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第3章　铁　金属材料
(满分:100分　考试时间:90分钟)
一、选择题(本大题共16小题,每小题3分,共48分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1.下列所用材料不属于合金的是(　　)。
物品
选项 A.出土文物青铜器 B.不锈钢手术器械
物品
选项 C.青花瓷将军罐 D.火箭外壳
2.我国第三艘航空母舰“福建舰”的“超级甲板”采用了大量新型铝锂合金和铝镁合金等航天材料,真正实现了“浴千度火仍无恙”。下列关于两种合金的说法正确的是 (　　)。
A.铝锂合金是铝与锂形成的新型化合物
B.铝锂合金的硬度比铝大,熔、沸点比铝高
C.铝镁合金不能全部溶解于稀盐酸中
D.铝镁合金焊接前用NaOH溶液处理氧化铝膜
3.铁在地壳中含量丰富,也是重要的人体微量元素之一。下列有关说法正确的是(　　)。
A.铁与水蒸气反应生成氢氧化铁和氢气
B.为了防止缺铁性贫血,麦片中可以添加微量的还原铁粉
C.向饱和FeCl3溶液中滴加NaOH溶液,小心加热后制得红褐色Fe(OH)3胶体
D.取新鲜菠菜切开表皮,在内部组织上滴加KSCN溶液,无颜色变化说明菠菜不含铁元素
4.下列物质中既能与稀硫酸反应,又能与NaOH溶液反应的是(　　)。
①NaHCO3　②Al2O3　③Al　④Na2CO3　⑤NaHSO4
A.②③④ B.①②③
C.①③④ D.②④⑤
5.下列铁的化合物通过化合反应、置换反应、复分解反应均能得到的是(　　)。
A.Fe3O4 B.Fe2(SO4)3
C.FeCl2 D.Fe(OH)3
6.下列离子方程式正确的是(　　)。
A.氧化铁与盐酸反应:Fe2O3+6H+2Fe2++3H2O
B.Fe与FeCl3溶液反应:Fe+Fe3+2Fe2+
C.Fe与盐酸反应:Fe+2H+Fe2++H2↑
D.Fe与CuSO4溶液反应:Fe+Cu2+Fe3++Cu
7.某化学兴趣小组同学用如图装置测定氧化铁样品(含FeO和Fe2O3)中Fe2O3的质量分数,下列说法正确的是 (　　)。
A.实验室用MnO2和浓盐酸制备Cl2时也可用装置①
B.实验开始时先点燃④处酒精灯,再打开弹簧夹
C.装置⑥的作用是吸收④中生成的水蒸气
D.装置②③盛装的试剂分别为NaOH溶液和浓硫酸
8.在杠杆的两端分别挂着质量相同的铝球和铁球,此时杠杆平衡,将两球分别浸没在溶液质量相等的稀烧碱溶液和硫酸铜溶液中一段时间,如图所示。下列说法正确的是 (　　)。
A.铝球表面有气泡产生,且有白色沉淀生成,杠杆不平衡
B.铝球表面有气泡产生,溶液澄清
C.反应后去掉两烧杯,杠杆仍平衡
D.铁球表面有红色物质析出,溶液蓝色变浅,杠杆右边上升
9.“价—类”二维图是学习元素化合物知识的高效模型。如图为铁元素的“价—类”二维图,图中字母代表含铁元素的物质。下列判断正确的是(　　)。
A.X在高温下与水蒸气反应可生成Z
B.在常温下N能与氧气、水发生化合反应生成M
C.Y是一种红棕色粉末,常用作红色油漆和涂料
D.Q可以是一种新型净水剂碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]
10.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图:
下列叙述不正确的是(　　)。
A.试剂X可以是氢氧化钠溶液
B.反应①过滤后所得沉淀为氧化铁
C.图中所示转化反应包含氧化还原反应
D.反应②的化学方程式为2Na[Al(OH)4]+CO22Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O
11.下列离子检验的方法正确的是(　　)。
A.某溶液中加入KSCN溶液呈红色,说明原溶液中不含有Fe2+
B.某溶液中通入氯气,然后再加入KSCN溶液呈红色,说明原溶液中一定有Fe3+
C.某溶液中加入氢氧化钠溶液生成红褐色沉淀,说明原溶液中一定有Fe3+
D.某溶液中加入稀硫酸产生无色气体,说明原溶液中一定有C
12.Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应,产生标准状况下的H2 4.48 L。下列推断错误的是(　　)。
A.参加反应的镁、铝共0.2 mol
B.参加反应的HCl为0.4 mol
C.镁、铝在反应中共失去0.4 mol电子
D.若与足量的稀硫酸反应,能产生0.2 mol H2
13.类比法是研究物质性质的常用方法之一,可预测许多物质的性质。但类比是相对的,不能违背客观事实。下列有关类比推测的说法正确的是(　　)。
A.已知Fe与S能直接化合生成FeS,推测Cu和S可直接化合生成CuS
B.已知Fe与CuSO4溶液反应,推测Fe与AgNO3溶液也能反应
C.已知Cu与Cl2能直接化合生成CuCl2,推测Fe与Cl2可直接化合生成FeCl2
D.已知Al能与O2生成致密氧化膜保护金属,推测Fe也与O2生成氧化膜保护金属
14.下列实验设计不能达到实验目的的是(　　)。
选项 实验设计 实验目的
A 水蒸气通过红热的铁粉,将生成的气体通入肥皂液中,将燃着的木条靠近肥皂泡 证明水蒸气被铁还原
B 向盛有FeSO4的敞口容器中加入NaOH溶液 制备Fe(OH)2
C 往盛有FeCl3溶液的试管中滴加几滴碘化钾淀粉溶液 比较Fe3+和I2氧化性
D 取少量铁锈于试管中,加入过量稀盐酸,再滴加KSCN溶液 检验铁锈中是否存在+3价铁元素
15.在酸性条件下,黄铁矿(FeS2)发生催化氧化反应的化学方程式为2FeS2+7O2+2H2O2Fe2++4S+4H+,实现该反应的物质间转化如图所示。下列分析错误的是(　　)。
A.反应Ⅰ的离子方程式为4Fe(NO)2++O2+4H+4Fe3++4NO+2H2O
B.反应Ⅱ的还原剂是Fe3+
C.反应Ⅲ的离子方程式为Fe2++NOFe(NO)2+,该反应不是氧化还原反应
D.在酸性条件下,黄铁矿催化氧化中NO是催化剂
16.工业用FeCl3溶液刻蚀电路板的废液中主要含有Cu2+、Fe2+、Fe3+、Cl-,实验室从废液中回收某些物质的流程如下:
下列说法正确的是(　　)。
A.还原过程中,溶液中可能存在的阳离子只有Fe2+、Fe3+
B.溶解过程中反应的离子方程式为2Fe+6H+2Fe3++3H2↑
C.滤液1、滤液2合并后通入过量的Cl2,重新获得FeCl3溶液
D.滤渣的成分为Fe和Cu
二、非选择题(本大题共4小题,共52分)
17.(12分)镁铝合金、铁合金、铜合金及新型合金在生产生活中有广泛的应用。
材料1:两种铜合金
合金 主要成分 主要性能
青铜 铜、锡 强度好、可塑性好、耐磨、耐腐蚀
白铜 铜、镍、锌 光泽好、耐磨、易加工、耐腐蚀
材料2:钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点。
回答下列问题:
(1)地壳中含量最高的金属元素是　　　　,其单质的还原性比Na　　　　(填“强”或“弱”)。
(2)镁铝合金比铝　　　　(填“硬”或“软”),用足量的氢氧化钠溶液溶解镁铝合金,剩余的金属主要是　　　　。
(3)钢中含有的主要金属元素是　　　　　　　　(填元素符号),该元素的单质粉末(过量)在氯气中加热,发生反应的化学方程式为　 　。
(4)根据材料1和2,选择制造下列物质或材料的合金类型。
①制造钱币(硬币)应选用　　　　　　　　(填合金名称,下同)。
②我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球壳是由　　　　　　　　制造。
18.(14分)回答下列问题。
(1)共沉淀法制备磁性纳米Fe3O4粒子的工业流程如下:
①“共沉”制备的Fe3O4粒子离子方程式为 　　　　　　。
②n(Fe3+)/n(Fe2+)对Fe3O4粒子制备有较大的影响。
若Fe3+过量,过量的Fe3+会生成副产物FeO(OH),生成副产物FeO(OH)的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。实际投料时,n(Fe3+)/n(Fe2+)略小于理论反应的比值,这是因为部分Fe2+会直接生成Fe3O4粒子,该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　。
(2)一化学研究性学习小组对某工厂生产印刷电路板后所得废液进行探究,要确定废液的组成及各金属离子的浓度。
取几滴废液于试管中加水稀释后,滴加KSCN溶液变红色,可知废液中除含有Fe2+、Cu2+外,还含有Fe3+。甲同学取10 mL废液,向其中加入足量的AgNO3溶液,得到的沉淀经过滤、洗涤、干燥,称重8.61 g。乙同学另取10 mL废液,加入某试剂将pH调至4.0,使其中Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,而Fe2+、Cu2+仍留在废液中,沉淀经过滤、洗涤、灼烧,冷却后称重得0.32 g。
通过计算可知废液中:c(Fe3+)=　　　 mol·L-1,c(Fe2+)=　　　 mol·L-1,c(Cu2+)=　　　 mol·L-1。
19.(12分)有三种金属单质A、B、C,其中A的焰色试验为黄色,B、C是常见金属。三种金属单质A、B、C能与气体甲、乙、丙及物质D、E、F、G、H之间有如下转化关系(图中有些反应的产物和反应的条件没有标出)。请根据以上信息回答下列问题:
(1)写出下列物质的化学式:乙　　　　　、H　 ;
(2)写出反应②的离子方程式: 　　　　　　　　　　　　　　;
(3)写出金属A与水反应的离子方程式: 　　　　　　　　　　　　　　;
(4)写出金属B与D的溶液反应的离子方程式: 　　　　　　　　　　　　　　;
(5)F与D溶液反应后的产物在空气中转化为H的化学方程式为 　　　　　　　　　;现象为　　　　　　　　　　　　。
20.(14分)实验小组研究Fe2+的氧化反应,设计如下实验。
实验 序号 试剂及操作 现象
Ⅰ 现象a:生成白色沉淀,最终转变为红褐色 现象b:……
Ⅱ 现象c:溶液略呈黄色 现象d:溶液呈红色
(1)实验所用的Fe(NO3)2溶液由Fe(NO3)3溶液和足量铁粉反应制得,离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验Ⅰ中生成白色沉淀化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)现象b是　　　　　　　　　　　　　　。
(4)实验小组对实验Ⅱ中何种物质氧化Fe2+进行研究,提出两种假设:
ⅰ.酸性条件下,O2氧化了Fe2+;
ⅱ.酸性条件下,N氧化了Fe2+。
①设计实验,证实了假设ⅰ不是实验Ⅱ中氧化Fe2+的主要原因。将实验方案和现象补充完整。
步骤1:向1.0 mL　　　　　　溶液中滴加1.5 mL 1.0 mol·L-1 H2SO4溶液;
步骤2:向上述所得溶液中滴加2滴KSCN溶液,观察到　　　　　　　　　　　　　　　　。
②向步骤2所得溶液中滴加NaOH溶液至pH约为5,检测到有Fe3+产生。
(5)综合上述实验,说明Fe2+的氧化反应与　　　　　　　　　　　　　　　因素有关。
第3章　铁　金属材料
(满分:100分　考试时间:90分钟)
一、选择题(本大题共16小题,每小题3分,共48分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1.C
青花瓷的材质是陶瓷,不是合金材料。
2.D
铝锂合金是铝与锂在高温下熔合而形成的一种混合物,并未发生化学反应,不是化合物,A项错误。铝锂合金的硬度比铝大,但其熔、沸点比组分金属铝的低,B项错误。铝镁合金中Mg、Al都能与稀盐酸反应,故能全部溶解于稀盐酸中,C项错误。Al2O3是两性氧化物,可与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4],故铝镁合金焊接前用NaOH溶液处理氧化铝膜,D项正确。
3.B
铁与水蒸气高温下反应生成Fe3O4和H2,A项错误。向饱和FeCl3溶液中滴加NaOH溶液,加热后制得红褐色Fe(OH)3沉淀,C项错误。滴加KSCN溶液,无颜色变化说明菠菜中不含Fe3+,不能说明不含铁元素,D项错误。
4.B
Na2CO3与稀硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳,与NaOH溶液不反应,故④错误;NaHSO4与硫酸不反应,与氢氧化钠溶液反应生成硫酸钠和水,故⑤错误。
5.C
Fe3O4无法通过复分解反应得到,A项错误。硫酸铁无法通过置换反应得到,B项错误。FeCl2可以由FeCl3和Fe化合得到,也可以由Fe和HCl置换得到,也可以由Fe(OH)2和HCl的复分解反应得到,C项正确。Fe(OH)3可以通过Fe(OH)2和氧气、水化合得到,也可以通过氯化铁与氢氧化钠发生复分解反应得到,但无法通过置换反应得到,D项错误。
6.C
Fe2O3与盐酸反应生成FeCl3和H2O,正确的离子方程式为Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O,A项错误。Fe与FeCl3溶液反应生成FeCl2,正确的离子方程式为Fe+2Fe3+3Fe2+,B项错误。Fe与盐酸反应生成FeCl2和H2,反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑,C项正确。Fe与CuSO4溶液反应生成FeSO4和Cu,正确的离子方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu,D项错误。
7.D
实验室用MnO2和浓盐酸制备Cl2需要加热,不能用装置①制备,A项错误。实验时要先打开弹簧夹,利用①中产生H2排出装置内的空气,再点燃④处酒精灯加热,防止混有空气,加热时发生爆炸,B项错误。装置⑥的作用是防止空气中水蒸气进入装置⑤,C项错误。装置②中盛有NaOH溶液,用于吸收挥发出的HCl,装置③中盛有浓硫酸,用于干燥氢气,D项正确。
8.B
左边烧杯中发生反应:2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,铝球表面有气泡产生,溶液澄清,A项错误,B项正确。右边烧杯中发生反应:Fe+CuSO4Cu+FeSO4,铁球表面有红色物质析出,溶液中c(CuSO4)减小,溶液蓝色变浅,左边烧杯中消耗Al,铝球的质量变小,右边烧杯中铁球上析出Cu,质量变大,杠杆右边下沉,D项错误。反应后去掉两烧杯,杠杆不能平衡,C项错误。
9.B
Fe在高温下与水蒸气反应可生成Fe3O4,A项错误。在常温下Fe(OH)2能与O2、H2O发生化合反应生成Fe(OH)3,B项正确。Y为FeO,是黑色粉末,Z为Fe2O3,是一种红棕色粉末,常用作红色油漆和涂料,C项错误。Q是+2价的铁盐,P为+3价的铁盐,P可以是一种新型净水剂碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4],D项错误。
10.D
试剂X为强碱溶液,可以是NaOH溶液;反应①过滤后得沉淀Fe2O3;电解Al2O3的反应为氧化还原反应;反应②为Na[Al(OH)4]+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3(CO2过量)。
11.C
KSCN与Fe3+发生反应:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,而Fe2+与KSCN溶液不反应,如果该溶液既含Fe3+,又含Fe2+,滴加KSCN溶液,溶液也会呈红色,此方法可以证明原溶液中存在Fe3+而不能证明没有Fe2+,故A项错误。通入Cl2,Cl2将Fe2+氧化成Fe3+,即使原溶液中不含Fe3+,滴加KSCN溶液后也显红色,无法证明原溶液中是否含有Fe3+,故B项错误。加入NaOH溶液,得到红褐色沉淀,说明原溶液中含有Fe3+,故C项正确。若原溶液中有HC等,则加入稀硫酸也能产生无色气体,不能说明原溶液中一定有C,故D项错误。
12.A
Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应,产生标准状况下的H2 4.48 L,n(H2)==0.2 mol,因为反应后Mg、Al化合价不同,且Mg、Al混合物的质量未知,所以无法计算出参加反应的Mg、Al的物质的量,A项错误。根据氢原子守恒得n(HCl)=2n(H2)=0.4 mol,B项正确。根据得失电子守恒,Mg、Al在反应中共失去电子的物质的量为0.2 mol×2=0.4 mol,C项正确。Mg、Al在反应中共失去0.4 mol电子,若与足量的稀硫酸反应,产生0.2 mol H2,D项正确。
13.B
Fe与Cl2能直接化合生成FeCl3;Fe在潮湿的空气中生成的Fe2O3比较疏松,不能保护内部金属。
14. B
水蒸气通过红热的铁粉,将生成的气体通入肥皂液中,将燃着的木条靠近肥皂泡,若肥皂泡被点燃或发出声音,说明有氢气生成,在反应中,H2O中H元素的化合价降低,可证明水蒸气被铁还原,A能达到实验目的;向盛有FeSO4的敞口容器中加入NaOH溶液,生成的Fe(OH)2会被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3,不能制备Fe(OH)2,B不能达到实验目的;往盛有FeCl3溶液的试管中滴加几滴碘化钾淀粉溶液,若溶液变蓝,则说明Fe3+将I-氧化为I2,证明Fe3+的氧化性比I2强,C能达到实验目的;取少量铁锈于试管中,加入过量稀盐酸,再滴加KSCN溶液,若溶液变红则证明溶液中含有Fe3+,说明铁锈中存在+3价铁元素,D能达到实验目的。
15.B
A项,因该反应过程在酸性条件下进行,结合图示可知,反应Ⅰ的反应物有Fe(NO)2+、O2和H+,生成物有Fe3+和NO,根据原子守恒可写出该反应的离子方程式为4Fe(NO)2++O2+4H+4Fe3++4NO+2H2O,正确;B项,由图示可知,反应Ⅱ的反应物有Fe3+和FeS2,生成物有Fe2+和S,因此Fe3+是氧化剂,错误;C项,反应Ⅲ中各元素的化合价均没有发生变化,因此不是氧化还原反应,正确;D项,由图示可知,NO在反应Ⅲ中是反应物,在反应Ⅰ中是生成物,因此NO在反应前后的质量和化学性质没有发生变化,即NO是催化剂,正确。
16.C
还原过程中铁与Fe3+反应生成Fe2+,Fe与Cu2+反应生成Fe2+和Cu,溶液中不可能存在Fe3+,A项错误。溶解过程中,铁与盐酸反应生成FeCl2和H2,离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑,B项错误。滤液1和滤液2的主要成分为FeCl2,两者合并后通入Cl2,Cl2与FeCl2反应生成FeCl3,可重新获得FeCl3溶液,C项正确。滤渣的成分为铜,D项错误。
二、非选择题(本大题共4小题,共52分)
17.(12分)
(1)铝　弱
(2)硬　镁
(3)Fe　2Fe+3Cl22FeCl3
(4)①白铜　②钛合金
18.(14分)
(1)①Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4+4H2O　②Fe3++3OH-FeO(OH)+H2O　6Fe2++12OH-+O22Fe3O4+6H2O
(2)0.4　1.6　0.8
(1)①由流程可知,生成Fe3O4的反应物为Fe2+、Fe3+和OH-,根据电荷守恒可写出该离子方程式为Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4+4H2O;
②根据题意,Fe3+与OH-生成FeO(OH)和水,所以离子方程式为Fe3++3OH-FeO(OH)+H2O;根据题意,Fe2+与OH-直接生成Fe3O4粒子和水,则部分亚铁离子被氧气氧化,所以离子方程式为6Fe2++12OH-+O22Fe3O4+6H2O。
(2)甲同学所得8.61 g沉淀为AgCl,则n(Cl-)=n(AgCl)==0.06 mol,乙同学将pH调至4.0,只有Fe3+沉淀且沉淀完全为Fe(OH)3,灼烧得到0.32 g Fe2O3,物质的量为0.002 mol,由元素守恒可知Fe3+为0.004 mol,c(Fe3+)==0.4 mol·L-1,由2Fe3++CuCu2++2Fe2+可知2n(Cu2+)=n(Fe2+),由电荷守恒:3n(Fe3+)+2n(Cu2+)+2n(Fe2+)=n(Cl-),即n(Cu2+)+n(Fe2+)=(0.06 mol-0.004 mol×3)=0.024 mol,则n(Cu2+)+n(Fe2+)=3n(Cu2+)=0.024 mol,求得:n(Cu2+)=0.008 mol,c(Cu2+)==0.8 mol·L-1,n(Fe2+)=2n(Cu2+)=0.016 mol,c(Fe2+)==1.6 mol·L-1。
19.(12分)
(1)Cl2　Fe(OH)3
(2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
(3)2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑
(4)2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3　白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色
金属A的焰色为黄色,则A为Na,Na与水反应生成H2和NaOH,则甲为H2,D为NaOH。黄绿色气体为氯气,和气体甲反应生成气体丙,则气体丙为HCl。金属B和NaOH溶液反应生成氢气,则B为Al。红褐色沉淀H为Fe(OH)3,则溶液G中含有Fe3+,溶液F与氯气反应生成Fe3+,则溶液F中含有Fe2+。C是常见金属,能和盐酸反应得到溶液F,则金属C为Fe。

20.(14分)
(1)2Fe3++Fe3Fe2+
(2)Fe(NO3)2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaNO3
(3)红褐色沉淀溶解,溶液呈棕黄色
(4)①0.1 mol·L-1 FeSO4　溶液无明显变化
(5)溶液酸碱性强弱、氧化剂种类及Fe2+的存在形式(其他合理也可)
(1)Fe3+与Fe发生氧化还原反应生成Fe2+,离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+。
(2)实验Ⅰ中Fe(NO3)2与氢氧化钠反应生成白色Fe(OH)2沉淀,化学方程式为Fe(NO3)2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaNO3。
(3)Fe(NO3)2与氢氧化钠反应生成白色Fe(OH)2沉淀,被氧化变为红褐色Fe(OH)3沉淀,加入硫酸溶液后发生酸碱中和反应,红褐色沉淀溶解,溶液变为棕黄色。
(4)①根据控制变量法可知,要证明氧化剂为氧气,需要排除硝酸根离子的干扰,因此,可以将Fe(NO3)2改为FeSO4。
(5)根据实验的过程和实验现象可知,Fe2+的氧化反应与溶液的酸碱性、氧化剂种类及Fe2+的存在形式等因素有关。

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