第四讲铁及其化合物一、选择题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产生红色沉淀解析 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。答案 C2．王老师做了一个如图所示的实验，发现烧杯中酸性KMnO4溶液褪色，若将烧杯中的溶液换成含有少量KSCN的FeCl2溶液，溶液显红色，判断下列说法中正确的是（）A.该条件下生成的水分子化学性质比较活泼B.该条件下H2被冷却为液态氢，液氢的水溶液具有还原性C.该条件下H2燃烧生成了只具有氧化性的物质D.该条件下H2燃烧的产物中可能含有一定量的H2O2解析 酸性高锰酸钾溶液褪色，说明生成了一种具有还原性的物质，又它能使KSCN和FeCl2的混合溶液变红色，可见这一物质又具有氧化性，所以只有选项D正确。答案 D3．下列实验中，金属或固体可以完全溶解的是( )A．在H2O2溶液中加入少量MnO2粉末B．镀锌铁皮加入足量的NaOH溶液中C．1mol铜片与含2molH2SO4的浓硫酸共热D．常温下，1mol铜片投入含4molHNO3的浓硝酸中解析 MnO2作催化剂，反应前后保持不变，故不溶；铁与NaOH溶液不反应，故不能完全溶解；1mol铜片与含2molH2SO4的浓硫酸共热理论上恰好完全反应，但随着反应的进行硫酸变稀，反应不再进行。答案 D8\n4．某学生鉴定甲盐的方法如图所示：下列结论正确的是( )A．甲中一定有Fe3＋B．丙中一定有Fe3＋C．乙为AgI沉淀D．甲一定为FeBr2溶液答案 B5．向某晶体的溶液中加入Fe2＋的溶液无明显变化，当滴加几滴溴水后，混合液出现红色，由此得出下列的结论错误的是( )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 某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，说明原晶体是含有SCN－的盐，很明显判断出B、C、D均正确，在Br2与Fe2＋反应中，Fe3＋是氧化产物，Br2是氧化剂，所以Br2的氧化性应比Fe3＋氧化性强。答案 A6．将3.48gFe3O4完全溶解在100mL1mol·L－1硫酸中，然后加入K2Cr2O7溶液25mL，恰好使溶液中Fe2＋全部转化为Fe3＋，Cr2O全部还原为Cr3＋，则K2Cr2O7溶液的物质的量浓度为( )A．0.05mol·L－1B．0.1mol·L－1C．0.2mol·L－1D．0.3mol·L－1解析 n(Fe3O4)＝＝0.015mol，因Fe3O4可拆分为FeO·Fe2O3；所以，n(Fe2＋)＝n(Fe3O4)＝0.015mol，设K2Cr2O7的物质的量浓度为x，根据得失电子守恒可得：0.015mol×1＝x×L×6，x＝0.1mol·L－1。答案 B8\n7．已知下述三个实验中均有化学反应发生。①②③将铁钉放入硫酸铜溶液中向硫酸亚铁溶液中滴入几滴浓硝酸将铜丝放入氯化铁溶液中下列判断正确的是( )A．实验①中铁钉只做还原剂B．实验②中Fe2＋既显氧化性又显还原性C．实验③中发生的是置换反应D．上述实验证明氧化性：Fe3＋>Fe2＋>Cu2＋解析 实验①中铁钉与硫酸铜反应：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，Fe做还原剂，实验②中HNO3将Fe2＋氧化成Fe3＋，Fe2＋做还原剂，实验③发生反应：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，Fe3＋做氧化剂，三个反应说明氧化性由强到弱的顺序为：HNO3>Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋。答案 A8．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 1mol2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)22mol 1mol 3molCu(NO3)2＋Fe===Fe(NO3)2＋Cu1mol 1mol 1mol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。答案 D二、非选择题9．(1)如下图所示，当容器A中的反应开始后，若分别进行下列操作，请回答有关问题：8\n①若弹簧夹C打开，B容器中有什么现象发生？②若开始时弹簧夹C关闭，容器A中的反应还在进行时，B容器中有什么现象发生？写出B容器中有关反应的化学方程式。③若先打开弹簧夹C一段时间，容器A中的反应还在进行时，再关闭弹簧夹C一会儿，B容器中有什么现象发生？(2)已知：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2,2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－。①含有1molFeI2和2molFeBr2的溶液中通入2molCl2，此时被氧化的离子是________，被氧化的离子的物质的量分别是________。②如果向原溶液中通入3molCl2，则被氧化的离子是________，其对应的氧化产物的物质的量分别是________。③若向含amolFeI2和bmolFeBr2的溶液中通入cmolCl2，当I－、Fe2＋、Br－完全被氧化时，c为________(用含a、b的代数式表示)。解析 (1)本题应注意分析A中压强变化和A、B中发生的反应类型。①打开C，A中Fe与稀H2SO4反应生成H2，A中压强增大，气体通过导管进入B，B中有气泡冒出。②若开始关闭C，A中反应生成H2，压强增大，A中溶液由导管进入B，B中Fe2＋与OH－反应生成Fe(OH)2白色沉淀，Fe(OH)2与B中O2反应生成红褐色沉淀Fe(OH)3。③若先打开C，H2进入B，驱出B中O2，再关闭C，A中Fe2＋进入B，只能生成Fe(OH)2。(2)通过题干两个反应可知还原性I－>Fe2＋>Br－。由此可知向溶液中加Cl2，再结合离子的反应顺序再加以计算即可。答案 (1)①容器B中的导管口有气泡冒出。②容器A中溶液进入容器B，容器B中有白色沉淀生成，沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色。2NaOH＋FeSO4===Fe(OH)2↓＋Na2SO44Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3③开始时容器B中的导管口有气泡冒出，弹簧夹关闭后容器A中溶液进入容器B，有白色沉淀生成。8\n(2)①I－、Fe2＋ 2mol、2mol ②I－、Fe2＋、Br－ 1mol、3mol、0.5mol ③10．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L－1盐酸中，得溶液C；③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L(标准状况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。请回答：(1)①中引发铝热反应的实验操作是____________________________________________________________________________________________________________，产物中的单质B是________。(2)②中所发生的各反应的化学方程式是______________________________________________________________________________________________________________。(3)③中所发生的各反应的离子方程式是_________________________________________________________________________________________________________________。(4)若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液中c(Mg2＋)为________，c(Fe2＋)为______________________________________________________________________________。解析 此题将实验操作与元素化合物知识巧妙结合在一起考查，增大了试题的容量，增强了试题的测试能力。(1)铝热反应是指单质Al和某些金属氧化物发生的反应，反应过程中放出大量热，但该反应需要较高的温度才能引发。在混合物中加入少量KClO3并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3分解放出O2，进一步加剧Mg条的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。发生的反应为Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe，所以产物中单质B为Fe。(2)Fe2O3和MgO都是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水。Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O；MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O。(3)混合物中只有Fe2O3能与Al发生铝热反应，生成Fe单质。C溶液中有反应生成的FeCl3，还有未反应的HCl。发生的离子反应为：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。(4)假设步骤②用去的20g固体中，MgO的物质的量为x，Fe2O3的物质的量为y，则40g·mol－1·x＋160g·mol－1·y＝20g。发生的反应有：MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O；Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O。8\n因为步骤③中Fe有剩余，说明经此步骤HCl全部消耗了。步骤②剩余HCl的物质的量可根据步骤③中产生的气体确定为0.1mol，所以又有：2x＋6y＋0.1mol＝0.9mol。解得：x＝0.1mol，y＝0.1mol。根据MgO～MgCl2的关系，溶液中MgCl2的浓度为：0．1mol÷0.15L≈0.67mol·L－1。步骤④说明溶液中没有Fe3＋，也就是溶质为FeCl2和MgCl2。根据Cl－不变的关系，可知MgCl2和FeCl2的总的物质的量等于＝0.45mol，所以，FeCl2的浓度为：≈2.3mol·L－1。答案 (1)加少量KClO3，插上Mg条并将其点燃 Fe(2)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O；MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O(3)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋(4)0.67mol·L－1 2.3mol·L－111．铁、铝、铜等金属及其化合物在日常生活中应用广泛，请根据下列实验回答问题：(1)生产中含有一种铁碳化合物X(Fe3C)。X在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y，将Y溶于过量盐酸后，溶液中含有的大量阳离子是________________。(2)氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程如下。回答下列问题：①操作Ⅰ所用的分离仪器名称是________；操作Ⅱ的名称是________，该操作的具体方法是____________________。②Na2CO3溶液可以除油污，原因是(用离子方程式表示)________________________________________________________________________。③请写出生成FeCO3沉淀的离子方程式_______________________________________8\n________________________________________________________________________。解析 (1)Y是Fe3O4，溶解在过量盐酸中后，溶液中大量存在的阳离子是Fe2＋、Fe3＋、H＋。(2)①操作Ⅰ为过滤，分离仪器是漏斗；操作Ⅱ是对沉淀进行洗涤，方法是直接向漏斗中加适量蒸馏水并让水自然流下，重复几次就可以了。②Na2CO3水解使溶液显碱性，因此具有除油污的作用。③操作Ⅰ后得到的滤液中Fe2＋与HCO作用得到FeCO3沉淀及H＋，H＋再与另外一部分HCO结合生成CO2与水。答案 (1)Fe2＋、Fe3＋、H＋(2)①漏斗 洗涤 向漏斗中加入蒸馏水到刚浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，重复此操作2～3次 ②CO＋H2OHCO＋OH－ ③Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O12．黄铜矿CuFeS2可用于冶炼铜，冶炼过程中需要空气和硅石，硅石主要用于形成炉渣，其反应的总方程式为2CuFeS2＋2SiO2＋5O2===2Cu＋2FeSiO3＋4SO2。请回答下列问题：(1)若CuFeS2中Cu的化合价为＋2，则反应中被还原的元素是________________(填元素符号)。(2)黄铜矿冶炼铜产生的炉渣中主要含Fe2O3、FeSiO3、SiO2、Al2O3等，请完成以下验证炉渣中含有＋2价铁的探究过程中的有关问题：仅限选择的试剂有稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水。①应选用的试剂为_____________________________________________________________________________________________________________________________________。②有关的实验现象为_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)据报道，有一种叫ThibacillusFerroxidans的细菌在氧气存在下，酸性溶液中，可将黄铜矿CuFeS2氧化成硫酸盐：4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2===4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O。利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(CuSO4·5H2O)：①操作a的名称是________________，操作b的操作方法是________________________。②检验溶液B中Fe3＋是否被除尽的试剂是________________，证明Fe3＋已被除尽的现象是______________________________________________________________。③在实验室中，设计两个原理不同的方案，从溶液B中提炼金属铜(要求：一种方案只用一个反应来完成)。写出两种方案的化学方程式：方案一：__________________________________________________________________；方案二：___________________________________________________________________。8\n答案 (1)Cu、O(2)①稀硫酸、KMnO4溶液 ②稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO4溶液褪色(3)①过滤 蒸发浓缩，冷却结晶 ②KSCN溶液 取少量溶液B于试管中，加KSCN溶液后不变红 ③CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu 2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO48
