一、选择题(本题包括10小题,每小题6分,共60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.除去溶液中的杂质可以向溶液中通入氯气
2.向下列物质分别与少量氯水反应所得的溶液中滴入KSCN溶液,不一定显红色的是 ( )
A.氧化铁 B.铜铁合金
C.Fe(OH)3 D.FeCl2
3.如图两圆相交部分A、B、C、D分别表示两物质间的反应。下列各对应反应的离子方程式书写不正确的是 ( )
A.Fe+4H++N====Fe3++NO↑+2H2O
B.Fe3O4+8H+====Fe2++2Fe3++4H2O
C.Fe(OH)3+3H+====Fe3++3H2O
D.3Fe(OH)2+10H++N====3Fe3++NO↑+8H2O
4.(2014·遵义模拟)为使Fe2+、Fe3+、Zn2+较完全地形成氢氧化物沉淀,溶液的酸碱度(pH)分别为7.7、4.5、6.6。某硫酸锌酸性溶液中含有少量Fe2+、Fe3+杂质离子,为除去这些离子制得纯净的ZnSO4,应加入的试剂是 ( )
A.H2O2,ZnO B.氨水
C.KMnO4,ZnCO3 D.NaOH溶液
5.(2014·东莞模拟)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”
6.某晶体水溶液中加入的溶液再加稀硝酸溶液立即变红另取该晶体加入溶液共热产生一种能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体则这种晶体是
A.KSCN B.NH4SCN
C.NH4Cl D.FeCl3
7.(2014·郑州模拟)氧化亚铁溶于过量稀硫酸,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,上述白色沉淀和残渣分别是 ( )
A.Fe(OH)3 Fe2O3 B.Fe(OH)2 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3 D.Fe(OH)2 Fe3O4
8.(2013·成都模拟)某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论正确的是 ( )
A.一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+
B.一定有Fe3+,一定没有Fe2+、Mg2+
C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg2+
D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+
9.(2014·武威模拟)用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的CuO制单质铜,有人设计了以下两种方案:
①FeH2Cu
②CuOCuSO4Cu
若按实验原则进行操作,则两者制得单质铜的量为 ( )
A.一样多 B.①多
C.②多 D.无法判断
10.(2014·赣州模拟)某CuSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4的混合溶液100 mL,已知溶液中阳离子的浓度相同(不考虑水解),且S的物质的量浓度为6 mol·L-1,则此溶液最多可溶解铁粉的质量为 ( )
A.5.6 g B.11.2 g
C.22.4 g D.33.6 g
二、非选择题(本题包括3小题,共40分)
11.(11分)(2014·台州模拟)FeCl3可通过多种途径转化成FeCl2。
(1)在FeCl3溶液中加入适量氢碘酸,发生反应的离子方程式为
(2)工业上常将无水FeCl3在氮气作保护气下加热至300～350℃,通入干燥H2而制得FeCl2。该反应的化学方程式为 ____________________________________
(3)工业上另一种制备FeCl2的方法是:将无水的FeCl3与适量氯苯(C6H5Cl)在
130℃持续加热约3小时,可发生如下反应:2FeCl3+C6H5Cl2FeCl2+C6H4Cl2+
HCl↑
根据有机反应规律,该反应中氯苯发生的是
(4)根据上述三个反应,下列有关说法中正确的是
①反应(1)中,氢碘酸既表现了酸性,又表现了还原性
②反应(3)中,HCl为氧化产物
③上述三个反应中,FeCl2均为还原产物
(5)请另写一个FeCl3转化成FeCl2的化学方程式:_________________________
12.(13分)如图所示,此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。填写下列空白:
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的药品是 ______________________________________________。
(2)实验开始时先将弹簧夹a
(3)装置B中生成Fe(OH)2的离子方程式为____________________________
(4)实验完毕,打开b处弹簧夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生的反应为
(5)下列各图示中
13.(16分)(2013·南通模拟)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下。
已知:部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示。
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀 2.3 7.5 3.4 完全沉淀 3.2 9.7 4.4 回答下列问题。
(1)加入少量NaHCO3的目的是调节pH,使溶液中的
(2)在实际生产中,反应Ⅱ中常同时通入O2以减少NaNO2的用量,O2与NaNO2在反应中均作
(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。该水解反应的离子方程式为_______________________________
(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N。为检验所得产品中是否含有Fe2+,应使用的试剂为
A.氯水 B.KSCN溶液
C.NaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液
答案解析
1.【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++Cl2====2Fe3++2Cl-,C正确;Fe3+与KSCN作用溶液呈红色,但不是沉淀,D错误。
2.【解析】选B。Fe2O3与氯水中的H+发生反应生成Fe3+,A错误;铜铁合金中的铜能与反应生成的Fe3+发生反应生成Fe2+,不一定存在Fe3+,B正确;Fe(OH)3与氯水中的H+反应生成Fe3+,C错误;氯水中的Cl2能将Fe2+氧化成Fe3+,D错误。
【加固训练】(2013·吉安模拟)下列反应最终一定有+3价铁生成的是 ( )
①过量的Fe与Cl2反应
②Fe与过量稀硫酸反应后,再向其中加KNO3
③Fe(NO3)2溶液中加入少量盐酸
④把Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A.只有① B.只有①②
C.只有①②③ D.全部
【解析】选C。过量Fe与Cl2反应生成FeCl3,一定含有Fe3+,①正确;Fe与过量H2SO4反应生成FeSO4,再加入KNO3溶液,H+、N具有强氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,②正确;Fe(NO3)2溶液中加入少量盐酸,H+、N会将Fe2+氧化成Fe3+,③正确;Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中,若Fe过量则最终得到FeCl2溶液,④错误。
3.【解析】选B。Fe3O4与稀硝酸反应时,Fe2+会被氧化为Fe3+,正确的离子方程式为3Fe3O4+28H++N====9Fe3++NO↑+14H2O。
【方法技巧】铁的氧化物和氢氧化物与酸的反应规律
(1)若酸为氧化性酸,则Fe2+可被氧化生成Fe3+,如3FeO+10HNO3(稀)==== 3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O,
3Fe3O4+28HNO3(稀)====9Fe(NO3)3+NO↑+14H2O。
(2)若酸为还原性酸,则Fe3+可被还原为Fe2+,如Fe2O3+6HI====2FeI2+I2+3H2O。
4.【解析】选A。除去ZnSO4溶液中的Fe2+和Fe3+,根据题目提供的信息,需先将Fe2+氧化成Fe3+,然后将Fe3+转化成Fe(OH)3而除去。B、D两项加入碱溶液,溶液成为碱性,三种离子均可被沉淀;C项加入KMnO4后,可能会产生Mn2+;A项加H2O2不会引入新杂质,故A项正确。
5.【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+,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。
6.【解析】选B。稀硝酸能将Fe2+氧化成Fe3+,Fe3+与SCN-作用生成Fe(SCN)3而使溶液变红,故晶体中含有SCN-;该晶体中加入NaOH溶液共热能生成NH3,故晶体中含有N,则该晶体为NH4SCN。
7.【解析】选B。上述过程可表示为FeOFeSO4Fe(OH)2
Fe(OH)3Fe2O3。故白色沉淀为Fe(OH)2,红棕色残渣为Fe2O3。
8.【解题指南】解答该题要注意以下3点:
(1)溶液中产生的Mg(OH)2是白色沉淀;
(2)Fe(OH)2在空气中发生的一系列的颜色变化是其特征性质;
(3)溶液中同时产生多种沉淀时,深颜色的沉淀能掩盖白色沉淀。
【解析】选D。加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色的现象是溶液中含有亚铁离子的特性,若有Fe3+,则产生氢氧化铁的红褐色沉淀会掩盖Fe(OH)2的白色,所以不可能存在,而Mg(OH)2是白色,有可能存在。
9.【解析】选C。①中Fe和H2SO4反应制得H2,在H2还原CuO之前应先通入一段时间的H2将装置内的空气排尽;反应后,要继续通一段时间的H2至Cu冷却为止,故②中制得的单质铜较多。
【加固训练】(2014·福州模拟)有一块铁的“氧化物”样品,用140 mL 5.0 mol·L-1盐酸恰好将之完全溶解,所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2,恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+,则该样品可能的化学式为 ( )
A.Fe2O3 B.Fe3O4
C.Fe4O5 D.Fe5O7
【解析】选D。根据2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-,可知铁的氧化物样品用盐酸溶解后所得的溶液中n(Fe2+)=0.025 mol×2=0.05 mol。据溶液中的电荷守恒可得:2n(Fe2+)+3n(Fe3+)=n(Cl-),则n(Fe3+)=[5.0 mol·L-1×0.14 L-2×
0.05 mol]=0.2 mol。故n(Fe2+)∶n(Fe3+)=0.05 mol∶0.2 mol=1∶4,该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3,即Fe5O7。
10.【解析】选C。n(S)=6 mol·L-1×0.1 L=0.6 mol,因溶液中三种阳离子Cu2+、Fe3+、H+的浓度相同,故CuSO4为0.2 mol,Fe2(SO4)3为0.1 mol,H2SO4为0.1 mol,能溶解铁的物质的量为0.2+0.1+0.1=0.4(mol),m(Fe)=0.4 mol×56 g·mol-1
=22.4 g。
11.【解析】(1)Fe3+有氧化性,I-有还原性,它们可以发生氧化还原反应;(2)根据信息FeCl3转化为FeCl2,铁元素化合价降低,那么氢元素化合价升高,这样就可以写出化学反应方程式;(3)根据反应产物,可以确定为取代反应;(4)根据氧化还原反应概念,确定③是正确的;(5)FeCl3转化为FeCl2,另一种物质必须是还原剂。
答案:(1)2Fe3++2I-====2Fe2++I2
(2)2FeCl3+H22FeCl2+2HCl
(3)取代反应 (4)③
(5)2FeCl3+Fe====3FeCl2(其他合理答案均可)
【误区警示】在书写或判断铁与氧化剂反应的产物时,易出现错误,如认为①铁与硫化合生成Fe2S3;②铁与盐酸反应生成FeCl3和H2;③铁与碘单质化合生成FeI3;④过量铁与稀硝酸反应生成Fe(NO3)3;⑤铁与FeCl3溶液不反应等。
12.【解析】(1)题目提供的药品是铁屑和6 mol·L-1的硫酸,由试剂的状态可以判断装置中分液漏斗盛放的是稀硫酸,而A中预先加入的药品只能是铁屑。
(2)打开弹簧夹a,能使产生的H2由A装置进入B装置,从而排出装置中的空气。
(3)装置B中,NaOH溶液与A装置生成的FeSO4溶液反应生成Fe(OH)2沉淀。
(4)打开b处弹簧夹,空气进入,O2能将白色的Fe(OH)2氧化成红褐色的Fe(OH)3。
(5)若长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,则Fe(OH)2不能与O2接触,①、②中利用反应产生的H2排出装置中的空气,起保护气的作用;③、⑤中加入的汽油或苯覆盖在溶液的上方,防止了Fe(OH)2与空气的接触,从而长时间观察到白色沉淀。
答案:(1)铁屑 Fe+2H+====Fe2++H2↑
(2)打开
(3)Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3
(5)①②③⑤
【方法技巧】Fe(OH)2的制备方法
因Fe(OH)2在空气中易被氧化,4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3,故Fe(OH)2在水中稳定存在的寿命只有几秒钟。在实验室制取Fe(OH)2时,一定要用新制的亚铁盐和先加热驱赶掉O2的NaOH溶液,且滴管末端要插入试管内的液面以下,再滴加NaOH溶液,也可以在反应液面上滴加植物油或苯等物质进行液封,以减少Fe(OH)2与O2的接触。
关于Fe(OH)2制备的方法很多,核心问题有两点,一是溶液中的溶解氧必须除去;二是反应过程必须与O2隔绝。
13.【解析】(1)废铁屑中含有氧化铝,反应Ⅰ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+。
答案:(1)Al3+ 加快反应速率
(2)氧化剂 2 mol
(3)2Fe(OH)2++2H2OFe2(OH+2H+
(4)D
