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第13讲　铁及其化合物
1．能列举、描述、辨识铁及其化合物重要的物理和化学性质。2.掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的性质及Fe(OH)2的制备方法。
考点一　铁及其氧化物
1．铁单质
(1)物理性质
银白色固体，熔点较高，具有良好的导热、导电、延展性，能被磁体吸引。
(2)化学性质
铁比较活泼，还原性较强，失去电子后生成＋2价或＋3价铁的化合物。重要的化学反应如下：
2．铁的氧化物
(1)物理性质
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 — 铁红 磁性氧化铁
色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体
溶解性 不溶于水 不溶于水 不溶于水
(2)化学性质
①FeO不稳定，在空气中受热，能迅速被氧化成Fe3O4。
②FeO、Fe2O3都属于金属氧化物，能溶于非氧化性强酸，分别写出它们溶于盐酸的离子方程式：FeO＋2H＋===Fe2+＋H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3+＋3H2O。
③铁的氧化物还能被CO、Al还原，以氧化铁为例写出化学方程式：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。
④写出FeO溶于过量稀硝酸的化学方程式：3FeO＋10HNO3===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O。
⑤写出Fe2O3溶于过量氢碘酸(HI)的离子方程式：Fe2O3＋2I－＋6H＋===2Fe2+＋I2＋3H2O。
　正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。(　×　)
(2)铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4。(　√　)
(3)铁表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化。(　×　)
(4)Fe与稀硝酸、稀硫酸反应产生的气体成分相同。(　×　)
(5)Fe3O4可用FeO·Fe2O3表示，故Fe3O4为混合物。(　×　)
题组一　铁及其氧化物的性质及应用
1．下列关于铁的说法正确的是(　C　)
A．铁在空气中点燃剧烈反应，火星四射
B．铁在硫蒸气中燃烧生成黑色的硫化铁
C．已知Fe和CuSO4溶液能反应，推测Fe与AgNO3溶液也能反应
D．铁与过量的盐酸反应的离子方程式：2Fe＋6H＋===2Fe3+＋3H2↑
解析：铁在空气中不能燃烧，A错误；铁在硫蒸气中燃烧生成黑色的硫化亚铁，B错误；在金属活动性顺序中，Ag排在Cu的后面，可推测Fe与AgNO3溶液也能反应置换出银，C正确；铁与盐酸反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑，反应产物与盐酸的量的多少无关，D错误。
2．（2024·江苏徐州模拟）下列有关铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是(　C　)
A．Fe2O3能与盐酸反应，可用于制作红色颜料
B．FeCl3具有氧化性，可用于除去水中悬浮杂质
C．铁粉具有还原性，可用于食品袋中的抗氧化剂
D．FeS难溶于水，可用于除去废水中的Cu2+
解析：Fe2O3为红棕色粉末，可用于制作红色颜料，与其能与盐酸反应无关，A不符合题意；FeCl3可用于除去水中悬浮杂质是利用Fe3+能水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，与其氧化性无关，B不符合题意；铁粉用于食品袋中的抗氧化剂，是因铁粉是活泼金属，具有还原性，C符合题意；FeS可与Cu2+反应生成更难溶的CuS，因此可除去废水中的Cu2+，与FeS的溶解性无关，D不符合题意。
题组二　铁的氧化物组成的确定
3．铁的常见化合价有＋2和＋3。据研究，铁在浓硝酸中发生钝化时，可生成一种化学式为Fe8O11的化合物，它可以表示为FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物为(　C　)
A．FeO·3Fe2O3 B．FeO·2Fe2O3
C．2FeO·3Fe2O3 D．2FeO·Fe2O3
解析：FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为7∶10，不符合8∶11，故A不符合题意；FeO·2Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为5∶7，不符合8∶11，故B不符合题意；2FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为8∶11，故C符合题意；2FeO·Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为4∶5，不符合8∶11，故D不符合题意。
确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n，则氧化物中n(Fe)∶n(O)＝∶＝a∶b，
若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO；
若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；
若a∶b＝3∶4，则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1组成的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物（其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1，Fe3O4的物质的量为任意值）。
考点二　铁的氢氧化物
1．氢氧化亚铁和氢氧化铁的比较
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
色态 白色固体 红褐色固体
与盐酸反应（填离子方程式） Fe(OH)2＋2H＋=== Fe2+＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋=== Fe3+＋3H2O
受热分解 — 2Fe(OH)3 Fe2O3＋3H2O
制法（填离子方程式） 可溶性亚铁盐与碱溶液反应：Fe2+＋2OH－===Fe(OH)2↓ 可溶性铁盐与碱溶液反应：Fe3+＋3OH－===Fe(OH)3↓
二者的关系 在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2.氢氧化亚铁的制备
(1)制备原理：Fe2+＋2OH－===Fe(OH)2↓。
(2)成功关键：溶液中不含O2等氧化性物质；制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭、隔绝空气的体系中。
　正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)氢氧化铁与HI溶液仅发生中和反应。(　×　)
(2)FeCl3、FeCl2和Fe(OH)3都可以通过化合反应制取。(　√　)
(3)将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中可制备Fe(OH)3胶体。(　×　)
(4)Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3，说明稳定性：Fe(OH)2(5)Fe(OH)3在空气中加热分解生成Fe2O3，则Fe(OH)2在空气中加热分解生成FeO。(　×　)
1．如图所示装置，可用于制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。下列说法错误的是(　C　)
A．实验前，应事先煮沸溶液除去溶液中的氧气
B．装置Ⅰ可制取FeSO4溶液并排尽装置内的空气
C．关闭止水夹可观察到装置Ⅱ中溶液进入装置Ⅰ中
D．取下装置Ⅱ的橡胶塞可观察沉淀颜色变化
解析：氢氧化钠溶液中有少量氧气，需要加热煮沸除去氧气；打开止水夹，铁屑和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，利用反应产生的氢气排尽装置内的空气，然后关闭止水夹，装置Ⅰ中，利用反应产生的氢气的压强作用，把硫酸亚铁溶液压入装置Ⅱ中，产生氢氧化亚铁白色沉淀，氢氧化亚铁遇到空气后，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，所以取下装置Ⅱ的橡胶塞可观察沉淀颜色变化。故选C。
2．（2024·广东佛山一模）一种制备Fe(OH)2的改进装置如图所示，下列说法错误的是(　D　)
A．配制FeSO4溶液时需加入稀硫酸
B．实验时先注入稀硫酸，再注入NaOH溶液和FeSO4溶液
C．装置N的作用是液封，并判断装置M中的空气是否排尽
D．用铁粉代替Na2CO3粉末，也能排尽空气
解析：FeSO4易水解，为防止FeSO4水解，配制FeSO4溶液时需加入稀硫酸，故A正确；实验时先注入稀硫酸，等二氧化碳排出锥形瓶内的空气后再注入NaOH溶液和FeSO4溶液生成氢氧化亚铁，故B正确；烧杯内紫色石蕊溶液变红，说明锥形瓶内空气完全排出，同时装置N可以防止空气进入锥形瓶，故C正确；铁与稀硫酸反应生成氢气，氢气的密度比空气小，故用铁粉代替Na2CO3粉末，不能排尽空气，故D错误。
3．用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀，如图所示，已知两电极的材料分别为石墨和铁。
回答下列问题：
(1)a电极的材料应为Fe，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+。
(2)电解液c可以是BC（填字母）。
A．纯水 B．NaCl溶液
C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液
(3)d为苯，其作用是隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化，在加入苯之前对电解液c应作何简单处理？加热煮沸，排尽溶解在其中的O2。
(4)若c用Na2SO4溶液，当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色。
解析：阳极金属铁失电子产生Fe2+，阴极水中H＋得电子剩余OH－，电解池中生成Fe(OH)2白色沉淀，为防止其被氧化，电解液上可以覆盖有机层起到隔绝氧气的作用。
氢氧化亚铁制备方法
方法 装置 说明
隔绝 空气 用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备
氢气氛 围中 先打开止水夹，利用生成的氢气排尽装置中的空气；再关闭止水夹，硫酸亚铁溶液被压入氢氧化钠溶液中
电解法 利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀，阳极为铁，阴极为石墨
Fe与H2O(g)反应
在铁及其化合物学习过程中，要重视铁及其化合物的有关实验，掌握由实验现象分析相关物质的性质、原理及产物，能进一步分析相关操作的要点、目的，并能对实验方案进行评价、优化。
【考题】　（2024·新课标卷）实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气反应。下列说法错误的是(　　) A.反应为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更好 C.用木柴点燃肥皂泡检验生成的氢气 D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉 (1)铁与水蒸气反应的条件、产物是什么？ (2)湿棉花的作用是什么？ (3)如何检验反应过程中生成了氢气？ (4)为什么用硬质玻璃管替代普通试管？ 【答案】　B
【教材】　（人教版必修第一册P70思考与讨论）有人设计了如图所示的装置，进行还原铁粉与水蒸气反应的实验。请讨论该装置的实验原理，并根据实验现象，分析可能的生成物。 (1)加热湿棉花提供水蒸气。 (2)挥发出的水蒸气与红热的铁粉反应生成四氧化三铁和氢气。 (3)用肥皂液收集产生的氢气。 (4)用火柴点燃肥皂泡可检验生成的气体为氢气
1．如图所示的装置可实现铁和水蒸气的反应。
(1)加热湿棉花的目的是提供水蒸气，使之与还原铁粉在高温下发生反应。
(2)写出还原铁粉处发生反应的化学方程式：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
(3)B处酒精灯上网罩的作用是集中火焰，产生高温，实验开始时，应先点燃A（填“A”或“B”）酒精灯，目的是用水蒸气排尽装置中的空气。
(4)将产生的气体导入肥皂液中的目的是收集气体。
2．已知：普通铁＋水蒸气铁的氧化物＋氢气，铁的氧化物＋氢气“引火铁”＋水蒸气，“引火铁”为颗粒很细、反应活性很高的铁粉。某实验小组使用普通铁粉、20%的盐酸及其他试剂制备“引火铁”，装置（铁架台、铁夹、铁网、陶土网、加热仪器等略去）如图所示。
关于上述装置和实验，下列分析错误的是(　C　)
A．A、I中加入普通铁粉，G中可加入碱石灰
B．A中生成磁性氧化铁，E中生成“引火铁”
C．需要加热的仪器只有A、E
D．D用于收集氢气
解析：根据两套装置中各仪器的功能，可以判断出A中放置普通铁粉，B中放一定体积的水，持续加热提供水蒸气，C是安全瓶，用于防倒吸，D是利用排水集气法收集氢气。E中反应物为A中生成的四氧化三铁，I中放置普通铁粉，通过分液漏斗加入一定体积的盐酸制备H2，从I中逸出的气体中含有挥发出的氯化氢，经过G（内有碱石灰）除杂干燥后得到纯净的氢气，氢气进入E中和Fe3O4在一定温度下进行反应，得到“引火铁”，剩余的氢气在F处进行收集或其他处理。
1．下列说法不正确的是(　A　)
A．（2023·浙江1月选考）常温下铁与浓硝酸反应可制备NO2
B．（2023·广东卷）铁丝在O2中燃烧生成Fe3O4
C．（2022·广东卷改编）工人将模具干燥后再注入熔融钢水，是因为铁与H2O高温下会反应
D．（2020·浙江7月选考）钢铁在潮湿空气中生锈主要是发生了电化学腐蚀
解析：常温下铁与浓硝酸会发生钝化，不能制备二氧化氮，A错误；熔融的铁与水蒸气在高温下反应会生成四氧化三铁和氢气，因此必须将模具干燥，C正确；钢铁在潮湿的空气中，铁和碳、水膜形成原电池，发生电化学腐蚀，腐蚀速率更快，D正确。
2．下列说法不正确的是(　C　)
A．（2023·浙江1月选考）Fe2O3呈红色，可用作颜料
B．（2024·浙江6月选考）FeO有还原性，能被氧化成Fe3O4
C．（2024·安徽卷改编）Fe2O3、Fe(OH)3、FeCl3可按如图关系转化：Fe2O3Fe(OH)3―→FeCl3
D．（2023·重庆卷改编）向盛有Fe(OH)3和NiO(OH)的试管中分别滴加浓盐酸，后者产生黄绿色气体。说明氧化性：NiO(OH)>Fe(OH)3
解析：Fe2O3的颜色是红色，可用作红色颜料，A正确；FeO有还原性，其中铁元素的化合价为＋2，用适当的氧化剂可以将其氧化成更高价态的Fe3O4，B正确；氧化铁与水不反应，不能生成氢氧化铁，C错误；盛NiO(OH)的试管中产生黄绿色气体，说明NiO(OH)将氯离子氧化为氯气，而氢氧化铁不行，故氧化性：NiO(OH)>Fe(OH)3，D正确。
3．（2022·浙江6月选考）关于化合物FeO(OCH3)的性质，下列推测不合理的是(　B　)
A．与稀盐酸反应生成FeCl3、CH3OH、H2O
B．隔绝空气加热分解生成FeO、CO2、H2O
C．溶于氢碘酸(HI)，再加CCl4萃取，有机层呈紫红色
D．在空气中，与SiO2高温反应能生成Fe2(SiO3)3
解析：化合物FeO(OCH3)中Fe的化合价为＋3，C为－2价，故其与稀盐酸反应生成FeCl3、CH3OH、H2O，反应原理为FeO(OCH3)＋3HCl===FeCl3＋H2O＋CH3OH，A推测合理；若隔绝空气加热分解生成FeO、CO2、H2O，则得失电子总数不相等，不符合氧化还原反应规律，即不可能生成FeO、CO2、H2O，B推测不合理；溶于氢碘酸(HI)生成的Fe3+能将I－氧化为I2，反应原理为2FeO(OCH3)＋6HI===2FeI2＋I2＋2H2O＋2CH3OH，再加CCl4萃取，有机层呈紫红色，C推测合理；化合物FeO(OCH3)在空气中高温分解为Fe2O3、CO2和H2O，然后Fe2O3具有碱性氧化物的性质，SiO2为酸性氧化物，故化合物FeO(OCH3)与SiO2高温反应能生成Fe2(SiO3)3，D推测合理。
4．（经典高考题）某同学设计如图装置（气密性已检查）制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答：
(1)仪器1的名称：分液漏斗。装置5的作用：液封，防止空气进入装置4。
(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进，使溶液能进入4中：在装置2、3之间添加控制开关。
(3)装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因：装置4内的空气没有排尽。
解析：(1)该反应需要置于无氧环境，注意这里跟防倒吸无关，可知装置5的作用是液封，防止空气进入装置4。(2)如此操作，不成功的原因在于仪器3产生的H2从左侧导管逸出，没有足够的压强将FeSO4溶液压出，因而在装置2、3之间添加控制开关即可。(3)灰绿色沉淀产生的原因是Fe(OH)2被空气氧化，因为装置4中空气没有完全排尽。
课时作业13
（总分：60分）
一、选择题（每小题3分，共30分。每小题只有1个选项符合题意）
1．下列对铁元素的认识正确的是(　A　)
A．铁有两种不溶于水的氢氧化物
B．铁在自然界中不存在单质形态
C．铁元素是地壳中含量最多的金属元素
D．自然界存在的铁元素均显＋3价
解析：铁的氢氧化物有Fe(OH)3和Fe(OH)2，二者均为不溶于水的沉淀，A正确；陨铁中的铁以单质形态存在，B错误；铝元素是地壳中含量最多的金属元素，C错误；自然界存在的铁元素不一定都显＋3价，如磁铁矿石（主要成分为Fe3O4）中含有＋3价和＋2价的铁，D错误。
2．下列有关铁的化学反应的叙述正确的是(　C　)
A．室温下，过量Fe与浓硫酸反应生成FeSO4
B．铁钉置于稀硫酸中，表面产生大量气泡，溶液由无色变蓝色
C．高温下，铁与水蒸气反应有Fe3O4生成
D．高温下，铁粉与氧化铝粉末反应生成单质铝
解析：室温下，Fe遇浓硫酸发生钝化，故A错误；高温下，Fe与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，故C正确；高温下，Fe与氧化铝不反应，故D错误。
3．赭石为一种中国传统药物，可“平肝潜阳，重镇降逆，凉血止血”，李时珍在《本草纲目》中对其有“赭，赤色也”“苦、寒、无毒”的描述，根据上述性质，其主要成分可能为(　A　)
A．Fe2O3 B．CuO
C．FeSO4 D．CuSO4
解析：根据材料可知，赭石颜色为红色，主要成分可能为Fe2O3。
4．下列关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种铁的氧化物的说法不正确的是(　C　)
A．四氧化三铁与另两种氧化物中的铁元素化合价不完全相同
B．氧元素的化合价完全相同
C．氧化亚铁俗称铁红，为红棕色固体
D．铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体
解析：氧化铁中铁元素为＋3价，氧化亚铁中铁元素为＋2价，四氧化三铁中铁元素为＋2价和＋3价，A正确；铁的三种氧化物中，氧元素的化合价都为－2，B正确；氧化铁俗称铁红，是一种红棕色的固体，C错误；铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，是一种黑色固体，D正确。
5．根据Fe(OH)3的物质类别和元素化合价推测，在下列物质中不发生反应的是（不考虑溶解氧）(　D　)
A．潮湿的空气 B．盐酸
C．新制氯水 D．烧碱溶液
解析：Fe(OH)3在潮湿的空气中会失去部分水生成Fe2O3·xH2O，故A不符合题意；Fe(OH)3会和盐酸反应，故B不符合题意；新制氯水中含有HCl，二者会发生反应，故C不符合题意；烧碱溶液中的NaOH和Fe(OH)3都是碱，二者不反应，故D符合题意。
6．某化学兴趣小组利用药品：铁粉、稀硫酸、氢氧化钠溶液，用下图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。下列有关说法不正确的是(　C　)
A．仪器1中应该盛放稀硫酸
B．本实验通过控制A、B、C三个止水夹，将仪器中的空气排尽后，先关闭止水夹B，再打开止水夹A就可观察到氢氧化亚铁的颜色
C．反应一段时间后，可在仪器2中观察到白色沉淀
D．本实验制备的氢氧化亚铁可以相对较长时间的保持白色状态
解析：此实验的目的是制备氢氧化亚铁，先用铁和稀硫酸反应制备硫酸亚铁，此反应在仪器2中进行，稀硫酸是溶液，应盛放在分液漏斗中，即应盛放在仪器1中，A正确；打开止水夹B、C，关闭止水夹A，利用仪器2中产生的氢气，把仪器3中的空气排尽，使装置处于还原气体氛围中，然后关闭止水夹B，打开止水夹A，产生气体压强增大，把仪器2产生的FeSO4压入仪器3中，产生Fe(OH)2，B正确；反应一段时间后，仪器3中FeSO4与NaOH溶液反应产生Fe(OH)2，故在仪器3中观察到白色沉淀，C错误；本实验利用反应生成的氢气排净装置中的空气，使装置处于还原气体氛围中，故制备的氢氧化亚铁可以相对较长时间的保持白色状态，D正确。
7．如图两圆相交部分A、B、C、D分别表示两物质间的反应。下列各对应反应的离子方程式书写不正确的是(　B　)
A．Fe＋4H＋＋NO===Fe3+＋NO↑＋2H2O
B．Fe3O4＋8H＋===Fe2+＋2Fe3+＋4H2O
C．Fe(OH)3＋3H＋===Fe3+＋3H2O
D．3Fe(OH)2＋10H＋＋NO===3Fe3+＋NO↑＋8H2O
解析：Fe3O4中的＋2价的铁与HNO3反应生成Fe3+，不存在Fe2+，B项不正确。
8．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣，上述沉淀和残渣分别是(　B　)
A．Fe(OH)3　Fe2O3
B．Fe(OH)2　Fe2O3
C．Fe(OH)2　Fe(OH)3
D．Fe(OH)2　Fe3O4
解析：铁与稀硫酸反应生成FeSO4，再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2，在空气中加热Fe(OH)2，铁元素被氧化为＋3价，最后所得红棕色残渣为Fe2O3。
9．有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 mol·L-1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 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(　D　)
A．Fe2O3 B．Fe3O4
C．Fe4O5 D．Fe5O7
解析：根据2Fe2+＋Cl2===2Fe3+＋2Cl－，可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)＝0.025 mol×2＝0.05 mol，根据电荷守恒得2n(Fe2+)＋3n(Fe3+)＝n(Cl－)，则n(Fe3+)＝0.2 mol，故n(Fe2+)∶n(Fe3+)＝0.05 mol∶0.2 mol＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。
10．由硫铁矿烧渣（主要成分为Fe3O4、Fe2O3、FeO和SiO2）制备绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如图，已知：FeS2难溶于水。
下列说法错误的是(　D　)
A.步骤①酸溶烧渣最好选用硫酸
B．步骤②涉及的离子反应为FeS2＋14Fe3+＋8H2O===15Fe2+＋2SO＋16H＋
C．步骤③必须控制条件防止氧化
D．一定条件下，将溶液b加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干得到纯净绿矾
解析：硫铁矿烧渣（主要成分为Fe3O4、Fe2O3、FeO和SiO2）加硫酸进行酸溶后，溶液a中含亚铁离子与铁离子，二氧化硅不溶于硫酸，以滤渣形式存在，再向溶液a中加FeS2，将Fe3+还原为Fe2+，过滤除去过量的FeS2，得到溶液b，后隔绝氧气经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作得到绿矾。A项，因为要制备绿矾(FeSO4·7H2O)，晶体中所含阴离子为硫酸根离子，所以酸溶时要选用硫酸，正确；B项，步骤②加入FeS2的目的是将Fe3+还原为Fe2+，涉及的离子反应为FeS2＋14Fe3+＋8H2O===15Fe2+＋2SO＋16H＋，正确；C项，因为亚铁离子易被氧化，所以步骤③必须控制条件防止氧化，正确；D项，一定条件下，将溶液b加热至有晶膜出现时，冷却、结晶、过滤即可，蒸干的过程中，绿矾可能会失去结晶水，从而不能得到纯净的绿矾，错误。
二、非选择题（共30分）
11．（14分）为探究铁及其化合物的一些化学性质，某实验小组学生设计了以下实验。回答下列问题：
(1)高温下，让铁粉与水蒸气反应，如图所示。试管中发生反应的化学方程式是3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，该反应中氧化剂是H2O。
(2)如图：
①往A溶液中滴入几滴KSCN溶液，溶液的颜色变为红色。
②写出上述A→B过程中的化学方程式：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。
③描述将C放置于空气中的现象：白色絮状沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，写出该反应的化学方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
④写出向B中加入氯水发生反应的离子方程式：2Fe2+＋Cl2===2Fe3+＋2Cl－。
⑤将A的饱和溶液滴入沸水中并加热，可制得Fe(OH)3胶体；当光束通过该胶体时，可看到一条光亮的“通路”，这种现象称为丁达尔效应。
解析：(1)H2O中氢元素化合价由＋1降低为0，氧化剂是H2O。(2)①氧化铁和盐酸反应生成氯化铁，A溶液中含有Fe3+，滴入几滴KSCN溶液，溶液的颜色变为红色。④B为氯化亚铁溶液，加入氯水生成氯化铁溶液，离子方程式为2Fe2+＋Cl2===2Fe3+＋2Cl－。
12．（16分）某实验小组在实验室利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。
（一）制备硫酸亚铁溶液
(1)步骤①，加入稀硫酸的目的是抑制Fe3+的水解。
(2)步骤②，加入还原铁粉后观察到的现象是铁粉逐渐溶解，有无色气体生成，溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色。
（二）制备氢氧化亚铁
(3)选择上图中的装置制备氢氧化亚铁，连接顺序为A→C→B→D（按气流方向，用装置字母表示）。反应结束后继续通一段时间的N2，目的是将装置中残留的氨气全部吸收，防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气。
(4)装置B中发生反应的离子方程式是Fe2+＋2NH3＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH。装置C的作用是Fe2+＋2NH3＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH。
（三）探究思考
反应后将装置B中固体过滤时白色沉淀会逐渐转变为灰绿色。在查阅不同资料后，有同学认为灰绿色物质是Fe(OH)2被空气中的氧气氧化后生成的Fe3(OH)8。
(5)Fe3(OH)8中n(Fe2+)∶n(Fe3+)＝1∶2，用氧化物的形式表示可写成
FeO ·Fe2O3 ·4H2O。
(6)设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8：
取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸（或稀硫酸）溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8。
解析：（一）制备硫酸亚铁溶液，向硫酸铁晶体中加入去氧蒸馏水和稀硫酸，再加入过量的还原铁粉，将Fe3+还原成Fe2+，得到硫酸亚铁溶液。(1)步骤①，加入稀硫酸的目的是抑制Fe3+的水解。(2)步骤②，加入还原铁粉后，铁粉和酸、Fe3+反应，观察到的现象是铁粉逐渐溶解，有无色气体生成，溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色。（二）制备氢氧化亚铁原理是将氨气通入硫酸亚铁溶液中，此过程的关键是隔绝空气。(3)制备氢氧化亚铁的装置中，A装置的作用是将浓氨水滴到生石灰上，使生石灰和水反应放出热量，放出氨气，氮气的作用是将装置中的空气全部排出，B装置的作用是使氨气和硫酸亚铁溶液反应生成氢氧化亚铁，C装置的作用是作安全瓶，防止倒吸，D装置的作用是吸收尾气，故装置连接顺序为A→C→B→D。反应结束后继续通一段时间的N2，目的是将装置中残留的氨气全部吸收，防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气。(4)装置B中发生反应的离子方程式是Fe2+＋2NH3＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH，装置C在A和B之间，故C的作用是作安全瓶，防倒吸。（三）(5)Fe3(OH)8中，3个Fe带8个正电荷，故n(Fe2+)∶n(Fe3+)＝1∶2，用氧化物的形式表示可写成FeO ·Fe2O3 ·4H2O。(6)要设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8，即要证明此物质中既有Fe2+又有Fe3+，Fe2+用K3[Fe(CN)6]溶液检验，Fe3+用KSCN溶液检验，实验操作为取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸（或稀硫酸）溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8。

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