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2026人教版高中化学必修第一册
第三章　铁　金属材料
第一节　铁及其化合物
第1课时　铁的单质　铁的氧化物和氢氧化物
基础过关练
题组一　铁的单质
1.(易错题)(2024广东江门期末)对下列实验事实的解释正确的是 (　　)
选项 操作、现象 解释
A 水蒸气与铁粉在高温下反应生成黑色固体 反应生成了FeO
B 生铁长时间放置于潮湿的空气中,表面出现红棕色斑点 红棕色斑点的主要成分是Fe3O4
C 向盐酸中加入少量铁粉,铁粉溶解 Fe被氧化为Fe3+
D 铁在纯氧中燃烧,火星四射 产物为Fe3O4
2.(2025江西赣州期中)设计如下反应装置,进行铁粉与水蒸气的反应:3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。下列有关实验目的错误的是(　　)
选项 实验措施 实验目的
A 湿棉花 防止棉花燃烧
B 酒精灯甲 提供水汽化所需能量
C 酒精灯乙 实现高温反应条件
D 导气管通入肥皂液中 为安全检验氢气提供便利
题组二　铁的氧化物
3.(2025江西宜春阶段检测)下列有关铁的三种氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)的叙述正确的是 (　　)
A.Fe3O4能与盐酸反应生成盐和水,是碱性氧化物
B.四氧化三铁是由Fe2O3和FeO按物质的量之比为1∶1组成的混合物
C.铁的三种氧化物都能与氢碘酸反应,且都只生成盐和水
D.铁的三种氧化物都能在高温下被焦炭还原为铁,而焦炭可能被氧化为CO或CO2
4.(2024河南南阳一中月考)有一块铁的氧化物样品,用100 mL 5.0 mol·L-1盐酸恰好将其完全溶解,所得溶液中通入0.05 mol Cl2,恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+,则该样品可能的化学式为 (　　)
A.Fe2O3　　　　B.Fe3O4 C.Fe4O5　　　　D.Fe5O7
5.(创新题)(新情境·Fe及其氧化物与循环制氢)(2025河北石家庄实验中学月考)氢能被誉为“21世纪终极能源”,也是在“碳达峰”“碳中和”的大背景下,加速开发利用的一种清洁能源。利用铁及其氧化物循环制氢原理如图所示。下列有关说法正确的是 (　　)
A.反应器Ⅰ中Fe2O3发生氧化反应
B.反应器Ⅱ中氧化产物与还原产物的物质的量之比为4∶1
C.一定条件下反应器Ⅲ中生成1 mol Fe2O3时,转移1 mol电子
D.含CO和H2各1 mol的混合气体通过该方法制氢,理论上可获得 mol H2
6.(2025广东部分高中期中联考)现有FeO和Fe2O3组成的混合物,取m g该混合物,向其中加入350 mL 2 mol·L-1的盐酸,混合物恰好完全溶解,向反应后的溶液中加入足量NaOH溶液,过滤、洗涤、干燥、灼烧,最终得到24.0 g固体(不考虑过程中固体的损失)。下列说法正确的是 (　　)
A.m=20.4
B.至少需要0.9 mol NaOH
C.FeO与Fe2O3的物质的量之比为2∶1
D.若用足量H2还原m g该混合物,则消耗0.35 mol H2
题组三　铁的氢氧化物
7.(2024山东菏泽一中月考)已知:2Fe3++Fe 3Fe2+。下列实验方案能长时间得到白色纯净的Fe(OH)2的是 (　　)
A.在FeCl2溶液上加一层苯,然后将滴管插入到FeCl2溶液液面以下,慢慢滴加NaOH溶液(溶液中不能有气泡,配制FeCl2溶液和NaOH溶液的蒸馏水必须加热煮沸)
B.将铁粉与稀硫酸充分反应,然后加入过量的氨水
C.在Fe2(SO4)3溶液中加入过量的铁粉,过滤,在滤液中加入过量的NaOH溶液
D.在生成Fe(OH)3的悬浊液中加过量的铁粉
8.(2025湖南长沙长郡中学月考)一种制备Fe(OH)2的改进装置如图所示,使用的试剂有Fe、稀硫酸和NaOH溶液。下列说法不正确的是 (　　)
A.实验室保存FeSO4溶液需加入少量铁粉
B.装置d的作用是液封,防止外界空气进入装置c中
C.反应前需对装置进行气密性检查
D.装置a中装有NaOH溶液,装置c中是稀硫酸
9.某班同学分成A、B两组,并分别设计实验探究能较长时间观察到白色Fe(OH)2沉淀的制取方法。回答下列问题:A组实验:用NaOH溶液和FeSO4溶液直接反应(如图)。
(1)FeSO4可由铁粉还原Fe2(SO4)3制得,写出此反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　。
(2)该方法能观察到白色的Fe(OH)2沉淀,但沉淀颜色快速发生变化,其颜色变化为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。请分析沉淀颜色变化的原因:　　　　　　　　　　　(用化学方程式表)。
B组实验:选用稀硫酸、铁粉、NaOH溶液进行实验,装置如图。
(3)实验时,先　　　　(填“打开”或“关闭”)止水夹K,然后打开　　　　的玻璃塞和活塞,使稀硫酸与铁粉反应,一段时间后,　　　　(填“打开”或“关闭”)止水夹K,制得白色Fe(OH)2沉淀,且沉淀能一段时间不变色,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
能力提升练
题组一　铁及其化合物性质的综合应用
1.(2025广东广州大学附中月考)在化学学习与研究中经常会用到“类推”的思维方法,下列类推结论中正确的是 (　　)
A.Fe从CuSO4溶液中置换出Cu;Na从FeCl3溶液中置换出Fe
B.Fe与Cl2反应生成FeCl3;Fe与I2反应生成FeI3
C.Na与水反应生成NaOH和H2;Fe与水反应生成Fe(OH)2和H2
D.Cu(OH)2受热分解生成CuO;Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3
2.(2024天津四十二中月考)用废铁屑制备磁性胶体粒子,制备过程如下:
下列说法不正确的是 (　　)
A.溶液A中Fe2+和Fe3+的浓度比为2∶1
B.通入N2是为了防止空气中的O2氧化Fe2+
C.加适量的H2O2是为了将部分Fe2+氧化为Fe3+
D.加稀H2SO4是为了使铁溶解生成FeSO4
3.(2025山东济南期末)将稀硫酸和铁粉按一定顺序依次加入一定量的硫酸铜溶液中充分反应。实验过程中,加入物质的质量与烧杯中剩余固体的质量关系如图所示,下列说法不正确的是 (　　)
A.先加入的是铁粉,后加入的是稀硫酸
B.b、d点对应的剩余固体种类不同
C.m=6.4
D.向f点对应溶液中加入铁粉有气泡产生
4.(2025广东清远期中)元素的价—类二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具,一般以元素的化合价为纵坐标,以物质类别为横坐标。如图为铁元素的价—类二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法正确的是 (　　)
A.FeO是一种黑色粉末,在空气中受热发生转化②
B.FeCl2溶液与H2O2溶液在酸性条件下反应,可实现转化⑦
C.由转化⑤可预测:Fe具有强还原性
D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,Fe2O3加水溶解可转化为Fe(OH)3
题组二　以铁及其化合物为载体的实验探究
5.(2024湖南长沙期末)用如图所示装置测定某铁矿石中Fe2O3的含量(杂质不参与反应),称取4.00 g该铁矿石于硬质玻璃管A中,充分反应后测得干燥管B增重2.64 g,C增重0.44 g,下列相关说法中正确的是 (　　)
A.称量干燥管B后,应先加热硬质玻璃管A,再通CO
B.在硬质玻璃管A发生的反应中,CO被还原
C.该铁矿石中Fe2O3的质量分数为93.3%
D.若撤去干燥管C,会造成测得的Fe2O3的含量偏高
6.(2025安徽江南十校联考)某小组同学为了获取在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色的改变与氧气有关的证据,用如图所示装置进行了实验(夹持装置已略去,气密性已检验)。
图1　实验装置
实验步骤:
Ⅰ.向三颈烧瓶中加入饱和FeSO4溶液,按如图1所示装置连接;
Ⅱ.打开磁力搅拌器,立即加入10% NaOH溶液;
Ⅲ.采集瓶内空气中O2含量和溶液中O2含量(DO)的数据。
实验数据如下:
图2　瓶内空气中O2含量的变化
图3　溶液中O2含量(DO)的变化
请回答下列问题:
(1)盛放NaOH溶液的仪器名称为　　　　。
(2)若溶液中O2含量(DO)为1.6 mg/L,则该溶液中O2含量可以表示为　　　　mol/L。生成白色沉淀的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)溶液中白色絮状沉淀Fe(OH)2易被氧化,沉淀转化过程的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)通过上述实验,可得到“在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色改变与氧气有关”的结论,其实验依据是　　　　　　　　　　　　　。
7.(2025北京朝阳期末)某学习小组探究铁与氯气在不同条件下的反应及产物。
资料:无水FeCl3受热易升华。
(1)将铁粉放入氯水中,铁粉溶解,无气泡产生。
①经检验氯水呈酸性,原因是　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。
②依据实验现象,判断氯水中与Fe反应的粒子可能为　　　　。
(2)湿润的Cl2与Fe的反应:
装置 实验 操作及现象
Ⅰ 常温时将铁丝伸入集气瓶中,铁丝迅速变黑,反应停止后,加入蒸馏水,溶液呈浅绿色
Ⅱ 将红热的铁丝伸入集气瓶中,铁丝剧烈燃烧,产生大量棕褐色的烟,瓶底铺有棕色粉末
①实验Ⅰ,经检验产物中有FeCl2,推测其形成的可能原因:
a:铁和氯气直接化合生成,其反应为　　　　　　　　　　。
b:2Fe+3Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe 3FeCl2。
②实验Ⅱ中反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。
(3)干燥的Cl2与Fe的反应:
装置 实验 操作及现象
Ⅲ 常温时将铁丝伸入集气瓶中,铁丝慢慢变黑,有大量气体剩余
Ⅳ 将红热的铁丝伸入集气瓶中,铁丝剧烈燃烧,产生大量棕褐色的烟,瓶底铺有棕色粉末
实验Ⅲ中有大量Cl2剩余,实验Ⅳ中几乎无Cl2剩余,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D　水蒸气与铁粉在高温下反应生成的黑色固体为四氧化三铁(易错点),A错误;生铁放置于潮湿的空气中,铁表面出现的红棕色斑点的主要成分为Fe2O3,B错误;Fe与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,Fe被氧化为Fe2+,C错误;铁在纯氧中燃烧的产物为Fe3O4,D正确。
易错分析　忽略铁及其化合物的某些特殊性质,导致分析物质转化时出错。如Fe和H2O(g)反应的产物是Fe3O4而非FeO。
2.A　湿棉花的作用主要是提供反应物H2O(g),A错误;酒精灯甲的作用是使湿棉花中的水汽化,使水蒸气与铁粉接触而反应,B正确;酒精灯乙的作用是加热,提供高温反应条件使铁粉与水蒸气反应,C正确;导气管通入肥皂液中,方便安全检验氢气,D正确。
3.D　碱性氧化物与酸反应只生成一种盐和水,而Fe3O4和盐酸反应生成FeCl3、FeCl2和水,生成的盐有两种,所以Fe3O4不是碱性氧化物(易错点),A错误;Fe3O4的组成固定,是纯净物,B错误;FeO和氢碘酸发生复分解反应生成FeI2和水,但Fe2O3、Fe3O4和HI溶液反应时,由于Fe3+具有氧化性,I-具有还原性,会发生氧化还原反应生成I2,C错误;铁的三种氧化物都能在高温下被焦炭还原为铁,若焦炭少量,则生成CO2,若焦炭过量,则生成CO,D正确。
4.C　通入0.05 mol Cl2,恰好使Fe2+全部转变为Fe3+,则通入Cl2前溶液中n(Fe2+)=2n(Cl2)=2×0.05 mol=0.1 mol,3n(Fe3+)+2n(Fe2+)=n(Cl-)=0.1 L×5.0 mol·L-1=0.5 mol,则n(Fe3+)=0.1 mol,该铁的氧化物样品中含0.1 mol Fe2+、0.1 mol Fe3+,故该样品可能的化学式为Fe4O5。
5.D　反应器Ⅰ中Fe2O3被还原,发生还原反应,故A错误;反应器Ⅱ中发生的反应为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,氧化产物为Fe3O4、还原产物为H2,二者物质的量之比为1∶4,故B错误;反应器Ⅲ中发生的反应为4Fe3O4+O2 6Fe2O3,生成1 mol Fe2O3时,转移电子的物质的量为 mol,故C错误;反应器Ⅰ中发生反应:3CO+Fe2O3 3CO2+2Fe、3H2+Fe2O3 3H2O+2Fe,CO和H2各1 mol参与反应可生成 mol Fe,反应器Ⅱ中发生反应3Fe+4H2O(g) 4H2+Fe3O4, mol H2,故D正确。
试题剖析　本题的创新点是以循环制氢为背景考查Fe及其氧化物的性质,解答本题要分析转化流程,有效地整合题目信息,推断并写出反应器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中反应的化学方程式,然后运用氧化还原反应相关知识分析解答。
6.D　350 mL 2 mol·L-1的盐酸中HCl的物质的量为0.7 mol,与FeO和Fe2O3组成的混合物恰好完全反应,生成FeCl2、FeCl3和H2O,向反应后的溶液中加入足量NaOH溶液,过滤、洗涤、干燥、灼烧,最终得到24.0 g固体,固体为Fe2O3,其物质的量为=0.15 mol;Cl-的物质的量为0.7 mol,设FeCl2和FeCl3的物质的量分别为x mol、y mol,则x+y=0.3,2x+3y=0.7,解得x=0.2,y=0.1,则原混合物中FeO为0.2 mol,Fe2O3为0.05 mol,混合物质量为0.2 mol×72 g/mol+0.05 mol×160 g/mol=22.4 g,A错误;加入的NaOH溶液与溶液中的FeCl2和FeCl3反应,FeCl2和FeCl3的物质的量分别为0.2 mol、0.1 mol,则至少需要0.2 mol×2+0.1 mol×3=0.7 mol NaOH,B错误;FeO与Fe2O3的物质的量之比为4∶1,C错误;FeO为0.2 mol,Fe2O3为0.05 mol,共含有0.35 mol O,若用足量H2还原22.4 g该混合物,O结合H变为H2O,关系式为O~H2~H2O,故需要H2的物质的量为0.35 mol,D正确。
7.A　配制溶液的蒸馏水煮沸,能排出溶解的氧,加一层苯隔绝空气,可制得白色纯净的Fe(OH)2,A正确;将铁粉与稀硫酸充分反应,再加入过量氨水,实验中缺少防止Fe(OH)2被氧化的措施,B错误;实验未排出溶液中溶解的氧,缺少防止Fe(OH)2被氧化的措施,C错误;Fe(OH)3与铁粉不反应,该方法不能制备Fe(OH)2,D错误。
8.D　Fe2+易被O2氧化为Fe3+,实验室保存FeSO4溶液时加入少量铁粉,可将Fe3+还原成Fe2+,A正确;氢氧化亚铁易被氧气氧化,所以装置d的作用是液封,防止外界空气进入装置c中,B正确;b中反应会产生氢气,反应前需对装置进行气密性检查,C正确;装置c中装有NaOH溶液,装置a中是稀硫酸,D错误。
看图说“化”　氢氧化亚铁易被氧气氧化,应先排出装置中的空气,同时也要防止外界空气进入装置c中。实验过程:检查装置气密性后先关闭K1、打开K2,打开装置a的活塞加入稀硫酸,装置b中Fe和加入的稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,氢气排出装置c中的空气,一段时间后再关闭K2、打开K1,将b中溶液压入装置c中与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化亚铁沉淀。
9.答案　(1)Fe+2Fe3+ 3Fe2+
(2)白色沉淀迅速转化为灰绿色,一段时间后变为红褐色　4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
(3)打开　分液漏斗　关闭　稀硫酸与铁粉作用产生的H2排出了装置中的空气
解析　(1)铁粉还原Fe2(SO4)3制得FeSO4,该反应的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+。(2)Fe(OH)2沉淀不稳定,容易被氧化,可看到白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。(3)题图实验中,应先打开止水夹K,再打开分液漏斗的玻璃塞和活塞,使左侧装置中Fe与稀硫酸反应,一段时间后装置中的空气被排尽,关闭止水夹K,左侧装置中压强增大,可将左侧装置中溶液压入右侧NaOH溶液中,二者反应生成Fe(OH)2沉淀。
名师点睛　 制备Fe(OH)2实验的关键分析
　　(1)创造无氧环境。①溶液除氧:配制亚铁盐溶液和碱溶液时,使用加热煮沸过的蒸馏水,以赶走水中溶解的氧气。②隔绝空气:在溶液上方加苯、煤油等不溶于水且密度比水小的有机溶剂进行液封。
　　(2)试剂选择与处理。①亚铁盐:选择硫酸亚铁等可溶性亚铁盐,且可在亚铁盐溶液中加入少量还原铁粉。②碱溶液:一般选用氢氧化钠溶液。
　　(3)操作细节控制。①滴管使用:用胶头滴管滴加碱溶液时,要将滴管尖端插入亚铁盐溶液液面下,再逐滴滴入碱溶液,防止滴加过程中带入空气。②反应顺序:在一些装置中,要先让产生氢气等排空气的反应进行一段时间,待装置内空气排尽后,再让亚铁盐溶液与碱溶液接触反应。
能力提升练
1.D　将Na放入FeCl3溶液中,Na会先与水反应生成氢氧化钠和氢气,氢氧化钠再与FeCl3反应生成氢氧化铁沉淀和氯化钠,A错误;Cl2的氧化性较强,可将Fe氧化为FeCl3,但I2氧化性较弱,Fe与I2反应只能生成FeI2,B错误;Fe与水蒸气在高温条件下反应生成Fe3O4和H2,C错误;一般来说,难溶的氢氧化物受热均易分解,生成相应的氧化物与水,Cu(OH)2受热分解生成CuO,Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3,D正确。
2.A
Fe3O4中Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)个数比为1∶2,则溶液A中Fe2+、Fe3+的浓度比为1∶2,A错误;通入N2是为了隔绝空气,防止空气中的O2氧化Fe2+,B正确;加入适量H2O2将部分Fe2+氧化为Fe3+,C正确;稀H2SO4能与Fe反应生成FeSO4和H2,D正确。
3.B　图像分析:
根据分析可知,先加入的是铁粉,后加入的是稀硫酸,A正确;b、d点对应的剩余固体均是铁和铜的混合物,B错误;m g为生成的铜的质量,则有:
Fe+CuSO4 FeSO4+Cu
56 64
5.6 g m g
,解得m=6.4,C正确;f点时,稀硫酸过量,故向f点对应溶液中加入铁粉会有气泡产生,D正确。
4.B　FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热能迅速发生转化生成Fe3O4,A错误;H2O2溶液具有氧化性,在酸性条件下能将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O,B正确;转化⑤中Fe转化为Fe3+,铁元素化合价由+6价降低到+3价,Fe被还原,预测Fe具有强氧化性,C错误;Fe2O3难溶于水,不能与水反应生成Fe(OH)3,D错误。
5.D　硬质玻璃管内有空气,先通CO排出装置内的空气,防止干扰实验结果及出现安全事故,A错误;A中发生反应Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,该反应中CO被氧化生成CO2,B错误;干燥管B增重2.64 g,即生成0.06 mol CO2,根据A中反应可知该铁矿石中含0.02 mol Fe2O3,其质量为3.2 g,则该铁矿石中Fe2O3的质量分数为×100%=80.0%,C错误;若撤去干燥管C,空气中CO2和水蒸气会进入干燥管B,导致实验结果偏高,D正确。
6.答案　(1)分液漏斗
(2)5.0×10-5　Fe2++2OH- Fe(OH)2↓
(3)白色絮状沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色
(4)瓶内空气中O2含量、溶液中O2含量均下降,沉淀颜色改变
解析　(2)溶液中O2含量(DO)为1.6 mg/L,则该溶液中O2含量可以表示为=5.0×10-5 mol/L;生成白色沉淀的离子方程式是Fe2++2OH- Fe(OH)2↓。(4)实验过程中,瓶内空气中O2含量、溶液中O2含量均下降,且沉淀颜色发生改变,可说明在Fe(OH)2制备过程中,沉淀颜色改变与氧气有关。
7.答案　(1)①Cl2+H2O HCl+HClO
②Cl2、ClO-、HClO
(2)①Fe+Cl2 FeCl2　②2Fe+3Cl2 2FeCl3
(3)Ⅲ中铁与Cl2反应产生的氯化物覆盖在铁丝表面,使铁与Cl2不能接触;Ⅳ中反应温度高,生成的FeCl3升华,铁与Cl2继续接触反应
解析　(1)①Cl2溶于水,发生反应Cl2+H2O HCl+HClO,故氯水呈酸性。②铁粉放入氯水中,铁粉溶解且无气泡产生,可能是Fe与Cl2反应,也可能是Fe与HClO或ClO-反应。
(3)对比实验Ⅲ和Ⅳ的实验现象,Ⅲ中铁与Cl2反应产生的氯化物覆盖在铁丝表面,使铁与Cl2不能接触;Ⅳ中反应温度高,生成的FeCl3升华,使铁与Cl2继续接触反应。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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