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第2课时　铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
夯实基础·轻松达标
1.下列说法不正确的是(　　)
A.Fe在过量O2中燃烧生成Fe2O3
B.Fe与少量的Cl2发生反应生成FeCl3
C.Fe在潮湿的环境中易生锈
D.Fe在氧气中燃烧需要在集气瓶中放上少量沙子,以免炸裂集气瓶
2.下列说法不正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.铁的氧化物均为黑色固体,均难溶于水
B.Fe(OH)2在空气中易变质,生成红褐色Fe(OH)3
C.铁在氧气中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色的Fe3O4
D.氢氧化亚铁为白色沉淀
3.有关铁与水反应的说法中,正确的是(　　)
A.在任何条件下,铁与水均不发生反应
B.Fe与热水反应可生成可燃性的H2
C.在高温时,铁与水蒸气反应的方程式为2Fe+3H2O(g)Fe2O3+3H2
D.铁与高温水蒸气反应后生成的固体溶于H2SO4,所得溶液能使酸性高锰酸钾褪色
4.(2020山东聊城统考)某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,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+
5.
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,可以冶炼某些金属
D.若反应中转移3 mol电子,消耗氧化剂的物质的量是1 mol
6.如图所示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是 (　　)
A.①②③④ B.①②③ C.①②④ D.②③④
7.下列有关铁及其化合物的说法中正确的是(　　)
A.红热的铁在氧气中能够剧烈燃烧,生成的产物为Fe3O4
B.铁是较活泼的金属,它与卤素单质(X2)反应的生成物均为FeX3
C.氢氧化铁与氢碘酸反应:Fe(OH)3+3HIFeI3+3H2O
D.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
8.把含有氧化铁的铁片投入到足量的稀硫酸中,直到铁片完全溶解,经分析该溶液中无Fe3+,且生成的Fe2+与反应生成的H2的物质的量之比为3∶1,则原混合物中Fe2O3与Fe的物质的量之比为(　　)
A.1∶1 B.2∶5 C.4∶1 D.3∶1
9.硫化亚铁(FeS)煅烧得到的烧渣主要成分是FeO、Fe2O3和Fe3O4等,利用该烧渣制备铁红和副产品无氯钾肥(K2SO4)的流程如图1所示:
图1
(1)FeS中铁元素的化合价为　　　　价;烧渣中具有磁性的氧化物是　　　　(写化学式,下同);铁红的主要成分是　　　　,列举它在工业上的一种用途:　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(2)写出滤液1中加入铁粉发生反应的离子方程式:　　　　　　　　　　。检验加入铁粉过滤后的滤液2中是否含有Fe3+的试剂是　　　　　　。?
(3)已知几种物质的溶解度曲线如图2所示。(NH4)2SO4溶液中加入KCl后得到无氯钾肥应进行的操作为蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥等,趁热过滤的目的是　　　　　　　,过滤操作所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外,还有　　　　。?
图2
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1.以下有关铁的氧化物的叙述中正确的是(　　)
A.常见的铁的氧化物FeO、Fe2O3、Fe3O4都是黑色
B.铁的氧化物中Fe2O3、Fe3O4都有导磁性
C.作为炼铁原料之一的赤铁矿的主要成分是Fe2O3
D.铁的氧化物Fe2O3、Fe3O4都只有氧化性
2.(2020安徽合肥六校联考高一期末)下列有关铁及其化合物的说法正确的是(　　)
A.除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中通入氯气
B.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C.Fe3O4为红棕色晶体
D.Fe(OH)2和Fe(OH)3都能在空气中稳定存在
3.(2020湖北荆州中学等三校联考)以某硫酸渣(含Fe2O3等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如下:
下列说法不正确的是(　　)
A.“酸溶”时加热或搅拌均可加快溶解速度
B.滤渣的主要成分是Fe
C.“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑
D.“氧化”Fe(OH)2浆液时,可用氯气代替空气
4.向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入100 mL 1 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全反应,放出11.2 mL(标准状况)气体,所得溶液加入KSCN溶液不变红色。用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物,所得铁的质量为(　　)
A.2.8 g B.11.2 g
C.5.6 g D.无法计算
5.向200 mL 0.1 mol·L-1的Fe(NO3)2溶液中加入适量的NaOH溶液,使Fe2+恰好完全沉淀,过滤,小心加热沉淀,直到水分蒸干,再灼烧到质量不再变化,此时固体的质量为(　　)
A.1.44 g B.4.36 g C.2.82 g D.1.6 g
6.(双选)高磷鲕状赤铁矿(主要含有Fe2O3、少量Al2O3、CaO、SiO2等)是我国一种重要的沉积型铁矿资源,以高磷鲕状赤铁矿为原料制备纯度较高的铁红,其流程如图所示。下列说法错误的是(已知Fe2+遇K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀)(　　)
A.铁红可用于油漆、油墨、建筑物着色剂
B.酸浸液遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀
C.洗涤滤渣时要用玻璃棒不断搅拌
D.氧化时不能选用试剂H2O2、NaClO溶液
7.(2020安徽合肥六校联考高一期末)某研究性学习小组请你参与“研究铁与水反应所得固体物质的成分、性质及再利用”实验探究,并共同解答下列问题:
探究一:设计如图所示装置进行“铁与水反应”的实验
(1)硬质玻璃管E中反应的化学方程式为　　　　　　　　　　。?
(2)反应前A中投放碎瓷片的目的是　　　　　　。?
(3)装置E中的现象是　　　　　　　　　　。?
探究二:设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管B中黑色固体的成分。待硬质玻璃管B冷却后,取少许其中的固体物质溶于稀硫酸后,将所得溶液分成两份。
(4)一份滴加几滴KSCN溶液。若溶液变红色,推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为　　　　　(选填序号,下同);写出溶液变红色的离子方程式:　　　　　　　　　　,若溶液未变红色,推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为　　　　　。?
①一定有Fe3O4　②一定有Fe　③只有Fe3O4
④只有Fe
(5)向另一份溶液中用　　　　　　　　　　(填仪器名称)加入　　　　　　　　　　(填试剂),观察到　　　　　　　　　　(填实验现象),可以证明溶液中存在Fe2+。?
8.某铁的氧化物粉末可能含有FeO、Fe2O3中的一种或两种。某化学兴趣小组为验证该氧化物粉末的组成,做了如下实验:
(1)甲同学利用1 mol·L-1的硫酸、KSCN溶液、酸性高锰酸钾溶液来确定其组成。
编号 实验操作 实验现象与结论
① 取少量粉末放入试管中,注入1 mol·L-1的硫酸 粉末逐渐溶解,溶液呈黄绿色
② 将①中所得溶液分成两份,向其中一份滴加几滴　　　　　　,振荡? 若溶液　　　　,说明有Fe2O3存在?
③ 向另一份溶液中加入少量　　　　　　,振荡? 若溶液　　　　,说明有FeO存在?
(2)乙同学称取30.4 g固体,按以下步骤进行实验:
步骤一:将固体置于烧杯中,加入1 mol·L-1的硫酸将固体完全溶解。
步骤二:往烧杯中先加入足量的氯水,充分反应后再加入足量的氢氧化钠溶液。
步骤三:将步骤二所得的物质过滤洗涤后,灼烧至固体质量不再变化,得到32 g红棕色固体。
①步骤二中加入氯水的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
②步骤三中洗涤沉淀的操作为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
③原固体中FeO和Fe2O3的物质的量之比为　　　　　　　　　　　　　。?
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★(2020北京师大附中高一检测)用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。已知Fe2+在溶液中会生成少量Fe(OH)2,加酸可抑制这种反应。
方法一:用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2。
(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入　　　　　　　　　　。?
(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用　　　　　　　　　　　　　　　的方法。?
(3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
方法二:在如图装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀硫酸等试剂制备。
(4)在试管Ⅰ里加入的试剂是　　　　　　　　　　　　　。?
(5)在试管Ⅱ里加入的试剂是　　　　　　　　　　　　　。?
(6)为了制得白色Fe(OH)2沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验步骤是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(7)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。?
参考答案
第2课时　铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
夯实基础·轻松达标
1.A　Fe在O2中燃烧生成Fe3O4,A项错误。
2.A　FeO是一种黑色粉末,Fe2O3是一种红棕色粉末,Fe3O4是一种有磁性的黑色晶体。
3.D　Fe不能与热水反应,但能与高温水蒸气反应生成Fe3O4和H2,溶于稀硫酸后的溶液中含有Fe2+,能使KMnO4溶液褪色。
4.D　加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,则溶液中一定存在Fe2+,一定不存在Fe3+,由于Mg(OH)2也是白色沉淀,因此无法确定是否存在Mg2+,所以D项正确。
5.D　消耗1mol氧化剂Fe2O3转移6mol电子。
6.C　因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①②原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③由于空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。④中上面的苯阻止了空气进入。
7.A　铁在氧气中燃烧生成的是Fe3O4而不是Fe2O3,所以A项正确;铁是较活泼的金属,但是它与I2反应的生成物为FeI2,所以B项错误;氢氧化铁与氢碘酸反应可以看作是分为两步进行,第一步是氢氧化铁在酸中溶解生成Fe3+,第二步是Fe3+与I-发生氧化还原反应生成Fe2+和I2,所以C项错误;铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2,所以D项错误。
8.B　设原混合物中含有Fe的物质的量为x,含有Fe2O3的物质的量为y,根据方程式可知
Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O
y 2y
2FeCl3+Fe3FeCl2
2y y 3y
Fe+2HClFeCl2+H2↑
x-y x-y x-y
则[3y+(x-y)]∶(x-y)=3∶1,解得y∶x=2∶5,B项正确。
9.答案 (1)+2　Fe3O4　Fe2O3　作颜料(合理即可)
(2)2Fe3++Fe3Fe2+、Fe+2H+Fe2++H2↑
KSCN溶液(合理即可)
(3)防止析出氯化铵　漏斗
解析 (1)FeS中铁元素的化合价为+2价;四氧化三铁为黑色氧化物,可被磁铁吸引,具有磁性;铁红的主要成分是Fe2O3,可作颜料、也可用于炼铁等。
(2)滤液1的主要成分为硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸,则滤液1中加入铁粉发生的反应有2Fe3++Fe3Fe2+、Fe+2H+Fe2++H2↑;检验Fe3+的试剂一般是KSCN溶液。
(3)分析溶解度曲线可知,趁热过滤的目的是防止氯化铵析出,以得到无氯钾肥;过滤操作所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗。
提升能力·跨越等级
1.C　FeO和Fe3O4是黑色的,而赤铁矿的主要成分是红棕色的Fe2O3,A项错误,C项正确;常见的三种铁的氧化物中,只有Fe3O4有导磁性,B项错误;Fe3O4中铁的化合价为+2价和+3价,既有氧化性又有还原性,D项错误。
2.A　氯气与氯化亚铁反应生成氯化铁,故除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中通入氯气,A正确;铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2,B错误;Fe3O4为黑色晶体,C错误;Fe(OH)2在空气中与氧气和水反应生成Fe(OH)3,不能稳定存在,D错误。
3.D　“酸溶”时加热或搅拌均可加快溶解速度,所以A项正确,根据分析可知,滤渣的主要成分是Fe,所以B项正确;由图示可知,“沉铁”过程中反应物为FeSO4和NH4HCO3,生成物有CO2和Fe(OH)2,化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑,所以C项正确;“氧化”Fe(OH)2浆液时,若用氯气代替空气,制备的铁黄有含氯的化合物,从而导致铁黄的含量较低且有杂质,所以D项错误。
4.A　盐酸恰好使混合物完全溶解,盐酸没有剩余,向反应所得溶液中加KSCN溶液无红色出现,说明溶液为FeCl2溶液,根据氯元素守恒可知n(FeCl2)=n(HCl)=×0.1L×1mol·L-1=0.05mol;用足量的CO在高温下还原相同质量的混合物得到铁,根据铁元素守恒可知n(Fe)=n(FeCl2)=0.05mol,其质量为0.05mol×56g·mol-1=2.8g。
5.D　在实验过程中发生如下反应:Fe2++2OH-Fe(OH)2↓,加热、灼烧时又会发生下列变化:Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3,根据反应前后铁元素守恒,从而可得所得固体的质量为1.6g。
6.CD　铁红的主要成分是氧化铁,为红棕色,可用于油漆、油墨、建筑物的着色剂,A项正确;酸浸液中含有Fe2+,遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色的沉淀,B项正确;用玻璃棒不断搅拌会破坏氢氧化铁,使一部分氢氧化铁溶解,降低产率,C项错误;氧化Fe2+时可选用H2O2、NaClO溶液作为氧化剂,反应原理分别为:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,2Fe2++ClO-+2H+2Fe3++Cl-+H2O,D项错误。
7.答案 (1)H2+CuOCu+H2O　(2)防止暴沸
(3)黑色固体变红,右端管壁有水珠
(4)①　Fe3++3SCN-Fe(SCN)3　②　(5)胶头滴管　酸性KMnO4溶液　溶液紫色褪去
解析 由圆底烧瓶制取水蒸气,B中Fe和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,利用C收集氢气,利用D干燥氢气,在E中氢气还原CuO。
(1)硬质玻璃管E中反应的化学方程式为H2+CuOCu+H2O。
(2)碎瓷片有防暴沸作用,可防止产生安全事故。
(3)CuO呈黑色,Cu呈红色,氢气还原CuO可得到Cu,且同时生成水,则看到的现象是黑色固体变红,右端管壁有水珠。
(4)铁离子和KSCN反应生成络合物而使溶液呈红色,亚铁离子和KSCN不反应,向溶液中加入KSCN溶液呈红色,说明含有四氧化三铁,可能含有Fe;铁离子和Fe反应生成亚铁离子,不变红色说明固体中含有四氧化三铁和Fe。
(5)亚铁离子具有还原性,能被酸性高锰酸钾溶液氧化,所以可以用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子。
8.答案 (1)KSCN溶液　变红　KMnO4溶液　紫色褪去
(2)①将Fe2+全部转化成Fe3+　②沿玻璃棒往漏斗中继续加蒸馏水至浸没沉淀,使溶液自然流下,重复2~3次　③2∶1
解析 (1)②Fe3+遇到KSCN溶液变为红色,若溶液变为红色,则“①”中溶液含有Fe3+,说明原固体中有Fe2O3;③KMnO4溶液能氧化Fe2+,本身紫色褪去,若向另一份中加入少量KMnO4溶液,紫色褪去,则“①”中溶液含有Fe2+,说明原固体中有FeO。
(2)①往烧杯中先加入足量的氯水,充分反应后再加入足量的氢氧化钠溶液,加入氯水的目的是将Fe2+全部转化成Fe3+;②步骤三中洗涤沉淀的操作为沿玻璃棒往漏斗中继续加蒸馏水至浸没沉淀,使溶液自然流下,重复2~3次;③步骤一发生反应的离子方程式为FeO+2H+Fe2++H2O,Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O;步骤二发生反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-;步骤三发生反应的化学方程式为2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。
设FeO和Fe2O3的物质的量分别为x、y,则有72g·mol-1x+160g·mol-1y=30.4g,再根据步骤三:灼烧至固体质量不再变化,得到32g红棕色固体,依据2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O得出总的Fe3+的物质的量为0.4mol,最后根据FeO+2H+Fe2++H2O,Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O,2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,得出x+2y=0.4mol,综上所述得出方程组:,解得,故原固体中FeO和Fe2O3的物质的量之比为2∶1。
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答案 方法一:(1)稀硫酸、铁屑　(2)煮沸　(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2
方法二:(4)稀硫酸、铁屑　(5)NaOH溶液　(6)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度,当排出的H2纯净时,再夹紧止水夹　(7)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ,且外界空气不容易进入
解析 方法一中根据Fe2+易被氧化和题中信息可知,在配制FeSO4溶液时还需加入稀硫酸和铁屑;蒸馏水中若溶有O2,则会加速Fe(OH)2氧化,因此可采用煮沸法除去蒸馏水中溶解的O2。为避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2,可用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液方可达到目的。
方法二的原理是利用稀硫酸和铁屑产生氢气,先排出装置中的空气。确定空气完全排出后再夹紧止水夹,通过H2产生的压强将FeSO4溶液压入NaOH溶液中去,从而使产生的白色Fe(OH)2沉淀在H2的还原性气氛中得以较长时间保持。

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