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第8讲　Fe及其化合物过关检测（二）
学习目标
1.掌握铁及其重要化合物的主要性质及其应用。
2.了解铁及其化合物的制备方法。
高考真题
1．[2021·广东]部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是
A．可与反应生成 B．既可被氧化，也可被还原
C．可将加入浓碱液中制得的胶体 D．可存在的循环转化关系
答案C
解析：
图中所示铁元素不同化合价的物质：a为Fe，b为FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2等Fe(II)的盐类物质，c为Fe(OH)2，e为FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等Fe(III)的盐类物质，d为Fe(OH)3。
A．Fe与Fe(III)的盐类物质可发生反应生成Fe(II)的盐类物质，如Fe+2FeCl3=3FeCl2，故A不选；
B．Fe(II)为铁元素的中间价态，既有还原性也有氧化性，因此既可被氧化，也可被还原，故B不选；
C．Fe(III)的盐类物质与浓碱液反应生成Fe(OH)3沉淀，制备Fe(OH)3胶体操作为：向沸水中滴加饱和FeCl3溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热，故C选；
D．转化如，故D不选；
综上所述，答案为C。
2．[2021·全国甲卷]碘(紫黑色固体，微溶于水)及其化合物广泛用于医药、染料等方面。回答下列问题：
（1）的一种制备方法如下图所示：
①加入粉进行转化反应的离子方程式为_______，生成的沉淀与硝酸反应，生成_______后可循环使用。
答案（1）2AgI+Fe=2Ag+ Fe2++2I- AgNO3
解析：①由流程图可知悬浊液中含AgI ，AgI可与Fe反应生成FeI2和Ag，FeI2易溶于水，在离子方程式中能拆，故加入粉进行转化反应的离子方程式为2AgI+Fe=2Ag+ Fe2++2I-，生成的银能与硝酸反应生成硝酸银参与循环中，故答案为：2AgI+Fe=2Ag+ Fe2++2I-；AgNO3；
3．(2019·浙江4月选考，24)聚合硫酸铁[Fe(OH)SO4]n能用作净水剂(絮凝剂)，可由绿矾(FeSO4·7H2O)和KClO3在水溶液中反应得到。下列说法不正确的是(　　)
A．KClO3作氧化剂，每生成1mol [Fe(OH)SO4]n消耗molKClO3
B．生成聚合硫酸铁后，水溶液的pH增大
C．聚合硫酸铁可在水中形成氢氧化铁胶体而净水
D．在相同条件下，Fe3＋比[Fe(OH)]2＋的水解能力更强
答案　A
解析　根据题干中的信息，可利用氧化还原配平法写出化学方程式：6nFeSO4＋nKClO3＋3nH2O===6[Fe(OH)SO4]n＋nKCl，可知KClO3作氧化剂，同时根据计量数关系可知每生成1 mol[Fe(OH)SO4]n消耗molKClO3，A项错误；绿矾溶于水后，亚铁离子水解使溶液呈酸性，当其转化为聚合硫酸铁后，亚铁离子的浓度减小，因而水溶液的pH增大，B项正确；聚合硫酸铁可在水中形成氢氧化铁胶体，胶体粒子吸附杂质微粒引起聚沉，因而能净水，C项正确；多元弱碱的阳离子的水解是分步进行的，[Fe(OH)]2＋的水解相当于Fe3＋的二级水解，由于其所带的正电荷比Fe3＋少，因而在相同条件下，其结合水电离产生的OH－的能力较弱，故其水解能力不如Fe3＋，即在相同条件下，一级水解的程度大于二级水解，D项正确。
4．(2019·全国卷Ⅰ，27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________________________。
(2)步骤②需要加热的目的是______________________，温度保持80～95℃，采用的合适加热方式是____________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是______________。分批加入H2O2，同时为了________，溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有______________________________________________________，
经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为________。
答案　(1)碱煮水洗(2)加快反应　热水浴　C(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质　防止Fe3＋水解
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析　(1)除去铁屑表面油污的方法是：用热纯碱溶液清洗铁屑，再用水洗。(2)铁与稀硫酸反应时加热，可提高反应速率。温度低于水的沸点，可以用热水浴加热，受热均匀且便于控制。含少量硫化物的铁屑与稀硫酸反应有H2S生成。氢气不与碱溶液反应，而硫化氢能与碱溶液反应，且H2S在水中溶解度小，故氢气中混有的硫化氢用烧碱溶液除去，又因为硫化氢与碱反应较快，容易引起倒吸，C装置倒置漏斗能防倒吸。故宜选择C装置吸收硫化氢。(3)铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，加入足量双氧水的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，发生反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，从生成物看，又不引入杂质。铁离子对双氧水分解起催化作用，分批加入双氧水，避免反应过快、放出热量较多，减少双氧水分解，以免造成氧化剂损失；铁离子易水解，保持溶液呈强酸性，避免铁离子发生水解反应生成氢氧化铁。(4)步骤⑤是要从溶液中得到硫酸铁铵晶体，故实验操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。(5)失重5.6%是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，由题意知×100%＝5.6%，解得x≈12。
巩固练习
1．(2019·延安高三测试)铁是人类应用较早，当前应用量最大的金属元素。下列有关铁及其化合物的说法中正确的是(　　)
A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C．除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入过量铁粉，然后过滤
D．Fe3＋与KSCN产生红色沉淀
答案　C
解析　赤铁矿的主要成分是Fe2O3；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2；Fe3＋遇KSCN溶液变为红色，但没有沉淀产生，一般可以用此方法检验Fe3＋的存在。
2．下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是(　　)
A B C D
X FeCl2溶液 FeCl3溶液 Fe Na2SO4溶液
Y FeCl3 CuCl2 Al Na2CO3
Z Cl2 Fe NaOH溶液 盐酸
答案　C
3．(2020·菏泽质检)为验证还原性：SO2>Fe2＋>Cl－，三组同学分别进行了下图实验，并对溶液1和溶液2中所含离子进行检验，能证明上述还原性顺序的实验组有(　　)
溶液1 溶液2
甲 含Fe3＋、Fe2＋ 含SO
乙 含Fe3＋，无Fe2＋ 含SO
丙 含Fe3＋，无Fe2＋ 含Fe2＋
A.只有甲 B．甲、乙 C．甲、丙 D．甲、乙、丙
答案　C
解析　向FeCl2溶液中通入Cl2，得到溶液1，再向溶液1中通入SO2，得到溶液2。溶液1中含有Fe3＋、Fe2＋，说明发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，且Cl2反应完全，可证明还原性：Fe2＋>Cl－；溶液2中含有SO，则说明发生反应2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋，可证明还原性：SO2>Fe2＋，故甲能证明还原性：SO2>Fe2＋>Cl－；溶液1中含有Fe3＋，无Fe2＋剩余，则还原性：Fe2＋>Cl－，但Cl2可能过量，再通入SO2，可能发生的反应是Cl2＋SO2＋2H2O===2Cl－＋SO＋4H＋，不能比较SO2与Fe2＋的还原性强弱，故乙不能验证；溶液1中含有Fe3＋，没有Fe2＋，通入SO2后溶液中又含有Fe2＋，说明SO2将Fe3＋还原得到Fe2＋，证明还原性：SO2>Fe2＋，故丙实验结论能证明还原性：SO2>Fe2＋>Cl－。
4．某同学用含有铁锈(Fe2O3)的废铁屑来制取氯化铁晶体，实验装置如图所示(夹持装置略，气密性已检验)，下列推断不合理的是(　　)
A．B中收集到的气体是氢气
B．烧杯中双氧水的作用是将Fe2＋还原为Fe3＋
C．A中的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁
D．烧杯中的溶液在氯化氢气氛下，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到氯化铁晶体
答案　B
解析　铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，所以B中收集到的气体是氢气，A项正确；双氧水具有氧化性，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，B项错误；氧化铁为碱性氧化物，可与盐酸反应生成氯化铁和水，C项正确；因铁离子易水解，故FeCl3溶液应在氯化氢气氛下，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到氯化铁晶体，D项正确。
5．由硫铁矿(主要成分：FeS2和SiO2)为主要原料得到绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如下：
下列说法不正确的是(　　)
A．过程1废气中含SO2
B．过程2试剂a为稀硫酸
C．过程3离子方程式为2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋
D．过程4将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，可得纯净绿矾
答案　D
解析　由制备绿矾的流程可知，硫铁矿(主要成分：FeS2和SiO2)高温煅烧后的烧渣(主要成分：Fe2O3和SiO2)溶于硫酸，溶液中含Fe3＋，过程2过滤除去二氧化硅，滤液中通入二氧化硫，将铁离子还原生成亚铁离子，过程4为蒸发浓缩、冷却结晶析出绿矾。根据上述分析，过程1废气中含SO2，故A正确；因绿矾的酸根离子为硫酸根离子，则过程2最好用硫酸来溶解烧渣，故B正确；过程3中二氧化硫将铁离子还原生成硫酸亚铁，离子方程式为2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋，故C正确；过程4将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，蒸干时绿矾受热失去结晶水，得不到纯净绿矾，故D错误。
6．(2020·洛阳模拟)中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途，其生产过程的部分流程如下所示。
FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁
下列有关叙述不合理的是(　　)
A．纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病
B．纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3溶液的分散质直径大小相等
C．在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解
D．反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2
答案　B
解析　纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料，可作为药物载体用于疾病的治疗，A正确；纳米四氧化三铁分散在适当的分散剂中形成的分散系属于胶体，不同于溶液中溶质微粒的直径，B错误；反应①中环丙胺不参加反应，但加入环丙胺后FeCl3发生水解生成FeOOH，即环丙胺会促进氯化铁的水解，C正确；由制备过程可知，反应②的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知，反应②的化学方程式为6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2，D正确。
7．向含有1molHNO3和1molH2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量，溶液中金属阳离子a、b与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。下列有关判断不正确的是(　　)
A．a表示n(Fe3＋)的关系曲线 B．n1＝0.75
C．P点时，n(Fe3＋)＝0.5625mol D．向P点溶液中加入铜粉，最多可溶解14.4g
答案　C
解析　该反应可以看作两步：①Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O，硝酸根离子过量，氢离子不足；②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。a表示n(Fe3＋)的关系曲线，故A正确；溶液中共有3molH＋参加反应，消耗铁为0.75mol，B正确；P点n(Fe2＋)＝n(Fe3＋)，二者均为0.45mol，C错误；剩余0.45molFe3＋，消耗0.225mol铜，质量为14.4g，D正确。
8．从化合价和物质类别两个视角认识元素及其化合物性质是重要的化学学习方式。图1是Fe及其化合物的化合价——物质类别二维图。
回答下列问题：
(1)工业上冶炼Fe常用的方法是________(填字母)。
a．电解法 b．还原法 c．热分解法 d．物理方法
(2)若图1中的F为硫酸盐，请写出由D生成F的离子方程式_________________________________。
(3)图1中的B在潮湿的空气中很容易发生化合反应变成E，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(4)图1中的F与C在水溶液中的转化离子反应有：2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2，为了探究该反应存在一定的限度，某化学兴趣小组在试管中取10mL0.5mol·L－1的KI溶液，再加入10mL0.2mol·L－1的FeCl3溶液，振荡，使试管中的物质充分反应一段时间。为了达到实验目的，还需要再向试管中加入下列试剂中的________(填字母)。
A．淀粉溶液 B．KSCN溶液 C．CCl4 D．酸性高锰酸钾溶液
(5)用Fe可以去除水体中的NO(原理如图2)。若有1molNO转化为NH，则参加反应的Fe失去的电子的物质的量为________mol。
答案　(1)b　(2)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O(3)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(4)B　(5)8
解析　(1)工业上常用碳还原铁矿石冶炼Fe，为还原法。
(2)根据图1，D到F过程中铁的化合价未变，F为硫酸盐，则D为氧化铁，氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水，离子方程式为Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。
(3)B为＋2价的碱，为氢氧化亚铁，可与氧气、水反应生成氢氧化铁，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
(4)根据题中数据，可知KI过量，若反应为可逆反应，则溶液中存在Fe3＋，可用KSCN溶液检验。
(5)NO转化为NH，N的化合价由＋5变为－3,1molNO得到8mol电子，根据得失电子守恒，则参加反应的Fe失去8mol电子。
9．硫酸亚铁铵[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]俗称摩尔盐。硫酸亚铁在空气中易被氧化，但与硫酸铵反应生成摩尔盐后较稳定。模拟工业制备硫酸亚铁铵晶体的实验装置如图所示。回答下列问题：
(1)先用饱和碳酸钠溶液煮沸铁屑(含少量油污、铁锈等)，再用清水洗净。用饱和碳酸钠溶液煮沸的目的是______________。
(2)按如图连接好装置，经检验气密性良好后加入相应的药品，打开K1、K2，关闭K3，装置B中发生反应的离子方程式可能是________(填字母)。
A．Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ B．2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
C．Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O D．2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
铁屑快反应完时，打开________，关闭________，装置B中的溶液会流入装置A，其原因是______________________________________________________________________________。
(3)常温下，将反应后的溶液放置一段时间，瓶底将结晶析出硫酸亚铁铵。为了测定晶体中Fe2＋的含量，称取一份质量为4.0g的硫酸亚铁铵晶体样品，配成溶液。用0.1mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积为20.00mL。反应到达滴定终点的现象为________________________________________________________________________，
计算晶体中Fe2＋的质量分数为________。
答案　(1)使油污发生水解而除去　(2)ACD　K3　K1、K2　装置B中产生H2，使压强大于大气压
(3)滴入最后一滴酸性KMnO4溶液后，溶液恰好变浅红色，且半分钟内不褪色　14%
解析　(1)饱和碳酸钠溶液显碱性，油污在热碱性条件下水解，则用饱和碳酸钠溶液煮沸的目的是使油污发生水解而除去。(2)铁屑中含有铁锈(Fe2O3)等，都与硫酸反应，反应后的产物Fe3＋与Fe也可以发生氧化还原反应，故A、C、D正确，B错误；铁屑快反应完时，打开K3关闭K1、K2，装置B中的溶液会流入装置A，因为装置B中产生H2，使压强大于大气压。
(3)用KMnO4溶液滴定硫酸亚铁铵，二者发生氧化还原反应，硫酸亚铁铵中的铁元素的化合价由＋2价升高到＋3价，生成Fe3＋，则1mol硫酸亚铁铵失去1mol电子发生氧化反应，高锰酸钾中的锰元素的化合价由＋7价降低到＋2价生成Mn2＋，则1mol高锰酸钾得5mol电子发生还原反应，根据得失电子守恒，高锰酸钾和硫酸亚铁的物质的量比为1∶5，n(KMnO4)＝0.1mol·L－1×0.02L＝0.002mol，则n(Fe2＋)＝0.01mol，m(Fe2＋)＝0.56g，晶体中Fe2＋的质量分数为×100%＝14%；滴定终点的现象为滴入最后一滴酸性KMnO4溶液后，溶液恰好变浅红色，且半分钟内不褪色。
10．硫酸铁铵aFe2(SO4)3·b(NH4)2SO4·cH2O广泛用于城镇生活饮用水、工业循环水的净化处理等。某化工厂以硫酸亚铁(含少量硝酸钙)和硫酸铵为原料，设计了如下工艺流程制取硫酸铁铵。
请回答下列问题：
(1)滤渣A的主要成分是__________________________________________________________。
(2)下列物质中最适合的氧化剂B是________；反应的离子方程式为____________________
______________________________________________________________________________。
a．NaClO b．H2O2 c．KMnO4 d．K2Cr2O7
(3)操作甲、乙的名称分别是：甲________，乙________。
(4)上述流程中，氧化之后和加热蒸发之前，需取少量溶液检验Fe2＋是否已全部被氧化，所加试剂能否用酸性的KMnO4溶液？________(填“能”或“不能”)，理由是：_______________
_______________________________________________________。(可用语言或方程式说明)
(5)检验硫酸铁铵中NH的方法是_________________________________________________。
(6)称取14.00g样品，将其溶于水配制成100mL溶液，分成两等份，向其中一份溶液中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到2.14g沉淀；向另一份溶液中加入0.05molBa (NO3)2溶液，恰好完全反应。则该硫酸铁铵的化学式为__________________________________________。
答案　(1)CaSO4　(2)b　H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　(3)冷却结晶　常温晾干　
(4)不能　H2O2和Fe2＋均能使酸性KMnO4溶液褪色　(5)在试管中加入少量样品和NaOH固体加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，看到试纸变成蓝色
(6)Fe2(SO4)3·2(NH4)2SO4·2H2O
解析　(1)加入硫酸，可增大溶液中SO的浓度，将Ca2＋转化为沉淀，生成CaSO4，同时抑制Fe2＋水解。(2)为避免引入新杂质，应加入过氧化氢作为氧化剂，还原产物是水，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(3)在80℃下反应可生成硫酸铁铵，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，最后经常温晾晒可到纯净的硫酸铁铵，温度不能过高，防止分解。(4)酸性高锰酸钾溶液的氧化性很强，H2O2和Fe2＋均能使酸性KMnO4溶液褪色，应加入K3[Fe(CN)6]溶液，如生成蓝色沉淀，可说明含有亚铁离子。(5)检验NH的方法是加入强碱反应，加热能够产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，该气体是氨气，从而证明原溶液中一定含有NH。(6)称取14.00g样品，将其溶于水配制成100mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到2.14g沉淀，应为Fe(OH)3，n[Fe(OH)3]＝＝0.02 mol，所以14.00 g样品中含有Fe2(SO4)3 0.02 mol；向另一份溶液中加入0.05 molBa(NO3)2溶液，恰好完全反应，则n(SO)＝0.05mol，则n(SO)总量为0.1mol，因此(NH4)2SO4为0.1mol－0.02mol×3＝0.04mol，则m(H2O)＝14.00g－0.02mol×400g·mol－1－0.04mol×132g·mol－1＝0.72g，n(H2O)＝＝0.04mol，n[Fe2(SO4)3]∶n[(NH4)2SO4]∶n(H2O)＝0.02∶0.04∶0.04＝1∶2∶2，所以化学式为Fe2(SO4)3·2(NH4)2SO4·2H2O。
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