第3讲 铁及其化合物[考纲要求] 1.了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。2.以Fe2＋、Fe3＋的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应。3.能鉴别溶液中的Fe2＋、Fe3＋。考点一 用物质分类思想认识铁及其重要化合物1．铁的存在2．铁的性质(1)物理性质纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。(2)化学性质：铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成＋2、＋3两种价态的化合物。用化学方程式或离子方程式表示下列变化Fe＋Fe＋H2O(g)④3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2Fe—3．铁的氧化物和氢氧化物(1)铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名铁红磁性氧化铁颜色状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体(有磁性)溶解性难溶于水难溶于水难溶于水23\n铁的化合价＋2＋3＋2，＋3稳定性不稳定稳定稳定与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O(2)铁的氢氧化物Fe(OH)2Fe(OH)3色态白色固体红褐色固体与盐酸反应Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O受热分解2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O制法可溶性亚铁盐与碱溶液反应Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓可溶性铁盐与碱溶液反应Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓二者的关系在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3深度思考1．铁有很强的抗腐蚀能力，为什么日常生活中的铁制品容易生锈？答案 主要因为铁不纯，往往含有碳等杂质，当这些铁制品在潮湿的空气中或接触到电解质溶液(如食盐水)时会发生电化学腐蚀。2．铁、铝遇浓硫酸或浓硝酸发生钝化，是物理变化还是化学变化？答案 常温下铁、铝遇冷的浓HNO3、浓H2SO4时表面会生成一层致密的氧化物薄膜，化学上称为钝化，属于化学变化。3．铁元素是典型的变价金属元素，它在化合物中主要表现为＋2价和＋3价，请归纳总结：(1)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成＋2价？写出有关反应的化学方程式或离子方程式。答案 Fe→Fe2＋：铁与氧化性比较弱的非金属单质(如S、I2)，非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)，不活泼金属的盐溶液(如CuSO4溶液)反应，都可实现这种转化。如：Fe＋SFeS,2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu。(2)Fe单质通常与哪些氧化剂反应生成＋3价？写出有关反应的化学方程式。答案 Fe→Fe3＋：铁与强氧化剂(如Cl2、HNO3、浓硫酸)在一定条件下反应都会实现这种转化。例如：2Fe＋3Cl22FeCl3，Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)323\n＋NO↑＋2H2O,2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O。4．FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3是否都可以通过化合反应制取？答案 都可以。2Fe＋3Cl22FeCl32FeCl3＋Fe===3FeCl24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3题组一 铁及其化合物的性质1．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣，上述沉淀和残渣分别是( )A．Fe(OH)3 Fe2O3B．Fe(OH)2 Fe2O3C．Fe(OH)2 Fe(OH)3D．Fe(OH)2 Fe3O4答案 B解析 铁与稀硫酸生成FeSO4，再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2，在空气中加热Fe(OH)2，铁元素被氧化为＋3，最后所得红棕色残渣为Fe2O3。2．铁与水蒸气反应，通常有以下两种装置，请思考以下问题：装置一装置二实验装置(1)方法一中，装置A的作用______________________________________________。方法二中，装湿棉花的作用______________________________________________。(2)实验完毕后，取出装置一的少量固体，溶于足量稀盐酸，再滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，试解释原因：________________________________________。答案 (1)提供水蒸气 提供水蒸气 (2)在溶液中Fe3＋被未反应的铁粉完全还原为Fe2＋题组二 铁及其化合物的定量计算3．由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21∶8，则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是( )A．1∶2∶1B．2∶1∶1C．1∶3∶1D．1∶1∶3答案 D23\n解析 可用平均组成法来求解：在混合物中铁原子和氧原子物质的量之比为(21/56)∶(8/16)＝3∶4，则混合物的平均组成为Fe3O4，在三种组合中Fe3O4则不必多考虑，应注意FeO和Fe2O3混合后也应符合Fe3O4，所以在混合物中它们的物质的量之比必须是1∶1。4．含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.1mol的混合溶液中加入0.1mol铁粉，充分搅拌后，Fe溶解，溶液中不存在Fe3＋，同时析出0.1molAg，下列结论错误的是( )A．溶液质量减轻B．Fe3＋的氧化性大于Cu2＋C．溶液中Cu2＋与Fe2＋的物质的量比为1∶1D．1molFe可还原2molFe3＋答案 C解析 由溶液析出0.1molAg，溶解0.1mol铁粉可知溶液质量减轻；依信息可知只有Ag析出，Cu2＋没有参加反应，Ag＋全部被铁还原，2Ag＋＋Fe===2Ag＋Fe2＋，消耗Fe为0.05mol，生成0.05molFe2＋；溶液中不含Fe3＋，余下的0.05molFe恰好完全反应，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，生成0.15molFe2＋；溶液中的Cu2＋与Fe2＋的物质的量比为1∶2。5．在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。①Fe3＋ ②Fe2＋ ③Fe、Fe2＋④Fe2＋、Fe3＋(1)AB段铁元素以__________形式存在。(2)BC段铁元素以__________形式存在。(3)CD段铁元素以__________形式存在。答案 (1)① (2)④ (3)③解析 向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。23\n分析铁与稀HNO3反应的关键一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式：HNO3过量：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，Fe过量时：Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2，两者相加得总方程式：3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，可以用数轴表示：解题时需注意量的范围。即：①≤，产物仅有Fe(NO3)3，HNO3可能有剩余；②≥，产物仅有Fe(NO3)2，Fe可能有剩余；③<<，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，Fe和HNO3都反应完全。考点二 ＋2、＋3价铁的化学性质1．Fe2＋的氧化性和还原性Fe2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性。在中学阶段接触Fe2＋的氧化还原反应中其主要表现还原性，如：Fe2＋遇Br2、Cl2、H2O2、NO(H＋)等均表现还原性。2．Fe3＋的氧化性Fe3＋处于铁的高价态，表现较强的氧化性，如：它能氧化Fe、Cu、HI、H2S等。3．Fe2＋与Fe3＋的相互转化用离子方程式实现下列转化：Fe2＋Fe3＋①2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；②3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋2H2O＋NO↑；③2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；④Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。题组一 根据试剂判断Fe2＋、Fe3＋的转化1．下列试剂中，不能使Fe2＋转化为Fe3＋的是( )①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀硝酸 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液A．①②③B．①③④C．②④⑤D．②⑤⑥23\n答案 D解析 要实现Fe2＋转化为Fe3＋，必须加强氧化性物质，②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性，⑥NO在酸性条件下才表现强氧化性。2．将铁屑溶于过量盐酸后，再加入下列物质，会有三价铁生成的是( )①硫酸 ②氯水 ③硝酸锌 ④氯化铜A．①③B．②④C．③④D．②③答案 D3．在含有Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、NH的稀溶液中加入足量Na2O2固体，充分作用后，再加入过量稀盐酸，完全反应，则离子数目没有变化的是( )A．Fe3＋、Al3＋B．Al3＋C．Fe2＋、NHD．Fe3＋答案 B解析 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，Fe2＋转变为Fe3＋，Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀析出，Al3＋转变为AlO，NH转变为NH3气体，NH减少。没有过滤，再加入过量稀盐酸，Fe(OH)3沉淀转变为Fe3＋，所以Fe2＋减少，Fe3＋增多，AlO再转变为Al3＋，几乎不变。题组二 实现转化时试剂的选择4．硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁，为除去杂质，提纯硫酸亚铁，应该加入下列物质中的( )A．锌粉B．镁粉C．铁粉D．铝粉答案 C5．如何除去括号中的杂质(1)Fe2＋(Fe3＋)：加过量铁粉过滤；(2)FeCl3(FeCl2)：加氯水或H2O2；(3)FeCl2(CuCl2)：加过量铁粉过滤；(4)Fe(Al)：加过量强碱溶液过滤；(5)Fe2O3(Al2O3、SiO2)：加过量强碱溶液过滤。题组三 Fe3＋、Fe2＋的检验6．为了验证Fe3＋的性质，某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验，其中实验方案设计错误的是( )23\nA．④B．③C．③④D．①②③④⑤答案 C解析 ③不反应，实验方案及现象均错；④检验的是Cl－，与Fe3＋的性质无关。7．要证明某溶液中不含Fe3＋而可能含有Fe2＋进行如下实验操作时，最佳顺序为( )①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液A．①③B．③②C．③①D．①②③答案 C解析 在该溶液中先加入少量NH4SCN溶液，溶液不变血红色，无Fe3＋存在，再加入氯水，将Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液变为血红色。KMnO4溶液呈紫红色，溶液颜色变化不明显，所以不用KMnO4溶液。8．下列离子的检验方法合理的是( )A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈血红色，说明不含Fe2＋B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变血红色，说明原溶液中含有Fe2＋C．向某溶液中加入NaOH溶液，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＋答案 C解析 A项中只能说明含有Fe3＋，不合理；B项原溶液中可能只有Fe3＋而没有Fe2＋；D项中氧化后生成红褐色沉淀Fe(OH)3也可能掩盖了白色沉淀Mg(OH)2。23\n检验Fe2＋、Fe3＋的常用方法1．溶液颜色含有Fe2＋的溶液显浅绿色含有Fe3＋的溶液显黄色2．用KSCN溶液和氯水(1)流程：溶液(2)有关反应：Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3(血红色)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－3．用NaOH溶液(1)流程：溶液(2)有关反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色沉淀)Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色沉淀)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3考点三 铁及其化合物的综合应用“铁三角”的转化关系及应用举例归纳总结 (1)判断离子共存①Fe2＋、Fe3＋均水解，与HCO、AlO、CO等因水解相互促进，在溶液中不能大量共存。②Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO，Fe2＋与NO(H＋)、ClO－、MnO(H＋)在溶液中因发生氧化还原反应不能大量共存。(2)盐溶液的配制与保存23\n①Fe2＋的盐溶液：加少量铁粉，防止Fe2＋被氧化；加少量相应的酸，防止Fe2＋水解。②Fe3＋的盐溶液：加少量相应的酸防止Fe3＋水解。深度思考根据铁及其化合物的重要性质思考如下几个问题(1)请设计由FeSO4制取Fe2O3的最佳方案。答案 向FeSO4溶液中加入过量NaOH溶液，过滤、洗涤、加热灼烧即可得到Fe2O3。(2)加热蒸干FeCl2、FeCl3溶液并灼烧，最终得到的固体是________。答案 Fe2O3题组一 实验探究——Fe(OH)2的制备1．用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含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溶液时还需要加入__________。(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。(3)生成Fe(OH)2白色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_____________________________________________________________________________________________。答案 (1)稀H2SO4、铁屑 (2)煮沸 (3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化解析 Fe2＋易水解，要加入稀H2SO4防止其水解；Fe2＋易被空气中的O2氧化，要加铁粉，将被氧化生成的Fe3＋还原成Fe2＋。气体的溶解度是随温度升高而降低的，所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2减少。优点：装置简单。缺点：难以控制FeSO4、NaOH中不含氧气。即使加热煮沸FeSO4、NaOH溶液，在冷却和实验过程中还会有少量氧气溶解。2.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。23\n答案 ①②③⑤解析 因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(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原理一样，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。成功制备Fe(OH)2的关键由于Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3，在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成为物质制备实验探究的热点。制备原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓成功关键：①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质。②制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。题组二 含铁化合物的框图推断3．A、B、C为中学常见单质，其中一种为金属，通常情况下，A为固体，B为黄绿色气体，C为无色气体。D、E、F、G、H、X均为化合物，其中X常温下是无色气体，其水溶液是一种强酸，E为黑色固体，H在常温下为液体。它们之间的转化关系如下图所示(其中某些反应条件和部分反应物已略去)。请回答下列问题：(1)写出下列物质的化学式：A__________、D__________、E__________、X_________。(2)在反应①～⑦中，不属于氧化还原反应的是__________(填编号)。(3)反应④的离子方程式是_____________________________________________；(4)反应⑦的化学方程式是_____________________________________________；23\n该反应中每消耗0.3mol的A，可转移电子______mol。(5)写出D的溶液与小苏打溶液反应的离子方程式是_____________________________________________________________________________________________。(6)除去D溶液中混有的少量G的方法是______________________________________________________________________________________________________。(7)在D溶液中制备无水D固体的方法是_______________________________________________________________________________________________________。答案 (1)Fe FeCl3 Fe3O4 HCl (2)③⑥(3)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋(4)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 0.8(5)Fe3＋＋3HCO===Fe(OH)3↓＋3CO2↑(6)向混合液中通入足量的氯气(或加入足量的H2O2)(7)在HCl气流中加热蒸干FeCl3溶液解析 由“B为黄绿色气体单质”知，B为Cl2；由D与G之间的相互转化关系知，A为变价金属单质，则A为Fe，D为FeCl3，G为FeCl2；由“D＋F→血红色溶液”知，F为KSCN；由“E与X的相互转化关系及E为黑色固体化合物、X的水溶液是一种强酸”知，E为Fe3O4，X为HCl，H为H2O；由“C为无色气体单质及A＋C→E”知，C为O2。(3)反应④的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。(4)反应⑦的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，由化合价的变化值知，当3mol的Fe反应时可转移电子8mol。(5)D溶液与小苏打溶液反应的离子方程式为Fe3＋＋3HCO===Fe(OH)3↓＋3CO2↑。(6)除去FeCl3溶液中混有的少量FeCl2的方法：向混合液中通入足量的氯气(或加入足量的H2O2)。(7)在FeCl3溶液中制备无水FeCl3固体的方法：在HCl气流中加热蒸干FeCl3溶液。4.23\n请回答下列问题：(1)B中所含元素位于周期表中第________周期，________族。(2)A在B中燃烧的现象是____________________________________________。(3)D＋E―→B的反应中，被氧化与被还原的物质的物质的量之比是__________。(4)G＋J―→M的离子方程式是__________________________________________。(5)Y受热分解的化学方程式是___________________________________________。答案 (1)三 ⅦA (2)产生苍白色火焰 (3)2∶1(4)3AlO＋Fe3＋＋6H2O===3Al(OH)3↓＋Fe(OH)3↓(5)4Fe(NO3)32Fe2O3＋12NO2↑＋3O2↑解析 根据转化关系和题中所给的信息可以判断：A为H2、B为Cl2、C为NaOH、D为HCl、E为MnO2、F为Al、G为NaAlO2、H为Fe2O3、I为NO2、J为FeCl3、M为Fe(OH)3、N为HNO3，Y为Fe(NO3)3。题组三 实验探究题5．某同学为了验证Fe3＋是否能将H2SO3氧化成SO，他用50mL0.1mol·L－1FeCl3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：__________________，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Fe3＋、Fe2＋；假设2：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、0.1mol·L－1KMnO4溶液、0.1mol·L23\n－1KSCN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2～3mL，并滴入______________若出现血红色，则假设1成立；若未出现血红色，则假设1不成立(或假设2成立)步骤2：步骤3：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＋、H2SO3②实验步骤预期现象和结论步骤1：1～2滴0.1mol·L－1KSCN溶液步骤2:另取2～3mL样品溶液于试管中，滴入1～2mL品红稀溶液若品红溶液红色褪去，则假设2成立；若品红溶液不褪色，则假设2不成立(或假设1成立)解析 (3)验证“假设2”不能使用KMnO4溶液，因它可以同时氧化Fe2＋和H2SO3。由于用FeCl3溶液吸收制取SO2气体的尾气，Fe3＋可以氧化H2SO3，故Fe3＋与H2SO3不能大量共存，溶液中有H2SO3就一定有Fe2＋。所以用品红验证了H2SO3的存在就不必再验证Fe2＋。1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)Fe3＋有氧化性，所以FeCl3溶液可用于回收废旧电路板中的铜(√)(2022·广东理综，12D)解析 原理为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。(2)在“硫酸亚铁铵的制备”实验中，为了得到硫酸亚铁铵晶体，应小火加热蒸发皿，直到有大量晶体析出时停止加热(×)(2022·浙江理综，8C)解析 硫酸亚铁铵是通过降温结晶的方法来制备的，其制备过程是先制成高温饱和溶液，然后冷却，而不是用蒸发结晶的方法来获得的。23\n(3)过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液，溶液呈血红色，说明稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋(×)(2022·安徽理综，10A)解析 3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，所以溶液不呈血红色，因为过量的Fe又把Fe3＋还原成Fe2＋。(4)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3(×)(2022·天津理综，2D)解析 Fe在Cl2中燃烧只生成FeCl3。(5)Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同(×)(2022·重庆理综，7A)解析 Fe与Cl2反应生成FeCl3，Fe与稀盐酸反应生成FeCl2。(6)Fe与S混合加热生成FeS2(×)(2022·重庆理综，7A)解析 Fe与S混合加热生成FeS。(7)实验Ⅲ：试管中溶液颜色变为红色(√)(2022·广东理综，22C)(8)Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3(×)(2022·江苏，7④)解析 FeCl3＋3H2OFe(OH)3＋3HCl，加热蒸干，平衡右移，得到Fe(OH)3。2．(2022·江苏，16)以氯化钾和钛白厂的副产品硫酸亚铁为原料生产硫酸钾、过二硫酸铵和氧化铁红颜料，原料的综合利用率较高。其主要流程如下：(1)反应Ⅰ前需在FeSO4溶液中加入____(填字母)，以除去溶液中的Fe3＋。23\nA．锌粉B．铁屑C．KI溶液D．H2(2)反应Ⅰ需控制反应温度低于35℃，其目的是____________________________。(3)工业生产上常在反应Ⅲ的过程中加入一定量的醇类溶剂，其目的是________________________________________________________________________。(4)反应Ⅳ常被用于电解生产(NH4)2S2O8(过二硫酸铵)。电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为___________________________________________。答案 (1)B (2)防止NH4HCO3分解(或减少Fe2＋的水解)(3)降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出(4)2SO－2e－===S2O解析 (1)Fe2＋易被空气氧化为Fe3＋，故应在FeSO4中加入少量铁屑，以除去溶液中的Fe3＋。(2)Fe2＋易发生水解反应，加热能促使Fe2＋的水解，同时NH4HCO3不稳定，受热易分解。(3)K2SO4在醇中的溶解度比在水中的还小，加入醇类溶剂的目的是降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4的析出。(4)由题中主要流程图可知：反应Ⅱ中主要物质是(NH4)2SO4，电解(NH4)2SO4，发生反应Ⅳ得H2和(NH4)2S2O8，阳极发生氧化反应，即2SO－2e－===S2O。3．[2022·新课标全国卷，26(1)(2)]铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。(1)要确定铁的某氯化物FeClx的化学式，可用离子交换和滴定的方法。实验中称取0.54g的FeClx样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH－的阴离子交换柱，使Cl－和OH－发生交换。交换完成后，流出溶液的OH－用0.40mol·L－1的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0mL。计算该样品中氯的物质的量，并求出FeClx中x的值：__________________(列出计算过程)。(2)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品，采用上述方法测得n(Fe)∶n(Cl)＝1∶2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为__________。在实验室中，FeCl2可用铁粉和__________反应制备，FeCl3可用铁粉和__________反应制备。答案 (1)n(Cl)＝0.0250L×0.40mol·L－1＝0.010mol0．54g－0.010mol×35.5g·mol－1＝0.185gn(Fe)＝0.185g/56g·mol－1≈0.0033moln(Fe)∶n(Cl)＝0.0033∶0.010≈1∶3，x＝3(2)0.10 盐酸 氯气解析 解答此题的关键是明确阴离子交换柱交换出的OH－的物质的量等于Cl－的物质的量，从而求出FeClx中x的值。23\n(1)首先明确阳离子交换柱和阴离子交换柱的作用，根据离子等量交换，溶液中OH－的物质的量等于FeClx中Cl－的物质的量。通过中和滴定知n(OH－)＝n(H＋)＝0.40mol·L－1×25.0×10－3L＝0.010mol，故n(Cl－)＝0.010mol。FeClx中Fe元素的质量为0.54g－35.5g·mol－1×0.010mol＝0.185gFeClx中Fe元素与Cl元素的物质的量之比为∶0.010mol≈1∶3，故x＝3。(2)根据题意可设该混合物的组成为FeCl2.1，利用十字交叉法可得样品中FeCl3的物质的量分数为0.10。注意制备FeCl2选用弱氧化剂，制备FeCl3选用强氧化剂。1．铁是人类应用较早，当前应用量最大的金属元素。下列有关铁及其化合物的有关说法中正确的是( )A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2C．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产生血红色沉淀答案 C解析 赤铁矿的主要成分是Fe2O3；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2；＋3价铁离子遇KSCN溶液变为血红色，但没有沉淀产生，一般可以用此方法检验＋3价铁离子的存在。2．下列中学常见实验的现象或表述正确的是( )A．过量的铁投入到一定量的稀硝酸中，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液显血红色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．向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后，将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸一会，然后冷却、过滤，滤纸上的物体为“蓝色固体”答案 C解析 过量的铁粉与一定量的稀硝酸反应最终生成的是Fe2＋23\n，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胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌，B错误；CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后生成Cu(OH)2沉淀，加热后过滤，滤纸上留有的是CuO，D错误。3．下列反应的离子方程式正确的是( )A．硫酸铁溶液与氢氧化钡溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓B．硫化钠溶液与氯化铁溶液反应：2Fe3＋＋3S2－===Fe2S3C．过量的铁与很稀的硝酸溶液反应无气体放出：4Fe＋10H＋＋NO===4Fe2＋＋3H2O＋NHD．硫化氢气体通入氯化亚铁溶液：H2S＋Fe2＋===FeS↓＋2H＋答案 C解析 A项中缺少SO与Ba2＋起反应的离子方程式；B项中Fe3＋与S2－发生氧化还原反应，离子方程式为2Fe3＋＋S2－===2Fe2＋＋S↓；C项中无气体放出，说明NO被还原为NH，离子方程式符合书写要求；D项中由于盐酸比H2S酸性强，且HCl能溶解FeS，故D项反应不能发生。4．有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3五种溶液，用一种试剂就可把它们鉴别开来，这种试剂是( )A．盐酸B．烧碱溶液C．氨水D．KSCN溶液答案 B解析 将过量NaOH溶液分别加入上述几种溶液，无明显现象的是NaCl，生成白色沉淀且迅速变为灰绿色最后变为红褐色的是FeCl2，生成红褐色沉淀的是FeCl3，生成白色沉淀不溶解的是MgCl2，生成白色沉淀又溶解的是AlCl3，而氨水虽然能区分出NaCl、FeCl2、FeCl3，但不能将MgCl2与AlCl3区分开。5．某学生设计了如下方法对X盐进行鉴定：由此分析，下列结论中正确的是( )A．X中一定有Fe3＋B．Z中一定有Fe3＋C．Y为AgI沉淀D．X一定为FeBr2溶液答案 B23\n解析 由反应过程可知，Z与KSCN溶液反应后溶液显血红色，Z中一定有Fe3＋；而X中不一定有Fe3＋，也可能是Fe2＋被酸化硝酸根氧化为Fe3＋，AgI沉淀为黄色而不是淡黄色，AgBr为淡黄色沉淀，所以只有B项正确。6．在含有FeCl3和BaCl2的酸性溶液中，通入足量的SO2后有白色沉淀生成，过滤后，向溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，下列叙述不正确的是( )A．白色沉淀是BaSO4和BaSO3B．溶液的酸性增强C．白色沉淀是BaSO4D．FeCl3全部被还原为FeCl2答案 A解析 Fe3＋具有氧化性，通入足量SO2后发生氧化还原反应，Fe3＋全部被还原为Fe2＋，所以向溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，同时SO2被氧化为SO，白色沉淀是BaSO4。依据2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋可知溶液酸性增强，B、C、D正确。因为溶液呈酸性，一定不会生成BaSO3沉淀，A错误。7．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( )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)3C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答案 D解析 A项中Fe3＋将I－氧化为I2，碘遇淀粉变蓝；B项中红棕色斑点是Fe2O3；C项中铁与稀硝酸反应产生的气体为NO。8．A、B、C是所学过的三种单质，A、B、C及其他物质之间的反应关系如图所示，其中B、D、E、F的水溶液呈酸性。若D＋C→E＋F且常温下只有B为气态，则A、B、C分别为( )23\nA．Fe、Cl2、CuB．Fe、Cl2、H2C．Cu、Cl2、FeD．Fe、Cl2、Mg答案 A解析 B单质水溶液呈酸性，且常温下为气态，则B为Cl2，结合转化关系可推出，A、B、C、D、E、F分别为Fe、Cl2、Cu、FeCl3、CuCl2、FeCl2。9．将3.48g四氧化三铁完全溶解在100mL1mol·L－1的硫酸中，然后加入K2Cr2O7溶液25mL，恰好使溶液中的Fe2＋全部转化为Fe3＋，Cr2O全部转化为Cr3＋，则K2Cr2O7溶液的物质的量浓度是( )A．0.05mol·L－1B．0.1mol·L－1C．0.2mol·L－1D．0.3mol·L－1答案 B解析 可以把Fe3O4看作FeO·Fe2O3，则n(Fe3O4)＝n(FeO)＝n(Fe2＋)，依次可知，在反应中Fe2＋Fe3＋，Cr2O2Cr3＋，若设K2Cr2O7溶液的物质的量浓度为c，则根据得失电子守恒有：×1＝c×0.025L×6，解得c＝0.1mol·L－1。10．某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3，若向其中逐渐加入铁粉，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∶1B．1∶3∶1C．3∶3∶8D．1∶1∶4答案 D解析 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↑＋2H2O4mol 1mol 1mol23\n2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)22mol1mol3molCu(NO3)2＋Fe===Fe(NO3)2＋Cu1mol1mol1mol所以原溶液中，Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为(2mol－1mol)∶1mol∶4mol＝1∶1∶4。11．根据下列框图回答问题(答题时，方程式中的M、E用所对应的元素符号表示)：(1)写出M溶于稀硫酸和H2O2混合液的化学方程式为________________。(2)某同学取X的溶液，酸化后加入KI淀粉溶液，变为蓝色。写出与上述变化过程相关的离子方程式为________________、________________。(3)写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式为________________________。答案 (1)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O(2)4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2(3)10KOH＋3Cl2＋2Fe(OH)3===2K2FeO4＋6KCl＋8H2O解析 该题入手点是物质的颜色，M与硫酸反应生成蓝色溶液，所以M为金属铜。金属E与CuSO4溶液发生置换反应，所以金属E的活泼性强于Cu的，且根据图示可知Y溶液与KSCN形成血红色溶液，所以E为铁。Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，在酸性条件下，氧气氧化Fe2＋生成Fe3＋，即X溶液中含有Fe3＋。Y溶液中也含有Fe3＋，所以Z为Fe(OH)3，氯气具有氧化性，在碱性条件下(OH)3被氧化生成K2O4。12．某校探究性学习小组用已部分生锈的废铁屑制作印刷电路板的腐蚀剂，并回收铜。探究过程如下：请回答下列问题：(1)步骤①中先加入热的Na2CO3溶液除油污，操作甲的名称是________。(2)步骤②中，除发生反应Fe＋2HCl===FeCl2＋H223\n↑外，其他可能反应的离子方程式为____________________。(3)溶液C的颜色是________，溶液D中可能含有的金属阳离子有________。(4)可以验证溶液B中是否含有Fe2＋的一种试剂是______(填选项序号)。a．稀硫酸 b．铁 c．硫氰化钾 d．酸性高锰酸钾溶液(5)操作乙的名称是________，步骤⑤产生金属铜的化学方程式为______________。答案 (1)过滤(2)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋(3)棕黄色 Fe2＋、Cu2＋、Fe3＋(4)d(5)电解 CuCl2Cu＋Cl2↑13．由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末，取样品进行下列实验(部分产物略去)：(1)取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含有的物质是(填写化学式)__________。(2)Z为一种或两种气体：①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应I中能同时生成两种气体的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________；②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则Z中两种气体的化学式是_______。(3)向Y中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是(填写离子符号)______________________________________________________________。(4)取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。当消耗2molI－时，共转移3mol电子，该反应的离子方程式是______________________________________________________________________。答案 (1)Al(2)①C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O②NO、CO2(3)Cu2＋、Fe3＋、H＋(4)2Fe2＋＋3H2O2＋4I－===2Fe(OH)3↓＋2I223\n14．(2022·海南，14)在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液处理和资源回收的过程简述如下：Ⅰ：向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液；Ⅱ：向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液pH，同时鼓入足量的空气。己知：Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38回答下列问题：(1)FeCl3蚀刻铜箔反应的离子方程式为____________________________________；(2)过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是__________，分离得到固体的主要成分是__________，从固体中分离出铜需采用的方法是____________；(3)过程Ⅱ中发生反应的化学方程式为_______________________________________________________________________________________________________；(4)过程Ⅱ中调节溶液的pH为5，金属离子浓度为______________(列式计算)。答案 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(2)回收铜 Cu和Fe 加盐酸反应后过滤(3)FeCl2＋Ca(OH)2===Fe(OH)2↓＋CaCl2、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(4)c(Fe3＋)＝mol·L－1＝4.0×10－11mol·L－1解析 此工艺流程为①、②、③、④离子方程式或化学方程式为①Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋②Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu③Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑④FeCl2＋Ca(OH)2===Fe(OH)2↓＋CaCl24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3根据Fe(OH)3(s)Fe3＋(aq)＋3OH－(aq)c(Fe3＋)＝＝mol·L－1＝4.0×10－11mol·L－115．某研究性学习小组请你参与“研究铁与水反应所得固体物质的成分、性质及再利用”实验探究，并共同解答下列问题：23\n探究一 设计如图所示装置进行“铁与水反应”的实验。(1)硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________。(2)反应前A中投放碎瓷片的目的是____________________________________。(3)装置E中的现象是________________________________________________。探究二 设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管中黑色固体的成分。(4)待硬质玻璃管B冷却后，取少许其中的固体物质溶于________后，将所得溶液分成两份。(5)一份滴加几滴KSCN溶液。若溶液变血红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为________(选填序号，下同)；若溶液未变血红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为________。①一定有Fe3O4②一定有Fe③只有Fe3O4④只有Fe(6)另一份用________________(填仪器名称)加入________，可以证明溶液中存在Fe2＋。探究三 设计如下流程测定反应后硬质玻璃管B中固体含铁元素的质量分数。(7)试剂b的化学式是________。(8)计算反应后B装置中铁元素的质量分数为________。答案 (1)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2(2)防止暴沸(3)黑色固体变红，右端管壁有水珠(4)稀硫酸 (5)① ②(6)胶头滴管 酸性KMnO4溶液，溶液褪色(7)NaOH (8)77.8%23
