1、练案 7 第三章金属及其化合物 第 7 讲铁及其重要化合物 A 组基础必做题(40 分) 一、选择题(本题包括 4 小题，每题 4 分，共 16 分) 1(2021浙江高三检测)球墨铸铁中含有一种铁碳化合物 X。实验小组为测定化合物 X 的组成设计实验如下： 化合物 X 18.0 g 足量空气 高温煅烧 固体 1 过量盐酸 溶液甲 足量 Cl2 溶液乙 加热、蒸发 灼烧 固体 224.0 g 下列说法不正确的是(B) A固体 2 是氧化铁 BX 的化学式可以表示为 Fe3C2 C溶液甲加热、蒸发、灼烧也可得到 24.0 g 固体 DX 与足量的热浓硝酸反应有 NO2和 CO2生成 解析X 在空
2、气中煅烧转化为 CO2气体与铁的氧化物，再经盐酸、氯气处理后得到 FeCl3溶液(溶液乙)， 加热、 蒸发时， FeCl3水解得到 Fe(OH)3， 灼烧 Fe(OH)3得到固体 Fe2O3(固 体 2)，A 正确；n(Fe2O3) 24.0 g 160 gmol 10.15 mol，n(Fe)0.3 mol，m(Fe)16.8 g，m(C) 18.0 g16.8 g1.2 g，n(C)0.1 mol，n(Fe)n(C)31，X 的化学式可以表示为 Fe3C，B 错误；溶液甲加热、蒸发、灼烧过程中，Fe2 会被空气氧化为 Fe3，最后得到的固体也是 Fe2O3，C 正确；浓硝酸和铁碳化合物反应
3、，碳元素被氧化成 CO2，氮元素被还原为 NO2，D 正确。 2(2021山东德州月考)将金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应，下列对反应情况设 想的评价正确的是(D) 选项反应情况设想评价 A 当铁，铜均不剩余时，溶液中一定有 Fe2 、Cu2，一定无 Fe3 正确，Fe3 和 Fe、Cu 均可反应 B 当铁、铜均有剩余时，溶液中一定有 Fe2 、Cu2，无 Fe3 正确，Fe 和 Cu 都与 Fe3 反应，故有 Fe2 和 Cu2，无 Fe3 C 当铜有剩余， 铁无剩余时， 溶液中一定只 有 Fe2 ，无 Cu2 正确，Cu 有剩余，故无 Cu2 D当铁有剩余， 铜无剩余时， 溶液中一定有不
4、正确，不可能有 Fe 剩余而无 Cu 剩余， Fe2 、Cu2 因为 Fe 比 Cu 优先与 Fe3 反应 解析当铁、铜均不剩余时，Fe3 和 Fe、Cu 均可反应，故溶液中一定有 Fe2、Cu2， 若恰好完全反应，则无 Fe3 ，若氯化铁过量，则含有 Fe3，A 错误；当铁、铜均有剩余时， Fe 与 Cu2 和 Fe3都反应，故溶液中一定有 Fe2，无 Fe3、Cu2，B 错误；当铜有剩余，铁 无剩余时，溶液中一定有 Fe2 ，若铁与 Fe3恰好完全反应，而 Cu 未与 Fe3反应，则无 Cu2 ，若 Fe3与 Fe、Cu 均反应，则含有 Cu2，C 错误；不可能有 Fe 剩余，Cu 不剩余
5、，因为 Fe 比 Cu 优先与 Fe3 反应，D 正确。 3 (2021广西高三检测)以硫铁矿(主要成分为 FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl36H2O) 的工艺流程如图所示，下列说法不正确的是(A) A酸溶过程使用的酸也可以是硝酸，且过量 B为了防止污染，焙烧过程中产生的 SO2要回收利用 C通氯气的目的是氧化 Fe2 D由 FeCl36H2O 制取无水 FeCl3需要在氯化氢的气流中加热 解析若用过量硝酸酸溶，会引入 NO 3，A 错误；SO2是一种污染气体，必须回收利 用，B 正确；通入 Cl2的目的是将 Fe2 全部氧化为 Fe3，C 正确；为了防止 Fe3水解，由 FeCl36
6、H2O 制取无水 FeCl3时需要在 HCl 的气流中加热，D 正确。 4(2021浙江宁波镇海中学模拟)如图所示装置可用来制取 Fe(OH)2和观察 Fe(OH)2在 空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂：铁屑、6 molL 1 硫酸溶液、NaOH 溶液。 下列说法错误的是(B) AB 中盛有一定量的 NaOH 溶液，A 中应预先加入的试剂是铁屑 B实验开始时应先将活塞 E 关闭 C生成 Fe(OH)2的操作：关闭 E，将 A 中溶液压入 B 中 D取下装置 B 中的橡皮塞，使空气进入，有关反应的化学方程式为 4Fe(OH)2O2 2H2O=4Fe(OH)3 解析制取硫酸亚铁需要铁屑，蒸
7、馏烧瓶中应预先加入的试剂是铁屑，A 项正确；稀 硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气，如果不打开活塞 E，会造成实验失败，B 项错误；铁和 硫酸反应有氢气生成，关闭活塞 E，氢气所产生的压强逐渐增大，导致 FeSO4溶液被压入 B 瓶中进行反应生成氢氧化亚铁，所以操作为：关闭活塞 E，使 FeSO4溶液被压入 B 瓶进行反 应， C 项正确； 氢氧化亚铁不稳定， 容易被空气中的氧气氧化， 最终生成红褐色的氢氧化铁， 反应方程式为 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，D 项正确。 二、非选择题(本题包括 2 小题，共 24 分) 5(2021新疆昌吉月考)铁是人类较早使用的金属之一。运用铁
8、及其化合物的知识，完 成下列问题。 (1)向沸水中逐滴滴加 1 mol/L FeCl3溶液，至液体呈透明的红褐色，该分散系中粒子直 径的范围是1100nm。 (2)电子工业需要用 30%的 FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜， 制造印刷电路板， 请写出 FeCl3 溶液与铜反应的离子方程式：2Fe3 Cu=2Fe2Cu2 。 某校同学为测定 FeCl3腐蚀铜后所得溶液的组成，进行了如下实验：首先取少量待测溶 液，滴入 KSCN 溶液呈红色，则溶液中含有的金属阳离子是Fe3 、Fe2、Cu2 ，在此基 础上，又进行了定量组成的测定：取 50.0 mL 待测溶液，向其中加入足量的 AgNO3溶液， 得
9、白色沉淀，过滤、洗涤(填实验操作)、干燥、称量，沉淀质量为 43.05 g。 (3)欲从废水中回收铜，并重新获得 FeCl3溶液，设计实验方案如下： A请写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式： Fe；FeCl2；Cu、Fe；HCl。 B请写出通入的化学方程式2FeCl2Cl2=2FeCl3。 解析(1)透明的红褐色液体是胶体，胶体的粒子直径在 1100 nm 之间。 (2)FeCl3中铁元素是3 价，最高价态，有氧化性，能被还原剂还原成2 价，铜单质 是 0 价，具有还原性，能被氧化成2 价，所以离子方程式为 2Fe3 Cu=2Fe2Cu2。 滴入 KSCN 溶液呈红色，证明溶液中 Fe
10、3 有剩余，溶液中含有的金属阳离子是 Fe3、Fe2、 Cu2 。 (3)制取氯化铁溶液，金属是铁；滤液是氯化亚铁溶液；加入的铁过量，滤渣是 铁和铜；然后溶解铁，应该是盐酸。是将亚铁离子氧化成三价铁离子，反应的方程式是 2FeCl2Cl2=2FeCl3。 6 (2021河南开封调研)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。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。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
11、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。 (1)甲装置中纳米级 Fe 粉与水蒸气反应的化学方程式是FeH2O(g)= FeOH2。 (2)甲装置中仪器 a 的名称为蒸发皿。 (3)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 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 向实验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
12、由是加入 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 (用简要文字描述)。 (4)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 g，则丁同学实验后的固体物质中氧化物的质量分数 为67.4%(结果保留三位有效数字)。 解析(1)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， 则反应的化学方程式为 FeH2O(g)= FeOH2。 (2)
13、装置甲中仪器 a 为蒸发皿。 (3)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 Fe2Fe3 =3Fe2，所 以看不到红色。 (4)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 g5.60 g1.28 g， 则n(O) 1.28 g 16 gmol 10.08 mol，由关系式 Fe3O44O，可得 n(Fe3O4)0.02 mol，所以固体物质中 氧化物的质量分数
14、mFe3O4 6.88 g 100%232 gmol 10.02 mol 6.88 g 100%67.4%。 B 组能力提升题(60 分) 一、选择题(本题包括 4 小题，每题 6 分，共 24 分) 1.(2021湖北黄石模拟)某稀溶液中含有 Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3，向其中逐渐加入 铁粉，溶液中 Fe2 的浓度与加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示，则溶液中 Fe(NO3)3、 Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为(D) A111B131 C338D114 解析依次发生的反应是 Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O,2Fe(NO3)3 Fe=3Fe
15、(NO3)2，Cu(NO3)2Fe=Fe(NO3)2Cu，稀硝酸消耗 1 mol Fe 同时生成 1 mol Fe(NO3)3，Fe(NO3)3消耗 1 mol Fe，消耗 1 mol Fe 分别需要 4 mol HNO3、2 mol Fe(NO3)3和 1 mol Cu(NO3)2，则原溶液中有 4 mol HNO3、1 mol Fe(NO3)3、1 mol Cu(NO3)2，则溶液中 Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为 114。 2(2021山东济南高三检测)在含有 Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各 0.1 mol 的混合溶液中
16、加入 0.1 mol 铁粉，充分搅拌后铁粉完全反应，同时析出 0.1 mol Ag。则下列 结论中不正确的是(D) A向反应后的溶液中继续加入少量铁粉，铁粉可以继续溶解 B氧化性：Ag Fe3Cu2Zn2 C反应后溶液的质量减轻 D反应后溶液中 Cu2 与 Fe2的物质的量之比为 11 解析向混合溶液中加入 0.1 mol 铁粉，充分搅拌后铁粉完全反应，同时析出 0.1 mol Ag，溶液中 Fe3 、Ag都完全反应。根据反应 2AgFe=Fe22Ag、2Fe3Fe=3Fe2 可知，向反应后的溶液中继续加入少量铁粉，发生反应 FeCu2=Fe2Cu，铁粉可以 继续溶解， A 正确； 氧化性强弱
17、顺序为 Ag Fe3Cu2Zn2， B 正确； 由反应 2AgFe=Fe2 2Ag、2Fe3Fe=3Fe2可知，溶解 0.1 mol Fe，置换出 0.1 mol Ag，消耗 Fe 的质量小 于 0.1 mol Ag 的质量，导致溶液质量减轻，C 正确；由反应 2Ag Fe=Fe22Ag 和 2Fe3 Fe=3Fe2可知，反应共生成 0.2 mol Fe2，而 0.1 mol Cu2没有参加反应，则反应后溶 液中 Cu2 与 Fe2的物质的量之比为 12，D 错误。 3.(2021河南许昌中学月考)向 100 mL Fe2(SO4)3和 CuSO4的混合溶液中逐渐加入铁粉， 充分反应后溶液中固
18、体剩余物的质量与加入铁粉的质量关系如图所示。忽略溶液体积的变 化，下列说法正确的是(B) Aa 点时溶液中阳离子仅为 Cu2 和 Fe2 Bb 点时溶液中发生的反应为 FeCu2 =CuFe2 Cc 点时加入的铁粉与 Cu2 反应 D原溶液中 Fe2(SO4)3和 CuSO4的物质的量浓度之比为 11 解析本题考查离子反应先后顺序及图像分析。由于氧化性：Fe3 Cu2，故加入铁粉 时，铁先与氧化性强的 Fe3 发生反应；当溶液中的 Fe3完全反应后，再与溶液中的 Cu2发 生反应。a 点表示的是加入铁粉后，溶液中固体的质量仍为 0，此时发生反应的离子方程式 为 Fe2Fe3 =3Fe2，由于反
19、应仍未结束，故 a 点溶液中存在的阳离子有 Fe3、Cu2、Fe2 ，A 错误；b 点表示加入铁粉后，溶液中固体的质量增加，此时发生反应的离子方程式为 FeCu2 =CuFe2，B 正确；当加入铁粉的质量大于 1.68 g 后，图中曲线出现了拐点， 由点(1.68,1.28)和(2.24,1.84)可知，此过程铁粉增加的质量与固体剩余物增加的质量相等，故 c 点没有发生反应，C 错误；当加入铁粉质量为 00.56 g 时，发生反应的离子方程式为 Fe 2Fe3 =3Fe2，溶液中 n(Fe3)2n(Fe)2 0.56 g 56 gmol 10.02 mol，故溶液中 nFe2(SO4)3 0.
20、01 mol； 当加入铁粉的质量为 0.561.68 g 时， 此过程发生反应的离子方程式为 FeCu2 =CuFe2，则溶液中 n(Cu2)n(Fe)1.68 g0.56 g 56 gmol 1 0.02 mol，故溶液中 n(CuSO4) 0.02 mol，则溶液中 Fe2(SO4)3与 CuSO4的物质的量浓度之比为 12，D 错误。 4(2021湖南衡阳联考)某课外兴趣小组同学利用如图装置测定 FeSO4xH2O 中结晶水 含量，实验前测得装置 A(包括石英玻璃管及两端开关 K1和 K2)的质量为 m1g，装入样品测 得装置 A 的质量为 m2g。下列有关说法错误的是(B) A仪器 B
21、 的名称为球形干燥管，其中可装入碱石灰 B加热前先通入一段时间的 N2以排出装置中的空气，目的是防止发生爆炸 C若加热至恒重时，装置 A 的质量为 m3g，则 x76m2m3 9m3m1 D若先加热一段时间后再通入 N2或撤去 B 装置都会使 x 值偏低 解析FeSO4xH2O 受热分解生成硫酸亚铁和水，碱石灰的作用是防止外界空气中的 水蒸气进入 A 装置，干扰实验，A 正确；加热前先通入一段时间的 N2以排出装置中的空气， 目的是防止硫酸亚铁被空气中的氧气氧化，B 错误；根据题意可知，FeSO4的质量为(m3 m1) g， FeSO4晶体的质量为(m2m1) g， 结晶水的质量为(m2m3)
22、 g， n(FeSO4)m3m1 152 mol， n(H2O)m2m3 18 mol，结晶水的数目 x nH2O nFeSO4 m2m3 18 mol m3m1 152 mol 76m2m3 9m3m1 ，C 正确；若 先加热一段时间后再通入 N2或撤去 B 装置，都会导致剩余固体质量增大，会使测定的 x 值 偏低，D 正确。 二、非选择题(本题包括 2 小题，共 36 分) 5(2021湖北武汉模拟)碱式硫酸铁Fe(OH)SO4是一种用于污水处理的新型高效絮凝 剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等) 生产碱式硫酸铁的工艺流程如图。 已知：部分阳离
23、子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 如表所示。 沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3 开始沉淀2.37.53.4 完全沉淀3.29.74.4 回答下列问题。 (1)加入少量 NaHCO3的目的是调节 pH，使溶液中的Al3 沉淀，该工艺中“搅拌” 的作用是加快反应速率。 (2)在实际生产中，反应中常同时通入 O2以减少 NaNO2的用量，O2与 NaNO2在反应 中均作氧化剂。若参与反应的 O2有 11.2 L(标准状况)，则相当于节约 NaNO2的物质的 量为2 mol。 (3)碱式硫酸铁溶于水后产生的 Fe(OH)2 可部分水解生成聚合离子 Fe2(OH)2 4。 该水解反 应
24、的离子方程式为2Fe(OH)2 2H2O Fe2(OH)2 42H 。 (4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量 标准，产品中不得含有 Fe2 及 NO 3。为检验所得产品中是否含有 Fe2 ，应使用的试剂为 D (填字母序号)。 A氯水BKSCN 溶液 CNaOH 溶液D酸性 KMnO4溶液 解析(1)废铁屑中含有氧化铝，反应中引入了杂质 Al3 ，加入 NaHCO3调节 pH 至 4.4 可使 Al3 完全沉淀。“搅拌”的目的是使反应物充分接触，从而加快化学反应速率。 (2)硫酸亚铁溶液中加入 NaNO2得到 Fe(OH)SO4，铁的化合价升高而 N
25、的化合价降低， 故 NaNO2在反应中作氧化剂。1 mol O2可得到 4 mol 电子，1 mol NaNO2可得到 1 mol 电子， 标准状况下 11.2 L O2的得电子能力与 2 mol NaNO2相当。 (4)Fe2 能使酸性高锰酸钾溶液褪色， 故可用酸性 KMnO4溶液检验产品中是否含有 Fe2。 6 (2021河北邢台模拟)某同学为了验证 Fe3 是否能将 H2SO3氧化成 SO2 4， 用 50 mL 0.1 molL 1 FeCl3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 SO 2 4的操作为取少量样品溶液于试管中， 先滴入足量的稀盐酸无现 象，
26、再滴入氯化钡溶液，如果有白色沉淀生成则证明吸收液中有 SO2 4，证明 Fe3 能够把 H2SO3氧化成 SO2 4。 (2)请配平并完成上述反应中的化学方程式：2FeCl3SO22H2O=2FeCl2 H2SO42HCl，反应中的氧化产物是H2SO4(写化学式)。 (3)吸收液中除了含有 H 、Cl、SO2 4以外，对其他成分(Fe3 、Fe2、H2SO3)的可能组 合进行探究： 提出假设。 假设 1：溶液中存在 Fe2 ； 假设 2：溶液中存在 Fe3 、Fe2； 假设 3：溶液中存在Fe2 、H2SO3 。 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
27、选实验试剂和仪器：试管、滴管、 0.1 molL 1 KMnO4溶液、0.1 molL 1 KSCN 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 23 mL，并滴入 12 滴 0.1 molL 1 KSCN 溶液 若出现红色，则假设 2 成立，1、3 不成立； 若未出现红色，则假设 2 不成立(或假设 1 或 3 成立) 步骤 2：另取 23 mL 样品溶液于试管中， 滴入 12 mL 品红稀溶液 若品红溶液红色褪去，则假设 3 成立；若 品红溶液不褪色，则假设 3 不成立(或假设 1 成立) 步骤 3： 解析(1)检验 SO 2 4常用稀盐酸和 BaCl2溶液。 (2)SO2被氧化成了 H2SO4，则 FeCl3被还原成 FeCl2。 (3)对于溶液中三种微粒可能存在的情况：假设 1，若 Fe3 与 H2SO3 正好反应则只存在 Fe2 ；假设 2，若 Fe3过量则存在 Fe3与 Fe2；假设 3，若 Fe3不足，则存在 Fe2与 H2SO3； 区别三种假设的不同之处在于假设 2 中含有 Fe3 ， 假设 3 中含有 H2SO3， 可通过设计实验方 案进行探究。
