《高中化學》第10講鐵及其氧化物、氫氧化物

PAGE第10講鐵及其氧化物、氫氧化物層次1基礎性1.鐵是日常生活中使用最廣泛的金屬,下列關于鐵的一些說法正確的是()A.常溫下濃硫酸與鐵不反應,故常溫下可用鐵質(zhì)容器貯藏、運輸濃硫酸B.鐵是較活潑的金屬,它與鹵素單質(zhì)(X2)反應的生成物均為FeX3C.Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,說明穩(wěn)定性:Fe(OH)2>Fe(OH)3D.FeO、Fe2O3和Fe3O4均可與鹽酸反應,且均為非氧化還原反應2.鐵屑溶于過量稀硫酸,過濾后向濾液中加入過量氨水,有白色沉淀生成,過濾,在空氣中加熱沉淀至質(zhì)量不再發(fā)生變化為止,得到紅棕色殘渣。上述沉淀和殘渣分別是()A.Fe(OH)3Fe2O3B.Fe(OH)2Fe2O3C.Fe(OH)2Fe(OH)3 D.Fe(OH)2Fe3O43.下列關于鐵及其化合物的說法錯誤的是()A.FeCl3、Fe(OH)3均可通過化合反應制得B.實驗室保存FeSO4溶液時常加入少量鐵粉C.Fe2O3、Fe3O4與鹽酸反應均生成一種鹽和水D.Fe2O3與鋁粉能發(fā)生鋁熱反應,該反應可用于焊接鋼軌4.(2023·廣東韶關期末)用如圖所示裝置進行Fe與水蒸氣反應的實驗,下列有關說法正確的是()A.Fe與水蒸氣反應的化學方程式為2Fe+3H2OFe2O3+3H2B.實驗時,先點燃酒精燈再點燃酒精噴燈C.選用裝置②收集并檢驗Fe與水蒸氣反應產(chǎn)生的氣體D.實驗后取玻璃管中固體加鹽酸溶解,滴加KSCN溶液未有紅色,說明Fe與水蒸氣未反應5.某同學對鐵的氧化物產(chǎn)生了濃厚興趣,查閱資料后制成以下卡片:[查閱資料]在空氣中把鐵灼燒到500℃生成Fe3O4,溫度再升高可生成Fe2O3,在更高的溫度(約1400℃)下加熱Fe2O3時,又可得到Fe3O4。即:FeFe3O4Fe2O3下列說法正確的是()A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均為黑色固體B.反應②的溫度比反應③的溫度高C.FeO的穩(wěn)定性強于Fe2O3D.四氧化三鐵中鐵元素的化合價較復雜,其組成可表示為FeO·Fe2O36.某研究小組利用如圖裝置進行“鐵與水反應”的實驗,并檢驗產(chǎn)物。(1)裝置A的作用是;B中反應的化學方程式為。(2)E中的氧化銅出現(xiàn)由黑色變成紅色可以證明反應后生成H2,點燃E處酒精燈之前應進行的具體操作步驟是。(3)根據(jù)下列實驗步驟和現(xiàn)象,回答問題:實驗步驟現(xiàn)象Ⅰ.取B中硬質(zhì)玻璃管反應后樣品少許,加入足量的鹽酸并過濾,濾液為a固體溶解,溶液為綠色Ⅱ.取a溶液少許,滴加KSCN溶液溶液不變紅色Ⅲ.取a溶液少許,滴加NaOH溶液現(xiàn)象A現(xiàn)象A是,a溶液中不含F(xiàn)e3+的原因是(用離子方程式表示)。層次2綜合性7.某校研究性小組測定氧化物X(FexO)組成的實驗流程如下:下列有關說法正確的是()A.樣品X中氧元素的質(zhì)量分數(shù)約為26.3%B.溶液Y中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=2∶1C.用酸性高錳酸鉀溶液檢驗溶液Z中是否含有Fe2+D.根據(jù)步驟Ⅰ、Ⅱ可以判斷X的組成為Fe0.75O8.(2024·遼寧沈陽市郊聯(lián)體聯(lián)考)某化學興趣小組選用藥品:鐵粉、稀硫酸、氫氧化鈉溶液,利用如圖裝置制備氫氧化亞鐵并觀察其顏色。下列有關說法不正確的是()A.儀器1中應該盛放稀硫酸B.本實驗通過控制A、B、C三個開關,將儀器中的空氣排盡后,先關閉開關A,再打開開關B就可觀察到氫氧化亞鐵的顏色C.實驗時為防止儀器2中鐵粉通過導管進入儀器3中,可在儀器2底部放上一塊吸鐵石D.本實驗制備的氫氧化亞鐵可以相對較長時間地保持白色狀態(tài)9.(2023·廣東梅州期末)下列含F(xiàn)e元素的物質(zhì)反應的離子方程式書寫正確的是()A.鐵與鹽酸反應:2Fe+6H+2Fe3++3H2↑B.鈉與氯化鐵溶液反應:Fe3++3Na3Na++FeC.氧化鐵與稀硫酸反應:Fe2O3+6H+2Fe3++3H2OD.氯化亞鐵溶液與氯氣反應:Fe2++Cl22Cl-+Fe3+10.Fe/Cu/沸石非均相催化劑的主要成分為Fe3O4、Fe2O3、CuO和Cu2O,通過與H2O2作用產(chǎn)生強氧化性的·OH自由基和·HO2自由基,能夠有效去除水體中的苯并三唑等污染物,其反應機理如圖所示(Mn+表示元素及其價態(tài),不表示其為自由移動的離子)。已知:鐵氧化物的催化性能優(yōu)于銅氧化物;·OH是降解污染物的主要反應活性物質(zhì)。下列說法不正確的是()A.過程①、②的總反應為2H2O2·HO2+·OH+H2OB.過程③、④的總反應中Cu2+和Cu+均可看作是催化劑C.過程⑤中有OH-生成,過程⑦中有H+生成D.過程⑥必然會導致反應生成的自由基減少11.利用廢鐵屑(主要成分為Fe,還含有C、S、P等)制取高效凈水劑K2FeO4的流程如圖所示:下列說法錯誤的是()A.廢鐵屑在酸溶前可用熱的純堿溶液去油污B.步驟②是將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3C.步驟③中發(fā)生反應的離子方程式為2Fe(OH)3+3ClO-2FeO42-+3Cl-+4H++HD.步驟④中反應能發(fā)生的原因是在相同條件下,K2FeO4的溶解度小于Na2FeO412.(2024·湖北武漢部分重點校聯(lián)考)實驗室由煉鋼污泥(簡稱鐵泥,主要成分為鐵的氧化物)制備軟磁性材料α-Fe2O3,其主要實驗流程如圖。下列說法不正確的是()A.“酸浸”時,可通過適當加快攪拌速度來提高鐵元素浸出率B.“還原”過程中除生成Fe2+外,還會生成H2C.“除雜”時,向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液,使Ca2+轉(zhuǎn)化為CaF2沉淀除去D.“沉鐵”時加入過量NaHCO3溶液,生成FeCO3沉淀的離子方程式為Fe2++HCO3-FeCO3↓+H層次3創(chuàng)新性13.已知在不同的溫度下,一氧化碳與鐵的氧化物反應能生成另一種鐵的氧化物(或鐵單質(zhì))和二氧化碳。某興趣小組探究一氧化碳與氧化鐵反應生成的黑色物質(zhì)是否為鐵粉。【查閱資料】資料一:鐵粉和四氧化三鐵粉末能被磁鐵吸引而氧化亞鐵(黑色)不能;資料二:四氧化三鐵中鐵元素有+2價、+3價兩種化合價,其化學式可用FeO·Fe2O3的形式表示?！咎岢霾孪搿亢谏镔|(zhì)可能是四氧化三鐵、氧化鐵和鐵粉中的一種或幾種。【進行實驗】該興趣小組收集了一氧化碳與氧化鐵反應生成的黑色物質(zhì)進行了下列實驗:實驗分組實驗方案實驗現(xiàn)象甲取少量黑色物質(zhì)用磁鐵吸引黑色物質(zhì)全部被磁鐵吸引乙取少量黑色物質(zhì)加入30%熱的鹽酸中無氣泡、溶液顏色變成黃綠色丙取少量黑色物質(zhì)加入CuSO4溶液中無任何現(xiàn)象(1)①甲實驗現(xiàn)象說明黑色物質(zhì)中沒有,乙、丙實驗現(xiàn)象說明黑色物質(zhì)中沒有,推測生成的黑色物質(zhì)應為四氧化三鐵。②寫出黑色粉末和熱的鹽酸反應的化學方程式:。(2)同學們對四氧化三鐵產(chǎn)生了興趣,從參考資料中找到了氧化沉淀法生產(chǎn)復印用高檔四氧化三鐵粉的工藝流程簡圖。【查閱資料】資料一:硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度如表所示:溫度/℃010305060708090溶解度/g14.017.025.033.035.333.030.527.0資料二:獲得四氧化三鐵的反應原理為Fe(OH)2+2Fe(OH)3Fe3O4+4H2O①溶解時,用50~80℃的熱水目的是。②寫出加入適量氫氧化鈉溶液時發(fā)生反應的化學方程式:。③上述過程中,要控制“通一定量空氣”的目的是。④要使四氧化三鐵的產(chǎn)率最高,則上述流程中產(chǎn)生的氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的最佳質(zhì)量比為。⑤副產(chǎn)品P是硫酸鈉,由溶液N獲得該副產(chǎn)品的操作順序是b→→→d。a.過濾b.加熱濃縮c.冷卻結(jié)晶d.晶體加熱至完全失去結(jié)晶水第10講鐵及其氧化物、氫氧化物1.D解析鐵在常溫下與濃硫酸反應形成致密的氧化膜,A錯誤;Fe與I2反應只能生成FeI2,B錯誤;Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,說明穩(wěn)定性:Fe(OH)2<Fe(OH)3,C錯誤;FeO、Fe2O3和Fe3O4均可與鹽酸反應生成鹽和水,反應過程中無元素化合價的變化,均為非氧化還原反應,D正確。2.B解析鐵與稀硫酸反應生成FeSO4,FeSO4與過量氨水反應生成白色沉淀Fe(OH)2,在空氣中加熱Fe(OH)2,鐵元素被氧化為+3價,最后所得紅棕色殘渣為Fe2O3。3.C解析FeCl3通過鐵與氯氣反應生成,Fe(OH)3通過氫氧化亞鐵、氧氣和水反應得到,兩者都可通過化合反應制得,A正確;實驗室保存FeSO4溶液時常加入少量鐵粉,可防止亞鐵離子被氧化,B正確;Fe2O3與鹽酸反應生成氯化鐵和水,Fe3O4與鹽酸反應生成氯化鐵、氯化亞鐵和水,C錯誤;Fe2O3與鋁粉能發(fā)生鋁熱反應,該反應可放出大量的熱,常用于焊接鋼軌,D正確。4.B解析由圖可知,Fe與水蒸氣反應的實驗中,將水蒸氣通入硬質(zhì)玻璃管中,在高溫下與鐵粉反應,將產(chǎn)生的氣體干燥后,再收集并檢驗。Fe與水蒸氣在高溫下反應生成四氧化三鐵和氫氣,反應的化學方程式為3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,A錯誤;實驗時,應先用水蒸氣排出裝置中的空氣,即先點燃酒精燈再點燃酒精噴燈,B正確;收集的是氫氣,密度比空氣小,應用向下排空氣法,選用裝置①,C錯誤;用鹽酸溶解反應后的固體,向所得溶液中滴入KSCN溶液未顯紅色,可能是未反應的鐵粉將產(chǎn)生的鐵離子還原,不能說明反應未發(fā)生,D錯誤。5.D解析Fe2O3為紅棕色固體,A錯誤;根據(jù)信息可知,Fe在500℃時與氧氣反應生成Fe3O4,繼續(xù)升高溫度生成Fe2O3,而在1400℃時Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe3O4,則反應②的溫度比反應③的溫度低,B錯誤;FeO不穩(wěn)定,在空氣里受熱能迅速被氧化為Fe3O4,其穩(wěn)定性弱于Fe2O3,C錯誤;Fe3O4中Fe為+2價和+3價,化學式可寫為FeO·Fe2O3,D正確。6.答案(1)產(chǎn)生水蒸氣3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(2)收集從E處出來的氣體,并檢驗純度(3)產(chǎn)生白色絮狀沉淀,迅速變成灰綠色,最終變成紅褐色2Fe3++Fe3Fe2+解析題中實驗是鐵與水蒸氣反應生成Fe3O4和H2,經(jīng)過堿石灰干燥后,H2與氧化銅反應置換出銅單質(zhì)。(2)氫氣還原氧化銅時,產(chǎn)生的氫氣把空氣全部排出后再加熱氧化銅,防止氫氣與空氣混合加熱時發(fā)生爆炸,因此要檢驗H2的純度。(3)根據(jù)題意分析可知,B中硬質(zhì)玻璃管中反應后的樣品中有Fe3O4和Fe,加入鹽酸后Fe生成Fe2+,Fe3O4生成Fe2+和Fe3+,Fe3+又與Fe反應,最終都生成Fe2+,則加入氫氧化鈉生成白色氫氧化亞鐵沉淀,在空氣中迅速變灰綠色,最后變成紅褐色。7.A解析溶液Y可消耗0.01mol氯氣,這說明溶液中含有0.02mol亞鐵離子,因此X中相當于含有氧化亞鐵的物質(zhì)的量是0.02mol,其質(zhì)量是0.02mol×72g·mol-1=1.44g,則X中相當于含有氧化鐵的質(zhì)量是3.04g-1.44g=1.6g,物質(zhì)的量是0.01mol,即X可以看作是2FeO·Fe2O3,因此x=0.8。樣品X中氧元素的質(zhì)量分數(shù)為1616+0.8×56×100%≈26.3%,A正確;根據(jù)以上分析可知溶液Y中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=1∶1,B錯誤;Z溶液中含有氯離子,氯離子也能被高錳酸鉀溶液氧化,不能用酸性高錳酸鉀溶液檢驗溶液Z中是否含有Fe2+,C錯誤;根據(jù)步驟Ⅰ、Ⅱ可以判斷X的組成為Fe0.8.B解析儀器1中應該盛放的試劑是稀硫酸,三頸燒瓶2中盛有鐵粉,A正確。本實驗通過控制A、B、C三個開關,將儀器中的空氣排盡后,先關閉開關B,再打開開關A,就可觀察到反應產(chǎn)生的氫氧化亞鐵的顏色,B錯誤。Fe可以被磁鐵吸引,實驗時為防止儀器2中鐵粉通過導管進入儀器3中,可在儀器2底部放上一塊吸鐵石,這樣Fe粉就不能隨NaOH溶液進入儀器3中,C正確。Fe(OH)2是白色固體,具有強的還原性,由于整個裝置處于H2的還原性環(huán)境中,因此就可以防止Fe(OH)2被氧化變?yōu)榧t褐色Fe(OH)3沉淀,因此可以相對較長時間地保持白色狀態(tài),D正確。9.C解析鐵與鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣:Fe+2H+Fe2++H2↑,A錯誤;鈉與氯化鐵溶液反應生成氫氧化鐵、氯化鈉和氫氣:2Fe3++6Na+6H2O6Na++2Fe(OH)3↓+3H2↑,B錯誤;氧化鐵與稀硫酸反應生成硫酸鐵和水:Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O,C正確;氯化亞鐵溶液與氯氣反應生成氯化鐵:2Fe2++Cl22Cl-+2Fe3+,D錯誤。10.D解析由反應機理圖可知,過程①為H2O2+Fe2+·OH+Fe3++OH-,過程②為H2O2+Fe3+Fe2++·HO2+H+,總反應為2H2O2·HO2+·OH+H2O,A正確;過程③為H2O2+Cu+·OH+Cu2++OH-,過程④為H2O2+Cu2+Cu++·HO2+H+,總反應為2H2O2·HO2+·OH+H2O,Cu2+和Cu+均可看作催化劑,B正確;過程⑤為H2O2+Fe2+·OH+Fe3++OH-,過程⑦為H2O2+Cu2+Cu++·HO2+H+,C正確;過程⑥為Fe3++Cu+Fe2++Cu2+,而由以上過程反應可知Cu2+、Fe2+均有利于H2O2轉(zhuǎn)化成自由基,因此過程⑥的發(fā)生將導致自由基增加,D錯誤。11.C解析油污可在熱的純堿溶液中水解,可用熱的純堿溶液去油污,A正確;步驟①中Fe轉(zhuǎn)化為Fe2+,步驟②中Fe2+在NaOH溶液中被H2O2氧化得到Fe(OH)3,B正確;步驟③中溶液顯堿性,不能生成H+,故正確的離子方程式是2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-2FeO42-+3Cl-+5H2O,C錯誤;步驟④能將Na2FeO4轉(zhuǎn)化為K2FeO4的原因是在相同條件下K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4,12.D解析“酸浸”時,通過適當加快攪拌速度可增大接觸面積、加快反應速率,使鐵元素充分浸出,A正確;為了提高鐵元素的浸出率,“酸浸”過程中硫酸溶液要適當過量,故“還原”過程中發(fā)生的反應有:2Fe3++Fe3Fe2+、Fe+2H+Fe2++H2↑,“還原”過程中除生成Fe2+外,還會生成H2,B正確;“除雜”時,向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液,將溶液中少量的鈣離子