第二课时 反应条件的控制
学习目标 1.通过实验掌握Fe(OH)2的制备原理及化学性质。2.在制备物质时,学会合理选择并控制好反应条件。3.结合实例认识铁及其化合物的多样性与铁及其化合物间的转化关系。
一、Fe(OH)2制备条件的控制
1.控制反应条件的意义
反应条件对化学反应的 、 和 都会有不同程度的影响。在研究物质的性质和制备时,应依据 和反应物、生成物的特点,合理选择并控制好反应条件,才能达到预期的效果。
2.Fe(OH)2的制备
(1)Fe(OH)2的制备实验
实验 操作
实验 现象 ①A试管中 ; ②B试管中
反应 的化 学方 程式 FeSO4+2NaOHFe(OH)2↓+Na2SO4、4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
实验 结论 在不同的反应条件下,FeSO4溶液与NaOH溶液反应的实验现象不同,得到的产物也不同
B试管中成功制取Fe(OH)2的三个关键措施:
① 。
② 。
③ 。
(2)改进的常用方法
①有机层覆盖法
加隔氧剂,如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂[如图,由于苯的液封作用,可防止生成的Fe(OH)2被氧化,因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀]。
②还原性气体保护法
该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液,并利用产生的H2排尽整个装置中的空气,待检验H2的纯度后,再关闭止水夹K,利用产生的H2把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。
3.反应条件的控制
在化学研究和化学工业中,控制反应条件十分重要。需要严格控制反应的 、 、选择合适的 ,确定 ,才能使物质制备的过程得以顺利进行。
4.Fe(OH)2和Fe(OH)3性质的比较
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
物质类别 弱碱 弱碱
颜色状态
溶解性
与非氧化 性强酸反应
稳定性 Fe(OH)2FeO+H2O(隔绝空气) 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
1.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 ( )
2.如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂:铁屑、6 mol·L-1硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是 ( )
A.B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是铁屑
B.实验开始时应先将活塞E关闭
C.生成Fe(OH)2的操作为关闭E,使A中溶液压入B瓶中
D.取下装置B中的橡皮塞,使空气进入,颜色变化为白色变成灰绿色,最终变成红褐色
二、铁及其化合物的相互转化
1.基于物质类别和元素价态的视角,构建铁及其化合物相互转化的物质的“价 类”二维图如下所示:
价态变化 转化关系 反应方程式
0→+2 0→+3 Fe→Fe2+ Fe→Fe3+ Fe+2H+Fe2++H2↑ 2Fe+3Cl22FeCl3
+2→+3 +2→0 Fe2+→Fe3+ Fe(OH)2→ Fe(OH)3 FeO→Fe 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 FeO+COFe+CO2
+2→+2 Fe2+→Fe(OH)2 FeO→Fe2+ Fe(OH)2→Fe2+ Fe2++2OH-Fe(OH)2↓ FeO+2H+Fe2++H2O Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O
+3→0 +3→+2 Fe2O3→Fe Fe3+→Fe2+ 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 2Fe3++Fe3Fe2+
+3→+3 Fe2O3→Fe3+ Fe3+→Fe(OH)3 Fe(OH)3→Fe3+ Fe(OH)3→Fe2O3 Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O Fe3++3OH-Fe(OH)3↓ Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
2.铁元素与人体健康
(1)铁元素在人体膳食结构中分为血红素铁和非血红素铁。血红素铁是与血红蛋白、肌红蛋白中的卟啉结合的二价铁,非血红素铁主要以三价铁形式存在于植物中。
(2)血红素铁容易被人体吸收利用,而非血红素铁则需要将三价铁还原为二价铁才能被吸收。维生素C具有还原性,能将三价铁转化为二价铁,因此进食含铁的植物食品时,要补充一定的维生素C以促进铁的吸收。
1.化合价和物质类别是整理元素的单质及化合物知识的两个要素,可表示为“价 类”二维图。下图是铁元素的“价 类”二维图。下列说法正确的是 ( )
A.常温下Fe与水反应生成Fe3O4
B.工业上用CO还原Fe2O3炼铁,该反应属于置换反应
C.Fe(OH)2浊液露置于空气中,白色迅速转变为红褐色
D.铁表面自然形成的氧化层不能保护内层金属不被空气氧化
2.(2023·青岛一中高一期末)铁广泛应用于人类的生产、生活。
Ⅰ.部分铁及其化合物存在如图转化关系(部分反应物和反应条件已略去),回答下列问题。
(1)a、b、c三种物质中属于电解质的是
(填化学式)。
(2)①~⑤反应中,既是化合反应又是氧化还原反应的有 (填标号)。写出⑤的化学反应方程式 。
(3)将e的浓溶液滴加到沸水中可得到红褐色液体,该液体属于一种特殊的分散系。该分散系中分散质的微粒直径范围为 。
鉴别e的浓溶液与该分散系的方法为 。
Ⅱ.明代《徐光启手迹》记载了以绿矾(FeSO4·7H2O)为原料制备硝酸的方法,其主要流程如图:
(4)X为铁的氧化物,X的化学式可能为 ,
判断依据为
。
(5)③利用了浓硫酸以下性质 (填标号)。
a.强氧化性 b.高沸点 c.酸性 d.脱水性
1.下列物质不能既由化合反应制得,又由复分解反应制得的是 ( )
A.FeCl2 B.FeCl3
C.Fe(OH)2 D.Fe(OH)3
2.(2023·长春实验中学高一期末)下列关于铁及其化合物的说法中正确的是 ( )
A.Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化转变为红褐色
B.高炉炼铁是用还原剂将铁从它的化合物中还原出来
C.磁铁矿粉末溶于盐酸后,加入KSCN溶液,生成血红色沉淀
D.Fe与水蒸气在高温下发生反应生成Fe2O3和H2
3.(2024·江苏南菁高中高一检测)铁及其化合物在生产生活中应用广泛。下列有关铁的化合物的叙述正确的是 ( )
A.氯化铁用于净水的反应原理:Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+
B.将氧化铁加入HI溶液中发生反应:Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
C.含有Fe2+的溶液中大量存在H+、Mg2+、Cl-、N
D.向含1 mol FeBr2的溶液中通入1 mol Cl2充分反应转移2 mol电子
4.为了验证Fe3+的性质,某化学兴趣小组设计了如图所示的一组实验,其中实验方案设计错误的是 ( )
A.只有④ B.只有③
C.③④ D.③④⑤
5.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
。
第二课时 反应条件的控制
一、
1.方向 速率 限度 化学反应的规律 2.(1)开始生成白色絮状沉淀,逐步变成灰绿色,最后变成红褐色沉淀 有白色絮状沉淀生成 ①煮沸NaOH溶液赶走溶解的氧 ②采用铁粉和稀H2SO4新制备FeSO4溶液 ③将吸有NaOH溶液的长胶头滴管插入液面以下,再将NaOH溶液慢慢挤出 3.温度 压强 催化剂 反应物的配比 4.白色固体 红褐色固体 不溶于水 不溶于水 Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
对点训练
1.D [B项中CCl4密度大,应在下层,不能长时间观察到白色沉淀;D项中的操作可防止氧气氧化Fe(OH)2,能较长时间观察到白色沉淀。]
2.B [B中盛有一定量的NaOH溶液,A中Fe与稀硫酸反应产生FeSO4和H2,关闭E时,A中的H2将FeSO4压入B中与NaOH反应产生Fe(OH)2白色沉淀,A正确;实验开始时应先将活塞E打开,用氢气排尽装置中的空气,B错误;生成Fe(OH)2的操作为关闭E,使A中溶液压入B瓶中,C正确;取下装置B中的橡皮塞,使空气进入,颜色变化为白色变成灰绿色,最终变成红褐色,D正确。]
二、
对点训练
1.D [高温下Fe与水蒸气反应生成Fe3O4,故A错误;工业上用CO还原Fe2O3炼铁,反应物都是化合物,该反应不属于置换反应,故B错误;Fe(OH)2浊液露置于空气中,被氧化为氢氧化铁,现象为白色迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,故C错误;金属表面自然形成的氧化层为致密的结构时可保护内层金属,铁的氧化物不是致密的结构,不能保护内层金属,故D正确。]
2.Ⅰ.(1)FeCl2、Fe(OH)2
(2)②③⑤ 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
(3)1~100 nm 丁达尔效应
Ⅱ.(4)Fe2O3或Fe3O4 FeSO4分解时生成SO2和SO3,部分S元素被还原,则Fe元素应被氧化,所以X为Fe2O3或Fe3O4 (5)bc
解析 Ⅰ.(1)根据物质类别和铁元素的化合价可知,a为Fe,b为FeCl2,e为FeCl3,c为Fe(OH)2,d为Fe(OH)3。电解质为在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物,酸、碱、盐属于电解质,故a、b、c三种物质中属于电解质的是FeCl2、Fe(OH)2。(2)①为置换反应;④反应中Fe的化合价没有发生变化,③中氯气与铁点燃生成氯化铁;②氯气与氯化亚铁反应生成氯化铁;⑤氢氧化亚铁与氧气、水反应生成氢氧化铁;故①~⑤反应中,既是化合反应又是氧化还原反应的有②③⑤。⑤的化学反应方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。(3)将FeCl3的浓溶液滴加到沸水中可得到红褐色液体,该液体属于一种特殊的分散系,为胶体,该分散系中分散质的微粒直径为1~100 nm。鉴别FeCl3的浓溶液与该分散系的方法为丁达尔效应。
Ⅱ.(4)FeSO4分解时生成SO2和SO3,部分S元素被还原,则Fe元素应被氧化,所以X为Fe2O3或Fe3O4。(5)③中浓硫酸与硝酸钾发生复分解反应生成硝酸,硝酸沸点低,易挥发,浓硫酸的沸点高,难挥发,故利用了浓硫酸的高沸点和酸性,故选bc。
课堂达标训练
1.C [A项,FeCl2可由化合反应Fe+2FeCl33FeCl2制得,也可由复分解反应如FeSO4+BaCl2BaSO4↓+FeCl2制得;B项,FeCl3可由化合反应2Fe+3Cl22FeCl3制得,也可由复分解反应如+3BaCl23BaSO4↓+2FeCl3制得;C项,Fe(OH)2不能由化合反应制得,可由复分解反应如FeCl2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaCl制得;D项,Fe(OH)3可由化合反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3制得,也可由复分解反应如FeCl3+3NaOHFe(OH)3↓+3NaCl制得。]
2.B [Fe(OH)2为白色固体,不稳定,易被空气中氧气氧化生成红褐色氢氧化铁,故A错误;高炉炼铁的原理就是利用还原剂(CO)将铁从铁矿石中还原出来,铁矿石的主要成分是含铁的化合物,故B正确;磁铁矿是Fe3O4,溶于稀盐酸生成三价铁,离子反应方程式为Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O,故加入KSCN溶液显血红色,但不会生成血红色沉淀,故C错误;Fe与水蒸气在高温下发生反应生成Fe3O4和H2,故D错误。]
3.D [氯化铁水解生成氢氧化铁胶体,离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+,故A错误;铁离子能够把碘离子氧化为碘单质,将氧化铁加入HI溶液中发生反应:Fe2O3+6H++2I-2Fe2++I2+3H2O,故B错误;Fe2+与 H+、N会发生氧化还原反应,不能大量共存,故C错误;由于还原性Fe2+>Br-,1 mol FeBr2的溶液中,Fe2+为1 mol;Cl2+2Fe2+2Cl-+2Fe3+,Cl2先反应0.5 mol,转移电子1 mol;Br-为2 mol,Cl2+2Br-2Cl-+ Br2,Cl2只有0.5 mol,转移电子1 mol;向含1 mol FeBr2的溶液中通入1 mol Cl2充分反应转移2 mol电子,故D正确。]
4.C [①铁离子与铁反应生成浅绿色的亚铁离子,体现了铁离子的氧化性,①正确;②铁离子与硫氰化钾溶液反应显血红色,据此能够检验铁离子,②正确;③硫酸铜与氯化铁不发生反应,混合后溶液不会变成无色,③错误;④氯化铁与硝酸银反应生成白色氯化银沉淀,但该性质不是铁离子的性质,④错误;⑤铁离子与氢氧化钠溶液反应生成红褐色氢氧化铁沉淀,据此可以检验是否存在铁离子,⑤正确。]
5.(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)仪器1的名称为分液漏斗。由于Fe(OH)2易被氧气氧化,装置5的作用是通过液封,防止空气进入装置4。(2)3中溶液不能进入4的原因是生成的氢气沿着导管通过2逸出,三颈烧瓶中无法形成高压,故需在2、3之间加一个控制开关。(3)生成灰绿色沉淀说明氢氧化亚铁被氧气氧化,分析原因应该是装置4中的空气未排尽。(共84张PPT)
第二单元
探究铁及其化合物的转化
专题 金属与人类文明
第二课时 反应条件的控制
9
1.通过实验掌握Fe(OH)2的制备原理及化学性质。2.在制备物质时,学会合理选择并控制好反应条件。3.结合实例认识铁及其化合物的多样性与铁及其化合物间的转化关系。
学习目标
一、Fe(OH)2制备条件的控制
二、铁及其化合物的相互转化
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、Fe(OH)2制备条件的控制
对点训练
1.控制反应条件的意义
反应条件对化学反应的 、 和 都会有不同程度的影响。在研究物质的性质和制备时,应依据 和反应物、生成物的特点,合理选择并控制好反应条件,才能达到预期的效果。
方向
速率
限度
化学反应的规律
2.Fe(OH)2的制备
(1)Fe(OH)2的制备实验
实验操作
实验现象 ①A试管中 ; ②B试管中
反应的化 学方程式 FeSO4+2NaOH===Fe(OH)2↓+Na2SO4、4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
实验结论 在不同的反应条件下,FeSO4溶液与NaOH溶液反应的实验现象不同,得到的产物也不同
开始生成白色絮状沉淀,逐步变成灰绿色,最后变成红褐色沉淀
有白色絮状沉淀生成
B试管中成功制取Fe(OH)2的三个关键措施:
① 。
② 。
③ 。
煮沸NaOH溶液赶走溶解的氧
采用铁粉和稀H2SO4新制备FeSO4溶液
将吸有NaOH溶液的长胶头滴管插入液面以下,再将NaOH溶液慢慢挤出
(2)改进的常用方法
①有机层覆盖法
加隔氧剂,如加入汽油、苯等比水轻的有机溶剂[如图,由于苯的液封作用,可防止生成的Fe(OH)2被氧化,因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀]。
②还原性气体保护法
该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液,并利用产生的H2排尽整个装置中的空气,待检验H2的纯度后,再关闭止水夹K,利用产生的H2把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。
3.反应条件的控制
在化学研究和化学工业中,控制反应条件十分重要。需要严格控制反应的
、 、选择合适的 ,确定 ,
才能使物质制备的过程得以顺利进行。
温度
压强
催化剂
反应物的配比
4.Fe(OH)2和Fe(OH)3性质的比较
白色固体
红褐色固体
不溶于水
不溶于水
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
1.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( )
解析 B项中CCl4密度大,应在下层,不能长时间观察到白色沉淀;D项中的操作可防止氧气氧化Fe(OH)2,能较长时间观察到白色沉淀。
D
2.如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂:铁屑、6 mol·L-1硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是( )
A.B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的
试剂是铁屑
B.实验开始时应先将活塞E关闭
C.生成Fe(OH)2的操作为关闭E,使A中溶液压入B瓶中
D.取下装置B中的橡皮塞,使空气进入,颜色变化为白色变成灰绿色,最终变成红褐色
B
解析 B中盛有一定量的NaOH溶液,A中Fe与稀硫酸反应产生FeSO4和H2,关闭E时,A中的H2将FeSO4压入B中与NaOH反应产生Fe(OH)2白色沉淀,A正确;实验开始时应先将活塞E打开,用氢气排尽装置中的空气,B错误;生成Fe(OH)2的操作为关闭E,使A中溶液压入B瓶中,C正确;取下装置B中的橡皮塞,使空气进入,颜色变化为白色变成灰绿色,最终变成红褐色,D正确。
二、铁及其化合物的相互转化
对点训练
1.基于物质类别和元素价态的视角,构建铁及其化合物相互转化的物质的“价 类”二维图如下所示:
2.铁元素与人体健康
(1)铁元素在人体膳食结构中分为血红素铁和非血红素铁。血红素铁是与血红蛋白、肌红蛋白中的卟啉结合的二价铁,非血红素铁主要以三价铁形式存在于植物中。
(2)血红素铁容易被人体吸收利用,而非血红素铁则需要将三价铁还原为二价铁才能被吸收。维生素C具有还原性,能将三价铁转化为二价铁,因此进食含铁的植物食品时,要补充一定的维生素C以促进铁的吸收。
1.化合价和物质类别是整理元素的单质及化合物知识的两个要素,可表示为“价 类”二维图。下图是铁元素的“价 类”二维图。下列说法正确的是( )
A.常温下Fe与水反应生成Fe3O4
B.工业上用CO还原Fe2O3炼铁,该反应
属于置换反应
C.Fe(OH)2浊液露置于空气中,白色迅
速转变为红褐色
D.铁表面自然形成的氧化层不能保护
内层金属不被空气氧化
D
解析 高温下Fe与水蒸气反应生成Fe3O4,故A错误;工业上用CO还原Fe2O3炼铁,反应物都是化合物,该反应不属于置换反应,故B错误;Fe(OH)2浊液露置于空气中,被氧化为氢氧化铁,现象为白色迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,故C错误;金属表面自然形成的氧化层为致密的结构时可保护内层金属,铁的氧化物不是致密的结构,不能保护内层金属,故D正确。
2.(2023·青岛一中高一期末)铁广泛应用于人类的生产、生活。
Ⅰ.部分铁及其化合物存在如图转化关系(部分反应物和反应条件已略去),回答下列问题。
(1)a、b、c三种物质中属于电解质的是 (填化学式)。
(2)①~⑤反应中,既是化合反应又是氧化还原反应的有 (填标号)。写出⑤的化学反应方程式 。
(3)将e的浓溶液滴加到沸水中可得到红褐色液体,该液体属于一种特殊的分散系。该分散系中分散质的微粒直径范围为 。鉴别e的浓溶液与该分散系的方法为 。
FeCl2、Fe(OH)2
②③⑤
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
1~100 nm
丁达尔效应
解析 Ⅰ.(1)根据物质类别和铁元素的化合价可知,a为Fe,b为FeCl2,e为FeCl3,c为Fe(OH)2,d为Fe(OH)3。电解质为在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物,酸、碱、盐属于电解质,故a、b、c三种物质中属于电解质的是FeCl2、Fe(OH)2。(2)①为置换反应;④反应中Fe的化合价没有发生变化,③中氯气与铁点燃生成氯化铁;②氯气与氯化亚铁反应生成氯化铁;⑤氢氧化亚铁与氧气、水反应生成氢氧化铁;故①~⑤反应中,既是化合反应又是氧化还原反应的有②③⑤。⑤的化学反应方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。(3)将FeCl3的浓溶液滴加到沸水中可得到红褐色液体,该液体属于一种特殊的分散系,为胶体,该分散系中分散质的微粒直径为1~100 nm。鉴别FeCl3的浓溶液与该分散系的方法为丁达尔效应。
Ⅱ.明代《徐光启手迹》记载了以绿矾
(FeSO4·7H2O)为原料制备硝酸的方法,
其主要流程如图:
(4)X为铁的氧化物,X的化学式可能为
,
判断依据为
。
(5)③利用了浓硫酸以下性质 (填标号)。
a.强氧化性 b.高沸点 c.酸性 d.脱水性
Fe2O3或Fe3O4
FeSO4分解时生成SO2和SO3,部分S元素被还原,则Fe元素应被
氧化,所以X为Fe2O3或Fe3O4
bc
解析 Ⅱ.(4)FeSO4分解时生成SO2和SO3,部分S元素被还原,则Fe元素应被氧化,所以X为Fe2O3或Fe3O4。(5)③中浓硫酸与硝酸钾发生复分解反应生成硝酸,硝酸沸点低,易挥发,浓硫酸的沸点高,难挥发,故利用了浓硫酸的高沸点和酸性,故选bc。
课堂达标训练
1.下列物质不能既由化合反应制得,又由复分解反应制得的是( )
A.FeCl2 B.FeCl3 C.Fe(OH)2 D.Fe(OH)3
C
2.(2023·长春实验中学高一期末)下列关于铁及其化合物的说法中正确的是( )
A.Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化转变为红褐色
B.高炉炼铁是用还原剂将铁从它的化合物中还原出来
C.磁铁矿粉末溶于盐酸后,加入KSCN溶液,生成血红色沉淀
D.Fe与水蒸气在高温下发生反应生成Fe2O3和H2
B
解析 Fe(OH)2为白色固体,不稳定,易被空气中氧气氧化生成红褐色氢氧化铁,故A错误;高炉炼铁的原理就是利用还原剂(CO)将铁从铁矿石中还原出来,铁矿石的主要成分是含铁的化合物,故B正确;磁铁矿是Fe3O4,溶于稀盐酸生成三价铁,离子反应方程式为Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O,故加入KSCN溶液显血红色,但不会生成血红色沉淀,故C错误;Fe与水蒸气在高温下发生反应生成Fe3O4和H2,故D错误。
3.(2024·江苏南菁高中高一检测)铁及其化合物在生产生活中应用广泛。下列有关铁的化合物的叙述正确的是( )
A.氯化铁用于净水的反应原理:Fe3++3H2O===Fe(OH)3↓+3H+
B.将氧化铁加入HI溶液中发生反应:Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
C.含有Fe2+的溶液中大量存在H+、Mg2+、Cl-、N
D.向含1 mol FeBr2的溶液中通入1 mol Cl2充分反应转移2 mol电子
D
4.为了验证Fe3+的性质,某化学兴趣小组设计了如图所示的一组实验,其中实验方案设计错误的是( )
A.只有④ B.只有③ C.③④ D.③④⑤
C
解析 ①铁离子与铁反应生成浅绿色的亚铁离子,体现了铁离子的氧化性,①正确;②铁离子与硫氰化钾溶液反应显血红色,据此能够检验铁离子,②正确;③硫酸铜与氯化铁不发生反应,混合后溶液不会变成无色,③错误;④氯化铁与硝酸银反应生成白色氯化银沉淀,但该性质不是铁离子的性质,④错误;⑤铁离子与氢氧化钠溶液反应生成红褐色氢氧化铁沉淀,据此可以检验是否存在铁离子,⑤正确。
5.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 。
分液漏斗
液封,防止空气进入装置4
在装置2、3之间添加控制开关
装置4内的空气没有排尽
解析 (1)仪器1的名称为分液漏斗。由于Fe(OH)2易被氧气氧化,装置5的作用是通过液封,防止空气进入装置4。(2)3中溶液不能进入4的原因是生成的氢气沿着导管通过2逸出,三颈烧瓶中无法形成高压,故需在2、3之间加一个控制开关。
(3)生成灰绿色沉淀说明氢氧化亚铁被氧气氧化,分析原因应该是装置4中的空气未排尽。
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求
1.下列叙述中正确的是( )
A.Fe与S混合加热生成Fe2S3
B.Fe在Cl2中燃烧可以生成FeCl2和FeCl3
C.Fe与浓硫酸在常温下反应的离子方程式为Fe+2H+===Fe2++H2↑
D.将铁片放入一定量的CuSO4溶液中,片刻后取出铁片,溶液的质量一定减小
解析 Fe与S反应生成FeS;Fe与Cl2反应时只生成FeCl3;常温下,铁遇浓硫酸发生钝化现象,没有H2产生,且没有离子方程式;由反应Fe+Cu2+===Fe2++Cu可知,反应后的溶液的质量一定减小。
D
2.(2024·山东泰安高一检测)实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2,为了生成的产物不容易被氧化,下列说法不正确的是( )
A.配制FeCl2和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
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内
D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管
C
解析 A对,FeCl2和烧碱溶液要现用现配,且配制溶液所用的蒸馏水要煮沸以除去氧气,确保Fe(OH)2在无氧的环境中生成。B对,在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油,以隔绝空气,防止氧气溶入。C错,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接触空气溶有氧气。D对,产生Fe(OH)2沉淀后,若振荡试管,会增大沉淀与空气接触,使沉淀更易被氧化。
3.某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色沉淀生成,然后迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论正确的是( )
A.一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+
B.一定有Fe3+,一定没有Fe2+、Mg2+
C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg2+
D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+
解析 生成白色沉淀,可能是Fe(OH)2或Mg(OH)2或二者的混合物,一定没有Fe3+,白色沉淀变成灰绿色,灰绿色变成红褐色,一定有Fe2+,可能有Mg2+。
D
4.下列各组反应,最终一定能得到白色沉淀的是( )
A.向CaCl2溶液中通入CO2 B.向FeCl3溶液中加入NaOH溶液
C.向FeCl2溶液中加入过量NaOH溶液 D.向MgSO4溶液中加入足量NaOH溶液
解析 CaCl2溶液中通入CO2,不发生反应,不能得到沉淀,故A不选;FeCl3溶液中加入NaOH溶液,反应生成红褐色的氢氧化铁沉淀,故B不选;FeCl2溶液中加入过量NaOH溶液会先生成白色的氢氧化亚铁沉淀,然后迅速变为灰绿色,最终得到红褐色沉淀氢氧化铁,故C不选;MgSO4溶液中加入足量NaOH溶液,生成白色的氢氧化镁沉淀,故选D。
D
5.为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计了如下实验方案,其中符合实验要求且完全正确的是( )
A
选项 实验操作 实验现象 离子反应 实验结论
A 在氯化亚铁溶液中通入氯气 溶液由浅绿色变成棕黄色 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- Fe2+具有还原性
B 在氯化亚铁溶液中加入锌片 溶液由浅绿色变成无色 Fe2++Zn===Fe+Zn2+ Zn具有还原性
C 在氯化铁溶液中加入铁粉 溶液由棕黄色变成浅绿色 Fe3++Fe===2Fe2+ 铁单质具有还原性
D 在氯化铁溶液中加入铜粉 溶液由蓝色变成棕黄色 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ Fe3+具有氧化性
解析 氯气能够将Fe2+(浅绿色)氧化为Fe3+(棕黄色),A项正确;锌置换出铁,锌逐渐溶解,溶液变为无色,且析出黑色固体,实验现象错误,由于本题探究铁及其化合物的性质,实验结论应是Fe2+具有氧化性,B项错误;C项,离子方程式错误,正确的离子方程式应为2Fe3++Fe===3Fe2+,C项错误;D项,实验现象应该是铜粉逐渐溶解,溶液由棕黄色变为蓝色,D项错误。
6.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Fe2O3
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
解析 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-。
B
7.(2024·辽宁名校联盟高一联考)下列关于铁单质及其化合物的说法,正确的有( )
①铁粉投入水中煮沸可生成Fe3O4和H2
②通过化合反应可以生成FeS、Fe(OH)3
③通过置换反应可以生成FeCl2、FeCl3
④过滤出的Fe(OH)3和Fe(OH)2在空气中加热最终固体产品不同
⑤月饼包装盒里通常放一包铁粉起到抗氧化的作用
⑥加热饱和FeCl3溶液可制备氢氧化铁胶体
A.①②④ B.④⑤⑥ C.②③⑤ D.①③⑥
C
解析 ①铁粉和水蒸气可发生置换反应生成Fe3O4和H2,错误;②铁在硫中燃烧生成硫化亚铁,氢氧化亚铁、氧气和水化合生成氢氧化铁,通过化合反应可以生成FeS、Fe(OH)3,正确;③铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,氯气和溴化铁发生置换反应生成氯化铁和溴单质,通过置换反应可以生成FeCl2、FeCl3,正确;④过滤出的Fe(OH)3和Fe(OH)2在空气中加热最终得到的固体产品均是氧化铁,错误;⑤铁是活泼金属,月饼包装盒里通常放一包铁粉起到抗氧化的作用,正确;⑥加热饱和FeCl3溶液不能制备氢氧化铁胶体,饱和氯化铁溶液滴入沸水中可以得到氢氧化铁胶体,错误。
8.把少量废铁屑溶于过量稀硫酸中,过滤、除去杂质,在滤液中加入适量硝酸,再加入适量的氨水,有红褐色沉淀生成。过滤,加热沉淀物至质量不再发生变化,得到红褐色的残渣。上述沉淀和残渣分别为( )
A.Fe(OH)3、Fe2O3 B.Fe(OH)2、FeO
C.Fe(OH)2、Fe(OH)3;Fe3O4 D.Fe2O3、Fe(OH)3
解析 Fe和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,除去杂质,滤液中的亚铁离子被硝酸氧化成Fe3+,加入氨水生成红褐色的Fe(OH)3沉淀,Fe(OH)3受热分解成红褐色的Fe2O3和水,故沉淀是Fe(OH)3,红褐色残渣是Fe2O3。
A
9.如图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法正确的是( )
A.铁与水蒸气在高温下反应可实现
上述转化①
B.FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空
气中受热,迅速发生转化②生成红棕
色粉末
C.由图可预测:高铁酸盐(含Fe)具有强氧化性,可用于消毒。Fe被还原为Fe3+,最终可生成Fe(OH)3胶体,从而吸附水中的悬浮物,故高铁酸盐可用作净水剂
D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水溶解可实现转化③
C
解析 铁与水蒸气反应时,生成Fe3O4,而不是Fe2O3,A错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速反应生成黑色晶体Fe3O4,B错误;Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3,而Fe(OH)3不溶于水,加水不能转化为Fe3+,D错误。
10.(2023·黑龙江实验中学高一期中)下列说法中正确的是( )
B
11.(2023·长沙一中高一测试)15 g铁粉和氧化铁的混合物,放入150 mL稀H2SO4中,发现固体完全溶解,并放出1.68 L H2(标准状况),加入KSCN溶液后,无颜色变化。为了使Fe2+完全转化为Fe(OH)2沉淀,共耗用200 mL 3 mol·L-1 NaOH溶液,则原硫酸溶液的物质的量浓度为( )
A.4 mol·L-1 B.3 mol·L-1
C.2 mol·L-1 D.1 mol·L-1
C
解析 发现固体完全溶解,铁和氧化铁均无剩余,铁元素在反应后的溶液中以Fe2+形式存在,为了中和过量的硫酸,而且使铁完全转化成Fe(OH)2,共消耗3 mol·L-1的NaOH溶液200 mL,反应后的溶液溶质只有Na2SO4,根据硫酸根守恒,则n(H2SO4)= n(Na2SO4),根据钠离子守恒,则n(Na2SO4)=0.5n(NaOH),则有:n(H2SO4)=n(Na2SO4) =0.5n(NaOH)=0.5×3 mol·L-1×0.2 L=0.3 mol,c(H2SO4)==2 mol·L-1。
12.(2023·龙岩高一期末联考)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,确定滤液A中不含Fe3+操作及现象为
。
(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
。
铁粉减少,溶液由棕黄色变为浅绿色
氧化
取少量滤液A于试管中,滴加少量KSCN溶液,无明显现象,说明溶液中无Fe3+
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
解析 将氯化铁加入过量铁粉中,将氯化铁全部转化为氯化亚铁,然后将氯化亚铁分成两份,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FeCO3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++Fe=== 3Fe2+,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;取少量滤液A于试管中,滴加少量KSCN溶液,无明显现象,说明溶液中无Fe3+;(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+2H2O===4Fe(OH)3;
(3)探究“现象Ⅲ”中白色沉淀的组成:
①查阅资料发现Fe(HCO3)2在水中不存在,由此对沉淀的组成做如下假设:
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 正确(填“a”或“b”)。
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。
Fe(OH)2
FeCO3
b
解析 (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:HC,故可推测沉淀还可能为FeCO3;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,溶液立即变为红色,则证明白色沉淀中一定含有Fe2+和C,说明假设b正确;
(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
(写出两条即可)。
控制溶液为酸性环境;使Fe2+以碳酸盐的形式沉淀
解析 (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FeCO3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.铁是应用最广泛的金属,铁的氯化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
(1)在实验室中,FeCl2可用铁粉和 (填名称)反应制备。
(2)Fe3O4可用多种方法制得,其中由一种单质和一种化合物通过化合反应制备的
化学方程式为 。
(3)实验室在制备Fe(OH)2时必须隔绝空气,否则发生的现象是
,
对应的化学方程式为 。
稀盐酸
白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色沉淀
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(4)红砖是用黏土高温烧结而成的,因其含有Fe2O3呈红色或棕红色而得名,常用作建筑材料。请设计一个简单实验证明红砖中含有Fe3+:
。
(5)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品,实验测得n(Fe)∶n(Cl)=1∶2.1,则该样品中FeCl3的物质的量分数为 。
(6)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,其反应的离子方程式为
。
将样品粉碎,用盐酸浸泡后取上层清液,滴加KSCN溶液后显血红色
10%
2Fe3++3ClO-+10OH-===2Fe+3Cl-+5H2O
解析 (4)检验红砖中含有Fe3+,可使Fe2O3中的+3价铁转化为Fe3+,然后用KSCN溶液检验Fe3+。方法是将样品粉碎,用盐酸浸泡后取上层清液,滴加KSCN溶液后显血红色。(5)设FeCl2和FeCl3的物质的量分别为x和y,则(x+y)∶(2x+3y)=1∶2.1,解得x=9y,则该样品中FeCl3的物质的量分数为10%。(6)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,铁的化合价升高,所以KClO中Cl的化合价降低生成Cl-,其反应的离子方程式为2Fe3++3ClO-+10OH-===2Fe+3Cl-+5H2O。
B级 素养培优练
14.用废铁屑制备磁性胶体粒子,制取过程如下。
下列说法不正确的是( )
A.加稀H2SO4是为了使铁溶解生成硫
酸亚铁
B.通入N2是为了防止空气中的O2氧化二价铁离子
C.加适量的H2O2是为了将部分的Fe2+氧化为Fe3+,涉及反应H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O
D.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1
D
解析 稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁,A项正确;Fe2+容易被氧气氧化,因此通入N2的目的是防止空气中的氧气氧化Fe2+,B项正确;利用H2O2的氧化性,把Fe2+氧化成Fe3+,涉及反应2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,C项正确;Fe3O4中Fe2+和Fe3+物质的量之比为1∶2,因此溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为1∶2,D项错误。
15.(2023·厦门双十中学高一月考)某小组为探究K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾晶体)的热分解产物,按如图所示装置进行实验。下列有关叙述错误的是( )
A.通入氮气的目的有:隔绝空气、使
反应产生的气体全部进入后续装置
B.实验中观察到装置F中澄清石灰水
变浑浊,装置E中固体变为红色,由此
可判断热分解产物中一定含有CO2和CO
C.为防止倒吸,停止实验时应进行的操作
是先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气
D.样品完全分解后,取少许装置A中残留物于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变血红色,可证明残留物中含有Fe3+
B
解析 探究三草酸合铁酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O受热分解的产物,连接好装置后,加入药品前,应该进行的实验操作是检验装置气密性,利用氮气提供惰性环境,避免干扰分解产物的分析和验证,装置A:三草酸合铁酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O受热分解,装置B:将气体产物通过澄清石灰水,观察到澄清石灰水变浑浊,有CO2生成,装置C:用氢氧化钠将CO2除尽,装置D:净化(干燥)剩余产物气体,装置E:检验CO(用CuO,变红),装置F:检验有CO2生成(CO的氧化产物)。在反应开始前通入N2,可排净装置中的空气,以免O2和CO2对实验干扰,同时用N2把装置A、E中反应生成的气体排出进行后续检验,故A正确;E中固体变红、F中澄清石灰水变浑浊证明分解产物中有还原性气体CO,只有B中澄清石灰水变浑浊才可证明分解产物中一定含有CO2,故B错误;为防止倒吸,需要先熄灭反应装置中的酒精灯,冷却至常温过程中需保持一直通入N2,故C正确;结束实验后,待A中固体冷却至室温,取少量于试管中,加稀硫酸溶解,滴加1~2滴KSCN溶液,溶液变红,即证明残留物中含有Fe3+,故D正确。
16.(2024·广东广州南武中学高一测试)某工厂的工业废水中含有大量的Fe2+、Fe3+、Cu2+和少量Na+ 。工厂计划从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜,设计如下流程。
下列说法正确的是( )
A.加入过量A,发生的反应均为
置换反应
B.固体B为混合物而固体E为纯净物
C.物质D既可以用稀硫酸也可以用稀盐酸
D.滤液C和滤液F组成完全相同
B
解析 向工业废水中加入过量的铁粉,铁粉与废水中的Fe3+、Cu2+反应生成Fe2+和Cu,因此固体B为Fe、Cu,滤液C含Fe2+。向固体B中加入过量的H2SO4,生成了FeSO4和Cu。经过滤后得到Cu(固体E)和FeSO4、H2SO4(滤液F)。滤液F和滤液C再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到FeSO4·7H2O晶体。A为Fe,发生的反应有:Fe + 2Fe3+===3Fe2+、Fe + Cu2+===Fe2+ + Cu,包含化合反应和置换反应,A项错误;固体B为Fe、Cu的混合物,固体E为Cu,B项正确;物质D只能用硫酸,用稀盐酸会引入杂质,制得的FeSO4·7H2O晶体不纯,C项错误;滤液C中含Fe2+,滤液F中除含Fe2+,还有过量的H2SO4,因此滤液C和滤液F组成不完全相同,D项错误。
17.卫生部、农业部等部门联合公布了包含硫酸亚铁在内的22种“易滥用食品添加剂”名单。某同学为探究富含硫酸亚铁且保存时间较长的食品情况,设计了如下实验方案:
KSCN
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-、Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
解析 (1)向淡黄色溶液中加入试剂1生成了淡血红色溶液,说明食品中的FeSO4被空气中的O2氧化生成了Fe3+,Fe3+与KSCN溶液反应生成血红色Fe(SCN)3。(2)淡血红色溶液中还含有较多的Fe2+,向其中加入新制氯水时,Cl2将Fe2+氧化成Fe3+,溶液中Fe3+浓度增大,生成的Fe(SCN)3浓度也增大,溶液颜色加深。
(3)该同学在实验中加入了过量氯水,放置一段时间后,发现深血红色褪去,现对褪色原因进行探究。
①提出假设
假设1 溶液中的+3价铁被氧化为更高价态的铁;
假设2 。
②设计方案
为了对你所提出的假设2进行验证,请写出一种实验方案:
。
(4)应用拓展
写出一种保存FeSO4固体的方法: 。
SCN-被过量的氯水氧化
取少量褪色后的溶液,滴加过量KSCN溶液,若出现血红色,则说明假设2成立,若不出现血红色,则说明假设2不成立
密封保存
解析 (3)①实验中加入过量氯水,放置一段时间后,深血红色褪去,说明Fe(SCN)3逐渐消失,而Fe(SCN)3的生成与Fe3+、SCN-有关,根据假设1,溶液中的+3价铁被Cl2氧化为更高价态的铁,分析SCN-中各元素的化合价可知,S为-2价,C为+4价,N为-3价,所以SCN-也具有还原性,故也可能是SCN-被过量的氯水氧化导致深血红色褪去。②假设Fe3+没有被氧化,而是SCN-被氧化,只要向褪色后的溶液中补充SCN-,若出现血红色,说明假设2成立;若不出现血红色,说明假设2不成立。(4)由于FeSO4易被空气中的O2氧化,所以FeSO4应密封保存。
18.(2024·安徽师大附中高一阶段监测)工业上用赤铁矿(主要成分为Fe2O3、FeO,含Al2O3、MnO2、CuO等杂质)制备绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如下:
回答下列问题:
(1)试剂a为 。
(2)试剂b需过量,其目的是
; “滤渣”的成分是 。
(3)“结晶”需隔绝空气,原因是 。
硫酸
铁离子转化为亚铁离子,铜离子转化为铜
铜和铁
防止硫酸亚铁被氧化
解析 赤铁矿(主要成分为Fe2O3、FeO,含Al2O3、MnO2、CuO等杂质)粉碎与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠,Fe2O3、FeO、CuO与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和硫酸铜,与过量的铁粉反应生成硫酸亚铁,蒸发浓缩、冷却结晶得到绿矾(FeSO4·7H2O)。(1)制备绿矾(FeSO4·7H2O),试剂a为硫酸;(2)试剂b为铁粉,可以还原三价铁和置换出铜离子,则试剂b需过量,确保铁离子转化为亚铁离子,铜离子转化为铜,“滤渣”的成分是铜和铁;(3)硫酸亚铁易被空气中的氧气氧化,则“结晶”需隔绝空气,原因是防止硫酸亚铁被氧化;
(4)绿矾隔绝空气加强热可用于制备红色颜料铁红。取6 g FeSO4·7H2O样品隔绝空气加热(杂质不反应),受热过程中样品质量随温度变化的曲线如图所示(已知固体N不含结晶水)。
①固体M主要成分的化学式为 。
②633 ℃时,除生成铁红外,同时生成能使BaCl2
溶液变浑浊的气体和使品红溶液褪色的气体。
该温度下反应的化学方程式为 ;
该样品中FeSO4·7H2O的质量分数为 %(保留一位小数)。
FeSO4·4H2O
92.7
19.(2024·江苏江南十校高一摸底联考)某小组同学为了获取在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色的改变与氧气有关的证据,用下图所示装置进行了实验(夹持装置已略去,气密性已检验)。
实验步骤:
Ⅰ.向三颈瓶中加入饱和FeSO4溶液,按如图1所示装置连接;
Ⅱ.打开磁力搅拌器,立即加入10% NaOH溶液;
Ⅲ.采集瓶内空气中O2含量和溶液中O2含量(DO)的数据。
实验数据:
问题与解释:
(1)盛放NaOH溶液的仪器名称为 。
(2)若溶液中O2含量(DO)取值为1.6,则该溶液中O2含量可以表示为
mol·L-1。生成白色沉淀的离子方程式是 。
(3)溶液中白色絮状沉淀Fe(OH)2易被氧化,沉淀转化过程的现象是
。
(4)通过上述实验,可得到“在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色改变与氧气有关”的结论,其实验证据是 。
分液漏斗
5.0×10-5
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
生成白色絮状沉淀,白色沉淀迅速变为灰绿色,一段时间后部分变为红褐色
瓶内空气中、溶液中O2含量均下降;沉淀颜色改变
解析 (1)根据图中信息得到盛放NaOH溶液的仪器名称为分液漏斗;(2)白色沉淀是亚铁离子和氢氧根反应生成,其反应的离子方程式是Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓;
(3)白色沉淀迅速转变成灰绿色,最终转变成红褐色;(4)通过上述实验,根据沉淀颜色的改变,以及图2、图3的实验数据可得到“在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色改变与氧气有关”的结论,其实验证据是瓶内空气中、溶液中O2含量均下降;沉淀颜色改变;
(5)打印机使用的墨粉中含有Fe3O4。将FeSO4溶液和Fe2(SO4)3溶液按一定比例混合,再加入一定量的NaOH溶液,水浴加热,可制得Fe3O4,写出该离子方程式:
。 专题9 作业21 反应条件的控制
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求(1~11题,每题3分)
1.下列叙述中正确的是 ( )
Fe与S混合加热生成Fe2S3
Fe在Cl2中燃烧可以生成FeCl2和FeCl3
Fe与浓硫酸在常温下反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑
将铁片放入一定量的CuSO4溶液中,片刻后取出铁片,溶液的质量一定减小
2.(2024·山东泰安高一检测)实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2,为了生成的产物不容易被氧化,下列说法不正确的是 ( )
配制FeCl2和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
可在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气
向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管内
产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管
3.某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色沉淀生成,然后迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论正确的是 ( )
一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+
一定有Fe3+,一定没有Fe2+、Mg2+
一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg2+
一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+
4.下列各组反应,最终一定能得到白色沉淀的是 ( )
向CaCl2溶液中通入CO2
向FeCl3溶液中加入NaOH溶液
向FeCl2溶液中加入过量NaOH溶液
向MgSO4溶液中加入足量NaOH溶液
5.为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计了如下实验方案,其中符合实验要求且完全正确的是 ( )
选项 实验操作 实验现象 离子反应 实验结论
在氯化亚铁溶液中通入氯气 溶液由浅绿色变成棕黄色 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- Fe2+具有还原性
在氯化亚铁溶液中加入锌片 溶液由浅绿色变成无色 Fe2++ZnFe+Zn2+ Zn具有还原性
在氯化铁溶液中加入铁粉 溶液由棕黄色变成浅绿色 Fe3++Fe2Fe2+ 铁单质具有还原性
在氯化铁溶液中加入铜粉 溶液由蓝色变成棕黄色 2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ Fe3+具有氧化性
6.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为Fe,B为Fe2O3
C→D溶液的颜色变化:浅绿色→棕黄色
④的离子方程式:Fe+2Fe3+3Fe2+
⑤的离子方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
7.(2024·辽宁名校联盟高一联考)下列关于铁单质及其化合物的说法,正确的有 ( )
①铁粉投入水中煮沸可生成Fe3O4和H2
②通过化合反应可以生成FeS、Fe(OH)3
③通过置换反应可以生成FeCl2、FeCl3
④过滤出的Fe(OH)3和Fe(OH)2在空气中加热最终固体产品不同
⑤月饼包装盒里通常放一包铁粉起到抗氧化的作用
⑥加热饱和FeCl3溶液可制备氢氧化铁胶体
①②④ ④⑤⑥
②③⑤ ①③⑥
8.把少量废铁屑溶于过量稀硫酸中,过滤、除去杂质,在滤液中加入适量硝酸,再加入适量的氨水,有红褐色沉淀生成。过滤,加热沉淀物至质量不再发生变化,得到红褐色的残渣。上述沉淀和残渣分别为 ( )
Fe(OH)3、Fe2O3
Fe(OH)2、FeO
Fe(OH)2、Fe(OH)3;Fe3O4
Fe2O3、Fe(OH)3
9.如图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法正确的是 ( )
铁与水蒸气在高温下反应可实现上述转化①
FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②生成红棕色粉末
由图可预测:高铁酸盐(含Fe)具有强氧化性,可用于消毒。Fe被还原为Fe3+,最终可生成Fe(OH)3胶体,从而吸附水中的悬浮物,故高铁酸盐可用作净水剂
加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水溶解可实现转化③
10.(2023·黑龙江实验中学高一期中)下列说法中正确的是 ( )
FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热生成红棕色粉末
赤铁矿主要成分是Fe2O3,Fe2O3俗称铁红,常用于制作红色油漆和涂料
向热氢氧化钠溶液中滴加饱和FeCl3溶液,制备Fe(OH)3胶体
工业上曾经通过反应:3Fe+4NaOHFe3O4+2H2↑+4Na↑生产金属钠,该反应利用的原理是铁的还原性比钠强
11.(2023·长沙一中高一测试)15 g铁粉和氧化铁的混合物,放入150 mL稀H2SO4中,发现固体完全溶解,并放出1.68 L H2(标准状况),加入KSCN溶液后,无颜色变化。为了使Fe2+完全转化为Fe(OH)2沉淀,共耗用200 mL 3 mol·L-1 NaOH溶液,则原硫酸溶液的物质的量浓度为 ( )
4 mol·L-1 3 mol·L-1
2 mol·L-1 1 mol·L-1
12.(13分)(2023·龙岩高一期末联考)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)(5分)实验Ⅰ中的现象为
(2分),
该现象说明Fe3+具有 (1分)性,确定滤液A中不含Fe3+操作及现象为
(2分)。
(2)(2分)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)(4分)探究“现象Ⅲ”中白色沉淀的组成:
①(2分)查阅资料发现Fe(HCO3)2在水中不存在,由此对沉淀的组成做如下假设:
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(2分)验证上述假设的实验过程及现象如下,说明假设 正确(填“a”或“b”)。
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)(2分)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
(写出两条即可)。
13.(13分)铁是应用最广泛的金属,铁的氯化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
(1)(1分)在实验室中,FeCl2可用铁粉和 (填名称)反应制备。
(2)(2分)Fe3O4可用多种方法制得,其中由一种单质和一种化合物通过化合反应制备的化学方程式为 。
(3)(4分)实验室在制备Fe(OH)2时必须隔绝空气,否则发生的现象是
,
对应的化学方程式为 。
(4)(2分)红砖是用黏土高温烧结而成的,因其含有Fe2O3呈红色或棕红色而得名,常用作建筑材料。请设计一个简单实验证明红砖中含有Fe3+:
。
(5)(2分)现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品,实验测得n(Fe)∶n(Cl)=1∶2.1,则该样品中FeCl3的物质的量分数为 。
(6)(2分)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,其反应的离子方程式为
。
B级 素养培优练
(14~16题,每题3分)
14.用废铁屑制备磁性胶体粒子,制取过程如下。
下列说法不正确的是 ( )
加稀H2SO4是为了使铁溶解生成硫酸亚铁
通入N2是为了防止空气中的O2氧化二价铁离子
加适量的H2O2是为了将部分的Fe2+氧化为Fe3+,涉及反应H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O
溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1
15.(2023·厦门双十中学高一月考)某小组为探究K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾晶体)的热分解产物,按如图所示装置进行实验。下列有关叙述错误的是 ( )
通入氮气的目的有:隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置
实验中观察到装置F中澄清石灰水变浑浊,装置E中固体变为红色,由此可判断热分解产物中一定含有CO2和CO
为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气
样品完全分解后,取少许装置A中残留物于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变血红色,可证明残留物中含有Fe3+
16.(2024·广东广州南武中学高一测试)某工厂的工业废水中含有大量的Fe2+、Fe3+、Cu2+和少量Na+ 。工厂计划从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜,设计如下流程。
下列说法正确的是 ( )
加入过量A,发生的反应均为置换反应
固体B为混合物而固体E为纯净物
物质D既可以用稀硫酸也可以用稀盐酸
滤液C和滤液F组成完全相同
17.(9分)卫生部、农业部等部门联合公布了包含硫酸亚铁在内的22种“易滥用食品添加剂”名单。某同学为探究富含硫酸亚铁且保存时间较长的食品情况,设计了如下实验方案:
食品→……→淡黄色溶液淡血红色溶液深血红色溶液
(1)(1分)试剂1的主要成分的化学式是 。
(2)(2分)加入新制氯水后溶液血红色加深的原因是
(用离子方程式表示)。
(3)(4分)该同学在实验中加入了过量氯水,放置一段时间后,发现深血红色褪去,现对褪色原因进行探究。
①提出假设
假设1 溶液中的+3价铁被氧化为更高价态的铁;
假设2 。
②设计方案
为了对你所提出的假设2进行验证,请写出一种实验方案: 。
(4)(2分)应用拓展
写出一种保存FeSO4固体的方法: 。
18.(11分)(2024·安徽师大附中高一阶段监测)工业上用赤铁矿(主要成分为Fe2O3、FeO,含Al2O3、MnO2、CuO等杂质)制备绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如下:
回答下列问题:
(1)(1分)试剂a为 。
(2)(2分)试剂b需过量,其目的是
;
“滤渣”的成分是 。
(3)(2分)“结晶”需隔绝空气,原因是
。
(4)(6分)绿矾隔绝空气加强热可用于制备红色颜料铁红。取6 g FeSO4·7H2O样品隔绝空气加热(杂质不反应),受热过程中样品质量随温度变化的曲线如图所示(已知固体N不含结晶水)。
①固体M主要成分的化学式为 。
②633 ℃时,除生成铁红外,同时生成能使BaCl2溶液变浑浊的气体和使品红溶液褪色的气体。该温度下反应的化学方程式为 ;
该样品中FeSO4·7H2O的质量分数为 %(保留一位小数)。
19.(12分)(2024·江苏江南十校高一摸底联考)某小组同学为了获取在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色的改变与氧气有关的证据,用下图所示装置进行了实验(夹持装置已略去,气密性已检验)。
实验步骤:
Ⅰ.向三颈瓶中加入饱和FeSO4溶液,按如图1所示装置连接;
Ⅱ.打开磁力搅拌器,立即加入10% NaOH溶液;
Ⅲ.采集瓶内空气中O2含量和溶液中O2含量(DO)的数据。
实验数据:
问题与解释:
(1)(2分)盛放NaOH溶液的仪器名称为 。
(2)(4分)若溶液中O2含量(DO)取值为1.6,则该溶液中O2含量可以表示为 mol·L-1。生成白色沉淀的离子方程式是
。
(3)(2分)溶液中白色絮状沉淀Fe(OH)2易被氧化,沉淀转化过程的现象是
。
(4)(2分)通过上述实验,可得到“在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色改变与氧气有关”的结论,其实验证据是 。
(5)(2分)打印机使用的墨粉中含有Fe3O4。将FeSO4溶液和Fe2(SO4)3溶液按一定比例混合,再加入一定量的NaOH溶液,水浴加热,可制得Fe3O4,写出该离子方程式: 。
作业21 反应条件的控制
1.D [Fe与S反应生成FeS;Fe与Cl2反应时只生成FeCl3;常温下,铁遇浓硫酸发生钝化现象,没有H2产生,且没有离子方程式;由反应Fe+Cu2+Fe2++Cu可知,反应后的溶液的质量一定减小。]
2.C [A对,FeCl2和烧碱溶液要现用现配,且配制溶液所用的蒸馏水要煮沸以除去氧气,确保Fe(OH)2在无氧的环境中生成。B对,在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油,以隔绝空气,防止氧气溶入。C错,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接触空气溶有氧气。D对,产生Fe(OH)2沉淀后,若振荡试管,会增大沉淀与空气接触,使沉淀更易被氧化。 ]
3.D [生成白色沉淀,可能是Fe(OH)2或Mg(OH)2或二者的混合物,一定没有Fe3+,白色沉淀变成灰绿色,灰绿色变成红褐色,一定有Fe2+,可能有Mg2+。]
4.D [CaCl2溶液中通入CO2,不发生反应,不能得到沉淀,故A不选;FeCl3溶液中加入NaOH溶液,反应生成红褐色的氢氧化铁沉淀,故B不选;FeCl2溶液中加入过量NaOH溶液会先生成白色的氢氧化亚铁沉淀,然后迅速变为灰绿色,最终得到红褐色沉淀氢氧化铁,故C不选;MgSO4溶液中加入足量NaOH溶液,生成白色的氢氧化镁沉淀,故选D。]
5.A [氯气能够将Fe2+(浅绿色)氧化为Fe3+(棕黄色),A项正确;锌置换出铁,锌逐渐溶解,溶液变为无色,且析出黑色固体,实验现象错误,由于本题探究铁及其化合物的性质,实验结论应是Fe2+具有氧化性,B项错误;C项,离子方程式错误,正确的离子方程式应为2Fe3++Fe3Fe2+,C项错误;D项,实验现象应该是铜粉逐渐溶解,溶液由棕黄色变为蓝色,D项错误。]
6.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++Cl22Fe3++2Cl-。]
7.C [①铁粉和水蒸气可发生置换反应生成Fe3O4和H2,错误;②铁在硫中燃烧生成硫化亚铁,氢氧化亚铁、氧气和水化合生成氢氧化铁,通过化合反应可以生成FeS、Fe(OH)3,正确;③铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,氯气和溴化铁发生置换反应生成氯化铁和溴单质,通过置换反应可以生成FeCl2、FeCl3,正确;④过滤出的Fe(OH)3和Fe(OH)2在空气中加热最终得到的固体产品均是氧化铁,错误;⑤铁是活泼金属,月饼包装盒里通常放一包铁粉起到抗氧化的作用,正确;⑥加热饱和FeCl3溶液不能制备氢氧化铁胶体,饱和氯化铁溶液滴入沸水中可以得到氢氧化铁胶体,错误。]
8.A [Fe和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,除去杂质,滤液中的亚铁离子被硝酸氧化成Fe3+,加入氨水生成红褐色的Fe(OH)3沉淀,Fe(OH)3受热分解成红褐色的Fe2O3和水,故沉淀是Fe(OH)3,红褐色残渣是Fe2O3。]
9.C [铁与水蒸气反应时,生成Fe3O4,而不是Fe2O3,A错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速反应生成黑色晶体Fe3O4,B错误;Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3,而Fe(OH)3不溶于水,加水不能转化为Fe3+,D错误。]
10.B [FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热部分氧化生成黑色粉末四氧化三铁,故A错误;赤铁矿主要成分是Fe2O3,Fe2O3俗称铁红,常用于制作红色油漆和涂料,故B正确;向热氢氧化钠溶液中滴加饱和FeCl3溶液,制备的是Fe(OH)3沉淀,得不到胶体,故C错误;工业上曾经通过反应:3Fe+4NaOHFe3O4+2H2↑+4Na↑生产金属钠,该反应利用的原理是铁的沸点比钠高,故D错误。]
11.C [发现固体完全溶解,铁和氧化铁均无剩余,铁元素在反应后的溶液中以Fe2+形式存在,为了中和过量的硫酸,而且使铁完全转化成Fe(OH)2,共消耗3 mol·L-1的NaOH溶液200 mL,反应后的溶液溶质只有Na2SO4,根据硫酸根守恒,则n(H2SO4)=n(Na2SO4),根据钠离子守恒,则n(Na2SO4)=0.5n(NaOH),则有:n(H2SO4)=n(Na2SO4)=0.5n(NaOH)=0.5×3 mol·L-1×0.2 L=0.3 mol,c(H2SO4)==2 mol·L-1。]
12.(1)铁粉减少,溶液由棕黄色变为浅绿色 氧化 取少量滤液A于试管中,滴加少量KSCN溶液,无明显现象,说明溶液中无Fe3+
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
(3)①Fe(OH)2 FeCO3 ②b
(4)控制溶液为酸性环境;使Fe2+以碳酸盐的形式沉淀
解析 将氯化铁加入过量铁粉中,将氯化铁全部转化为氯化亚铁,然后将氯化亚铁分成两份,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FeCO3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++Fe3Fe2+,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;取少量滤液A于试管中,滴加少量KSCN溶液,无明显现象,说明溶液中无Fe3+;(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:HC,故可推测沉淀还可能为FeCO3;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,溶液立即变为红色,则证明白色沉淀中一定含有Fe2+和C,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FeCO3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.(1)稀盐酸 (2)6FeO+O22Fe3O4
(3)白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色沉淀
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
(4)将样品粉碎,用盐酸浸泡后取上层清液,滴加KSCN溶液后显血红色 (5)10%
(6)2Fe3++3ClO-+10OH-2Fe+3Cl-+5H2O
解析 (1)在实验室中,FeCl2可用铁粉和盐酸反应制备:Fe+2HClFeCl2+H2↑。(2)FeO在空气中加热,即可得到Fe3O4。化学方程式为6FeO+O22Fe3O4。(3)Fe(OH)2容易被空气中的氧气氧化,所以制备时必须隔绝空气,否则白色的Fe(OH)2会迅速变为灰绿色,最终变为红褐色沉淀,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。(4)检验红砖中含有Fe3+,可使Fe2O3中的+3价铁转化为Fe3+,然后用KSCN溶液检验Fe3+。方法是将样品粉碎,用盐酸浸泡后取上层清液,滴加KSCN溶液后显血红色。(5)设FeCl2和FeCl3的物质的量分别为x和y,则(x+y)∶(2x+3y)=1∶2.1,解得x=9y,则该样品中FeCl3的物质的量分数为10%。(6)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,铁的化合价升高,所以KClO中Cl的化合价降低生成Cl-,其反应的离子方程式为2Fe3++3ClO-+10OH-2Fe+3Cl-+5H2O。
14.D [稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁,A项正确;Fe2+容易被氧气氧化,因此通入N2的目的是防止空气中的氧气氧化Fe2+,B项正确;利用H2O2的氧化性,把Fe2+氧化成Fe3+,涉及反应2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,C项正确;Fe3O4中Fe2+和Fe3+物质的量之比为1∶2,因此溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为1∶2,D项错误。]
15.B [探究三草酸合铁酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O受热分解的产物,连接好装置后,加入药品前,应该进行的实验操作是检验装置气密性,利用氮气提供惰性环境,避免干扰分解产物的分析和验证,装置A:三草酸合铁酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O受热分解,装置B:将气体产物通过澄清石灰水,观察到澄清石灰水变浑浊,有CO2生成,装置C:用氢氧化钠将CO2除尽,装置D:净化(干燥)剩余产物气体,装置E:检验CO(用CuO,变红),装置F:检验有CO2生成(CO的氧化产物)。在反应开始前通入N2,可排净装置中的空气,以免O2和CO2对实验干扰,同时用N2把装置A、E中反应生成的气体排出进行后续检验,故A正确;E中固体变红、F中澄清石灰水变浑浊证明分解产物中有还原性气体CO,只有B中澄清石灰水变浑浊才可证明分解产物中一定含有CO2,故B错误;为防止倒吸,需要先熄灭反应装置中的酒精灯,冷却至常温过程中需保持一直通入N2,故C正确;结束实验后,待A中固体冷却至室温,取少量于试管中,加稀硫酸溶解,滴加1~2滴KSCN溶液,溶液变红,即证明残留物中含有Fe3+,故D正确。]
16.B [向工业废水中加入过量的铁粉,铁粉与废水中的Fe3+、Cu2+反应生成Fe2+和Cu,因此固体B为Fe、Cu,滤液C含Fe2+。向固体B中加入过量的H2SO4,生成了FeSO4和Cu。经过滤后得到Cu(固体E)和FeSO4、H2SO4(滤液F)。滤液F和滤液C再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到FeSO4·7H2O晶体。A为Fe,发生的反应有:Fe + 2Fe3+3Fe2+、Fe + Cu2+Fe2+ + Cu,包含化合反应和置换反应,A项错误;固体B为Fe、Cu的混合物,固体E为Cu,B项正确;物质D只能用硫酸,用稀盐酸会引入杂质,制得的FeSO4·7H2O晶体不纯,C项错误;滤液C中含Fe2+,滤液F中除含Fe2+,还有过量的H2SO4,因此滤液C和滤液F组成不完全相同,D项错误。]
17.(1)KSCN
(2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-、Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(3)①SCN-被过量的氯水氧化 ②取少量褪色后的溶液,滴加过量KSCN溶液,若出现血红色,则说明假设2成立,若不出现血红色,则说明假设2不成立
(4)密封保存
解析 (1)向淡黄色溶液中加入试剂1生成了淡血红色溶液,说明食品中的FeSO4被空气中的O2氧化生成了Fe3+,Fe3+与KSCN溶液反应生成血红色Fe(SCN)3。(2)淡血红色溶液中还含有较多的Fe2+,向其中加入新制氯水时,Cl2将Fe2+氧化成Fe3+,溶液中Fe3+浓度增大,生成的Fe(SCN)3浓度也增大,溶液颜色加深。(3)①实验中加入过量氯水,放置一段时间后,深血红色褪去,说明Fe(SCN)3逐渐消失,而Fe(SCN)3的生成与Fe3+、SCN-有关,根据假设1,溶液中的+3价铁被Cl2氧化为更高价态的铁,分析SCN-中各元素的化合价可知,S为-2价,C为+4价,N为-3价,所以SCN-也具有还原性,故也可能是SCN-被过量的氯水氧化导致深血红色褪去。②假设Fe3+没有被氧化,而是SCN-被氧化,只要向褪色后的溶液中补充SCN-,若出现血红色,说明假设2成立;若不出现血红色,说明假设2不成立。(4)由于FeSO4易被空气中的O2氧化,所以FeSO4应密封保存。
18.(1)硫酸
(2)铁离子转化为亚铁离子,铜离子转化为铜 铜和铁
(3)防止硫酸亚铁被氧化
(4)①FeSO4·4H2O ②2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑ 92.7%
解析 赤铁矿(主要成分为Fe2O3、FeO,含Al2O3、MnO2、CuO等杂质)粉碎与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠,Fe2O3、FeO、CuO与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和硫酸铜,与过量的铁粉反应生成硫酸亚铁,蒸发浓缩、冷却结晶得到绿矾(FeSO4·7H2O)。(1)制备绿矾(FeSO4·7H2O),试剂a为硫酸;(2)试剂b为铁粉,可以还原三价铁和置换出铜离子,则试剂b需过量,确保铁离子转化为亚铁离子,铜离子转化为铜,“滤渣”的成分是铜和铁;(3)硫酸亚铁易被空气中的氧气氧化,则“结晶”需隔绝空气,原因是防止硫酸亚铁被氧化;(4)①6 g FeSO4·7H2O其物质的量约为0.02 mol,FeSO4·7H2O→M,质量减小1.08 g,恰好失去0.06 mol H2O,则M的化学式为FeSO4·4H2O;②FeSO4·7H2O→N,质量减小2.52 g,则水的物质的量为 mol=0.14 mol,则样品全部失去结晶水得到固体质量为×152 g≈3.28 g,则633 ℃时,硫酸铁分解除生成铁红外,同时生成能使BaCl2溶液变浑浊的气体和使品红溶液褪色的气体,则该温度下反应的化学方程式为2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑;由此可得出样品中FeSO4·7H2O的质量为278×0.02 mol=5.56 g,则该样品中FeSO4·7H2O的质量分数为×100%≈92.7%。
19.(1)分液漏斗
(2)5.0×10-5 Fe2++2OH-Fe(OH)2↓
(3)生成白色絮状沉淀,白色沉淀迅速变为灰绿色,一段时间后部分变为红褐色
(4)瓶内空气中、溶液中O2含量均下降;沉淀颜色改变
(5)Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4+4H2O
解析 (1)根据图中信息得到盛放NaOH溶液的仪器名称为分液漏斗;(2)白色沉淀是亚铁离子和氢氧根反应生成,其反应的离子方程式是Fe2++2OH-Fe(OH)2↓;(3)白色沉淀迅速转变成灰绿色,最终转变成红褐色;(4)通过上述实验,根据沉淀颜色的改变,以及图2、图3的实验数据可得到“在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色改变与氧气有关”的结论,其实验证据是瓶内空气中、溶液中O2含量均下降;沉淀颜色改变;(5)FeSO4、Fe2(SO4)3和NaOH都能拆分,Fe3O4不能拆分,离子方程式为Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4+4H2O。
