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第10讲 铁及其重要化合物
课时集训
测控导航表
知识点
基础
能力
挑战
铁及其氧化物、氢氧化物的性质
1,2,4
6
Fe2+、Fe3+的性质及检验
3
9
“铁三角”的转化及其应用
11
综合应用
5
7,8,10
12
1.下列说法正确的是( D )
A.中性溶液中可能大量存在Fe3+、K+、Cl-、S
B.氧化铁能与酸反应,因此可用于制作红色涂料
C.Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3能一步实现
D.铁粉作食品袋内的脱氧剂是起还原作用
2.能正确表示下列反应的离子方程式的是( D )
A.将铁粉加入稀硫酸中:2Fe+6H+2Fe3++3H2↑
B.将磁性氧化铁溶于盐酸:Fe3O4+8H+3Fe3++4H2O
C.将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合:Fe2++4H++NFe3++2H2O+NO↑
D.将铜屑加入含Fe3+的溶液中:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
解析:铁与稀硫酸反应生成Fe2+,A项错误;磁性氧化铁溶于盐酸的离子方程式为Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O,B项错误;Fe2+与稀HNO3反应的离子方程式为3Fe2++N+4H+3Fe3++NO↑+2H2O,C项错误。
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3.(2018·陕西汉中调研)下列离子的检验方法合理的是( C )
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,立即得红褐色沉淀,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+
解析:A项中只能说明含有Fe3+,不能说明不含Fe2+,不合理;B项原溶液中也可能只有Fe3+而没有Fe2+;D项中氧化后生成的红褐色沉淀Fe(OH)3也可能掩盖了生成的白色沉淀 Mg(OH)2。
4.(2018·哈师大附中期中)某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个实验。从分类角度分析,下列选项正确的是( C )
A.实验①、②所涉及的物质均为电解质
B.实验②、③均为放热反应实验
C.②、③均未发生氧化还原反应
D.实验①、③反应制得的物质均为纯净物
解析:实验①中的铁和氯气是单质,既不是电解质也不是非电解质,A错误;实验②溶解放热,为物理变化,③
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为盐的水解,是吸热反应,B错误;实验②溶解主要是物理变化,③水解是复分解反应,两者均未发生氧化还原反应,C正确;③得到的是氢氧化铁胶体,是混合物,D错误。
5.(2019·山东济南模拟)工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)为原料制备高档颜料铁红(Fe2O3)。具体生产流程如下:
硫铁矿烧渣滤液X滤液Y FeCO3固体产品氧化铁
试回答下列问题:
(1)滤液X中含有的金属阳离子是 (填离子符号)。
(2)步骤Ⅲ中可选用 (填字母)调节溶液的pH。
A.稀硝酸 B.氨水
C.氢氧化钠溶液 D.高锰酸钾溶液
(3)步骤Ⅳ中,FeCO3沉淀完全后,溶液中含有少量Fe2+,检验Fe2+的方法是
。
(4)步骤Ⅳ的反应温度一般需控制在35 ℃以下,其目的是 。
(5)在空气中煅烧FeCO3生成产品氧化铁的化学方程式为 。
解析:(1)硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)酸浸后过滤,SiO2为滤渣,滤液中含有的金属阳离子是Fe2+、Fe3+。
(2)步骤Ⅲ要把pH调高,步骤Ⅳ还要加NH4HCO3,若使用氢氧化钠溶液,产品中容易混入Na+,不易除去,所以选B。
(4)NH4HCO3受热易分解,步骤Ⅳ的反应温度一般需控制在35 ℃以下,其目的是防止NH4HCO3分解。
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答案:(1)Fe2+、Fe3+ (2)B
(3)取少量溶液,加入硫氰化钾溶液,不显红色,然后滴加氯水,溶液变为红色 (4)防止NH4HCO3分解
(5)4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2
6.在含有FeCl3、FeCl2、AlCl3、NaCl的溶液中,加入足量的NaOH溶液,在空气中充分搅拌反应后再加入过量的稀盐酸,溶液中离子数目减少的是( D )
A.Na+ B.Fe3+ C.Al3+ D.Fe2+
解析:溶液中加入足量的氢氧化钠,反应生成氢氧化铁沉淀、氢氧化亚铁沉淀和偏铝酸钠,在空气中搅拌,氢氧化亚铁变成氢氧化铁,再加入过量的盐酸,氢氧化铁反应生成氯化铁,偏铝酸钠反应生成氯化铝,只有亚铁离子数目减少,选D。
7.(2018·江西南昌第二中学模拟)FeCl3易潮解、易升华,实验室制备FeCl3的装置如图所示(加热和夹持装置略去)。下列说法正确的是( C )
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
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C.直接用E接收产物比用导管连接的优点是可防止堵塞
D.F中浓硫酸的作用是防止空气中的水蒸气进入E
解析:导管g的作用是平衡压强,使浓盐酸易流入烧瓶,A错误;试剂X和试剂Y分别为饱和食盐水、浓硫酸,B错误;直接用E接收产物可防止堵塞,C正确;F中浓硫酸的作用是防止G中的水蒸气进入E,D错误。
8.(2019·山东济南模拟)如图所示是物质间发生化学反应的颜色变化,下列选项中正确的是( B )
选项
M
N
P
Q
A
NH3·H2O
Ba(OH)2
铜
石蕊溶液
B
NaOH
Ba(NO3)2
锌粉
KSCN
C
Na
BaCl2
FeO
KSCN
D
NaHCO3
MgCl2
Fe
石蕊溶液
解析:A项中Ba(OH)2与Fe2(SO4)3溶液反应得到的是红褐色沉淀Fe(OH)3与白色沉淀BaSO4的混合物,A错误;C项中FeO不能还原Fe3+;D项中MgCl2无法与 Fe2(SO4)3反应生成沉淀。
9.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( D )
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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: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,A错误;AgCl是白色沉淀,乙不可能是AgCl,B错误;甲可能是溴化亚铁,也可能是溴化铁,C错误、D正确。
10.纳米材料一直是人们研究的重要课题,例如纳米级Fe粉表面积大,具有超强的磁性、高效催化性等优良的性质。
Ⅰ.实验室采用气相还原法制备纳米级Fe,其流程如图所示:
(1)纳米级Fe和稀盐酸反应的离子方程式为 。
(2)如何将FeCl2·nH2O固体加热脱水制得无水FeCl2:
(用简要文字描述)。
(3)生成纳米级Fe的化学方程式为
。
Ⅱ.查阅资料:在不同温度下,纳米级Fe粉与水蒸气反应的固体产物不同,温度低于570 ℃时生成FeO,高于 570 ℃时生成Fe3O4
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。甲同学用图甲所示装置进行纳米级Fe粉与水蒸气反应的实验,乙同学用图乙所示的装置进行纳米级Fe粉与水蒸气的反应并验证产物。
(4)甲装置中纳米级Fe粉与水蒸气反应的化学方程式是 。
(5)甲装置中仪器a的名称为 。
(6)乙同学为探究实验结束后试管内的固体物质成分,进行了下列 实验:
实验
步骤
实验操作
实验现象
Ⅰ
将反应后得到的黑色粉末X(假定为均匀的),取出少量放入另一试管中,加入少量盐酸,微热
黑色粉末逐渐溶解,溶液呈浅绿色;有少量气泡产生
Ⅱ
向实验Ⅰ得到的溶液中滴加几滴KSCN溶液,振荡
溶液没有出现红色
根据以上实验,乙同学认为该条件下反应的固体产物为FeO。
丙同学认为乙同学的结论不正确,他的理由是
(用简要文字描述)。
(7)丁同学称取5.60 g Fe粉,用乙装置反应一段时间后,停止加热。将试管内的固体物质在干燥器中冷却后,称得质量为6.88
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g,则丁同学实验后的固体物质中氧化物的质量分数为 (结果保留三位有效数字)。
解析:(1)纳米级Fe和稀盐酸反应生成FeCl2和H2,离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑。
(2)FeCl2·nH2O固体加热脱水时,易发生水解,水解方程式为FeCl2+ 2H2OFe(OH)2+2HCl,为防止FeCl2水解,在加热脱水时,通常通入干燥的HCl气体,HCl能抑制FeCl2的水解,且通入的HCl气体可带走水蒸气,利于固体脱水。
(3)根据流程可知,FeCl2·nH2O固体加热脱水得到FeCl2,然后N2、H2与FeCl2在高温条件下反应得到纳米级Fe,反应方程式为FeCl2+H2 Fe+2HCl。
(4)根据已知“纳米级Fe粉与水蒸气反应,温度低于 570 ℃时生成FeO”,甲装置用酒精灯加热,反应温度较低,产物为FeO,Fe失电子,水中H得电子,生成氢气,则反应方程式为Fe+H2O(g)FeO+H2。
(5)装置甲中仪器a为蒸发皿。
(6)加入KSCN溶液,溶液没有出现红色,说明溶液中没有Fe3+,可能是因为纳米级Fe粉与水蒸气反应的过程中Fe过量,Fe没有反应完,可能发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,所以看不到红色。
(7)用乙装置反应,反应温度高于570 ℃,则Fe粉与水蒸气反应的固体产物为Fe3O4,反应后所得固体的质量为6.88 g,其中氧原子的质量为m(O)=6.88 g-5.60 g=1.28 g,则n(O)==0.08 mol,由关系式 Fe3O4～4O,可得n(Fe3O4)=0.02
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mol,所以固体物质中氧化物的质量分数=×100%=×100%≈67.4%。
答案:(1)Fe+2H+Fe2++H2↑
(2)在干燥的HCl气流中加热
(3)FeCl2+H2Fe+2HCl
(4)Fe+H2O(g)FeO+H2
(5)蒸发皿
(6)加入KSCN溶液,溶液没有出现红色,也可能是因为Fe过量,与生成的Fe3+反应转化为Fe2+
(7)67.4%
11.向FeCl3溶液中加入Na2SO3溶液,测定混合后溶液pH随混合前溶液中c(S)/c(Fe3+)变化的曲线如图所示。
实验发现:
ⅰ.a点溶液澄清透明,向其中滴加NaOH溶液后,立即产生灰白色沉淀,滴入KSCN溶液显红色;
ⅱ.c点和d点溶液中产生红褐色沉淀,无气体逸出。取其上层清液滴加NaOH溶液后无明显现象,滴加KSCN溶液显红色。
下列分析合理的是( C )
A.向a点溶液中滴加BaCl2溶液,无明显现象
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B.b点较a点溶液pH升高的主要原因:2Fe3++S+H2O2Fe2++S+2H+
C.c点溶液中发生的主要反应:2Fe3++3S+6H2O2Fe(OH)3+3H2SO3
D.向d点上层清液中滴加KSCN溶液,溶液变红;再滴加NaOH溶液,红色加深
解析:A项,向a点溶液中加入NaOH溶液后有灰白色沉淀生成,说明a点溶液中含有Fe2+,即S和Fe3+发生了氧化还原反应,S被氧化为S,S能与BaCl2反应生成白色沉淀BaSO4;B项,a点到b点pH升高,若反应生成H+,会使pH降低;C项,由ⅱ中信息可知,c点溶液中含有Fe3+,且有Fe(OH)3生成,所以发生的反应为可逆反应;D项,滴加NaOH溶液,溶液中 Fe(SCN)3浓度降低,红色变浅。
12.(2018·河南八市二测)纳米级Fe3O4是一种非常重要的磁性材料,同时也可用作催化剂载体和微波吸收材料。纳米级Fe3O4有多种不同制法,请回答下列相关问题。
Ⅰ.如图是用共沉淀法制备纳米四氧化三铁的流程。
(1)除Fe3O4外铁的两种常见氧化物中在空气中性质比较稳定的是 (填化学式),该物质的用途是 (任写一种)。
(2)实验室保存溶液B时为了防止出现浑浊通常采用的措施是
。
(3)证明沉淀已经洗涤干净的操作是
。
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(4)写出该方法中发生的主要反应的离子方程式:
。
(5)实际生产中为提高产率,起始所用FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比大于1∶2,原因是
。
Ⅱ.制备纳米四氧化三铁的另一种流程如图所示。
FeCl3·6H2OFeOOH纳米Fe3O4
(6)写出第2步反应的化学方程式: ,其中氧化产物和还原产物的物质的量之比为 。
(7)纳米Fe3O4投入分散剂中形成的分散系是 。
解析:(1)FeO(氧化亚铁)是一种黑色粉末,不稳定,在空气里很容易被氧化,在空气中性质比较稳定的是Fe2O3,Fe2O3的用途是制红色油漆、涂料、炼铁。
(2)实验室保存溶液B(FeCl3)时为了防止水解出现浑浊,通常采用的措施是加盐酸抑制FeCl3水解生成 Fe(OH)3沉淀。
(3)证明沉淀已经洗涤干净,只要检验洗涤液中是否含硫酸根离子,操作是取少量最后一次洗涤液于试管中,加盐酸酸化,滴加氯化钡溶液,不产生白色沉淀。
(4)该方法中发生的主要反应的离子方程式为Fe2++2Fe3++8OH- Fe3O4+4H2O。
(5)实际生产中为提高产率,起始所用FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比大于1∶
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2,原因是反应过程中部分亚铁离子被氧气氧化为铁离子。
(6)第2步反应FeOOH吸收CO生成Fe3O4,化学方程式为6FeOOH+CO 2Fe3O4+CO2+3H2O,其中氧化产物CO2和还原产物Fe3O4的物质的量之比等于方程式中的化学计量数之比,为1∶2。
(7)纳米四氧化三铁的粒子大小在1纳米和100纳米之间,纳米Fe3O4投入分散剂中形成的分散系是胶体。
答案:(1)Fe2O3 制红色油漆、涂料、炼铁(合理即可)
(2)加盐酸
(3)取少量最后一次洗涤液于试管中,加盐酸酸化,滴加氯化钡溶液,不产生白色沉淀
(4)Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4+4H2O
(5)反应过程中部分亚铁离子被氧气氧化为铁离子
(6)6FeOOH+CO2Fe3O4+CO2+3H2O 1∶2
(7)胶体
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