专题9测评
可能用到的相对原子质量:H-1、C-12、O-16、Mg-24、S-32、Fe-56、Zn-65、Ba-137
一、单项选择题(共13题,每题3分,共39分。每题只有一个选项最符合题意)
1.[2023江苏宿迁统考期末]材料是社会发展的基石,下列物品主要成分为金属的是( )
A.青铜器 B.丝绸
C.陶瓷 D.光导纤维
2.[2023江苏苏州统考期末]铁是最常见的金属之一,纳米铁粉可用于处理酸性含氮废水(主要含);铁易被腐蚀,经碱性发蓝处理可增强其抗腐蚀性,方法为用NaOH与NaNO2进行浸泡,在表面形成Fe3O4的同时有NH3生成;铁与砷反应得到的FeAs可被Na还原得到NaFeAs,NaFeAs难溶于水,是一种超导材料。镍(Ni)与Fe单质化学性质相似,金属活动性比铁略低。酸性条件下,Ni3+的氧化性强于Cl2,Ni2+的盐与碱反应可以转化为不溶性的Ni(OH)2。下列有关说法正确的是( )
A.常温下可用铁制容器盛放波尔多液
B.常温下可用镍制容器盛放稀硝酸
C.高温下用焦炭还原NiO可生成镍
D.不锈钢硬度比纯铁大,熔点比纯铁高
3.[2023江苏南京师大附中期末]下列有关金属冶炼的说法不正确的是( )
A.制Na:电解饱和NaCl溶液
B.制Mg:电解熔融MgCl2
C.制Cr:用铝作还原剂还原Cr2O3
D.制Cu:熬胆矾铁釜,久之亦化为铜
4.[2023江苏盐城期末]在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A.NaCl(aq)NaHCO3(aq)Na2CO3(s)
B.MgOMgCl2(aq)Mg
C.FeS2(s)SO2(g)BaSO3(s)
D.漂白粉HClO(aq)O2(g)
5.[2023江苏无锡期末]下列由相关实验现象所推出的结论正确的是( )
A.Cl2、SO2均能使品红溶液褪色,说明二者均有氧化性
B.向某溶液中滴加NaOH溶液并加热,产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,说明该溶液是铵盐溶液
C.某溶液中加入盐酸产生使澄清石灰水变浑浊的气体,不能说明该溶液中一定含有
D.Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应
6.[2023江苏苏州黄埭中学校考期中]下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是( )
A.铁粉能与O2反应,可用作食品保存的抗氧化剂
B.纳米Fe3O4能与酸反应,可用作磁性材料
C.FeCl3溶液具有酸性,可用于腐蚀印刷电路板上的Cu
D.钠单质熔点较低,可用于冶炼金属钛
7.下列叙述正确的是( )
A.常温下,将铝箔插入浓硝酸中,无明显现象,说明常温下铝和浓硝酸不反应
B.用熔融的AlCl3做导电性实验,验证AlCl3是离子化合物还是共价化合物
C.用铂丝蘸取溶液进行焰色反应,观察到火焰呈黄色,该溶液一定是钠盐溶液
D.常温下,将SO2通入酚酞溶液无现象,说明SO2无法漂白指示剂
8.下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是( )
选项 金属 存在形式 冶炼方法
A 金 游离态 金子比沙子密度大,利用水洗法直接分离
B 银 化合态 银的金属性弱,用加热Ag2O的方法冶炼
续表
选项 金属 存在形式 冶炼方法
C 铁 化合态 用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物
D 钠 化合态 钠的金属性强,一般还原剂很难将其还原出来,所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼
9.铝热反应常用于冶炼高熔点金属,某小组探究Al粉与Fe3O4发生反应所得黑色固体的成分,实验过程及现象如下(提示:铝可与NaOH溶液反应2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑):
下列说法不正确的是( )
A.反应①产生的气体是H2
B.反应②为Al2O3+2OH-2Al+H2O
C.反应③的白色沉淀是Al(OH)3
D.黑色固体中不含Al和Fe3O4
10.Na、Al、Fe、Cu是中学化学中重要的金属元素。它们的单质及其化合物之间有很多转化关系。下表所列物质不能按如图(“→”表示一步完成)关系相互转化的是( )
A B C D
a Na Al Fe Cu
b NaOH Al2O3 FeCl3 CuSO4
c NaCl Al(OH)3 FeCl2 CuCl2
11.[2023江苏淮安盱眙中学阶段练习]在通风橱中进行下列实验:
实验 Ⅰ Ⅱ
现象 Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后,很快停止
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.过量的铁与稀硝酸反应生成亚铁盐
D.对比Ⅰ、Ⅱ中的现象,说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸
12.[2023江苏南京期末]铁铵矾[NH4Fe·12H2O]常用于制备高铁酸盐。下列反应的离子方程式正确的是( )
A.铁铵矾溶液与氨水混合反应:Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
B.向铁铵矾溶液中通入H2S气体:2Fe3+++S↓+2H+
C.在强碱溶液中,铁铵矾与次氯酸钠反应生成:3ClO-+2Fe3++6OH-2Fe+3Cl-+H2O+4H+
D.向铁铵矾溶液中加入过量Ba(OH)2溶液:Fe3++2S+2Ba2++3OH-Fe(OH)3↓+2BaSO4↓
13.[2023江苏期中]FeCl3是有机反应中常用的催化剂。实验室用如下图所示装置制备少量FeCl3。已知:FeCl3易升华,且易水解,FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl。下列说法不正确的是( )
A.甲中可制得纯净的Cl2
B.实验时若Cl2不足量,则可能生成FeCl2
C.装置丙的作用是收集FeCl3
D.装置丁中CaCl2的作用是防止水蒸气进入装置丙
二、非选择题(共4小题,共61分)
14.(16分)[2023江苏徐州第一中学期中]Ⅰ.某兴趣小组对化合物X开展探究实验。
已知固体X由3种元素组成,可溶于水,焰色反应显黄色,X可由红棕色固体B与Na2O在氧气气流中加热得到。请回答:
(1)组成X的3种元素是 (填元素符号)。
(2)白色沉淀的化学式为 。
(3)紫色溶液A中溶质的化学式为 。
(4)反应Ⅰ的离子方程式为
。
Ⅱ.某学习小组在研究H2还原红棕色固体B的实验中,发现生成的黑色粉末被磁铁吸引,为探究黑色粉末的组成,他们进行如下实验:
(5)向黑色粉末中滴加盐酸,观察到有气泡产生,则黑色粉末中一定有 。
(6)为进一步证明黑色粉末是否含Fe3O4,某同学设计实验方案如下:取少量黑色粉末置于试管中,加入足量盐酸,充分振荡使黑色粉末完全溶解,滴入KSCN溶液,观察现象,请分析此方案是否可行,并解释原因: 。
15.(13分)[2023江苏盐城阶段练习]利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe3O4、FeO、SiO2等)和粉煤灰(主要成分为Al2O3、Fe2O3、FeO等),制备高效水处理剂聚合硫酸铁铝的流程如下:
已知:SiO2既不溶于H2SO4溶液,也不与H2SO4溶液反应。
(1)检验“酸溶Ⅰ”得到的溶液中含有阳离子Fe2+的实验方法: 。
(2)“氧化”时,若用氯水代替H2O2,发生反应的离子方程式为 。
(3)流程图中通入过量CO2反应生成沉淀的化学方程式为 。
(4)实验室若以Fe2O3、SiO2、Al2O3的混合物制备纯净FeSO4溶液,请补充完整的实验步骤(可选用的试剂:铁粉、稀硫酸和NaOH溶液):向一定量该混合物中加入足量的稀硫酸充分反应,过滤,
,
过滤,得到较纯净的FeSO4溶液。
(5)向Fe3O4、FeO的固体混合物中加入足量H2SO4溶液,充分反应后,向溶液中再加入足量铜粉,充分搅拌反应,得到的溶液中c(Cu2+)∶c(Fe2+)=2∶7,则固体混合物中n(Fe3O4)∶n(FeO)=
。
16.(18分)A、B、C、X均为中学化学常见的物质,它们之间有如下转化关系(副产物已略去)。试回答:
ABC
(1)若X是强氧化性单质,则A不可能是 。
a.S b.N2
c.Na d.Mg
(2)若X为强碱溶液,则A可能为 。
a.AlCl3 b.CO2
c.Mg d.Al2O3
(3)若X是金属单质,向C的水溶液中滴加AgNO3溶液,产生不溶于稀硝酸的白色沉淀,则B的化学式为 ;C溶液在储存时应加入少量X,理由是 (用离子方程式表示)。
(4)若A、B、C为含有同一金属元素的物质,X为气体单质,C为淡黄色粉末,写出A与X直接生成C的化学方程式: 。
(5)若A、B、C均为含有C、H、O的有机化合物,A的摩尔质量为46 g·mol-1,X为气体单质,A与C在一定条件下反应生成具有浓郁香味的D。A中含有的官能团名称和电子式为 ,写出A与C反应的化学方程式: ,写出A→B反应
的化学方程式:
。
17.(14分)粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验:
①取适量A进行铝热反应,产物中有单质B生成;
②另取20 g A全部溶于0.15 L 6.0 mol·L-1盐酸中,得溶液C;
③将①中得到的单质B和溶液C反应,放出1.12 L(标准状况)气体,同时生成溶液D,还残留有固体物质B;
④用KSCN溶液检验时,溶液D不变色。
请填空:
(1)①中引发铝热反应的实验操作是 ,反应的化学方程式为 ,产物中的单质B是 。
(2)②中所发生的各反应的化学方程式是
。
(3)③中所发生的各反应的离子方程式是
。
(4)若溶液D的体积仍视为0.15 L,则该溶液中c(Mg2+)为 ,c(Fe2+)为 。
专题9测评
1.A 解析青铜器是铜的合金,主要成分为金属,A正确;丝绸的主要成分是有机物,B错误;陶瓷的主要成分是硅酸盐,C错误;光导纤维的主要成分是二氧化硅,D错误。
2.C 解析波尔多液是用CuSO4溶液和Ca(OH)2溶液按一定比例混合配制的,由于Fe+CuSO4FeSO4+Cu,故常温下不可用铁制容器盛放波尔多液,A错误;镍(Ni)与Fe单质化学性质相似,金属活动性比铁略低,故常温下不可用镍制容器盛放稀硝酸,因为Ni能与稀硝酸反应,B错误;镍(Ni)与Fe单质化学性质相似,金属活动性比铁略低,根据高炉炼铁原理可知,高温下用焦炭还原NiO可生成镍,C正确;合金的硬度比成分金属的大,熔点比成分金属的低,故不锈钢硬度比纯铁大,熔点比纯铁低,D错误。
3.A 解析Na为活泼金属能与水反应生成氢氧化钠和氢气,所以制Na时不能电解饱和NaCl溶液,应电解熔融NaCl,故A错误;电解熔融MgCl2:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,可用于制Mg,故B正确;Al和Cr2O3在高温条件下反应生成Al2O3和Cr,可用于制铬,故C正确;熬胆矾铁釜,久之亦化为铜,其化学方程式为Fe+CuSO4FeSO4+Cu,依其原理可知,可用于炼铜,故D正确。
4.D 解析由于HCl的酸性强于H2CO3,故NaCl溶液与CO2不反应,A不合题意;工业上冶炼镁,需电解熔融的MgCl2而不是MgCl2溶液,B不合题意;由于HCl的酸性强于H2SO3,故BaCl2溶液不与SO2反应,C不合题意;漂白粉的有效成分Ca(ClO)2与H2O、CO2反应生成HClO,HClO不稳定,见光易分解为HCl和O2,D符合题意。
5.C 解析二氧化硫能使品红溶液褪色是因为二氧化硫与有机色质形成了不稳定的无色化合物,与二氧化硫的氧化性无关,故A错误;向浓氨水中滴加氢氧化钠溶液并加热也能产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的氨气,则产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体不能说明该溶液是铵盐溶液,故B错误;碳酸氢根离子、亚硫酸根离子、亚硫酸氢根离子等也能与盐酸反应生成能使澄清石灰水变浑浊的气体,则产生使澄清石灰水变浑浊的气体不能说明该溶液中一定含有碳酸根离子,故C正确;铁与过量稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,该反应没有单质生成,不属于置换反应,故D错误。
6.A 解析铁粉具有还原性,能与空气中的氧气反应,常用作食品袋中的抗氧化剂,故A正确;四氧化三铁具有磁性,所以可用作铁磁性材料,则纳米四氧化三铁可用作磁性材料与四氧化三铁能与酸反应无关,故B错误;氯化铁溶液具有氧化性,能与铜反应生成氯化亚铁和氯化铜,所以可用于腐蚀印刷电路板上的铜,则氯化铁溶液可用于腐蚀印刷电路板上的铜与氯化铁溶液具有酸性无关,故C错误;钠单质具有强还原性,可用于冶炼金属钛,故D错误。
7.B 解析常温下,铝箔在浓硝酸中钝化,铝箔与浓硝酸发生化学反应,形成致密的氧化膜,故A错误;AlCl3是共价化合物,熔融状态以分子形式存在,不能导电,故B正确;钠的焰色反应为黄色,可说明溶液中含有钠元素,不一定是钠盐溶液,可能为NaOH溶液,故C错误;二氧化硫溶于水后显酸性,所以酚酞溶液无现象,不能说明SO2无法漂白指示剂,故D错误。
8.D 解析金的活动性很弱,在自然界中以游离态存在,根据密度的不同,可以采用水洗法分离得到金单质,A正确;常温下,银在自然界中以化合态存在,对于银这种不活泼金属,可用加热Ag2O的方法冶炼,B正确;铁在自然界中以化合态存在,高温下可用CO还原Fe2O3制备单质铁,C正确;钠的化学性质很活泼,在自然界中以化合态存在,一般还原剂很难将其还原出来,所以用电解熔融NaCl的方法冶炼,D错误。
9.D 解析黑色固体与稀NaOH溶液反应没有气体生成,说明固体中不含金属铝,反应生成的溶液a可与CO2反应生成白色沉淀,说明固体中含有Al2O3,与NaOH溶液发生反应Al2O3+2OH-2Al+H2O,溶液a中含有NaAlO2。黑色固体与稀硫酸反应放出气体,说明固体中含有Fe,溶液b遇KSCN溶液不变色,说明溶液b中不含Fe3+。黑色固体中可能含有少量Fe3O4,溶于稀硫酸生成Fe2(SO4)3和FeSO4,而Fe又可与Fe2(SO4)3反应生成FeSO4,故D说法错误。
10.B 解析Na与水反应生成NaOH,NaOH与盐酸反应生成NaCl,电解熔融的NaCl可得金属钠,A正确;Al与氧气反应生成Al2O3,而Al2O3不能一步转化为Al(OH)3,B错误;Fe在氯气中燃烧生成FeCl3,FeCl3溶液与Fe反应生成FeCl2,FeCl2溶液与Zn反应可得Fe,C正确;Cu与浓硫酸加热反应生成CuSO4,CuSO4溶液与BaCl2溶液反应生成CuCl2,CuCl2溶液与Fe反应可得Cu,D正确。
11.D 解析无色的NO遇氧气生成红棕色气体NO2,Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO+O22NO2,故A正确;Ⅱ中现象说明Fe在浓硝酸中钝化,故B正确;铁被稀硝酸氧化生成硝酸铁,过量的铁把硝酸铁还原为硝酸亚铁,故C正确;硝酸越浓,氧化性越强,则浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,故D错误。
12.B 解析一水合氨为弱碱,应以化学式表示,则铁铵矾溶液与氨水混合反应:Fe3++3NH3 H2OFe(OH)3↓+,A不正确;向铁铵矾溶液中通入H2S气体,Fe3+将H2S氧化为S,Fe3+被还原为Fe2+,离子方程式为2Fe3+++S↓+2H+,B正确;在强碱溶液中,铁铵矾与次氯酸钠反应生成:3ClO-+2Fe3++10OH-2Fe+3Cl-+5H2O,另外还发生与OH-的反应,C不正确;向铁铵矾溶液中加入过量Ba(OH)2溶液:+Fe3++2S+2Ba2++4OH-Fe(OH)3↓+2BaSO4↓+NH3·H2O,D不正确。
13.B 解析高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯气,混有杂质HCl和水蒸气,饱和食盐水除去HCl,浓硫酸干燥氯气,氯气和铁粉在加热下反应生成FeCl3,其易升华,加热形成蒸气,在丙装置中冷凝收集氯化铁,由于氯化铁易水解,氯化钙作用是防止空气中水蒸气进入装置丙,NaOH溶液用于吸收有毒的尾气。高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯气,浓盐酸易挥发,氯气中混有杂质HCl和水蒸气,饱和食盐水除去HCl,浓硫酸干燥氯气,甲可制得纯净的Cl2,A正确;无论氯气是否足量,Fe与Cl2反应都只生成FeCl3,B错误;氯气和铁粉在加热下反应生成FeCl3,其易升华,加热形成蒸气,在装置丙中冷凝收集FeCl3,C正确;由于氯化铁易水解,氯化钙作用是防止空气中水蒸气进入装置丙,D正确。
14.答案 (1)Na、Fe、O (2)BaSO4 (3)Na2FeO4
(4)2Fe+3S+5H2O2Fe(OH)3↓+3S+4OH-
(5)Fe (6)不可行,过量的Fe将Fe3+还原成Fe2+
解析X由3种元素组成,焰色反应呈黄色,则X中含有Na元素;由X与足量氢氧化钠溶液反应生成红褐色固体A和紫色溶液A,红褐色固体A灼烧分解生成红棕色固体B可知,固体A为氢氧化铁、固体B为氧化铁、X中含有Fe元素;由固体B与Na2O在氧气气流中加热生成X可知,X中含有O元素,则固体X由Na、Fe、O3种元素组成;由题图可知,生成的不溶于酸的白色沉淀为硫酸钡,设溶液A中铁元素的化合价为+a价,由得失电子数目守恒可得×2×(a-3)=×(6-4),解得a=6,则A为Na2FeO4;设固体X中铁元素的化合价为+b价,由铁原子个数守恒可知,生成16.0g固体B的固体A的物质的量为×2=0.2mol,溶液A的物质的量为×2=0.1mol,由得失电子数目守恒可得
0.2mol×(b-3)=0.1mol×(6-b),解得b=4,则X为Na4FeO4。
(1)由分析可知,固体X由Na、Fe、O3种元素组成,化学式为Na4FeO4。
(2)由分析可知,白色沉淀的化学式为BaSO4。
(3)由分析可知,紫色溶液A中溶质的化学式为Na2FeO4。
(4)反应Ⅰ为高铁酸钠溶液与亚硫酸钠溶液发生氧化还原反应生成氢氧化铁沉淀、硫酸钠和氢氧化钠,反应的离子方程式为2Fe+3S+5H2O2Fe(OH)3↓+3S+4OH-。
(5)由氢气还原氧化铁生成的黑色粉末能被磁铁吸引可知,黑色粉末可能为铁或四氧化三铁或二者的混合物;由向黑色粉末中滴加盐酸,观察到有气泡产生可知,黑色粉末中一定含有金属铁。
(6)四氧化三铁与盐酸反应生成氯化铁、氯化亚铁和水,若黑色粉末只含有四氧化三铁,黑色粉末完全溶解后滴入硫氰化钾溶液,溶液会变为红色;因黑色粉末中含有铁,若铁不足量,不能使四氧化三铁生成的铁离子全部转化为亚铁离子,黑色粉末完全溶解后滴入硫氰化钾溶液,溶液会变为红色;若铁过量,使四氧化三铁中的铁离子全部转化为亚铁离子,黑色粉末完全溶解后滴入硫氰化钾溶液,溶液不会变为红色,无法判断是否含有四氧化三铁,则该实验方案设计不可行。
15.答案 (1)取少量酸溶Ⅰ的溶液,滴加几滴酸性KMnO4溶液,若紫色褪去,则含有Fe2+ (2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
(3)NaAlO2+CO2+2H2+Al(OH)3↓
(4)向滤液中滴加过量的NaOH溶液,过滤,用蒸馏水洗涤滤渣2~3次,向滤渣中加入稀硫酸至固体溶解为止,再加入足量的铁粉 (5)2∶1
解析酸溶Ⅰ:发生反应Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O,FeO+2H+Fe2++H2O,二氧化硅既不溶于硫酸溶液,也不与硫酸溶液反应,因此滤渣Ⅰ为SiO2;氧化:加入过氧化氢,将亚铁离子氧化成铁离子,其离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O;碱溶:氧化铝为两性氧化物,其离子方程式为Al2O3+2OH-2AlO+H2O,氧化铁、氧化亚铁不与NaOH溶液反应,滤渣Ⅱ为氧化铁、氧化亚铁;沉淀:通入过量CO2,发生反应AlO+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO。酸溶Ⅱ:氢氧化铝与硫酸反应生成硫酸铝;据此分析。
(1)检验Fe2+可以利用其还原性,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,具体操作是取少量酸溶Ⅰ的溶液,滴加几滴酸性KMnO4溶液,若紫色褪去,则含有Fe2+。
(2)根据上述分析,过氧化氢作氧化剂,将Fe2+氧化成Fe3+,氯水也具有强氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,其离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。
(3)根据上述分析,通入过量二氧化碳反应生成沉淀的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2ONaHCO3+Al(OH)3↓。
(4)加入足量的稀硫酸,Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O,Al2O3+6H+2Al3++3H2O,二氧化硅不反应,过滤除去,然后向滤液中加入过量的NaOH溶液,Fe3++3OH-Fe(OH)3↓、Al3++4OH-AlO+2H2O,过滤,用蒸馏水洗涤滤渣2~3次,将滤渣溶于稀硫酸中,直至固体完全溶解,得到硫酸铁溶液,再加足量的铁粉,即得到较纯净的硫酸亚铁溶液。
(5)加入足量H2SO4溶液,Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O,FeO+2H+Fe2++H2O,加入足量铜粉,Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+,令溶液体积为1L,n(Cu2+)=2mol,则消耗Fe3+物质的量为4mol,生成Fe2+物质的量为4mol,原固体中FeO物质的量为(7-4-2)mol=1mol,Fe3O4物质的量为2mol,n(Fe3O4)∶n(FeO)=2∶1。
16.答案(1)d (2)ab (3)FeCl3 2Fe3++Fe3Fe2+
(4)2Na+O2Na2O2 (5)羟基、·H
CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O 2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
解析(1)若X是O2、A是S,则B是SO2、C是SO3;若X是O2、A是N2,则B是NO、C是NO2;若X是O2、A是Na,则B是Na2O、C是Na2O2;若X是强氧化性单质,Mg在化合物中只显+2价,则A不可能是Mg。答案选d。
(2)若X为氢氧化钠溶液,A为AlCl3,则B为氢氧化铝沉淀,C为偏铝酸钠;若X为氢氧化钠溶液,A为CO2,则B为碳酸氢钠,C为碳酸钠;Mg与NaOH溶液不反应;氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,偏铝酸钠和NaOH不反应。因此答案选ab。
(3)若X是金属单质,则X是变价金属,X是Fe,A是Cl2,则B是FeCl3、C是FeCl2;FeCl2易被氧化,FeCl2溶液在储存时应加入少量Fe,理由是2Fe3++Fe3Fe2+。
(4)若A、B、C为含有同一金属元素的物质,X为气体单质,C为淡黄色粉末,则A是Na、X是O2,B是Na2O、C是Na2O2,Na与O2直接生成Na2O2的化学方程式为2Na+O2Na2O2。
(5)A与C在一定条件下反应生成具有浓郁香味的D,该反应为酯化反应,D属于酯类化合物。则A为醇,B为醛,C为羧酸,X为O2。A的摩尔质量为46g·mol-1,则A为CH3CH2OH,B为CH3CHO,C为CH3COOH,D为CH3COOC2H5。乙醇和乙酸的酯化反应为CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O,乙醇氧化生成乙醛的反应为2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O。
17.答案(1)加入少量KClO3,插入镁条并点燃 Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe Fe
(2)Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O、MgO+2HClMgCl2+H2O
(3)Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+2Fe3+3Fe2+
(4)0.67 mol·L-1 2.3 mol·L-1
解析(1)实验操作是加入少量KClO3,插入镁条并点燃。发生的反应为Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe,MgO与Al不能反应,所以产物中的单质B为Fe。
(2)Fe2O3和MgO都是碱性氧化物,能和酸反应生成盐和水。反应为Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O、MgO+2HClMgCl2+H2O。
(3)混合物中只有Fe2O3能和Al发生铝热反应,生成Fe单质。C溶液中有反应产生的FeCl3,还有未反应的HCl。发生的离子反应为Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+2Fe3+3Fe2+。
(4)设步骤②用去的20g固体中,MgO的物质的量为x,Fe2O3的物质的量为y,则40g·mol-1·x+160g·mol-1·y=20g。
发生的反应有MgO+2HClMgCl2+H2O;Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O。
因为步骤③中Fe有剩余,说明经此步骤HCl全部消耗了。步骤②剩余HCl的物质的量可根据步骤③中产生的气体确定为0.1mol,所以又有
2x+6y+0.1mol=0.9mol。
解得x=0.1mol,y=0.1mol。
根据MgO~MgCl2的关系,溶液中MgCl2的浓度为≈0.67mol·L-1。
步骤④说明溶液中没有Fe3+,也就是溶质为FeCl2和MgCl2。根据Cl-不变的关系,可知MgCl2和FeCl2的总的物质的量等于=0.45mol,所以氯化亚铁的物质的量浓度为≈2.3mol·L-1。专题9第二单元 第1课时 反应的合理选择
必备知识基础练
1.[2023江苏淮安马坝高中期中]铁是人类应用较早,当前应用量最大的金属元素。下列有关铁及其化合物的说法,正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.FeCl2溶液可用来腐蚀电路板
C.除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入铁粉,然后过滤
D.Fe3+与KSCN产生血红色沉淀
2.[2023天津河东区期末]将下列四种铁的化合物溶于稀盐酸,滴加KSCN溶液没有颜色变化,再加入氯水即可显红色的是( )
A.FeO B.Fe2O3
C.FeCl3 D.Fe(OH)3
3.[2023福建泉州期中]实验室有一瓶购置时间较长的绿矾(FeSO4·7H2O),老师将其交给化学研究小组检验该药品是否变质。这位同学取绿矾做了简单的检验,得出的结论是已经开始变质。该同学所用的试剂和现象是( )
选项 A B C D
试剂 氯水 氢氧化钠溶液 高锰酸钾溶液 KSCN溶液
现象 出现黄褐色 先生成白色沉淀,最后转化成红褐色沉淀 紫红色褪去 有较浅的血红色
4.已知下述三个实验均能发生化学反应:
序号 ① ② ③
实验 将铁钉放入硫酸铜溶液中 向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水 将铜丝放入氯化铁溶液中
下列判断正确的是( )
A.实验①中铁钉只作还原剂
B.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性
C.实验③中发生的是置换反应
D.上述实验证明氧化性:Fe3+>Fe2+>Cu2+
5.下列物质反应后一定有+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 ③FeCl2溶液中通入少量Cl2 ④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A.只有① B.只有①③
C.只有②③ D.全部
6.把铁粉、铜粉置于FeCl3溶液中,充分反应后加入KSCN溶液不显血红色,下列情况不能成立的是( )
A.铁不剩余,铜剩余 B.铁、铜均剩余
C.铁剩余,含Cu2+ D.铜剩余,含Fe2+
7.[2023江苏宿迁北附同文实验学校月考]要除去FeCl3溶液中少量的FeCl2,可行的方法是( )
A.滴入KSCN溶液
B.通入氯气
C.加入适量铜粉并过滤
D.加入适量铁粉并过滤
8.[2023福建三明一中期中]电子工业上常用氯化铁溶液作印刷电路铜板的腐蚀液,使用过的腐蚀废液中的金属离子主要有Fe3+、F和Cu2+。化学兴趣小组设计如下流程对废液进行处理并回收氯化铁溶液。
(1)步骤(Ⅰ)中加入H2O2溶液的目的是将F (填“氧化”或“还原”)成Fe3+;取少量溶液A于试管中,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液显 (填“血红色”或“蓝色”)。
(2)步骤(Ⅱ)中分离溶液B和沉淀的操作名称是 ;所需用到的玻璃仪器有烧杯、普通漏斗和 。滤液B中的阳离子除了H+外,主要还有 。
(3)写出步骤(Ⅲ)中Fe(OH)3与稀盐酸反应的离子方程式: 。
关键能力提升练
9.[2023天津新华中学期末]只用一种试剂就可将AgNO3、KSCN、稀H2SO4、NaOH四种无色溶液区分开,该试剂是( )
A.BaCl2溶液 B.CuCl2溶液
C.FeCl3溶液 D.FeCl2溶液
10.[2023江苏扬州统考期中]常温下,在Fe(NO3)2溶液中滴加少量稀盐酸,溶液变为浅黄色。下列有关推断错误的是( )
A.Fe3+、Cl-、N能大量共存
B.在上述浅黄色溶液中滴加少量KMnO4溶液,紫色褪去,证明Fe2+有剩余
C.在上述浅黄色溶液中滴加少量KSCN溶液,溶液为血红色
D.在Fe(NO3)2溶液中滴加稀盐酸时反应的离子方程式:3Fe2++4H++N3Fe3++2H2O+NO↑
11.[2023浙江温州期中]某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4和较多的Cu2+。为减少污染并变废为宝,工厂计划从该废水中回收金属Cu和硫酸亚铁晶体,流程如下:
下列说法不正确的是( )
A.检验硫酸亚铁晶体中的金属阳离子时,滴加的试剂依次是KSCN溶液、氯水
B.试剂A为铁粉,试剂B可能是稀硫酸
C.操作Ⅱ是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥
D.溶液Z中的离子只有Fe2+、S
12.硫酸亚铁是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图所示),下列说法错误的是( )
A.碱式硫酸铁中铁元素为+3价
B.为防止NH4HCO3分解,生产FeCO3需在较低温度下进行
C.可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被完全氧化
D.(NH4)2Fe(SO4)2溶解度受温度的影响较大
13.[2023江苏镇江统考期末]室温下,根据下列实验操作和现象能得到相应正确实验结论的是( )
选项 实验操作和现象 实验结论
A 向FeCl2溶液中滴加KSCN溶液,无现象,再加入过量氯水,振荡,溶液不变红 Fe2+未被氯水氧化
B 将生锈的铁钉溶于过量的稀H2SO4,向所得溶液中滴加酸性KMnO4溶液,振荡,紫红色褪去 生锈的铁钉中含有+2价的铁
C 向5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液中加入1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,再加入2mL CCl4,振荡、静置。向上层溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液变红 Fe3+与I-所发生的反应为可逆反应
D 向试管中加入4 mL淀粉溶液,滴入少量20%的硫酸溶液,煮沸4~5分钟,冷却后加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热,未出现砖红色沉淀 淀粉没有水解
14.[2023江苏连云港海头高级中学阶段练习]铁、铜混合粉末12.0 g加入100 mL 3.0 mol·FeCl3溶液中,充分反应后,剩余固体的质量为2.8 g。下列说法正确的是( )
A.剩余固体是铁、铜混合物
B.原固体混合物中铜的质量是9.6 g
C.反应后溶液中n(Fe3+)=0.10 mol
D.反应后溶液中n(Fe2+)+ n(Cu2+)=0.45 mol
15.[2023江苏盐城统考期中]将1 mol L-1的稀硫酸加入含有氧化铁的铁屑中,当固体混合物恰好完全溶解时,消耗稀硫酸300 mL,同时收集到标准状况下的气体3.36 L,往溶解的溶液中滴加几滴KSCN溶液,无明显现象。则混合物中铁单质与氧化铁的物质的量之比约为( )
A.4∶1 B.3∶2 C.1∶1 D.2∶1
16.[2023江苏常州统考期中]铁元素的常见价态有+2、+3价,实验室可用赤血盐}溶液检验Fe2+,黄血盐}溶液检验Fe3+。硫铁矿烧渣中含有大量Fe2O3,工业上常用于制取绿矾(FeSO4·7H2O)。由硫铁矿烧渣(主要含Fe2O3、Al2O3、SiO2)制取绿矾的流程如下:
下列有关说法不正确的是( )
A.“酸溶”时先将烧渣粉碎并不断搅拌,可提高铁元素的浸出率
B.“反应”时发生的主要反应为2Fe3+
C.“检验”时可用K4[Fe(CN)6]溶液检验上一步“反应”是否进行完全
D.将第二次“过滤”所得滤液加热,经蒸发结晶可以制得绿矾
17.[2023江苏南通期末]据史料记载,我国在明代就有了利用绿矾和硝酸钾制备硝酸的工艺,其主要流程如图所示。已知“煅烧”后产生SO2、SO3和H2O三种气体。
下列说法不正确的是( )
A.FeSO4·7H2O中既含有离子键也含有共价键
B.将烧渣溶于硫酸后加入KSCN可判断煅烧是否完全
C.“吸收”过程中发生的氧化还原反应为2SO2+2H2O+O22H2SO4
D.加入硝酸钾制得硝酸是因为硫酸的沸点高于硝酸
18.[2023江苏镇江中学阶段练习]以铁屑(表面含少量Fe2O3)为原料先制备FeC2O4·2H2O,再通过灼烧、还原制备高纯度还原铁粉的工艺流程如下:
(1)酸溶。将铁屑溶于足量的稀H2SO4中过滤,所得溶液经检验不含Fe3+。检验酸溶后的溶液不含Fe3+的实验操作是
。
(2)沉淀、过滤。向酸溶后的溶液中滴加稍过量的H2C2O4,过滤得FeC2O4·2H2O。沉淀中FeC2O4·2H2O含量的测定可用酸性KMnO4标准液滴定,完全反应时,FeC2O4·2H2O中的Fe2+被酸性KMnO4氧化生成Fe3+,并有气体产生,发生反应的离子方程式为 。
(3)灼烧。在氧气流中灼烧FeC2O4·2H2O得Fe2O3、CO2。灼烧时发生反应的化学方程式为
。
(4)二氧化锰是电池工业的一种非常重要的原料。含纳米Al2O3颗粒的酸性MnSO4溶液可以制备掺铝二氧化锰。悬浮纳米Al2O3颗粒会在电场作用下向电极移动,与生成的MnO2共沉淀。
①写出生成MnO2的电极反应式:
。
②电解液中纳米Al2O3颗粒表面所带电荷的电性为 。
③测定软锰矿中MnO2含量的方法如下。
步骤一:称取0.150 0 g软锰矿样品于碘量瓶中,加适量硫酸及足量碘化钾溶液充分反应。
步骤二:待反应完全后加入少量淀粉溶液,用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液22.00 mL,计算软锰矿中MnO2的质量分数: 。(已知:I2+S2I-+S4)
19.同学们用如下实验探究F、F的性质。请回答下列问题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是 。
(2)甲同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴新制氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变血红色,说明Cl2可将F氧化。FeCl2溶液与新制氯水反应的离子方程式为 。
(3)乙同学认为甲同学的实验不够严谨,该同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入1滴KSCN溶液和几滴新制氯水,溶液变血红色,煤油的作用是 。
(4)丙同学取10 mL 0.1 mol· KI溶液,加入6 mL 0.1 mol· FeCl3溶液混合。取2 mL此溶液于试管中,加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色,发生反应的离子方程式为 。
(5)丁同学向盛有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 。
学科素养创新练
20.[2023江苏南通统考期末]通过下列实验探究SO2与Fe3+的反应。将过量的SO2通入FeCl3溶液后,将溶液分为3份并进行以下实验。
实验1:第一份溶液中加入少量KMnO4溶液,溶液紫红色褪去
实验2:第二份溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀
实验3:第三份溶液中加入稀盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉淀
下列说法正确的是( )
A.“实验1”中使KMnO4溶液褪色的一定是Fe2+
B.“实验2”说明溶液中含有Fe2+,一定不含Fe3+
C.“实验3”中产生的白色沉淀是BaSO3
D.SO2与Fe3+反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O2Fe2+++4H+
21.[2023河北石家庄二中期末]铁是人体必需的微量元素,严重缺铁时需要服用补铁剂。某化学实验小组为研究某补铁剂中铁元素的价态及其含量,设计并进行了如下实验:
[查阅资料]
①该补铁剂不溶于水,但能溶于人体中的胃液(含盐酸)。
②KSCN中的硫元素为-2价。
③K3[Fe(CN)6]与Fe2+会产生蓝色沉淀。
实验一:检验该补铁剂中铁元素的价态。
(1)已知甲同学为了检验药品中Fe2+的存在。将药物碾碎、水溶后过滤。取少量所得滤液于试管中,加入K3[Fe(CN)6]溶液,未出现明显现象,其主要原因为 。
改进后进行如下操作:
1片
补铁剂接近无色
的溶液①
浅红色
溶液②深红色溶液③,又迅
速变为无色溶液④
(2)试剂1是 , 试剂2是 。
(3)加入试剂2后溶液变为浅红色,说明溶液①中含有 。
(4)能证明溶液①中含有Fe2+的实验现象是 。
(5)甲同学猜测深红色溶液③迅速变为无色溶液④的原因可能是溶液中的SCN-与H2O2发生了化学反应。
a.甲同学猜测的依据是
。
b.乙同学通过实验证实了甲同学的猜测,其实验方案及现象是
。
实验二:测定该补铁剂中铁元素的含量。
m片
补铁剂
接近无色
的溶液红褐色
沉淀红棕色
固体a g
(6)计算每片该补铁剂含铁元素的质量: g。
(7)人体只能吸收Fe2+,医生建议在服用该补铁剂时,同时服用维生素C,理由是
。
第二单元 探究铁及其化合物的转化
第1课时 反应的合理选择
1.C 解析 用于炼铁的主要有磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)和菱铁矿(FeCO3),故A错误;氯化铁和铜生成氯化亚铁和氯化铜,故FeCl3溶液可用来腐蚀电路板,故B错误;加入过量Fe单质除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质,化学方程式为2FeCl3+Fe3FeCl2,故C正确;Fe3+与KSCN溶液产生红色的络合物,这种络合物是溶于水的,产生红色溶液,故D错误。
2.A 解析 FeO与稀盐酸反应生成氯化亚铁,氯化亚铁与KSCN不反应,加入氯水后氯化亚铁被氧化成氯化铁,三价铁遇KSCN变红色,A符合题意;Fe2O3与稀盐酸反应生成氯化铁,滴加KSCN溶液变红色,B不符合题意;FeCl3溶于稀盐酸,电离出三价铁离子,滴加KSCN溶液变红色,C不符合题意;Fe(OH)3与稀盐酸反应生成氯化铁,滴加KSCN溶液变红色,D不符合题意。
3.D 解析 氯水能将亚铁离子氧化成铁离子,即使硫酸亚铁未变质,加入氯水后也会出现黄褐色,A错误;亚铁离子能与氢氧根离子反应,先生成氢氧化亚铁白色沉淀,随后氢氧化亚铁被氧化成氢氧化铁,沉淀变为红褐色,即使硫酸亚铁没有变质也是这个实验现象,B错误;高锰酸钾可氧化亚铁离子,自身紫红色褪去,即使硫酸亚铁没有变质也是这个实验现象,C错误;只含亚铁离子的溶液中加入KSCN无明显变化,含有铁离子的溶液中加入KSCN会出现血红色,现有较浅的血红色,说明部分亚铁离子变质生成铁离子,D正确。
4.A 解析 实验①中铁钉作还原剂,氧化性Cu2+>Fe2+;实验②中Fe2+只表现还原性;实验③中反应为2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2不是置换反应,分析可知氧化性:Fe3+>Cu2+。综上可知氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+,故A正确,B、C、D错误。
5.B 解析 ①中的Cl2氧化性强,它能将铁氧化为+3价,由于不是在溶液中反应,因此过量的铁不会将氯化铁还原。②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2+。③溶液中Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+。④中Fe2O3与盐酸反应生成FeCl3,Fe可与盐酸生成FeCl2,也可与FeCl3反应,若铁是足量的,则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。
6.C 解析 铁还原性大于铜,铜有剩余,铁可能不剩余,溶液中不会存在Fe3+,故A不符合题意;铁过量,会出现铁、铜均剩余,溶液中不存在Fe3+,故B不符合题意;若是铁剩余,溶液中一定不含Cu2+,不能成立,故C符合题意;铜有剩余,不会存在Fe3+,但是溶液中一定有Fe2+,故D不符合题意。
7.B 解析 KSCN与氯化铁溶液发生反应,不与氯化亚铁反应,A错误;氯气能将氯化亚铁氧化为氯化铁,B正确;铜粉能与氯化铁反应生成氯化亚铁,C错误;铁粉能与氯化铁反应生成氯化亚铁,D错误。
8.答案(1)氧化 血红色 (2)过滤 玻璃棒 Cu2+ (3)Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
解析 (1)过氧化氢具有强氧化性,步骤(Ⅰ)中加入H2O2溶液的目的是将F氧化成Fe3+;取少量溶液A于试管中,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液显血红色。
(2)分离固体和液体,为过滤操作,步骤(Ⅱ)中分离溶液B和沉淀的操作名称是过滤;所需用到的玻璃仪器有烧杯、普通漏斗和玻璃棒。滤液B中的阳离子除了H+外,主要还有Cu2+。
(3)步骤(Ⅲ)中Fe(OH)3与稀盐酸反应生成氯化铁和水。
9.C 解析 加入BaCl2溶液不能检验AgNO3和H2SO4,二者都生成沉淀,也不能检验KSCN和NaOH,与二者都不反应,A不符合;加入CuCl2溶液,硝酸银产生白色沉淀,与氢氧化钠反应生成蓝色沉淀,与KSCN、稀硫酸均不反应,不能检验,B不符合;加入FeCl3溶液,AgNO3溶液生成白色沉淀,KSCN溶液变为血红色,稀H2SO4无现象,NaOH溶液生成红褐色沉淀,可鉴别,C符合;加入FeCl2溶液,硝酸银产生白色沉淀,与氢氧化钠反应生成白色沉淀,且迅速变为灰绿色最终变为红褐色沉淀,与KSCN、稀硫酸均不反应,不能检验,D不符合。
10.B 解析 Fe3+、Cl-、NO三者不反应,能大量共存,故A正确;在上述浅黄色溶液中滴加少量KMnO4溶液,紫色褪去,可能是由于高锰酸根在酸性条件下与氯离子反应,不能证明Fe2+有剩余,故B错误;溶液为浅黄色,生成了铁离子,在上述浅黄色溶液中滴加少量KSCN溶液,溶液为血红色,故C正确;在溶液中滴加稀盐酸时反应生成铁离子、一氧化氮和水,其反应的离子方程式:3Fe2++4H++N3Fe3++2H2O+NO↑,故D正确。
11.D 解析 工业废水中含有大量的FeSO4和较多的Cu2+,向溶液中加入过量铁粉,充分反应生成铜和亚铁离子,还有未反应的铁粉,过滤,向固体中加入稀硫酸,铁粉溶解,铜不溶解,过滤,将滤液混合,经过一系列操作得到硫酸亚铁晶体。检验硫酸亚铁晶体中的金属阳离子(亚铁离子)时,滴加的试剂依次是KSCN溶液、氯水,先滴加KSCN溶液,无现象,再滴加氯水,溶液出现红色,则证明含有亚铁离子,A正确;试剂A为铁粉,铁和铜离子反应生成亚铁离子和铜单质,试剂B可能是稀硫酸,稀硫酸和过量铁粉反应生成硫酸亚铁和氢气,铜不与稀硫酸反应,B正确;操作Ⅱ是从溶液中得到晶体,一系列操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥,C正确;工厂废水可能含有其他离子,溶液Z中的离子含有Fe2+、S,可能含有H+或其他离子,D错误。
12.C 解析 根据化合物中元素化合价代数和为0,结合物质化学式可知,在碱式硫酸铁中铁元素为+3价,A正确;NH4HCO3不稳定,受热易分解产生氨气、水和二氧化碳,为防止 NH4HCO3分解,生产FeCO3需在较低温度下进行,B正确;检验硫酸亚铁铵是否被完全氧化,就需要检验是否含有Fe2+,KSCN溶液只能用于检验Fe3+,而无法检验Fe2+,C错误;FeSO4与(NH4)2SO4的混合溶液冷却结晶可以得到硫酸亚铁铵,说明其溶解度随温度降低会大幅度减小,即溶解度受温度的影响较大,D正确。
13.C 解析 氯水过量,亚铁离子被氧化成铁离子,KSCN被氯水氧化成了KCl和(SCN)2,导致不变红,A错误;+2价的铁可能是因为单质铁和三价铁反应生成,而不是生锈的铁钉里有+2价的铁,B错误;碘离子过量,如果不是可逆反应,铁离子会完全反应,滴入KSCN发现其变红,证明铁离子仍然存在,即两者的反应是可逆反应,C正确;与新制氢氧化铜的反应必须在碱性环境中进行,D错误。
14.D 解析 因为有固体剩余,所以FeCl3全部消耗,所以消耗的n(Fe3+)=0.3mol,设反应消耗的铁为xmol,反应消耗的铜为ymol,则可列方程组:,解得;铁比铜活泼,铁首先反应,然后铜反应,因为铜已开始消耗,所以剩余固体为铜,故A错误;因为消耗的铜为0.1mol,质量为6.4g,再加上剩余的2.8g铜,原固体混合物中铜的质量是9.2g,故B错误;铜会和铁离子反应生成亚铁离子、铜离子,铜过量,故反应后溶液中没有Fe3+,故C错误;因为反应后溶液溶质为FeCl2和CuCl2,所以2[n(Fe2+)+n(Cu2+)]=n(Cl-)=0.3×3mol,故n(Fe2+)+n(Cu2+)=0.45mol,故D正确。
15.A 解析 根据题意说明溶液中为亚铁离子,产生标准状况下的气体3.36L即0.15mol氢气,根据质量守恒得到n(FeSO4)=n(H2SO4)=1mol L-1×0.3L=0.3mol,根据Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,有0.15molFe与稀硫酸反应生成氢气和0.15molFeSO4,则Fe+Fe2(SO4)33FeSO4反应中生成FeSO4物质的量为0.15mol,则消耗0.05molFe和0.05molFe2(SO4)3,根据Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O,说明有0.05molFe2O3被消耗,则混合物中铁单质与氧化铁的物质的量之比为(0.15mol+0.05mol)∶0.05mol=4∶1,故A符合题意。
16.D 解析 硫铁矿烧渣酸溶后过滤,滤渣为SiO2,滤液中含Fe3+、Al3+,加过量铁粉后铁离子被还原为亚铁离子,下一步用黄血盐溶液检验Fe3+是否有剩余,再加NaOH溶液调pH值,将Al3+转化为Al(OH)3沉淀,过滤后的溶液经过蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥,得到绿矾晶体。“酸溶”时先将烧渣粉碎并不断搅拌,可提高铁元素的浸出率,A正确;“反应”时加过量铁粉后铁离子被还原为亚铁离子,发生的主要反应为2Fe3+,B正确;根据分析,用黄血盐溶液检验Fe3+是否有剩余,C正确;绿矾晶体含结晶水,故根据分析,将第二次“过滤”所得滤液经过冷却结晶可以制得绿矾,D错误。
17. B 解析 绿矾煅烧得到氧化铁和SO2、SO3、H2O,二氧化硫被氧气氧化、被水吸收得到硫酸,加入硝酸钾得到硫酸钾和硝酸,蒸馏得到硝酸。FeSO4·7H2O中亚铁离子与硫酸根离子形成离子键,S与O、O与H之间形成共价键,则既含有离子键也含有共价键,故A正确;将烧渣溶于硫酸后加入KSCN可检验铁离子,不能检验亚铁离子,则不能判断煅烧是否完全,故B错误;“吸收”过程中二氧化硫被氧化,则发生的氧化还原反应为2SO2+2H2O+O22H2SO4,故C正确;因硫酸难挥发,硝酸易挥发,则加入硝酸钾制得硝酸是因为硫酸的沸点高于硝酸,故D正确。
18.答案 (1)取样,滴加KSCN溶液,无血红色出现,则无Fe3+
(2)5FeC2O4·2H2O+3Mn+24H+5Fe3++3Mn2++10CO2↑+22H2O
(3)3O2+4FeC2O4·2H2O2Fe2O3+8CO2+8H2O
(4)①Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+ ②负 ③63.8%
解析 由工艺流程分析可知,铁屑酸溶后加入稍过量的H2C2O4溶液,得到含FeC2O4·2H2O的混合溶液,再经过过滤、洗涤、干燥得到FeC2O4·2H2O,将FeC2O4·2H2O在O2气流中灼烧得到Fe2O3,最后还原得到Fe单质,据此结合已知信息分析解答。
(1)可用KSCN溶液检验溶液中是否含Fe3+。则检验酸溶后的溶液是否含Fe3+的实验操作是取少量酸溶后的溶液,滴加KSCN溶液,若溶液不变血红色,则不含Fe3+。
(2)根据题意二价铁可以被酸性高锰酸钾氧化为三价铁,本身被还原为锰离子,同时草酸根离子被氧化为二氧化碳,方程式为5FeC2O4·2H2O+3Mn+24H+5Fe3++3Mn2++10CO2↑+22H2O。
(3)在氧气流中灼烧FeC2O4·2H2O得Fe2O3、CO2。按得失电子数守恒、元素质量守恒,灼烧时发生反应的化学方程式为4FeC2O4·2H2O+3O22Fe2O3+8CO2+8H2O。
(4)①酸性MnSO4溶液被氧化为二氧化锰,可得电极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+。②二氧化锰在阳极产生,电解池中阴离子移向阳极,悬浮纳米Al2O3颗粒会在电场作用下向电极移动,与生成的MnO2共沉淀,故电解液中纳米Al2O3颗粒表面所带电荷的电性为负。③二氧化锰与KI的反应为MnO2+4H++2I-Mn2++I2+2H2O,且Na2S2O3与I2的反应为I2+2S22I-+S4,由关系式可知MnO2~I2~2S2,n=0.1×22×10-3×mol=1.1×10-3mol,故软锰矿中MnO2的质量分数为×100%=63.8%。
19.答案 (1)防止F被氧化 (2)2F+Cl22F+2Cl- (3)隔绝空气(或排除氧气对实验的影响) (4)2F+2I-2F(5)H2O2+2F+2H+2F+2H2O
解析 (1)铁和氯化铁反应生成氯化亚铁,在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是防止氯化亚铁被氧化。
(2)氯气具有氧化性,能将氯化亚铁氧化为氯化铁,反应的离子方程式为2F+Cl22F+2Cl-。
(3)煤油不溶于水,密度比水小,分层后可以隔离溶液与空气,排除氧气对实验的影响。
(4)CCl4层显紫色说明有单质碘生成,发生反应的离子方程式为2F+2I-2F+I2。
(5)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,说明过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子,反应的离子方程式为H2O2+2F+2H+2F+2H2O。
20.D 解析 二氧化硫能与高锰酸钾发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色,故第一份溶液中加入少量KMnO4溶液,溶液紫红色褪去,不一定是Fe2+,A错误;第二份溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明该溶液中含有Fe2+,但不能确定是否含有Fe3+,B错误;第三份溶液中加入用稀盐酸酸化的BaCl2,产生白色沉淀,说明有生成,产生的白色沉淀是BaSO4,C错误;根据实验现象可知,具有还原性的SO2与具有氧化性的FeCl3发生氧化还原反应,根据质量守恒和电子转移守恒,SO2与FeCl3溶液的离子方程式为 2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++4H++,D正确。
21.答案 (1)该补铁剂不溶于水 (2)稀盐酸 KSCN溶液
(3)铁离子(或F) (4)加入过氧化氢溶液后,溶液②变为深红色 (5)a.KSCN中的硫元素为-2价,具有还原性,过氧化氢具有氧化性,两者会发生反应导致SCN-被消耗 b.取少量的无色溶液④,滴加KSCN溶液,溶液变红色 (6) (7)亚铁离子容易被氧化,而维生素C具有还原性,可以防止Fe2+被氧化
解析 (1)甲同学将药物碾碎、水溶后过滤。少量滤液中加入K3[Fe(CN)6]溶液未出现明显现象,主要原因为该补铁剂不溶于水。
(2)根据资料①知,试剂1是稀盐酸。铁离子能和KSCN溶液反应使溶液变红色,而亚铁离子不行,过氧化氢具有强氧化性能将亚铁离子氧化为铁离子,结合实验流程可知,试剂2是KSCN溶液。
(3)Fe3+遇KSCN溶液变红,加入试剂2后溶液变为浅红色,说明溶液①中含有铁离子(或F)。
(4)能证明溶液①中含有Fe2+的实验现象是加入过氧化氢溶液后,溶液②变为深红色,说明亚铁离子被氧化生成了更多的铁离子,Fe2+与H2O2发生反应的离子方程式为2H++2Fe2++H2O22Fe3++2H2O。
(5)甲同学猜测深红色溶液③迅速变为无色溶液④的原因可能是溶液中的SCN-与H2O2发生了化学反应。a. 甲同学猜测的依据是KSCN中的硫元素为-2价,具有还原性,过氧化氢具有氧化性,两者会发生反应导致SCN-被消耗,所以溶液褪色。b. 由于SCN-被消耗,溶液变无色,故乙同学通过实验要证实甲同学的猜测,其实验方案及现象是取少量的无色溶液④,滴加KSCN溶液,溶液变红色,证明甲同学的猜测正确。
(6)根据铁元素守恒,m片补铁剂中铁元素质量等于ag氧化铁中铁元素的质量,为g,则每片该补铁剂含铁元素的质量为g。
(7)人体只能吸收Fe2+,医生建议在服用该补铁剂时,同时服用维生素C,理由是亚铁离子容易被氧化,而维生素C具有还原性,可以防止Fe2+被氧化。专题9第二单元 第2课时 反应条件的控制
必备知识基础练
1.[2023四川成都期末]下图是物质间发生化学反应的颜色变化,下表选项中的物质对应正确的是( )
选项 M N P Q
A NH3·H2O Ba(OH)2 铜 石蕊溶液
B Na BaCl2 FeO KSCN
C NaOH Ba 锌粉 KSCN
D Na2O2 MgCl2 Fe 石蕊溶液
2.[2023天津四十七中期末]下列说法正确的是( )
A.FeCl2不能通过化合反应制得
B.Fe(OH)3只能由可溶性铁盐和碱通过复分解反应制得
C.溶液中加入NaOH溶液,生成红褐色沉淀,则溶液中一定含有Fe2+
D.除去FeCl2溶液中少量的CuCl2杂质,可向溶液中加入过量铁粉,然后过滤
3.[2023河北石家庄精英中学月考]已知密度>ρ苯,下列实验操作能够制取Fe(OH)2并能较长时间观察到白色沉淀的是( )
A B
C D
4.[2023江苏徐州统考期末]如图为铁元素的价-类二维图,下列说法正确的是 ( )
A.铁在高温下与水蒸气反应能实现转化①
B.FeO是一种红棕色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②
C.由图可预测高铁酸根()具有强还原性,可用于自来水消毒
D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加盐酸溶解可实现转化③
5.[2023四川资中二中月考]现有金属单质A、B和气体甲、乙、丙以及物质C、D、E、F,它们之间能发生如图反应(图中有些反应的产物和反应条件没有标出)。
请回答下列问题。
(1)写出下列反应的离子方程式:
① ;
④ ;
⑤ 。
(2)写出③化学方程式: 。
(3)欲证明物质F中阳离子,需要滴加KSCN溶液,则溶液变成 色,反应的离子方程式为 。
(4)鉴定物质E中所含阳离子,取溶液于试管中,需加入的试剂是 (填字母)。
A.碘水 B.氯水
C.Na2SO3溶液 D.KSCN溶液
关键能力提升练
6.[2023江苏镇江丹阳高级中学校考阶段练习]实验室用Fe粉、试剂X、NaOH溶液配制能较长时间内稳定存在的Fe(OH)2,制备装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.NaOH溶液应置于装置Ⅰ中
B.实验后期要打开止水夹
C.装置Ⅱ中发生的反应是Fe2++2OH-Fe(OH)2↓
D.试剂X可以是稀硫酸或CuSO4溶液
7.[2023江苏南京师范大学附属扬子中学校联考阶段练习]下列实验装置和操作能达到实验目的的是( )
A.制备Fe(OH)3胶体 B.观察Fe(OH)2的生成 C.析出NaHCO3 D.除去Cl2中少量HCl
8.[2023广东广州真光中学期末]已知:①绿茶中含有大量的鞣酸;②鞣酸亚铁溶液为无色,鞣酸铁溶液为蓝黑色,根据如图所示的实验流程分析,下列叙述不正确的是( )
绿茶叶水蓝黑色恢复原色不变色变为血红色
A.绿茶叶水与FeSO4反应生成的鞣酸亚铁易被氧化成鞣酸铁而呈蓝黑色
B.维生素C可将鞣酸铁还原成鞣酸亚铁
C.④中H2O2氧化Fe2+为Fe3+
D.服用补铁剂时,最好喝一些绿茶水
9.[2023湖北恩施期末]某同学用KSCN溶液和FeCl2溶液探究Fe2+的还原性时出现异常现象,实验如下:
① ② ③
溶液变红,大约10秒左右血红色褪去,有气体生成(经检验为O2) 溶液变红且不褪色,有气体生成(经检验为O2),经检验有丁达尔现象 溶液变红且不褪色,滴加盐酸和BaCl2溶液,无白色沉淀,经检验无丁达尔现象
下列说法不正确的是( )
A.上述实验说明强酸性条件下O2不可以氧化SCN-
B.取①中褪色后溶液,滴加盐酸和BaCl2溶液,有白色沉淀产生
C.实验②中发生的氧化还原反应只有两种
D.③中发生的氧化还原反应为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O
10.Ⅰ.[2023广东广州二中月考]碳酸亚铁可用于治疗缺铁性贫血。实验室可由硫酸亚铁与碳酸氢铵反应制取(Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O),部分实验装置如下图所示(部分夹持仪器略去)。回答下列问题:
(1)配制溶液所用的蒸馏水必须先除去溶解的氧气,操作方法是 。
(2)装置A中发生反应的离子方程式为 。
(3)实验开始时,先打开K1和K3一段时间,目的是 。将生成的FeSO4溶液与NH4HCO3溶液混合的操作是
。
Ⅱ.[2023江苏南通期末]K3[Fe(C2O4)3]·3H2O (三草酸合铁酸钾,摩尔质量为491 g· mol-1,Fe为+3价)是一种光敏材料,在隔绝空气条件下受热分解为K2CO3和X(Fe、FeO或Fe3O4中的一种)固体混合物。
为验证固体混合物中存在K2CO3并检验X的成分,现进行如下实验:向固体中加水,充分搅拌后过滤,得滤液和滤渣……
(4)验证K2CO3存在的实验方案是
。
(5)检验X的成分的实验方案是
。
11.[2023北京延庆期末]电子工业中,常用FeCl3溶液腐蚀铜(原理为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+)制造印刷线路板。为了从腐蚀废液中回收铜并重新得到FeCl3溶液,可以采用下列步骤:
(1)上述过程中属于过滤操作的有 (填序号)。
(2)加入物质A生成单质Cu的离子方程式是 。
(3)滤渣为混合物,物质B是 (用化学式表示),作用是 。
(4)写出③中通入Cl2反应的离子方程式: 。
(5)检验FeCl3溶液中所含金属离子的实验操作和现象为 。
(6)若加入A的物质的量为a mol,整个操作过程中生成H2的物质的量为b mol,若不考虑空气中氧气参与反应,请计算③至少消耗Cl2的物质的量: mol。(用含a、b的代数式表示)
12.[2023福建龙岩期末]某实验小组为了探究铁及其化合物的有关性质设计了如下实验。
现象Ⅱ:生成白色沉淀,3 min后沉淀基本变为红褐色
现象Ⅲ:生成白色沉淀,3 min后沉淀颜色几乎不变
(1)实验Ⅰ中的现象为 ,该现象说明Fe3+具有 性。
(2)用化学方程式表示“现象Ⅱ”中沉淀由白色变为红褐色的原因: 。
(3)探究“现象Ⅲ”中白色沉淀的组成。
①查阅资料发现Fe在水中不存在,由此对沉淀的组成作如下假设。
假设a:依据NaHCO3溶液呈碱性,推测沉淀可能为 (填化学式);
假设b:依据NaHCO3溶液中存在的微粒,推测沉淀还可能为 (填化学式);
②验证上述假设的实验过程及现象如下,说明假设 (填“a”或“b”)正确。
ⅰ.将白色沉淀进行充分洗涤后加入稀硫酸,沉淀完全溶解并产生无色气泡;
ⅱ.向ⅰ所得溶液中滴入KSCN试剂,溶液不变红;
ⅲ.向ⅱ所得溶液中再滴入少量新制氯水,溶液立即变为血红色。
③实验小组发现,若将白色沉淀在空气中久置,最终也会变为红褐色。
(4)为探究溶液酸碱性对Fe2+还原性的影响,对比实验Ⅱ,设计了下图所示实验Ⅳ。
现象Ⅳ:溶液略显血红色,3 min后溶液颜色没有明显变深。
根据实验Ⅰ~Ⅳ,避免Fe2+被空气氧化的措施有 (写两条)。
学科素养创新练
13.[2023吉林联考]氢氧化亚铁制备实验是高中化学中的重要演示实验之一。某化学课外小组对氢氧化亚铁的制备作了大量研究,对制备中产生的绿色物质的成分进行了探究。
Ⅰ.学习小组用如下实验装置配制NaOH溶液和FeSO4溶液,所用蒸馏水均先煮沸再冷却,FeSO4溶液中加入维生素C和稀硫酸。
实验一:
编号 实验操作 实验现象
方法一 在注射器A中吸入4 mL 0.5 mol·L-1 FeSO4溶液,通过注射器B缓慢推入1 mL 1 mol·L-1NaOH溶液,得沉淀a 生成灰白色沉淀(存在时间比方法二的长),20秒后表面有少许灰绿色固体
方法二 在注射器A中吸入4 mL 1 mol·L-1NaOH溶液,通过注射器B缓慢推入1 mL 0.5 mol·L-1 FeSO4溶液,得沉淀b 生成灰白色沉淀(存在时间很短),20秒后颜色加深至灰绿色
(1)FeSO4溶液中加入维生素C,是因为维生素C具有 。
(2)该小组同学查阅资料得知通过煮沸的方法无法除尽水中的氧气。依据上述实验,推测方法一中灰白色沉淀比方法二中灰白色沉淀存在时间长的原因为 、 (任答2点) 。
Ⅱ.进一步探究沉淀成分。
实验二:将实验一中所得的灰白色沉淀迅速推出到滤纸上。
方法一:得到的沉淀a的颜色快速转变为红褐色,无灰绿色物质出现。
方法二:得到的沉淀b,灰绿色保持了较长时间,半小时后边缘部分逐渐变为红褐色,15小时后全部转化为红褐色。
(3)依据上述现象,沉淀a为较纯的 (填化学式)。将沉淀a久置于真空反应器中,固体先变为深绿色,再缓慢变为黑色,用磁铁检测,两种固体产物均可被吸引。久置过程中总反应的化学方程式为 。
(4)取灰绿色的沉淀b洗涤干净,加盐酸溶解,沉淀转化为黄色溶液。将此黄色溶液滴入KSCN溶液中,溶液呈血红色;滴入]溶液中,产生蓝色沉淀;滴入BaCl2溶液中,产生白色沉淀,证明沉淀b中含有的离子为 (填离子符号)。
Ⅲ.学习小组依据探究结果,设计如下实验(装置如图)。
实验三:打开右瓶上方的空气过滤器的气阀,然后依次打开鲁尔阀、推动注射器,将左瓶中的FeSO4溶液压入右瓶;当右瓶中明显有白色沉淀生成时,停止加液,依次关闭鲁尔阀、右瓶上方的空气过滤器的气阀,打开左瓶上方的空气过滤器的气阀。
(5)实验开始时,打开右瓶上方的空气过滤器的气阀的作用是 ,用氨水(NH3·H2O)代替教材实验中的NaOH溶液的目的是 ,氨水中加入0.5 mol·L-1Na2SO3溶液的目的是 (用离子方程式表示)。
第2课时 反应条件的控制
1.C 解析 Ba(OH)2和硫酸铁溶液反应生成硫酸钡沉淀、氢氧化铁沉淀,氢氧化铁是红褐色沉淀,故不选A;FeO和硫酸铁不反应,溶液不能变为浅绿色,故不选B;硫酸铁和氢氧化钠反应生成红褐色氢氧化铁沉淀;硫酸铁和硝酸钡反应生成白色沉淀硫酸钡;硫酸铁和适量的锌反应生成硫酸亚铁和硫酸锌,溶液变为浅绿色;硫酸铁和KSCN反应溶液变为血红色,故选C;MgCl2和硫酸铁溶液不反应,不能生成沉淀,故不选D。
2.D 解析 Fe与FeCl3反应产生FeCl2,A错误;Fe(OH)2、O2、H2O反应产生Fe(OH)3,反应方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,该反应属于化合反应,B错误;向溶液中加入NaOH溶液,生成红褐色沉淀,则溶液中一定含有Fe3+,可能存在Fe2+,C错误;Fe可与CuCl2发生置换反应生成FeCl2和Cu,因此加入过量铁粉,能达到除杂的目的,D正确。
3.B 解析 氯化亚铁溶液与空气接触且滴加氢氧化钠溶液带入氧气,制得的氢氧化亚铁白色沉淀易被氧化为红褐色氢氧化铁,A错误;苯的密度比水小,在硫酸亚铁溶液上部起到隔绝空气的作用,且氢氧化钠滴管插到液面下未带入空气可以较长时间观察到氢氧化亚铁白色沉淀,B正确;氯化亚铁溶液与空气接触且滴加氨水带入氧气,制得的氢氧化亚铁白色沉淀易被氧化为红褐色氢氧化铁,C错误;虽氢氧化钠滴管插入液面下,但四氯化碳密度比水大,在氯化亚铁溶液下部起不到隔绝空气作用,制得的氢氧化亚铁白色沉淀易被氧化为红褐色氢氧化铁,D错误。
4.D 解析 铁在高温下与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,不能实现转化①,故A错误;FeO为黑色固体,故B错误;高铁酸根()中铁元素处于高价态,具有强氧化性,可用于自来水消毒,故C错误;加热Fe(OH)3发生分解反应生成氧化铁和水,实现转化⑥;加盐酸,盐酸和氢氧化铁生成氯化铁和水,可实现转化③,故D正确。
5.答案(1)2Na+2H2OH2↑+2OH-+2Na+ 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
(2)Fe+2HClFeCl2+H2↑ (3)血红 Fe3++3SCN-Fe(SCN)3 (4)DB
解析 金属A焰色为黄色,A是Na;Na和水反应生成氢氧化钠和氢气,气体甲是H2、物质C是NaOH;黄绿色气体乙是Cl2;氢气和氯气反应生成氯化氢气体,气体丙是HCl;D是盐酸;氢氧化钠和F反应生成红褐色沉淀G,G是Fe(OH)3;则金属B是Fe;Fe和盐酸生成氯化亚铁和氢气,E是FeCl2;FeCl2和Cl2反应生成FeCl3,F是FeCl3。
(1)①是Na和水反应生成氢氧化钠和氢气,反应的离子方程式是2Na+2H2OH2↑+2OH-+2Na+;④是FeCl2和Cl2反应生成FeCl3,反应的离子方程式是2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-;⑤是氢氧化钠和FeCl3反应生成红褐色沉淀Fe(OH)3和氯化钠,反应的离子方程式是Fe3++3OH-Fe(OH)3↓。
(2)③是Fe和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,化学方程式为Fe+2HClFeCl2+H2↑。
(3)F中阳离子是Fe3+,滴加KSCN溶液,则溶液变成血红色,反应的离子方程式为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3。
(4)物质E中含阳离子Fe2+,取溶液于试管中,滴加KSCN溶液不变成血红色,再加入氯水,Fe2+被氧化为Fe3+,溶液变为血红色,所以需要选用的试剂是DB。
6.C 解析 NaOH溶液应置于Ⅱ中,铁粉和稀H2SO4置于Ⅰ中,A错误;实验开始要先打开止水夹,用Fe与H2SO4生成的氢气排装置中的空气,后关闭止水夹,继续生成的H2使Ⅰ中压强增大,将FeSO4压入Ⅱ中,B错误;由B知,Ⅱ中发生反应Fe(OH)2↓,C正确;试剂X可以是稀H2SO4,不能是CuSO4,因为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑可以生成氢气,Fe+CuSO4FeSO4+Cu,无法生成还原性气体H2,不能排除装置内的空气,D错误。
7.B 解析 制备Fe(OH)3胶体时应该向沸腾的蒸馏水中滴加几滴饱和FeCl3溶液,直至液体呈红褐色停止加热,A错误;植物油能够防止空气中的氧气进入FeSO4溶液中,将胶头滴管伸入FeSO4溶液中,NaOH与FeSO4发生复分解反应产生Fe(OH)2沉淀,由于没有空气,因此制取得到的Fe(OH)2沉淀不会氧化变质,B正确;NH3极易溶于水,应该将导气管稍微露出橡胶塞,且应该先通入NH3,然后向NH3、NaCl饱和溶液中通入CO2气体以增大CO2气体的溶解度来制取NaHCO3,C错误;HCl与NaHCO3溶液反应产生CO2气体,又会引入新的杂质,D错误。
8.D 解析 鞣酸亚铁溶液为无色,鞣酸铁溶液为蓝黑色,在绿茶叶水中加入FeSO4,出现蓝黑色,说明鞣酸亚铁易被氧化,A正确;向蓝黑色溶液中加入维生素C,溶液由蓝黑色恢复原色,说明维生素C能将鞣酸铁还原成鞣酸亚铁,表现还原性,B正确;④过程溶液最终变为血红色,说明有Fe3+生成,则Fe2+ 被H2O2氧化生成Fe3+,Fe3+与SCN- 发生络合反应使溶液显血红色,C正确;因为绿茶叶水中的鞣酸与补铁剂中的Fe2+反应生成鞣酸亚铁,鞣酸亚铁不稳定,易被氧化为鞣酸铁,故服用补铁剂时不能喝绿茶,D错误。
9.C 解析 ①向盐酸酸化的氯化亚铁溶液中滴入KSCN溶液,pH<1,然后滴入过氧化氢溶液发生氧化还原反应,生成铁离子,形成血红色溶液,铁离子在过氧化氢分解反应中作催化剂,有氧气产生,10秒左右红色褪去,说明SCN-被氧化为,对比③可知,氧化剂应为过氧化氢,过氧化氢将SCN-氧化为;②向盐酸酸化的氯化亚铁溶液中滴入KSCN溶液,pH<5,然后滴入过氧化氢溶液,溶液变红且不褪色,说明亚铁离子被氧化为铁离子,铁离子对过氧化氢分解起到催化剂作用,有气体生成(经检验为O2),经检验有丁达尔效应,说明生成了氢氧化铁胶体;③向盐酸酸化的氯化亚铁溶液中滴入KSCN溶液,pH<1,然后通入足量氧气,溶液变红且不褪色,说明氧气氧化亚铁离子生成铁离子,滴加盐酸和BaCl2溶液,无白色沉淀,经检验无丁达尔效应,说明无硫酸钡沉淀和氢氧化铁胶体生成,排除了过氧化氢分解生成的氧气氧化SCN-的可能。由实验③可说明强酸性条件下O2不可以氧化SCN-,A正确;实验①中,10秒左右红色褪去,说明SCN-被氧化为,对比③可知,氧化剂应为过氧化氢,过氧化氢将SCN-氧化为,故取①中褪色后溶液,滴加盐酸和BaCl2溶液,有白色沉淀产生,B正确;实验②中发生的氧化还原反应有亚铁离子被过氧化氢氧化为铁离子,过氧化氢分解生成氧气,氧气氧化亚铁离子,不止两种,C错误;③中通入足量氧气,溶液变血红色,说明反应生成Fe3+,发生的氧化还原反应为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,D正确。
10.答案 (1)将蒸馏水煮沸后密封冷却 (2)Fe+2H+Fe2++H2↑ (3)使铁与稀硫酸反应制备硫酸亚铁、产生氢气排尽装置内的空气,并产生气体方便利用压强使产生的硫酸亚铁溶液进入装置B中 关闭K1、K3,打开K2 (4)用洁净的铂丝蘸取滤液于酒精灯火焰上灼烧,透过蓝色钴玻璃,观察到紫色火焰;取滤液少量,向其中加入过量盐酸,将产生的气体通入澄清石灰水中,澄清石灰水变浑浊 (5)取X少量,向其中加入盐酸,若产生无色气体,则X成分为Fe;若无气体产生,向所得溶液中滴加几滴KSCN溶液,若溶液变血红色,则X为Fe3O4;若溶液不变红,则X为FeO
解析 (1)氧气在蒸馏水中的溶解度随温度的升高而降低,配制溶液所用的蒸馏水必须先除去水中溶解的氧气,具体方法是将蒸馏水煮沸后密封冷却。
(2)装置A中是铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,其离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑。
(3)实验开始时,先打开活塞K1、K3一段时间的目的是使铁与稀硫酸反应制备硫酸亚铁、产生氢气排尽装置内的空气,并产生气体方便利用压强使产生的硫酸亚铁溶液进入装置B中。将生成的FeSO4溶液与溶液混合的操作是关闭K1、K3,打开K2,利用气体压强使A中的硫酸亚铁溶液进入B装置中。
(4)K2CO3的阳离子是K+,阴离子是,因此要确定K2CO3的存在,可以先用洁净的铂丝蘸取滤液于酒精灯火焰上灼烧,透过蓝色钴玻璃,观察到紫色火焰,确定K+的存在;然后再取滤液少量,向其中加入过量盐酸,将产生的气体通入澄清石灰水中,澄清石灰水变浑浊,证明的存在。
(5)X可能是Fe、FeO或Fe3O4中的一种,若X是Fe单质,向其中加入盐酸,若产生无色气体,则X成分为Fe;若X是Fe3O4,由于其与盐酸反应产生FeCl3、FeCl2及H2O,Fe3+与SCN-会变为血红色,因此向固体溶解所得溶液中滴加几滴KSCN溶液,若溶液变血红色,则X为Fe3O4;若固体是FeO,FeO与HCl反应产生FeCl2、H2O,因此向溶液中加入HCl及KSCN后,溶液中无气泡产生,也不变血红色,则固体X为FeO。
11.答案(1)①② (2)Fe+Cu2+Fe2++Cu (3)HCl 除去Cu粉中的Fe;将铁转化成氯化亚铁 (4)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- (5)取待测液少许于试管中,滴加KSCN溶液,变血红色 (6)-b
解析 电子工业中,常用FeCl3溶液腐蚀铜,制造印刷线路板,则腐蚀废液中主要为氯化铜、氯化铁和氯化亚铁,加入过量A,产生滤液和滤渣,滤液通入氯气生成氯化铁,说明滤液为氯化亚铁,则A为单质铁,则滤渣为铁和铜;加入过量B,得到单质铜和氯化亚铁,说明B为稀盐酸。
(1)操作①②后均有固体和滤液,则说明①②操作为过滤。
(2)物质A是铁单质,铁与铜离子发生置换反应,故反应的离子方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu。
(3)物质B是HCl;HCl的作用是使铜和铁单质分离,同时生成氯化亚铁溶液。
(4)滤液是氯化亚铁溶液,二价铁离子被氯气氧化成三价铁离子,故反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。
(5)检验三价铁离子,可以取少许待测液于试管中,滴加KSCN溶液,变血红色,说明有三价铁离子存在。
(6)物质A是铁单质,amol的0价铁单质,最终转化为氯化铁中的三价铁离子,共失去3amol的电子,得电子的物质为盐酸和氯气,题干要求计算至少消耗Cl2的量,故不考虑原溶液中的铜离子和铁离子,根据氢气的量,盐酸共得2bmol电子,则氯气得电子的物质的量为(3a-2b)mol,故需要消耗氯气的物质的量为-bmol。
12.答案(1)铁粉减少,溶液由黄色变为浅绿色 氧化 (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 (3)①Fe(OH)2 ②b (4)控制溶液为酸性环境,或使Fe2+以碳酸盐的形式沉淀
解析 将氯化铁加入过量铁粉中,氯化铁全部转化为氯化亚铁,然后将氯化亚铁溶液分成两份,一份滴入NaOH溶液,生成白色沉淀为Fe(OH)2,Fe(OH)2具有较强的还原性,易被氧气氧化为红褐色Fe(OH)3;一份滴入NaHCO3溶液,反应生成白色沉淀。
(1)Fe3+溶液显黄色,Fe2+溶液显浅绿色,FeCl3和铁粉发生反应2Fe3++,所以实验Ⅰ中的现象为铁粉减少,溶液由黄色变为浅绿色;反应中Fe3+作氧化剂,该现象说明Fe3+具有氧化性。
(2)白色沉淀为Fe(OH)2,Fe(OH)2具有较强的还原性,易被氧气氧化为红褐色Fe(OH)3,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。
(3)①假设a:NaHCO3为小苏打,溶液显碱性,故可推测沉淀可能为Fe(OH)2;假设b:可电离得到氢离子和,故可推测沉淀还可能为;②由于白色沉淀溶于H2SO4后产生无色气泡,滴入KSCN溶液不变红,滴入少量新制氯水,溶液立即变为血红色,则证明白色沉淀中一定含有Fe2+和,说明假设b正确。
(4)实验Ⅳ的现象显示,在酸性条件下,Fe2+不易被氧化;由实验Ⅲ知,Fe2+转化为后不易被氧化。因此为避免Fe2+被空气氧化,可采取的措施是控制溶液为酸性环境,或使Fe2+以碳酸盐的形式沉淀。
13.答案(1)还原性 (2)方法一中NaOH不足量,碱性较弱 维生素C降低了方法一中过量FeSO4溶液中溶解氧的浓度(或其他合理答案) (3)Fe(OH)2 4Fe(OH)2Fe+Fe3O4+4H2O (4)Fe2+、Fe3+、 (5)平衡压强,便于FeSO4溶液能够进入右瓶 降低溶液的碱性,便于生成 Fe(OH)2 2S+O2
解析 (1)实验中加入维生素C是为了防止Fe2+被氧化,利用其还原性。
(2)方法一中NaOH不足量,碱性较弱;维生素C降低了方法一中过量FeSO4溶液中溶解氧的浓度;所以方法一中灰白色沉淀比方法二中灰白色沉淀存在时间长。
(3)沉淀a放置于空气中迅速变为红褐色,这是因为氢氧化亚铁迅速被氧化成氢氧化铁,故可推断此灰白色物质应该为较纯的氢氧化亚铁。无氧环境下氢氧化亚铁可以缓慢地转化为氧化亚铁,氧化亚铁又会发生歧化反应生成Fe(粉)和Fe3O4能被磁铁吸引。
(4)将此黄色溶液滴入KSCN溶液中,溶液呈血红色,证明有Fe3+;黄色溶液滴入K3[Fe(CN)6]溶液中,产生蓝色沉淀,证明有Fe2+;黄色溶液滴入BaCl2溶液中,产生白色沉淀,证明有。
(5)实验开始时,打开右瓶上方的空气过滤器的气阀,平衡压强,便于FeSO4溶液能够进入右瓶;然后依次打开鲁尔阀、推动注射器,将左瓶中的FeSO4溶液压入右瓶;当右瓶中明显有白色沉淀生成时,停止加液,依次关闭鲁尔阀、右瓶上方的空气过滤器的气阀,打开左瓶上方的空气过滤器的气阀;氨水(NH3·H2O)碱性低,可用氨水(NH3·H2O)代替NaOH溶液,便于生成Fe(OH)2;氨水中加入0.5mol·L-1Na2SO3,可与氧气反应,防止Fe2+被氧化,离子方程式为+O2。专题9第三单元 金属材料的性能及应用
必备知识基础练
1.[2023广东肇庆期末]随着科学技术的发展,各种材料层出不穷。下列主要是由金属材料制成的是( )
A.N95医用口罩
B.宇航服
C.“石墨烯”柔性触摸屏
D.“蛟龙号”钛合金球壳
2.[2023广东惠州期中]二十大报告指出,我国在一些关键核心技术实现突破,载人航天、探月探火、深海深地探测、超级计算机、卫星导航等领域取得重大成果。下列成果中所用材料属于合金的是( )
A B C D
“嫦娥五号”探测器使用的砷化镓太阳能电池板 天和核心舱用的BN陶瓷 “奋斗者”号潜水艇的钛铝外壳 北斗导航卫星使用的隔热材料玻璃钢
3.[2023江苏常州期中]“灌钢法”是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再经高温锻打成钢。下列有关“灌钢法”的说法正确的是( )
A.生铁的熔点高于熟铁
B.锻打成钢时仅发生物理变化
C.钢是以铁为主的含碳合金
D.钢在三者中含碳量最低
4.[2023江苏联考阶段练习]“嫦娥五号”返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。这标志着我国已具备地月往返的能力,探月工程“绕、落、回”三步走规划完美收官。“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是( )
A.生铁不属于合金
B.一般合金的熔点比各成分金属的低
C.镍铬铝铜合金具有很高的电阻率,可用于制备电路中的精密元件
D.改变原料的配比、生成合金的条件,可以得到具有不同性能的合金
5.金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列相关说法不正确的是( )
A.钛合金具有强度高、耐热性好等特点,主要用来制作飞机发动机部件
B.铁具有良好的导热性,可以用于制造炊具
C.不锈钢抗腐蚀性好,常用于制造医疗器械
D.铅锑合金的熔点较低,常用于制造发热体
6.[2022江苏江阴高一期末]合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,广泛应用于交通工具、航空航天等领域。下列有关合金的说法不正确的是( )
A.硬铝可用于制造飞机的外壳
B.钛合金可用于制造“蛟龙”号的耐压球壳
C.不锈钢可用于制造地铁列车的车体
D.钠钾合金可用于制造飞机的发动机叶片
7.[2023江苏宿迁泗阳县实验高级中学阶段练习]铝制品与铁制品相比,在空气中不易锈蚀,原因是( )
A.铝的金属活动性比铁弱
B.铝的密度比铁的密度小
C.铝在空气中易形成一层致密的氧化膜
D.铝不能跟氧气发生化学反应
8.(1)制造运-20飞机使用了很多新技术和新型合金,这些新型合金的使用对飞机的性能起到了极为重要的作用。下列材料能用于运-20飞机中器件的制造且合理的有( )
A.利用生铁制造运-20飞机的发动机
B.用镁铝合金制造运-20飞机的座椅
C.用不锈钢制造运-20飞机的电器线路的导线
D.普通钢制造运-20飞机上灭火器的外壳
(2)一种新型镁铝合金的化学式为Mg17Al12,科学家发现该合金具有储氢性能,是一种潜在的储氢材料。在氩气保护下,将一定比例的Mg、Al单质在一定温度下熔炼可获得该合金。已知该合金在一定条件下完全吸氢的反应的化学方程式为Mg17Al12+17H217MgH2+12Al,得到的混合物Y(MgH2+Al)在一定条件下能释放出氢气。
①熔炼制备镁铝合金(Mg17Al12)时通入氩气的目的是 。
②已知在5.0 mol·L-1HCl溶液中,混合物Y能完全释放出H2。1 mol Mg17Al12完全吸氢后得到的混合物Y与上述浓度的盐酸完全反应,消耗盐酸的体积为 L,完全反应产生标准状况下H2的体积为 L。
关键能力提升练
9.化学中把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等。金属材料在现实生活中有极为重要的作用。下列金属材料的运用与金属所具有的性质不一致的是( )
A.制造白炽灯灯丝——熔点高
B.制造飞机——坚硬而质轻
C.制造保险丝——硬度大
D.制造装化工原料的容器——耐腐蚀
10.钛合金具有熔点高、密度小、易于加工和良好的“生物相容性”。其用途不合理的是( )
A.制造电流保险丝 B.制造眼镜架
C.制造“人造关节” D.制造飞机机身
11.下列关于两种合金的说法不正确的是( )
A.铝锂合金是铝与锂形成的化合物
B.铝锂合金的硬度比铝大,熔、沸点比铝低
C.铝镁合金不能全部溶于NaOH溶液中
D.铝镁合金焊接前用NaOH溶液处理氧化铝膜
12.合金就是不同种金属(也包括一些非金属单质)在熔化状态下形成的一种熔合物,表格为四种金属的熔沸点,根据数据判断其中不能形成合金的是( )
金属 Na Cu Al Fe
熔点(℃) 97.5 1083 660 1535
沸点(℃) 883 2595 2467 2750
A.Cu和Al B.Fe和Cu
C.Al和Na D.Fe和Na
13.金属Ti(钛)是一种具有许多优良性能的较为昂贵的金属,钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料。某化学兴趣小组用实验探究Ti、Mg、Cu的活动性顺序。在相同温度下,取大小相同的三种金属薄片,分别投入等体积等浓度的足量稀盐酸中,观察现象如下:
金属 Ti Mg Cu
金属表面现象 放出气泡速度缓慢 放出气泡速度快 无变化
下列有关三种金属的说法正确的是( )
A.三种金属的活动性由强到弱的顺序是Ti、Mg、Cu
B.若钛粉中混有Mg,提纯Ti时可用稀盐酸除去Mg
C.用Ti从CuSO4溶液中置换出Cu是工业制取Cu的很好途径
D.Cu和稀盐酸不发生化学反应
14.[2023江苏连云港海头高级中学阶段练习]考古出土的吴王夫差剑为春秋末期制造的青铜剑,历经2 500余年,剑的表面虽有一层蓝色薄锈,但仍寒光逼人,剑刃锋利。回答下列问题。
(1)青铜是一种合金材料,该合金的主要成分是 (填元素符号)。合金材料有许多优良性能,比如①多数合金的熔点 组成它的任何一种组分金属;②合金的导电性和导热性一般 任何一种组分金属(均填“高于”或“低于”)。不锈钢中除了铁元素外,主要的合金元素是 (占12%~32%),采用该元素制作合金是因为 。
(2)从上述信息可以看出,青铜具有的性质有 (填字母)。
A.强度高 B.耐腐蚀
C.可塑性好 D.易加工
(3)青铜剑表面的蓝色薄锈,其主要成分为碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3],这层蓝色薄锈形成的原理是 (用化学方程式表示)。
(4)若要除去表面蓝色薄锈,一是用稀硫酸洗涤,该反应的离子方程式为 ,此法弊端是 ;二是可以在炼铁高炉中锻造,其原理为 (用化学方程式表示)。
15.将一块质量为8.5 g的铁合金放入锥形瓶中,再向锥形瓶中加入稀硫酸,恰好使铁合金中的铁完全反应(碳不溶于稀硫酸,铁合金中其他元素含量很低,可忽略不计),测得生成氢气的质量为0.3 g。请回答:
(1)8.5 g铁合金中铁的质量是 g。
(2)反应后所得溶液的溶质质量是 g。
(3)生铁和钢都是铁的合金,请根据表中含碳量判断这8.5 g铁合金属于 (填“生铁”或“钢”)。
合金种类 含碳量
钢 0.03%~2.0%
生铁 2.11%~4.3%
学科素养创新练
16.镁铝合金是飞机制造、化工生产等行业的重要材料。某研究性学习小组的同学为测定某含镁5%~10%的镁铝合金(不含其他元素)中镁的质量分数,设计了下列两种不同的实验方案进行探究。回答下列问题:
方案一
(实验方案)将一定质量的镁铝合金与足量
NaOH溶液反应,测定剩余固体的质量。
(实验步骤)
(1)称取9.0 g镁铝合金样品,溶于体积为V、物质的量浓度为4.0 mol·L-1 NaOH溶液中,充分反应。则V≥ mL。
(2)过滤、洗涤、干燥、称量剩余固体。
方案二
(实验方案)将一定质量的镁铝合金与足量稀硫酸反应,测定生成气体的体积。
(实验装置)
(3)同学们拟选用如图所示实验装置完成实验:
你认为最简易的实验装置的连接顺序是A接 , 接 。
(4)仔细分析实验装置后,同学们经讨论认为有两点会引起较大误差,稀硫酸滴入锥形瓶中,即使不生成氢气,也会将瓶内空气排出,使所测氢气的体积偏大;实验结束时,连接盛水试剂瓶和量筒的导管中有少量水存在,使所测氢气的体积偏小。于是他们设计了如图所示的实验装置。
①装置中导管a的作用是
。
②若需确定产生氢气的物质的量,还需测定的数据是 。
第三单元 金属材料的性能及应用
1.D 解析 A.N95医用口罩是有机合成材料;B.宇航服不是金属材料;C.“石墨烯”柔性触摸屏中石墨烯是碳单质,属于非金属材料;D.“蛟龙号”钛合金球壳是金属材料。
2.C 解析 砷化镓属于无机非金属材料,A不符合题意;BN陶瓷是新型陶瓷材料,属于无机非金属材料,B不符合题意;钛铝外壳属于合金材料,C符合题意;玻璃钢为复合材料,不是合金材料,D不符合题意。
3.C 解析 生铁是含碳量较高的铁碳合金,熔点比熟铁低,A错误;锻打成钢时既发生物理变化又发生化学变化,B错误;钢是以铁为主的含碳合金,C正确;熟铁在三者中含碳量最低,D错误。
4.A 解析 生铁是含碳量大于2%的铁碳合金,属于合金,故A错误;一般合金相比各成分金属的熔点更低、硬度更大,故B正确;镍铬铝铜合金具有很高的电阻率,可用于制备电路中的精密元件,故C正确;改变原料的配比、生成合金的条件,可以得到具有不同性能的合金,D正确。
5.D 解析 钛合金具有强度高、耐热性好等特点,所以主要用来制作飞机发动机部件,故A正确;金属铁具有良好的导热性,可以用于制造加热容器、炊具等,故B正确;不锈钢是一种特殊的合金,由于其抗腐蚀性好,所以可用来制造医疗器械,故C正确;铅锑合金由于其熔点低,不适合制造发热体,故D错误。
6.D 解析 硬铝的密度小、强度高,常用于制造飞机,A正确;钛合金的强度高,可用于制造“蛟龙”号耐压球壳,B正确;不锈钢比较稳定,不易生锈,具有很强的抗腐蚀能力,可用于制造地铁列车的车体,C正确;钠钾合金在常温下呈液态,常用于原子反应堆的导热剂,D错误。
7.C 解析 铁在空气中发生氧化后生成的氧化物是疏松状的,导致内部金属继续被腐蚀,而铝氧化生成的氧化膜结构致密,可阻止内部铝与空气的接触,抗腐蚀能力强。
8.答案 (1)BD (2)①防止Mg、Al被空气氧化 ②14
1 164.8
解析 (1)A.生铁含碳量高,质地脆且不能承受很高的温度,不能用于制造飞机发动机,不符合题意;B.镁铝合金具有质轻、密度低、散热性较好、抗压性较强、易于加工等性能,可用于制造运-20飞机的座椅,符合题意;C.不锈钢虽能导电,但其导电性不好,不宜用于制造运-20飞机电器线路的导线,不符合题意;D.普通钢制造的容器具有较好的承压能力、抗冲击能力,适合制造灭火器的外壳,符合题意。答案选BD。
(2)①由于Mg、Al都易被空气氧化,所以制备镁铝合金时通入氩气的目的是防止Mg、Al被空气氧化。②1molMg17Al12完全吸氢后得到的混合物为17molMgH2和12molAl,与盐酸反应的化学方程式为MgH2+2HClMgCl2+2H2↑、2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,17molMgH2消耗34molHCl,12molAl消耗36molHCl,共消耗70molHCl,则所消耗HCl溶液的体积为=14L。17molMgH2产生34molH2,12molAl产生18molH2,共产生52molH2,则标准状况下H2体积为52mol×22.4L·mol-1=1164.8L。
9.C 解析 白炽灯灯丝熔点高,若熔点不够高则灯丝熔化断裂,A正确;制造飞机的材料要坚硬而质轻,B正确;制造保险丝,关键是熔点低,电流超过正常范围,瞬间温度升高,在较低温度下就能够熔断,保护用电器不被烧毁,C错误;化工原料一般具有腐蚀性,盛放的容器一定要耐腐蚀,D正确。
10.A 解析 保险丝应该用熔点比较低的金属材料制造,而钛合金熔点高,不适合制造保险丝,A符合题意;钛合金眼镜架密度小、强度高、机械性能好、耐腐蚀,B不符合题意;因为钛合金与人体有很好的“相容性”,所以可用来制造人造关节,C不符合题意;因为钛合金密度小、可塑性好、易于加工,所以可用于制造航天飞机机身,D不符合题意。
11.A 解析 铝锂合金是铝与锂在高温下熔合而形成的一种混合物,并未发生化学反应,A错误;铝锂合金的硬度比铝大,但其熔、沸点比组分金属铝的低,B正确;铝镁合金中Al能与NaOH溶液反应,Mg则不能,故不能完全溶于NaOH溶液中,C正确;Al2O3是两性氧化物,可与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2O,故铝镁合金焊接前用NaOH溶液处理氧化铝膜,D正确。
12.D 解析 由合金的形成可知,两种金属若能够形成合金,则熔点较高的金属的熔点不能大于熔点较低的金属的沸点。铜的熔点低于铝的沸点,铁的熔点低于铜的沸点,铝的熔点低于钠的沸点,则A、B、C中的两种金属都能够形成合金;铁的熔点高于钠的沸点,D中的两种金属不能形成合金。
13.D 解析 通过表中现象分析可知,Mg与稀盐酸反应,生成气泡速率相对最快,则失电子能力最强;Ti与稀盐酸反应,生成气泡速率稍慢,则失电子能力相对较差;Cu与稀盐酸不反应,失电子能力最差。根据反应快慢、能否与酸反应与活动性之间的关系可以得出,三种金属活动性顺序为镁>钛>铜,A错误;Ti和Mg都与稀盐酸反应,在除去Mg的同时,Ti也除掉了,B错误;钛(Ti)是一种昂贵的金属,用Ti从CuSO4溶液中置换出Cu来制取铜,成本太高,在工业上是不可取的,C错误;Cu与稀盐酸混合,无明显现象,说明Cu与稀盐酸不反应,D正确。
14.答案 (1)Cu、Sn 低于 低于 铬 铬有很强的耐腐蚀性,在空气中表面会生成一层致密的氧化物,防止内部进一步被氧化,从而保护了内层金属 (2)AB (3)2Cu+CO2+O2+H2O Cu2(OH)2CO3 (4)Cu2(OH)2CO3+4H+2Cu2++CO2↑+3H2O 造成剑体的损伤 Cu2(OH)2CO3+2CO2Cu+3CO2+H2O
解析 (1)青铜属于主要成分为Cu和Sn的合金。合金具有许多优良性能:①多数合金的熔点低于组分金属;②导电性和导热性一般低于组分金属。不锈钢中除了铁元素外,主要的合金元素是铬(占12%~32%),采用该元素制作合金是因为铬有很强的耐腐蚀性,在空气中表面会生成一层致密的氧化物,防止内部进一步被氧化,从而保护了内层金属。
(2)青铜剑历经两千多年不腐,说明耐腐蚀,剑刃锋利,说明强度高,故选AB。
(3)Cu与空气中的CO2、O2和H2O反应生成碱式碳酸铜,反应的化学方程式为2Cu+CO2+O2+H2OCO3。
(4)若要除锈,一是用稀硫酸溶解薄锈,反应的离子方程式为Cu2(OH)2CO3+4H+2Cu2++CO2↑+3H2O,但采用此法易造成剑体的损伤;二是在炼铁高炉中锻造,碱式碳酸铜高温下可被CO还原,反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3+2CO2Cu+3CO2+H2O。
15.答案 (1)8.4 (2)22.8 (3)钢
解析 (1)由Fe+H2SO4FeSO4+H2↑可知,反应生成H2的物质的量为n(H2)==0.15mol,铁合金中铁的质量为m(Fe)=0.15mol×56g·mol-1=8.4g。
(2)生成硫酸亚铁的质量为m(FeSO4)=0.15mol×152g·mol-1=22.8g。
(3)铁合金中碳的质量分数为×100%≈1.2%<2%,该铁合金属于钢。
16.答案 (1)79 (3)E D G (4)①使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等,便于稀硫酸顺利滴下,消除由于加入稀硫酸而引起的测定氢气体积的误差 ②实验时的温度和压强
解析 (1)等质量的镁铝合金中,镁的质量分数最小时,铝的质量最大,需要的NaOH溶液的体积最大,则实际需要的NaOH溶液的体积应大于或等于该最大值,假设镁铝合金中镁的质量分数最小为5%,则9.0g镁铝合金样品中含有铝的质量为9.0g×(1-5%)=8.55g,其物质的量为≈0.317mol,根据反应2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑可知,需要消耗的NaOH的物质的量n(NaOH)=n(Al)=0.317mol,其溶液的体积为≈0.079L=79mL,故V≥79mL。
(3)镁铝合金与稀硫酸反应产生氢气,用排水量气法测定氢气的体积,其中氢气通过盛水的试剂瓶时一定要短进长出,利用增大压强的原理将水排入量筒中,量筒中水的体积就是生成氢气的体积,量筒内导管应伸入量筒底部,故连接顺序为A接E,D接G。
(4)①装置中导管a的作用是保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等,打开分液漏斗活塞时,稀硫酸能顺利滴下,滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体的体积,从而消除由于加入稀硫酸而引起的测定氢气体积的误差。②气体体积受温度和压强影响,因此若需确定产生氢气的物质的量,还需测定实验时的温度和压强。专题9第一单元 金属的冶炼方法
必备知识基础练
1.[2023江苏高一校联考阶段练习]下列变化过程不属于金属冶炼的是( )
A.电解熔融氯化钠
B.铁在氧气中燃烧
C.铁矿石与焦炭在高温下反应
D.铝粉与二氧化锰在高温下反应
2.[2023江苏苏州黄埭中学校考期中]反应2Al+Fe2O32Fe+Al2O3可用于焊接铁轨,下列有关说法不正确的是( )
A.该反应吸收大量的热
B.铝在反应中作还原剂
C.铝热剂是混合物
D.该反应是置换反应
3.[2023江苏宿迁阶段练习]将下列金属(假设金属的颗粒大小近似相等)分别投入0.1 mol·L-1盐酸中,能发生反应且反应最剧烈的是( )
A.Fe B.Zn C.Mg D.Cu
4.[2023江苏宿迁阶段练习]下列性质中,不属于金属的物理性质的是( )
A.反应中易失去电子
B.良好的延展性
C.良好的导电性和传热性
D.有光泽
5.工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
对上述流程的判断正确的是( )
A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物
B.CO2不可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替
C.反应Ⅱ中的离子方程式为2Al+3H2O+CO22Al(OH)3↓+C
D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低
6.铁是应用最广泛的金属。自远古时代人类就学会了炼铁,到目前为止,人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程,实验装置如下:
(1)写出得到单质铁的化学方程式: 。
(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑,请设计一个实验来验证生成了单质铁:
。
(3)装置末端气球的作用为 。实验结束时,应该先停止加热还是先停止通入CO,并说明原因:
。
7.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有杂质SiO2和Fe2O3)提取氧化铝并冶炼Al的操作过程如下:
(1)滤渣A是 ,滤渣B是 。
(2)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的名称是 。
(3)生成滤渣C的离子方程式为 。
(4)取100 mL滤液B,加入200 mL 1.0 mol·L-1盐酸时,沉淀量达到最大且质量为11.7 g。则滤液B中c(Al)= mol·L-1,c(Na+)大于 mol·L-1。
关键能力提升练
8.[2023江苏淮安盱眙中学阶段练习]类比推理是学习化学的重要思维方法,下列陈述Ⅰ及类比推理陈述Ⅱ均正确的是( )
选项 陈述Ⅰ 类比推理陈述Ⅱ
A 冶炼铁通常用热还原法 冶炼铜也可用热还原法
B 工业上用电解熔融Al2O3的方法得到铝单质 工业上用电解熔融MgO的方法得到镁单质
C Fe能把CuSO4溶液中的铜置换出来 Na也能把CuSO4溶液中的铜置换出来
D 可用铝热法制备金属铬 也可用铝热法制备金属镁
9.[2023江苏宿迁阶段练习]铝粉与氧化铁在高温条件下的反应可用来焊接钢轨。下列说法不正确的是( )
A.该反应放出大量的热,生成的铁呈熔融态
B.该反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe
C.被氧化的物质与被还原的物质的物质的量之比为1∶2
D.实验室引发该反应通常在铝热剂表面加氯酸钾,插上镁条并点燃
10.明代方以智的《物理小识》中有关炼铁的记载:“煤则各处产之,臭者烧熔而闭之,成石,再凿而入炉,日礁,可五日不绝火,煎矿煮石,殊为省力。”下列说法错误的是( )
A.“臭者”说明煤中有挥发性物质
B.“闭之,成石”时需要鼓入大量空气
C.资料显示我国劳动人民很早就掌握了用焦炭冶炼铁的方法
D.“煎矿煮石”时发生的炼铁反应属于热还原法
11.用铝热法还原下列化合物,制得金属各1 mol时,消耗铝的量最少的是( )
A.MnO2 B.WO3
C.Co3O4 D.Cr2O3
12.研究人员发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上高温冶炼钼的化学反应原理为
①2MoS2+7O22MoO3+4SO2;
②MoO3+2NH3·H2O
(NH4)2MoO4+H2O;
③(NH4)2MoO4+2HClH2MoO4↓+2NH4Cl;
④H2MoO4MoO3+H2O;
⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。
下列说法正确的是( )
A.MoS2煅烧产生的尾气可直接排放
B.MoO3是金属氧化物,也是碱性氧化物
C.H2MoO4的酸性比HCl强
D.利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3,所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2
13.碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d]在一定条件下的转化如图所示,下列说法正确的是( )
A.a、b、c、d符合关系式:2a+3b=c-2d
B.溶液X可能为NaOH溶液
C.Q可能为NH3
D.工业上用CO还原Al2O3的方法制取金属Al
14.利用如图装置做铝热反应实验,下列说法不正确的是( )
A.该反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
B.该反应会产生高温、发出强光
C.根据铝热反应的原理,可以冶炼某些高熔点金属
D.若反应中转移3 mol电子,则消耗氧化剂的物质的量是1 mol
15.氧化铁的用途较为广泛。工业上用废铁屑制备氧化铁的流程如图:
(1)“溶解”时主要反应的离子方程式为 。
(2)操作Ⅰ的名称是 。
(3)加入NH4HCO3溶液生成FeCO3沉淀和CO2,则“废液”中含有的主要离子有 。
(4)在空气中煅烧FeCO3可得产品Fe2O3,写出该反应的化学方程式: 。实际生产时,产品Fe2O3中常混有FeO,为了减少FeO,“煅烧”时可以采取的措施有 (写一条)。
(5)产品Fe2O3与Al粉的混合物称为铝热剂,可用于焊接铁轨。该反应的化学方程式为 。
学科素养创新练
16.钛(Ti)被称为继铁、铝之后的“第三金属”,钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有部分Fe2O3),我国的钛铁矿储量居世界首位。用钛铁矿制备TiO2的流程如下:
(1)步骤①加Fe的目的是 ;步骤②冷却的目的是 。
(2)上述制备TiO2的过程中,可以利用的副产物是 ;考虑成本和废物综合利用因素,废液中应加入 处理。
(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti),涉及的步骤为
TiO2TiCl4Ti
反应TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是
第一单元 金属的冶炼方法
1.B 解析 电解熔融氯化钠制备Na,A不符合题意;铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁,不属于金属的冶炼,B符合题意;铁矿石与焦炭在高温下反应得到Fe单质,C不符合题意;铝粉与二氧化锰在高温下反应得到Mn单质,D不符合题意。
2.A 解析 铝热反应是放热反应,反应中放出大量的热,故A错误;由方程式可知,反应中铝元素的化合价升高被氧化,铝是反应的还原剂,故B正确;铝热剂是铝与某些金属氧化物(如氧化铁、四氧化三铁、五氧化二钒、三氧化钨等)形成的混合物,故C正确;由方程式可知,该反应是有单质参加和生成的置换反应,故D正确。
3.C 解析 金属活泼性Mg>Zn>Fe>Cu,金属越活泼越易和酸反应,反应最剧烈的是Mg,故选C。
4.A 解析 良好的延展性、导电性和传热性、有光泽都是金属的物理性质,而反应中易失去电子是金属的化学性质,故A符合题意。
5.B 解析 试剂X应为强碱溶液,使Al2O3溶解,A错误;若用强酸代替CO2,强酸过量时,Al(OH)3会溶解,不能保证生成Al(OH)3沉淀,B正确;反应Ⅱ为向含有偏铝酸根的溶液通入过量CO2,二者可以发生反应,离子方程式为CO2+Al+2H2OAl(OH)3↓+HC,C错误;因Al比Fe活泼,不能用Fe置换Al,D错误。
6.答案 (1)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 (2)取少量黑色粉末放于试管中,加少量盐酸,若产生无色无味气体,则证明生成了单质铁 (3)收集未反应的CO,防止污染空气 先停止加热,防止生成的铁再次被氧化
7.答案 (1)SiO2 Fe(OH)3 (2)过滤 (3)Al+2H2O+CO2Al(OH)3↓+HC (4)1.5 6.0
解析 向铝土矿中加入过量稀硫酸,二氧化硅不与稀硫酸反应形成滤渣A,氧化铁、氧化铝与稀硫酸反应生成Al3+、Fe3+,滤液A中有Al3+、Fe3+;向滤液A中加入过量的氢氧化钠溶液生成氢氧化铁沉淀和偏铝酸钠。根据固体D电解生成铝,推知D为氧化铝,C为氢氧化铝。偏铝酸钠与过量的X生成氢氧化铝,推知X为二氧化碳。
(1)滤渣A是SiO2;滤渣B是Fe(OH)3。
(2)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ后分为滤渣和滤液,故名称均是过滤。
(3)由于二氧化碳是过量的,则生成滤渣C的离子方程式为Al+2H2O+CO2Al(OH)3↓+HC。
(4)取100mL滤液B,加入200mL1.0mol·L-1盐酸时,沉淀量达到最大且质量为11.7g,即氢氧化铝是11.7g,其物质的量是=0.15mol,根据铝原子守恒可知,滤液B中c(Al)==1.5mol·L-1。根据反应方程式+8NaOH3Na2SO4+2NaAlO2+4H2O可知,Al2(SO4)3消耗氢氧化钠×8=0.6mol,又因为氢氧化钠还会与硫酸等反应,因此最终滤液B中Na+的浓度大于6.0mol·L-1。
8.A 解析 冶炼金属铁通常用热还原法,冶炼铜也可用热还原法,A正确;氧化镁的熔点很高,工业上常用电解熔融氯化镁而不用电解熔融氧化镁的方法制取镁单质,B错误;钠与CuSO4溶液反应生成Cu(OH)2沉淀和H2,C错误;镁的金属活动性强于铝,不能利用铝热反应制备金属镁,D错误。
9.C 解析 该反应放出大量的热,温度较高,可以使铁融化,A正确;该反应为置换反应,铝置换出氧化铁中的铁,方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,B正确;2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,该反应中,两个铝被氧化,同时1个三氧化二铁被还原,其比为2∶1,C错误;该反应需要高温引发,在铝热剂表面加氯酸钾可以提供氧气,帮助镁条的燃烧,D正确。
10.B 解析 “臭者”说明煤中有挥发性物质,故A正确;“闭之,成石”不能鼓入大量空气,否则会使其氧化,这是煤干馏制备焦炭的过程,故B错误;《物理小识》中记载的炼铁方法,说明我国劳动人民很早就掌握了用焦炭冶炼铁的方法,故C正确;“煎矿煮石”时发生的炼铁反应是以焦炭为还原剂的热还原反应,故D正确。
11.C 解析 比较生成1mol金属时转移的电子数目即可。由“MnO2→Mn(降4价)、WO3→W(降6价)、Co3O4→Co(降价)、Cr2O3→Cr(降3价)”可知,生成1mol金属时,Co的化合价降低最少即得电子数最少,因而消耗的Al最少,耗Al量由多到少的顺序是B>A>D>C。
12.D 解析 生成物SO2对环境造成污染,不可直接排放,A错误;②中MoO3与碱反应生成盐和水,属于酸性氧化物,B错误;由反应③可知,H2MoO4可由HCl制得,再依据由强酸制弱酸的原理,H2MoO4的酸性弱于HCl,C错误;1molH2、1molCO 和1molAl作还原剂时,失去的电子分别为2mol、2mol和3mol,则还原等量的MoO3时,转移电子数相同,此时消耗的n(H2)∶n(CO)∶n(Al)=3∶3∶2,D正确。
13.B 解析 化合物中Mg的化合价为+2、Al的化合价为+3、氢氧根离子的化合价为-1、碳酸根离子的化合价为-2,根据正负化合价代数和为0可得,2a+3b=c+2d,A错误;根据流程,烧渣的主要成分为氧化镁和氧化铝,氧化铝具有两性,能溶于强碱溶液,而氧化镁不能溶于强碱溶液,所以溶液X可能为NaOH溶液,B正确;由前面的分析并结合流程,溶液Z可能为NaAlO2溶液,则气体Q可能为CO2,不可能为NH3,C错误;工业上用电解熔融Al2O3的方法制取金属Al,D错误。
14.D 解析 利用铝粉和氧化铁的混合物作铝热剂,高温下发生反应Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3,Fe2O3是氧化剂,反应中转移3mol电子时,消耗0.5molFe2O3。
15.答案 (1)Fe+2H+Fe2++H2↑ (2)过滤 (3)N (4)4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2 将FeCO3粉碎(合理即可) (5)Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3
解析 工业上利用废铁屑制取Fe2O3,先酸溶去除杂质,再沉淀、煅烧。即先用稀硫酸将铁屑转化为硫酸亚铁,然后过滤分离;再用NH4HCO3溶液将Fe2+转化为FeCO3沉淀;冰水洗涤后煅烧得到Fe2O3。
(1)“溶解”时,稀硫酸与铁屑中的铁转化为硫酸亚铁和氢气,主要反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑。
(2)操作Ⅰ是将固体和溶液进行分离,所以操作Ⅰ名称是过滤。
(3)加入NH4HCO3溶液生成FeCO3沉淀和CO2,则另一产物为(NH4)2SO4,由此得出“废液”中含有的主要离子有N。
(4)在空气中煅烧FeCO3可得产品Fe2O3,同时生成CO2,该反应的化学方程式为4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2。为了减少FeO,需将内部的金属与空气充分接触,所以“煅烧”时可以采取的措施为将FeCO3粉碎。
(5)方程式见答案。
16.答案 (1)将Fe3+还原为Fe2+ 析出绿矾(FeSO4·7H2O)
(2)绿矾(FeSO4·7H2O) 生石灰(或碳酸钙、碱) (3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应
解析 (1)分析框图知,铁最终转化成副产品绿矾,所以要将+3价Fe转化为+2价Fe;降温可减小FeSO4·7H2O的溶解度,有利于结晶。
(2)可以利用的副产物是绿矾(FeSO4·7H2O),水浸发生的离子反应为TiO2++2H2OH2TiO3↓+2H+,废液主要呈酸性,所以应加入CaO、CaCO3或碱。
(3)反应后Ti和Mg易与空气中的O2、N2等反应,故应在Ar气氛中进行。专题9培优练
创新突破练
突破一金属的化学通性
1.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。下列说法不正确的是( )
A.①②③处发生的反应均为氧化还原反应
B.③处加入的相应物质是稀硝酸
C.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
2.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是( )
A.将铜丝插入浓硫酸中加热,反应后把水加入反应液中,观察硫酸铜溶液的颜色
B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成
C.常温下把铜丝插入浓硫酸中,无明显现象,说明铜在浓硫酸中钝化
D.将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿
突破二常见离子的检验
3.下列关于物质或离子检验的推断正确的是( )
A.向X溶液中滴加KSCN溶液,溶液显血红色,证明X溶液中有Fe3+,无Fe2+
B.用盐酸酸化Y溶液,无现象,再加入氯化钡溶液,产生白色沉淀,则Y溶液中含有S
C.用玻璃棒蘸取Z溶液在酒精灯上灼烧,火焰呈黄色,再透过蓝色钴玻璃观察火焰无紫色,则Z溶液中有Na+,无K+
D.用盐酸酸化W溶液,无现象,再向其中滴加AgNO3溶液,产生白色沉淀,则W溶液中含有Cl-
4.某试液中只能含有K+、N、Fe2+、Al3+、Cl-、S、C中的若干种离子,离子浓度均为0.1 mol·L-1,某同学进行了如下实验:
下列说法正确的是( )
A.原试液中存在N、Fe2+、Cl-、S
B.滤液X中大量存在的阳离子有N、Fe2+和Ba2+
C.无法确定沉淀C的成分
D.无法确定原试液中是否含有Al3+、Cl-
突破三铁及其化合物的转化
5.已知有以下物质相互转化。
试回答下列问题:
(1)B的化学式为 ,D的化学式为 。
(2)由E转变成F的化学方程式为 。
(3)用KSCN溶液鉴别G溶液的离子方程式为 ;向G溶液中加入A,反应的离子方程式为 。
突破四铁及其化合物的性质探究
6.[2023北京顺义牛栏山一中月考]某小组同学分别探究FeCl2溶液、FeCl3溶液的性质。
Ⅰ.探究FeCl2溶液的性质。
(1)基于FeCl2中Fe元素的化合价,小组同学预测FeCl2具有还原性,预测依据是 。因此可以与酸性KMnO4溶液反应,并进行如下实验操作:
ⅰ
ⅰ中的现象是 。某同学认为ⅰ中现象并不能证明Fe2+具有还原性,他的理由有二:①将酸性高锰酸钾稀释也可能产生该现象、② ,为证实该反应中Fe2+确实被氧化,需要在反应后的溶液中检验有Fe3+的生成才可证明。
Ⅱ.探究FeCl3溶液的性质。
小组同学依次进行如下实验操作并观察到对应现象:
操作
ⅱ ⅲ ⅳ
现象 溶液由棕黄色变为浅绿色 无明显现象 溶液变为血红色,而后血红色褪去
(2)ⅳ中溶液变血红的原因是 。
Ⅲ.小组同学探究ⅳ中褪色原因,提出两种假设:a.铁离子被转化、b. SCN-被转化。
(3)将褪色的溶液分为两份,分别向其中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液和0.1 mol·L-1 KSCN溶液各1滴,观察到 现象,得出结论:假设b成立。
(4)进一步预测SCN-可能被转化为,并通过实验验证了该预测。已知SCN-中N的化合价为-3价,S的化合价为-2价。若SCN-与Cl2反应生成1.5 mol CO2时转移电子24 mol,则该反应中SCN-的N被转化为 。
高考真题练
考向一金属的冶炼
7.[2022湖南卷节选]钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2,含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料,制备金属钛的工艺流程如下:
下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是 (填字母)。
A.高炉炼铁
B.电解熔融氯化钠制钠
C.铝热反应制锰
D.氧化汞分解制汞
考向二合金材料
8.[2023广东卷]“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中,主要由硅酸盐材料制成的是( )
A.九霄环佩木古琴 B.裴李岗文化骨笛 C.商朝后期陶埙 D.曾侯乙青铜编钟
9.[2023山东卷]下列之物具有典型的齐鲁文化特色,据其主要化学成分不能与其他三种归为一类的是( )
A.泰山墨玉 B.龙山黑陶
C.齐国刀币 D.淄博琉璃
考向三铁及其化合物的性质及转化
10.[2021广东卷]部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A.a可与e反应生成b
B.b既可被氧化,也可被还原
C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
11.[2023浙江1月选考]探究铁及其化合物的性质,下列方案设计、现象和结论都正确的是( )
选项 实验方案 现象 结论
A 往FeCl2溶液中加入Zn片 短时间内无明显现象 Fe2+的氧化能力比Zn2+弱
B 往Fe2溶液 中滴加KSCN溶液,再加入少量K2SO4固体 溶液先变成血红色后无明显变化 Fe3+与SCN-的反应不可逆
C 将食品脱氧剂样品中的还原铁粉溶于盐酸,滴加KSCN溶液 溶液呈浅绿色 食品脱氧剂样品中没有+3价铁
D 向沸水中逐滴加5~6滴饱和FeCl3溶液,持续煮沸 溶液先变成红褐色再析出沉淀 Fe3+先水解 得Fe(OH)3 再聚集成 Fe(OH)3沉淀
考向四Fe(OH)2的制备
12.[2019浙江4月选考]某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答:
(1)仪器1的名称 。装置5的作用 。
(2)实验开始时,关闭K2,打开K1,反应一段时间后,再打开K2,关闭K1,发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进,使溶液能进入4中: 。
(3)装置改进后,将3中反应后溶液压入4中,在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因: 。
考向五含铁物质的工业制备
13.[2022河北卷]以焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe(NH4)Fe(CN)6颜料。工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)红渣的主要成分为 (填化学式),滤渣①的主要成分为 (填化学式)。
(2)黄铁矿研细的目的是 。
(3)还原工序中,不生成S单质的反应的化学方程式为 。
(4)工序①的名称为 ,所得母液循环使用。
(5)沉铁工序产生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合价为 ,氧化工序发生反应的离子方程式为 。
(6)若用还原工序得到的滤液制备Fe2O3·x H2O和(NH4)2SO4,所加试剂为 和 (填化学式,不引入杂质)。
专题9培优练
1.C 解析 由工艺流程图可知,E为铁元素形成的离子,而A为铜、金的混合物,通过过滤将铁元素与活泼性比它弱的铜、金分离出来,因此①处加入的物质为铁屑,发生的反应为Fe+2H+Fe2++H2↑,2Fe3++Fe3Fe2+,Cu2++FeCu+Fe2+,2Au3++3Fe2Au+3Fe2+;②处发生反应:Fe+2H+Fe2++H2↑,加入稀盐酸以除去铜、金中过量的铁屑,并将过滤后的含Fe2+的溶液与含Fe2+的E溶液相混合;③处发生反应:3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O,利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开;④处发生反应:Cu2++2OH-Cu(OH)2↓,将得到的铜离子转化为氢氧化铜沉淀,再受热分解为氧化铜;⑤处发生反应:Fe2++2OH-Fe(OH)2↓,加入碱将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀,再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀,最终受热分解为铁红(氧化铁)。根据上述分析可知,①为铁屑,②为稀盐酸,③为稀硝酸,④为碱,⑤为碱。A中含有Fe、Cu、Au,B中含有Cu、Au,C为Cu(NO3)2,D为Cu(OH)2,E中含有Fe2+,F为Fe(OH)3。由以上分析可知,①②③处发生的反应均有元素化合价的变化,均为氧化还原反应,A正确;③处加入的相应物质是稀硝酸,目的是分离铜和金单质,B正确;由以上分析可知,①处发生的离子反应最多有4个,C错误;Fe2O3的俗名是铁红,工业上常用作红色颜料,D正确。
2.D 解析 铜与浓硫酸反应后的混合液中还含有大量浓硫酸,因此不能向反应液中加水,应把反应液倒入水中,A错误;常温下,铜丝与氯气不反应,B错误;常温下,铜与浓硫酸不反应,不是钝化,C错误;铜绿[Cu2(OH)2CO3]可溶于盐酸,而铜与盐酸不反应,D正确。
3.B 解析 A.Fe2+与KSCN不反应,不能确定是否含有Fe2+,错误;B.能与Ba2+反应生成沉淀的可能是C、S、S,但先加入盐酸无明显现象,可以排除C、S的干扰,然后加入氯化钡,如果产生沉淀,则溶液中含S,正确;C.玻璃中含有钠离子,用玻璃棒蘸取溶液在酒精灯上灼烧,火焰呈黄色,不能证明溶液中含有钠离子,错误;D.盐酸中也含有Cl-,不能证明原溶液中是否含有Cl-,错误。
4.A 解析 加入过量稀硫酸无明显变化,说明不含C;加入硝酸钡有气体生成,由于已经加入了硫酸,N在酸性条件下具有强氧化性,说明有Fe2+存在且被氧化,沉淀A为BaSO4;加入过量NaOH溶液有气体生成,说明存在N,沉淀B为氢氧化铁沉淀;通入CO2产生沉淀,溶液存在Ba2+,可能存在Al,沉淀C中一定含有BaCO3,可能含有Al(OH)3。因为存在的离子浓度均为0.1mol·L-1,则原试液中只能含有N、Fe2+、Cl-、S才能保证电荷守恒,K+和Al3+必然不能存在。由上述分析可知,A正确;滤液X中大量存在的阳离子有N、Fe3+和Ba2+,B错误;沉淀C为BaCO3,C错误;原试液中不含Al3+,含有Cl-,D错误。
5.答案 (1)FeCl2 KCl (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 (3)Fe3++3SCN-Fe(SCN)3 2Fe3++Fe3Fe2+
解析 白色沉淀E置于空气中转化为红褐色沉淀F,可知E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3,G为FeCl3,从而推断出A为Fe,B为FeCl2;焰色反应呈紫色,说明溶液中含有K+,从而确定C为KOH。
(1)B的化学式为FeCl2,D的化学式为KCl。
(2)由E转变成F的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。
(3)用KSCN溶液鉴别FeCl3溶液的离子方程式为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3;向FeCl3溶液中加入铁,反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+。
6.答案 (1)FeCl2中铁元素为+2价,化合价可以升高 高锰酸钾溶液褪色 FeCl2中氯元素是-1价,也可能升高,具有还原性,也可能使酸性高锰酸钾溶液褪色 (2)Fe2+被氯水氧化生成Fe3+ (3)滴加KSCN溶液的溶液变血红色 (4)
解析 (1)FeCl2可以与酸性KMnO4溶液反应,高锰酸钾体现氧化性,FeCl2中铁元素为+2价,化合价可以升高,表现出还原性。FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液,二者发生氧化还原反应,高锰酸钾溶液会褪色。FeCl2中氯元素是-1价,也可能升高,具有还原性,也可能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
(2)Fe2+被氯水氧化,生成Fe3+,Fe3+遇到KSCN溶液变为血红色。
(3)若假设b成立,则溶液中SCN-被氧化,溶液中缺少SCN-,再滴加1滴KSCN溶液,溶液会变成血红色。
(4)已知SCN-中N的化合价为-3价,S的化合价为-2价,则C为+4价。若SCN-与Cl2反应生成1.5molCO2时转移电子24mol,根据C元素守恒,反应了1.5molSCN-,S元素从-2价升高到+6价,失去电子物质的量为12mol,设1.5molN元素从-3价升高到+x价,失去电子12mol,列式[x-(-3)]×1.5mol=12mol,解得x=5,故N元素从-3价升高到+5价,即生成。
7.答案 AC 解析 本工艺中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法,高炉炼铁的原理是用还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁,属于热还原法,故A符合题意;电解熔融氯化钠制取金属钠的原理是电解法,故B不符合题意;铝热反应制锰是利用Al作还原剂,将锰从其化合物中还原出来,为热还原法,故C符合题意;Hg为不活泼金属,可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞,故D不符合题意。
8.C 解析 九霄环佩木古琴主要构成是木材,动物筋,A不符合题意;裴李岗文化骨笛由动物骨骼构成,B不符合题意;商朝后期陶埙属于陶瓷,由硅酸盐制成,C符合题意;曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成,D不符合题意。
9.C 解析 墨玉、黑陶、琉璃均为非金属制品,均属于硅酸盐制品,主要成分均为硅酸盐材料,而刀币的主要成分为青铜。
10.C 解析 图中所示铁元素不同化合价的物质:a为Fe,b为FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等Fe(Ⅱ)的盐类物质,c为Fe(OH)2,e为FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等Fe(Ⅲ)的盐类物质,d为Fe(OH)3。Fe与Fe(Ⅲ)的盐类物质可发生反应生成Fe(Ⅱ)的盐类物质,如Fe+2FeCl33FeCl2,A不选;Fe(Ⅱ)为铁元素的中间价态,既有还原性也有氧化性,因此既可被氧化,也可被还原,B不选;Fe(Ⅲ)的盐类物质与浓碱液反应生成Fe(OH)3沉淀,制备Fe(OH)3胶体操作为向沸水中滴加饱和FeCl3溶液,继续煮沸至溶液呈红褐色,停止加热,C选;b→c→d→e→b转化如FeCl2Fe(OH)2Fe(OH)3FeCl3FeCl2,D不选。
11.D 解析 FeCl2溶液中加入Zn片,Fe2++Fe,溶液由浅绿色变为无色,Fe2+的氧化能力比Zn2+强,A错误;溶液变成血红色的原因为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,与和K+无关,B错误;铁离子可能先与单质铁生成亚铁离子,则溶液呈绿色,C错误;向沸水中滴加饱和氯化铁溶液,制取Fe(OH)3胶体,继续加热则胶体因聚沉变为沉淀,D正确。
12.答案 (1)分液漏斗 液封,防止空气进入装置4 (2)在装置2、3之间添加控制开关 (3)装置4内的空气没有排尽
解析 (1)观察仪器1特征可知是分液漏斗,该反应需要置于无氧环境,注意这里跟防倒吸无关,可知装置5的作用是液封,防止空气进入装置4。
(2)实验开始时,关闭K2,打开K1,反应一段时间后,再打开K2,关闭K1,发现3中溶液不能进入4中。如此操作,不行的原因在于仪器1产生的H2从左侧导管逸出,那么没有足够的压强不能将FeSO4溶液挤出,因而在装置2、3之间添加控制开关即可。
(3)灰绿色沉淀产生的原因是Fe(OH)2被空气氧化,因为装置4中空气没有完全排尽。
13.答案 (1)Fe2O3 Si(2)增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率 (3)7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O15FeSO4+8H2SO4 (4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤 (5) +2 6Fe(NH4)2Fe(CN)6+Cl+6H+6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6N (6)H2O2 NH3·H2O
解析 已知黄铁矿高温煅烧生成Fe2O3,反应原理为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,故产生的红渣主要成分为Fe2O3和SiO2,将红渣粉碎后加入足量的50%的H2SO4溶液加热并酸浸,反应原理为Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O,过滤出滤渣①,主要成分为SiO2,向滤液中加入黄铁矿进行还原,将Fe3+还原为Fe2+,由(3)小问可知不生成S沉淀,则硫元素被氧化为,反应原理为7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O15FeSO4+8H2S,然后进行工序①为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤,得到FeSO4晶体和母液(主要含有FeSO4溶液和H2SO4),加水溶解FeSO4晶体,向所得溶液中加入(NH4)2SO4、K4[Fe(CN)6]并用H2SO4调节溶液的pH为3,进行沉铁过程,反应原理为Fe2++2+[Fe(CN)6]4-Fe(NH4)2Fe(CN)6↓,然后过滤出沉淀,洗涤后加入H2SO4和NaClO3进行氧化步骤,反应原理为6Fe(NH4)2Fe(CN)6++6H+6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6,过滤、洗涤干燥即制得Fe(NH4)Fe(CN)6。
(1)红渣的主要成分为Fe2O3,滤渣①的主要成分为SiO2。
(2)黄铁矿研细的主要目的是增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率。
(3)还原工序中,不产生S单质沉淀,则硫元素被氧化为,反应原理为7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O15FeSO4+8H2SO4。
(4)工序①的名称为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤,所得母液主要含有FeSO4溶液和H2SO4,可以循环利用。
(5)沉铁工序中产生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合价为+2价,氧化工序所发生的离子方程式为6Fe(NH4)2Fe(CN)6++6H+6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6。
(6)还原工序所得的滤液中主要含有FeSO4溶液和H2SO4,向滤液中先加入一定量的H2O2溶液将Fe2+完全氧化为Fe3+,再向氧化后的溶液中加入氨水至不再产生沉淀为止,过滤洗涤,对沉淀进行灼烧,即可制得Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4,故所需要加入的试剂为H2O2和NH3·H2O。
