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通用版高考化学一轮复习
课时突破练9　铁及其重要化合物的转化　含铁化合物的制备
必备知识基础练
1.(2024·江苏连云港调研)铁及其化合物的转化具有重要应用。下列有关表示不正确的是(　　)
A.检验FeSO4溶液中的Fe2+:FeSO4Fe(SCN)2Fe(SCN)3
B.制备Fe(OH)3:FeS2Fe2O3Fe(OH)3
C.300 ℃时,密闭容器中将铁粉与NaHCO3溶液反应可以得到FeCO3和H2:Fe+NaHCO3+H2OFeCO3+H2↑+NaOH
D.向含有N的酸性废水中加入适量的Fe2(SO4)3溶液,得到NH4Fe3(SO4)2(OH)6沉淀,可以除去废水中N:N+3Fe3++2S+6H2ONH4Fe3(SO4)2(OH)6↓+6H+
2.(2024·福建福州四校联考)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(　　)
选项
X FeCl2溶液 FeCl3溶液 Fe FeSO4溶液
Y FeCl3 CuCl2 Al Fe2(SO4)3
Z Cl2 Fe NaOH溶液 Cu
3.(2024·湖南衡阳三校联考)铁元素的“价—类”二维图如图所示,其中箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法正确的是(　　)
A.FeO、Fe2O3、Fe3O4均可与酸反应,只生成一种盐和水
B.Fe与水蒸气在高温下反应制得Fe2O3
C.为实现Fe2+向Fe3+的转化,可向含Fe2+的溶液中通入Cl2或者滴加酸性H2O2溶液
D.向含有Fe3+的溶液中加入硫氰化钾溶液,生成红色沉淀
4.(2024·广东深圳坪山区调研)部分含铁物质的分类与相应铁元素的化合价关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.在高温下,a与水蒸气可发生置换反应
B.b和c可分别与水发生反应生成e和d
C.一定条件下,f与g可以相互转化
D.h的某种盐是具备净水和消毒双重功能的水处理剂
5.(2024·湖北七市州联合调研)以赤铁矿(主要成分为Fe2O3,含少量Al2O3)为原料制备无水FeCl2的工艺流程如下。下列说法错误的是(　　)
A.试剂1可用NaOH溶液
B.鉴别溶液2中金属阳离子可用K3[Fe(CN)6]溶液
C.反应3为化合反应
D.将溶液3蒸干不能制得无水FeCl2
6.(2024·江西鹰潭二模)铁粉具有平肝镇心,消痈解毒之功效,主治惊痫、癫狂、脚气冲心、贫血等。某兴趣小组探究利用反应:H2+FeCO3Fe+CO2↑+H2O↑。制取铁粉并检验气体产物,实验装置如图。下列说法不正确的是(　　)
A.通过调节分液漏斗的活塞可以控制①中气泡产生快慢
B.装置①中的试剂是浓硫酸,目的是干燥氢气
C.装置②中的试剂是无水硫酸铜,目的是检验水蒸气
D.为防止④中挥发的气体进入②中干扰检验,③中应盛放碱石灰
7.(2024·安徽江淮十校联考)工业上用磷铁渣(主要含FeP、Fe2P,以及少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备FePO4(磷酸铁)。
已知:Fe2P难溶于水,能溶于无机强酸。下列说法错误的是(　　)
A.“浸取”时将磷铁渣粉碎是为了增大反应接触面积,加快浸取速率
B.加入硫酸的目的是为了保持体系的酸度,防止生成Fe2P
C.滤渣的主要成分是H2SiO3
D.“浸取”时Fe2P发生反应:3Fe2P+29H++11N6Fe3++11NO↑+3H3PO4+10H2O
8.(2024·浙江温州十校联考改编)某小组同学设计如下实验,研究亚铁盐与H2O2溶液的反应。
[实验Ⅰ]　试剂:酸化的0.5 mol·L-1 FeSO4溶液(pH=0.2),5%H2O2溶液(pH=5)
操作 现象
取2 mL上述FeSO4溶液于试管中,加入5滴5%H2O2溶液 溶液立即变为棕黄色,稍后,产生气泡。测得反应后溶液pH=0.9
向反应后的溶液中加入KSCN溶液 溶液变红
(1)上述实验中H2O2溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式是 　。
(2)产生气泡的原因是 　。
[实验Ⅱ]　试剂:未酸化的0.5 mol·L-1 FeSO4溶液(pH=3),5%H2O2溶液(pH=5)
操作 现象
取2 mL 5%H2O2溶液于试管中,加入5滴上述FeSO4溶液 溶液立即变为棕黄色,产生大量气泡,并放热,反应混合物颜色加深且有浑浊。测得反应后溶液pH=1.4
(3)将上述混合物分离,得到棕黄色沉淀和红褐色胶体。取部分棕黄色沉淀洗净,加4 mol·L-1盐酸,沉淀溶解得到黄色溶液。初步判断该沉淀中含有Fe2O3,经检验还含有S。检验棕黄色沉淀中S的方法是 　。
(4)对于生成红褐色胶体的原因,提出两种假设:
ⅰ.H2O2溶液氧化Fe2+消耗H+
ⅱ.Fe2+氧化的产物发生了水解
①根据实验Ⅱ记录否定假设ⅰ,理由是　 。
②实验验证假设ⅱ:取　　　　　　　,加热,溶液变为红褐色,pH下降,证明假设ⅱ成立。
(5)将FeSO4溶液加入H2O2溶液后,产生红褐色胶体,反应的离子方程式是　 。
关键能力提升练
9.(2024·河北保定十校三模)碳酸亚铁(FeCO3)能够帮助治疗缺铁性贫血,属于一种补铁的营养补充剂。制备FeCO3的工艺流程如图所示。
已知:“还原”工序中不生成S单质。下列说法错误的是(　　)
A.FeS2中S的化合价为-1价
B.“酸浸”时,物质X为Fe3O4
C.“还原”时发生反应的离子方程式为14Fe3++FeS2+8H2O15Fe2++2S+16H+
D.“沉铁”时,HC的电离平衡正向移动
10.(2024·山东临沂四县区联考)铁是人体不可缺少的微量元素,硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上作补血剂。某课外小组测定该补血剂(每片b g)中铁元素的含量,实验步骤如下:
下列相关说法不正确的是(　　)
A.步骤②中H2O2的作用是使Fe2+完全被氧化为Fe3+
B.步骤③所加氨水量不足,会造成铁元素含量偏低
C.步骤④灼烧不充分,会造成铁元素含量偏低
D.若实验无损耗,则每片补血剂含铁元素的质量分数为×100%
11.(2024·山东菏泽调研)某化学课外活动小组为探究FeCl3溶液与Na2S溶液反应的产物,设计了如下实验,并得到相应的实验现象如表所示:
序号 实验操作 实验现象
① 向FeCl3溶液中滴加Na2S溶液至过量 开始时观察到黄色浑浊,同时产生气体,过量时产生黑色沉淀
② 向Na2S溶液中滴加FeCl3溶液至过量 开始时产生黑色沉淀,继续滴加黑色沉淀溶解,出现黄色浑浊,同时产生气体
已知FeS和Fe2S3均黑色沉淀。下列说法错误的是(　　)
A.实验①和实验②中均不生成Fe(OH)3沉淀
B.实验①和实验②中黑色沉淀成分不同,气体成分相同
C.实验②中,黑色沉淀溶解时溶液的pH增大
D.由实验可知,FeCl3溶液与Na2S溶液的反应产物与溶液酸碱性有关
12.(2024·湖南师大附中三模)黄铁矿(主要成分FeS2)在空气中会被缓慢氧化,过程如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.发生反应a时,每0.2 mol FeS2被还原,转移2.8 mol e-
B.25 ℃时Ksp[Fe(OH)3]=2.69×10-39,则该温度下d的逆反应平衡常数K=2.69×103
C.c发生反应的离子方程式为4Fe3++FeS2+8H2O5Fe2++2S+16H+
D.黄铁矿是工业制备硫酸的必选原料
13.(2024·湖南邵阳二模)乳酸亚铁晶体{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O}是一种很好的食品铁强化剂,吸收效果比无机铁好,易溶于水,几乎不溶于乙醇,可由乳酸与FeCO3反应制得。
Ⅰ.制备FeCO3
实验步骤如下:
①检查气密性,按图示添加药品;
②在装置B中制取硫酸亚铁,并将整个装置内的空气排净;
③将装置B中溶液导入装置C中产生FeCO3沉淀;
④将装置C中混合物分离提纯,获得纯净的碳酸亚铁产品。
(1)装置C中装有NH4HCO3溶液的仪器名称是　。
(2)步骤②中检验整个装置内的空气是否排净的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)装置C中生成FeCO3的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)步骤③将装置B中溶液导入装置C中应先关闭开关　　　　　　　　(填“K2”或“K3”,下同)再打开开关　　　　　　　　。
Ⅱ.制备乳酸亚铁晶体
将制得的FeCO3加入乳酸溶液中,再加入少量铁粉,在75 ℃下搅拌使之充分反应,然后再加入适量乳酸。经系列操作后得到产品。
(5)铁氰化钾{K3[Fe(CN)6]}是配合物,其配位数为　　　　　　　　,常用于Fe2+的检验,其现象是　 　(用离子方程式表示)。
Ⅲ.探究乳酸亚铁晶体中铁元素含量
称取Wg样品,灼烧至完全灰化,加足量盐酸溶解,加入过量KI溶液充分反应,然后加入1~2滴淀粉溶液,用c mol·L-1硫代硫酸钠标准溶液滴定,滴定终点时,测得消耗标准溶液V mL。(已知:I2+2S2S4+2I-)
(6)判断滴定终点的方法是　。
(7)样品中铁元素的质量分数是　　　　　　　　(用含有相关字母的代数式表示)。
14.(2024·江西新余一模)K2FeO4为紫色固体,易溶于水,微溶于KOH溶液,不溶于乙醇;有强氧化性,在0~5 ℃的强碱性溶液中较稳定,在酸性或中性溶液中快速产生O2。
　
(1)A中发生反应的离子反应方程式是　。
(2)下列试剂中,装置B的X溶液可以选用的是　　　　　　　　　　(填字母)。
A.饱和食盐水　　　　B.浓盐酸　　　　C.饱和氯水　　　　D.NaHCO3溶液
(3)C中得到紫色固体和溶液,生成K2FeO4的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　;若要从反应后的装置C中尽可能得到更多的K2FeO4固体,可以采取的一种措施是　。
(4)高铁酸钾与水反应的离子方程式是4Fe+10H2O4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-,则其作为水处理剂的原理是　 ; 　 。
(5)某同学设计如图装置制备一定量的Fe(OH)2,并使其能在较长时间内存在。
X不能是硝酸,原因是　　　　　　　　　,装置4的作用是　 。
参考答案
1.B　解析 Fe2O3与H2O不能发生反应,Fe2O3Fe(OH)3不能实现转化,B错误。
2.C　解析 Cl2与FeCl2反应,A错误;Fe与FeCl3、CuCl2均反应,B错误;有新的杂质CuSO4生成,D错误。
3.C　解析 Fe3O4与盐酸反应生成氯化铁和氯化亚铁两种盐,A错误;铁单质与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,B错误;Fe2+转化成Fe3+,铁元素的化合价升高,需要加入氧化剂才能实现转化,如Cl2、H2O2等,C正确;向含有Fe3+的溶液中加入KSCN溶液,溶液变成红色,不生成红色沉淀,D错误。
4.B　解析 根据价态和物质类别可知:
符号 a b c d e f g h
物质 Fe FeO Fe2O3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 亚铁盐 铁盐 高铁酸盐
Fe与水蒸气可以反应为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,是置换反应,A正确;氧化亚铁和氧化铁不能与水反应,B错误;2Fe3++Fe3Fe2+,2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,铁盐和亚铁盐能相互转化,C正确;高铁酸盐有强氧化性能杀菌消毒,还原产物Fe3+水解生成的氢氧化铁胶体能净水,D正确。
5.B　解析 试剂1为NaOH溶液,加入试剂1的目的是将Al2O3溶解转化为Na[Al(OH)4],从而除去杂质,A正确;溶液2为FeCl3溶液,鉴别溶液中的Fe3+应选择KSCN溶液或K4[Fe(CN)6]溶液,B错误;反应3为FeCl3溶液与Fe发生化合反应生成FeCl2,C正确;FeCl2中Fe2+具有还原性并易水解,若直接将FeCl2溶液蒸干无法制得无水FeCl2,D正确。
6.D　解析 ①、②、③依次盛装浓硫酸(干燥H2)、无水硫酸铜(检验水蒸气)、无水氯化钙(防止④中水蒸气使②中无水CuSO4变蓝干扰实验而吸收水蒸气);装置②、④的作用分别是检验H2O和CO2。分液漏斗有活塞,可以通过旋转活塞的角度来调节液体的流速,以便控制反应产生气体的快慢,A正确;Zn粒与稀硫酸反应生成H2,又因生成的H2混有水蒸气,在硬质玻璃管中加热可能会发生爆炸,故要用浓硫酸除去H2中的水蒸气,即干燥氢气,B正确;反应后有水蒸气生成,则装置②中的试剂是无水硫酸铜,目的是检验水蒸气,C正确;为防止④中挥发的气体进入②中干扰检验,③中应盛放无水CaCl2,③不能用碱石灰,因碱石灰会吸收CO2,无法被澄清石灰水检验出,D错误。
7.C　解析 加入硫酸的目的是为了保持体系的酸度,提高N的利用率,并防止生成Fe2P,B正确;FeP、Fe2P、Fe2O3都溶于稀硝酸、硫酸,SiO2则不溶,故滤渣为SiO2,C错误;“浸取”时Fe2P与N、H+发生氧化还原反应生成Fe3+、NO、H3PO4和H2O,D正确。
8.答案 (1)2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O
(2)在Fe3+催化下H2O2分解生成O2
(3)取加入盐酸后的黄色溶液少许于试管中,加入BaCl2溶液,若产生白色沉淀,说明棕黄色沉淀中含有S
(4)①反应后溶液pH=1.4,酸性增强,假设ⅰ中消耗氢离子,酸性减弱,pH应增大,故不合理　②Fe2(SO4)3溶液　
(5)2Fe2++4H2O+H2O22Fe(OH)3(胶体)+4H+
解析 (1)H2O2溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式是2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O;(2)过氧化氢在铁离子催化作用下分解生成氧气,故产生气泡;(3)硫酸根离子用酸化的氯化钡检验,故检验棕黄色沉淀中S的方法:取加入盐酸后的黄色溶液少许于试管中,加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,说明棕黄色沉淀中含有S;(4)①根据实验Ⅱ记录反应后溶液pH=1.4,酸性增强,假设ⅰ中消耗氢离子,酸性减弱,pH应增大,故不合理;②根据假设ⅱ,Fe2+氧化的产物发生了水解,铁离子水解,验证硫酸铁溶液中铁离子的水解平衡即可,取Fe2(SO4)3溶液,加热,溶液变为红褐色,pH下降,证明假设ⅱ成立;(5)将FeSO4溶液加入H2O2溶液后,产生红褐色胶体,反应的离子方程式是2Fe2++4H2O+H2O22Fe(OH)3(胶体)+4H+。
9.B　解析 FeS2中Fe化合价+2价,S的化合价为-1价,A正确;FeS2在空气中焙烧发生反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2↑,则物质X为Fe2O3,B错误;酸浸得Fe2(SO4)3溶液,与FeS2在“还原”工艺发生反应得到Fe2+:14Fe3++FeS2+8H2O15Fe2++2S+16H+,C正确;“沉铁”时反应为Fe2++2HCFeCO3↓+H2O+CO2↑,Fe2+与HC电离产生的C结合生成难溶物FeCO3,使HCH++C平衡正移,H+与HC结合生成CO2,D正确。
10.C　解析 H2O2具有强氧化性,由流程图可知,加入H2O2目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+,A正确;步骤③所加氨水的量不足,铁离子沉淀不完全,生成的氢氧化铁减少,氧化铁质量减少,测定结果偏低,B正确;步骤④灼烧不充分,会混有Fe(OH)3,导致氧化铁固体的质量偏大,铁元素质量分数偏大,C错误;10片补血剂中氧化铁的物质的量为 mol,含有的铁元素质量为2××56 g=0.7a g,每片补血剂含铁元素的质量分数为×0.7××100%=×100%,D正确。
11.C　解析 向FeCl3溶液中滴加Na2S溶液,发生氧化还原反应生成硫单质黄色沉淀和亚铁离子:+H2S2F+2H++S↓,生成气体为硫化氢,硫化钠过量时产生FeS黑色沉淀;向Na2S溶液中滴加FeCl3溶液,开始生成Fe2S3黑色沉淀:+3S2-Fe2S3↓,氯化铁过量溶液显酸性,使得Fe2S3黑色沉淀溶解,同时发生氧化还原反应生成硫单质:+H2S2F+2H++S↓,反应使得溶液酸性增强,生成气体为硫化氢气体。氢氧化铁沉淀为红褐色,根据现象实验①和实验②中均不生成Fe(OH)3沉淀,A正确;实验①和实验②中黑色沉淀成分不同,气体成分相同,B正确;实验②中,黑色沉淀溶解时,反应使得溶液酸性增强,pH减小,C错误;FeCl3溶液水解显酸性、Na2S溶液水解显碱性;由实验可知,FeCl3溶液与Na2S溶液的反应产物与溶液酸碱性有关,D正确。
12.B　解析 发生反应a即2FeS2+7O2+2H2O2Fe2++4S+4H+时,每0.2 mol FeS2被氧化,转移2.8 mol e-,A错误;25 ℃时Ksp[Fe(OH)3]=2.69×10-39,则该温度下d的逆反应即Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O,平衡常数K==2.69×103,B正确;c发生反应的离子方程式为14Fe3++FeS2+8H2O15Fe2++2S+16H+,原离子方程式电荷不守恒,C错误;黄铁矿是工业制备硫酸的原料之一,但不为必选原料,D错误。
13.答案 (1)三颈烧瓶(或三口烧瓶)
(2)在装置D处用排水法收集一小试管的H2验纯
(3)Fe2++2HCFeCO3↓+H2O+CO2↑
(4)K3　K2
(5)6　产生蓝色沉淀
(6)当滴入最后半滴硫代硫酸钠标准溶液时,溶液由蓝色变无色,且30秒不变色
(7)%
解析 (2)步骤②中可通过在装置D处用排水法收集一小试管的H2验纯,来检验整个装置内的空气是否排净。
(4)首先关闭活塞K2,打开活塞K1、K3,使适量的稀硫酸流下,反应一段时间,目的是发生反应制备Fe2+,利用产生的氢气排净装置内的空气,防止Fe2+被氧化,装置内空气排净后,关闭活塞K3,打开活塞K2,利用生成氢气,使B装置中气压增大,将B装置中的硫酸亚铁溶液压入C中,产生沉淀。
(6)样品灼烧至完全灰化,加足量盐酸溶解,加入过量KI溶液充分反应:2Fe3++2I-I2+2Fe2+,然后加入1~2滴淀粉溶液,溶液变蓝,用c mol·L-1硫代硫酸钠标准溶液滴定,当滴入最后半滴硫代硫酸钠标准溶液时,溶液由蓝色变无色,且30秒不变色时到达滴定终点。
(7)根据2Fe3++2I-I2+2Fe2+、I2+2S2S4+2I-可得关系式:2Fe3+~I2~2S2,则有n(Fe3+)=n(S2)=10-3cV,故样品中铁元素的质量分数为×100%=%。
14.答案 (1)Cl+6H++5Cl-3Cl2↑+3H2O　
(2)AC
(3)3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O　加入乙醇
(4)K2FeO4具有强氧化性,可以杀菌消毒　生成的氢氧化铁胶体可净水
(5)将铁氧化为Fe3+,无法得到Fe(OH)2　液封,阻止空气进入装置3中氧化Fe(OH)2
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