必修第一册 第三章 铁 金属材料 章末单元同步练习题(含解析)

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第三章 铁 金属材料 章末单元 同步练习题
可能用到的相对原子质量：H：1 C：12 O：16 Mg：24 Al：27 Fe：56
一、选择题（每小题只有一个正确选项，每小题3分，共45分）
1． 下列关于金属材料的说法中正确的是( )
A．飞机机身使用的是镁铝合金而不是钢材，是因为钢材价格高
B．合金都是由不同金属单质组成的混合物
C．金属材料有合金材料也有纯金属材料
D．古代留下大量的青铜器文物是由于青铜比纯铜柔软，容易制成各种器皿
2． 钢铁是铁和碳的合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是(　　)
A．它们的组成元素是相同的
B．耐腐蚀的性能不同
C．它们都属于钢，因此物理性质相同
D．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质相同
3． 2020年11月10日，中国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底。“奋斗者”号使用了钛合金材料。有关合金的说法中正确的是(　　)
A．钛合金是一种新型金属单质
B．在合金中加入稀土金属，对改善合金的性能无太大影响
C．钛合金熔点比成分金属低，但硬度大
D．钛合金的化学性质与钛单质相同
4． 中国银行发行的中国航天普通纪念币，面额为10元，直径为27毫米，材质为双色铜合金。下列关于合金的叙述不正确的是(　　)
A．铜合金和单质铜一样，具有良好的导电性、导热性和延展性
B．铜合金的硬度比单质铜大
C．铜合金的熔点比单质铜低
D．该纪念币能完全溶解于稀硫酸中
5． 下列关于铝单质的叙述中正确的是(　　)
A．不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应
B．铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定
C．铝和NaOH溶液反应：Al＋2OH－===AlO＋2H2↑
D．用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝会滴落下
6． 下列离子方程式中书写正确的是( )
A．将氢氧化铁胶体放入过量的盐酸：Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
B．Na与CuSO4溶液反应：2Na＋Cu2＋===2Na＋＋Cu
C．钠与水反应：Na＋H2O===Na＋＋OH－＋H2↑
D．氧化亚铁与稀盐酸反应：FeO＋2H＋===Fe3＋＋H2O
来，是因为金属铝的熔点较低
7． 下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是(　　)
A B C D
X FeCl2溶液 FeCl3溶液 Fe FeSO4溶液
Y FeCl3 CuCl2 Al Fe2(SO4)3
Z Cl2 Fe NaOH溶液 Cu
8． 将1.12 g铁粉加入25 mL 2 mol·L－1的氯化铁溶液中，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，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2∶5
9． A、B、C三种物质中均含有同一种元素M，它们之间有如图所示的转化关系。A为一种金属单质，其产量直接关系国民经济命脉。反应①②③均为化合反应，反应④为置换反应。下列有关说法不正确的是(　　)
A．①中所加试剂可能是氯气
B．③中需要加具有氧化性的试剂
C．A与稀硝酸反应一定能实现元素M在①中发生的价态变化
D．元素M在②中发生的价态变化也能通过加碘化钾溶液实现
10．中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途。其生产过程的部分流程如下：FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁。下列有关叙述不合理的是(　　)
A．纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3溶液的分散质直径相当
B．纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病
C．在反应①中环丙胺的作用可能加快反应速率
D．反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2
11．用毛笔蘸取少量30%的FeCl3溶液在铜片上写一个“Cu”字，放置片刻，用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中。下列说法正确的是( C )
A．烧杯中的溶液呈棕黄色
B．铜片无任何变化
C．铜片上出现凹陷的“Cu”字
D．发生反应：Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋Fe2＋
12．一定质量的镁和铝分别与等浓度、等体积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积(V)与时间(t)的关系如图。下列关于反应的说法错误的是( )
A．镁和铝的物质的量之比为3∶2
B．镁和铝转移电子数之比为1∶1
C．镁和铝的摩尔质量之比为8∶9
D．镁和铝反应所用时间之比为3∶2
13．铝是一种很重要的金属，可以发生一系列反应制备物质，如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A．反应①又称铝热反应，可用于野外焊接铁轨
B．反应②、③都有氢气生成，产生等量的氢气时转移的电子数相等
C．常用反应⑥制备Al(OH)3，方法是向Al2(SO4)3溶液中滴加足量的NaOH溶液
D．工业上用反应⑦制备铝时，常加入冰晶石以降低氧化铝的熔融温度
14．化学反应中绚丽的颜色变化体现了化学之美。关于物质类别或者反应类型的叙述一定正确的是( )
A．变化②得到的白色沉淀一定是硫酸盐
B．物质M一定是碱
C．物质P可以是Cu
D．变化④一定属于氧化还原反应
15．用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验，下列有关说法正确的是( )
A．实验时，先点燃酒精喷灯再点燃酒精灯
B．装置B中H2O作氧化剂，发生的化学方程式为2Fe＋3H2O(g)Fe2O3＋3H2
C．干燥管中加入的固体干燥剂可以是无水硫酸铜
D．收集反应产生的气体选用装置A
二、填空题（本题包括5个小题，共55分）
16．(14分)已知X为Fe2O3和CuO的混合物，且氧化性强弱顺序：Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋。X样品可发生如图所示的转化关系：
(1)写出步骤③发生反应的离子方程式：
(共有3个)。
(2)若D固体是纯净物，该固体是 (填化学式)。
(3)印刷电路板是由高分子材料和铜箔复合而成的，可用FeCl3溶液作“腐蚀剂”刻制印刷电路板，该过程发生反应的离子方程式为 。
17． 把一定质量的镁、铝混合物投入到1 mol·L-1的盐酸中，待金属完全溶解后，向溶液中加入
1 mol·L-1的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量与加入氢氧化钠溶液的体积关系如下图所示。则：
(1)金属铝的质量为________。
(2)a的取值范围是________________。
(3)的最大值是________。
18．(14分)某班同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 mol/L的溶液，在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是 。
(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为 。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是 。
(4)丙组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为 ；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 。
19．(12分)某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水反应”的实验，并检验产物的性质。请回答下列问题：
(1)A装置的作用是 ，B中反应的化学方程式为 。
(2)D装置的作用是 。
(3)E装置中的现象是 。
(4)A、B两个装置中应先点燃 处的酒精(喷)灯，点燃E处酒精灯之前应进行的操作是 。
20．铝、铁、铜及其化合物在日常生活中应用广泛，根据下列事实回答问题。
(1)铝土矿的主要成分是氧化铝，写出铝土矿与硫酸反应的离子方程式 。
(2)铁矿石主要分为赤铁矿和磁铁矿。写出赤铁矿主要成分的化学式_________。磁铁矿与铝粉在一定条件下发生铝热反应，写出反应的化学方程式 。
(3)用FeCl2固体配置FeCl2溶液时，需加入少量铁屑，其目的是__________________。
(4)现有一定浓度的FeCl2溶液，检验溶液是否变质的方法是：取少量溶液，向其中加入几滴KSCN溶液，如果溶液__________，证明溶液变质。
(5)氯化铁溶液常用作印刷电路铜板腐蚀剂，反应的离子方程式是 。
(6)向新制的FeCl2溶液中滴加氢氧化钠溶液，可以观察到的现象__________________。
(7)Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中通入O2后，溶液很快变蓝色，试写出该反应的离子方程式________________________。
1．答案：C
解析：飞机机身体积不变，要求机身材料的密度越小越好，所以使用镁铝合金而不是钢材，是因为镁铝合金的密度更小，故A错误；合金不一定是由不同的金属单质组成，也可以是金属与非金属组成，故B错误；金属材料包括合金和纯金属，所以金属材料有合金材料也有纯金属材料，故C正确；青铜是铜的合金，合金的特点是硬度大，青铜比纯铜的硬度要高，故D错误。
2．答案：B
解析：不锈钢是在普通钢的基础上加入Cr、Ni等多种元素炼成的钢材，它具有在常温下、空气中不易生锈的特点，B项正确。
3．答案：C
解析：合金是指在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，钛合金中含有多种物质，属于混合物，不是新型金属单质，故A错误；在合金中加入稀土金属或稀土金属的化合物，能大大改善合金的性能，使合金具有更优良的性能，故B错误；根据合金的性质可知，合金的熔点比成分金属低，硬度大，故钛合金熔点比成分金属低，但硬度大，故C正确；合金的化学性质与其各成分金属的化学性质是相同的，钛合金除具备钛单质的性质外，还具备其他组成成分的性质，故D错误。
4．答案：D
解析：合金有别于成分金属的特性是熔点低、硬度大，共性是具有金属的物理通性，但是化学性质没有改变，故D项错误。
5．答案：A
解析：A项，无论是铝还是其氧化物都能与酸或碱反应，正确；B项，铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝表面形成了致密的氧化膜，错误；C项，电荷、原子均不守恒，正确的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，错误；D项，打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成Al2O3，高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝，不会滴落，错误。
6．答案：A
解析：将氢氧化铁胶体放入过量的盐酸生成三价铁离子和水，离子方程式为Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O，故A正确；钠进入CuSO4溶液后，首先是和水反应生成NaOH和氢气，然后氢氧化钠再和CuSO4反应，离子方程式为Cu2＋＋2Na＋2H2O===Cu(OH)2↓＋2Na＋＋H2↑，故B错误；钠与水反应生成氢气和NaOH，离子方程式为2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑，故C错误；氧化亚铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和水，正确的离子方程式为FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O，故D错误。
7．答案：C
解析：Cl2与FeCl2反应，A错误；Fe与FeCl3、CuCl2均反应，B错误；有新的杂质CuSO4生成，D错误。
8．答案：B
解析：1.12 g铁物质的量为＝0.02 mol，25 mL 2 mol·L－1氯化铁溶液中Fe3＋的物质的量为0.025 L×2 mol·L－1＝0.05 mol，发生的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，根据比例关系可得，0.02 mol铁完全反应，消耗0.04 mol Fe3＋，生成0.06 mol Fe2＋，所以Fe3＋剩余0.01 mol，溶液中含有Fe3＋的物质的量为0.01 mol，Fe2＋的物质的量为0.06 mol，没有金属铁剩余。铁没有剩余，溶液呈黄绿色，Cl－基本保持不变，故A错误；溶液中有剩余的Fe3＋，往溶液中滴入无色KSCN溶液，显红色，故B正确；Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为0.06 mol∶0.01 mol＝6∶1，故C错误；由反应离子方程式可得，氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2，故D错误。
9．答案：C
解析：根据转化关系可确定A为变价金属，应为Fe，反应①加入氯气能实现，B为FeCl3，C为FeCl2，A项正确；反应③中铁元素的化合价由＋2价升高到＋3价，需要加具有氧化性的试剂，B项正确；过量的铁与稀硝酸反应时，生成硝酸亚铁，C项不正确；Fe3＋能将I－氧化成I2，自身被还原成Fe2＋，D项正确。
10．答案：A
解析：纳米四氧化三铁分散在适当分散剂中，形成的分散系属于胶体，不同于溶液的分散质直径，故A错误；纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料，可作为药物载体用于疾病的治疗，故B正确；反应①中环丙胺能加快反应速率（即加快氯化铁水解），故C正确；由制备过程可知，反应②的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4以及得失电子守恒和质量守恒定律可知反应的化学方程式为6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2，故D正确。
11．答案：C
解析：FeCl3溶液与铜的反应为Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2，反应后的溶液中含有Cu2＋、Fe2＋，A项错误；FeCl3溶液与铜反应，铜片上反应掉的部分会有凹陷，B项错误、C项正确；该反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，D项错误。
12．答案：D
解析：Mg与硫酸反应的离子方程式是Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，铝与硫酸反应的离子方程式是2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。根据图像可知反应产生的氢气的体积相等，则根据n＝可知，氢气的物质的量相等。假设发生反应产生氢气的物质的量是3 mol，则反应消耗的镁和铝的物质的量之比为3∶2，A项正确；在反应过程中产生的氢气物质的量相等，则转移电子的物质的量相等，所以镁和铝转移电子数之比为1∶1，B项正确；镁和铝的摩尔质量之比为24∶27＝8∶9，C项正确；根据图像可知镁和铝反应所用时间之比为2∶3，D项错误。
13．答案：C
解析：铝热反应指Al与某些金属氧化物间的置换反应，反应①为铝热反应，因反应剧烈放热，生成熔融的铁水，可用于野外焊接铁轨，选项A正确；Al既能与酸反应放出氢气又能与碱反应放出氢气，根据元素化合价的变化，产生等量的氢气时转移的电子数相等，选项B正确；Al(OH)3具有两性，因此制备时不能使用强酸、强碱，用Al2(SO4)3溶液制备Al(OH)3沉淀应选用氨水，选项C错误；Al2O3熔点高，电解时要耗费更多的能源，加入冰晶石与氧化铝形成共熔物，可降低氧化铝的熔融温度，选项D正确。
14．答案：A
解析：根据框图信息，黄色的硫酸铁溶液加入M转化为红褐色沉淀，即铁离子转化为氢氧化铁，则M可以为碱或能与水反应生成碱的氧化物，如氧化钠或过氧化钠等；黄色的硫酸铁溶液加入P，溶液变为浅绿色，即铁离子被还原为亚铁离子，亚铁离子的溶液为浅绿色，则P为具有还原性的物质；黄色的硫酸铁溶液加入Q，溶液变为红色，三价铁离子与硫氰根离子形成红色溶液，则Q含有硫氰根离子；黄色的硫酸铁溶液加入N产生白色沉淀，说明N中含有钡离子，生成的白色沉淀为硫酸钡，根据分析，变化②得到的白色沉淀是硫酸钡，属于硫酸盐，故A正确；物质M不一定是碱，也可以是氧化钠或过氧化钠等与水反应生成碱的物质，故B错误；若物质P是Cu，铁离子与铜发生氧化还原反应生成亚铁离子和铜离子，含铜离子的溶液显蓝色，观察不到浅绿色，故C错误；变化④为三价铁离子与硫氰根离子形成红色络合物，属于络合反应，不是氧化还原反应，故D错误。
15．答案：D
解析：为防止Fe被空气中氧气氧化，则应先点燃酒精灯使A装置中的水蒸气进入硬质玻璃管后再点燃酒精喷灯，故A不选；装置B中H2O作氧化剂，发生的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，故B不选；无水硫酸铜只能用来检验水蒸气，不能作为干燥剂，干燥管中的干燥剂可以为无水氯化钙等干燥剂，故C不选；由反应可知，生成的气体为氢气，收集氢气应选向下排空气法，则应选择A装置收集氢气，故选D。
16．答案：(1) 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu、2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑
(2) Cu
(3) 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
解析：(1)①中的反应为CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O、Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O，所得溶液为FeCl3、CuCl2及过量的HCl的混合溶液；步骤②得到的固体有铜、铁两种，若B是铜，根据题给的氧化性顺序可知，只有一个反应，不符合3个反应的要求，故B应是铁。(3)根据氧化性Fe3＋>Cu2＋可知，腐蚀电路板的反应为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
17．答案：(1)0.27 g　(2)0≤a＜50　(3)2.5
解析：(1)由图像分析可知，溶解生成的氢氧化铝所需的氢氧化钠的物质的量为1 mol·L 1×(90 mL 80 mL)×10 3 L·mL 1=0.01 mol，则由Al(OH)3+OH ===+2H2O得：n[Al(OH)3]=n(Al)=n(OH )=0.01 mol，则m(Al)=0.27 g；(2)沉淀铝离子所用的氢氧化钠溶液的体积为30 mL，因是镁、铝混合物，故a值一定小于50，若加入的盐酸恰好将金属溶解时，则加入氢氧化钠就可立即产生沉淀，即a=0，故a的取值范围是0≤a＜50；(3)由图像分析，沉淀铝离子消耗氢氧化钠溶液的体积为30 mL，是一个定值，故沉淀镁离子最多消耗氢氧化钠溶液的体积为(80 30) mL=50 mL，则此时镁离子的量最大，n(Mg2+)=0.025 mol，故的最大值是=2.5。
18．答案：(1)防止Fe2＋被氧化
(2) 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)乙隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4) H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O Fe3＋催化H2O2分解产生O2
解析:　(1)亚铁离子具有还原性，能被空气中的氧气氧化，所以在配制的FeCl2溶液中加入少量铁粉的目的是防止Fe2＋被氧化。(2)Cl2可将Fe2＋氧化成铁离子，自身得电子生成氯离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(3)防止空气中的氧气将Fe2＋氧化，产生干扰，所以煤油的作用是隔绝空气。(4)H2O2溶液中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，铁离子的溶液呈棕黄色；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成，产生气泡的原因是反应产生的铁离子为H2O2分解反应的催化剂，H2O2分解产生氧气。
19．答案：(1)产生水蒸气 3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
(2)除去未反应的水蒸气，干燥H2
(3)黑色固体变为红色，右端管壁有水珠生成
(4)A　 收集H2，并检验其纯度。
解析：　(1)B中进行的反应是3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，故A为提供水蒸气的装置。(2)装置D的作用是除去未反应的水蒸气，干燥H2。(3)E装置中发生的反应为H2＋CuOCu＋H2O，故现象为黑色粉末变红，同时硬质玻璃管右端会有水珠生成。(4)应先点燃A处酒精灯，若先点燃B处酒精喷灯，B中的Fe会与空气中的O2反应；点燃E处酒精灯前要先收集H2，检验其纯度。
20．答案：(1)Al2O3＋6H＋===3H2O＋2Al3＋ (2)Fe2O3　3Fe3O4＋8Al===4Al2O3＋9Fe
(3)防止Fe2＋转化为Fe3＋ (4)变红色
(5)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(6)产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色
(7)2Cu＋O2＋4H＋===2Cu2＋＋2H2O
解析：(1)铝土矿的主要成分是氧化铝，氧化铝与硫酸反应生成硫酸铝和水，硫酸和硫酸铝是强电解质，并且溶于水，拆成离子的形式，其离子方程式为Al2O3＋6H＋===3H2O＋2Al3＋；(2)铁矿石主要分为赤铁矿和磁铁矿。赤铁矿的主要成分是氧化铁，其化学式为Fe2O3。磁铁矿与铝粉在一定条件下发生铝热反应，生成氧化铝和铁，反应的化学方程式是3Fe3O4＋8Al===4Al2O3＋9Fe；(3)用FeCl2固体配置FeCl2溶液时，亚铁离子具有还原性，在空气中容易被氧化生成铁离子，需加入少量铁屑，其目的是防止Fe2＋转化为Fe3＋；(4)现有一定浓度的FeCl2溶液，检验溶液是否变质的方法是：取少量溶液，向其中加入几滴KSCN溶液，如果溶液变红色，证明溶液变质；(5)氯化铁溶液常用作印刷电路铜板腐蚀剂，氯化铁与铜反应生成氯化亚铁和氯化铜，反应的离子方程式是2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋；(6)向新制的FeCl2溶液中滴加氢氧化钠溶液，生成氢氧化亚铁沉淀，氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁沉淀，可以观察到的现象是产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色；(7)Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中通入O2后，溶液很快变蓝色，根据现象可以判断出氧气在酸性环境下把铜单质氧化生成铜离子，该反应的离子方程式为2Cu＋O2＋4H＋===2Cu2＋＋2H2O。
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