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第四单元 铁及其化合物 金属材料
(75分钟　100分)
考情分析
高考对接点 铁及其化合物的性质是高考常考点，在高考中常以选择题或填空题的形式考查
单元疑难点 铁及其化合物的计算，单质、化合物之间的相互关系
滚动知识点 离子反应，氧化还原反应
典型情境题 1、2、6、14、15、16、18
可能用到的相对原子质量：H 1　C 12　N 14　O 16　Na 23　Mg 24　Al 27　S 32　K 39　Ca 40　Mn 55　Fe 56　Cu 64
一、选择题：本题共14小题，每小题3分，共42分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.合金的应用极大地促进了人类社会的发展。下列物质所使用的材料不属于合金的是
A.汽车轮胎 B.下水道井盖 C.航母甲板 D.公路防撞护栏
2.舞蹈诗剧《只此青绿》生动还原了北宋名画《千里江山图》，此画用到了一种矿物颜料石青[2CuCO3·Cu(OH)2]。下列关于石青的说法正确的是
A.属于碱 B.易溶于水
C.能用酸性液体清洗画卷上的污垢 D.在加热条件下能分解生成黑色固体
3.下列转化过程错误的是
A.① B.②
C.③ D.④
4.下列溶液中，可能大量共存的离子组是
A.使石蕊试液变红的溶液中：K+、Na+、Cl-、ClO-
B.加入铝粉能放出氢气的溶液：Na+、Cl-、S、N
C.含有NaHSO4的溶液中：Ba2+、N、Al3+、Cl-
D.透明溶液中：Fe3+、Na+、SCN-、Cl-
5.向硫酸铁溶液中通入少量SO2气体，要证明该过程发生了氧化还原反应，加入下列试剂，其中可行的是
A.KSCN溶液、氯水
B.K3[Fe(CN)6]
C.NaOH溶液
D.BaCl2溶液
6.茶叶中铁元素的检验可经过以下四步完成：灼烧灰化→6 mol·L-1的硝酸溶解→过滤→检测滤液中的铁元素。下列说法正确的是
A.“灼烧灰化”选用的玻璃仪器有①②③
B.④用于配制6 mol·L-1的硝酸时需洗净并烘干
C.“过滤”时需沿着②向⑤中转移液体并小心搅拌
D.检测铁元素时，将⑥垂直悬于⑦的上方滴加KSCN溶液
7.工业制备锰(Mn)单质的过程中会产生高浓度SO2。酸性条件下，用MnO2进行脱硫处理的原理如图。下列说法正确的是
A.反应1的离子方程式为MnO2+2Fe2++2H2O2Fe3++Mn2++4OH-
B.若只发生反应2，反应后溶液的酸性减弱
C.反应过程中Fe2+需要随时补充
D.反应中消耗87 g MnO2，理论上可脱去64 g SO2
8.下列各组物质混合后，不能同时产生无色气体和白色沉淀的是
A.将少量过氧化钠投入AlCl3溶液中
B.Ba(OH)2溶液和(NH4)2SO4混合后加热
C.FeCl3溶液和NaHCO3溶液混合
D.明矾溶液和小苏打溶液混合
9.下列反应的离子方程式正确的是
A.向AlCl3溶液中加入过量的氨水：Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N
B.将磁性氧化铁溶于盐酸：Fe3O4+8H+3Fe3++4H2O
C.Fe(OH)3溶于氢碘酸：Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
D.向NaAlO2溶液中通入过量CO2：2Al+CO2+3H2O2Al(OH)3↓+C
10.下列各项对应的图像正确的是
A.向NaAlO2溶液中滴入稀盐酸
B.向一定量硝酸中慢慢加入铁粉
C.向Al2(SO4)3溶液中滴入NaOH溶液
D.向含等物质的量的AlCl3和MgSO4的混合液中滴加NaOH溶液
11.将铜和氧化铁的混合物溶于足量稀盐酸中，所得溶液能使KSCN溶液变红色。下列说法错误的是
A.容器中可能有固体残渣
B.所得溶液中存在Fe2+、Fe3+、Cu2+
C.原固体中n(Fe2O3)>n(Cu)
D.向所得溶液中加入足量铁粉，加KSCN溶液后无红色
12.类比是学习化学的重要方法，下列类比正确的是
A.Na失火不能用CO2灭火，K失火也不能用CO2灭火
B.Al与S直接化合得到Al2S3，Fe与S直接化合也得到Fe2S3
C.Al2O3可溶于NaOH溶液，Fe2O3也可溶于NaOH溶液
D.工业上电解熔融MgCl2制取镁，也用电解熔融AlCl3的方法制取铝
13.某化学兴趣小组同学为探究化合物FeC2O4的稳定性进行如下操作：
下列分析正确的是
A.气体a是二氧化碳 B.固体c是四氧化三铁
C.白色沉淀的质量为2.00 g D.d中滴加KSCN溶液，溶液变红
14.镓是化学史上第一个先从理论预言，后在自然界中被发现并验证的化学元素。镓的金属活动性与锌相似，比铝弱。从粉煤灰(主要成分为Ga2O3，含CaO、Al2O3等杂质)中提取镓的工艺流程如下图所示，下列叙述错误的是
A.工业上采用热还原的方法制备金属镓
B.向“滤液1”中加入碱性物质调节pH，“滤渣2”是Al(OH)3
C.生成Ga(OH)3的化学方程式为NaGaO2+2H2O+CO2NaHCO3+Ga(OH)3↓
D.“焙烧”过程中，Al2O3发生反应的化学方程式为Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑
二、非选择题：本题共4小题，共58分。
15.(14分)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)A为　　　　　，E为　　　　　。
(2)工业上冶炼Fe常用的方法是　　　(填字母)。
a.电解法 b.热还原法
c.热分解法 d.物理方法
(3)若图1中的F为硫酸盐，请写出由D生成F的离子方程式：　　　　　　　　　　　　。
(4)图1中的B在潮湿的空气中很容易发生化合反应生成E，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)向可溶性F中加入Na2CO3溶液，发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。
(6)图1中的F转化为C的离子反应有2Fe3++2I-2Fe2++I2，为了探究该反应存在一定的限度，某化学兴趣小组取10 mL 0.5 mol·L-1 KI溶液于试管中，再加入10 mL 0.2 mol·L-1 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
(7)用Fe可以去除水体中的N(原理如图2)。若有1 mol N转化为N，则参加反应的Fe失去的电子的物质的量为　　　　mol。
16.(15分)工业上制得的氮化铝(AlN)产品常含有少量Al4C3、Al2O3、C等杂质。某同学设计了如下实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al4C3的质量分数(忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。
(1)实验原理：①Al4C3与硫酸反应可生成CH4；②AlN溶于强酸产生铵盐，溶于强碱生成氨气。请写出AlN与过量NaOH溶液反应的化学方程式：　　　　　。
(2)实验装置(如图所示)：
装置E的作用是　　　　　。
(3)实验过程：
①连接实验装置，在各连接处涂抹肥皂水，然后从K2处通入空气检查装置的气密性，证明装置的气密性良好的现象是　　　　　。称得D装置的质量为y g，滴定管的读数为a mL。
②称取x g AlN样品置于装置B的锥形瓶中，塞好橡胶塞，关闭活塞K2、K3，打开活塞K1，通过分液漏斗加入稀硫酸，与装置B的锥形瓶内的物质充分反应。
③待反应进行完全后，关闭活塞K1，打开活塞　　　　　，向分液漏斗中加入过量NaOH，与装置B的锥形瓶内的物质充分反应。
④　　　　　 (填入该步骤应进行的操作)。
⑤记录滴定管的读数为b mL，称得D装置的质量为z g。
(4)数据分析：(已知该实验条件下的气体摩尔体积为Vm L·mol-1)
①Al4C3的质量分数为　　　　　(填表达式)，若读取滴定管中的体积时先平视后仰视，则所测气体的体积　　　　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
②AlN的质量分数为　　　　　(填表达式)。
17.(14分)铁及其化合物在人类生活中有着极其重要的作用。回答下列问题：
(1)古代中国四大发明之一的司南是由天然的磁石制成的，其主要成分是　　　(填字母)。
a.Fe b.FeO c.Fe2O3 d.Fe3O4
(2)FeSO4可以用来净水、治疗缺铁性贫血等，在实验室配制FeSO4溶液时，为了防止FeSO4变质，经常向溶液中加入铁粉，其原因是　　　　　　　(用离子方程式表示)。
(3)向新配制的FeSO4溶液中，加入一定量的稀硝酸，发生如下反应：
　　Fe2++　　H++　　N　　Fe3++　　NO↑+　　H2O
①配平上述反应。
②每生成0.5 mol NO气体，转移的电子数为　　　　。(设NA为阿伏加德罗常数的值)
③检验该反应后的溶液中是否还含有Fe2+的实验方案是　　　　　　　。
(4)现在可以利用铁的氧化物循环裂解水制备氢气，其过程如图所示。
①写出反应Ⅱ的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②写出铁的氧化物循环裂解水制氢的总反应的化学方程式：　　　　　　　 。
③Fe3O4和CO的反应过程与温度密切相关。向某容器中加入Fe3O4与CO，当其他条件一定时，达到平衡时CO的体积百分含量随温度的变化关系如图所示。
已知：Ⅰ.Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)-Q1(Q1>0)
Ⅱ.Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)+Q2(Q2>0)
推测当温度达到570 ℃，平衡时CO的体积百分含量最高的原因：　　　　　　　　　　　　　　　　。
18.(15分)铟(In)是一种稀有贵金属，广泛应用于航空航天、太阳能电池等高科技领域。从铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、SiO2 、FeAsO4·2H2O 、In2O3 )中提取铟和铅的工艺流程如下：
已知：①焙烧后金属元素均以硫酸盐的形式存在；②In(OH)3 性质与Al(OH)3 类似。
(1)FeAsO4·2H2O 中铁元素的化合价为　　　　　。
(2)“水浸”工艺中的浸渣除As2O3 外，还含有　　　　　。若在实验室里分离出浸渣，需要使用的硅酸盐仪器有玻璃棒、　　　　　、　　　　　。
(3)“还原铁”工艺反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“萃取除铁”中，水相的pH对铟萃取率的影响如图所示。结果表明，pH>2.0时，铟萃取率开始明显下降，其原因是　　　　　　　　　　。
(5)由浸渣生成PbO粗品的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
(6)三氧化二铟(In2O3)还可用如下方法制备，其主要实验过程及装置示意图如图所示。
①A装置中的反应现象是　　　　　　　　　　　　　　。
②装置中，CO(NH2)2先与水反应生成NH3 和另一种酸性气体　　　　　(填化学式)，后NH3 与InCl3 溶液反应生成In(OH)3的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。
参考答案
1.A
【解题分析】汽车轮胎(橡胶，有机化合物)，属于有机材料，不属于合金，A项符合题意。
2.D
【解题分析】石青属于碱式盐，A项错误；石青不溶于水，B项错误；不能用酸性液体清洗画卷上的污垢，C项错误；在加热条件下石青能分解生成黑色固体氧化铜，D项正确。
3.B
【解题分析】Fe在O2中燃烧生成Fe3O4，B项错误。
4.B
【解题分析】使石蕊试液变红的溶液呈酸性，含有大量氢离子，氢离子和次氯酸根离子生成弱酸HClO，A项错误；若溶液呈酸性，氢离子和硝酸根离子、铝会反应生成一氧化氮气体，若溶液呈碱性，存在氢氧根离子，OH-、Na+、Cl-、S、N相互不反应，能够共存，B项正确；含有NaHSO4的溶液中，硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡沉淀，不能共存，C项错误；铁离子和硫氰酸根离子不能共存，D项错误。
5.B
【解题分析】含Fe2+的溶液与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀，能证明SO2与硫酸铁发生了氧化还原反应，B项符合题意。
6.D
【解题分析】将茶叶灼烧灰化，应在坩埚中加热进行，A项错误；④容量瓶用于配制溶液时，洗干净即可，不要求烘干，B项错误；“过滤”时需沿着②玻璃棒向⑤漏斗中转移液体，待液体自然流下，进行过滤，不能搅拌，C项错误；经过硝酸溶解后，滤液中的铁元素主要以Fe3+形式存在，检验滤液中的Fe3+，可用胶头滴管取少量滤液于小试管中，滴加KSCN溶液检验，使用胶头滴管时，需垂直悬在仪器上方，D项正确。
7.D
【解题分析】溶液呈酸性，反应1的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O，A项错误；反应2的离子方程式为SO2+2Fe3++2H2O2Fe2++S+4H+，反应后溶液的酸性增强，B项错误；由图可知，过程中Fe2+、Fe3+可以循环使用，不需要随时补充Fe2+，C项错误；根据关系式MnO2~2Fe3+~SO2可知，消耗1 mol MnO2脱去1 mol SO2，则消耗87 g MnO2，理论上可脱去64 g SO2，D项正确。
8.C
【解题分析】FeCl3溶液和NaHCO3溶液反应产生Fe(OH)3红褐色沉淀和CO2。
9.A
【解题分析】磁性氧化铁溶于盐酸后，溶液中存在Fe2+ 、Fe3+，B项错误；Fe3+和I-不能大量共存，C项错误；通入过量CO2，反应生成HC，D项错误。
10.D
【解题分析】生成沉淀与消耗沉淀的盐酸的体积比为1∶3，A项错误；生成Fe(NO3)3与消耗Fe(NO3)3的铁粉的物质的量之比为2∶1，B项错误；生成沉淀与消耗沉淀的NaOH溶液的体积比为3∶1，C项错误。
11.A
【解题分析】将铜和氧化铁的混合物溶于足量稀盐酸中，发生反应Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O、2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2，向所得溶液中滴入2滴KSCN溶液后出现红色，说明铁离子过量，铜在溶液中一定全部溶解，生成氯化铜，部分铁元素转化为亚铁盐。氧化铁溶于过量的稀盐酸，生成的氯化铁过量，铜全部溶解，容器中不可能有固体残渣，A项错误；向所得溶液中滴入2滴KSCN溶液后出现红色，说明铁离子过量，铜在溶液中一定全部溶解，生成氯化铜，部分铁元素转化为亚铁盐，即所得溶液中存在Fe2+、Fe3+、Cu2+，B项正确；发生反应Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O、2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2，铁离子过量，则原固体中n(Fe2O3)>n(Cu)，C项正确；向所得溶液中加入足量铁粉，发生反应2FeCl3+Fe3FeCl2，铁离子被完全消耗，D项正确。
12.A
【解题分析】Na、K失火生成的物质均能与CO2反应，A项正确；Fe与S直接化合得到FeS，B项错误；Fe2O3不能溶于NaOH溶液，C项错误；工业上用电解熔融的Al2O3的方法制取铝，D项错误。
13.C
【解题分析】气体a是CO和CO2的混合气体，A项错误；固体c是FeO，B项错误；气体a是CO和CO2的混合气体，且二者的物质的量之比为1∶1，则CO2的物质的量为0.02 mol，生成CaCO3的质量为0.02 mol×100 g·mol-1=2 g，C项正确；d中无Fe3+，D项错误。
14.B
【解题分析】“镓的金属活动性与锌相似”，工业上大规模制备金属镓，为了降低成本，采用热还原的方法，A项正确；“滤液1”含有Na2CO3、NaGaO2 和NaAlO2，显碱性，加入酸性物质中和OH-，使溶液的pH减小，偏铝酸根离子转化为氢氧化铝沉淀，B项错误；向NaGaO2溶液中通入CO2的反应与向NaAlO2溶液中通入CO2的反应类似，C项正确；焙烧过程中，氧化镓和氧化铝与纯碱反应生成NaGaO2和NaAlO2，D项正确。
15.(1)FeO(1分)；Fe(OH)3(1分)
(2)b(2分)
(3)Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O(2分)
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3(2分)
(5)2Fe3++3C+3H2O2Fe(OH)3↓+3CO2↑(2分)
(6)B(2分)
(7)8(2分)
【解题分析】(6)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。
(7)N转化为N，N的化合价由+5变为-3，1 mol N得到8 mol电子，根据得失电子守恒，则参加反应的Fe失去8 mol电子。
16.(1)AlN+NaOH+H2ONaAlO2+NH3↑(2分)
(2)防止空气中的水蒸气进入浓硫酸，影响AlN质量分数的测量(2分)
(3)①各连接处均无气泡(2分)
③K3(1分)
④打开K2，通入空气一段时间(2分)
(4)① %(2分)；偏小(2分)
② ×100%(2分)
【解题分析】(3)③用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，故应关闭活塞K1，打开活塞K3。
(4)①甲烷的体积为(a-b) mL，物质的量为 mol，根据碳原子守恒，Al4C3的物质的量等于甲烷的物质的量的三分之一，所以Al4C3的质量为× mol×144 g·mol-1= g，Al4C3的质量分数为%。
②氨气的质量为(z-y) g，物质的量为 mol，根据氮原子守恒，氨气的物质的量等于AlN的物质的量，所以AlN的质量为 mol×41 g·mol-1= g，故AlN的质量分数为×100%= ×100%。
17.(1)d(1分)
(2)Fe+2Fe3+3Fe2+(1分)
(3)①3，4，1，3，1，2(2分)
②1.5NA(2分)
③取样，加入少量酸性KMnO4溶液，若酸性KMnO4溶液褪色，说明还含有Fe2+(2分)
(4)①H2O(g)+3FeOFe3O4+H2(2分)
②C+H2OCO+H2(2分)
③温度低于570 ℃时，发生的是反应Ⅱ，因为Ⅱ是放热反应，所以温度升高，平衡逆向移动，CO的百分含量不断增大，温度高于570 ℃时，发生的是反应Ⅰ，因为Ⅰ是吸热反应，随着温度的升高，反应正向移动，CO百分含量不断降低(2分)
【解题分析】(3)1 mol Fe2+被氧化为Fe3+失去1 mol电子，1 mol N被还原为NO得3 mol 电子，根据得失电子守恒得到反应的离子方程式：3Fe2++4H++N3Fe3++NO↑+2H2O；由反应可知，每生成1 mol NO转移3 mol电子，则生成0.5 mol NO气体，转移的电子数为1.5NA。
18.(1)+3(1分)
(2)SiO2 、PbSO4 (2分)；烧杯、漏斗(2分)
(3)2Fe3++2S22Fe2++S4 (2分)
(4)铟离子发生水解，导致铟萃取率下降(1分)
(5)PbSO4+2NaOHPbO+Na2SO4+H2O(2分)
(6)①固体溶解且生成气泡(2分)
②CO2 (1分)；InCl3+3NH3+3H2OIn(OH)3↓+3NH4Cl(2分)
【解题分析】铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、SiO2 、FeAsO4·2H2O 、In2O3 )加入硫酸酸化、焙烧，将得到的焙砂水浸，浸渣加入10%NaOH溶液并加热，反应后冷却、过滤，得到PbO粗品，处理得到PbO，同时得到滤液；浸液加入硫代硫酸钠还原铁，萃取剂“萃取除铁”得到含有亚铁离子、S4 的水溶液；加入硫酸反萃取得到萃余液，经系列处理得到In2O3。

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