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课时提升作业 八
铁及其重要化合物
(45分钟 100分)
一、选择题(本题包括9小题，每题5分，共45分)
1.下列有关铁及其化合物的有关说法中正确的是( )
A.Fe3O4为红棕色晶体
B.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C.除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中通入氯气
D.Fe3+与KSCN试剂产生红色沉淀
【解析】选C。Fe3O4是黑色晶体，A错误；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2，B错误；除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中通入氯气，发生的反应为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-，C正确；Fe3+与KSCN作用溶液呈红色，但不是沉淀，D错误。
2.(2017·德州模拟)下列物质中，不能由单质直接化合生成的是( )
①CuS ②FeS ③SO3 ④H2S ⑤FeCl2
A.①③⑤ B.①②③⑤
C.①②④⑤ D.全部
【解析】选A。2Cu+SCu2S，Cu和S不能直接化合生成CuS；S+O2
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SO2，S和O2不能直接化合生成SO3；2Fe+3Cl22FeCl3，Fe和Cl2不能直接化合生成FeCl2。
【方法规律】能否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。
3.(2017·邯郸模拟)下列中学常见实验的现象或表述正确的是( )
A.过量的铁投入一定量的稀硝酸中，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液显红色
B.制备氢氧化亚铁时，向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁
C.检验红砖中的氧化铁成分，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滴即可
D.往FeCl3和BaCl2的混合溶液中通入SO2，溶液颜色由棕黄色变成浅绿色，同时有白色沉淀产生，表明FeCl3具有还原性
【解析】选C。过量的铁粉与一定量的稀硝酸反应最终生成的是Fe2+
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，A错误；制备氢氧化亚铁应避免被氧气氧化，向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时应把长胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌，B错误；发生反应：SO2+2H2O+2FeCl3H2SO4+2FeCl2+2HCl，溶液由棕黄色变为浅绿色，FeCl3作氧化剂，表现氧化性，D错误。
4.(2017·上饶模拟)同一还原剂与多种氧化剂在一起时，先与氧化性强的粒子反应，待强的反应完后，再与氧化性弱的反应，称为反应先后规律。已知氧化性：Fe3+>Cu2+，在溶有Fe2(SO4)3和CuSO4的溶液中加入铁粉，下列说法中不正确的是( )
A.若铁粉有剩余，则不溶物中一定有铜
B.若铁粉有剩余，则溶液中的金属阳离子只有Fe2+
C.若铁粉无剩余，且溶液中有Cu2+，则溶液中一定无Fe3+
D.若铁粉无剩余，且溶液中无Cu2+，则溶液中一定有Fe2+，一定无Fe3+
【解析】选C。Fe3+氧化性强于Cu2+，加入铁粉，铁粉先与Fe3+反应生成Fe2+，剩余铁粉再与Cu2+反应生成Fe2+。若有铁粉剩余，则Fe3+、Cu2+完全反应，不溶物中一定含有铜，A正确；若有铁粉剩余，则Fe3+、Cu2+完全反应，则溶液中的金属阳离子只有Fe2+，B正确；若铁粉无剩余，且溶液中有Cu2+，则可能有三种情况，一种为Cu2+只反应一部分，则Fe3+完全反应，一种为Cu2+未反应，则Fe3+恰好反应，一种为Cu2+未反应，Fe3+只反应一部分，溶液中含有Fe3+，C错误；若铁粉无剩余，且溶液中无Cu2+，因为Fe3+先与铁粉反应，所以一定不含Fe3+，一定含有Fe2+，D正确。
【加固训练】
某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3，若向其中逐渐加入铁粉，
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溶液中Fe2+浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如下图所示。则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为( )
A.1∶1∶1 B.1∶3∶1
C.3∶3∶8 D.1∶1∶4
【解析】选D。据氧化性由强到弱的顺序HNO3>Fe3+>Cu2+，可知随铁粉的增加，反应的方程式分别为
4HNO3(稀)+Fe Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
4 mol 1 mol 1 mol
2Fe(NO3)3+Fe 3Fe(NO3)2
2 mol 1 mol 3 mol
Cu(NO3)2+ Fe Fe(NO3)2+Cu
1 mol 1 mol 1 mol
所以原溶液中，Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为(2 mol-1 mol)∶
1 mol∶4 mol=1∶1∶4。
5.(2017·东营模拟)关于FeCl3进行的实验，下列预测正确的是( )
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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，会有浑浊产生
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。加热蒸干氯化铁溶液，Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+，水解生成的氯化氢挥发得到水解产物氢氧化铁，A错误；阳离子氧化性为Fe3+>Cu2+>H+，加入铁粉先和铁离子反应，无氢气放出，B错误；用FeCl3固体溶于水配制饱和溶液，Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+，水解使溶液变浑浊，C正确；在FeCl3溶液中加入KHCO3溶液，碳酸氢根离子和铁离子双水解生成二氧化碳和氢氧化铁沉淀，D错误。
6.(2017·济南模拟)向某晶体的溶液中加入含Fe2+的溶液无明显变化，当滴加几滴溴水后，混合液出现红色，由此得出的下列结论错误的是( )
A.Fe3+的氧化性比溴的氧化性强
B.该晶体中一定含有SCN-
C.Fe2+与SCN-不能形成红色化合物
D.Fe2+被溴氧化成Fe3+
【解析】选A。该晶体的溶液中没有与Fe2+发生反应的离子，当加入溴水后，Fe2+一定被氧化成Fe3+，此时溶液出现红色，说明原晶体中含有SCN-，可判断出B、C、D均正确；在Br2与Fe2+反应中，Fe3+
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是氧化产物，Br2是氧化剂，所以Br2的氧化性比Fe3+的氧化性强，选项A符合题意。
7.(2017·大同模拟)某研究小组开展课外研究发现，将适量Zn与一定浓度氯化铁溶液反应，开始可以观察到大量气泡产生。反应后期，溶液的pH升高到6左右，金属表面出现黑色粉末，溶液变成浅绿色。试管底部出现灰绿色悬浮物。收集少量黑色粉末与稀硫酸作用有气泡产生。则下列反应没有发生的是世纪金榜导学号30682249( )
A.FeCl3+3H2OFe(OH)3↓+3HCl
B.Zn+2HClZnCl2+H2↑
C.3Zn+2FeCl33ZnCl2+2Fe
D.4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
【解析】选A。溶液没有出现红褐色沉淀，A错误；FeCl3水解生成HCl，显酸性， Zn与酸反应生成H2，B正确；由金属表面出现黑色粉末，可知有铁单质生成，C正确；由试管底部出现灰绿色悬浮物可知，生成的Fe(OH)2部分被氧化为Fe(OH)3，颜色由白色变为灰绿色，D正确。
8.(2017·福州模拟)酸性溶液中，Fe2+会被空气缓慢氧化为Fe3+。不同条件下，一定浓度的Fe2+的氧化率随时间变化关系如图所示。下列有关说法正确的是 世纪金榜导学号30682250( )
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A.该氧化过程的离子方程式为：Fe2++O2+4H+Fe3++2H2O
B.pH=1.5时Fe2+的氧化率一定比pH=2.5的大
C.Fe2+的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D.其他条件相同，80℃时Fe2+的氧化率比50℃的大
【解析】选D。A项，电子转移数目不守恒，应为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O，错误；B项，由图象知，Fe2+的氧化率受pH和温度的影响，所以pH=1.5时Fe2+的氧化率不一定比pH=2.5时的大，错误；C项，Fe2+的氧化率不仅与溶液的pH和温度有关，还与离子的浓度等其他因素有关，错误；D项，由图象可知，其他条件相同温度不同时，Fe2+的氧化率与温度成正比，温度越高Fe2+的氧化率越大，正确。
9.(能力挑战题)把22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到
0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列说法正确的是( )
世纪金榜导学号30682251
A.反应后生成的盐只为Fe(NO3)3
B.反应后生成的盐只为Fe(NO3)2
C.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为1∶3
D.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为3∶1
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【解析】选C。由于铁的物质的量为=0.4 mol，所以在反应的过程中它失去的电子应介于0.8 mol(此时只产生Fe2+)和1.2 mol(此时只产生Fe3+)之间，又产生0.3 mol NO2和0.2 mol NO，即反应过程中硝酸得到的电子为0.3 mol×(5-4)+0.2 mol×(5-2)=0.9 mol，所以对应的产物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2，设前者的物质的量为x，后者的物质的量为y，则由铁原子守恒可得x + y=0.4，由得失电子守恒得3x +2y=0.9 mol，解得x=0.1 mol，y=0.3 mol。
二、非选择题(本题包括3小题，共55分)
10.(18分)(2017·洛阳模拟)某化学兴趣小组拟用如图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。提供化学药品：铁屑、稀硫酸、氢氧化钠溶液。
(1)稀硫酸应放在________中(填写仪器名称)。
(2)本实验通过控制A、B、C三个开关，将仪器中的空气排尽后，再关闭开关________、打开开关________就可观察到氢氧化亚铁的颜色。试分析实验开始时排尽装置中空气的理由：___________________。
(3)实验时为防止仪器2中铁粉通过导管进入仪器3中，可采取的措施是_________________。
(4)在FeSO4溶液中加入(NH4)2SO4
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固体可制备摩尔盐晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O] (相对分子质量392)，该晶体比一般亚铁盐稳定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇。
①为洗涤(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O粗产品，下列方法中最合适的是________。
A.用冷水洗
B.先用冷水洗，后用无水乙醇洗
C.用30%的乙醇溶液洗
D.用90%的乙醇溶液洗
②为了测定产品的纯度，称取ag产品溶于水，配制成500 mL溶液，用浓度为cmol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定。每次所取待测液体积均为25.00 mL，实验结果记录如下：
实验次数
第一次
第二次
第三次
消耗高锰酸钾溶液体积/mL
25.52
25.02
24.98
滴定过程中发生反应的离子方程式为__________________________________
滴定终点的现象是__________________________________________________
通过实验数据计算的该产品纯度为________(用字母a、c表示)，上表中第一次实验中记录数据明显大于后两次，其原因可能是________。
A.实验结束时俯视刻度线读取滴定终点时酸性高锰酸钾溶液的体积
B.滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定结束无气泡
C.第一次滴定用的锥形瓶用待装液润洗过，后两次未润洗
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D.该酸性高锰酸钾标准液保存时间过长，有部分变质，浓度降低
【解析】(1)分液漏斗能用来控制稀硫酸的流速，三颈烧瓶是反应装置，所以稀硫酸应放在仪器1，即分液漏斗中。
(2)利用Fe与稀硫酸反应生成的H2排出装置内的空气后，关闭开关B，两个三颈烧瓶的气体不再连通，三颈烧瓶2内氢气逐渐增多，压强增大，打开开关A或A、C，因为压强差，三颈烧瓶2内的FeSO4溶液进入三颈烧瓶3中，FeSO4与NaOH反应生成Fe(OH)2沉淀；Fe(OH)2极易被氧化，所以实验开始时排尽装置中空气可防止生成的氢氧化亚铁被氧化。
(3)实验时为防止仪器2中铁粉通过导管进入仪器3中，可采取的措施是将铁粉换成铁钉或铁块。
(4)①因为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O易溶于水，不溶于乙醇，为了防止晶体的损失，所以用90%的乙醇溶液洗，故D项正确。②Mn在酸性条件下把Fe2+氧化为Fe3+，锰元素转化为Mn2+，根据化合价的变化配平可得离子方程式：Mn+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O；滴定终点时恰好完全反应，所以再滴入KMnO4溶液，溶液不再褪色，所以滴定终点的现象是最后一滴滴入，溶液由无色变为浅紫色，且30 s不变色；第一次滴定的结果与其他两次相差较大，舍去，第二次和第三次消耗高锰酸钾溶液体积平均值为25.00 mL，·6H2O]=n(Fe2+)=5n(Mn)=5×0.025c=0.125cmol，样品中(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O物质的量为0.125cmol×500mL/25mL=2.5cmol，所以产品纯度为2.5cmol×
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392 g·mol-1÷ag×100%=×100%；A、实验结束时俯视刻度线读取滴定终点时酸性高锰酸钾溶液的体积，造成高锰酸钾溶液的体积测量结果偏小，会导致样品纯度偏小，错误；B、滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定结束无气泡，造成高锰酸钾溶液的体积测量结果偏大，会导致样品纯度偏大，正确；C、第一次滴定用的锥形瓶用待装液润洗，样品残留在瓶壁上，消耗高锰酸钾溶液偏多，会导致样品纯度偏大，正确；D、三次使用的高锰酸钾溶液相同，不可能出现一次的结果明显大于其他两次，错误。
答案：(1)分液漏斗
(2)B A(或“A、C”) 防止生成的氢氧化亚铁被氧化
(3)将铁粉换成铁钉或铁块
(4)①D ②Mn+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O
最后一滴滴入，溶液由无色变为浅紫色，且30s不变色 ×100% B、C
【加固训练】
(2017·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)。
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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中加入了过量的一种固体物质，发现棕黄色褪去，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+8HCl2FeCl3+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。
答案：(1)FeCl2 KSCN溶液(或NH4SCN溶液)
(2)d (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使红色加深
(5)加入还原剂将Fe3+
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还原 用胶头滴管取少量棕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
11.(19分)聚合硫酸铁铝(PFAS)是一种新型高效水处理剂。利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe3O4、FeO、SiO2等)为铁源、粉煤灰(主要成分为Al2O3、Fe2O3、FeO等)为铝源，制备PFAS的工艺流程如下：
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(1)“碱溶”时，Al2O3发生反应的化学方程式为__________________________。
(2)“酸溶Ⅱ”时，Fe3O4发生反应的离子方程式为________________________。
(3)“滤渣Ⅰ”“滤渣Ⅱ”在本流程中能加以利用的是_____________________。
(4)“氧化”时应控制温度不超过57℃，其原因是________________________。
(5)“氧化”时若用MnO2代替H2O2，发生反应的离子方程式是_______________。
(6)酸度对絮凝效果和水质有显著影响。若产品PFAS中残留硫酸过多，
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使用时产生的不良后果是_______________________________。
【解析】(1)两性氧化物Al2O3溶于强碱，碱性氧化物Fe2O3、FeO不与碱反应。(2)Fe3O4中含有+3价、+2价铁，与硫酸反应是非氧化还原反应。(3)滤渣Ⅰ的主要成分是Fe2O3、FeO，滤渣Ⅱ的主要成分是SiO2，Fe2O3、FeO可用于制备PFAS的铁源。(4)H2O2的稳定性差，过热会分解。(5)MnO2把Fe2+氧化为Fe3+，本身被还原为Mn2+。
答案：(1)Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O
(2)Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O
(3)滤渣Ⅰ
(4)温度过高，H2O2会分解
(5)2Fe2++MnO2+4H+2Fe3++Mn2++2H2O
(6)硫酸抑制Al3+和Fe3+水解，降低絮凝效果；水的酸度增大，影响水质
12.(18分)(能力挑战题)茶是我国人民喜爱的饮品。某校化学兴趣小组的同学设计以下实验来定性检验茶叶中含有Ca、Al、Fe三种元素。
【查阅部分资料】草酸铵[(NH4)2C2O4]属于弱电解质。草酸钙(CaC2O4)难溶于水。Ca2+、Al3+、Fe3+完全沉淀的pH为Ca(OH)2：pH≥13；Al(OH)3：pH≥5.5；Fe(OH)3：pH≥4.1。
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请根据上述过程及信息填空：
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(1)步骤②加盐酸的作用是_______________________。
(2)写出检验Ca2+的离子方程式：________________________。
(3)写出沉淀C所含主要物质的化学式：______________________。
(4)写出步骤⑧用A试剂生成红色溶液的离子方程式：___________________。
(5)步骤⑨的作用是________________________________。
(6)称取400 g茶叶样品灼烧得茶叶灰后，加入过量盐酸后过滤，将所得滤液加入过量的(NH4)2C2O4溶液，再过滤、洗涤、干燥、称量得到5.12 g沉淀，原茶叶中钙元素的质量分数为____________。
【解析】(1)茶叶经灼烧后，茶叶灰中含钙、铝、铁元素，加盐酸的作用是使Ca2+、Al3+、Fe3+浸出。
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(2)利用草酸根离子与钙离子结合成沉淀的方法检验钙离子：Ca2++(NH4)2C2O4CaC2O4↓+2N。
(3)步骤④调节pH 6～7并加热，可使Al3+、Fe3+沉淀，所以沉淀C所含主要物质的化学式为Fe(OH)3、Al(OH)3。
(4)检验铁离子用SCN-，离子方程式是Fe3++3SCN-Fe(SCN)3。
(5)沉淀C是Fe(OH)3、Al(OH)3，加盐酸得溶液2，调节pH 4～5时铁离子沉淀完全而铝离子不会形成沉淀，以便⑩中检验铝离子。
(6)5.12 g沉淀是CaC2O4，所含钙元素的质量是5.12 g×(40/128)=1.6 g，原茶叶中钙元素的质量分数为1.6 g/400 g×100%=0.4%。
答案：(1)使Ca2+、Al3+、Fe3+浸出
(2)Ca2++(NH4)2C2O4CaC2O4↓+2N
(3)Fe(OH)3、Al(OH)3
(4)Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(5)使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀
(6)0.4%
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