2025人教版高中化学必修第一册同步练习题--第1课时 铁的单质和氧化物、氢氧化物（含解析）
文档属性
| 名称 | 2025人教版高中化学必修第一册同步练习题--第1课时 铁的单质和氧化物、氢氧化物（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 598.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-06-19 12:26:23 | ||
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文档简介
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2025人教版高中化学必修第一册
第三章 铁 金属材料
第一节 铁及其化合物
第1课时 铁的单质和氧化物、氢氧化物
基础过关练
题组一 铁单质的性质
1.(2023浙江余姚中学期中)纳米是长度单位,1 nm=10-9 m,当物质的颗粒大小达到纳米级时,具有特殊的性质。例如“纳米铁”在空气中即可以燃烧。下列关于“纳米铁”的叙述正确的是( )
A.常温下“纳米铁”比铁片的金属性强
B.常温下“纳米铁”比铁片更易失去电子
C.常温下“纳米铁”的还原性与铁片相同
D.常温下“纳米铁”比铁片的氧化性强
2.(2024北京清华附中月考)下列有关铁的说法中正确的是 ( )
A.FeCl3可通过化合反应或置换反应制得
B.铁和稀硫酸反应的离子方程式为2Fe+6H+ 2Fe3++3H2↑
C.铁在纯氧中燃烧生成Fe3O4
D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中O2、H2O的共同作用下反应生成Fe3O4
3.(经典题)(2024四川成都石室中学期中)某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水蒸气反应”的实验,并检验产物的性质,下列说法正确的是 ( )
A.实验时,应先点燃A处的酒精灯,再点燃B处的酒精喷灯
B.装置B中发生反应的化学方程式为2Fe+3H2O(g) Fe2O3+3H2
C.装置E中的现象是红色粉末变黑
D.因为铁与水蒸气反应,所以炽热的铁水注入模具之前,模具不需干燥处理
4.(2024河北衡水二中月考)某同学欲在实验室中完成Fe与水蒸气反应的实验,实验装置如图所示。
回答下列问题:
(1)如何检查装置的气密性 。
(2)装置中湿沙子的作用是 。
(3)K中发生反应的化学方程式为 。
(4)该同学认为欲在装置的导管口处点燃反应产生的气体,装置H必不可少,H的作用是 。
题组二 铁的氧化物
5.(2024天津南开中学期末)下列说法正确的是 ( )
A.在自然界中,不可能有游离态的铁存在
B.赤铁矿的主要成分是Fe2O3,磁铁矿的主要成分是Fe3O4,Fe2O3俗称铁红
C.Fe3O4可认为是FeO和Fe2O3等物质的量组成的混合物
D.铁的氧化物能与酸反应生成盐和水,因此Fe3O4、Fe2O3、FeO都是碱性氧化物
6.(2023河南南阳一中月考)某同学对铁的氧化物产生了浓厚兴趣,查阅资料后制成以下卡片:
(
在空气中把铁灼烧到500
℃
生成Fe
3
O
4
;
温度再升高可生成Fe
2
O
3
;
在更高的温度
(
约1 400
℃
)
下加热Fe
2
O
3
时
,
又可得到Fe
3
O
4
。即
:
Fe
Fe
3
O
4
Fe
2
O
3
)
下列说法正确的是 ( )
A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体
B.反应②的温度比反应③的温度高
C.FeO的稳定性强于Fe2O3
D.四氧化三铁中铁元素的化合价较复杂,其组成可表示为FeO·Fe2O3
7.(2024河南南阳一中月考)有一块铁的氧化物样品,用100 mL 5.0 mol·L-1盐酸恰好将其完全溶解,所得溶液中通入0.05 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
题组三 铁的氢氧化物
8.(2024山东菏泽一中月考)已知:2Fe3++Fe 3Fe2+。下列实验方案能长时间得到白色纯净的Fe(OH)2的是 ( )
A.在FeCl2溶液上加一层苯,然后将滴管插入到FeCl2溶液液面以下,慢慢滴加NaOH溶液(溶液中不能有气泡,配制FeCl2溶液和NaOH溶液的蒸馏水必须加热煮沸)
B.将铁粉与稀硫酸充分反应,然后再加入过量的氨水
C.在Fe2(SO4)3溶液中加入过量的铁粉,过滤,在滤液中加入过量的NaOH溶液
D.在生成Fe(OH)3的悬浊液中加过量的铁粉
9.(2024河北邢台质检联盟月考)某化学兴趣小组按如图装置进行实验,反应开始时打开弹簧夹,当点燃从a口出来的气体无爆鸣声时关闭弹簧夹,此时剩余少量的钠,下列说法错误的是 ( )
A.橡皮管能起到平衡气压的作用
B.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,剩余的少量钠能置换出单质铁
C.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,锥形瓶内能观察到白色絮状沉淀
D.反应结束后,打开锥形瓶的橡胶塞,能观察到有红褐色沉淀产生
10.(经典题)(2023重庆南开中学月考)某班同学分成A、B两组,并分别设计实验探究能较长时间观察到白色Fe(OH)2沉淀的制取方法。回答下列问题:
A组实验:用NaOH溶液和FeSO4溶液直接反应(如图)。
(1)FeSO4可由铁粉还原Fe2(SO4)3制得,写出此反应的离子方程式: 。
(2)该方法能观察到白色的Fe(OH)2沉淀,但沉淀颜色快速发生变化,其颜色变化为 。请分析沉淀颜色变化的原因: (用化学方程式表示)。
B组实验:选用稀硫酸、铁粉、NaOH溶液进行实验,装置如图。
(3)实验时,先 (填“打开”或“关闭”)止水夹K,然后打开 的玻璃塞和活塞,使稀硫酸与铁粉反应,一段时间后, (填“打开”或“关闭”)止水夹K,制得白色Fe(OH)2沉淀,且沉淀能一段时间不变色,原因是 。
能力提升练
题组一 铁及其化合物性质的综合应用
1.(2024云南昆明期末)龙泉剑是我国第一把铁剑,它的锻造技艺记录于《越绝书》《天工开物》等典籍中,下列有关说法错误的是 ( )
A.《越绝书》中记载“洗沙”后得到红棕色铁矿石,该铁矿石主要成分是Fe2O3
B.《天工开物》中记载将铁矿石、木炭等置于炉内,风箱鼓风,便产生铁水,铁水是还原产物
C.铁剑锻造需要“淬火”,从而提高铁剑的硬度,“淬火”中Fe与H2O(g)反应生成Fe(OH)3
D.在剑身上涂油可防止铁剑生锈
2.(经典题)(2024天津四十二中月考)用废铁屑制备磁性胶体粒子,制备过程如下:
下列说法不正确的是 ( )
A.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1
B.通入N2是为了防止空气中的O2氧化Fe2+
C.加适量的H2O2是为了将部分Fe2+氧化为Fe3+
D.加稀H2SO4是为了使铁溶解生成FeSO4
3.(2023广东广州三中期末)将稀硫酸和铁粉按一定顺序依次加入一定量的硫酸铜溶液中充分反应。实验过程中,加入物质的质量与烧杯中剩余固体的质量关系如图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.先加入的是铁粉,后加入的是稀硫酸
B.b、d点对应的剩余固体种类不同
C.m=6.4
D.向f点对应溶液中加入铁粉有气泡产生
4.(2024湖南长郡中学选科调研)元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具,它指的是以元素的化合价为纵坐标,以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。如图为铁元素的“价—类”二维图,箭头表示部分物质间的转化关系。
请回答以下问题:
(1)Na2FeO4中Fe的化合价为 。
(2)制备氢氧化亚铁时,制得的白色絮状沉淀最终转化为红褐色沉淀,请用化学方程式解释该现象: 。
(3)已知Na2FeO4在强碱性溶液中稳定存在,pH越小稳定性越差;则制备Na2FeO4时需要在 (填“酸性”“碱性”或“中性”)环境中进行。Na2FeO4也可以作净水剂,能与水反应生成具有吸附性的Fe(OH)3胶体,反应的离子方程式为 。
(4)FeO、Fe2O3是合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分。某FeO、Fe2O3混合物中,铁原子、氧原子的物质的量之比为4∶5,其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为 。
题组二 以铁及其化合物为载体的实验探究
5.(2024湖南浏阳期末)用如图所示装置测定某铁矿石中Fe2O3的含量(杂质不参与反应),称取4.00 g该铁矿石于硬质玻璃管A中,充分反应后测得干燥管B增重2.64 g,C增重0.44 g,下列相关说法中正确的是 ( )
A.称量干燥管B后,应先加热硬质玻璃管A,再通CO
B.在硬质玻璃管A发生的反应中,CO被还原
C.该铁矿石中Fe2O3的质量分数为93.3%
D.若撤去干燥管C,会造成测得的Fe2O3的含量偏高
6.(2024山东烟台莱州一中月考)某学习小组探究铁与氯气在不同条件下的反应及产物。
资料:无水FeCl3受热易升华。
(1)将铁粉放入氯水中,铁粉溶解,无气泡产生。
①经检验氯水呈酸性,原因是 (用化学方程式表示)。
②依据实验现象,判断氯水中与Fe反应的粒子可能为 。
(2)湿润的Cl2与Fe的反应:
装置 实验 操作及现象
Ⅰ 常温时将铁丝伸入集气瓶中,铁丝迅速变黑,反应停止后,加入蒸馏水,溶液呈浅绿色
Ⅱ 将红热的铁丝伸入集气瓶中,铁丝剧烈燃烧,产生大量棕褐色的烟,瓶底铺有棕色粉末
①实验Ⅰ,经检验产物中有FeCl2,推测其形成的可能原因:
a:铁和氯气直接化合生成,其反应为 。
b:2Fe+3Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe 3FeCl2。
②实验Ⅱ中反应的化学方程式为 。
(3)干燥的Cl2与Fe的反应:
装置 实验 操作及现象
Ⅲ 常温时将铁丝伸入集气瓶中,铁丝慢慢变黑,有大量气体剩余
Ⅳ 将红热的铁丝伸入集气瓶中,铁丝剧烈燃烧,产生大量棕褐色的烟,瓶底铺有棕色粉末
实验Ⅲ中有大量Cl2剩余,实验Ⅳ中几乎无Cl2剩余,可能的原因是 。7.(2023上海奉贤期末)打印机墨粉中Fe3O4的含量是衡量墨粉质量优劣的重要指标之一,为测定某墨粉中Fe3O4的含量,同学们在化学实验室中进行了如下实验。
已知:①墨粉中除Fe3O4外,其余成分既不含铁元素,也不溶于水、不与酸反应;
②酸性高锰酸钾溶液呈紫红色,Mn2+溶液无色。
(1)列举两个生成磁性氧化铁反应的化学方程式: 、 。
(2)检验Fe2+:
①[实验原理] Fe2++ Mn+ H+ Fe3++ Mn2++ H2O(配平离子方程式)。
②[实验操作]取第一份溶液少许,向其中滴加酸性KMnO4溶液,振荡,观察到 。
③[实验结论]溶液中含Fe2+,同时证明Fe2+具有 性。
(3)测定Fe3O4的含量:
①加入足量氯水的目的是 。
②加入足量NaOH溶液后观察到的现象是 。
③沉淀加热时发生反应的化学方程式是 。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.C 3.A 5.B 6.D 7.C 8.A 9.B
1.C “纳米铁”和铁片都为铁单质,失电子能力相同,“纳米铁”的还原性与铁片相同,“纳米铁”之所以能在空气中燃烧是由于纳米材料的颗粒较小,表面积较大,与氧气的接触面积较大。
2.C Fe与Cl2加热时发生化合反应生成FeCl3,而Fe和盐酸反应生成FeCl2,即不能通过置换反应制得,A错误;Fe和稀硫酸反应生成FeSO4和H2,其离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑,B错误;Fe在纯氧中燃烧生成Fe3O4,C正确;常温下Fe与H2O不反应,但在空气中O2、H2O的共同作用下反应生成铁锈(主要成分是Fe2O3·xH2O),D错误。
3.A 实验时应先点燃A处酒精灯,赶走装置中的空气,再点燃B处的酒精喷灯,A正确;装置B中发生反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,B错误;装置E中H2还原CuO,观察到的现象是黑色粉末变为红色,C错误;铁与水蒸气反应,炽热的铁水注入模具之前,模具需干燥,防止产生的H2发生爆炸,D错误。
4.答案 (1)向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热K,若H中导管口出现气泡,停止加热后导管中出现水柱,证明气密性良好(答案合理即可) (2)提供水蒸气 (3)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 (4)干燥氢气,降低H2中水蒸气的含量
解析 (2)题述反应是铁与水蒸气的反应,湿沙子受热时,水蒸发产生水蒸气,即湿沙子的作用是提供水蒸气。(3)K中发生反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。(4)潮湿的氢气很难点燃,故H的作用是干燥氢气,降低H2中水蒸气的含量。
5.B 陨铁中,含有游离态的铁,A错误;赤铁矿俗称铁红,其主要成分是Fe2O3,磁铁矿的主要成分为Fe3O4,又称磁性氧化铁,B正确;Fe3O4属于纯净物,C错误;Fe2O3、FeO与酸反应分别生成一种盐和水,二者都是碱性氧化物,但Fe3O4与酸反应生成两种盐,不属于碱性氧化物,D错误。
6.D Fe2O3为红棕色固体,A项错误;根据信息可知Fe在500 ℃时与氧气反应生成Fe3O4,继续升高温度生成Fe2O3,在更高的温度(约1 400 ℃)下Fe2O3转化为Fe3O4,则反应②的温度比反应③的温度低,B项错误;FeO不稳定,其稳定性弱于Fe2O3,C项错误;Fe3O4中Fe为+2价和+3价,其组成可表示为FeO·Fe2O3,D项正确。
7.C 通入0.05 mol Cl2,恰好使Fe2+全部转变为Fe3+,则通入Cl2前溶液中n(Fe2+)=2n(Cl2)=2×0.05 mol=0.1 mol,3n(Fe3+)+2n(Fe2+)=n(Cl-)=0.1 L×5.0 mol·L-1=0.5 mol,则n(Fe3+)=0.1 mol,该铁的氧化物样品中含0.1 mol Fe2+、0.1 mol Fe3+,故该样品可能的化学式为Fe4O5。
8.A 配制溶液的蒸馏水煮沸,能排出溶解的氧,加一层苯隔绝空气,可制得白色纯净的Fe(OH)2,A正确;将铁粉与稀硫酸充分反应,再加入过量氨水,实验中缺少防止Fe(OH)2被氧化的措施,B错误;实验未排出溶液中溶解的氧,缺少防止Fe(OH)2被氧化的措施,C错误;Fe(OH)3与铁粉不反应,该方法不能制备Fe(OH)2,D错误。
9.B 钠与水反应生成H2,连接橡皮管能维持压强平衡,A正确;钠与水反应生成NaOH和H2,生成的NaOH与FeCl2反应生成白色絮状Fe(OH)2沉淀,B错误、C正确;Fe(OH)2不稳定,会与O2、H2O结合生成Fe(OH)3红褐色沉淀,D正确。
10.答案 (1)Fe+2Fe3+ 3Fe2+
(2)白色沉淀迅速转化为灰绿色,一段时间后变为红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
(3)打开 分液漏斗 关闭 稀硫酸与铁粉作用产生的H2排出了装置中的空气
解析 (1)铁粉还原Fe2(SO4)3制得FeSO4,该反应的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+。(2)Fe(OH)2沉淀不稳定,容易被氧化,可看到白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。(3)题图实验中,应先打开止水夹K,再打开分液漏斗的玻璃塞和活塞,使左侧装置中Fe与稀硫酸反应,一段时间后装置中的空气被排尽,关闭止水夹K,左侧装置中压强增大,可将左侧装置中溶液压入右侧NaOH溶液中,二者反应生成Fe(OH)2沉淀。
能力提升练
1.C 2.A 3.B 5.D
1.C Fe2O3为红棕色固体,红棕色铁矿石的主要成分是Fe2O3,A正确;炼铁过程中铁元素化合价降低,得到的铁水为还原产物,B正确;Fe与H2O(g)高温生成Fe3O4和H2,C错误;剑身上涂油可隔绝氧气和水,从而防止铁剑生锈,D正确。
2.A
Fe3O4中Fe2+、Fe3+个数比为1∶2,溶液A中Fe2+、Fe3+的浓度比为1∶2,A错误;通入N2是为了隔绝空气,防止空气中的O2氧化Fe2+,B正确;加入适量H2O2将部分Fe2+氧化为Fe3+,C正确;加入稀H2SO4能与Fe反应生成FeSO4和H2,D正确。
3.B 图像分析:
根据分析可知,先加入的是铁粉,后加入的是稀硫酸,A正确;b、d点对应的剩余固体均是铁和铜的混合物,B错误;m g为生成的铜的质量,则有:
Fe+CuSO4 FeSO4+Cu
56 64
5.6 g m g
,解得m=6.4,C正确;f点时,稀硫酸过量,故向f点对应溶液中加入铁粉会有气泡产生,D正确。
4.答案 (1)+6 (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 (3)碱性 4Fe+10H2O 4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH- (4)2∶1
解析 (1)Na2FeO4中Na、O元素分别为+1、-2价,由化合物中各元素正、负化合价代数和为零,可知Fe元素为+6价。(2)Fe(OH)2在空气中与O2、水反应生成红褐色Fe(OH)3,其化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。(3)根据题中信息Na2FeO4在强碱性溶液中稳定存在,pH越小稳定性越差;可判断制备Na2FeO4时需在碱性环境中进行。根据Na2FeO4能作净水剂,能与水反应生成Fe(OH)3胶体,由化合价变化可知,反应中一定有O2生成,结合电荷守恒、得失电子守恒可写出该反应的离子方程式为4Fe+10H2O 4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-。(4)设FeO、Fe2O3的物质的量之比为a∶b,则,解得a∶b=2∶1。
5.D 硬质玻璃管内有空气,先通CO排出装置内的空气,防止干扰实验结果及出现安全事故,A错误;A中发生反应Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,该反应中CO被氧化生成CO2,B错误;干燥管B增重2.64 g,即生成0.06 mol CO2,根据A中反应可知该铁矿石中含0.02 mol Fe2O3,其质量为3.2 g,则该铁矿石中Fe2O3的质量分数为×100%=80.0%,C错误;若撤去干燥管C,空气中CO2和水蒸气会进入干燥管B,导致实验结果偏高,D正确。
6.答案 (1)①Cl2+H2O HCl+HClO
②Cl2、ClO-、HClO
(2)①Fe+Cl2 FeCl2 ②2Fe+3Cl2 2FeCl3
(3)Ⅲ中铁与Cl2反应产生的氯化物覆盖在铁丝表面,使铁与Cl2不能接触;Ⅳ中反应温度高,生成的FeCl3升华,铁与Cl2继续接触反应
解析 (1)①Cl2溶于水,发生反应Cl2+H2O HCl+HClO,故氯水呈酸性。②铁粉放入氯水中,铁粉溶解且无气泡产生,可能是Fe与Cl2反应,也可能是Fe与HClO或ClO-反应。
(3)对比实验Ⅲ和Ⅳ的实验现象,Ⅲ中铁与Cl2反应产生的氯化物覆盖在铁丝表面,使铁与Cl2不能接触;Ⅳ中反应温度高,生成的FeCl3升华,使铁与Cl2继续接触反应。
7.答案 (1)3Fe+2O2 Fe3O4 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
(2)①5 1 8 5 1 4 ②溶液紫红色褪去 ③还原
(3)①将Fe2+全部氧化为Fe3+ ②有红褐色沉淀生成,溶液由棕黄色变为无色 ③2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
解析 (1)Fe在O2中燃烧、Fe与水蒸气的反应均能生成Fe3O4,其化学方程式分别为3Fe+2O2 Fe3O4、3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。(2)①根据原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒,可配平该离子方程式为5Fe2++Mn+8H+ 5Fe3++Mn2++4H2O。②取第一份溶液少许,加入酸性KMnO4溶液,发生①中反应,可观察到溶液紫红色褪去。③该实验可以证明Fe2+具有还原性。(3)①原溶液中含有Fe2+和Fe3+,加入足量氯水后得到含Fe3+的溶液,即加入足量氯水可将Fe2+全部氧化为Fe3+。②加入NaOH溶液后,发生反应Fe3++3OH- Fe(OH)3↓,有红褐色沉淀产生,溶液由棕黄色变为无色。③Fe(OH)3不稳定,受热易分解,其化学方程式为2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。
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第三章 铁 金属材料
第一节 铁及其化合物
第1课时 铁的单质和氧化物、氢氧化物
基础过关练
题组一 铁单质的性质
1.(2023浙江余姚中学期中)纳米是长度单位,1 nm=10-9 m,当物质的颗粒大小达到纳米级时,具有特殊的性质。例如“纳米铁”在空气中即可以燃烧。下列关于“纳米铁”的叙述正确的是( )
A.常温下“纳米铁”比铁片的金属性强
B.常温下“纳米铁”比铁片更易失去电子
C.常温下“纳米铁”的还原性与铁片相同
D.常温下“纳米铁”比铁片的氧化性强
2.(2024北京清华附中月考)下列有关铁的说法中正确的是 ( )
A.FeCl3可通过化合反应或置换反应制得
B.铁和稀硫酸反应的离子方程式为2Fe+6H+ 2Fe3++3H2↑
C.铁在纯氧中燃烧生成Fe3O4
D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中O2、H2O的共同作用下反应生成Fe3O4
3.(经典题)(2024四川成都石室中学期中)某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水蒸气反应”的实验,并检验产物的性质,下列说法正确的是 ( )
A.实验时,应先点燃A处的酒精灯,再点燃B处的酒精喷灯
B.装置B中发生反应的化学方程式为2Fe+3H2O(g) Fe2O3+3H2
C.装置E中的现象是红色粉末变黑
D.因为铁与水蒸气反应,所以炽热的铁水注入模具之前,模具不需干燥处理
4.(2024河北衡水二中月考)某同学欲在实验室中完成Fe与水蒸气反应的实验,实验装置如图所示。
回答下列问题:
(1)如何检查装置的气密性 。
(2)装置中湿沙子的作用是 。
(3)K中发生反应的化学方程式为 。
(4)该同学认为欲在装置的导管口处点燃反应产生的气体,装置H必不可少,H的作用是 。
题组二 铁的氧化物
5.(2024天津南开中学期末)下列说法正确的是 ( )
A.在自然界中,不可能有游离态的铁存在
B.赤铁矿的主要成分是Fe2O3,磁铁矿的主要成分是Fe3O4,Fe2O3俗称铁红
C.Fe3O4可认为是FeO和Fe2O3等物质的量组成的混合物
D.铁的氧化物能与酸反应生成盐和水,因此Fe3O4、Fe2O3、FeO都是碱性氧化物
6.(2023河南南阳一中月考)某同学对铁的氧化物产生了浓厚兴趣,查阅资料后制成以下卡片:
(
在空气中把铁灼烧到500
℃
生成Fe
3
O
4
;
温度再升高可生成Fe
2
O
3
;
在更高的温度
(
约1 400
℃
)
下加热Fe
2
O
3
时
,
又可得到Fe
3
O
4
。即
:
Fe
Fe
3
O
4
Fe
2
O
3
)
下列说法正确的是 ( )
A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体
B.反应②的温度比反应③的温度高
C.FeO的稳定性强于Fe2O3
D.四氧化三铁中铁元素的化合价较复杂,其组成可表示为FeO·Fe2O3
7.(2024河南南阳一中月考)有一块铁的氧化物样品,用100 mL 5.0 mol·L-1盐酸恰好将其完全溶解,所得溶液中通入0.05 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
题组三 铁的氢氧化物
8.(2024山东菏泽一中月考)已知:2Fe3++Fe 3Fe2+。下列实验方案能长时间得到白色纯净的Fe(OH)2的是 ( )
A.在FeCl2溶液上加一层苯,然后将滴管插入到FeCl2溶液液面以下,慢慢滴加NaOH溶液(溶液中不能有气泡,配制FeCl2溶液和NaOH溶液的蒸馏水必须加热煮沸)
B.将铁粉与稀硫酸充分反应,然后再加入过量的氨水
C.在Fe2(SO4)3溶液中加入过量的铁粉,过滤,在滤液中加入过量的NaOH溶液
D.在生成Fe(OH)3的悬浊液中加过量的铁粉
9.(2024河北邢台质检联盟月考)某化学兴趣小组按如图装置进行实验,反应开始时打开弹簧夹,当点燃从a口出来的气体无爆鸣声时关闭弹簧夹,此时剩余少量的钠,下列说法错误的是 ( )
A.橡皮管能起到平衡气压的作用
B.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,剩余的少量钠能置换出单质铁
C.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,锥形瓶内能观察到白色絮状沉淀
D.反应结束后,打开锥形瓶的橡胶塞,能观察到有红褐色沉淀产生
10.(经典题)(2023重庆南开中学月考)某班同学分成A、B两组,并分别设计实验探究能较长时间观察到白色Fe(OH)2沉淀的制取方法。回答下列问题:
A组实验:用NaOH溶液和FeSO4溶液直接反应(如图)。
(1)FeSO4可由铁粉还原Fe2(SO4)3制得,写出此反应的离子方程式: 。
(2)该方法能观察到白色的Fe(OH)2沉淀,但沉淀颜色快速发生变化,其颜色变化为 。请分析沉淀颜色变化的原因: (用化学方程式表示)。
B组实验:选用稀硫酸、铁粉、NaOH溶液进行实验,装置如图。
(3)实验时,先 (填“打开”或“关闭”)止水夹K,然后打开 的玻璃塞和活塞,使稀硫酸与铁粉反应,一段时间后, (填“打开”或“关闭”)止水夹K,制得白色Fe(OH)2沉淀,且沉淀能一段时间不变色,原因是 。
能力提升练
题组一 铁及其化合物性质的综合应用
1.(2024云南昆明期末)龙泉剑是我国第一把铁剑,它的锻造技艺记录于《越绝书》《天工开物》等典籍中,下列有关说法错误的是 ( )
A.《越绝书》中记载“洗沙”后得到红棕色铁矿石,该铁矿石主要成分是Fe2O3
B.《天工开物》中记载将铁矿石、木炭等置于炉内,风箱鼓风,便产生铁水,铁水是还原产物
C.铁剑锻造需要“淬火”,从而提高铁剑的硬度,“淬火”中Fe与H2O(g)反应生成Fe(OH)3
D.在剑身上涂油可防止铁剑生锈
2.(经典题)(2024天津四十二中月考)用废铁屑制备磁性胶体粒子,制备过程如下:
下列说法不正确的是 ( )
A.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1
B.通入N2是为了防止空气中的O2氧化Fe2+
C.加适量的H2O2是为了将部分Fe2+氧化为Fe3+
D.加稀H2SO4是为了使铁溶解生成FeSO4
3.(2023广东广州三中期末)将稀硫酸和铁粉按一定顺序依次加入一定量的硫酸铜溶液中充分反应。实验过程中,加入物质的质量与烧杯中剩余固体的质量关系如图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.先加入的是铁粉,后加入的是稀硫酸
B.b、d点对应的剩余固体种类不同
C.m=6.4
D.向f点对应溶液中加入铁粉有气泡产生
4.(2024湖南长郡中学选科调研)元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具,它指的是以元素的化合价为纵坐标,以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。如图为铁元素的“价—类”二维图,箭头表示部分物质间的转化关系。
请回答以下问题:
(1)Na2FeO4中Fe的化合价为 。
(2)制备氢氧化亚铁时,制得的白色絮状沉淀最终转化为红褐色沉淀,请用化学方程式解释该现象: 。
(3)已知Na2FeO4在强碱性溶液中稳定存在,pH越小稳定性越差;则制备Na2FeO4时需要在 (填“酸性”“碱性”或“中性”)环境中进行。Na2FeO4也可以作净水剂,能与水反应生成具有吸附性的Fe(OH)3胶体,反应的离子方程式为 。
(4)FeO、Fe2O3是合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分。某FeO、Fe2O3混合物中,铁原子、氧原子的物质的量之比为4∶5,其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为 。
题组二 以铁及其化合物为载体的实验探究
5.(2024湖南浏阳期末)用如图所示装置测定某铁矿石中Fe2O3的含量(杂质不参与反应),称取4.00 g该铁矿石于硬质玻璃管A中,充分反应后测得干燥管B增重2.64 g,C增重0.44 g,下列相关说法中正确的是 ( )
A.称量干燥管B后,应先加热硬质玻璃管A,再通CO
B.在硬质玻璃管A发生的反应中,CO被还原
C.该铁矿石中Fe2O3的质量分数为93.3%
D.若撤去干燥管C,会造成测得的Fe2O3的含量偏高
6.(2024山东烟台莱州一中月考)某学习小组探究铁与氯气在不同条件下的反应及产物。
资料:无水FeCl3受热易升华。
(1)将铁粉放入氯水中,铁粉溶解,无气泡产生。
①经检验氯水呈酸性,原因是 (用化学方程式表示)。
②依据实验现象,判断氯水中与Fe反应的粒子可能为 。
(2)湿润的Cl2与Fe的反应:
装置 实验 操作及现象
Ⅰ 常温时将铁丝伸入集气瓶中,铁丝迅速变黑,反应停止后,加入蒸馏水,溶液呈浅绿色
Ⅱ 将红热的铁丝伸入集气瓶中,铁丝剧烈燃烧,产生大量棕褐色的烟,瓶底铺有棕色粉末
①实验Ⅰ,经检验产物中有FeCl2,推测其形成的可能原因:
a:铁和氯气直接化合生成,其反应为 。
b:2Fe+3Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe 3FeCl2。
②实验Ⅱ中反应的化学方程式为 。
(3)干燥的Cl2与Fe的反应:
装置 实验 操作及现象
Ⅲ 常温时将铁丝伸入集气瓶中,铁丝慢慢变黑,有大量气体剩余
Ⅳ 将红热的铁丝伸入集气瓶中,铁丝剧烈燃烧,产生大量棕褐色的烟,瓶底铺有棕色粉末
实验Ⅲ中有大量Cl2剩余,实验Ⅳ中几乎无Cl2剩余,可能的原因是 。7.(2023上海奉贤期末)打印机墨粉中Fe3O4的含量是衡量墨粉质量优劣的重要指标之一,为测定某墨粉中Fe3O4的含量,同学们在化学实验室中进行了如下实验。
已知:①墨粉中除Fe3O4外,其余成分既不含铁元素,也不溶于水、不与酸反应;
②酸性高锰酸钾溶液呈紫红色,Mn2+溶液无色。
(1)列举两个生成磁性氧化铁反应的化学方程式: 、 。
(2)检验Fe2+:
①[实验原理] Fe2++ Mn+ H+ Fe3++ Mn2++ H2O(配平离子方程式)。
②[实验操作]取第一份溶液少许,向其中滴加酸性KMnO4溶液,振荡,观察到 。
③[实验结论]溶液中含Fe2+,同时证明Fe2+具有 性。
(3)测定Fe3O4的含量:
①加入足量氯水的目的是 。
②加入足量NaOH溶液后观察到的现象是 。
③沉淀加热时发生反应的化学方程式是 。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.C 3.A 5.B 6.D 7.C 8.A 9.B
1.C “纳米铁”和铁片都为铁单质,失电子能力相同,“纳米铁”的还原性与铁片相同,“纳米铁”之所以能在空气中燃烧是由于纳米材料的颗粒较小,表面积较大,与氧气的接触面积较大。
2.C Fe与Cl2加热时发生化合反应生成FeCl3,而Fe和盐酸反应生成FeCl2,即不能通过置换反应制得,A错误;Fe和稀硫酸反应生成FeSO4和H2,其离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑,B错误;Fe在纯氧中燃烧生成Fe3O4,C正确;常温下Fe与H2O不反应,但在空气中O2、H2O的共同作用下反应生成铁锈(主要成分是Fe2O3·xH2O),D错误。
3.A 实验时应先点燃A处酒精灯,赶走装置中的空气,再点燃B处的酒精喷灯,A正确;装置B中发生反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,B错误;装置E中H2还原CuO,观察到的现象是黑色粉末变为红色,C错误;铁与水蒸气反应,炽热的铁水注入模具之前,模具需干燥,防止产生的H2发生爆炸,D错误。
4.答案 (1)向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热K,若H中导管口出现气泡,停止加热后导管中出现水柱,证明气密性良好(答案合理即可) (2)提供水蒸气 (3)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 (4)干燥氢气,降低H2中水蒸气的含量
解析 (2)题述反应是铁与水蒸气的反应,湿沙子受热时,水蒸发产生水蒸气,即湿沙子的作用是提供水蒸气。(3)K中发生反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。(4)潮湿的氢气很难点燃,故H的作用是干燥氢气,降低H2中水蒸气的含量。
5.B 陨铁中,含有游离态的铁,A错误;赤铁矿俗称铁红,其主要成分是Fe2O3,磁铁矿的主要成分为Fe3O4,又称磁性氧化铁,B正确;Fe3O4属于纯净物,C错误;Fe2O3、FeO与酸反应分别生成一种盐和水,二者都是碱性氧化物,但Fe3O4与酸反应生成两种盐,不属于碱性氧化物,D错误。
6.D Fe2O3为红棕色固体,A项错误;根据信息可知Fe在500 ℃时与氧气反应生成Fe3O4,继续升高温度生成Fe2O3,在更高的温度(约1 400 ℃)下Fe2O3转化为Fe3O4,则反应②的温度比反应③的温度低,B项错误;FeO不稳定,其稳定性弱于Fe2O3,C项错误;Fe3O4中Fe为+2价和+3价,其组成可表示为FeO·Fe2O3,D项正确。
7.C 通入0.05 mol Cl2,恰好使Fe2+全部转变为Fe3+,则通入Cl2前溶液中n(Fe2+)=2n(Cl2)=2×0.05 mol=0.1 mol,3n(Fe3+)+2n(Fe2+)=n(Cl-)=0.1 L×5.0 mol·L-1=0.5 mol,则n(Fe3+)=0.1 mol,该铁的氧化物样品中含0.1 mol Fe2+、0.1 mol Fe3+,故该样品可能的化学式为Fe4O5。
8.A 配制溶液的蒸馏水煮沸,能排出溶解的氧,加一层苯隔绝空气,可制得白色纯净的Fe(OH)2,A正确;将铁粉与稀硫酸充分反应,再加入过量氨水,实验中缺少防止Fe(OH)2被氧化的措施,B错误;实验未排出溶液中溶解的氧,缺少防止Fe(OH)2被氧化的措施,C错误;Fe(OH)3与铁粉不反应,该方法不能制备Fe(OH)2,D错误。
9.B 钠与水反应生成H2,连接橡皮管能维持压强平衡,A正确;钠与水反应生成NaOH和H2,生成的NaOH与FeCl2反应生成白色絮状Fe(OH)2沉淀,B错误、C正确;Fe(OH)2不稳定,会与O2、H2O结合生成Fe(OH)3红褐色沉淀,D正确。
10.答案 (1)Fe+2Fe3+ 3Fe2+
(2)白色沉淀迅速转化为灰绿色,一段时间后变为红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
(3)打开 分液漏斗 关闭 稀硫酸与铁粉作用产生的H2排出了装置中的空气
解析 (1)铁粉还原Fe2(SO4)3制得FeSO4,该反应的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+。(2)Fe(OH)2沉淀不稳定,容易被氧化,可看到白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。(3)题图实验中,应先打开止水夹K,再打开分液漏斗的玻璃塞和活塞,使左侧装置中Fe与稀硫酸反应,一段时间后装置中的空气被排尽,关闭止水夹K,左侧装置中压强增大,可将左侧装置中溶液压入右侧NaOH溶液中,二者反应生成Fe(OH)2沉淀。
能力提升练
1.C 2.A 3.B 5.D
1.C Fe2O3为红棕色固体,红棕色铁矿石的主要成分是Fe2O3,A正确;炼铁过程中铁元素化合价降低,得到的铁水为还原产物,B正确;Fe与H2O(g)高温生成Fe3O4和H2,C错误;剑身上涂油可隔绝氧气和水,从而防止铁剑生锈,D正确。
2.A
Fe3O4中Fe2+、Fe3+个数比为1∶2,溶液A中Fe2+、Fe3+的浓度比为1∶2,A错误;通入N2是为了隔绝空气,防止空气中的O2氧化Fe2+,B正确;加入适量H2O2将部分Fe2+氧化为Fe3+,C正确;加入稀H2SO4能与Fe反应生成FeSO4和H2,D正确。
3.B 图像分析:
根据分析可知,先加入的是铁粉,后加入的是稀硫酸,A正确;b、d点对应的剩余固体均是铁和铜的混合物,B错误;m g为生成的铜的质量,则有:
Fe+CuSO4 FeSO4+Cu
56 64
5.6 g m g
,解得m=6.4,C正确;f点时,稀硫酸过量,故向f点对应溶液中加入铁粉会有气泡产生,D正确。
4.答案 (1)+6 (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 (3)碱性 4Fe+10H2O 4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH- (4)2∶1
解析 (1)Na2FeO4中Na、O元素分别为+1、-2价,由化合物中各元素正、负化合价代数和为零,可知Fe元素为+6价。(2)Fe(OH)2在空气中与O2、水反应生成红褐色Fe(OH)3,其化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。(3)根据题中信息Na2FeO4在强碱性溶液中稳定存在,pH越小稳定性越差;可判断制备Na2FeO4时需在碱性环境中进行。根据Na2FeO4能作净水剂,能与水反应生成Fe(OH)3胶体,由化合价变化可知,反应中一定有O2生成,结合电荷守恒、得失电子守恒可写出该反应的离子方程式为4Fe+10H2O 4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-。(4)设FeO、Fe2O3的物质的量之比为a∶b,则,解得a∶b=2∶1。
5.D 硬质玻璃管内有空气,先通CO排出装置内的空气,防止干扰实验结果及出现安全事故,A错误;A中发生反应Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,该反应中CO被氧化生成CO2,B错误;干燥管B增重2.64 g,即生成0.06 mol CO2,根据A中反应可知该铁矿石中含0.02 mol Fe2O3,其质量为3.2 g,则该铁矿石中Fe2O3的质量分数为×100%=80.0%,C错误;若撤去干燥管C,空气中CO2和水蒸气会进入干燥管B,导致实验结果偏高,D正确。
6.答案 (1)①Cl2+H2O HCl+HClO
②Cl2、ClO-、HClO
(2)①Fe+Cl2 FeCl2 ②2Fe+3Cl2 2FeCl3
(3)Ⅲ中铁与Cl2反应产生的氯化物覆盖在铁丝表面,使铁与Cl2不能接触;Ⅳ中反应温度高,生成的FeCl3升华,铁与Cl2继续接触反应
解析 (1)①Cl2溶于水,发生反应Cl2+H2O HCl+HClO,故氯水呈酸性。②铁粉放入氯水中,铁粉溶解且无气泡产生,可能是Fe与Cl2反应,也可能是Fe与HClO或ClO-反应。
(3)对比实验Ⅲ和Ⅳ的实验现象,Ⅲ中铁与Cl2反应产生的氯化物覆盖在铁丝表面,使铁与Cl2不能接触;Ⅳ中反应温度高,生成的FeCl3升华,使铁与Cl2继续接触反应。
7.答案 (1)3Fe+2O2 Fe3O4 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
(2)①5 1 8 5 1 4 ②溶液紫红色褪去 ③还原
(3)①将Fe2+全部氧化为Fe3+ ②有红褐色沉淀生成,溶液由棕黄色变为无色 ③2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
解析 (1)Fe在O2中燃烧、Fe与水蒸气的反应均能生成Fe3O4,其化学方程式分别为3Fe+2O2 Fe3O4、3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。(2)①根据原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒,可配平该离子方程式为5Fe2++Mn+8H+ 5Fe3++Mn2++4H2O。②取第一份溶液少许,加入酸性KMnO4溶液,发生①中反应,可观察到溶液紫红色褪去。③该实验可以证明Fe2+具有还原性。(3)①原溶液中含有Fe2+和Fe3+,加入足量氯水后得到含Fe3+的溶液,即加入足量氯水可将Fe2+全部氧化为Fe3+。②加入NaOH溶液后,发生反应Fe3++3OH- Fe(OH)3↓,有红褐色沉淀产生,溶液由棕黄色变为无色。③Fe(OH)3不稳定,受热易分解,其化学方程式为2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。
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