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- 2021-07-08 发布
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铁及其化合物
一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)
1.《新修本草》是我国古代中药学著作之一,记载药物844种,其中有关于“青矾”的描述为:“本来绿色,新出窟未见风者,正如瑠璃…烧之赤色…”据此推测,“青矾”的主要成分为 ( )
A.CuSO4·5H2O B.FeSO4·7H2O
C.KAl(SO4)2·12H2O D.Fe2(SO4)3·9H2O
【解析】选B。“青矾”的描述为:“本来绿色,新出窟未见风者,正如瑠璃…烧之赤色…”,青矾是绿色,经煅烧后,分解成粒度非常细而活性又很强的Fe2O3超细粉末为红色,A为蓝色晶体,B为FeSO4·7H2O是绿色晶体,C为KAl(SO4)2·12H2O是无色晶体,D为Fe2(SO4)3·9H2O为黄色晶体,所以判断“青矾”的主要成分为FeSO4·7H2O,选B。
2.(双选)下列反应的离子方程式书写正确的是 ( )
A.将铜屑加入含Fe3+的溶液中:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
B.将磁性氧化铁溶于盐酸中:Fe3O4+8H+3Fe3++4H2O
C.向硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
D.将铁粉加入稀硫酸中:2Fe+6H+2Fe3++3H2↑
【解析】选A、C。磁性氧化铁中Fe元素的化合价为+2、+3价,溶于盐酸后生成Fe2+和Fe3+,B错误;铁与稀硫酸反应生成二价亚铁离子,D错误。
【加固训练】
下列离子在溶液中能大量共存,加入FeSO4·7H2O晶体后,仍能大量共存的是 ( )
A.Na+、H+、Cl-、N
B.K+、N、H+、I-
C.Na+、OH-、S、K+
D.K+、Ag+、Ca2+、N
【解析】选B。A项Fe2+与H+、N会发生氧化还原反应;C项Fe2+与OH-会生成沉淀;D项Ag+、Ca2+与S均会生成微溶物。
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3.(2019·深圳模拟)金属铜、铁置于氯化铁溶液中充分反应,下列对反应情况设想的评价正确的是 ( )
选项
反应情况设想
评价
A
当铁、铜均不剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,一定无Fe3+
正确,Fe3+和Fe、Cu均可反应
B
当铁、铜均有剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+,无Fe3+
正确,Fe和Cu与Fe3+都反应,故有Fe2+和Cu2+,无Fe3+
C
当铜有剩余,铁无剩余时,溶液中一定只有Fe2+,无Cu2+
正确,Cu有剩余,故无Cu2+
D
当铁有剩余,铜无剩余时,溶液中一定有Fe2+、Cu2+
不正确,不可能有Fe剩余而无Cu剩余,因为Fe比Cu优先与Fe3+反应
【解析】选D。当铁、铜的量比较少时溶液中可能有Fe3+存在,A项错误;当铁过量时,铜不与Fe3+反应,无Cu2+生成,此时溶液中不存在Cu2+和Fe3+,B项错误;铜有剩余则溶液中一定无Fe3+,可能有Cu2+,C项错误;铁比铜活泼,不可能铁剩余而铜无剩余,D项正确。
【加固训练】
某溶液中可能存在Fe3+、Fe2+、I-、HC、Cl-、N六种离子中的几种。现进行下列实验:
①取少量溶液滴加KSCN溶液,溶液呈红色;
②另取少量原溶液滴加盐酸,溶液的棕黄色加深。
据此可以推断,该溶液中肯定不存在的离子是 ( )
A.I-、HC B.Fe2+、HC、N
C.I-、HC、Cl- D.Fe3+、I-、HC
【解析】选A。由①可知溶液中一定含有Fe3+,有Fe3+一定无I-和HC;由②棕黄色加深可知溶液中Fe2+被氧化为Fe3+,所以一定含有N,可能含有Cl-。
4.(2020·柳州模拟)以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如图所示,下列说法不正确的是 ( )
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A.酸溶过程使用的酸也可以是硝酸,且过量
B.为了防止污染,焙烧过程中产生的SO2要回收利用
C.通氯气的目的是氧化Fe2+
D.由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3需要在氯化氢的气流中加热
【解析】选A。若用过量硝酸酸溶,会引入N,A错误;SO2是一种污染气体,必须回收利用,B正确;通入Cl2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+,C正确;为了防止Fe3+水解,由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3时需要在HCl的气流中加热,D正确。
【加固训练】
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.碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体,可用作净水剂
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是否被氧化
D.常温下,(NH4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比FeSO4的大
【解析】选D。碱式硫酸铁电离产生Fe3+,Fe3+能发生水解生成Fe(OH)3胶体可用作净水剂,A正确;NH4HCO3不稳定,受热易分解,生产FeCO3需在较低温度下进行,B正确;KSCN溶液遇Fe2+溶液无现象,(NH4)2Fe(SO4)2若被氧化则生成Fe3+,KSCN溶液遇Fe3+溶液变红,C正确;(NH4)2Fe(SO4)2在水中的溶解度比FeSO4的小,所以FeSO4才能与(NH4)2SO4反应生成(NH4)2Fe(SO4)2,D错误。
二、非选择题(本题包括2小题,共26分)
5.(12分)(2020·衡水模拟)铁是人体必需的微量元素,治疗缺铁性贫血的常见方法是服用补铁药物。市场上一种常见的补铁药物的主要成分是琥珀酸亚铁,呈暗黄色。该药物不仅能溶于水还能溶于人体中的胃酸。某同学为了检测该药片中Fe2+的存在,设计并进行了如图实验:
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(1)该药片的外表包有一层特殊的糖衣,这层糖衣的作用是_____________。
(2)试剂1是________,试剂2是________,加入试剂2后溶液呈淡红色,说明________,加入新制氯水后溶液中发生反应的离子方程式是____________。
(3)该同学猜想红色溶液变为无色溶液的原因是溶液中的+3价铁被还原为+2价铁,你认为该同学的猜想合理吗?________。若你认为不合理,请说明理由(若你认为合理,该空不要作答):__ ______________________。
【解析】(1)亚铁盐易被氧化,药片外表糖衣的作用是保护Fe2+不被空气中的氧气氧化。
(2)试剂1是稀盐酸,试剂2是KSCN溶液,加入KSCN溶液后溶液呈淡红色,说明药片已部分被氧化,加入新制氯水后溶液中发生反应的离子方程式是2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-、Fe3++3SCN-Fe(SCN)3。
(3)红色溶液变为无色溶液的原因不可能是+3价铁被还原为+2价铁,因为体系中不存在还原性物质,只可能是氯水的作用,Fe(SCN)3中SCN-被过量的氯水氧化而褪色,可以在褪色后的溶液中加入FeCl3溶液,溶液仍然不变红来证明。
答案:(1)保护Fe2+不被空气中的氧气氧化
(2)稀盐酸 KSCN溶液
药片已部分失效(或部分被氧化)
2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-、
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(3)不合理
Fe(SCN)3中SCN-被过量的氯水氧化而褪色,可以在褪色后的溶液中加入FeCl3溶液,溶液仍然不变红来证明
6.(14分)(2020·贵阳模拟)α-铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛,用赤铁矿石(含Fe2O3、FeO,也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下:
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已知部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如表所示:
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
开始沉淀
时的pH
3.7
2.3
7.6
5.4
完全沉淀
时的pH
5.2
3.2
9.7
6.7
回答以下问题:
(1)实验流程中首先对赤铁矿进行“碾碎”,目的是 __。
(2)固体A的成分是__________(填写化学式),在滤液A中加H2O2的目的是__
_________________(用离子方程式进行说明)。
(3)步骤②中需调节pH的范围是____________。
(4)步骤③中灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、________(填写三种仪器),发生反应的化学方程式为__ ___________________________。
【解析】(1)对赤铁矿进行碾碎,可以增大接触面积,从而加快反应速率,提高矿石的浸出率。
(2)赤铁矿中只有MnO2与稀硫酸不反应,故固体A为MnO2。滤液A中加H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+。
(3)步骤②调节pH的目的是将Fe3+与Al3+、Cu2+分离,即完全沉淀Fe3+,而不沉淀Al3+、Cu2+,故需调节3.2≤pH<3.7。
(4)步骤③为灼烧Fe(OH)3,需要用到的仪器还有坩埚、泥三角、坩埚钳。灼烧Fe(OH)3时发生分解反应:
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。
答案:(1)增大接触面积,从而加快反应速率,提高矿石的浸出率
(2)MnO2 2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O
(3)3.2≤pH<3.7
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(4)泥三角、坩埚、坩埚钳
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
一、选择题(本题包括3小题,每题6分,共18分)
1.(双选)对下列实验事实的解释正确的是 ( )
操作、现象
解释
A
向淀粉KI溶液中加入FeCl3溶液,溶液变蓝
Fe3+将I-氧化为I2,I2使淀粉变蓝
B
把生铁放置于潮湿的空气中,铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C
向稀硝酸中加入少量铁粉,有气泡产生
说明Fe置换出硝酸中的氢,生成了氢气
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间,白色物质变成了红褐色
说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3
【解析】选A、D。Fe3+将I-氧化为I2,淀粉遇碘变蓝,A正确;铁表面红棕色斑点是Fe2O3,B错误;铁与稀硝酸反应产生的气体为NO,C错误;Fe(OH)2易被氧化,D正确。
2.(2019·沙市模拟)某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+的浓度与加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示,则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为 ( )
A.1∶1∶1 B.1∶3∶1
C.3∶3∶8 D.1∶1∶4
【解析】选D。依次发生的反应是Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,2Fe(NO3)3+Fe3Fe(NO3)2,Cu(NO3)2+FeFe(NO3)2+Cu,稀硝酸消耗1 mol Fe同时生成1 mol Fe(NO3)3,Fe(NO3)3消耗1 mol Fe,消耗1 mol Fe需要4 mol HNO3、2 mol Fe(NO3)3和1 mol Cu(NO3)2,
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则原溶液中有4 mol HNO3、1 mol Fe(NO3)3、1 mol Cu(NO3)2,则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为1∶1∶4。
【加固训练】
(2019·十堰模拟)下列图象表示铁与一定量硝酸反应时,铁和硝酸铁之间物质的量(mol)的关系,其中正确的是 ( )
【解析】选B。根据反应:Fe+2Fe(NO3)33Fe(NO3)2可知,和硝酸反应生成Fe(NO3)3的Fe与Fe3+所消耗的Fe的物质的量之比为2∶1,B项正确。
3.(2020·卫辉模拟)废铁屑制Fe2O3的一种流程如图:
下列说法不正确的是 ( )
A.热的纯碱溶液可去除废铁屑表面的油污
B.操作a是萃取
C.冰水既可洗去杂质又可减少固体的溶解
D.Fe2O3可用作红色颜料
【解析】选B。热的纯碱溶液可去除废铁屑表面的油污,A正确;操作a是过滤,B错误;冰水既可洗去杂质又降低温度,减少固体的溶解,C正确;Fe2O3俗名铁红,可用作红色颜料,D正确。
二、非选择题(本题包括2小题,共32分)
4.(16分)(2019·衡阳模拟)碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂,在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如图。
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已知:部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示。
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀
2.3
7.5
3.4
完全沉淀
3.2
9.7
4.4
回答下列问题。
(1)加入少量NaHCO3的目的是调节pH,使溶液中的________沉淀,该工艺中“搅拌”的作用是_______________________。
(2)在实际生产中,反应Ⅱ中常同时通入O2以减少NaNO2的用量,O2与NaNO2在反应中均作________。若参与反应的O2有11.2 L(标准状况),则相当于节约NaNO2的物质的量为__________________________。
(3)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2+可部分水解生成聚合离子Fe2(OH。该水解反应的离子方程式为__________________________。
(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准,产品中不得含有Fe2+及N。为检验所得产品中是否含有Fe2+,应使用的试剂为________(填字母序号)。
A.氯水 B.KSCN溶液
C.NaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液
【解析】(1)废铁屑中含有氧化铝,反应Ⅰ中引入了杂质Al3+,加入NaHCO3调节pH至4.4可使Al3+完全沉淀。“搅拌”的目的是使反应物充分接触,从而加快化学反应速率。
(2)硫酸亚铁溶液中加入NaNO2得到Fe(OH)SO4,铁的化合价升高而N的化合价降低,故NaNO2在反应中作氧化剂。1 mol O2可得到4 mol电子,1 mol NaNO2可得到1 mol电子,标准状况下11.2 L O2的得电子能力与2 mol NaNO2相当。
(4)Fe2+能使酸性高锰酸钾溶液褪色,故可用酸性KMnO4溶液检验产品中是否含有Fe2+。
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答案:(1)Al3+ 加快反应速率
(2)氧化剂 2 mol
(3)2Fe(OH)2++2H2OFe2(OH+2H+
(4)D
5.(16分)(2020·黄冈模拟)一种新型高效净水剂PAFC(聚合氯化铁铝),广泛用于日常生活用水和工业污水的处理。某化工厂欲以工业生产废料(金属铁、铝及其氧化物)为原料制取PAFC,设计生产流程如下,请回答下列问题:
(1)用10 mol·L-1的浓盐酸配制2 mol·L-1的稀盐酸,所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外,还有__________。
A.容量瓶 B.烧杯
C.烧瓶 D.胶头滴管
(2)下列关于PAFC的说法中正确的是______________。
A.PAFC是一种有机高分子化合物
B.PAFC中Fe显+2价
C.PAFC溶于水能电离出OH-,是一种碱
D.PAFC在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在
(3)步骤Ⅱ中取样分析的目的是__________。
A.测定溶液中Fe2+与Fe3+的含量比
B.测定原料是否完全溶解
C.测定溶液中Fe2+的含量,以确定加入NaClO3的量
D.测定溶液中Al3+的含量
(4)写出向溶液中加入NaClO3时,发生反应的离子方程式为______________。
(5)该化工厂的化验室为测定产品PAFC中Al和Fe的含量,进行下列试剂的选择和基本操作:
①测定时所需的试剂有__________。
A.NH3·H2O B.NaOH
C.CO2 D.NaClO3
②测定时,直接测定的是________________和______________的质量(填化学式)。
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③在测定过程中的操作顺序是:过滤、______________、 灼烧、__________、称量(写操作名称)。
【解析】(1)用10 mol·L-1的浓盐酸配制2 mol·L-1的稀盐酸,所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外,还有容量瓶、烧杯和胶头滴管。
(2)PAFC不是有机高分子化合物,A错误;PAFC中Fe显+3价,B错误;PAFC溶于水能电离出OH-,但同时还有氯离子,不属于碱,C错误;PAFC能电离出Al3+、Fe3+和OH-,在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在,D正确。
(3)溶液中含有Fe2+需用NaClO3氧化,所以步骤Ⅱ取样分析的目的是测定溶液中Fe2+的含量,以确定加入NaClO3的量。
(4) Cl与Fe2+反应的离子方程式为6Fe2++6H++Cl6Fe3++Cl-+3H2O。
(5)①Al(OH)3是两性氢氧化物,能与强碱反应生成偏铝酸盐,然后通入CO2转化为Al(OH)3沉淀,灼烧得到Al2O3,Fe(OH)3不溶于强碱溶液,所以测定时所需的试剂有NaOH和CO2。
②根据①中分析可知,直接测定的是Al2O3、Fe2O3的质量。
③在测定过程中的操作顺序是:过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量。
答案:(1)ABD (2)D (3)C
(4)6Fe2++6H++Cl6Fe3++Cl-+3H2O
(5)①BC
②Al2O3 Fe2O3
③洗涤 冷却
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