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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
一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45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.下列图片所展示的物品不是用合金材料制成的是 (　　)
A.杭州亚运会 “湖山”金属奖牌 B.青铜器 “四羊方尊” C.液晶显示屏 D.不锈钢餐盘
2.五千年中华文化不仅能彰显民族自信,还蕴含着许多化学知识。下列说法错误的是 (　　)
A.“金(即铜)柔锡柔,合两柔则钢”,体现了合金硬度的特性
B.“千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金”体现出金的化学性质不活泼
C.“两编千片白雪茧,六百二斗青铜钱”中的“青铜钱”属于铜的合金
D.“司南之杓,投之于地,其柢指南”,司南的“杓”中含有Fe2O3
3.下列有关物质用途的解释错误的是 (　　)
A.硬铝的密度小、强度高,是制造飞机的理想材料
B.生铁硬度小、抗压、性脆,是制造机座、管道的重要材料
C.不锈钢在空气中比较稳定,不容易生锈,是制造医疗器材、厨房用具和餐具的材料
D.镁铝合金因坚硬、轻巧、易于加工,主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏
4.部分含铁物质的“价—类”二维图如图所示。下列叙述错误的是 (　　)
A.c在潮湿空气中可转化成d
B.a和e溶液能发生化合反应
C.b在空气中加热迅速生成黑色固体
D.在稀硫酸中加入a、b、c都生成e
5.铁是人体必需的微量元素,菠菜、芹菜、黑木耳和动物内脏等食品中富含铁元素。某研究小组为检验新鲜菠菜中的铁元素,采用如图所示步骤进行实验。
下列说法不正确的是 (　　)
A.步骤②中用到的仪器名称为研钵和研杵
B.步骤③中酸浸用到的试剂为稀盐酸或稀硝酸
C.步骤④是将固体和液体分离的操作,取烧杯中的液体作为步骤⑤的原料
D.若步骤⑤无明显现象,步骤⑥试管中溶液变为红色,说明菠菜中铁元素的化合价为+2价
6.根据下列实验操作和现象,得出的相应结论正确的是 (　　)
选项 实验操作 现象 结论
A 检验FeCl3溶液中是否含有Fe2+ 向溶液中滴加酸性KMnO4溶液 若紫红色褪去,则溶液中含有Fe2+
B 向熔融氯化钾中加入钠单质 有钾蒸气放出,同时生成氯化钠 还原性:Na>K
C 检验CO还原Fe2O3是否完全反应 取反应后的固体溶于足量稀盐酸,再加KSCN溶液,溶液不变红色 证明Fe2O3一定完全被还原
D 比较Fe3+和I2氧化性强弱 向FeCl3溶液中滴加淀粉碘化钾溶液 若溶液变蓝色,则氧化性:Fe3+>I2
7.Na、Al、Fe、Cu是中学化学中重要的金属元素,它们的单质及其化合物之间有很多转化关系,如表所列物质不能按如图关系(“→”表示一步完成)相互转化的是 (　　)
选项 A B C D
a Na Al Fe CuCl2
b NaOH Na[Al(OH)4] FeCl3 Cu(OH)2
c NaCl Al2O3 FeCl2 CuO
8.下列反应对应的离子方程式正确的是 (　　)
A.将FeSO4溶液与酸性KMnO4溶液混合:5Fe2++2Mn+16H+ 5Fe3++2Mn2++8H2O
B.向稀硫酸中加入少量四氧化三铁:Fe3O4+8H+ 2Fe3++Fe2++4H2O
C.向稀盐酸中加入少量铁粉:6H++2Fe 2Fe3++3H2↑
D.向氢氧化钠稀溶液中加入适量氧化铝:Al2O3+2Na++2OH-+3H2O 2Na[Al(OH)4]
9.FeCO3在药物合成中主要作为补血剂的原料,在工业废水处理、造纸工业以及环保领域中也有潜在的应用价值。一种制备FeCO3的实验装置如图所示。
下列有关说法错误的是 (　　)
A.FeCO3在坩埚中加热可得到FeO
B.装置中FeSO4溶液现用现制,可防止Fe2+被氧化
C.配制溶液所用的蒸馏水需要先加热煮沸,然后迅速冷却
D.实验开始时,先打开K3,关闭K2
10.某混合物可能含有Al、Cu、Fe2O3、Al2O3,为探究该混合物成分,某兴趣小组设计如图分析方案。下列分析错误的是 (　　)
A.固体P一定是纯净物
B.若m2C.蓝绿色溶液中一定含有的金属阳离子为Cu2+、Fe2+
D.溶液N中含有Al3+和Na+
11.钢铁制品经常要进行烤蓝处理,即在铁制品的表面生成一层致密的Fe3O4。某化学兴趣小组为了研究烤蓝铁片,进行了以下实验操作:
Ⅰ.把一定量烤蓝铁片加工成均匀粉末;
Ⅱ.取一定量的粉末,放入28.00 mL 1 mol/L的盐酸中,二者恰好完全反应,生成0.006 mol H2,再向溶液中滴入KSCN溶液,无现象。
已知:①不考虑空气对反应的影响;②杂质不参与反应。下列说法错误的是 (　　)
A.由实验可知,反应后所得的溶液中一定无Fe3+
B.样品中氧原子的物质的量为0.008 mol
C.样品中铁元素的含量约为70%
D.钢铁制品表面进行烤蓝处理可以防止钢铁制品生锈
12.探究FeCl3溶液与KI溶液能否发生氧化还原反应,某化学兴趣小组进行如下实验:向1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液(用盐酸调节pH=1)中加入1 mL 0.05 mol/L KI溶液,溶液变为棕黄色(注:碘水通常为棕黄色),再滴加淀粉溶液后,溶液变蓝。
已知:Fe2+与铁氰化钾溶液作用会产生蓝色沉淀,Fe3+与铁氰化钾溶液无此作用。下列说法不正确的是 (　　)
A.滴加淀粉溶液后溶液变蓝,说明反应过程中生成了I2
B.上述实验能说明此实验条件下的氧化性:Fe3+>I2
C.向得到的棕黄色溶液中滴加铁氰化钾溶液,观察现象以判断Fe3+是否氧化了I-
D.将上述FeCl3溶液换成1 mL 0.3 mol/L NaCl溶液(用盐酸调节pH=1)重做上述实验,以评估Fe3+是否氧化了I-
13.向200 mL某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知Fe被HNO3氧化为Fe3+,HNO3只被还原为NO气体)。下列说法正确的是 (　　)
A.OA段发生反应的离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑
B.OA段和BC段生成气体的物质的量之比为2∶1
C.溶液中H2SO4与HNO3的物质的量浓度之比为1∶2
D.C点时溶液的溶质为FeSO4和Fe(NO3)2
14.以菱镁矿(主要成分是MgCO3,还含有CaCO3、FeCO3等)为原料制备MgSO4·H2O的工艺流程如图所示,下列关于该工艺流程的说法错误的是 (　　)
A.X最适宜选择NaOH溶液
B.滤渣1的主要成分为CaSO4
C.“焙烧”过程中,FeCO3与空气反应的化学方程式为4FeCO3+O2 2Fe2O3+4CO2
D.步骤①需要加热至有少量晶体析出时停止加热
15.为确定Fe2O3和Cu混合物的组成(假设混合均匀),某兴趣小组称取五份不同质量的样品,分别投入30.0 mL某浓度的稀硫酸中。充分反应后,每组样品剩余固体的质量与原样品质量的关系如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.各组样品均发生反应:Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O、2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+
B.1.76 g样品充分反应后,溶液中一定存在Fe2+和Cu2+,一定不存在Fe3+
C.该混合物中n(Fe2O3)∶n(Cu)=1∶3
D.稀硫酸中溶质的浓度为3.00 mol·L-1
二、非选择题(本题共4小题,共55分)
16.(15分)FeSO4是常见的补铁药物,可用于各种原因引起的缺铁性贫血。请用所学的相关知识,回答下列问题:
(1)长期放置的FeSO4溶液易被溶液中溶解的氧气　　　　(填“氧化”或“还原”)而变质。
(2)某实验小组设计实验方案检验FeSO4溶液的变质情况,进行了如下实验:
实验操作 实验现象 结论
实验1:取少量检测液于试管中,向其中滴加几滴KSCN溶液 溶液变红 ①溶液中含有　　　
实验2:取少量检测液于试管中,向其中滴加几滴酸性KMnO4溶液 ②　　　 溶液中含有Fe2+
③若要使变质的FeSO4复原,方法是　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。
(3)设计实验继续探究FeSO4性质。
实验操作 实验现象
Ⅰ 1.0 mL 0.1 mol/L FeSO4溶液中滴入1.0 mL 0.5 mol/L NaOH溶液 ①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
Ⅱ 1.0 mL 0.1 mol/L FeSO4溶液中滴入1.0 mL 0.5 mol/L NaHCO3溶液 有白色沉淀生成,3 min后沉淀颜色几乎不变
②对实验Ⅱ所得白色沉淀进行研究(已知Fe2+与HC在溶液中不能大量共存)。
操作ⅰ:取Ⅱ中少量白色沉淀,充分洗涤,向其中加入稀硫酸,沉淀完全溶解,产生无色气泡;
操作ⅱ:向操作ⅰ所得溶液中滴入KSCN溶液,溶液不变红;
操作ⅲ:向操作ⅱ所得溶液中再滴入少量H2O2溶液,溶液立即变为红色。
根据以上现象判断实验Ⅱ中生成的白色沉淀的化学式为　　　　。
③研究过程中发现实验Ⅱ中白色沉淀在空气中久置最终也变为红褐色,写出反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。
17.(14分)铝镁合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料。某研究性学习小组的三位同学为测定某含镁3%~5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数,设计下列实验方案进行探究。填写下列空白:
探究一
实验方案:铝镁合金 测定剩余固体质量。
(1)实验中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　。
实验步骤:
(2)称取5.4 g铝镁合金粉末样品,投入体积为V、浓度为2.0 mol·L-1的NaOH溶液中,充分反应。为保证合金充分反应,NaOH溶液的体积V≥　　　　。
(3)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体,测得镁的质量分数将　　　　(填“偏大”或“偏小”)。
探究二
实验方案:铝镁合金测定生成气体的体积(实验装置如图所示)。
(4)某同学提出该实验装置不够完善,应在A、B之间添加一个除酸雾的装置。你的意见是
　　　　(填“需要”或“不需要”)。
(5)为使测定结果尽可能精确,实验中应注意的问题有(写出两点):①　　　　　　　　　　　　　,②　　　　　　　　　　　　　。
18.(10分)为验证氧化性Cl2>Fe3+>SO2,某小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器和A中加热装置已省略,气密性已检验;70%硫酸溶液与Na2SO3反应生成SO2)。
实验步骤:
Ⅰ.打开止水夹K1~K4,通入一段时间N2,再将T型导管插入B中,继续通入N2,然后关闭K1、K3、K4。
Ⅱ.打开活塞a,滴加一定量的浓盐酸,给A加热。
Ⅲ.当B中溶液变黄时,停止加热,待不再产生气体时,关闭K2。
Ⅳ.打开活塞b,使约2 mL的溶液流入D试管中,检验其中的离子。
Ⅴ.打开K3和活塞c,加入适量70%的硫酸溶液,一段时间后关闭K3。
Ⅵ.更换试管D,打开活塞b,使约2 mL的溶液流入D试管中,检验其中的离子。
(1)步骤Ⅰ的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若步骤ⅢB中的黄色溶液中含有Fe3+和Fe2+,向其中通入H2S气体,会观察到有淡黄色沉淀(S)生成,写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若将制取的SO2通入硫酸酸化的高锰酸钾溶液可使溶液褪色,其反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)甲、乙、丙三位同学分别完成了上述实验,结论如下表所示。他们的检测结果一定能够证明氧化性Cl2>Fe3+>SO2的是　　　　(填“甲”“乙”或“丙”)。
步骤Ⅳ,B溶液中含有的离子 步骤Ⅵ,B溶液中含有的离子
甲 有Fe3+无Fe2+ 有Fe2+
乙 既有Fe3+又有Fe2+ 有S
丙 有Fe3+无Fe2+ 有S
(5)已知氧化性:Cl2>Br2>Fe3+,将B中的FeCl2溶液换成100 mL FeBr2溶液并向其中通入2.24 L Cl2(标准状况下),若溶液中有的Br-被氧化成单质Br2,则原FeBr2溶液中FeBr2的物质的量浓度为　　　　　。
19.(16分)利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe3O4、FeO、SiO2等)和粉煤灰(主要成分为Al2O3、Fe2O3、FeO等),制备高效水处理剂聚合硫酸铁铝的流程如下:
已知:SiO2不与H2SO4溶液反应。
(1)“酸溶Ⅰ”得到的溶液中所含的金属阳离子主要有　　　　　　。
(2)“氧化”过程中涉及反应的离子方程式是　　　　　　　　　　,选择H2O2作为氧化剂的优点有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写两点)。
(3)“碱溶”时,Al2O3发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。“沉淀”时通入足量CO2,生成沉淀的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)在流程中可以回收利用的是　　　　(填“滤渣Ⅰ”或“滤渣Ⅱ”)。
(5)向Fe3O4、FeO的固体混合物中,加入足量H2SO4溶液,充分反应后,再加入足量铜粉,充分搅拌,得到的溶液中离子浓度比为c(Cu2+)∶c(Fe2+)=2∶7,则固体混合物中n(Fe3O4)∶n(FeO)为　　　　。
答案与分层梯度式解析
1.C　液晶显示屏不是由合金制成的。
2.D　司南的“杓”中含有Fe3O4,D错误。
3.B　生铁是铁碳合金,硬度大,B错误。
4.D　根据题图可知,a为Fe,b为FeO,c为Fe(OH)2,d为Fe(OH)3,e为Fe2(SO4)3。Fe(OH)2在潮湿空气中可被氧化成Fe(OH)3,A项正确;Fe和Fe2(SO4)3发生化合反应生成FeSO4,B项正确;FeO在空气中加热生成黑色的Fe3O4,C项正确;Fe、FeO、Fe(OH)2与硫酸反应都生成FeSO4,而非Fe2(SO4)3,D项错误。
5.B　步骤②中用到的仪器名称为研钵和研杵,A正确;步骤③中酸浸用到的试剂为稀盐酸或稀硫酸,硝酸会把Fe2+氧化为Fe3+,影响后续判断和操作,B错误;步骤④是将固体和液体分离的操作,取烧杯中的液体作为步骤⑤的原料,C正确;步骤⑤中加入KSCN溶液,无明显现象,说明不含Fe3+,滴加H2O2溶液后变为红色,说明含有Fe2+,即菠菜中铁元素的化合价为+2价,D正确。
6.D　Cl-、Fe2+都能与酸性高锰酸钾溶液反应而使其褪色,不能证明存在Fe2+,A错误;向熔融氯化钾中加入钠单质,有钾蒸气放出,同时生成氯化钠,是因为沸点:Na>K,不能证明还原性:Na>K,B错误;取反应后的固体溶于足量稀盐酸,再加KSCN溶液,溶液不变红色,可能是Fe与Fe3+反应生成Fe2+,不能说明Fe2O3一定完全被还原,C错误;向FeCl3溶液中滴加淀粉碘化钾溶液,若溶液变蓝色,说明发生了反应:2Fe3++2I- 2Fe2++I2,氧化性:Fe3+>I2,D正确。
7.B　钠与水反应生成氢氧化钠,氢氧化钠与盐酸反应生成氯化钠,电解熔融的氯化钠生成金属钠,均可一步实现转化,A不符合题意;铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠,四羟基合铝酸钠溶液与适量强酸或二氧化碳作用生成氢氧化铝,不能直接转化为氧化铝,B符合题意;铁在氯气中燃烧生成氯化铁,氯化铁与铁反应生成氯化亚铁,氯化亚铁与锌反应生成铁,均可一步实现转化,C不符合题意;氯化铜与氢氧化钠反应生成氢氧化铜,氢氧化铜受热分解生成氧化铜,氧化铜和盐酸反应生成氯化铜,均可一步实现转化,D不符合题意。
8.B　A项,该离子方程式不符合得失电子守恒、电荷守恒,正确的离子方程式应为5Fe2++Mn+8H+ 5Fe3++Mn2++4H2O;B项,Fe3O4中Fe2+和Fe3+的物质的量之比为1∶2,即用稀硫酸溶解后溶液中Fe2+和Fe3+物质的量之比仍为1∶2,离子方程式正确;C项,盐酸和Fe反应生成FeCl2和H2,离子方程式应为2H++Fe Fe2++H2↑;D项,Na[Al(OH)4]是易溶于水、易电离的物质,其离子方程式应为Al2O3+2OH-+3H2O 2[Al(OH)4]-。
9.A　在坩埚中加热FeCO3,Fe(Ⅱ)易被空气中的氧气氧化为Fe(Ⅲ),无法得到FeO,A项错误。Fe2+易被空气中的O2氧化为Fe3+,FeSO4溶液现用现制可防止Fe2+被氧化,B项正确。为了除去水中溶解的O2,配制溶液所用的蒸馏水需要先加热煮沸,然后迅速冷却,C项正确。实验开始时,先打开K3,关闭K2,将稀硫酸滴入烧瓶中与铁屑反应,利用生成的氢气排出装置内的空气,防止Fe2+被氧化;一段时间后关闭K3,打开K2,利用产生的氢气把FeSO4溶液压入三颈烧瓶中,使FeSO4与碳酸钠溶液反应,D项正确。
10.D　Al、Al2O3均和NaOH溶液反应,若m211.C　取一定量的粉末,放入28.00 mL 1 mol/L的盐酸中,二者恰好完全反应,生成0.006 mol H2,再向溶液中滴入KSCN溶液,无现象,说明反应恰好生成氯化亚铁,不存在铁离子,A正确;反应恰好生成氯化亚铁,根据氯原子守恒可知,铁原子为=0.014 mol,n(HCl)=0.028 mol,生成水的H+为0.028 mol-0.006 mol×2=0.016 mol,则样品中氧原子为0.016 mol÷2=0.008 mol,B正确;样品中铁元素含量为×100%≈86%,C错误;表面进行烤蓝处理,铁制品的表面生成一层致密的氧化膜,可隔绝空气,防止钢铁制品生锈,D正确。
12.B　淀粉遇碘单质变蓝,滴加淀粉溶液后溶液变蓝,说明反应过程中生成了I2,A正确;滴加淀粉溶液后,溶液变蓝,只能证明有I2生成,但不能证明是Fe3+氧化I-生成的I2,B错误;向得到的棕黄色溶液中滴加铁氰化钾溶液,若产生蓝色沉淀,说明有Fe2+生成,即Fe3+氧化了I-,可以通过观察现象来判断,C正确;将题述FeCl3溶液换成1 mL 0.3 mol/L NaCl溶液(用盐酸调节pH=1),溶液中没有Fe3+,此时再看是否有I2生成,若滴加淀粉溶液后溶液不变蓝,则可说明原实验中Fe3+氧化了I-,D正确。
13.B　氧化性:N(H+)>Fe3+>H+,OA段发生的反应为Fe+4H++N Fe3++NO↑+2H2O,AB段发生的反应为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,BC段发生的反应为Fe+2H+ Fe2++H2↑,A项错误;OA段n(Fe)=0.2 mol,生成NO的物质的量为0.2 mol,BC段n(Fe)=0.1 mol,生成H2的物质的量为0.1 mol,OA段和BC段生成气体的物质的量之比为2∶1,B项正确;溶液中n(N)=n(HNO3)=0.2 mol,则c(HNO3)=1 mol·L-1,溶液中n(H+)=4×0.2 mol+2×0.1 mol=1 mol,则n(H2SO4)==0.4 mol,c(H2SO4)=2 mol·L-1,溶液中H2SO4与HNO3的物质的量浓度之比为2∶1,C项错误;C点时溶液的溶质为FeSO4,D项错误。
14.A　由流程可知,菱镁矿中通入空气焙烧,得到MgO、CaO、Fe2O3,加稀硫酸,过滤,得到含MgSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液,滤渣1为CaSO4,再加X调pH使Fe3+完全沉淀,过滤,分离出氢氧化铁,滤液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到MgSO4·H2O。X选择NaOH溶液会引入新杂质,最适宜选择MgO,A错误;由分析可知,滤渣1的主要成分为CaSO4,B正确;“焙烧”过程中,FeCO3与空气反应的化学方程式为4FeCO3+O2 2Fe2O3+4CO2,C正确;步骤①为蒸发浓缩,需要加热至有少量晶体析出时停止加热,D正确。
15.D　Fe2O3和Cu的混合物投入稀硫酸中,先发生反应:Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O,生成的Fe3+继续和Cu反应:2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+,故A正确;由前三组反应数据可知,随着样品质量的增加剩余固体的质量呈正比例增加,所以前三组中Fe2O3全部反应,可知a、b、c三组剩余的固体是Cu,因此溶液中一定存在Fe2+和Cu2+,一定不存在Fe3+,故B正确;以a组数据为例,设1.76 g样品中含Cu x mol,含Fe2O3 y mol,可列方程组:64x+160y=1.76,2y=2(x-0.01),解得x=0.015,y=0.005,所以n(Fe2O3)∶n(Cu)=1∶3,故C正确;以e组的样品为分析对象,此时硫酸完全反应,Fe2O3部分反应,Cu部分反应,设H2SO4的物质的量为a mol,由反应Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O、2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+,可得×64=8.80-5.44,解得a=0.045,则H2SO4的浓度为=1.5 mol·L-1,故D错误。
16.答案　(除标注外,每空2分)(1)氧化　(2)①Fe3+　②溶液的紫色褪去　③Fe+2Fe3+ 3Fe2+　(3)①生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色沉淀　②FeCO3　③4FeCO3+O2+6H2O 4Fe(OH)3+4CO2(3分)
解析　(1)Fe2+具有还原性,长期放置的FeSO4溶液易被溶液中溶解的氧气氧化生成Fe3+。
(2)①KSCN溶液常用于检验Fe3+,取少量检测液于试管中,向其中滴加几滴KSCN溶液,溶液变红说明溶液中含有Fe3+;②向检测液中滴加几滴酸性KMnO4溶液,Mn被Fe2+还原,溶液紫色会褪去,所以当溶液紫色褪去说明含有Fe2+;③加入铁粉,Fe还原Fe3+生成Fe2+,离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+。
(3)①FeSO4和NaOH溶液反应生成Fe(OH)2白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成Fe(OH)3红褐色沉淀。②操作ⅰ:取Ⅱ中白色沉淀加入稀硫酸,沉淀完全溶解,产生无色气泡,则气体为CO2,白色沉淀应为碳酸盐;操作ⅱ:向操作ⅰ所得溶液中滴入KSCN溶液,溶液不变红,则表明溶液中不含有Fe3+;操作ⅲ:向操作ⅱ得到的溶液中再滴入少量H2O2溶液,溶液立即变为红色,则表明溶液中含有Fe2+,故实验Ⅱ中生成的白色沉淀为FeCO3。③FeCO3在空气中久置最终也变为红褐色,说明FeCO3和空气中氧气、水反应生成红褐色的Fe(OH)3,化学方程式为4FeCO3+O2+6H2O 4Fe(OH)3+4CO2。
17.答案　(除标注外,每空2分)(1)2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑　(2)97 mL　(3)偏大　(4)不需要　(5)①冷却至室温再读数(3分)　②读数时使量气管左右液面相平(3分)
解析　(1)铝和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2,其化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑。(2)根据化学方程式可知Al~NaOH,含镁3%~5%的铝镁合金,其中含铝最多为5.4 g×(1-3%)=5.238 g,即n(Al)=5.238 g÷27 g/mol=0.194 mol,此时需要NaOH的物质的量为0.194 mol,则NaOH溶液的体积为0.194 mol÷2.0 mol·L-1=0.097 L=97 mL,为保证合金充分反应,NaOH溶液的体积V≥97 mL。(3)未洗涤固体,则称量所得固体质量比实际Mg的质量大,最终测得镁的质量分数偏大。(4)HCl极易溶于水,挥发的HCl对最终结果影响不大,不需要除酸雾的装置。(5)该反应放热,且读数时要保证内部气压和大气压相等,故需要冷却后、调整BC液面相平后读数。
18.答案　(每空2分)(1)排出装置中的空气,防止其氧化Fe2+,干扰实验
(2)2FeCl3+H2S 2FeCl2+2HCl+S↓
(3)2Mn+4H+
(4)甲、乙
(5)1 mol/L
解析　(1)打开K1~K4,通入一段时间N2,目的是排出装置中的空气,防止其氧化Fe2+,干扰实验。(2)FeCl3与H2S发生氧化还原反应,反应的化学方程式为2FeCl3+H2S 2FeCl2+2HCl+S↓。(3)SO2具有还原性,酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性,将SO2通入酸性高锰酸钾溶液中,SO2被氧化成S,Mn被还原为Mn2+,根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒,可得离子方程式为2Mn+4H+。(4)甲中步骤Ⅳ的B溶液中有Fe3+无Fe2+,则氧化性:Cl2>Fe3+,步骤Ⅵ的B溶液中有Fe2+,说明发生SO2与Fe3+的反应,则氧化性:Fe3+>SO2;乙中步骤Ⅳ的B溶液中既有Fe3+又有Fe2+,说明氯气不足,氧化性:Cl2>Fe3+,步骤Ⅵ的B溶液中有S,说明发生SO2与Fe3+的反应,则氧化性:Fe3+>SO2。(5)设FeBr2的物质的量浓度为c,根据得失电子守恒可知,×2×1=c×0.1 L×(3-2)+c×0.1 L×2××(1-0),解得c=1 mol/L。
19.答案　(除标注外,每空2分)(1)Fe3+、Fe2+
(2)2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O(3分)　产物为水,无污染;不引入新杂质
(3)Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]　CO2+[Al(OH)4]- HC+Al(OH)3↓
(4)滤渣Ⅱ
(5)2∶1(3分)
解析　硫铁矿烧渣主要成分为Fe3O4、FeO、SiO2,硫铁矿烧渣用硫酸溶液“酸溶”得到含硫酸铁、硫酸亚铁的混合溶液,SiO2不溶于硫酸,过滤,滤渣Ⅰ是SiO2;滤液中加H2O2把Fe2+氧化为Fe3+,结晶得硫酸铁晶体;粉煤灰主要成分为Al2O3、Fe2O3、FeO,用氢氧化钠溶液“碱溶”,氧化铝和氢氧化钠反应生成Na[Al(OH)4],Fe2O3、FeO不溶于碱,过滤,滤渣Ⅱ是Fe2O3、FeO;向滤液中通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀,用硫酸溶液溶解氢氧化铝得到硫酸铝溶液,结晶得到硫酸铝晶体;最后以硫酸铁、硫酸铝为原料制取聚合硫酸铁铝。
(1)“酸溶Ⅰ”中Fe3O4、FeO和硫酸反应,得到的溶液中所含的金属阳离子主要有Fe3+、Fe2+。(2)滤液中加H2O2把Fe2+氧化为Fe3+,“氧化”过程中涉及反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O。H2O2是绿色氧化剂,还原产物为水,H2O2作为氧化剂的优点有产物无污染,不引入新杂质。(3)“碱溶”时,Al2O3和氢氧化钠溶液反应生成Na[Al(OH)4],发生反应的化学方程式为Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]。“沉淀”时通入足量CO2,生成沉淀的离子方程式为CO2+[Al(OH)4]- HC+Al(OH)3↓。(4)滤渣Ⅱ是Fe2O3、FeO,Fe2O3、FeO可以加入“酸溶Ⅰ”中利用。(5)存在关系式Fe3O4~2Fe3+~Cu2+,得到的溶液中c(Cu2+)∶c(Fe2+)=2∶7,设Cu2+的物质的量为2 mol、Fe2+的物质的量为7 mol,则Fe3O4的物质的量为2 mol,根据铁原子守恒,FeO的物质的量为7 mol-2 mol×3=1 mol,则固体混合物中n(Fe3O4)∶n(FeO)为2∶1。
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