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考点规范练8 铁及其重要化合物
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.下列有关物质的性质类比正确的是( )
A.已知Fe+SFeS,则Cu+SCuS
B.Fe与CuSO4溶液反应,可知Al与CuSO4溶液也能反应
C.CaSO3与稀盐酸反应生成SO2,可知CaSO3与稀硝酸反应也生成SO2
D.已知H2O2能氧化I-,可知H2O2也能氧化Cl-
2.为确定下列久置于空气中的物质是否变质,所选检验试剂(括号内物质)不能达到目的的是( )
A.Na2SO3溶液(BaCl2溶液)
B.FeCl2溶液(KSCN溶液)
C.KI溶液(淀粉)
D.NaOH溶液(盐酸)
3.下列有关Fe2(SO4)3溶液的叙述正确的是( )
A.该溶液中,K+、Fe2+、I-、Br-可以大量共存
B.用该溶液溶解一定量铜粉,向所得溶液中再加入铁粉,若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出
C.将该溶液蒸干,得到的固体中混有氢氧化铁
D.100 mL 0.1 mol·L-1该溶液与足量的Zn充分反应,生成1.12 g Fe
4.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Fe(OH)2沉淀
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B.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
5.硫酸亚铁是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是( )
FeSO4—
A.碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体,可用作净水剂
B.为防止NH4HCO3分解,生产FeCO3需在较低温度下进行
C.可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被氧化
D.常温下,(NH4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比FeSO4的大
6.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。下列说法正确的是( )
A.该实验表明FeCl3有还原性
B.白色沉淀为BaSO3
C.该实验表明SO2有漂白性
D.反应后溶液酸性增强
7.有一种粉末是由铁的氧化物中的一种或者两种组成,取3.04 g该粉末加热,同时通入足量的CO使之完全反应,再用过量澄清石灰水把生成的气体充分吸收,产生5 g沉淀,则该粉末的组成是( )
A.只有Fe2O3
B.只有FeO
C.等物质的量的Fe2O3和Fe3O4
D.等物质的量的FeO和Fe3O4
8.酸性溶液中,Fe2+会被空气中的氧气缓慢氧化为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( )
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
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9.常温时,将0.1 mol Fe(NO3)3和2 mol HCl溶于水得2 L溶液,然后向该溶液投入m g 铁粉使其充分反应后,滴加KSCN溶液不变红色。下列有关说法正确的是( )
A.由于氧化性Fe3+>H+,首先发生的反应是Fe+2Fe3+3Fe2+
B.当加入16.8 g铁粉时,可生成标准状况下6.72 L气体
C.在铁粉充分反应后的溶液中,铁元素以Fe2+和Fe3+的形式存在
D.m至少等于28 g,反应过程中溶液的质量一直在减小
10.已知酸性K2Cr2O7溶液可与FeSO4反应生成Fe3+和Cr3+。现将硫酸酸化的K2Cr2O7溶液与FeSO4溶液混合,充分反应后再向所得溶液中加入KI溶液,混合溶液中Fe3+的物质的量随加入的KI的物质的量的变化关系如图所示,下列说法中不正确的是( )
A.图中AB段的氧化剂为K2Cr2O7
B.图中BC段发生的反应为2Fe3++2I-2Fe2++I2
C.若将上述过程中的KI溶液换为K3[Fe(CN)6]溶液,则AB段有蓝色沉淀生成
D.开始加入的K2Cr2O7为0.25 mol
二、非选择题(本题共3个小题,共50分)
11.(16分)铁单质及其化合物在生活、生产中有广泛应用。请回答下列问题:
(1)黄铁矿(FeS2)是生产硫酸和冶炼钢铁的重要原料,其中发生的一个反应为3FeS2+8O26SO2+Fe3O4,若有3 mol FeS2参加反应,则转移 mol电子。
(2)氯化铁溶液常用作印刷电路铜板的腐蚀剂,反应的离子方程式为
。从腐蚀废液中回收金属铜需要的试剂是 。
(3)与明矾相似,硫酸铁也可用于净水,其作用原理是
(用离子方程式表示);在使用时发现硫酸铁并不能使酸性废水中悬浮物沉降除去,其原因是
。
(4)钢铁的电化学腐蚀简单示意图如图所示,发生吸氧腐蚀时,正极的电极反应式为
;
该图稍作修改即可成为钢铁电化学防护的简单示意图,请完成防护的简单示意图并标出电子流动的方向。
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(5)铁红是一种红色颜料,其主要成分是Fe2O3。将一定量的铁红溶于160 mL 5 mol·L-1盐酸中,再加入一定量铁粉恰好溶解,收集到2.24 L氢气(标准状况),经检测,溶液中无Fe3+,则参加反应的铁粉的质量为 。
12.(2017课标全国Ⅲ)(18分)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁,在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题:
(1)在试管中加入少量绿矾样品,加水溶解,滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气,溶液逐渐变红。由此可知: 、 。
(2)为测定绿矾中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重,记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是 。
②将下列实验操作步骤正确排序 (填标号);重复上述操作步骤,直至A恒重,记为m3 g。
a.点燃酒精灯,加热
b.熄灭酒精灯
c.关闭K1和K2
d.打开K1和K2,缓缓通入N2
e.称量A f.冷却到室温
③根据实验记录,计算绿矾化学式中结晶水数目x= (列式表示)。若实验时按a、d次序操作,则使x (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)为探究硫酸亚铁的分解产物,将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中,打开K1和K2,缓缓通入N2,加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。
①C、D中的溶液依次为 (填标号)。C、D中有气泡冒出,并可观察到的现象分别为 。
a.品红 b.NaOH c.BaCl2 d.Ba(NO3)2
e.浓硫酸
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式
。
13.(16分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
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活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是
。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择 (填字母编号)。
A.KMnO4溶液
B.K3[Fe(CN)6]溶液
C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH=5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是 。
(4)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。将a kg质量分数为b%的硫酸加入到c kg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3 kg。
参考答案
考点规范练8 铁及其重要化合物
1.B Cu与S化合生成Cu2S,A项错误;Fe能与CuSO4溶液发生置换反应,Al比Fe活泼,故Al与CuSO4溶液也能发生置换反应,B项正确;硝酸具有强氧化性,则CaSO3与稀硝酸反应会生成CaSO4,生成的气体是NO而不是SO2,C项错误;I-还原性较强,H2O2能氧化I-,但H2O2不能氧化Cl-,D项错误。
2.A A项,Na2SO3溶液变质后生成Na2SO4,二者均能与氯化钡反应生成沉淀,故加氯化钡不能达到检验目的;B项,FeCl2溶液变质后生成FeCl3,FeCl3遇KSCN变红;C项,KI变质生成碘单质,淀粉遇碘单质变蓝;D项,NaOH在空气中变质生成碳酸钠,盐酸和碳酸钠反应生成二氧化碳气体。
3.D Fe3+与I-会发生氧化还原反应,不能大量共存,A项错误;Fe2(SO4)3溶液溶解Cu时发生反应:Fe2(SO4)3+Cu2FeSO4+CuSO4,此时若Fe2(SO4)3恰好完全反应,再向溶液中加入铁粉,则发生反应:Fe+CuSO4FeSO4+Cu,可析出固体Cu,B项错误;Fe2(SO4)3是强酸弱碱盐,水解产生氢氧化铁和硫酸,由于硫酸没有挥发性,二者会再发生反应生成硫酸铁,故将该溶液蒸干,得到的固体中不会是氢氧化铁,而是硫酸铁,C项错误;100 mL 0.1 mol·L-1该溶液含有溶质0.01 mol,和足量的Zn充分反应,根据电子守恒及元素守恒可知反应产生0.02 mol Fe,其质量是1.12 g,D项正确。
4.C A中反应开始时生成的氢气进入B中,可排出空气,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中硫酸亚铁溶液在气体压力下进入B中可生成Fe(OH)2,故A项正确;FeCl3易水解,配制FeCl3
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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项正确;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项正确。
5.D 碱式硫酸铁电离产生Fe3+,Fe3+能发生水解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体具有吸附性,可用作净水剂,故A项正确;NH4HCO3不稳定,受热易分解,所以为防止NH4HCO3分解,生产FeCO3需在较低温度下进行,故B项正确;KSCN溶液遇Fe2+溶液无现象,(NH4)2Fe(SO4)2中的Fe2+若被氧化则生成Fe3+,KSCN溶液遇Fe3+溶液变红,故C项正确;(NH4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比FeSO4的小,所以FeSO4才能与(NH4)2SO4反应生成(NH4)2Fe(SO4)2,故D项错误。
6.D SO2通入混合液中,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,SO2表现还原性;H2SO4与BaCl2反应得到BaSO4白色沉淀和HCl,故A、B、C项错误,D项正确。
7.D 澄清石灰水将生成的气体充分吸收,产生5 g沉淀为碳酸钙,物质的量为=0.05 mol,根据碳原子守恒可知n(CO2)=0.05 mol,氧化物中氧原子的物质的量等于二氧化碳的物质的量,即n(O)=n(CO2)=0.05 mol,n(Fe)==0.04 mol,n(Fe)∶n(O)=0.04 mol∶0.05 mol=4∶5,所以该粉末是由铁的两种氧化物构成,若由等物质的量的Fe2O3和Fe3O4构成,则n(Fe)∶n(O)=5∶7,不成立,所以该粉末是由FeO和Fe3O4构成。
设FeO和Fe3O4的物质的量分别为x、y,则根据铁原子和氧原子守恒可得:
解得:x=0.01 mol,y=0.01 mol
故该粉末是由等物质的量的FeO和Fe3O4组成。
8.D A项中离子方程式电子转移数目不守恒,应为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,A项错误;由图像知,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,B项错误;Fe2+的氧化率不仅与溶液的pH和温度有关,还与离子的浓度等因素有关,C项错误;由图像可知,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,D项正确。
9.B 酸性条件下,N有强氧化性,因此首先发生的反应是Fe+N+4H+NO↑+Fe3++2H2O ①,然后发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+ ②,Fe+2H+Fe2++H2↑ ③,A项错误;当加入16.8 g铁粉时,刚好发生上述①反应,生成标准状况下的6.72 L NO气体生成0.3 mol Fe3+,消耗1.2 mol H+,B项正确;根据滴加KSCN溶液不变红色说明溶液中不含Fe3+,C项错误;根据方程式计算则至少消耗铁16.8 g+(0.1+0.3)×0.5×56 g=28 g,但反应过程中溶液的质量一直在增大,D项错误。
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10.C 根据图示可知开始时Fe3+物质的量不变,则说明Fe3+没有参加反应,因此AB段应为K2Cr2O7和碘化钾的反应,K2Cr2O7为氧化剂,A项正确;BC段Fe3+物质的量逐渐减小,为铁离子和碘化钾的反应,反应的离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2,B项正确;与K3[Fe(CN)6]溶液反应有蓝色沉淀生成的是Fe2+,但AB段没有Fe2+,C项错误;由氧化剂和还原剂得失电子数目相等可知反应的关系式为K2Cr2O7~6I-,共消耗的n(I-)=1.5 mol,则开始加入的K2Cr2O7的物质的量为0.25 mol,D项正确。
11.答案 (1)32
(2)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ 铁粉、稀盐酸(其他合理答案均可)
(3)Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+ 在酸性条件下抑制了铁离子的水解,无法生成氢氧化铁胶体,不能使悬浮物沉降除去
(4)O2+2H2O+4e-4OH-
或
(其他合理答案均可)
(5)11.2 g
解析 (1)反应过程中,氧元素从0价变为-2价,每消耗1 mol O2转移4 mol 电子,当有3 mol的FeS2参与反应时,消耗8 mol的O2,故转移32 mol 的电子;(2)Fe3+与铜反应的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+;腐蚀废液中的铜元素以Cu2+的形式存在,故回收金属铜还需要的试剂是铁粉、稀盐酸;(3)硫酸铁的净水原理是Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体:Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+,Fe(OH)3胶体可以吸附水中的杂质;酸性废水中存在大量的H+,从而抑制了Fe3+的水解,故硫酸铁并不能使酸性废水中的悬浮物沉降;(4)钢铁发生吸氧腐蚀时,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;利用原电池原理可保护铁,此时可将石墨电极调换为锌片,工作中电子由锌通过导线流向铁电极;还可利用电解池原理,将铁与电源的负极相连接,此时电子由石墨电极流出进入电源的正极,再由电源的负极流出进入铁电极上;(5)由加入铁粉后收集到0.1 mol H2知,Fe2O3与盐酸反应后HCl剩余0.2 mol,故与Fe2O3反应的HCl的物质的量为(160×5×10-3-0.2)mol=0.6 mol。结合Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O可知,生成了0.2 mol的Fe3+。加入的铁粉先与Fe3+反应:2Fe3++Fe3Fe2+,故Fe3+消耗0.1 mol Fe,综上所述,共消耗0.2 mol Fe,质量为11.2 g。
12.答案 (1)样品中没有Fe3+ Fe2+易被氧化成Fe3+
(2)①干燥管 ②dabfce ③ 偏小
(3)①c、a 产生白色沉淀、褪色 ②2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑
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解析 (1)样品溶于水,滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,说明样品中不存在Fe3+;通入空气,溶液逐渐变红色,说明Fe2+易被氧气氧化为Fe3+。(2)①B为干燥管;②在反应之前先通入N2,目的是排除装置中的空气,防止Fe2+被空气中的O2氧化,再加热使绿矾隔绝空气分解,然后熄灭酒精灯使其在N2中冷却到室温,再关闭K1、K2,最后称量A,根据前后质量变化,可得出失去的结晶水质量。则操作步骤的正确排序是dabfce。③根据题意FeSO4的质量为(m3-m1) g,结晶水的质量为(m2-m3) g,绿矾分解反应的化学方程式为:
FeSO4·xH2OFeSO4 + xH2O
152 18x
(m3-m1) g (m2-m3) g
则,得x=;若按a、d次序操作,Fe2+会被空气中的O2氧化,导致m3增大,由表达式x=,可判断x偏小。(3)①FeSO4分解看到有红色粉末,说明有Fe2O3生成。将气体通入BaCl2溶液中,若有沉淀生成,说明产物中有SO3,SO2与BaCl2不反应。继续通入品红溶液中,若红色褪去,说明产物中有SO2,SO2并不能完全被品红吸收,所以在最后要进行尾气处理。BaCl2溶液不能换成Ba(NO3)2溶液,因为将SO2和SO3的混合气通入Ba(NO3)2溶液,SO2和SO3均能与Ba(NO3)2溶液反应生成BaSO4沉淀。②由实验现象判断出分解产物有Fe2O3、SO2和SO3,则FeSO4分解反应的化学方程式为2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。
13.答案 (1)Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
(2)C
(3)Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+
(4)0.011 8ab-0.646c或
解析 (1)碱性氧化物(Fe2O3)与酸(H2SO4)反应生成相应的盐[Fe2(SO4)3]和水。
(2)Fe3+的检验应选择KSCN溶液,C项正确;A、B项均为检验Fe2+溶液的所需试剂。
(3)第Ⅱ步加活化硫铁矿还原Fe3+后,滤液中含有大量Fe2+,则通入空气引起溶液pH降低的原因是空气中的O2将Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+,使溶液pH降低。
(4)加入FeCO3的目的是中和剩余H2SO4和生成的H2SO4,根据化学方程式Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O和FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O15FeSO4+8H2SO4知1 mol Fe2O3生成FeSO4实际消耗
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mol H2SO4,根据化学方程式FeCO3+H2SO4FeSO4+H2O+CO2↑,则消耗FeCO3的物质的量即为剩余硫酸的物质的量=()×103 mol,即应加入FeCO3的质量为()×103 mol×116 g·mol-1=(0.011 8ab-0.646c)kg。
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