铁及其重要化合物

第3讲铁及其重要化合物

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Fe 3O 4

B. 铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe 2O 3和H 2

C. 除去FeCl 2溶液中的FeCl 3杂质可以向溶液中加入铁粉, 然后过滤

D. Fe 与KSCN 产生红色沉淀, 铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe 3O 4和H 2

【解析】赤铁矿的主要成分是Fe 2O 3; 铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe 3O 4和H 2,Fe 3+遇KSCN 溶液变为红色, 但没沉淀产生, 可以用此方法检验Fe 的存在。【答案】 C

2. (2012浙江杭州师大附中高三月考) FeCl 3溶液和Fe(OH) 3胶体具有的共同性质是( ) A. 滴入盐酸, 先产生沉淀, 然后沉淀又溶解 B. 都能透过半透膜 C. 都有丁达尔现象

D. 加热蒸干、灼烧, 最终都有Fe 2O 3生成

【解析】FeCl 3溶液和Fe (OH ) 3胶体中分别滴入盐酸,FeCl 3溶液中不会产生沉淀,

Fe (OH ) 3胶体中会因加入电解质而使胶体聚沉, 而后Fe (OH ) 3沉淀又会与酸反应而溶解, 所

以A 错; Fe (OH ) 3胶体不能透过半透膜; 只有Fe (OH ) 3胶体有丁达尔现象; 加热蒸干都有

Fe (OH ) 3沉淀生成, 灼烧时最终都有Fe 2O 3生成,D 正确。

【答案】 D

3. 将a g铁和氧化铁的混合物加入足量的盐酸中充分反应后, 固体无剩余, 测得参加反应的HCl 为0.08 mol,放出标准状况下的气体0.224 L。则下列判断中正确的是 ( ) A. 原混合物中n(Fe)∶n (Fe 2O 3) =2∶1 B. 向溶液中滴入KSCN 溶液, 显血红色 C. 无法计算原混合物的质量

D. 此时溶液中Fe 和Fe 的物质的量之比为3∶1 【解析】因为Fe 和H 的氧化性强弱顺序为Fe

2+3+

>H +,所以当产生氢气时,Fe 3+已经全

部被还原为Fe ,故向溶液中滴入KSCN 溶液, 溶液不变红,B 、D 错误; 发生的反应可以写成

Fe +Fe 2O 3+6HCl ===3FeCl 2+ 3H 2O 和Fe+2HCl===FeCl 2+H 2↑,根据题目给出的数

据, 可以计算出n(Fe)=0.02 mol,n(Fe 2O 3) =0.01 mol,故A 正确,C 错误。

【答案】 A

4. 铁和氧化铁的混合物共x mol,加盐酸后固体全部溶解, 共收集到y mol氢气, 且向反应后的溶液中加入KSCN 溶液不显红色, 则原混合物中铁的物质的量为( ) A. 1x+y) mol 2(B.(x-y) mol C. x-y) mol 2(D.(x+y) mol

【解析】与H 反应生成H 2的铁的物质的量等于氢气的物质的量, 即n(Fe)=n(H 2) =y mol;其

余

的

铁

则

和

Fe 2O 3

以等物质的量溶于盐酸生成

x-y) mol, 故共含铁FeCl 2,Fe +Fe 2O 3+6H +===3Fe 2++3H 2O ,消耗的铁的物质的量为1(y mol +1x-y) mol =1x+y) mol 。 ((

【答案】 A

5.(2012江西师大附中高三月考)A- G各物质间的关系如下图, 其中B 、D 为气态单质。

请回答下列问题:

(1)填写物质E 的一个俗名

(2)A可以是不同的物质进行反应①, 若必须在加热下进行, 其化学方程式为; (3)反应②的化学方程式为

(4)C、F 、G 的混合溶液中通入B 可转变成一种单一溶质的水溶液, 试写出该反应的离子方程式 , 检验该溶液中阳离子的常用试剂是。【解析】由图中看出铁在B 中燃烧产生的E 与C 反应可得两种物质的混合溶液, 则可知C 必为非氧化性酸, 结合C →D 的转化可推出C 应为盐酸, 而B 为氧气,E 为四氧化三铁, 则F 、G 为氯化亚铁和氯化铁。从而推得D 为氯气。【答案】 (1)磁性氧化铁

(2)2

KClO 32KCl +3O 2↑

(3)MnO 2+4HCl (浓)

MnCl 2+Cl 2↑+2H 2O

(4)4Fe 2++O 2+4H +===4Fe 3++2H 2O KSCN 溶液

课后作业夯基

(时间:45分钟满分:100分)

一、选择题(本题包括10小题, 每小题5分, 共50分, 每小题只有一个选项符合题意) 1. 将下列物质的粉末与铜粉混合后, 投入足量的稀硫酸中, 一定有固体剩余的是( ) A. 硝酸铜 B. 氧化铁 C. 氧化亚铁 D. 四氧化三铁【解析】硝酸铜电离出的硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性, 能溶解铜单质; 氧化铁和四氧化三铁溶于稀硫酸中产生的三价铁离子在溶液中能和铜反应, 即能溶解铜。【答案】 C

2. 浅绿色的Fe (NO 3) 2溶液中存在着如下的平衡:Fe 2++

2H 2O 若在此溶液中加入盐酸, 则溶液的颜色变化为( ) A. 绿色变深

B. 浅绿色变得更浅 C. 变黄

D. 无明显变化

【解析】加入盐酸后形成酸性环境,NO 3在酸性环境中具有强氧化性, 从而将Fe 氧化成

Fe (OH ) 2+2H +,

Fe 3+,溶液颜色将由浅绿色变成黄色。

【答案】 C

3. 已知氯化铁溶液中通入硫化氢可发生反应:2FeCl 3+H 2S ===2FeCl 2+S ↓+2HCl 。在标准状况下, 向100 mL FeCl 3溶液中通入a L 的H 2S 气体恰好反应后, 再加入足量的铁粉充分反应。所得溶液经测定金属阳离子的浓度为3 mol ⋅L ,若反应过程中溶液体积不变, 则原

-1

FeCl 3溶液的物质的量浓度为( )

A.1.5 mol ⋅L B.2 mol ⋅L C.1 mol ⋅L

-1-1

-1

D. 无法确定

-1

【解析】最后所得溶液为FeCl 2溶液, 则c (Cl ) 为6 mol ⋅L ,根据Cl 守恒可推出原

FeCl 3溶液的物质的量浓度为2 mol ⋅L -1。

【答案】 B

4. 在含有FeCl 3、FeCl 2、AlCl 3、NaCl 的溶液中, 加入足量的Na 2O 固体, 在空气中充分搅拌反应后再加入过量的稀盐酸, 溶液中离子数目变化最小的是( ) A. Na C. Fe

3++

B. Al

D. Fe

【解析】 FeCl 3(溶液)

Fe (OH ) 3+NaCl ,Fe

(OH ) 3FeCl 3; FeCl 2(溶液

)

Fe (OH ) 2+NaCl ,4Fe (OH ) 2+O 2+2H 2O 4Fe (OH ) 3,使Fe (OH ) 2减

少,Fe (OH ) 3增多, 故再与盐酸反应时,Fe 2+减少,Fe 3+增多; AlCl 3(溶液

)

-AlO

2Al 3+,Al 3+数目基本不变; 因加入Na 2O ,故Na +数目

增加。

【答案】 B

5. 将Cu 片放入0.1 mol ⋅L FeCl 3溶液中, 反应一定时间后取出Cu 片, 溶液中c (Fe ) ∶

-1

c (Fe 2+) =2∶3, 则Cu 与Fe 的物质的量之比为( ) A.3∶2 C.4∶3

【解析】由2Fe

2+3+

B.3∶5

D.3∶4

+Cu ===2Fe 2++Cu 2+知生成3 mol Fe 2+同时生成1.5 mol Cu 2+,故溶

液中n (Cu ) ∶n (Fe ) =1.5∶2=3∶4。

【答案】 D

6.(2012福建三明二中阶段测试) 从反应结果分析, 下列关于”反应先后顺序”的评价中正确的是( )

A. 向物质的量之比为1∶1的Na 2CO 3和NaOH 的混合溶液中通入少量CO 2,NaOH 先发生反应

B. 向体积比为1∶1的SO 2和CO 2的混合气体中加入少量氨水,CO 2先发生反应 C. 向物质的量之比为1∶1的FeCl 3和CuCl 2混合溶液中加入少量Fe 粉,Cu 先被还原

D. 向NH 4Al (SO 4) 2溶液中滴加少量NaOH 溶液,NH 4先发生反应

【解析】根据”强者先行”的原则:即与同一酸反应时, 强碱先反应, 与同一碱反应时, 强酸先反应, 与同一氧化剂反应时, 还原性强的先反应, 与同一还原剂反应时, 氧化性强的先反应。A 项正确,B 、C 项错误。对于强酸制弱酸或强碱制弱碱的反应来说, 则”弱者优先”,D项错误。【答案】 A

7. 分析硫铁矿中FeS 2的含量(不考虑杂质的反应, 所加试剂均足量), 某研究性小组设计了如下四种实验方案, 不正确的是( )

【解析】 D 项中因加入了还原剂铁粉, 且铁粉在酸性环境中也能溶解, 故最后滴定时无法确定硫铁矿石中FeS 2的含量。【答案】 D

8. 下图是氧气氧化某浓度Fe 生成Fe 过程的实验结果, 下列有关说法正确的是( )

A.pH=1.5时氧化率一定比pH=2.5时大

B. 其他条件相同时,80 ℃的氧化率比50 ℃大 C. Fe 的氧化率仅与溶液的pH 和温度有关

D. 该氧化过程的离子方程式为:Fe 2++O 2+4H +===Fe 3++2H 2O

【解析】由图中看出, 同温时pH 越小, 氧化率越高, 温度越高氧化率越高, 但无法判断氧化率是否只与溶液的pH 和温度有关, 故A 项、C 项错误;D 项电荷不守恒, 错误。【答案】 B

9.(2012江西师大附中月考) 某含铬(Cr 2O 7) 废水用硫酸亚铁铵〔FeSO 4⋅(NH 4) 2

SO 4⋅6H 2O 〕处理, 反应中铁元素和铬元素完全转化为沉淀。该沉淀干燥后得到n mol

FeO ·Fe y Cr x O 3,不考虑处理过程中的实际损耗, 下列叙述错误的是( ) A. 消耗硫酸亚铁铵的物质的量为n(2-x) mol

B. 处理废水中Cr 2O 7 的物质的量为nx mol 2

C. 反应中发生转移的电子数为3nx mol D. 在FeO ·Fe y Cr x O 3中3x=y

【解析】根据Cr 原子守恒,B 项正确; 根据Fe 原子守恒, 消耗硫酸亚铁铵的物质量为n(1+y) mol,A 项错误; 根据得失电子守恒,C 、D 项正确。【答案】 A

10.m g Fe粉与Fe 2O 3组成的混合物中加入稀硫酸, 在标准状况下收集到V L H 2,所得溶液中加入KSCN 溶液不显红色, 则混合物中Fe 2O 3的物质的量为( ) A.2.5V mol

2.5V

C. m - mol 2.5V

B. m - mol 216m D. mol

【解析】所得溶液中加入KSCN 溶液不显红色, 则知反应后的溶液中无Fe 3+,仅有Fe 2+,则反应的化学方程式为:

Fe + H 2SO 4===FeSO 4+H 2↑ 56 g

2.5V g

22.4 L V L

设混合物中Fe 2O 3的物质的量x, 则

Fe + F e O 3FeSO 4+3H 2O 2O 3+3H 2S ===4x mol x mol

依题意有:56 g ⋅mol x+160 g ⋅mol x=m g-2.5V g,x=

-1

m -2.5V

216

mol 。

【答案】 B

二、非选择题(本题包括4个小题, 共50分)

11.(14分) 某校化学兴趣小组为探究铁与浓硫酸的反应, 设计了图1、图2所示装置进行实验。

图1

图2

(1)比较两个实验装置, 图2装置的优点是: ①能更好的吸收有毒气体SO 2,防止其污染环境;

② 。

(2)导气管e 有两个主要作用:一是在反应过程中, 因导管插入液面下, 可起到”液封”作用阻止

SO 2气体逸出而防止污染环境; 二是。

(3)能说明有SO 2气体产生的实验现象是。

(4)反应一段时间后, 用滴管吸取A 试管中的溶液滴入到适量水中作为试样, 试样中所含金属离子的成分有以下三种可能:

Ⅰ:只含有Fe ; Ⅱ:只含有Fe ; Ⅲ:既有Fe 又有Fe 。为验证Ⅱ、Ⅲ的可能性, 选用如下试剂, 填写下列空格: A. 稀HCl 溶液 B. 稀硫酸 C.KSCN 溶液 E.NaOH 溶液 G. H 2O 2溶液

验证Ⅱ:取试样, 先滴加少量的

(填试剂序号, 下同), 振荡, 再滴加少量的, 根据溶液颜色的变化可确定假设Ⅱ是否正确。

验证Ⅲ:步骤1. 取试样, 滴加少量的 (填试剂序号), 溶液的颜色变色; 则试样中含有Fe ,发生反应的离子方程式为

步骤2. 再取适量的试样滴加少量的 (填试剂序号), 溶液颜色的变化为 , 则试样中含有Fe 。

【解析】 (4)检验Fe 可利用其不与KSCN 发生显色反应, 而被氧化后生成的Fe 可与KSCN 发生显色反应的性质。在含有Fe 的情况下检验Fe 的存在可以利用其还原性(如能使酸性KMnO 4溶液褪色) 。

2+3+

D. 酸性KMnO 4溶液 F. 淀粉KI 溶液

【答案】 (1)②便于控制反应的发生和停止

(2)停止加热时, 能防止倒吸或平衡压强(凡合理答案均可) (3)品红溶液褪色 (4)验证Ⅱ:C G

验证Ⅲ:步骤1:C(或F) 红(或蓝)

Fe 3++3SCN -===Fe (SCN ) 3(或2Fe 3++2I -===2Fe 2++I 2)

步骤2:D 酸性KMnO 4溶液的浅红色褪去

12.(12分) 下图是部分常见元素的单质及其化合物的转化关系图(有关反应的条件及生成的部分产物已略去) 。

已知:E为红棕色固体,K 为浅绿色溶液; 反应①、②都是化工生产中的重要反应;B 、C 、D 、H 是单质;B 、C 、D 、F 、G 、H 常温下是气态; F 、P 和H 的水溶液均具有漂白作用, 且F 是形成酸雨的主要物质之一;N 是一种常见的氮肥; 化合物G 为四原子10电子分子, 化合物M 由两种元素组成, 分子内共有58个电子。

(1)写出F 的化学式、P 的电子式;

(2)在G 的水溶液中, 阳离子浓度最大的是用离子符号表示)

(3)写出K 与H 反应的离子方程式与H 反应的化学方程式。

(4)在实验室中, 向饱和H 水溶液中加入CaCO 3粉末, 充分反应后过滤, 可制得浓度较大的P 的水溶液。用化学平衡移动的原理加以解释。

【解析】由K 为浅绿色溶液, 推测K 可能为亚铁盐的溶液, 结合E 为红棕色固体, 则J 为铁盐, 则根据J 、K 之间的转化可知F 必具有还原性,H 必具有氧化性, 结合 F 、P 和H 的水溶液均具有漂白作用, 且F 是形成酸雨的主要物质之一可知F 、H 分别为二氧化硫和氯气。又知反应①是化工生产中的重要反应, 则推出A 、B 反应为铁矿石的煅烧, 则A 为含硫铁矿石,B 为氧气,E 为氧化铁,J 为氯化铁,K 为氯化亚铁。化合物G 为四原子10电子分子, 则G 为氨气, 根据框图关系可知L 为亚硫酸铵,N 为氯化铵, 逆推可知C 、D 为氮气和氢气;P 的水溶液具有漂白性, 结合P 的元素来源可知P 为次氯酸, 再根据M 由两种元素组成, 分子内共有58个电子可推出M 为NCl 3。

【答案】 (1) SO 2

+ (2)NH 4

(3)2Fe 2++ Cl 2===2Fe 3++2Cl - 4NH 3+3Cl 2===NCl 3+3NH 4Cl

(4)饱和氯水中存在平衡:Cl 2+

H 2O

H ++Cl -+HClO ,加入的CaCO 3粉末能与

H +反应, 使H +浓度减小, 平衡正向移动,HClO 浓度增大

13.(12分) 某化学兴趣小组在探究次氯酸钠溶液的性质时发现:FeSO 4溶液中滴入几滴NaClO 溶液, 并加入适量硫酸, 溶液立即变黄。请你协助他们完成该反应还原产物的探究。 (1)甲同学推测该反应的还原产物为Cl 2; 乙同学推测该反应的还原产物为 (2)你认为甲同学的推测是否正确(填”正确”或”不正确”)。请用简要的文字或离子方程式说明理由。根据乙同学的推测, 上述反应的离子方程式为。 (3)请你设计一个实验方案, 验证乙同学的推测(还原产物) 是否正确。要求按下表格式写出实验步骤、预期现象和结论:

【解析】 NaClO 中氯元素为+1价, 故其还原产物只可能为氯气或Cl 。而验证乙同学结论

正确只需要验证有Cl 生成即可, 验证时应该先排除SO 4的干扰。

【答案】 (1)Cl (或NaCl)

(2)不正确因为FeSO 4过量, 反应中有剩余,Cl 2能将Fe 继续氧化, 因此还原产物不可能为

Cl 2(或2Fe 2++Cl 2===2Cl -+2Fe 3+)

2Fe 2+ +ClO -+2H +===2Fe 3++Cl -+H 2O

(3)

14.(12分) 四氧化三铁纳米微粒可用于涂料、油墨、隐身材料、磁记录、电极材料、催化剂等多个领域, 实验室可用如下的方法来制备这种材料并进行检测。 Ⅰ. 制备

(1)溶解、沉淀操作中不断通入氮气有两个作用:①是通过在反应过程中通入气体形成微型气泡, 将刚生成的四氧化三铁微粒包围, 来阻止微粒的长大或聚集成团; ② 。 (2)操作Ⅲ的名称是 Ⅱ. 产品检测

一、定性检测:产品中铁元素价态检测

试剂主要有:3 mol ⋅L 硫酸、0.1 mol ⋅L 氢氧化钠溶液、20%硫氰化钾溶液、0.01 mol ⋅L 酸性高锰酸钾溶液、氯水 (其他用品任选) 。 (3)请选用上述试剂完成下表

-1

二、定量测定:

称取23.2 g样品于烧杯中, 加入加热煮沸后的稀硫酸充分溶解, 并不断加热、搅拌, 待固体完全溶解后, 向所得溶液中加入10.0 g铜粉充分反应后过滤、洗涤、干燥得剩余固体3.6 g。取滤液体积的1/10用浓度为0.200 mol ⋅L 的酸性KMnO 4溶液滴定, 至终点时消耗KMnO 4溶液29.80 mL。

(4)产品中Fe 和Fe 的物质的量之比为。 Ⅲ. 结果讨论 (5)产品中Fe

3+3+

-1

和Fe

的物质的量之比略大于2∶1的可能原因

是。

【解析】亚铁离子易被氧化, 吹入氮气形成保护气流能防止氧化, 经操作Ⅲ过滤、洗涤, 干燥

后得到产品。铁的氧化物中可能含有亚铁离子, 为防止氧化, 加入酸溶解之前, 应将酸加热煮沸除去氧气。经煮沸的酸溶解样品后加入硫氰化钾溶液若溶液呈现血红色则说明铁的氧化物中含有铁离子, 加入具有氧化性的高锰酸钾溶液紫色褪去说明铁的氧化物中含有亚铁离子。Cu +2Fe 3+===Cu 2++2Fe 2+,计算出n (Fe 3+) =n (Fe 2+) =0.2 mol 。电荷守恒确定滤液中n (Fe 2+) = 0.200mol ⋅L -1⨯0.0298L ⨯10⨯5e -

1e =0.298 mol,因此原混合物中n (Fe 2+) =0.098 mol,产品中

Fe 3+和Fe 2+的物质的量之比为2∶0.98。若在制备过程中亚铁离子被氧化则产品中Fe 3+和Fe 2+的物质的量之比略大于2∶1。

【答案】 (1)②作保护气, 防止Fe 被氧化

(2)过滤、洗涤

(3)步骤1:取一定量3 mol ⋅L 硫酸于试管中, 加热煮沸去除溶解的氧气

步骤3:溶液呈血红色

步骤4:取少量步骤2配好的溶液于试管中, 滴加几滴0.01 mol ⋅L 酸性高锰酸钾溶液, 振荡高锰酸钾溶液紫色褪去

(4)2∶0.98 (或100∶49)

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