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第三章铁及其化合物的性质、转化和实验综合练习
一、选择题（共8题）
1.在给定条件下,下列选项所示的铁或铁的化合物间转化均能实现的是(　　)
A.FeFe2O3 B.FeFeCl2
C.FeI2(aq)FeCl3(aq) D.Fe2O3Fe(OH)3
2.某同学欲利用如图装置制取能较长时间存在的Fe(OH)2,其中实验所用溶液现配现用且蒸馏水先加热煮沸。下列分析正确的是(　　)
A.X可以是稀硫酸或稀盐酸或浓硫酸
B.实验开始时应先关闭止水夹a、打开b,再向烧瓶中加入X
C.反应一段时间后可在烧瓶中观察到白色沉淀
D.反应结束后若关闭b及分液漏斗活塞,则Fe(OH)2 可较长时间存在
3.一种以铁粉、硫酸亚铁溶液为原料制取氧化铁黑的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.转化Ⅰ、Ⅱ均为置换反应
B.图中转化仅涉及Fe、O元素的化合价发生变化
C.转化Ⅱ反应的离子方程式为6Fe2＋＋6H2O＋O22Fe3O4＋12H＋
D.转化Ⅱ中所需O2可由通入过量的空气来实现
4.向FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的是(　　)
A.加入KSCN溶液一定不变红色
B.溶液中一定含Fe2＋
C.溶液中一定含Cu2＋
D.剩余固体中一定含Cu
5.茶叶中铁元素的检验可经灰化、溶解、过滤、检验四个步骤完成,各步骤中选用的实验用品不能都用到的是(　　)
A.将茶叶灼烧灰化,选用①②⑨
B.用浓盐酸溶解茶叶灰并加蒸馏水稀释,选用④⑥⑦
C.过滤得到滤液,选用④⑤⑦
D.检验滤液中的Fe3＋,选用③⑧⑩
6.对FeCl3溶液腐蚀铜电路板后产生废液X进行回收处理,流程如图。下列说法不正确的是(　　)
废液X
A.废液X中一定存在c(Cu2＋)≤c(Cl-)
B.溶液B为FeCl3溶液
C.实验室中进行操作①②时,需用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒
D.将操作②得到的Cu与溶液A混合,充分反应后,所得溶液与废液X成分不完全相同
7.铁的常见化合物有①FeO、②Fe2O3、③Fe3O4、④FeS、⑤Fe(OH)3、⑥NH4Fe(SO4)2·12H2O、⑦FeSO4。将上述物质分别溶于足量稀盐酸后进行实验,下列说法不正确的是(已知Fe2＋可以和 K3[Fe(CN)6]溶液反应产生蓝色沉淀)(　　)
A.滴加KSCN溶液不显红色,滴加新制氯水后显红色的有①④⑦
B.加铜能发生反应2Fe3＋＋CuCu2＋＋2Fe2＋的只有②⑤⑥
C.将溶液分为两等份,一份滴加KSCN溶液显红色,一份滴加KMnO4溶液紫红色褪去的是③
D.滴加K3[Fe(CN)6]溶液,能产生蓝色沉淀的有①③④⑦
8.实验室制备FeCO3的流程如图所示。
FeSO4溶液→→→洗涤→FeCO3
下列说法错误的是(　　)
A.可利用KSCN溶液检验FeSO4溶液是否变质
B.FeSO4溶液保存时需加入Fe粉
C.过滤操作的常用玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒
D.产品FeCO3在空气中高温分解可得到纯净的FeO
二、非选择题（共5题）
9.某实验小组在实验室做关于铁及其化合物的性质验证实验。
(1)实验一:将铁丝在氧气中燃烧。
写出反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验二:铁与水蒸气反应
实验现象为　　　　　　　;化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)实验三:氢氧化亚铁制备
将NaOH溶液滴入FeCl2溶液,写出离子方程式　　　　　　　　　　　　,在实验过程中发现生成的白色沉淀迅速变为灰绿色最后变为红褐色,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　(用化学方程式表示)。
(4)实验四:Fe2＋与Fe3＋转化
向FeCl3溶液加入铁屑,溶液颜色变淡,写出反应过程的离子方程式　　　　,
将FeCl2溶液酸化后振荡,一段时间溶液变为黄色,写出反应过程的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。
(5)实验五:磁性氧化铁的制备(Fe2＋＋2Fe3＋＋8OH-Fe3O4＋4H2O)
取一定量的FeCl3溶液分为a、b两份,在a中加入足量铁粉,过滤。将滤液与b溶液混合,调整pH为12,微热即可得磁性氧化铁。在制备中溶液体积比a∶b＝　　　　。
10.由硫铁矿烧渣(主要含Fe2O3和SiO2)制备绿矾(FeSO4·7H2O),再通过绿矾制备铁矾[FeO(OH)]的流程如下:(已知FeS2和铁矾均难溶于水)
(1)“酸溶”过程中选用的酸为　　　　　。
(2)写出“还原”步骤发生反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　。
(3)“还原”后的溶液经“操作X”可得到绿矾。“操作X”包括　　　　　,过滤,洗涤,干燥。
(4)请补充完整检验“还原”后所得溶液中是否含有Fe2＋的实验方案:　　。
(5)由绿矾制得FeO(OH)后的溶液中有一种可作化肥的物质,该物质化学式为　　　　　。
11.黑木耳中含有丰富的人体所必需的铁元素。某研究小组测定黑木耳中铁元素含量,实验方案如下。回答下列问题:
(1)配制90 mL 0.10 mol·L-1 K2Cr2O7溶液
①选择仪器:所必需的玻璃仪器除烧杯、胶头滴管外,还有　　　、　　 　。
②计算,称量:需用天平称量　　　　g K2Cr2O7固体[M(K2Cr2O7)＝294 g·mol-1]。
③溶解,恢复到室温、转移、洗涤、定容。
定容的操作是:将蒸馏水注入容量瓶,先　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,再改用胶头滴管加水至溶液凹液面最低处与刻度线相切。
④下列操作使浓度偏低的是　　　　(填字母)。
A.定容时,加水超过刻度线,用胶头滴管吸取多余的液体
B.容量瓶未干燥即用来配制溶液
C.定容时,俯视刻度线
D.未用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒
(2)测定黑木耳中铁元素含量(已知黑木耳提取液中铁元素以Fe2＋和Fe3＋的形式存在)
步骤一 取112 g黑木耳,经灼烧、酸浸制得提取液,加入过量的铜粉
步骤二 过滤,向滤液中加入0.10 mol·L-1酸性K2Cr2O7溶液10 mL时,恰好完全反应
①“步骤一”中加入过量铜粉的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。
②请配平步骤②中发生反应的离子方程式。
6Fe2＋＋Cr2＋　　H＋　　Fe3＋＋　　Cr3＋＋　　H2O。
③实验测得黑木耳中铁元素的质量分数为　　　。
12.铁是人体必需的微量元素,菠菜中铁元素通常以Fe2＋形式存在,实验室测定菠菜中铁元素含量的流程如图:
回答下列问题:
(1)“操作1”的名称为　　　　,用到的玻璃仪器为　　　　　　　　。
(2)向操作1所得“溶液”中滴加1~2滴KSCN溶液,现象为　　　　　　　,证明溶液中存在Fe3＋。
(3)“步骤1”加入HNO3溶液的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用文字表述)。
(4)“操作2”发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
根据数据计算每100 g新鲜菠菜中常含铁元素的质量为　　　　mg。
13.铁是人体必需的微量元素,严重缺铁时需要服用补铁剂。实验小组为研究某补铁剂中铁元素的价态及其含量,设计并进行了如下实验:
【查阅资料】Ⅰ.该补铁剂不溶于水,但能溶于人体中的胃液(含盐酸)。
Ⅱ.KSCN中的硫元素为-2价。
Ⅲ.Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3。
实验Ⅰ.检验该补铁剂中铁元素的价态。
将补铁剂碾碎的目的是增大接触面积,使其充分溶解。
(1)试剂1是　　　　,试剂2是　　　　。
(2)加入试剂2后溶液变为浅红色,说明溶液①中含有　　　　。
(3)能证明溶液①中含有Fe2＋的实验现象是　　　　　　　　　　　　。
(4)补全在上述条件下Fe2＋与H2O2发生反应的离子方程式:
　　　H＋＋　　　Fe2＋＋　　　H2O2 　　　　　＋　　　　　 　
(5)甲同学猜测深红色溶液③迅速变为无色溶液④的原因,可能是溶液中的SCN-与H2O2发生了化学反应。
a.甲同学猜测的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
b.乙同学通过实验证实了甲同学的猜测,其实验方案及现象是　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
实验Ⅱ.测定该补铁剂中铁元素的含量。
(6)计算每片该补铁剂含铁元素的质量为　　　 g。
(7)人体只能吸收Fe2＋,医生建议在服用该补铁剂时,同时服用有较强还原性的维生素C,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:
1. C　A项,Fe和水蒸气在高温条件下反应生成Fe3O4不是Fe2O3,错误;B项,Fe和Cl2反应生成FeCl3不是FeCl2,错误;D项,Fe2O3和H2O不反应,错误。
2. D　利用稀硫酸和铁反应生成氢气,生成的氢气排除装置内的空气,验纯后关闭止水夹a,一段时间后,蒸馏烧瓶中压强增大,将液体压入抽滤瓶中,抽滤瓶中观察到有白色沉淀生成。X不能是浓硫酸,因为常温下铁遇浓硫酸发生钝化,A错误;实验开始时应先打开止水夹a、打开b,再向烧瓶中加入X,让产生的氢气排除装置内的空气,B错误;反应一段时间后,关闭止水夹a,在抽滤瓶中可观察到白色沉淀,C错误;反应结束后若关闭b及分液漏斗活塞,由于装置内无氧气,因此Fe(OH)2可较长时间存在,D正确。
3. C　A项,转化Ⅰ为置换反应,而转化Ⅱ中没有单质生成,不是置换反应,错误;B项,Ⅰ中氢元素化合价降低,错误;D项,转化Ⅱ中若通入过量的空气,则氧气将会继续氧化Fe3O4中的亚铁,所以不能通入过量的空气,错误。
4. C　溶液中Fe3＋、Cu2＋均具有氧化性,且氧化性:Fe3＋＞Cu2＋,加入的铁粉先与Fe3＋反应生成Fe2＋,再与Cu2＋反应生成Fe2＋和Cu;充分反应后仍有固体存在,则剩余固体为Cu或Fe和Cu的混合物;溶液中一定不含Fe3＋,可能含Cu2＋,一定含Fe2＋,剩余固体一定含Cu。
5. B　A项,将茶叶灼烧灰化,应在坩埚中加热,用到的仪器有①②⑨,不符合题意;B项,用浓盐酸溶解茶叶灰并加蒸馏水稀释,应在烧杯中进行,可用玻璃棒搅拌,选用④和⑦,不需用到⑥,符合题意;C项,过滤时需要漏斗、烧杯和玻璃棒,用到④⑤⑦,不符合题意;D项,检验滤液中的Fe3＋,可用胶头滴管取少量滤液于小试管中,用KSCN溶液检验,用到的仪器有③⑧⑩,不符合题意。
6. B　A项,若加入的FeCl3溶液腐蚀铜恰好发生2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2反应时,n(Cl-)＝6n(Cu2＋),n(Cu2＋)＝n(Cl-);若FeCl3溶液过量,则n(Cu2＋)＜n(Cl-),故废液X中一定存在 c(Cu2＋)≤c(Cl-),正确;B项,溶液B为FeCl2溶液,错误;C项,操作①②都是过滤,需要用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒,正确;D项,溶液B含HCl、FeCl2,而废液X中含有FeCl2、CuCl2,可能还含有FeCl3,可见二者的成分不相同,正确。
7. B　上述含铁元素的化合物溶于足量稀盐酸后的溶液中含Fe2＋(不含Fe3＋)的有①FeO、④FeS、⑦FeSO4;含Fe3＋(不含Fe2＋)的有②Fe2O3、⑤Fe(OH)3、⑥NH4Fe(SO4)2·12H2O;既含Fe2＋又含Fe3＋的有③Fe3O4。A项说明溶液中只含Fe2＋,符合题意的有①④⑦;B项说明溶液中含有Fe3＋,符合题意的有②③⑤⑥;C项说明既含Fe2＋又含Fe3＋,符合题意的有③;D项说明溶液中含有Fe2＋,符合题意的有①③④⑦。
8. D　A项,硫酸亚铁变质后有Fe3＋生成,Fe3＋遇硫氰化钾变红色,正确;B项,为防止FeSO4被氧化通常加入Fe粉,正确;D项,FeCO3在空气中高温加热时,＋2价的铁会被O2氧化,故得不到纯净的FeO,错误。
9.解析:(4)向FeCl3溶液加入铁屑,溶液颜色变淡,是铁还原铁离子生成亚铁离子,反应过程的离子方程式为Fe＋2Fe3＋3Fe2＋,将FeCl2溶液酸化后振荡,一段时间溶液变为黄色,是空气中的氧气将Fe2＋氧化为Fe3＋,反应过程的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O。(5)取一定量的FeCl3溶液分为a、b两份,在a中加入足量铁粉,过滤,反应为Fe＋2Fe3＋3Fe2＋,生成1 mol亚铁离子反应需要铁离子的物质的量为 mol,将滤液与b溶液混合,调整pH为12,微热即可得磁性氧化铁,反应为Fe2＋＋2Fe3＋＋8OH-Fe3O4＋4H2O,则n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1∶2,即b溶液中Fe3＋的物质的量为1 mol×2＝2 mol,在制备中溶液体积比等于a和b中Fe3＋的物质的量之比,得到体积比 a∶b＝∶2＝1∶3。
答案:(1)3Fe＋2O2 Fe3O4
(2)产生肥皂泡　3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(3)Fe2＋＋2OH-Fe(OH)2↓　4Fe(OH)2＋2H2O＋O24Fe(OH)3
(4)Fe＋2Fe3＋3Fe2＋　4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O
(5)1∶3
10.解析:(1)因绿矾的酸根离子为硫酸根离子,则“酸溶”步骤中,最好采用硫酸来溶解烧渣。
(2)“酸溶”后所得滤液为硫酸铁溶液,因此“还原”步骤发生FeS2还原Fe3＋的反应,结合流程中“还原”后经操作X得到绿矾可得:-1价S被氧化成＋6价存在于S中,故“还原”步骤发生反应的离子方程式为14Fe3＋＋FeS2＋8H2O15Fe2＋＋2S＋16H＋。
(3)“还原”后得到硫酸亚铁溶液,可经过蒸发浓缩、降温结晶析出绿矾。
(4)可利用Fe3＋与SCN-的络合反应检验“还原”后所得溶液中是否含有Fe3＋。
(5)流程中,绿矾与氨水、空气作用生成铁矾[FeO(OH)],根据电子守恒及原子守恒可得:4FeSO4＋8NH3＋6H2O＋O24FeO(OH)＋4(NH4)2SO4,所以还生成一种可作化肥的物质为(NH4)2SO4。
答案:(1)硫酸(或H2SO4)
(2)14Fe3＋＋FeS2＋8H2O15Fe2＋＋2S＋16H＋
(3)蒸发浓缩,降温(或冷却)结晶
(4)取还原后溶液于试管内,加入KSCN溶液,若出现红色,说明溶液中含有Fe3＋,若不出现红色,则说明溶液中不含有Fe3＋
(5)(NH4)2SO4
11.解析:(1)①配制时需要的仪器有天平、烧杯、玻璃棒、100 mL容量瓶、胶头滴管,因此所必需的玻璃仪器除烧杯、胶头滴管外,还有玻璃棒、100 mL容量瓶;②计算,称量:需用天平称量0.1 L×0.10 mol·L-1×294 g·mol-1≈2.9 g;③定容的操作是:将蒸馏水注入容量瓶,先直接加蒸馏水至离刻度线1~2 cm处,改用胶头滴管加水至溶液凹液面最低处与刻度线相切;④定容时,加水超过刻度线,用胶头滴管吸取多余的液体,溶质吸出一部分,溶质物质的量减少,浓度偏低,A符合题意;容量瓶未干燥即用来配制溶液,对结果无影响,B不符合题意;定容时,俯视刻度线,溶液体积偏小,浓度偏高,C不符合题意;未用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒,溶质减少,浓度偏低,D符合题意。(2)①“步骤一”酸浸后含有铁离子,加入过量铜粉的目的是将铁离子还原为亚铁离子,测定更准确,减小实验误差;②根据得失电子守恒、电荷守恒、质量守恒配平步骤②中发生反应的离子方程式:6Fe2＋＋Cr2＋14H＋6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O;③根据6Fe2＋~Cr2关系式,实验测得黑木耳中铁元素的质量分数为
×100%＝0.3%。
答案:(1)①玻璃棒　100 mL容量瓶　②2.9　
③直接加蒸馏水至离刻度线1~2 cm处　④AD
(2)①将铁离子还原为亚铁离子,测定更准确,减小实验误差　②14　6　2　7　③0.3%
12.解析:(1)操作1为过滤,使用的玻璃仪器为烧杯、漏斗、玻璃棒。(2)向操作1所得“溶液”中滴加1~2滴KSCN溶液,由于含有三价铁离子,溶液会变为红色。(3)“步骤1”加入HNO3溶液的目的是浸取铁元素,并将其氧化为＋3价,便于后续检测。(4)操作2发生复分解反应,对应方程式为Fe(NO3)3＋3NaOHFe(OH)3↓＋3NaNO3,结合分析可知,100 g新鲜菠菜中常含铁元素的质量为×2×56 g·mol-1×＝0.7 mg。
答案:(1)过滤　烧杯、漏斗、玻璃棒
(2)溶液会变为红色
(3)浸取铁元素,并将其氧化为＋3价
(4)Fe(NO3)3＋3NaOHFe(OH)3↓＋3NaNO3　0.7
13.解析:要测定补铁剂中铁元素的含量,可以将补铁剂碾碎,然后向其中加入足量盐酸,使二者充分接触发生反应,然后过滤除去不溶性杂质,再向滤液中加入足量H2O2,将Fe2＋氧化为Fe3＋,然后加入足量NaOH溶液,使溶液中的Fe3＋转化为Fe(OH)3红褐色沉淀,将沉淀洗涤、灼烧,分解产生Fe2O3,根据Fe2O3的质量,利用Fe元素守恒可计算出补铁剂中铁元素的含量。(5)SCN-中硫元素为-2价,具有还原性;H2O2中氧元素为-1价,具有氧化性,H2O2将SCN-氧化,导致深红色溶液③迅速变为无色溶液④;乙同学通过实验证实了甲同学的猜测,可通过再加入SCN-,根据溶液是否变为红色判断;也可以根据反应后溶液中是否含有S 进行判断,其实验方案及现象是:取少量无色溶液④于试管中,滴入KSCN溶液,溶液变红;或取少量无色溶液④于试管中,滴入BaCl2溶液,产生白色沉淀。(6)m片补铁剂经上述处理后反应产生Fe2O3质量是a g,则其中Fe元素的质量为m(Fe)＝ mol×2×56 g·mol-1＝ g,则每片该补铁剂含铁元素的质量为 g。
答案:(1)盐酸　KSCN溶液
(2)Fe3＋
(3)加入H2O2溶液后,溶液②由浅红色变成深红色
(4)2　2　1　2Fe3＋　2H2O
(5)a.SCN-中硫元素为-2价,具有还原性;H2O2中氧元素为-1价,具有氧化性　b.取少量无色溶液④于试管中,滴入KSCN溶液,溶液变红(或取少量无色溶液④于试管中,滴入BaCl2溶液,产生白色沉淀)
(6)
(7)维生素C具有较强还原性,防止Fe2＋被氧化

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