al(OH)3,继而Al(OH)3溶于酸中,生成Al3+。(3)C→E,是Al2O3和酸反应生成铝盐;C→F是Al2O3和强碱反应生成偏铝酸盐;G→H是亚铁盐转化为Fe(OH)2。
答案:(1)Al Fe2O3 Al2O3 Fe(OH)3
(2)开始有白色沉淀生成,继续滴加沉淀溶解
(3)Al2O3+6H+===2Al3++3H2O Al2O3+2OH-===2AlO+H2O Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
8.(2017·黄冈模拟)一种新型高效净水剂PAFC(聚合氯化铁铝[AlFe(OH)nCl6-n]m),广泛用于日常生活用水和工业污水的处理。某化工厂欲以工业生产废料(金属铁、铝及其氧化物)为原料制取PAFC,设计生产流程如下:
请回答下列问题:
(1)用10 mol·L-1的浓盐酸配制2 mol·L-1的稀盐酸,所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外,还有________。
A.容量瓶 B.烧杯
C.烧瓶 D.胶头滴管
(2)下列关于PAFC的说法中正确的是________。
A.PAFC是一种有机高分子化合物
B.PAFC中Fe显+2价
C.PAFC溶于水能电离出OH-,是一种碱
D.PAFC在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在
(3)步骤Ⅱ中取样分析的目的是________。
A.测定溶液中Fe2+与Fe3+的含量比
B.测定原料是否完全溶解
C.测定溶液中Fe2+的含量,以确定加入NaClO3的量
D.测定溶液中Al3+的含量
(4)写出向溶液中加入NaClO3时,发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(5)该化工厂的化验室为测定产品PAFC中Al和Fe的含量,进行下列试剂的选择和基本操作:
①测定时所需的试剂有________。
A.NH3·H2O B.NaOH
C.CO2 D.NaClO3
②测定时,直接测定的是____________和____________的质量(填化学式)。
③在测定过程中的操作顺序是:过滤、________、灼烧、________、称量(写操作名称)。
解析:(1)用10 mol·L-1的浓盐酸配制2 mol·L-1的稀盐酸,所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外,还有容量瓶、烧杯和胶头滴管。
(2)A项,PAFC不是有机高分子化合物,错误;B项, PAFC中Fe显+3价,错误;C项,PAFC溶于水能电离出OH-,但同时还有氯离子,不属于碱,错误;D项,PAFC能电离出Al3+、Fe3+和OH-,在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在,D正确。
(3)溶液中含有Fe2+需用NaClO4氧化,所以步骤Ⅱ取样分析的目的是测定溶液中Fe2+的含量,以确定加入NaClO3的量。
(4)向溶液中加入NaClO3时,ClO与Fe2+反应生成Cl-和Fe3+,离子方程式为6Fe2++6H++ClO===6Fe3++Cl-+3H2O。
(5)①Al(OH)3是两性氢氧化物,能与强碱反应生成偏铝酸盐,然后通入CO2转化为Al(OH)3沉淀,灼烧得到Al2O3,Fe(OH)3不溶于强碱溶液,所以测定时所需的试剂有NaOH和CO2。②根据①中分析可知,直接测定的是Al2O3、Fe2O3的质量。③在测定过程中的操作顺序是:过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量。
答案:(1)ABD (2)D (3)C (4)6Fe2++6H++ClO===6Fe3++Cl-+3H2O (5)①BC ②Al2O3 Fe2O3 ③洗涤 冷却
[课下提能练]
1.现榨的苹果汁在空气中会由淡绿色变为棕黄色,其原因可能是( )
A.苹果汁中的Fe2+变成Fe3+
B.苹果汁中含有Cu2+
C.苹果汁中含有OH-
D.苹果汁中含有Fe3+
解析:选A A项,苹果汁中的Fe2+变成Fe3+,使得现榨的苹果汁在空气中会由淡绿色变为棕黄色,正确;B项,Cu2+显蓝色,错误;C项,OH-无色,错误;D项,Fe3+本身是棕黄色,错误。
2.铁及其化合物是中学化学中的一类重要物质,下列关于铁元素的叙述中正确的是( )
A.2Fe3++Fe===3Fe2+成立说明氧化性:Fe3+>Fe2+
B.25 ℃,pH=0的溶液中,Al3+、NH、NO、Fe2+可以大量共存
C.5.6 g铁与足量的氯气反应失去电子为0.2 mol
D.硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液:Fe2++2H2O2+4H+===Fe3++4H2O
解析:选A pH=0的溶液呈强酸性,Fe2+、NO、H+不能大量共存,B项不正确;C项应为0.3 mol,不正确;D项电荷和电子得失不守恒,不正确。
3.(2017·柳州模拟)以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如图所示:
下列说法不正确的是( )
A.酸溶过程使用的酸也可以是硝酸,且过量
B.为了防止污染,焙烧过程中产生的SO2要回收利用
C.通氯气的目的是氧化Fe2+
D.由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3需要在氯化氢的气流中加热
解析:选A 若用过量硝酸酸溶,则会引入NO,A项说法错误;SO2是一种污染气体,必须回收利用,B项说法正确;通入Cl2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+,C项说法正确;为了防止Fe3+水解,由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3时需要在HCl的气流中加热,D项说法正确。
4.为了除去硫酸铜溶液中含有的Fe2+杂质,先加入合适的氧化剂使Fe2+氧化为Fe3+,下列物质中最好选用( )
A.KMnO4溶液 B.H2O2溶液
C.氯水 D.HNO3溶液
解析:选B A、C、D三项中的氧化剂虽均能使Fe2+氧化为Fe3+,但同时会引入新的杂质,故此三项不符合题意;H2O2具有氧化性,能氧化Fe2+为Fe3+,还原产物为水,不引入新杂质,B项符合题意。
5.关于FeCl3进行的实验,下列预测正确的是( )
选项
实验
预测
A
蒸发FeCl3溶液
得到FeCl3固体
B
在FeCl3、CuCl2混合液中,加入少量Fe粉
一定有H2产生且有Cu析出
C
用FeCl3固体溶于水配制饱和溶液
会有Fe(OH)3沉淀产生
D
在FeCl3溶液中加入KHCO3溶液
有CO2产生,但无Fe(OH)3沉淀生成
解析:选C 蒸发FeCl3溶液可促进Fe3+水解,由于HCl易挥发,最后得到Fe(OH)3,A错误;加入少量Fe粉时,不会有H2产生且Fe应先和Fe3+反应,再和Cu2+反应,B错误;Fe3+与HCO发生相互促进的水解反应,有CO2和Fe(OH)3沉淀生成,D错误。
6.用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得溶液中加入铁粉。对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是( )
A.若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+
B.若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+
C.若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出
D.若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出
解析:选B 若无固体剩余,说明铜全部以Cu2+形式存在,加入的铁粉完全反应,溶液中一定含有Fe2+,可能含有Fe3+,A错误;若有固体存在,固体中一定有铜,可能有铁,溶液中一定含有Fe2+,B正确;若溶液中有Cu2+,有可能加入铁粉的量少,只有部分Cu2+与Fe反应,所以可能有固体析出,C错误;当加入的铁粉较少时,只发生Fe+2Fe3+===3Fe2+时,不会有铜析出,D错误。
7.(2017·武汉调研)FeCO3与砂糖混用可以作补血剂,实验室里制备FeCO3的流程如图所示。
下列说法错误的是( )
A.可利用KSCN溶液检验FeSO4溶液是否变质
B.沉淀过程中有CO2气体放出
C.过滤操作的常用玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒
D.产品FeCO3在空气中高温分解可得到纯净的FeO
解析:选D 硫酸亚铁变质后有Fe3+生成,Fe3+遇硫氰化钾变红色,A正确;Fe2+与CO反应生成FeCO3沉淀,促进了HCO的电离,溶液中的HCO又与生成的H+反应生成CO2和H2O,B正确;FeCO3在空气中高温加热时,+2价铁会被O2氧化,故得不到纯净的FeO,D错误。
8.A、B、C三种物质中均含有同一种元素M,它们之间有如图所示的转化关系。A为一种金属单质,其产量直接关系国民经济命脉。反应①②③均为化合反应,反应④为置换反应。下列有关说法不正确的是( )
A.①中所加试剂可能是氯气
B.③中需要加具有氧化性的试剂
C.A与稀硝酸反应一定能实现元素M在①中发生的价态变化
D.元素M在②中发生的价态变化也能通过加碘化钾溶液实现
解析:选C 根据转化关系可确定A为变价金属,应为Fe,反应①加入氯气能实现,B为FeCl3,C为FeCl2,A项正确;反应③中铁元素由+2价升高到+3价,需要加具有氧化性的试剂,B项正确;过量的Fe与稀HNO3反应时,生成Fe(NO3)2,C项错误;Fe3+能将I-氧化成I2,自身被还原成Fe2+,D项正确。
9.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
B
CO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Fe3O4
C
取少量Fe(NO3)2试样加水溶解,加稀H2SO4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NO+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,不能证明样品是否变质,错误;D项中若原溶液中不存在Fe2+存在Fe3+,也有此现象,错误。
10.某学生鉴定某可溶性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FeCl3
C.丙中肯定含有Fe3+,所以甲是FeBr2
D.甲中含有铁元素,可能显+2或者+3价
解析:选D 甲与酸化的硝酸银溶液反应可得乙与丙,乙为淡黄色沉淀,丙与KSCN溶液反应呈红色,则丙中一定含有Fe3+,则甲中含有Fe2+或Fe3+。如果甲中含有S2-,硫化亚铁不溶于水,S2-与Fe3+发生氧化还原反应而不能共存,故A错误;AgCl是白色沉淀,乙不可能是AgCl,故B错误;甲可能是溴化亚铁,也可能是溴化铁,故C错误、D正确。
11.有关FeSO4的转化关系如下图所示(无关物质已略去)。
已知:①X由两种化合物组成,将X通入品红溶液,溶液褪色;通入BaCl2溶液,产生白色沉淀。
②Y是红棕色的化合物。
(1)气体X的成分是____________________________________________(填化学式)。
(2)反应Ⅰ的反应类型属于______________(填字母)。
a.分解反应 b.复分解反应 c.置换反应
d.化合反应 e.氧化还原反应
(3)溶液2中金属阳离子的检验方法是___________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若经反应Ⅰ得到16 g固体Y,产生的气体X恰好被0.4 L 1 mol·L-1 NaOH溶液完全吸收,则反应Ⅰ的化学方程式是________________________________,反应Ⅳ中生成FeSO4的离子方程式是____________________________________________________。
解析:(1)X能使品红溶液褪色说明X中含有SO2,但SO2与氯化钡溶液不反应,所以X中还有SO3。
(2)反应Ⅰ为FeSO4受热分解生成SO2、SO3、Fe2O3,既是分解反应又是氧化还原反应。
(3)溶液2为Fe2(SO4)3溶液,用KSCN溶液检验Fe3+,具体方法为取少量溶液2于试管中,加入几滴KSCN溶液,溶液变红。
(4)反应Ⅰ得到16 g Fe2O3,由得失电子守恒得生成0.1 mol SO2,所以生成SO3也为0.1 mol,则反应Ⅰ的化学方程式是2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。0.1 mol SO3与0.2 mol NaOH完全反应,0.1 mol SO2与0.2 mol NaOH恰好完全反应生成Na2SO3,溶液1中含有Na2SO3和Na2SO4,反应Ⅳ的离子方程式为2Fe3++SO+H2O===2Fe2++SO+2H+。
答案:(1)SO2、SO3 (2)a、e
(3)取少量溶液2于试管中,加入几滴KSCN溶液,溶液变红色
(4)2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑
2Fe3++SO+H2O===2Fe2++SO+2H+
12.某同学为了验证Fe3+是否能将H2SO3氧化成SO,用50 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液吸收制取SO2气体的尾气后,进行以下实验:
(1)检验吸收液中的SO操作为_________________________________________
________________________________________________________________________,证明Fe3+能够把H2SO3氧化
成SO。
(2)请配平并完成上述反应中的化学方程式:2FeCl3+SO2+________===________+H2SO4+________,反应中的氧化产物是________(写化学式)。
(3)吸收液中除了含有H+、Cl-、SO以外,对其他成分(Fe3+、Fe2+、H2SO3)的可能组合进行探究:
①提出假设。
假设1:溶液中存在Fe2+;
假设2:溶液中存在Fe3+、Fe2+;
假设3:溶液中存在_________________________________________。
②设计方案,进行实验,验证假设。请写出实验步骤以及预期现象和结论(可不填满)。限选实验试剂和仪器:试管、滴管、0.1 mol·L-1 KMnO4溶液、0.1 mol·L-1 KSCN溶液、品红稀溶液。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1:用试管取样品溶液2~3 mL,并滴入____________________
若出现红色,则假设2成立,1、3不成立;若未出现红色,则假设2不成立,假设1或3成立
步骤2:
步骤3:
解析:(1)检验SO常用稀盐酸和BaCl2溶液。
(2)SO2被氧化成了H2SO4,则FeCl3被还原成FeCl2。
(3)对于溶液中三种微粒可能存在情况如下:假设1,若Fe3+与H2SO3正好反应则只存在Fe2+;假设2,若Fe3+过量则存在Fe3+与Fe2+;假设3,若Fe3+不足,则存在Fe2+与H2SO3;三种假设的不同之处在于假设2中含有Fe3+,假设3中含有H2SO3,据此,可设计实验方案进行探究。
答案:(1)取少量样品溶液于试管中,先滴入足量的稀盐酸,再滴入氯化钡溶液,如果有白色沉淀生成
(2)2H2O 2FeCl2 2HCl H2SO4
(3)①Fe2+、H2SO3
②
实验步骤
预期现象和结论
步骤1:1~2滴0.1 mol·L-1 KSCN溶液
步骤2:另取2~3 mL样品溶液于试管中,滴入1~2 mL品红稀溶液
若品红溶液红色褪去,则假设3成立;若品红溶液不褪色,则假设3不成立,假设1成立
13.工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2)为原料制备高档颜料——铁红(Fe2O3),具体生产流程如下:
试回答下列问题:
(1)硫铁矿烧渣用稀硫酸酸溶时的不溶物为________(填化学式)。
(2)实验室实现“步骤Ⅱ”中分离操作所用的玻璃仪器有________;步骤Ⅳ中应选用________试剂调节溶液的pH(填字母编号)。
A.稀硝酸 B.氢氧化钠溶液
C.高锰酸钾溶液 D.氨水
(3)检验步骤Ⅲ已经进行完全的试剂是_______________________________ ____。
(4)步骤Ⅴ的反应温度一般需控制在35 ℃以下,其目的是_________________________________________________。
(5)步骤Ⅵ中发生反应的化学方程式为______________________________。
(6)欲测定硫铁矿烧渣中Fe元素的质量分数,称取a g样品,充分“酸溶”“水溶”后过滤,向滤液中加入足量的H2O2,充分反应后加入NaOH溶液至不再继续产生沉淀,经过滤、洗涤、灼烧至固体恒重,冷却后称得残留固体b g。
①写出加入足量的H2O2发生反应的离子方程式:
________________________________________________________________________;
②测得该样品中Fe元素的质量分数为____________。
解析:(1)SiO2为酸性氧化物,不与稀H2SO4反应。(2)NaOH溶液不易控制溶液pH,应选氨水。(4)既防止NH4HCO3分解,又减少Fe2+水解。(5)FeCO3转变为Fe2O3,肯定有氧化剂O2参与反应。(6)残留b g固体为Fe2O3,根据Fe原子守恒,Fe元素的质量分数为×100%=×100%。
答案:(1)SiO2
(2)漏斗、玻璃棒、烧杯 D
(3)KSCN溶液(或其他合理答案)
(4)防止NH4HCO3分解,减少Fe2+的水解
(5)4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2
(6)①2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
②×100%
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