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高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物第1课时一课一练
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物第1课时一课一练，共18页。试卷主要包含了下列说法不正确的是，关于三个实验，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
第1课时 铁的单质和氧化物、氢氧化物
基础过关练
题组一 铁的性质
1.(2019福建福州福清一中高一上期末)常温下,将铁片放入下列溶液中,不发生反应的是( )
A.稀硫酸B.氯水
C.氢氧化钠溶液D.硫酸铜溶液
2.下列说法不正确的是( )
A.铁与纯氧气和水蒸气反应都能生成四氧化三铁
B.铁在高温下与水蒸气的反应是置换反应
C.铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气
D.铁与盐酸或水蒸气反应,铁都做还原剂
3.下列关于铁丝在氧气中燃烧、铁丝生锈的说法正确的是( )
A.铁丝燃烧产生白烟 B.铁丝生锈是缓慢氧化
C.铁丝燃烧的产物是Fe2O3 D.铁锈的主要成分是Fe3O4
4.(2019湖北随州一中高一上学期期中)关于三个实验:①将铁钉放入CuSO4溶液中:Fe+CuSO4 Cu+FeSO4;②向硫酸亚铁溶液中滴入几滴浓硝酸:3FeSO4+6HNO3 Fe2(SO4)3+Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O;③将铁钉放入氯化铁溶液中:Fe+2FeCl3 3FeCl2。
下列判断正确的是( )
A.实验①和③中铁做还原剂
B.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性
C.氧化性:Fe2+>Cu2+
D.实验③中反应的离子方程式为Fe+Fe3+ 2Fe2+
5.(2019山西太原高一上学期期末)还原铁粉与水蒸气反应的装置如图所示,下列有关该实验的说法正确的是 ( )
A.反应生成FeO
B.湿棉花的主要作用是冷却试管,防止炸裂
C.肥皂液的主要作用是检验生成的H2
D.铁粉与水蒸气反应后,可立即用磁铁将剩余铁粉分离出来
6.(2019云南玉溪江川二中高二期末)红热的铁能与水蒸气反应,有氢气生成。现用如图所示装置进行铁在高温下与水蒸气反应的实验,并用简单的方法收集、检验生成的氢气。请回答下列问题。
(1)写出铁与水蒸气反应的化学方程式: 。
(2)干燥管C内盛放的药品是 或 ;干燥管的 (填“m”或“n”)端与g导管相连接。
(3)装置最后用一个试管来收集产生的气体,怎样用简单的方法检验收集到的气体是氢气?简述实验操作步骤和现象: 。
题组二 铁的氧化物与氢氧化物的性质
7.(2020广东普宁高一期末)录音磁带是在醋酸纤维、聚酯纤维等纤维制成的片基上均匀涂上一层磁性材料——磁粉制成的。制取该磁粉的主要物质是( )
A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Al2O3
8.下列说法正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.Fe2O3为碱性氧化物,可与水反应生成Fe(OH)3
C.铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O
D.Fe3O4中铁元素有+2价和+3价,故Fe3O4是混合物
9.(2019浙江杭州萧山中学高一上月考)有FeO、Fe2O3的混合物若干克,在CO气流中加热充分反应,冷却后测得剩余固体比原混合物质量减轻1.6 g,若将同质量的混合物与盐酸反应,欲使其完全溶解需1 ml/L的盐酸的体积为( )
A.200 mL B.100 mL C.50 mL D.无法计算
10.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 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.Fe(OH)2 Fe3O4
11.(2020四川绵阳高一期末)某高中化学兴趣小组同学用西红柿(或洋葱)作为供水剂,设计了如图装置验证铁与水蒸气的反应,并对产物进行检验。回答下列问题:
(1)A中铁与水蒸气反应的化学方程式是 。
(2)C中碱石灰的作用是 。
(3)D装置玻璃管中实验现象为 。
(4)上述实验结束后,取出A中反应后的少量固体继续进行如下实验:
(Ⅰ)固体A中Fe3O4与稀硫酸反应的离子方程式为 。
(Ⅱ)试剂A是 (填字母)。
a.NaOH溶液b.酸性KMnO4溶液
c.酚酞d.新制氯水
(Ⅲ)有同学认为,即使证明了Fe2+和Fe3+均存在,也不能确定所得固体成分为Fe3O4。你认为该同学持此看法的理由是 。
12.某学习小组为认识铁及其化合物的性质、分散系的性质做了如图综合实验,根据实验流程回答相关问题。
(1)请写出Fe2O3与①反应的离子方程式: 。
(2)物质②为 。
(3)请写出FeCl3与铁粉反应的化学方程式: 。
(4)向FeCl2溶液中滴加NaOH溶液最终生成Fe(OH)3沉淀,该过程的现象为 ,此过程中发生的氧化还原反应为(用化学方程式表达) 。
(5)将FeCl3饱和溶液滴入沸水中,并继续煮沸至呈红褐色,制得分散系③为 ,它与FeCl3溶液、Fe(OH)3浊液的本质区别是 。
题组三 Fe(OH)2的制备
13.(2019江西南昌二中高一上学期期末)实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2,为使生成的产物不被氧化,下列说法错误的是( )
A.配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水要煮沸
B.可在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气
C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管中
D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管
14.某学生设计了一个制取氢氧化亚铁的实验方案,实验装置如图所示。
(1)在试管B中加入NaOH溶液,加热煮沸1~2 min立即加入2 mL液体石蜡,该操作的目的是 。
(2)在具支试管A中加入稀硫酸和略微过量的铁粉,试分析铁粉过量的原因: 。
(3)连接好导管,同时打开活塞,当铁粉与稀硫酸反应平稳时,关闭活塞,这时试管A中的现象是 ,产生该现象的原因是 。试管B中的现象为 。
(4)若试管B中生成的氢氧化亚铁遇到空气,发生反应的化学方程式为 。
15.如下图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6 ml·L-1的硫酸溶液,其他试剂任选。
回答下列问题:
(1)B中盛一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是 ,A中反应的离子方程式是 。
(2)实验开始时先将止水夹E (填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是 。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程: 。
(4)拔去装置B中的橡胶塞,使空气进入,写出有关反应的化学方程式: 。
能力提升练
题组一 铁及其化合物的性质
1.(2020北京房山高一期末,)纳米级Fe3O4可用于以太阳能为热源分解水制H2,过程如下图所示。下列说法中,不正确的是( )
A.过程Ⅰ的反应:2Fe3O4 6FeO+O2↑
B.过程Ⅱ的反应:2H2O 2H2↑+O2↑
C两个转化过程都发生了氧化还原反应
D.整个过程实现了太阳能向化学能的转化
2.(2020北京顺义高一期末,)为了防止钢铁零件生锈,常采用化学处理使钢铁零件表面生成一层致密保护层。化学处理过程中其中一步的反应为3Fe+NaNO2+5NaOH 3Na2FeO2+H2O+NH3↑。下列叙述不正确是( )
A.上述反应涉及的物质中,Fe的还原性最强
B.上述反应涉及的物质中,NaNO2的氧化性最强
C.上述反应中,铁是还原剂,NaNO2和NaOH是氧化剂
D.NO2-的氧化性强于FeO22-的氧化性
3.()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( )
4.(2019黑龙江哈尔滨六中高一上期末,)有一铁的氧化物样品,用50 mL
5 ml·L-1盐酸可恰好使其完全溶解。所得溶液可吸收标准状况下0.56 L氯气,使其中的Fe2+全部转化为Fe3+。该样品可能的化学式为( )
A.Fe4O5B.Fe3O4
C.Fe5O7D.Fe8O11
5.(2019北京四中高一上期末,)用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验,下列有关说法不正确的是 ( )
A.装置A的作用是持续不断地为实验提供水蒸气
B.装置B中反应的化学方程式是2Fe+3H2O(g) Fe2O3+3H2
C.装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰
D.点燃D处的气体前必须检验气体的纯度
6.(2019山东济南一中高一月考,)已知向含Fe3+的溶液中滴加KSCN溶液会变红。现有13.6 g Fe和Fe2O3的混合物,加入150 mL足量的稀硫酸,在标准状况下收集到1.12 L H2,向反应后的溶液中滴加KSCN溶液不变红。为中和过量的H2SO4,并使铁元素全部转化为Fe(OH)2沉淀,恰好消耗了200 mL 3 ml/L的NaOH溶液,则该稀硫酸的物质的量浓度为 ( )
ml/LB.2 ml/L
C.3 ml/LD.0.6 ml/L
7.()已知A为常见的金属单质,根据如图所示的关系,下列叙述中正确的是( )
A.A为Fe,B为FeO
B.C→D溶液的颜色变化:浅绿色→棕黄色
C.④的离子方程式:Fe+2Fe3+ 3Fe2+
D.⑤的离子方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
题组二 铁及其化合物性质的实验探究
8.()已知某黑色固体为铁的氧化物,对于该黑色物质,有三个学习小组提出了三种不同的猜想,以下是小组同学进行的实验猜想与探究,请你根据小组的思路与提示完成相关空白。
【查阅资料】含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色,含有Fe2+的盐溶液遇到KSCN溶液时不变色。
【猜想】甲组:黑色物质是FeO;
乙组:黑色物质是Fe3O4;
丙组: 。
【实验探究】
(1)丙组认为用一种简单定性的方法即可判断甲组的正误:取少许黑色物质于烧杯中,加稀盐酸使其完全溶解,再加 溶液以检验Fe3+,观察溶液有无 即可判断。
(2)乙组认为可通过定量测定来确定黑色物质的组成,以验证该组猜想正确。取黑色物质2.32 g溶解于适量稀盐酸后,加入新制氯水,加入氯水后反应的离子方程式为 ,再加入足量NaOH溶液后,过滤、洗涤、烘干、灼烧、称量,若称得固体质量为 ,即可判断乙组同学猜想正确。
9.()某实验小组利用下图所示装置进行“铁与水蒸气反应”的实验,并利用反应产物进一步制备FeCl3·6H2O晶体(夹持装置及尾气处理装置均已略去)。
请回答下列问题:
(1)装置B中发生反应的化学方程式是 。
(2)E中出现的现象是 。
(3)该小组把B中反应后的产物加入足量的盐酸中,用该溶液制备FeCl3·6H2O晶体。
①欲检验该溶液中含有Fe3+,选用的试剂为 ,现象是 。
②该实验小组同学用上述试剂没有检测到Fe3+,用离子方程式解释溶液中不存在Fe3+可能的原因: 。
③将该溶液中FeCl2完全氧化为FeCl3最好选择下列物质中的 。
A.酸性KMnO4溶液B.Cl2
C.Na2O2D.FeCl3
10.()如图是铁与水蒸气反应的实验装置。在硬质玻璃管中放入铁粉和石棉绒(石棉绒是耐高温材料,与水、铁不反应)的混合物,加热,就可以完成高温下铁与水蒸气反应的实验。
【查阅资料】含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色,含有Fe2+的盐溶液遇到KSCN溶液时不变色。
(1)请配平该反应的化学方程式: Fe+ H2O(g) Fe3O4+ H2。
(2)仪器a的名称是 。
(3)某同学为了研究一定时间内铁粉的转化率,设计了如下实验:准确称量一定质量的铁粉进行反应,测量反应后生成气体的体积,计算铁粉的转化率。
①该同学应该先点燃 (填“A”或“B”)处的酒精灯(或酒精喷灯),测量气体体积不可以选用上图中 (填“甲”“乙”或“丙”)装置。
②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合,然后加热反应一段时间。若测出气体的体积在标准状况下为0.448 L,则铁粉的转化率为 。(转化率=已消耗的量起始的量×100%)
(4)将硬质玻璃管中反应后的固体混合物全部取出置于烧杯中,加入足量的盐酸溶解并过滤,为探究反应后溶液中含有的阳离子,小林同学进行如下实验,请你将下表补充完整:
答案全解全析
基础过关练
1.C 铁与稀硫酸反应:Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑;氯水具有酸性和强氧化性,可以和铁反应;铁与硫酸铜发生置换反应:Fe+CuSO4FeSO4+Cu;铁与氢氧化钠溶液不发生反应。
2.C 铁能在纯氧气中燃烧,也能在高温下与水蒸气反应,两个反应都能生成四氧化三铁;铁与盐酸和水蒸气的反应都是置换反应,在两个反应中铁的化合价均升高,做还原剂;铁与盐酸反应生成氯化亚铁,而不是氯化铁。
3.B 铁丝燃烧会看到火星四射,看不到白烟,A错误;铁丝生锈是缓慢氧化,是铁和空气中的氧气、水蒸气缓慢地发生反应的结果,B正确;铁丝燃烧的产物是Fe3O4,C错误;铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,D错误。
4.A 实验②中Fe2+只显还原性;实验①证明氧化性:Cu2+>Fe2+;实验③中反应的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+。
5.C 铁与水蒸气反应生成Fe3O4和H2,A错;湿棉花的作用是提供水蒸气,B错;使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H2,反应一段时间后,有肥皂泡吹起时,用点燃的火柴靠近肥皂泡,当听到爆鸣声时,说明铁与水蒸气反应生成了H2,C对;铁粉与水蒸气反应生成的四氧化三铁也可以被磁铁吸引,不能分离出铁,D错。
6.答案 (1)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
(2)无水CaCl2 碱石灰 n
(3)试管口向下,用拇指堵住试管口,靠近酒精灯火焰,松开拇指,若听到“噗”的一声或发出爆鸣声,说明收集到的气体是H2
解析 (1)铁与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气。
(2)利用干燥管干燥氢气,应选择固体干燥剂,如无水CaCl2、碱石灰、P2O5等。接干燥管时,大口进气小口出气,所以n端与g导管相连。
(3)检验氢气的基本操作:试管口向下,用拇指堵住试管口,靠近酒精灯火焰,松开拇指,若听到“噗”的一声或发出爆鸣声,说明收集到的气体是H2。
7.C Fe3O4又名磁性氧化铁,能够吸附铁等物质,该磁粉的主要成分是Fe3O4。
8.C 赤铁矿的主要成分是Fe2O3,A错误;Fe2O3为碱性氧化物,但不与水反应,B错误;铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,C正确;Fe3O4为化合物,不是混合物,D错误。
9.A FeO、Fe2O3的混合物若干克,在CO气流中加热充分反应,生成Fe,冷却后测得剩余固体比原混合物质量减轻1.6 g,则减少的质量为氧元素的质量,物质的量是0.1 ml。FeO、Fe2O3分别与盐酸反应生成FeCl2、FeCl3,相当于其中的O被Cl代替,1个O被2个Cl代替,所以需1 ml/L的盐酸的体积V(HCl)=0.2 ml÷1 ml/L=0.2 L=200 mL。
10.B 铁与稀硫酸反应生成FeSO4,再与过量氨水反应生成Fe(OH)2白色沉淀,在空气中加热Fe(OH)2,铁元素被氧化为+3价,最后所得红棕色残渣为Fe2O3。
11.答案 (1)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
(2)干燥H2
(3)黑色固体变为红色,管壁有水珠出现
(4)(Ⅰ)Fe3O4+8H+ Fe2++2Fe3++4H2O
(Ⅱ)b
(Ⅲ)剩余固体中若有Fe,Fe与稀硫酸反应也会生成Fe2+
解析 (1)A中铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。
(2)氢气还原氧化铜之前需要干燥,则C中碱石灰的作用是干燥H2。
(3)在加热条件下氢气还原氧化铜生成铜单质和水,实验现象为黑色固体变为红色,管壁有水珠出现。
(4)(Ⅰ)加入稀硫酸后四氧化三铁与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水,离子方程式为Fe3O4+8H+ Fe2++2Fe3++4H2O;
(Ⅱ)加入试剂A的目的是检验Fe2+的存在,在有Fe3+存在的条件下检验Fe2+,可选用的试剂A为酸性KMnO4溶液;
(Ⅲ)反应后的固体中可能有Fe,Fe与稀硫酸反应也会生成Fe2+,所以即使证明了Fe2+和Fe3+均存在,也不能确定所得固体成分为Fe3O4。
12.答案 (1)Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O
(2)NaOH溶液(其他合理答案也可)
(3)Fe+2FeCl3 3FeCl2
(4)先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最终变成红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
(5)Fe(OH)3胶体 分散质粒子直径大小不同
解析 (1)Fe2O3为碱性氧化物,能与盐酸反应生成FeCl3和H2O。
(2)FeCl3溶液能与碱反应生成Fe(OH)3,物质②可以是NaOH溶液、氨水等。
(3)Fe3+具有氧化性,能氧化Fe为Fe2+,反应的化学方程式为Fe+2FeCl3 3FeCl2。
(4)FeCl2和NaOH反应生成Fe(OH)2白色沉淀,其迅速被氧气氧化,会看到沉淀由白色迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,发生的氧化还原反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。
(5)将饱和氯化铁溶液滴入沸水中,继续煮沸至呈红褐色,得到的是Fe(OH)3胶体。
13.C A项 ,FeCl2和烧碱溶液要现用现配,且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气,确保Fe(OH)2不被氧化,正确;B项,在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气,防止氧气溶入,正确;C项,向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中,防止氢氧化钠溶液在滴入时溶有氧气,错误;D项,产生Fe(OH)2沉淀后,若振荡试管,会增大沉淀与空气接触的机会,使沉淀更易被氧化,正确。
14.答案 (1)除去溶解在NaOH溶液中的O2,并防止O2再进入溶液
(2)保证溶液中不存在Fe3+
(3)溶液经导管进入试管B中 生成的H2使试管A、B内产生了压强差 产生白色沉淀
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
解析 氢氧化亚铁不稳定,容易被氧化为氢氧化铁,因此在制备过程中应避免其与氧化性物质接触。
15.答案 (1)铁屑 Fe+2H+ Fe2++H2↑
(2)打开 H2
(3)关闭止水夹E,使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
解析 实验开始时先打开止水夹E,用生成的H2把A、B中的空气排出,Fe(OH)2在H2气氛中生成,以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。(3)生成Fe(OH)2的操作过程为关闭止水夹E,A中的FeSO4溶液沿导管进入B瓶,与NaOH反应。
能力提升练
1.B 过程Ⅰ中Fe3O4分解生成FeO与O2,化学方程式为2Fe3O4 6FeO+O2↑,A项正确;过程Ⅱ中FeO与水反应生成H2和Fe3O4,化学方程式为3FeO+H2O H2↑+Fe3O4,B项错误;根据过程Ⅰ和过程Ⅱ反应的化学方程式可知,两个反应均为氧化还原反应,C项正确;由两个过程的图示可知,整个过程实现了太阳能向化学能的转化,D项正确。
2.C 反应3Fe+NaNO2+5NaOH 3Na2FeO2+H2O+NH3↑中,Fe是还原剂,所以该反应涉及的物质中,铁的还原性最强,故A正确;反应中NaNO2是氧化剂,故反应涉及的物质中,NaNO2的氧化性最强,故B正确;该反应中,NaOH中元素化合价不变,既不是氧化剂又不是还原剂,故C错误;该反应中,NaNO2是氧化剂,Na2FeO2是氧化产物,所以NO2-的氧化性强于FeO22-的氧化性,故D正确。
3.D A项中Fe3+将I-氧化为I2,淀粉遇碘单质变蓝;B项中红棕色斑点是铁锈(Fe2O3·xH2O);C项中铁与盐酸反应生成FeCl2和H2。
4.A n(HCl)=0.05 L×5 ml·L-1=0.25 ml,n(Cl2)=0.56 L÷22.4 L·ml-1=0.025 ml,反应中HCl中的氢元素与氧化物中氧元素全部结合生成H2O,则氧化物中n(O)=12×n(HCl)=12×0.25 ml=0.125 ml,反应后溶液中的溶质为FeCl3,n(Cl-)=0.25 ml+0.025 ml×2=0.3 ml,n(Fe)=0.3 ml×13=0.1 ml,所以n(Fe)∶n(O)=0.1 ml∶0.125 ml=4∶5,该样品的化学式为Fe4O5。
5.B Fe与水蒸气在高温条件下发生反应生成Fe3O4和H2,装置B中反应的化学方程式是3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,B错误。
6.B Fe和Fe2O3的混合物与足量稀硫酸反应,Fe和Fe2O3均无剩余,且有H2生成,说明反应生成FeSO4,为了中和过量的硫酸,而且使FeSO4完全转化成Fe(OH)2,共消耗3 ml/L的NaOH溶液200 mL,说明反应后的溶液中溶质只有Na2SO4,则n(H2SO4)=n(Na2SO4),n(Na2SO4)=12n(NaOH),故n(H2SO4)=n(Na2SO4)=12n(NaOH)=12×3 ml/L×0.2 L=0.3 ml,故稀硫酸的物质的量浓度为c(H2SO4)=0.3 ml÷0.15 L=2 ml/L。
7.B 由“红褐色固体”可知F是Fe(OH)3,从而得出A为Fe,“黑色晶体”B为Fe3O4,继而推出C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2。⑤的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,④的离子方程式为2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-。
8.答案 黑色物质是FeO和Fe3O4的混合物
(1)KSCN 变红
(2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- 2.4 g
解析 Fe的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4,其中Fe2O3是红棕色固体,FeO、Fe3O4是黑色固体;黑色物质若为纯净物,可能为FeO,也可能为Fe3O4,若是混合物,则为FeO和Fe3O4的混合物,所以丙组同学推测该黑色物质为FeO和Fe3O4的混合物。(1)向溶液中加入KSCN溶液,若观察到溶液不变红色,即可判断溶液中无Fe3+,即原固体为FeO。(2)金属氧化物溶于盐酸后,向该溶液中通入Cl2,由于氯气有氧化性,会与溶液中的Fe2+发生氧化还原反应:2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-;向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液,发生反应:Fe3++3OH- Fe(OH)3↓,将沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧,发生分解反应:2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。若乙组同学猜想正确,则2.32 g黑色物质全为Fe3O4,其物质的量为n(Fe3O4)=2.32 g÷232 g/ml=0.01 ml,根据Fe守恒,可得n(Fe2O3)=(0.01 ml×3)÷2=0.015 ml,称得固体质量为m(Fe2O3)=0.015 ml×160 g/ml=2.4 g。
9.答案 (1)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 (2)黑色固体变红,硬质玻璃管右端出现无色液滴 (3)①KSCN溶液 向溶液中滴加KSCN溶液,溶液变为红色 ②Fe+2Fe3+ 3Fe2+ ③B
解析 (1)铁与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。(2)铁与水蒸气反应生成的氢气能与氧化铜发生氧化还原反应生成铜和水,现象是黑色固体变红,硬质玻璃管右端出现无色液滴。(3)①通常用硫氰化钾(KSCN)溶液检验铁离子,向溶液中滴加KSCN溶液,溶液变为红色。②铁离子能与铁粉反应生成亚铁离子,离子方程式为2Fe3++Fe 3Fe2+。③氯气氧化氯化亚铁生成氯化铁,不会引入新的杂质,B正确。
10.答案 (1)3 4 1 4 (2)球形干燥管 (3)①A 甲 ②15% (4)Fe+2Fe3+ 3Fe2+ 白 红褐 OH-+H+ H2O H+、Fe2+
解析 (1)Fe与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。(2)根据装置图中仪器的构造可知仪器a的名称是球形干燥管。(3)②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合,然后加热反应一段时间。若测出的气体体积在标准状况下为0.448 L,生成的气体是氢气,物质的量为0.02 ml,依据反应的化学方程式得到反应的铁的物质的量为0.02 ml×34=0.015 ml,质量是0.015 ml×56 g/ml=0.84 g,则铁粉的转化率为0.84 g5.6 g×100%=15%。(4)向反应后的溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变红色,说明溶液中不存在铁离子,说明铁离子被铁还原生成亚铁离子,离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+;取样,滴加NaOH溶液,刚开始无明显现象,说明盐酸过量,首先发生中和反应,离子方程式为OH-+H+ H2O;根据离子方程式可知有氢氧化亚铁生成,又因为氢氧化亚铁易被氧化,所以实验现象是一段时间后先出现白色沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,根据以上分析可知反应后的溶液中阳离子为H+、Fe2+。
选项
实验操作、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)3
C
向盐酸中加入少量铁粉,有气泡产生
Fe被氧化为Fe3+
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
Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
步骤
现象
解释(用离子方程式表示)
结论
Ⅰ.取样,滴加KSCN溶液
溶液不变红色
①Fe3O4+8H+ Fe2++2Fe3++4H2O
②
反应后的溶液中阳离子 为
Ⅱ.取样,滴加NaOH溶液
刚开始无明显现象,一段时间后先出现 色沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为 色
①
②Fe2++2OH- Fe(OH)2↓
③4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3
1.C
2.C
3.B
4.A
5.C
7.C
8.C
9.A
10.B
13.C
1.B
2.C
3.D
4.A
5.B
6B
7.B
第1课时 铁的单质和氧化物、氢氧化物
基础过关练
题组一 铁的性质
1.(2019福建福州福清一中高一上期末)常温下,将铁片放入下列溶液中,不发生反应的是( )
A.稀硫酸B.氯水
C.氢氧化钠溶液D.硫酸铜溶液
2.下列说法不正确的是( )
A.铁与纯氧气和水蒸气反应都能生成四氧化三铁
B.铁在高温下与水蒸气的反应是置换反应
C.铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气
D.铁与盐酸或水蒸气反应,铁都做还原剂
3.下列关于铁丝在氧气中燃烧、铁丝生锈的说法正确的是( )
A.铁丝燃烧产生白烟 B.铁丝生锈是缓慢氧化
C.铁丝燃烧的产物是Fe2O3 D.铁锈的主要成分是Fe3O4
4.(2019湖北随州一中高一上学期期中)关于三个实验:①将铁钉放入CuSO4溶液中:Fe+CuSO4 Cu+FeSO4;②向硫酸亚铁溶液中滴入几滴浓硝酸:3FeSO4+6HNO3 Fe2(SO4)3+Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O;③将铁钉放入氯化铁溶液中:Fe+2FeCl3 3FeCl2。
下列判断正确的是( )
A.实验①和③中铁做还原剂
B.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性
C.氧化性:Fe2+>Cu2+
D.实验③中反应的离子方程式为Fe+Fe3+ 2Fe2+
5.(2019山西太原高一上学期期末)还原铁粉与水蒸气反应的装置如图所示,下列有关该实验的说法正确的是 ( )
A.反应生成FeO
B.湿棉花的主要作用是冷却试管,防止炸裂
C.肥皂液的主要作用是检验生成的H2
D.铁粉与水蒸气反应后,可立即用磁铁将剩余铁粉分离出来
6.(2019云南玉溪江川二中高二期末)红热的铁能与水蒸气反应,有氢气生成。现用如图所示装置进行铁在高温下与水蒸气反应的实验,并用简单的方法收集、检验生成的氢气。请回答下列问题。
(1)写出铁与水蒸气反应的化学方程式: 。
(2)干燥管C内盛放的药品是 或 ;干燥管的 (填“m”或“n”)端与g导管相连接。
(3)装置最后用一个试管来收集产生的气体,怎样用简单的方法检验收集到的气体是氢气?简述实验操作步骤和现象: 。
题组二 铁的氧化物与氢氧化物的性质
7.(2020广东普宁高一期末)录音磁带是在醋酸纤维、聚酯纤维等纤维制成的片基上均匀涂上一层磁性材料——磁粉制成的。制取该磁粉的主要物质是( )
A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Al2O3
8.下列说法正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.Fe2O3为碱性氧化物,可与水反应生成Fe(OH)3
C.铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O
D.Fe3O4中铁元素有+2价和+3价,故Fe3O4是混合物
9.(2019浙江杭州萧山中学高一上月考)有FeO、Fe2O3的混合物若干克,在CO气流中加热充分反应,冷却后测得剩余固体比原混合物质量减轻1.6 g,若将同质量的混合物与盐酸反应,欲使其完全溶解需1 ml/L的盐酸的体积为( )
A.200 mL B.100 mL C.50 mL D.无法计算
10.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 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.Fe(OH)2 Fe3O4
11.(2020四川绵阳高一期末)某高中化学兴趣小组同学用西红柿(或洋葱)作为供水剂,设计了如图装置验证铁与水蒸气的反应,并对产物进行检验。回答下列问题:
(1)A中铁与水蒸气反应的化学方程式是 。
(2)C中碱石灰的作用是 。
(3)D装置玻璃管中实验现象为 。
(4)上述实验结束后,取出A中反应后的少量固体继续进行如下实验:
(Ⅰ)固体A中Fe3O4与稀硫酸反应的离子方程式为 。
(Ⅱ)试剂A是 (填字母)。
a.NaOH溶液b.酸性KMnO4溶液
c.酚酞d.新制氯水
(Ⅲ)有同学认为,即使证明了Fe2+和Fe3+均存在,也不能确定所得固体成分为Fe3O4。你认为该同学持此看法的理由是 。
12.某学习小组为认识铁及其化合物的性质、分散系的性质做了如图综合实验,根据实验流程回答相关问题。
(1)请写出Fe2O3与①反应的离子方程式: 。
(2)物质②为 。
(3)请写出FeCl3与铁粉反应的化学方程式: 。
(4)向FeCl2溶液中滴加NaOH溶液最终生成Fe(OH)3沉淀,该过程的现象为 ,此过程中发生的氧化还原反应为(用化学方程式表达) 。
(5)将FeCl3饱和溶液滴入沸水中,并继续煮沸至呈红褐色,制得分散系③为 ,它与FeCl3溶液、Fe(OH)3浊液的本质区别是 。
题组三 Fe(OH)2的制备
13.(2019江西南昌二中高一上学期期末)实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2,为使生成的产物不被氧化,下列说法错误的是( )
A.配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水要煮沸
B.可在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气
C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管中
D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管
14.某学生设计了一个制取氢氧化亚铁的实验方案,实验装置如图所示。
(1)在试管B中加入NaOH溶液,加热煮沸1~2 min立即加入2 mL液体石蜡,该操作的目的是 。
(2)在具支试管A中加入稀硫酸和略微过量的铁粉,试分析铁粉过量的原因: 。
(3)连接好导管,同时打开活塞,当铁粉与稀硫酸反应平稳时,关闭活塞,这时试管A中的现象是 ,产生该现象的原因是 。试管B中的现象为 。
(4)若试管B中生成的氢氧化亚铁遇到空气,发生反应的化学方程式为 。
15.如下图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6 ml·L-1的硫酸溶液,其他试剂任选。
回答下列问题:
(1)B中盛一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是 ,A中反应的离子方程式是 。
(2)实验开始时先将止水夹E (填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是 。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程: 。
(4)拔去装置B中的橡胶塞,使空气进入,写出有关反应的化学方程式: 。
能力提升练
题组一 铁及其化合物的性质
1.(2020北京房山高一期末,)纳米级Fe3O4可用于以太阳能为热源分解水制H2,过程如下图所示。下列说法中,不正确的是( )
A.过程Ⅰ的反应:2Fe3O4 6FeO+O2↑
B.过程Ⅱ的反应:2H2O 2H2↑+O2↑
C两个转化过程都发生了氧化还原反应
D.整个过程实现了太阳能向化学能的转化
2.(2020北京顺义高一期末,)为了防止钢铁零件生锈,常采用化学处理使钢铁零件表面生成一层致密保护层。化学处理过程中其中一步的反应为3Fe+NaNO2+5NaOH 3Na2FeO2+H2O+NH3↑。下列叙述不正确是( )
A.上述反应涉及的物质中,Fe的还原性最强
B.上述反应涉及的物质中,NaNO2的氧化性最强
C.上述反应中,铁是还原剂,NaNO2和NaOH是氧化剂
D.NO2-的氧化性强于FeO22-的氧化性
3.()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( )
4.(2019黑龙江哈尔滨六中高一上期末,)有一铁的氧化物样品,用50 mL
5 ml·L-1盐酸可恰好使其完全溶解。所得溶液可吸收标准状况下0.56 L氯气,使其中的Fe2+全部转化为Fe3+。该样品可能的化学式为( )
A.Fe4O5B.Fe3O4
C.Fe5O7D.Fe8O11
5.(2019北京四中高一上期末,)用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验,下列有关说法不正确的是 ( )
A.装置A的作用是持续不断地为实验提供水蒸气
B.装置B中反应的化学方程式是2Fe+3H2O(g) Fe2O3+3H2
C.装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰
D.点燃D处的气体前必须检验气体的纯度
6.(2019山东济南一中高一月考,)已知向含Fe3+的溶液中滴加KSCN溶液会变红。现有13.6 g Fe和Fe2O3的混合物,加入150 mL足量的稀硫酸,在标准状况下收集到1.12 L H2,向反应后的溶液中滴加KSCN溶液不变红。为中和过量的H2SO4,并使铁元素全部转化为Fe(OH)2沉淀,恰好消耗了200 mL 3 ml/L的NaOH溶液,则该稀硫酸的物质的量浓度为 ( )
ml/LB.2 ml/L
C.3 ml/LD.0.6 ml/L
7.()已知A为常见的金属单质,根据如图所示的关系,下列叙述中正确的是( )
A.A为Fe,B为FeO
B.C→D溶液的颜色变化:浅绿色→棕黄色
C.④的离子方程式:Fe+2Fe3+ 3Fe2+
D.⑤的离子方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
题组二 铁及其化合物性质的实验探究
8.()已知某黑色固体为铁的氧化物,对于该黑色物质,有三个学习小组提出了三种不同的猜想,以下是小组同学进行的实验猜想与探究,请你根据小组的思路与提示完成相关空白。
【查阅资料】含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色,含有Fe2+的盐溶液遇到KSCN溶液时不变色。
【猜想】甲组:黑色物质是FeO;
乙组:黑色物质是Fe3O4;
丙组: 。
【实验探究】
(1)丙组认为用一种简单定性的方法即可判断甲组的正误:取少许黑色物质于烧杯中,加稀盐酸使其完全溶解,再加 溶液以检验Fe3+,观察溶液有无 即可判断。
(2)乙组认为可通过定量测定来确定黑色物质的组成,以验证该组猜想正确。取黑色物质2.32 g溶解于适量稀盐酸后,加入新制氯水,加入氯水后反应的离子方程式为 ,再加入足量NaOH溶液后,过滤、洗涤、烘干、灼烧、称量,若称得固体质量为 ,即可判断乙组同学猜想正确。
9.()某实验小组利用下图所示装置进行“铁与水蒸气反应”的实验,并利用反应产物进一步制备FeCl3·6H2O晶体(夹持装置及尾气处理装置均已略去)。
请回答下列问题:
(1)装置B中发生反应的化学方程式是 。
(2)E中出现的现象是 。
(3)该小组把B中反应后的产物加入足量的盐酸中,用该溶液制备FeCl3·6H2O晶体。
①欲检验该溶液中含有Fe3+,选用的试剂为 ,现象是 。
②该实验小组同学用上述试剂没有检测到Fe3+,用离子方程式解释溶液中不存在Fe3+可能的原因: 。
③将该溶液中FeCl2完全氧化为FeCl3最好选择下列物质中的 。
A.酸性KMnO4溶液B.Cl2
C.Na2O2D.FeCl3
10.()如图是铁与水蒸气反应的实验装置。在硬质玻璃管中放入铁粉和石棉绒(石棉绒是耐高温材料,与水、铁不反应)的混合物,加热,就可以完成高温下铁与水蒸气反应的实验。
【查阅资料】含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色,含有Fe2+的盐溶液遇到KSCN溶液时不变色。
(1)请配平该反应的化学方程式: Fe+ H2O(g) Fe3O4+ H2。
(2)仪器a的名称是 。
(3)某同学为了研究一定时间内铁粉的转化率,设计了如下实验:准确称量一定质量的铁粉进行反应,测量反应后生成气体的体积,计算铁粉的转化率。
①该同学应该先点燃 (填“A”或“B”)处的酒精灯(或酒精喷灯),测量气体体积不可以选用上图中 (填“甲”“乙”或“丙”)装置。
②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合,然后加热反应一段时间。若测出气体的体积在标准状况下为0.448 L,则铁粉的转化率为 。(转化率=已消耗的量起始的量×100%)
(4)将硬质玻璃管中反应后的固体混合物全部取出置于烧杯中,加入足量的盐酸溶解并过滤,为探究反应后溶液中含有的阳离子,小林同学进行如下实验,请你将下表补充完整:
答案全解全析
基础过关练
1.C 铁与稀硫酸反应:Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑;氯水具有酸性和强氧化性,可以和铁反应;铁与硫酸铜发生置换反应:Fe+CuSO4FeSO4+Cu;铁与氢氧化钠溶液不发生反应。
2.C 铁能在纯氧气中燃烧,也能在高温下与水蒸气反应,两个反应都能生成四氧化三铁;铁与盐酸和水蒸气的反应都是置换反应,在两个反应中铁的化合价均升高,做还原剂;铁与盐酸反应生成氯化亚铁,而不是氯化铁。
3.B 铁丝燃烧会看到火星四射,看不到白烟,A错误;铁丝生锈是缓慢氧化,是铁和空气中的氧气、水蒸气缓慢地发生反应的结果,B正确;铁丝燃烧的产物是Fe3O4,C错误;铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,D错误。
4.A 实验②中Fe2+只显还原性;实验①证明氧化性:Cu2+>Fe2+;实验③中反应的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+。
5.C 铁与水蒸气反应生成Fe3O4和H2,A错;湿棉花的作用是提供水蒸气,B错;使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H2,反应一段时间后,有肥皂泡吹起时,用点燃的火柴靠近肥皂泡,当听到爆鸣声时,说明铁与水蒸气反应生成了H2,C对;铁粉与水蒸气反应生成的四氧化三铁也可以被磁铁吸引,不能分离出铁,D错。
6.答案 (1)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
(2)无水CaCl2 碱石灰 n
(3)试管口向下,用拇指堵住试管口,靠近酒精灯火焰,松开拇指,若听到“噗”的一声或发出爆鸣声,说明收集到的气体是H2
解析 (1)铁与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气。
(2)利用干燥管干燥氢气,应选择固体干燥剂,如无水CaCl2、碱石灰、P2O5等。接干燥管时,大口进气小口出气,所以n端与g导管相连。
(3)检验氢气的基本操作:试管口向下,用拇指堵住试管口,靠近酒精灯火焰,松开拇指,若听到“噗”的一声或发出爆鸣声,说明收集到的气体是H2。
7.C Fe3O4又名磁性氧化铁,能够吸附铁等物质,该磁粉的主要成分是Fe3O4。
8.C 赤铁矿的主要成分是Fe2O3,A错误;Fe2O3为碱性氧化物,但不与水反应,B错误;铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,C正确;Fe3O4为化合物,不是混合物,D错误。
9.A FeO、Fe2O3的混合物若干克,在CO气流中加热充分反应,生成Fe,冷却后测得剩余固体比原混合物质量减轻1.6 g,则减少的质量为氧元素的质量,物质的量是0.1 ml。FeO、Fe2O3分别与盐酸反应生成FeCl2、FeCl3,相当于其中的O被Cl代替,1个O被2个Cl代替,所以需1 ml/L的盐酸的体积V(HCl)=0.2 ml÷1 ml/L=0.2 L=200 mL。
10.B 铁与稀硫酸反应生成FeSO4,再与过量氨水反应生成Fe(OH)2白色沉淀,在空气中加热Fe(OH)2,铁元素被氧化为+3价,最后所得红棕色残渣为Fe2O3。
11.答案 (1)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
(2)干燥H2
(3)黑色固体变为红色,管壁有水珠出现
(4)(Ⅰ)Fe3O4+8H+ Fe2++2Fe3++4H2O
(Ⅱ)b
(Ⅲ)剩余固体中若有Fe,Fe与稀硫酸反应也会生成Fe2+
解析 (1)A中铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。
(2)氢气还原氧化铜之前需要干燥,则C中碱石灰的作用是干燥H2。
(3)在加热条件下氢气还原氧化铜生成铜单质和水,实验现象为黑色固体变为红色,管壁有水珠出现。
(4)(Ⅰ)加入稀硫酸后四氧化三铁与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水,离子方程式为Fe3O4+8H+ Fe2++2Fe3++4H2O;
(Ⅱ)加入试剂A的目的是检验Fe2+的存在,在有Fe3+存在的条件下检验Fe2+,可选用的试剂A为酸性KMnO4溶液;
(Ⅲ)反应后的固体中可能有Fe,Fe与稀硫酸反应也会生成Fe2+,所以即使证明了Fe2+和Fe3+均存在,也不能确定所得固体成分为Fe3O4。
12.答案 (1)Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O
(2)NaOH溶液(其他合理答案也可)
(3)Fe+2FeCl3 3FeCl2
(4)先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最终变成红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
(5)Fe(OH)3胶体 分散质粒子直径大小不同
解析 (1)Fe2O3为碱性氧化物,能与盐酸反应生成FeCl3和H2O。
(2)FeCl3溶液能与碱反应生成Fe(OH)3,物质②可以是NaOH溶液、氨水等。
(3)Fe3+具有氧化性,能氧化Fe为Fe2+,反应的化学方程式为Fe+2FeCl3 3FeCl2。
(4)FeCl2和NaOH反应生成Fe(OH)2白色沉淀,其迅速被氧气氧化,会看到沉淀由白色迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,发生的氧化还原反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。
(5)将饱和氯化铁溶液滴入沸水中,继续煮沸至呈红褐色,得到的是Fe(OH)3胶体。
13.C A项 ,FeCl2和烧碱溶液要现用现配,且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气,确保Fe(OH)2不被氧化,正确;B项,在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气,防止氧气溶入,正确;C项,向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中,防止氢氧化钠溶液在滴入时溶有氧气,错误;D项,产生Fe(OH)2沉淀后,若振荡试管,会增大沉淀与空气接触的机会,使沉淀更易被氧化,正确。
14.答案 (1)除去溶解在NaOH溶液中的O2,并防止O2再进入溶液
(2)保证溶液中不存在Fe3+
(3)溶液经导管进入试管B中 生成的H2使试管A、B内产生了压强差 产生白色沉淀
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
解析 氢氧化亚铁不稳定,容易被氧化为氢氧化铁,因此在制备过程中应避免其与氧化性物质接触。
15.答案 (1)铁屑 Fe+2H+ Fe2++H2↑
(2)打开 H2
(3)关闭止水夹E,使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
解析 实验开始时先打开止水夹E,用生成的H2把A、B中的空气排出,Fe(OH)2在H2气氛中生成,以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。(3)生成Fe(OH)2的操作过程为关闭止水夹E,A中的FeSO4溶液沿导管进入B瓶,与NaOH反应。
能力提升练
1.B 过程Ⅰ中Fe3O4分解生成FeO与O2,化学方程式为2Fe3O4 6FeO+O2↑,A项正确;过程Ⅱ中FeO与水反应生成H2和Fe3O4,化学方程式为3FeO+H2O H2↑+Fe3O4,B项错误;根据过程Ⅰ和过程Ⅱ反应的化学方程式可知,两个反应均为氧化还原反应,C项正确;由两个过程的图示可知,整个过程实现了太阳能向化学能的转化,D项正确。
2.C 反应3Fe+NaNO2+5NaOH 3Na2FeO2+H2O+NH3↑中,Fe是还原剂,所以该反应涉及的物质中,铁的还原性最强,故A正确;反应中NaNO2是氧化剂,故反应涉及的物质中,NaNO2的氧化性最强,故B正确;该反应中,NaOH中元素化合价不变,既不是氧化剂又不是还原剂,故C错误;该反应中,NaNO2是氧化剂,Na2FeO2是氧化产物,所以NO2-的氧化性强于FeO22-的氧化性,故D正确。
3.D A项中Fe3+将I-氧化为I2,淀粉遇碘单质变蓝;B项中红棕色斑点是铁锈(Fe2O3·xH2O);C项中铁与盐酸反应生成FeCl2和H2。
4.A n(HCl)=0.05 L×5 ml·L-1=0.25 ml,n(Cl2)=0.56 L÷22.4 L·ml-1=0.025 ml,反应中HCl中的氢元素与氧化物中氧元素全部结合生成H2O,则氧化物中n(O)=12×n(HCl)=12×0.25 ml=0.125 ml,反应后溶液中的溶质为FeCl3,n(Cl-)=0.25 ml+0.025 ml×2=0.3 ml,n(Fe)=0.3 ml×13=0.1 ml,所以n(Fe)∶n(O)=0.1 ml∶0.125 ml=4∶5,该样品的化学式为Fe4O5。
5.B Fe与水蒸气在高温条件下发生反应生成Fe3O4和H2,装置B中反应的化学方程式是3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,B错误。
6.B Fe和Fe2O3的混合物与足量稀硫酸反应,Fe和Fe2O3均无剩余,且有H2生成,说明反应生成FeSO4,为了中和过量的硫酸,而且使FeSO4完全转化成Fe(OH)2,共消耗3 ml/L的NaOH溶液200 mL,说明反应后的溶液中溶质只有Na2SO4,则n(H2SO4)=n(Na2SO4),n(Na2SO4)=12n(NaOH),故n(H2SO4)=n(Na2SO4)=12n(NaOH)=12×3 ml/L×0.2 L=0.3 ml,故稀硫酸的物质的量浓度为c(H2SO4)=0.3 ml÷0.15 L=2 ml/L。
7.B 由“红褐色固体”可知F是Fe(OH)3,从而得出A为Fe,“黑色晶体”B为Fe3O4,继而推出C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2。⑤的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,④的离子方程式为2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-。
8.答案 黑色物质是FeO和Fe3O4的混合物
(1)KSCN 变红
(2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- 2.4 g
解析 Fe的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4,其中Fe2O3是红棕色固体,FeO、Fe3O4是黑色固体;黑色物质若为纯净物,可能为FeO,也可能为Fe3O4,若是混合物,则为FeO和Fe3O4的混合物,所以丙组同学推测该黑色物质为FeO和Fe3O4的混合物。(1)向溶液中加入KSCN溶液,若观察到溶液不变红色,即可判断溶液中无Fe3+,即原固体为FeO。(2)金属氧化物溶于盐酸后,向该溶液中通入Cl2,由于氯气有氧化性,会与溶液中的Fe2+发生氧化还原反应:2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-;向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液,发生反应:Fe3++3OH- Fe(OH)3↓,将沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧,发生分解反应:2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。若乙组同学猜想正确,则2.32 g黑色物质全为Fe3O4,其物质的量为n(Fe3O4)=2.32 g÷232 g/ml=0.01 ml,根据Fe守恒,可得n(Fe2O3)=(0.01 ml×3)÷2=0.015 ml,称得固体质量为m(Fe2O3)=0.015 ml×160 g/ml=2.4 g。
9.答案 (1)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 (2)黑色固体变红,硬质玻璃管右端出现无色液滴 (3)①KSCN溶液 向溶液中滴加KSCN溶液,溶液变为红色 ②Fe+2Fe3+ 3Fe2+ ③B
解析 (1)铁与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。(2)铁与水蒸气反应生成的氢气能与氧化铜发生氧化还原反应生成铜和水,现象是黑色固体变红,硬质玻璃管右端出现无色液滴。(3)①通常用硫氰化钾(KSCN)溶液检验铁离子,向溶液中滴加KSCN溶液,溶液变为红色。②铁离子能与铁粉反应生成亚铁离子,离子方程式为2Fe3++Fe 3Fe2+。③氯气氧化氯化亚铁生成氯化铁,不会引入新的杂质,B正确。
10.答案 (1)3 4 1 4 (2)球形干燥管 (3)①A 甲 ②15% (4)Fe+2Fe3+ 3Fe2+ 白 红褐 OH-+H+ H2O H+、Fe2+
解析 (1)Fe与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。(2)根据装置图中仪器的构造可知仪器a的名称是球形干燥管。(3)②称取5.6 g铁粉与适量石棉绒混合,然后加热反应一段时间。若测出的气体体积在标准状况下为0.448 L,生成的气体是氢气,物质的量为0.02 ml,依据反应的化学方程式得到反应的铁的物质的量为0.02 ml×34=0.015 ml,质量是0.015 ml×56 g/ml=0.84 g,则铁粉的转化率为0.84 g5.6 g×100%=15%。(4)向反应后的溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变红色,说明溶液中不存在铁离子,说明铁离子被铁还原生成亚铁离子,离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+;取样,滴加NaOH溶液,刚开始无明显现象,说明盐酸过量,首先发生中和反应,离子方程式为OH-+H+ H2O;根据离子方程式可知有氢氧化亚铁生成,又因为氢氧化亚铁易被氧化,所以实验现象是一段时间后先出现白色沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,根据以上分析可知反应后的溶液中阳离子为H+、Fe2+。
选项
实验操作、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)3
C
向盐酸中加入少量铁粉,有气泡产生
Fe被氧化为Fe3+
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
Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
步骤
现象
解释(用离子方程式表示)
结论
Ⅰ.取样,滴加KSCN溶液
溶液不变红色
①Fe3O4+8H+ Fe2++2Fe3++4H2O
②
反应后的溶液中阳离子 为
Ⅱ.取样,滴加NaOH溶液
刚开始无明显现象,一段时间后先出现 色沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为 色
①
②Fe2++2OH- Fe(OH)2↓
③4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3
1.C
2.C
3.B
4.A
5.C
7.C
8.C
9.A
10.B
13.C
1.B
2.C
3.D
4.A
5.B
6B
7.B
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