课时规范练8 铁及其重要化合物
基础巩固
1.(广东华南师大附中专题训练)下列有关铁的叙述不正确的是( )
A.铁具有良好的延展性、导电性、导热性
B.铁的化学性质非常不活泼
C.在化学反应中,铁能生成+2价或+3价的化合物
D.铁是钢的主要成分,钢铁是重要的金属材料
2.铁及其化合物是中学化学中的一类重要物质,下列关于铁元素的叙述正确的是( )
A.保存FeCl2溶液常常加一些铁粉,其目的是抑制Fe2+水解
B.在25℃时,pH=0的溶液中,Al3+、N、N、Fe2+可以大量共存
C.制备AlCl3、FeCl3均可采用将溶液直接蒸干的方法
D.向硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液:2Fe2++H2O2+2H+
2Fe3++2H2O
3.某小组同学通过实验研究FeCl3溶液与Cu粉发生的氧化还原反应。实验记录如下:
下列说法不正确的是( )
A.实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均涉及Fe3+被还原
B.对比实验Ⅰ、Ⅱ,说明白色沉淀的产生与铜粉的量有关
C.实验Ⅱ、Ⅲ中加入蒸馏水后c(Cu2+)相同
D.向实验Ⅲ反应后的溶液中加入饱和NaCl溶液可能出现白色沉淀
4.(河北唐山第一中学冲刺)草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)是一种淡黄色粉末,某课外小组利用下列装置检验草酸亚铁晶体受热分解的部分产物。
下列说法正确的是( )
A.若③和⑤中分别盛放足量NaOH溶液和CuO,可检验生成的CO
B.实验时只需要在装置①中反应结束后再通入N2
C.若将④中的无水CaCl2换成无水硫酸铜可检验分解生成的水蒸气
D.实验结束后,①中淡黄色粉末完全变成黑色,则产物一定为铁
5.(北京海淀二模)下列物质混合后,能产生蓝色沉淀的是( )
A.FeCl3溶液与NaOH溶液
B.FeSO4溶液与K3[Fe(CN)6]溶液
C.AgNO3溶液与氨水
D.FeCl3溶液与KSCN溶液
6.(安徽肥东高级中学调研)工业废弃物的资源化回收再利用,可以更大限度的发挥原材料的价值。下图是工业生产纳米磁性氧化铁的流程:
废铁屑
溶液A
Fe3O4(纳米粒子)
A.用Na2CO3溶液浸泡是为了除去废铁屑表面的铁锈
B.若生产中不通入N2,暴露在空气中生产,将不能得到高纯度产品
C.加适量的H2O2是为了将部分Fe2+氧化为Fe3+,涉及反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+
D.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度之比为1∶2
7.(河南商丘虞城高中月考)某实验小组对菠菜中的铁元素(主要以难溶的FeC2O4形式存在)进行检测。实验操作如下:
Ⅰ.水煮检验法:
Ⅱ.灼烧检验法:
(1)CCl4的作用为 。
(2)操作i中起分离作用的仪器名称为 。
(3)溶液A中未能检测出Fe2+的可能原因是 。
(4)取无色溶液B,先滴加H2O2溶液,再滴加KSCN溶液,溶液呈红色。用离子方程式表示H2O2的作用: 。
(5)甲同学取少量无色溶液B,滴加酸性KMnO4溶液并振荡后,溶液紫色消失,因此得出结论:溶液B含有Fe2+。乙同学认为甲同学的实验方法不严谨,设计并完成如下实验:用稀硝酸溶解菠菜灰,产生的无色气体使澄清石灰水变浑浊;向得到的无色溶液中滴加AgNO3溶液,产生白色沉淀(Ag2C2O4)。甲同学反思自己的方法不严谨,理由是 。
能力提升
8.(双选)(山东师范大学附中月考)某酸性工业废水中含有一定量的Fe3+、Cu2+、Au3+等离子。利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑,设计如下工艺流程,从废水中回收金,并生产一定量的铁红和氧化铜。
A.标号①②③处发生的反应均为氧化还原反应
B.标号③处加入的相应物质是稀硝酸或稀硫酸
C.标号①处发生的离子反应最多有三个
D.铁红的化学式为Fe2O3,工业上常用作红色颜料
9.(双选)将1.12g铁粉加入25mL2mol·L-1氯化铁溶液中,充分反应后,其结果是( )
A.铁粉有剩余,溶液呈浅绿色,Cl-基本保持不变
B.往溶液中滴入无色KSCN溶液,溶液显红色
C.Fe2+和Fe3+的物质的量之比为5∶1
D.氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2
10.(吉林长春德惠九校期中)某mL稀溶液中只含有Fe3+、Cu2+、H+、N四种离子,向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+的浓度和加入铁粉的质量的关系如图所示。若整个反应过程中溶液的体积不发生变化,则下列说法中不正确的是( )
A.原溶液的c(H+)=4mol·L-1
B.若a=3,则原溶液中c(Cu2+)=1mol·L-1
C.原溶液中的c(N)=7mol·L-1
D.BC段发生反应的离子方程式为Cu2++Fe
Fe2++Cu
11.(福建南平质量检测)绿矾(FeSO4·7H2O)外观为半透明蓝绿色单斜结晶或颗粒,无气味,受热能分解,且在空气中易被氧化。
Ⅰ.医学上绿矾可用于补血剂甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO)2Fe]颗粒的制备,有关物质性质如下:
(1)向绿矾溶液中缓慢加入NH4HCO3溶液,边加边搅拌,反应结束后生成沉淀FeCO3。该反应的离子方程式为 。
(2)制备(NH2CH2COO)2Fe:往FeCO3中加入甘氨酸(NH2CH2COOH)的水溶液,滴入柠檬酸溶液并加热。反应结束后过滤,滤液经蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品。
①加入柠檬酸溶液一方面可调节溶液的pH促进FeCO3溶解,另一个作用是 。
②洗涤操作,选用的最佳洗涤试剂是 (填序号)。
A.热水 B.乙醇 C.柠檬酸
Ⅱ.绿矾晶体受热分解的化学方程式为2FeSO4·7H2O
Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O,实验室用图1所示装置验证其分解产物。请回答下列问题:
图1
(1)加热前通入氮气的目的是 。
(2)实验中观察到装置B的现象为 。
(3)C装置和D装置能否调换 (填“能”或“否”)。
(4)样品完全分解后,残留物全部为红棕色固体,检验装置A中的残留物含有Fe2O3的方法是 。
(5)该装置的缺陷是 。
Ⅲ.测定绿矾样品中铁元素的含量:
称取mg绿矾样品置于锥形瓶中,溶解后加稀硫酸酸化,用cmol·L-1酸性KMnO4溶液滴定至终点。消耗酸性KMnO4溶液的体积如图2所示(滴定时发生反应的离子方程式为5Fe2++Mn+8H+
5Fe3++Mn2++4H2O)。该晶体中铁元素的质量分数为(用含m、c的式子表示)。
图2
拓展深化
12.(天津学业水平等级考适应性测试)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溶液后,溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气,产生的现象是 。
(2)为测定绿矾中结晶水的含量,将带有两端止水夹K1和K2的石英玻璃管(设为装置A)称重,记为m1g,将样品装入石英玻璃管中,再次对装置A进行称重,结果记为m2g。按下图连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是 。
②实验操作步骤:a.打开K1和K2,缓缓通入N2→b.点燃酒精灯,加热→c.熄灭酒精灯→d. →e.关闭K1和K2→f.称量A。d的操作为 。
③重复②的操作步骤,直至A恒重,记为m3g。根据实验记录,计算绿矾化学式中结晶水个数x= (列式表示)。若实验时将a、b的操作次序颠倒,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,并加热。实验后,反应管中残留物质为红色粉末。
已知:装置C用于检验和吸收分解得到的气体产物之一——SO3。
①C、D中的溶液依次为 、 (填标号)。
a.品红 b.NaOH c.BaCl2 d.Ba(NO3)2 e.浓硫酸
C、D中有气泡冒出,同时可观察到的现象分别为 、 。
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式: 。
③在方框中画出尾气吸收装置并注明所用试剂。
1.B 由金属的通性可知,铁具有良好的延展性、导电性、导热性,故A正确;铁是一种比较活泼的金属,能够跟多种物质发生反应,故B错误;在化学反应中,铁能生成+2价、+3价的化合物,如氯化亚铁、氯化铁等,故C正确;钢铁为铁的合金,且铁是钢的主要成分,钢铁是重要的金属材料,故D正确。
2.D 保存FeCl2溶液常常加一些铁粉,其目的是防止Fe2+被氧化,A项不正确;pH=0的溶液呈强酸性,Fe2+、N、H+不能大量共存,B项不正确;制备AlCl3、FeCl3时,若将其溶液直接蒸干,会得到Al(OH)3、Fe(OH)3,C项不正确。
3
.CCu和FeCl3溶液反应生成FeCl2和CuCl2,若铜过量,溶液棕黄色褪去,加入蒸馏水后生成白色沉淀,可能是发生反应:CuCl2+Cu
2CuCl↓。实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的现象为溶液棕黄色变浅或溶液棕黄色褪去,说明Fe3+被Cu还原,故A正确;对比实验Ⅰ、Ⅱ,实验Ⅰ加入少量铜粉,铜粉消失,溶液棕黄色变浅,加入蒸馏水后无明显现象;实验Ⅱ加入过量铜粉,铜粉有剩余,溶液棕黄色褪去,加入蒸馏水后生成白色沉淀;说明白色沉淀的产生与铜粉的量有关,故B正确;对比实验Ⅱ、Ⅲ,参加反应的Fe3+的量相同,则生成的Cu2+应相同,但由于实验Ⅱ生成CuCl,所以加入蒸馏水后c(Cu2+)不相同,故C错误;实验Ⅲ溶液为蓝色,含有Cu2+和过量的铜,向实验Ⅲ反应后的溶液中加入饱和NaCl溶液可能出现白色沉淀CuCl,故D正确。
4.A 根据题意分析可知,利用②、③除去CO2,④中的无水氯化钙将气体干燥后,如果⑤中CuO固体转变成红色,则反应一定生成CO,A正确;实验开始后,装置中的空气对分解反应及产物的检验都有干扰,所以必须先通入N2除去装置中的空气,B错误;由于从②、③溶液中导出的气体会带出水蒸气,因此④中放置无水硫酸铜无法检验分解生成的水蒸气,C错误;题给条件下草酸亚铁晶体分解剩余的固体为FeO,如果没有完全变为黑色,也有可能是由于晶体没有完全分解,D错误。
5.B FeCl3溶液与NaOH溶液反应生成氯化钠和氢氧化铁的红褐色沉淀,不能产生蓝色沉淀,A不符合题意;FeSO4溶液与K3[Fe(CN)6]溶液混合立即产生铁氰化亚铁的蓝色沉淀,,B符合题意;AgNO3溶液与氨水混合可能产生白色沉淀,不能产生蓝色沉淀,C不符合题意;FeCl3溶液与KSCN溶液混合不会产生沉淀,D不符合题意。
6
.ANa2CO3溶液水解显碱性,浸泡废铁屑可以使其表面的油脂水解以除去,但不能除去表面的铁锈,故A错误;废铁屑被硫酸溶解生成硫酸亚铁,生成的亚铁离子被过氧化氢部分氧化生成铁离子,形成亚铁离子和铁离子的混合溶液,若生产中不通入N2,暴露在空气中生产,亚铁离子会被空气中的氧气氧化成铁离子,将不能得到高纯度四氧化三铁产品,其中会混入氧化铁杂质,故B正确;根据B的分析,加适量的H2O2是为了将部分Fe2+氧化为Fe3+,涉及反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+
2Fe3++2H2O,故C正确;最终产品为四氧化三铁,其中Fe2+和Fe3+的数量之比为1∶2,因此溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度之比为1∶2,故D正确。
7
.答案(1)作萃取剂,萃取有机色素,排除对Fe2+检验的干扰(2)分液漏斗(3)FeC2O4在水中的溶解度小;在加热水煮过程中二价铁被氧化为三价铁(4)2Fe2++H2O2+2H+
2Fe3++2H2O(5)酸性条件下,H2C2O4和Cl-都可能将Mn还原
解析(1)有机化合物易溶于CCl4,CCl4作为萃取剂可萃取有机色素,排除对Fe2+检验的干扰。
(2)操作i是分离互不相溶的液体,操作名称是分液,使用的仪器是分液漏斗。
(3)铁元素主要以难溶的FeC2O4形式存在,Fe2+的浓度小,且在加热水煮过程中二价铁也会被氧化为Fe3+,所以溶液A中未能检测出Fe2+。
(4)H2O2把Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+
2Fe3++2H2O。
(5)用盐酸溶解菠菜灰得到的溶液B含有H2C2O4和Cl-,酸性条件下,H2C2O4和Cl-都可能将Mn还原,所以滴加酸性KMnO4溶液并振荡后,溶液紫色消失,不能证明溶液B含有Fe2+。
8
.BC标号①处发生的反应为Fe+2H+
3Fe2+,Cu2++Fe
Cu+Fe2+,2Au3++3Fe
2Au+3Fe2+,②处发生的反应是Fe+2H+
Fe2++H2↑,③处发生的反应是铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,则①②③处发生的反应均为氧化还原反应,故A正确;标号③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开,因此③处加入的相应物质是稀硝酸,不能是稀硫酸,故B错误;标号①处发生的离子反应有Fe+2H+
2Au+3Fe2+,故C错误;Fe2O3是红棕色粉末,俗称铁红,工业上常用作红色颜料,故D正确。
9
.BD1.12g铁粉的物质的量为=0.02mol,25mL2mol·L-1氯化铁溶液中Fe3+的物质的量为0.L×2mol·L-1=0.05mol;Fe和Fe3+发生反应的离子方程式为Fe+2Fe3+
3Fe2+,根据比例关系可得,0.02mol铁完全反应,消耗0.04molFe3+,生成0.06molFe2+,所以剩余0.01molFe3+,即溶液中含有Fe3+的物质的量为0.01mol,含有Fe2+的物质的量为0.06mol,没有铁粉剩余。铁粉没有剩余,溶液呈浅绿色,Cl-基本保持不变,A项错误;溶液中有剩余的Fe3+,往溶液中滴入无色KSCN溶液,溶液显红色,B项正确;Fe2+和Fe3+的物质的量之比为0.06mol∶0.01mol=6∶1,C项错误;由反应的离子方程式可得,氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2,D项正确。
10
.COA段无Fe2+生成,应是加入的5.6g铁粉与硝酸发生反应:Fe+4H++N
Fe3++NO↑+2H2O,5.6g铁的物质的量为0.1mol,设溶液中的氢离子的物质的量为x,则有:
Fe+4H++N
1 4
0.1mol x
解得x=0.4mol
则溶液中的氢离子的物质的量浓度c==4mol·L-1,故A正确;若a=3,则说明在BC段生成的Fe2+的物质的量为0.1mol,而BC段发生的反应为Fe+Cu2+
Cu+Fe2+,设溶液中的Cu2+的物质的量为y,则有:
Fe+Cu2+
Cu+Fe2+
1 1
y 0.1mol
解得y=0.1mol,则溶液中铜离子的物质的量浓度c==1mol·L-1,故B正确;C点溶液中c(Fe2+)=4mol·L-1,故此时溶液中的n(Fe2+)=4mol·L-1×0.1L=0.4mol,而此时溶液中溶质为Fe(NO3)2,故C点溶液中的n(N)=0.8mol,而在OA段加入0.1mol铁粉反应时,消耗掉的硝酸根浓度为0.1mol,故原溶液中的n(N)总=0.8mol+0.1mol=0.9mol,故原溶液中c(N)总==9mol·L-1,故C错误;BC段加入的铁粉和Cu2+发生反应:Fe+Cu2+
Cu+Fe2+,故D正确。
11
.答案Ⅰ.(1)Fe2++2HC
(2)①防止二价铁被氧化 ②B
Ⅱ.(1)将装置内空气排尽(或隔绝空气或防止Fe2+被氧化) (2)白色粉末变蓝 (3)否 (4)取少许固体粉末置于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3
(5)没有尾气处理装置 Ⅲ.%
解析Ⅰ.(1)向FeCl2溶液中加入NH4HCO3,可以认为Fe2+结合HC电离出来的C,H+与HC结合生成CO2和水,则该反应的离子方程式为Fe2++2HC
(2)①根据表中信息,柠檬酸除了有酸性还有还原性,可以起到防氧化的作用,因此另一个作用是防止二价铁被氧化;②甘氨酸亚铁易溶于水,难溶于乙醇,为了防止溶解损失,可以用乙醇洗涤。
Ⅱ.(1)加热前通氮气,可排除装置中的空气,防止样品加热时被氧化。
(2)因为产物中有水,无水硫酸铜遇到水变蓝色。
(3)SO3溶于水生成H2SO4,如果C、D装置调换位置,SO3会溶于品红溶液,不能进入C中,也就不能检验SO3。
(4)检验Fe2O3,可以检验Fe3+,方法为取少许固体粉末置于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,可证明含有Fe2O3。
(5)品红溶液只能用于检验SO2,不能吸收SO2,SO2为有毒气体,需要进行尾气处理,因此题给装置的缺陷是没有尾气处理装置。
Ⅲ.根据化学方程式可得关系式5Fe2+~Mn,消耗酸性KMnO4溶液的体积为10.80mL-0.80mL=10.00mL,则n(KMnO4)=10.00mL×10-3L·mL-1×cmol·L-1=0.01cmol;n(Fe2+)=5n(KMnO4)=0.01cmol×5=0.05cmol;则铁元素的质量为0.05cmol×56g·mol-1=2.8cg,则晶体中铁元素的质量分数为×%=%。
12.答案(1)溶液由浅绿色逐渐变为红色 (2)①球形干燥管 ②待固体冷却至室温,停止通N2 ③
偏小(3)①ca有白色沉淀产生品红溶液褪色②2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑③
解析(1)向硫酸亚铁溶液中滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,再向试管中通入空气,Fe2+被氧气氧化成Fe3+,与SCN-结合成Fe(SCN)3,溶液变为红色。
(2)①仪器B的名称是球形干燥管;②实验时,为避免亚铁离子被氧化,应先通入氮气,冷却时注意关闭K1和K2,待固体冷却至室温再称量,则步骤d的操作为待固体冷却至室温,停止通N2;③重复②的操作步骤,直至A恒重,记为m3g,应为FeSO4和装置的质量,则m(FeSO4)=m3-m1,m(H2O)=m2-m3,则n(H2O)=,n(FeSO4)=,结晶水的个数x=;实验时,为避免亚铁离子被氧化,应先通入氮气,若实验时将a、b操作次序颠倒,会导致硫酸亚铁被氧化,则固体质量偏大,测定结果偏小。
(3)①根据题意,分解得到的气体产物之一是SO3,实验后反应管中残留物质为红色粉末,说明生成Fe2O3,则反应中Fe元素化合价升高,S元素化合价应降低,则一定生成SO2,由此可知硫酸亚铁高温分解可生成Fe2O3、SO3、SO2,则C为氯化钡溶液,用于检验SO3,可观察到产生白色沉淀,D为品红溶液,可用于检验SO2,SO2可使品红溶液褪色,据此选择C、D中的溶液;C中氯化钡溶液吸收了SO3产生白色沉淀,SO2不与氯化钡反应,逸出后与品红溶液反应并使之褪色;②据以上分析可写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式:2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑;③SO2有毒,需要进行尾气处理,可用氢氧化钠溶液来吸收,同时要防倒吸。