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(共58张PPT)
章末整合　素养提升
一、铁、铝及其化合物
1.铁及其化合物
铁及其化合物的“价—类”二维图
2.铝及其化合物
3.金属材料
思考1.请从物质类别角度认识铁及其化合物的转化关系。
提示:
(合理即可)。
思考2.请从元素价态角度分析铁及其化合物的性质。
提示:(以+2价铁与+3价铁相互转化为例)
思考3.实验室中如何检验Fe3+和Fe2+
提示:取少量样品溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,可证明溶液中有Fe3+;若溶液不变红,滴加新制氯水后,出现红色,说明溶液中含Fe2+。
思考4.请归纳常见金属(Na、Al、Fe)与常见非金属单质(O2、Cl2、S)反应的规律。
提示:O2、Cl2、S可与大多数金属化合,得到对应的氧化物、氯化物、硫化物。
具有多种价态的金属元素的单质,如Fe与Cl2、S化合时,分别得到高价氯化物(FeCl3)、低价硫化物(FeS)。
与氧气反应:a.非常活泼的金属如Na,在常温下即可与O2反应(Na2O),加热或点燃条件下,产物复杂(Na2O2);b.较活泼的金属(Al、Fe),在常温或高温下皆可与O2反应,如Al常温下即可与O2反应生成致密的氧化膜,铁丝在纯氧中燃烧生成Fe3O4(致密),但铁在空气中缓慢氧化,形成疏松的铁锈。
思考5.请整理常见金属(Na、Al、Fe)的置换反应规律。
提示:①与水反应:Na与冷水剧烈反应,Fe可与高温水蒸气反应生成Fe3O4和H2,Al与水不反应;②与酸反应:金属活动性顺序表中排在氢前面的金属可与酸发生置换反应,排在氢后面的金属不能与酸发生置换反应;③与盐反应:金属活动性顺序表中,前面的金属可把后面的金属从其盐溶液中置换出来,但能够与水反应的非常活泼的金属如Na等,与盐溶液反应时,应先考虑与水反应,生成的碱再与盐反应。
二、物质的量在化学方程式计算中的应用
思考6.以3.25 g Zn与足量盐酸反应,求产生标准状况下的H2的体积和生成ZnCl2的物质的量为例,说明物质的量用于化学方程式计算中遵循“上下一致,左右相当”原则。
检验食品中的铁元素
——验证含铁化合物的性质、存在
(1)提出问题:中医学自古以来就有“药食同源”(又称为“医食同源”)理论——这一理论认为许多食物既是食物也是药物,食物同样能够预防疾病,而且更加安全。查阅资料发现,菠菜、黑木耳、动物肝脏等都是食物中铁元素的主要来源。菠菜补铁是真的吗
(2)提出预测:菠菜、黑木耳中含有铁元素。
(3)实验探究。
[实验仪器]研钵、烧杯、剪刀、漏斗、玻璃棒、试管、滴管、滤纸。
[实验药品]菠菜、黑木耳、蒸馏水、氯水、KSCN溶液。
[实验步骤]
实验步骤 预期现象
步骤1:取10 g菠菜,洗净剪碎后放在研钵中研碎,然后把研碎的菠菜倒入烧杯中,向烧杯中加入适量水浸泡菠菜,半分钟后把烧杯中的菠菜汁过滤,取滤液置于试管中 —
步骤2:向盛有菠菜汁的试管中滴入几滴KSCN溶液 若不变红则证明菠菜中不含Fe3+,若变红,则证明菠菜中含有Fe3+
步骤3:继续向步骤2的菠菜汁中加入几滴氯水(或稀硝酸或H2O2溶液) 若步骤2中溶液不变红,加氯水后,溶液变红,则证明菠菜中含有Fe2+;
若步骤2中溶液变红,加氯水后红色加深,则证明菠菜中含有Fe2+,不加深则证明不含Fe2+
[实验结果]
步骤2:不变红。
步骤3:不变红。
结论:菠菜中不含易溶于水的Fe3+和Fe2+。
[讨论与改进]
查阅资料发现实验中可能存在以下问题:
(1)在实验中由于菠菜汁有颜色,所以对于实验现象的观察有一定的影响。
(2)菠菜中的铁元素以草酸亚铁的形式存在,100 g 菠菜约含2 mg铁,草酸亚铁是一种淡黄色的结晶性粉末,在冷水中的溶解度是0.022 g/100 g,属于难溶物。草酸亚铁加热易分解为其对应的氧化物。
(3)由于木耳等生物体含有大量多糖、胶质等有机化合物,铁元素很可能以复杂的有机铁的形式存在于木耳中,直接浸取铁离子溶出率很低。若改用黑木耳采用以上步骤可能存在同样问题。
问题1:实验中加入氯水的目的是什么
提示:将菠菜汁里的铁元素变成铁离子,从而进行检验。
问题2:实验中菠菜中的色素对溶液的颜色有一定的干扰,如何处理
提示:用活性炭吸附色素。
问题3:根据以上信息,想一想可以怎么改进这个实验。
提示:可以先将菠菜和黑木耳灼烧成灰,再溶解、过滤进行实验。
[知识整合提升]
检测物质中元素的一般思路
[成果展示]
新的实验方案
实验步骤 设计目的与预期
步骤1:将一定量(10 g)的菠菜叶(或黑木耳)剪碎,放入坩埚中,隔绝空气加热灼烧直至变成灰,将灰转移到烧杯中加稀硫酸溶解并过滤,向滤液中加入活性炭去除颜色干扰后再过滤,得到澄清滤液 草酸亚铁加热分解为氧化亚铁,氧化亚铁溶于稀硫酸方可得到含亚铁离子的溶液
步骤2:向盛有菠菜汁的试管中滴入几滴KSCN溶液 溶液不变红则证明菠菜中没有Fe3+
步骤3:继续向步骤2的菠菜汁中加入几滴氯水(或稀硝酸或H2O2溶液) 步骤2中溶液不变红,加氯水后,溶液变红,则证明菠菜中含有Fe2+
[实验结果]
步骤2:不变红。
步骤3:变红。
结论:菠菜、黑木耳中含有铁元素,价态为+2 价。
[跟踪训练]
1.(2024·安徽宣城期末)“检验菠菜中的铁元素”要经历下列步骤,有关实验装置或实验原理不合理的是(　　)
[A] 研磨 [B] 溶解
[C] 过滤 [D] 检验
A
2.(2024·湖北荆州中学期末)某兴趣小组同学为探究黑木耳中含铁量,进行如下实验。
已知:ⅰ.黑木耳富含蛋白质、糖类、卵磷脂、铁及一些还原性物质(如维生素C)等。每100 g黑木耳含铁量高达185 mg。
ⅱ.紫红色的KMnO4溶液在酸性条件下具有强氧化性,其还原产物是无色的Mn2+。
ⅲ.K3[Fe(CN)6]与亚铁离子反应生成特征蓝色沉淀。
Ⅰ.为确定黑木耳中含有铁元素,甲同学设计实验方案如下。
(1)步骤②得到滤液A的操作是　　　　。
(2)步骤④检验Fe3+所用试剂是　　　　溶液。
过滤
KSCN
(3)下列有关上述实验得出的结论是 (填字母,下同)。
a.黑木耳中一定含Fe2+和Fe3+
b.滤液A中一定含Fe2+和Fe3+
c.白色沉淀中一定含Fe(OH)2
bc
Ⅱ.为测定黑木耳中铁元素的含量,乙同学设计实验方案如下。
(4)可选做试剂B的物质是　　　　。
a.Na　 　　b.Zn　 　　c.Fe　 　　d.Cu
d
(5)步骤⑦中观察到的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　 　 ,
反应的离子方程式为 　 。
(6)若乙同学实验操作规范,但测得含铁量远大于实际的含量,其可能的原因是 　 。
酸性高锰酸钾溶液紫红色褪去
黑木耳中还含有其他还原性物质(或黑木耳中还含有维生素C)
(时间:30分钟　分值:46分)
1.(11分)(2025·江苏南京期中)久置的硫酸亚铁溶液中会产生沉淀物,沉淀物中含难溶的碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]和析出的硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)。以该沉淀物制取硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)的流程如图所示。
(1)某同学用密度为1.84 g/cm3、质量分数为98%的浓硫酸配制100 mL
4.6 mol/L的稀硫酸。需98%的浓硫酸的体积为　　　 　。
25.0 mL
(2)写出“酸溶”时Fe(OH)SO4反应的离子方程式:
　 。
(3)选用最合适的金属X,写出“还原”反应的离子方程式:
　 。
(4)检验“还原”反应后,溶液中是否存在Fe3+的试剂是　　 　　。
KSCN溶液
【解析】 (4)Fe3+遇KSCN溶液变为红色,故可用KSCN溶液检验“还原”反应后,溶液中是否存在Fe3+。
加入足量水充分溶解,
过滤,直至最后一次洗涤液中用BaCl2溶液检验不再产生白色沉淀,向滤渣中
加入过量稀盐酸溶解,再加入BaCl2溶液,若产生白色沉淀
2.(10分)(2025·湖南长沙阶段检测)印刷电路板(PCB)是用腐蚀液(FeCl3溶液)将覆铜板上的部分铜腐蚀而制得的。一种制作PCB并将腐蚀后的废液(金属离子主要含Fe3+、Cu2+、Fe2+)回收再生的流程如图所示,请回答下列问题。
(1)腐蚀池中发生反应的离子方程式是 　 。
(2)由置换池中得到固体的操作名称是　　 　　。
过滤
【解析】 (2)分离难溶性固体和溶液采用过滤方法,即由置换池中得到固体的操作是过滤。
(3)在未通Cl2前,再生池中的金属阳离子的检验方法是
　 。
取适量溶液于试管中,
【解析】 (3)未通Cl2前,再生池中含Fe2+,检验方法是取适量溶液于试管中,先滴加KSCN溶液,溶液无明显变化,再加入适量H2O2,溶液变为红色。
先滴加KSCN溶液,溶液无明显变化,再加入适量H2O2,溶液变为红色
(4)向再生池中通入Cl2使废液再生又得到FeCl3溶液,可替代氯气的试剂有
　　　　(填字母)。
A.酸性KMnO4溶液 B.氯水
C.溴水 D.H2O2溶液
【解析】 (4)酸性KMnO4溶液也能氧化Cl-,A错误;氯水能将Fe2+氧化为Fe3+,且不引入杂质,B正确;溴水会引入Br-,C错误;H2O2溶液能将Fe2+氧化为Fe3+,且不引入杂质,D正确。
BD
(5)已知Fe3+和Cu2+对H2O2分解有催化作用。为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。
图甲可通过观察产生气泡的快慢,定性比较得出结论。有同学提出将0.1 mol/L FeCl3溶液改为 0.05 mol/L Fe2(SO4)3溶液更为合理,理由是
。
将FeCl3溶液改为Fe2(SO4)3溶液后与
CuSO4溶液对比,只有阳离子不同,从而排除阴离子不同带来的干扰
【解析】 (5)将0.1 mol/L FeCl3溶液改为0.05 mol/L Fe2(SO4)3 溶液更为合理,因为FeCl3和CuSO4除了阳离子不同外,阴离子也不同,若换成Fe2(SO4)3 溶液可排除阴离子差异带来的影响。
3.(10分)(2025·山东烟台期中)铜和Fe2O3在工农业生产中用途广泛,用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,其中Cu的化合价为+2价、Fe的化合价为+2价)制取铜和Fe2O3的工艺流程如图所示。
CuFeS2、O2
3
(2)Cl2具有较强的氧化性,Fe2+具有较强的还原性,写出向滤液A中通入氯气的离子方程式: 　 。
(3)向滤液B中通入NH3后发生反应的离子方程式为
　 。
(4)工业上用生物法处理H2S的原理(硫杆菌作催化剂):
由图甲和图乙判断使用硫杆菌的最佳条件为　　　　　 　　　　。
温度为30 ℃,pH=2.0
【解析】 (4)从图像中分析可知,使用硫杆菌的最佳条件是Fe2+氧化速率最大时,需要的温度和溶液pH分别为30 ℃、pH=2.0。
4.(15分)(2024·江苏苏南八校联考)硫酸亚铁是重要的化工原料,以硫酸亚铁为原料可以获得下列物质:
(1)保存硫酸亚铁溶液时,为防止FeSO4溶液氧化变质,常在硫酸亚铁溶液中加入少量　　　　(填化学名称)。检验第①步反应后FeSO4溶液已被完全氧化的操作是
　 　。
铁粉
取适量溶液于试管中,加入几滴铁氰化钾溶液,不生成蓝色沉淀,则
已被完全氧化
【解析】 (1)保存FeSO4溶液时,为防止FeSO4溶液氧化变质,常在溶液中加入少量铁粉。检验第①步反应后FeSO4溶液已被完全氧化的操作是取适量溶液于试管中,加入几滴铁氰化钾溶液,不生成蓝色沉淀,则已被完全氧化。
(2)制备Fe4(OH)2(SO4)5:第①步反应的离子方程式为
　 。
(2)制备Fe4(OH)2(SO4)5:第①步反应的离子方程式为
　 。
(3)氧化共沉淀法制备纳米Fe3O4。
Ⅰ.氧化Fe2+生成FeO(OH):将FeSO4溶液用NaOH溶液调节pH至a,再加入H2O2溶液,立即得到FeO(OH)红棕色悬浊液。上述反应完成后,测得a与FeO(OH)产率及其生成后溶液pH的关系,结果如下。
(常温下:pH=7为中性;pH>7呈碱性,pH越大碱性越强;pH<7呈酸性,pH越小酸性越强)
a 7.0 8.0 9.0
FeO(OH)的产量 <50% 95% >95%
FeO(OH)生成 后溶液pH 接近4 接近4 接近4
经检验:当a=7时,产物中存在大量Fe2O3,对Fe2O3的产生提出两种假设。
ⅰ.反应过程中溶液酸性增强,导致FeO(OH)向Fe2O3转化;
ⅱ.溶液中存在少量Fe2+,导致FeO(OH)向Fe2O3转化。
①(3分)经分析,假设ⅰ不成立的实验依据是
　(结合反应方程式解释)。
2FeO(OH) +2H2O,反应消耗OH-,a=8或a=9时反应后溶液pH均接近4,即反应过程中溶液酸性均增强
②(3分)如果假设ⅱ是成立的,则随a增大FeO(OH)产量增大的原因是
　。
③(3分)经理论分析,N=2共沉淀时纳米Fe3O4产率应最高,事实并非如此的原因可能是
　 。
实际操作过程中会有部分Fe2+被氧气氧化为Fe3+,参与共沉淀的
Fe2+减少,导致纳米Fe3O4产率减小
【解析】 ③经理论分析,N=2共沉淀时纳米Fe3O4产率应最高,事实并非如此,可能是实际操作过程中会有部分Fe2+被氧气氧化为Fe3+,参与共沉淀的Fe2+减少,导致纳米Fe3O4产率减小。章末整合　素养提升
一、铁、铝及其化合物
1.铁及其化合物
铁及其化合物的“价—类”二维图
2.铝及其化合物
3.金属材料
思考1.请从物质类别角度认识铁及其化合物的转化关系。
(合理即可)。
思考2.请从元素价态角度分析铁及其化合物的性质。
思考3.实验室中如何检验Fe3+和Fe2+
思考4.请归纳常见金属(Na、Al、Fe)与常见非金属单质(O2、Cl2、S)反应的规律。
具有多种价态的金属元素的单质,如Fe与Cl2、S化合时,分别得到高价氯化物(FeCl3)、低价硫化物(FeS)。
与氧气反应:a.非常活泼的金属如Na,在常温下即可与O2反应(Na2O),加热或点燃条件下,产物复杂(Na2O2);b.较活泼的金属(Al、Fe),在常温或高温下皆可与O2反应,如Al常温下即可与O2反应生成致密的氧化膜,铁丝在纯氧中燃烧生成Fe3O4(致密),但铁在空气中缓慢氧化,形成疏松的铁锈。
思考5.请整理常见金属(Na、Al、Fe)的置换反应规律。
二、物质的量在化学方程式计算中的应用
思考6.以3.25 g Zn与足量盐酸反应,求产生标准状况下的H2的体积和生成ZnCl2的物质的量为例,说明物质的量用于化学方程式计算中遵循“上下一致,左右相当”原则。
65 g 1 mol 22.4 L
3.25 g n(ZnCl2) V(H2)
检验食品中的铁元素
——验证含铁化合物的性质、存在
(1)提出问题:中医学自古以来就有“药食同源”(又称为“医食同源”)理论——这一理论认为许多食物既是食物也是药物,食物同样能够预防疾病,而且更加安全。查阅资料发现,菠菜、黑木耳、动物肝脏等都是食物中铁元素的主要来源。菠菜补铁是真的吗
(2)提出预测:菠菜、黑木耳中含有铁元素。
(3)实验探究。
[实验仪器]研钵、烧杯、剪刀、漏斗、玻璃棒、试管、滴管、滤纸。
[实验药品]菠菜、黑木耳、蒸馏水、氯水、KSCN溶液。
[实验步骤]
实验步骤 预期现象
步骤1:取10 g菠菜,洗净剪碎后放在研钵中研碎,然后把研碎的菠菜倒入烧杯中,向烧杯中加入适量水浸泡菠菜,半分钟后把烧杯中的菠菜汁过滤,取滤液置于试管中 —
步骤2:向盛有菠菜汁的试管中滴入几滴KSCN溶液 若不变红则证明菠菜中不含Fe3+,若变红,则证明菠菜中含有Fe3+
步骤3:继续向步骤2的菠菜汁中加入几滴氯水(或稀硝酸或H2O2溶液) 若步骤2中溶液不变红,加氯水后,溶液变红,则证明菠菜中含有Fe2+; 若步骤2中溶液变红,加氯水后红色加深,则证明菠菜中含有Fe2+,不加深则证明不含Fe2+
[实验结果]
步骤2:不变红。
步骤3:不变红。
结论:菠菜中不含易溶于水的Fe3+和Fe2+。
[讨论与改进]
查阅资料发现实验中可能存在以下问题:
(1)在实验中由于菠菜汁有颜色,所以对于实验现象的观察有一定的影响。
(2)菠菜中的铁元素以草酸亚铁的形式存在,100 g 菠菜约含2 mg铁,草酸亚铁是一种淡黄色的结晶性粉末,在冷水中的溶解度是0.022 g/100 g,属于难溶物。草酸亚铁加热易分解为其对应的氧化物。
(3)由于木耳等生物体含有大量多糖、胶质等有机化合物,铁元素很可能以复杂的有机铁的形式存在于木耳中,直接浸取铁离子溶出率很低。若改用黑木耳采用以上步骤可能存在同样问题。
问题1:实验中加入氯水的目的是什么
问题2:实验中菠菜中的色素对溶液的颜色有一定的干扰,如何处理
问题3:根据以上信息,想一想可以怎么改进这个实验。
[知识整合提升]
检测物质中元素的一般思路
[成果展示]
新的实验方案
实验步骤 设计目的与预期
步骤1:将一定量(10 g)的菠菜叶(或黑木耳)剪碎,放入坩埚中,隔绝空气加热灼烧直至变成灰,将灰转移到烧杯中加稀硫酸溶解并过滤,向滤液中加入活性炭去除颜色干扰后再过滤,得到澄清滤液 草酸亚铁加热分解为氧化亚铁,氧化亚铁溶于稀硫酸方可得到含亚铁离子的溶液
步骤2:向盛有菠菜汁的试管中滴入几滴KSCN溶液 溶液不变红则证明菠菜中没有Fe3+
步骤3:继续向步骤2的菠菜汁中加入几滴氯水(或稀硝酸或H2O2溶液) 步骤2中溶液不变红,加氯水后,溶液变红,则证明菠菜中含有Fe2+
[实验结果]
步骤2:不变红。
步骤3:变红。
结论:菠菜、黑木耳中含有铁元素,价态为+2 价。
[跟踪训练]
1.(2024·安徽宣城期末)“检验菠菜中的铁元素”要经历下列步骤,有关实验装置或实验原理不合理的是(　　)
[A] 研磨 [B] 溶解
[C] 过滤 [D] 检验
2.(2024·湖北荆州中学期末)某兴趣小组同学为探究黑木耳中含铁量,进行如下实验。
已知:ⅰ.黑木耳富含蛋白质、糖类、卵磷脂、铁及一些还原性物质(如维生素C)等。每100 g黑木耳含铁量高达185 mg。
ⅱ.紫红色的KMnO4溶液在酸性条件下具有强氧化性,其还原产物是无色的Mn2+。
ⅲ.K3[Fe(CN)6]与亚铁离子反应生成特征蓝色沉淀。
Ⅰ.为确定黑木耳中含有铁元素,甲同学设计实验方案如下。
(1)步骤②得到滤液A的操作是　　　　。
(2)步骤④检验Fe3+所用试剂是　　　　溶液。
(3)下列有关上述实验得出的结论是 (填字母,下同)。
a.黑木耳中一定含Fe2+和Fe3+
b.滤液A中一定含Fe2+和Fe3+
c.白色沉淀中一定含Fe(OH)2
Ⅱ.为测定黑木耳中铁元素的含量,乙同学设计实验方案如下。
(4)可选做试剂B的物质是　　　　。
a.Na　 　　b.Zn　 　　c.Fe　 　　d.Cu
(5)步骤⑦中观察到的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,反应的离子方程式为 　 。
(6)若乙同学实验操作规范,但测得含铁量远大于实际的含量,其可能的原因是
　 。
(5)酸性高锰酸钾溶液紫红色褪去　5Fe2++Mn+8H+5Fe3++Mn2++4H2O　(6)黑木耳中还含有其他还原性物质(或黑木耳中还含有维生素C)
(时间:30分钟　分值:46分)
1.(11分)(2025·江苏南京期中)久置的硫酸亚铁溶液中会产生沉淀物,沉淀物中含难溶的碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]和析出的硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)。以该沉淀物制取硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)的流程如图所示。
(1)某同学用密度为1.84 g/cm3、质量分数为98%的浓硫酸配制100 mL 4.6 mol/L的稀硫酸。需98%的浓硫酸的体积为　　　　。
(2)写出“酸溶”时Fe(OH)SO4反应的离子方程式:　 。
(3)选用最合适的金属X,写出“还原”反应的离子方程式:　 。
(4)检验“还原”反应后,溶液中是否存在Fe3+的试剂是　　　　。
(5)(3分)为验证碱式硫酸铁中含有S,可进行如下实验,补充完整实验方案:取少量含难溶碱式硫酸铁和硫酸亚铁晶体的沉淀物,
　,
则含有S。
(2)Fe(OH)SO4+H+Fe3++S+H2O
(3)2Fe3++Fe3Fe2+
(4)KSCN溶液
(5)加入足量水充分溶解,过滤,直至最后一次洗涤液中用BaCl2溶液检验不再产生白色沉淀,向滤渣中加入过量稀盐酸溶解,再加入BaCl2溶液,若产生白色沉淀
(2)“酸溶”时Fe(OH)SO4与稀硫酸反应生成 Fe2(SO4)3 和水,其离子方程式为Fe(OH)SO4+
H+Fe3++S+H2O。
(3)酸溶后得到 Fe2(SO4)3溶液,可加入铁粉将Fe3+还原,即最适合的金属X为铁,“还原”反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+。
(4)Fe3+遇KSCN溶液变为红色,故可用KSCN溶液检验“还原”反应后,溶液中是否存在Fe3+。
(5)硫酸亚铁晶体中含有S,对检验碱式硫酸铁中是否含有S形成干扰,故先排除硫酸亚铁晶体的干扰,然后检验碱式硫酸铁中是否含有S,利用碱式硫酸铁难溶、硫酸亚铁晶体溶于水排除干扰,利用Fe(OH)SO4与盐酸反应,再加入BaCl2溶液,若有白色沉淀生成,则含S。
2.(10分)(2025·湖南长沙阶段检测)印刷电路板(PCB)是用腐蚀液(FeCl3溶液)将覆铜板上的部分铜腐蚀而制得的。一种制作PCB并将腐蚀后的废液(金属离子主要含Fe3+、Cu2+、Fe2+)回收再生的流程如图所示,请回答下列问题。
(1)腐蚀池中发生反应的离子方程式是 　 。
(2)由置换池中得到固体的操作名称是　　　　。
(3)在未通Cl2前,再生池中的金属阳离子的检验方法是 　 。
(4)向再生池中通入Cl2使废液再生又得到FeCl3溶液,可替代氯气的试剂有　　 　　(填字母)。
A.酸性KMnO4溶液 B.氯水
C.溴水 D.H2O2溶液
(5)已知Fe3+和Cu2+对H2O2分解有催化作用。为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。
图甲可通过观察产生气泡的快慢,定性比较得出结论。有同学提出将0.1 mol/L FeCl3溶液改为 0.05 mol/L Fe2(SO4)3溶液更为合理,理由是
。
(2)过滤
(3)取适量溶液于试管中,先滴加KSCN溶液,溶液无明显变化,再加入适量H2O2,溶液变为红色
(4)BD
(5)将FeCl3溶液改为Fe2(SO4)3溶液后与CuSO4溶液对比,只有阳离子不同,从而排除阴离子不同带来的干扰
(2)分离难溶性固体和溶液采用过滤方法,即由置换池中得到固体的操作是过滤。
(3)未通Cl2前,再生池中含Fe2+,检验方法是取适量溶液于试管中,先滴加KSCN溶液,溶液无明显变化,再加入适量H2O2,溶液变为红色。
(4)酸性KMnO4溶液也能氧化Cl-,A错误;氯水能将Fe2+氧化为Fe3+,且不引入杂质,B正确;溴水会引入Br-,C错误;H2O2溶液能将Fe2+氧化为Fe3+,且不引入杂质,D正确。
(5)将0.1 mol/L FeCl3溶液改为0.05 mol/L Fe2(SO4)3 溶液更为合理,因为FeCl3和CuSO4除了阳离子不同外,阴离子也不同,若换成Fe2(SO4)3 溶液可排除阴离子差异带来的影响。
3.(10分)(2025·山东烟台期中)铜和Fe2O3在工农业生产中用途广泛,用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,其中Cu的化合价为+2价、Fe的化合价为+2价)制取铜和Fe2O3的工艺流程如图所示。
已知:FeS+2HClFeCl2+H2S↑、2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。
(1)高温焙烧时发生的反应是CuFeS2+O2SO2+FeS+Cu,该反应中,氧化剂是　 ;
0.5 mol O2参加反应时,反应中转移电子的物质的量为　　　　 mol。
(2)Cl2具有较强的氧化性,Fe2+具有较强的还原性,写出向滤液A中通入氯气的离子方程式: 。
(3)向滤液B中通入NH3后发生反应的离子方程式为 　 。
(4)工业上用生物法处理H2S的原理(硫杆菌作催化剂):
H2S+Fe2(SO4)3S↓+2FeSO4+H2SO4,4FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O
由图甲和图乙判断使用硫杆菌的最佳条件为　　　　　　　　　。
(2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
(3)Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N
(4)温度为30 ℃,pH=2.0
(2)结合图示流程可知,酸溶后得到的滤液A中含FeCl2,通入Cl2能将Fe2+氧化成Fe3+,其离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。
(3)滤液B中含FeCl3,通入NH3反应生成 Fe(OH)3红褐色沉淀和NH4Cl,其离子方程式为Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N。
(4)从图像中分析可知,使用硫杆菌的最佳条件是Fe2+氧化速率最大时,需要的温度和溶液pH分别为30 ℃、pH=2.0。
4.(15分)(2024·江苏苏南八校联考)硫酸亚铁是重要的化工原料,以硫酸亚铁为原料可以获得下列物质:
(1)保存硫酸亚铁溶液时,为防止FeSO4溶液氧化变质,常在硫酸亚铁溶液中加入少量
　　　　(填化学名称)。检验第①步反应后FeSO4溶液已被完全氧化的操作是　
　。
(2)制备Fe4(OH)2(SO4)5:第①步反应的离子方程式为　 。
(3)氧化共沉淀法制备纳米Fe3O4。
Ⅰ.氧化Fe2+生成FeO(OH):将FeSO4溶液用NaOH溶液调节pH至a,再加入H2O2溶液,立即得到FeO(OH)红棕色悬浊液。上述反应完成后,测得a与FeO(OH)产率及其生成后溶液pH的关系,结果如下。
(常温下:pH=7为中性;pH>7呈碱性,pH越大碱性越强;pH<7呈酸性,pH越小酸性越强)
a 7.0 8.0 9.0
FeO(OH)的产量 <50% 95% >95%
FeO(OH)生成 后溶液pH 接近4 接近4 接近4
经检验:当a=7时,产物中存在大量Fe2O3,对Fe2O3的产生提出两种假设。
ⅰ.反应过程中溶液酸性增强,导致FeO(OH)向Fe2O3转化;
ⅱ.溶液中存在少量Fe2+,导致FeO(OH)向Fe2O3转化。
①(3分)经分析,假设ⅰ不成立的实验依据是
　(结合反应方程式解释)。
②(3分)如果假设ⅱ是成立的,则随a增大FeO(OH)产量增大的原因是
　。
Ⅱ.FeO(OH)与Fe2+共沉淀:共沉淀时的反应条件对产物纯度和产率的影响极大。已知N=,其他条件一定时,测得纳米Fe3O4的产率随N的变化曲线如图所示。
③(3分)经理论分析,N=2共沉淀时纳米Fe3O4产率应最高,事实并非如此的原因可能是
　 。
(2)2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O
(3)①2Fe2++4OH-+H2O22FeO(OH)+2H2O,反应消耗OH-,a=8或a=9时反应后溶液pH均接近4,即反应过程中溶液酸性均增强
②a越大,溶液的碱性就越强,发生反应2Fe2++4OH-+H2O22FeO(OH)+2H2O,反应进行的程度就越大,得到的FeO(OH)就越多
③实际操作过程中会有部分Fe2+被氧气氧化为Fe3+,参与共沉淀的Fe2+减少,导致纳米Fe3O4产率减小
(2)制备Fe4(OH)2(SO4)5的第①步是向硫酸酸化的FeSO4溶液中加入H2O2溶液,其反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O。
(3)①向FeSO4溶液中加入NaOH溶液,并加入H2O2溶液,发生反应2Fe2++4OH-+H2O22FeO(OH)+2H2O,反应消耗OH-,使溶液pH减小;当a=8或a=9时反应后溶液pH均接近4,即反应过程中溶液酸性均增强,说明假设ⅰ不成立。②溶液中含有一定浓度的Fe2+,会导致FeO(OH) 向Fe2O3的转化,根据表中数据分析可知,a越大,溶液的碱性就越强,可发生反应2Fe2++4OH-+H2O22FeO(OH)+2H2O,因而反应产生的FeO(OH)就越多。③经理论分析,N=2共沉淀时纳米Fe3O4产率应最高,事实并非如此,可能是实际操作过程中会有部分Fe2+被氧气氧化为Fe3+,参与共沉淀的Fe2+减少,导致纳米Fe3O4产率减小。
第三章　检测试题
(限时:75分钟　分值:100分)
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意。
1.氯化铁是一种重要的盐。下列说法不正确的是(　　)
[A] 氯化铁属于电解质
[B] 氯化铁溶液可腐蚀覆铜板
[C] 氯化铁可由铁与盐酸反应制得
[D] 氯化铁溶液可制备氢氧化铁胶体
2.现代社会的发展与进步离不开材料。下列有关材料的说法不正确的是(　　)
[A] 不锈钢是含碳量较高的铁碳合金,是制造飞机和飞船的理想材料
[B] 一共有17种稀土金属元素,在科技、生产中有广泛的应用,被誉为新材料的宝库
[C] 储氢合金是一种能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料
[D] 喷气式飞机的发动机叶片是由镍、铁、碳和钴组成的镍钴合金制成的,能承受1 100 ℃的高温
3.我国传统文化中蕴含着许多化学知识。下列说法错误的是(　　)
[A] “熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”,该反应类型为置换反应
[B] “雨过天青云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁
[C] “司南之杓,投之于地,其柢指南”,司南中“杓”的材质为Fe3O4
[D] “凡铁分生熟,出炉未炒则生,既炒则熟”中的“炒”为氧化除碳过程
4.下列反应的离子方程式正确的是(　　)
[A] Fe粉溶于稀硫酸:2Fe+6H+2Fe3++3H2↑
[B] Fe(OH)3与醋酸:Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
[C] 纳米铁粉处理酸性含N的废水:Fe+N+2H2OFe3++NO↑+4OH-
[D] 铁的发蓝处理:9Fe+8H2O+4N3Fe3O4+4NH3↑+4OH-
3CH3COOHFe3++3CH3COO-+3H2O,B错误;酸性废水中不能存在大量OH-,其离子方程式为Fe+N+4H+Fe3++NO↑+2H2O,C错误;铁的发蓝原理是用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的Fe3O4,所给离子方程式正确,D正确。
5.下列关于铝及其化合物的性质、用途的说法不正确的是(　　)
[A] 铝粉和氢氧化钠混合物可用作下水道疏通剂
[B] 可用NaOH溶液除去Fe2O3粉末中少量的Al2O3
[C] 铝的氧化膜致密且熔点高,从而能保护内部金属
[D] 铝制品廉价易得,适用于厨房制作和长期存放各类食物
6.下列关于合金的说法错误的是(　　)
[A] 硬铝的密度小、强度高,是制造飞机和航天器的理想材料
[B] Ti-Fe合金和La-Ni合金等新型储氢合金可用于以氢气为燃料的汽车
[C] 常见的一些合金的硬度小于其主要成分金属的,熔点低于其主要成分金属
[D] 生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量高
7.金属及其化合物的转化关系是化学学习的重要内容之一。下列各组物质的转化关系,不能均由一步反应实现的是(　　)
[A] Na→NaOH→Na2CO3→NaCl
[B] Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4
[C] Al→Al2O3→Al(OH)3→AlCl3
[D] Fe→FeCl2→Fe(OH)2→Fe(OH)3
2HClFeCl2+H2↑、FeCl2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaCl、4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,均能一步实现,不符合题意。
8.为检验某溶液中的离子,某同学设计如下实验:
根据上述实验不能确定该溶液中是否含有(　　)
[A] Fe2+ [B] Fe3+ [C] Cl- [D] S
9.某溶液与Al反应能放出H2,下列离子在该溶液中一定能大量共存的是(　　)
[A] N、Fe3+、Cl-、S
[B] Na+、K+、Cl-、S
[C] Fe2+、H+、Cl-、S
[D] K+、Ca2+、Cu2+、Cl-
10.向一定质量含有Fe、FeO、Fe2O3的混合物中,加入50 mL 2.0 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,并放出标准状况下448 mL气体(溶液体积变化忽略不计),向所得溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红,若用足量的CO在高温下还原相同质量的该混合物,最多能得到单质铁的质量是(　　)
[A] 2.8 g [B] 5.6 g [C] 8.4 g [D] 11.2 g
0.05 mol×56 g/mol=2.8 g,A正确。
11.甲同学用FeCl2溶液和烧碱溶液制备Fe(OH)2;乙同学用如图装置制备Fe(OH)2,为了防止生成的产物被氧化。下列说法不正确的是(　　)
[A] 配制溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
[B] 甲同学可在FeCl2溶液的上面加一层植物油,以隔绝空气
[C] 甲同学向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴可以伸入试管内
[D] 乙同学应该先关闭止水夹,一段时间后再打开止水夹
12.为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计如下实验方案,其中符合实验要求且正确的是(　　)
选项 实验操作 实验现象 离子方程式 实验结论
[A] 在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水 浅绿色溶液变成棕黄色溶液 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- Fe2+具有还原性
[B] 在氯化亚铁溶液中加入锌片 浅绿色溶液变成无色溶液 Fe2++ZnFe+Zn2+ Fe2+具有还原性
[C] 在氯化铁溶液中加入铁粉 棕黄色溶液变成浅绿色溶液 Fe3++Fe2Fe2+ 铁单质具有还原性
[D] 在氯化铁溶液中加入铜粉 棕黄色溶液变成蓝色溶液 2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ Fe3+具有还原性
13.某混合物a中含有 KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3,在一定条件下可实现如图所示的物质之间的变化:
据此,下列说法正确的是(　　)
[A] d为白色沉淀,b为红色固体
[B] 过程①中反应的离子方程式为Al2O3+2OH-2[Al(OH)4]-
[C] 若把适量盐酸换成过量盐酸,也能实现图中过程
[D] 图中各物质间的转化不包括氧化还原反应
14.废旧镀锌铁皮除去锌后,可用于制备磁性Fe3O4纳米粒子,工艺流程如图所示。
下列有关说法不正确的是(　　)
[A] “碱洗”是为了去除废旧镀锌铁皮表面的油污
[B] “氧化”时氧化剂和还原剂的物质的量之比为 1∶2
[C] “氧化”后的溶液中金属阳离子主要有Fe2+、Fe3+、Na+
[D] 用激光笔照射“加热沉铁”后所得分散系,产生丁达尔效应
1∶2,B正确;由于部分Fe2+被氧化,即“氧化”后的溶液中金属阳离子主要有Fe2+、Fe3+、Na+,C正确;先通入N2排尽空气[防止后续生成的Fe(OH)2被氧化],加入NaOH溶液“加热沉铁”后,所得分散系为Fe3O4纳米粒子形成的胶体,能产生丁达尔效应,D正确。
二、非选择题:本题共4小题,每空2分,分值不同题空另行标注,共58分。
15.(10分)合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的
物质。
(1)下列物质中,不属于合金的是　　　(填字母)。
A.硬铝 B.青铜 C.钢 D.水银
(2)合金相对于纯金属制成的金属材料来说,优点有　　　　　　　(填序号)。
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大　②一般合金的熔点比它的各成分金属的低　③改变原料的配比,改变生成合金的条件,可得到具有不同性能的合金　④合金比纯金属的导电性更强　⑤合金比纯金属的应用范围更广
(3)下表中是四种金属的熔、沸点:
金属 Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.79 1 083 660 1 538
沸点/℃ 882.9 2 567 2 467 2 861
其中不能形成合金的是　　　(填字母)。
①Cu与Na　②Fe与Cu　③Fe与Na　④Al与Na
A.①② B.①③ C.①④ D.②④
(4)(4分)黄铜是铜锌合金,将纯铜片和黄铜片互相刻画(如图所示),纯铜片上留下明显的划痕,说明
　。
(2)合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面优于其各成分金属,因此应用更广泛。合金的硬度一般比其各成分金属的硬度大,多数合金的熔点比其各成分金属的熔点低,但合金的导电性不一定比纯金属的强。
(3)当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时,它们就不可能熔合在一起而形成合金。
(4)将纯铜片和黄铜片互相刻画,纯铜片上留下明显的划痕,说明黄铜的硬度比纯铜的大。
16.(12分)A、B、C、D都是中学化学中的常见物质,其中A、B、C均含有同一种元素,四种物质在一定条件下的相互转化关系如图(部分反应中的水已略去)。根据题意回答下列问题。
(1)若在焰色试验中A、B、C的焰色均为黄色,C为厨房中的用品,D的过度排放会造成温室效应。
①A的化学式为　　　　,B的俗名为　　　　。
②反应Ⅱ的离子方程式是　 。
(2)若A、D均为单质,且A为气体,D元素的一种红棕色氧化物常用作颜料。
①反应Ⅱ的离子方程式是　 。
②反应Ⅲ的离子方程式是　 。
③检验B中阳离子最好的方法是 　 。
②C+CO2+H2O2HC
(2)①Fe+2Fe3+3Fe2+
②Cl2+2Fe2+2Cl-+2Fe3+
③取少量B的溶液于试管中,向其中滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,说明B中的阳离子是Fe3+
(2)若A、D均为单质,D元素的一种红棕色氧化物常用作颜料,为Fe2O3,则D为Fe。A为气体,由转化关系可知A具有强氧化性,将Fe氧化为高价态,可推知A为Cl2,B为FeCl3,C为FeCl2。
17.(18分)Ⅰ.铁元素的“价—类”二维图如图所示。
(1)C的化学式是　　　　(1分);E→F反应的化学方程式是　 ,
反应过程的现象为　 (3分)。
(2)维生素C可将H转化为G,维生素C具有　　　　(填“酸性”“氧化性”或“还原性”)。
(3)某化合物化学式为(NH4)2Fe(SO4)2,代表它的点是　　　　(填标号,1分);结合工业生产写出D→A的化学方程式:　 。
(4)某小组同学设计如下实验,研究亚铁盐与H2O2溶液的反应。
试剂:酸化的0.5 mol/L G溶液、5% H2O2溶液
操作 现象
取2 mL酸化的G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
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G溶液的反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。
②(3分)产生气泡的原因是　 。
Ⅱ.(5)实验室若要制备较纯净的Fe(OH)2,最重要的一点就是防止其被空气中的氧气氧化,具体方法是:用比水密度小的有机溶剂液封或者制备还原性气体先排除空气,即在无氧的环境下制备Fe(OH)2。基于上述理念选择可行的实验方案　　　　(填序号)。
(3)G　Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(合理即可)
(4)①1∶2　②铁离子能催化过氧化氢生成氧气
(5)①②④
(2)维生素C可将Fe3+还原为Fe2+,维生素C表现出还原性。
(3)(NH4)2Fe(SO4)2中铁元素化合价为+2价,即图中G点可表示(NH4)2Fe(SO4)2;工业生产中可用CO还原Fe2O3生成Fe,其化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
(4)①题述实验中H2O2溶液与G溶液的反应为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,即反应中氧化剂H2O2与还原剂Fe2+的物质的量之比为1∶2。②产生气泡的原因是Fe3+能催化H2O2生成O2。
(5)①首先稀硫酸和铁粉反应生成FeSO4和H2,排净装置中空气,再滴入NaOH溶液,反应生成Fe(OH)2沉淀,可行;②首先稀硫酸和铁粉反应生成FeSO4和H2,排净装置中空气,然后关闭a,A试管中压强增大,将生成的FeSO4溶液压入B试管中和NaOH反应生成Fe(OH)2沉淀,可行;③溶液直接暴露在空气中,反应生成的Fe(OH)2不能稳定存在,不可行;④苯能隔绝空气中O2的影响,生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间存在,可行。综上分析,①②④符合
题意。
18.(18分)高铝粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排放出的固体废物,含有较多的Al2O3和SiO2,少量的MgO、铁的氧化物及其他不溶性杂质。从粉煤灰中提取Al2O3的工艺流程如图
所示。
已知:SiO2不溶于水,也不溶于稀盐酸。
(1)“酸浸”时Al2O3和盐酸反应的离子方程式为　 ;
“酸浸”时控制温度在40 ℃左右不宜过高,原因是 　 。
(2)滤渣1中除了原不溶性杂质外,还有　　　　(填化学式,下同);滤渣2的主要成分有
　 。
(3)通入Cl2发生反应①的离子方程式为　 。
(4)“沉铝”中反应的化学方程式为　 ;
沉淀后的滤液需要减压蒸发才能得到NaHCO3固体,不采用常压蒸发的原因是
　(3分)。
(5)反应①可在如图所示装置中进行。B中使用多孔球泡并搅拌,目的是
　　　　　　　　 　　　;为了提高原料的利用率和生成物的产率,通入的速度应该
　　　　(填“迅速”或“缓慢”,1分)。
(2)SiO2　Fe(OH)3和Mg(OH)2
(3)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
(4)Na[Al(OH)4]+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3　常压蒸发需要温度较高,NaHCO3易分解,导致产品不纯
(5)使氯气与溶液充分接触,发生反应　缓慢
(2)粉煤灰中加入盐酸,Al2O3、MgO和铁的氧化物均与盐酸反应生成可溶性盐,所得滤渣1为原不溶性杂质和SiO2;反应①通入Cl2能将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,反应②中加入足量NaOH溶液得到的滤渣2为Fe(OH)3和 Mg(OH)2。
(3)由分析可写出反应①Fe2+与Cl2反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。
(4)“沉铝”即向Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2生成Al(OH)3和NaHCO3,其化学方程式为Na[Al(OH)4]+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3;由于NaHCO3受热易分解,常压蒸发需较高温度,NaHCO3易分解,导致产品不纯,减压蒸发则可降低水的沸点,减少NaHCO3的分解,故沉淀后的滤液需要减压蒸发才能得到NaHCO3固体,不采用常压蒸发。
(5)B中使用多孔球泡并搅拌,让Cl2与溶液充分接触,发生反应;为了提高原料的利用率和生成物的产率,应该缓慢通入Cl2。章末整合　素养提升
一、铁、铝及其化合物
1.铁及其化合物
铁及其化合物的“价—类”二维图
2.铝及其化合物
3.金属材料
思考1.请从物质类别角度认识铁及其化合物的转化关系。
提示:
(合理即可)。
思考2.请从元素价态角度分析铁及其化合物的性质。
提示:(以+2价铁与+3价铁相互转化为例)
思考3.实验室中如何检验Fe3+和Fe2+
提示:取少量样品溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,可证明溶液中有Fe3+;若溶液不变红,滴加新制氯水后,出现红色,说明溶液中含Fe2+。
思考4.请归纳常见金属(Na、Al、Fe)与常见非金属单质(O2、Cl2、S)反应的规律。
提示:O2、Cl2、S可与大多数金属化合,得到对应的氧化物、氯化物、硫化物。
具有多种价态的金属元素的单质,如Fe与Cl2、S化合时,分别得到高价氯化物(FeCl3)、低价硫化物(FeS)。
与氧气反应:a.非常活泼的金属如Na,在常温下即可与O2反应(Na2O),加热或点燃条件下,产物复杂(Na2O2);b.较活泼的金属(Al、Fe),在常温或高温下皆可与O2反应,如Al常温下即可与O2反应生成致密的氧化膜,铁丝在纯氧中燃烧生成Fe3O4(致密),但铁在空气中缓慢氧化,形成疏松的铁锈。
思考5.请整理常见金属(Na、Al、Fe)的置换反应规律。
提示:①与水反应:Na与冷水剧烈反应,Fe可与高温水蒸气反应生成Fe3O4和H2,Al与水不反应;②与酸反应:金属活动性顺序表中排在氢前面的金属可与酸发生置换反应,排在氢后面的金属不能与酸发生置换反应;③与盐反应:金属活动性顺序表中,前面的金属可把后面的金属从其盐溶液中置换出来,但能够与水反应的非常活泼的金属如Na等,与盐溶液反应时,应先考虑与水反应,生成的碱再与盐反应。
二、物质的量在化学方程式计算中的应用
思考6.以3.25 g Zn与足量盐酸反应,求产生标准状况下的H2的体积和生成ZnCl2的物质的量为例,说明物质的量用于化学方程式计算中遵循“上下一致,左右相当”原则。
提示:Zn+2HCl ZnCl2　+　H2↑
65 g 1 mol 22.4 L
3.25 g n(ZnCl2) V(H2)
检验食品中的铁元素
——验证含铁化合物的性质、存在
(1)提出问题:中医学自古以来就有“药食同源”(又称为“医食同源”)理论——这一理论认为许多食物既是食物也是药物,食物同样能够预防疾病,而且更加安全。查阅资料发现,菠菜、黑木耳、动物肝脏等都是食物中铁元素的主要来源。菠菜补铁是真的吗
(2)提出预测:菠菜、黑木耳中含有铁元素。
(3)实验探究。
[实验仪器]研钵、烧杯、剪刀、漏斗、玻璃棒、试管、滴管、滤纸。
[实验药品]菠菜、黑木耳、蒸馏水、氯水、KSCN溶液。
[实验步骤]
实验步骤 预期现象
步骤1:取10 g菠菜,洗净剪碎后放在研钵中研碎,然后把研碎的菠菜倒入烧杯中,向烧杯中加入适量水浸泡菠菜,半分钟后把烧杯中的菠菜汁过滤,取滤液置于试管中 —
步骤2:向盛有菠菜汁的试管中滴入几滴KSCN溶液 若不变红则证明菠菜中不含Fe3+,若变红,则证明菠菜中含有Fe3+
步骤3:继续向步骤2的菠菜汁中加入几滴氯水(或稀硝酸或H2O2溶液) 若步骤2中溶液不变红,加氯水后,溶液变红,则证明菠菜中含有Fe2+; 若步骤2中溶液变红,加氯水后红色加深,则证明菠菜中含有Fe2+,不加深则证明不含Fe2+
[实验结果]
步骤2:不变红。
步骤3:不变红。
结论:菠菜中不含易溶于水的Fe3+和Fe2+。
[讨论与改进]
查阅资料发现实验中可能存在以下问题:
(1)在实验中由于菠菜汁有颜色,所以对于实验现象的观察有一定的影响。
(2)菠菜中的铁元素以草酸亚铁的形式存在,100 g 菠菜约含2 mg铁,草酸亚铁是一种淡黄色的结晶性粉末,在冷水中的溶解度是0.022 g/100 g,属于难溶物。草酸亚铁加热易分解为其对应的氧化物。
(3)由于木耳等生物体含有大量多糖、胶质等有机化合物,铁元素很可能以复杂的有机铁的形式存在于木耳中,直接浸取铁离子溶出率很低。若改用黑木耳采用以上步骤可能存在同样问题。
问题1:实验中加入氯水的目的是什么
提示:将菠菜汁里的铁元素变成铁离子,从而进行检验。
问题2:实验中菠菜中的色素对溶液的颜色有一定的干扰,如何处理
提示:用活性炭吸附色素。
问题3:根据以上信息,想一想可以怎么改进这个实验。
提示:可以先将菠菜和黑木耳灼烧成灰,再溶解、过滤进行实验。
[知识整合提升]
检测物质中元素的一般思路
[成果展示]
新的实验方案
实验步骤 设计目的与预期
步骤1:将一定量(10 g)的菠菜叶(或黑木耳)剪碎,放入坩埚中,隔绝空气加热灼烧直至变成灰,将灰转移到烧杯中加稀硫酸溶解并过滤,向滤液中加入活性炭去除颜色干扰后再过滤,得到澄清滤液 草酸亚铁加热分解为氧化亚铁,氧化亚铁溶于稀硫酸方可得到含亚铁离子的溶液
步骤2:向盛有菠菜汁的试管中滴入几滴KSCN溶液 溶液不变红则证明菠菜中没有Fe3+
步骤3:继续向步骤2的菠菜汁中加入几滴氯水(或稀硝酸或H2O2溶液) 步骤2中溶液不变红,加氯水后,溶液变红,则证明菠菜中含有Fe2+
[实验结果]
步骤2:不变红。
步骤3:变红。
结论:菠菜、黑木耳中含有铁元素,价态为+2 价。
[跟踪训练]
1.(2024·安徽宣城期末)“检验菠菜中的铁元素”要经历下列步骤,有关实验装置或实验原理不合理的是(　　)
[A] 研磨 [B] 溶解
[C] 过滤 [D] 检验
【答案】 A
2.(2024·湖北荆州中学期末)某兴趣小组同学为探究黑木耳中含铁量,进行如下实验。
已知:ⅰ.黑木耳富含蛋白质、糖类、卵磷脂、铁及一些还原性物质(如维生素C)等。每100 g黑木耳含铁量高达185 mg。
ⅱ.紫红色的KMnO4溶液在酸性条件下具有强氧化性,其还原产物是无色的Mn2+。
ⅲ.K3[Fe(CN)6]与亚铁离子反应生成特征蓝色沉淀。
Ⅰ.为确定黑木耳中含有铁元素,甲同学设计实验方案如下。
(1)步骤②得到滤液A的操作是　　　　。
(2)步骤④检验Fe3+所用试剂是　　　　溶液。
(3)下列有关上述实验得出的结论是 (填字母,下同)。
a.黑木耳中一定含Fe2+和Fe3+
b.滤液A中一定含Fe2+和Fe3+
c.白色沉淀中一定含Fe(OH)2
Ⅱ.为测定黑木耳中铁元素的含量,乙同学设计实验方案如下。
(4)可选做试剂B的物质是　　　　。
a.Na　 　　b.Zn　 　　c.Fe　 　　d.Cu
(5)步骤⑦中观察到的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,反应的离子方程式为 　 。
(6)若乙同学实验操作规范,但测得含铁量远大于实际的含量,其可能的原因是
　 。
【答案】 (1)过滤　(2)KSCN　(3)bc　(4)d
(5)酸性高锰酸钾溶液紫红色褪去　5Fe2++Mn+8H+5Fe3++Mn2++4H2O　(6)黑木耳中还含有其他还原性物质(或黑木耳中还含有维生素C)
(时间:30分钟　分值:46分)
1.(11分)(2025·江苏南京期中)久置的硫酸亚铁溶液中会产生沉淀物,沉淀物中含难溶的碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]和析出的硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)。以该沉淀物制取硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)的流程如图所示。
(1)某同学用密度为1.84 g/cm3、质量分数为98%的浓硫酸配制100 mL 4.6 mol/L的稀硫酸。需98%的浓硫酸的体积为　　　　。
(2)写出“酸溶”时Fe(OH)SO4反应的离子方程式:　 。
(3)选用最合适的金属X,写出“还原”反应的离子方程式:　 。
(4)检验“还原”反应后,溶液中是否存在Fe3+的试剂是　　　　。
(5)(3分)为验证碱式硫酸铁中含有S,可进行如下实验,补充完整实验方案:取少量含难溶碱式硫酸铁和硫酸亚铁晶体的沉淀物,
　,
则含有S。
【答案】 (1)25.0 mL
(2)Fe(OH)SO4+H+Fe3++S+H2O
(3)2Fe3++Fe3Fe2+
(4)KSCN溶液
(5)加入足量水充分溶解,过滤,直至最后一次洗涤液中用BaCl2溶液检验不再产生白色沉淀,向滤渣中加入过量稀盐酸溶解,再加入BaCl2溶液,若产生白色沉淀
【解析】 (1)98%的浓硫酸的浓度为=18.4 mol/L,稀释前后溶质的物质的量不变,故需98%的浓硫酸的体积为=0.025 L=25.0 mL。
(2)“酸溶”时Fe(OH)SO4与稀硫酸反应生成 Fe2(SO4)3 和水,其离子方程式为Fe(OH)SO4+
H+Fe3++S+H2O。
(3)酸溶后得到 Fe2(SO4)3溶液,可加入铁粉将Fe3+还原,即最适合的金属X为铁,“还原”反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+。
(4)Fe3+遇KSCN溶液变为红色,故可用KSCN溶液检验“还原”反应后,溶液中是否存在Fe3+。
(5)硫酸亚铁晶体中含有S,对检验碱式硫酸铁中是否含有S形成干扰,故先排除硫酸亚铁晶体的干扰,然后检验碱式硫酸铁中是否含有S,利用碱式硫酸铁难溶、硫酸亚铁晶体溶于水排除干扰,利用Fe(OH)SO4与盐酸反应,再加入BaCl2溶液,若有白色沉淀生成,则含S。
2.(10分)(2025·湖南长沙阶段检测)印刷电路板(PCB)是用腐蚀液(FeCl3溶液)将覆铜板上的部分铜腐蚀而制得的。一种制作PCB并将腐蚀后的废液(金属离子主要含Fe3+、Cu2+、Fe2+)回收再生的流程如图所示,请回答下列问题。
(1)腐蚀池中发生反应的离子方程式是 　 。
(2)由置换池中得到固体的操作名称是　　　　。
(3)在未通Cl2前,再生池中的金属阳离子的检验方法是 　 。
(4)向再生池中通入Cl2使废液再生又得到FeCl3溶液,可替代氯气的试剂有　　 　　(填字母)。
A.酸性KMnO4溶液 B.氯水
C.溴水 D.H2O2溶液
(5)已知Fe3+和Cu2+对H2O2分解有催化作用。为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。
图甲可通过观察产生气泡的快慢,定性比较得出结论。有同学提出将0.1 mol/L FeCl3溶液改为 0.05 mol/L Fe2(SO4)3溶液更为合理,理由是
。
【答案】 (1)Cu+2FC+2F
(2)过滤
(3)取适量溶液于试管中,先滴加KSCN溶液,溶液无明显变化,再加入适量H2O2,溶液变为红色
(4)BD
(5)将FeCl3溶液改为Fe2(SO4)3溶液后与CuSO4溶液对比,只有阳离子不同,从而排除阴离子不同带来的干扰
【解析】 (1)腐蚀池中Cu和FeCl3发生氧化还原反应生成FeCl2和CuCl2,其反应的离子方程式是Cu+2FC+2F。
(2)分离难溶性固体和溶液采用过滤方法,即由置换池中得到固体的操作是过滤。
(3)未通Cl2前,再生池中含Fe2+,检验方法是取适量溶液于试管中,先滴加KSCN溶液,溶液无明显变化,再加入适量H2O2,溶液变为红色。
(4)酸性KMnO4溶液也能氧化Cl-,A错误;氯水能将Fe2+氧化为Fe3+,且不引入杂质,B正确;溴水会引入Br-,C错误;H2O2溶液能将Fe2+氧化为Fe3+,且不引入杂质,D正确。
(5)将0.1 mol/L FeCl3溶液改为0.05 mol/L Fe2(SO4)3 溶液更为合理,因为FeCl3和CuSO4除了阳离子不同外,阴离子也不同,若换成Fe2(SO4)3 溶液可排除阴离子差异带来的影响。
3.(10分)(2025·山东烟台期中)铜和Fe2O3在工农业生产中用途广泛,用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,其中Cu的化合价为+2价、Fe的化合价为+2价)制取铜和Fe2O3的工艺流程如图所示。
已知:FeS+2HClFeCl2+H2S↑、2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。
(1)高温焙烧时发生的反应是CuFeS2+O2SO2+FeS+Cu,该反应中,氧化剂是　 ;
0.5 mol O2参加反应时,反应中转移电子的物质的量为　　　　 mol。
(2)Cl2具有较强的氧化性,Fe2+具有较强的还原性,写出向滤液A中通入氯气的离子方程式: 。
(3)向滤液B中通入NH3后发生反应的离子方程式为 　 。
(4)工业上用生物法处理H2S的原理(硫杆菌作催化剂):
H2S+Fe2(SO4)3S↓+2FeSO4+H2SO4,4FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O
由图甲和图乙判断使用硫杆菌的最佳条件为　　　　　　　　　。
【答案】 (1)CuFeS2、O2　3
(2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
(3)Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N
(4)温度为30 ℃,pH=2.0
【解析】 (1)根据化学方程式可知,CuFeS2中铜元素化合价由+2价降为0价,O2中氧元素化合价由0价降为-2价,CuFeS2和O2是氧化剂;当有 1 mol O2参与反应时,同时有1 mol Cu2+得电子生成Cu,共转移6 mol电子,则0.5 mol O2参加反应时转移电子的物质的量是×6 mol=3 mol。
(2)结合图示流程可知,酸溶后得到的滤液A中含FeCl2,通入Cl2能将Fe2+氧化成Fe3+,其离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。
(3)滤液B中含FeCl3,通入NH3反应生成 Fe(OH)3红褐色沉淀和NH4Cl,其离子方程式为Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N。
(4)从图像中分析可知,使用硫杆菌的最佳条件是Fe2+氧化速率最大时,需要的温度和溶液pH分别为30 ℃、pH=2.0。
4.(15分)(2024·江苏苏南八校联考)硫酸亚铁是重要的化工原料,以硫酸亚铁为原料可以获得下列物质:
(1)保存硫酸亚铁溶液时,为防止FeSO4溶液氧化变质,常在硫酸亚铁溶液中加入少量
　　　　(填化学名称)。检验第①步反应后FeSO4溶液已被完全氧化的操作是　
　。
(2)制备Fe4(OH)2(SO4)5:第①步反应的离子方程式为　 。
(3)氧化共沉淀法制备纳米Fe3O4。
Ⅰ.氧化Fe2+生成FeO(OH):将FeSO4溶液用NaOH溶液调节pH至a,再加入H2O2溶液,立即得到FeO(OH)红棕色悬浊液。上述反应完成后,测得a与FeO(OH)产率及其生成后溶液pH的关系,结果如下。
(常温下:pH=7为中性;pH>7呈碱性,pH越大碱性越强;pH<7呈酸性,pH越小酸性越强)
a 7.0 8.0 9.0
FeO(OH)的产量 <50% 95% >95%
FeO(OH)生成 后溶液pH 接近4 接近4 接近4
经检验:当a=7时,产物中存在大量Fe2O3,对Fe2O3的产生提出两种假设。
ⅰ.反应过程中溶液酸性增强,导致FeO(OH)向Fe2O3转化;
ⅱ.溶液中存在少量Fe2+,导致FeO(OH)向Fe2O3转化。
①(3分)经分析,假设ⅰ不成立的实验依据是
　(结合反应方程式解释)。
②(3分)如果假设ⅱ是成立的,则随a增大FeO(OH)产量增大的原因是
　。
Ⅱ.FeO(OH)与Fe2+共沉淀:共沉淀时的反应条件对产物纯度和产率的影响极大。已知N=,其他条件一定时,测得纳米Fe3O4的产率随N的变化曲线如图所示。
③(3分)经理论分析,N=2共沉淀时纳米Fe3O4产率应最高,事实并非如此的原因可能是
　 。
【答案】 (1)铁粉　取适量溶液于试管中,加入几滴铁氰化钾溶液,不生成蓝色沉淀,则已被完全氧化
(2)2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O
(3)①2Fe2++4OH-+H2O22FeO(OH)+2H2O,反应消耗OH-,a=8或a=9时反应后溶液pH均接近4,即反应过程中溶液酸性均增强
②a越大,溶液的碱性就越强,发生反应2Fe2++4OH-+H2O22FeO(OH)+2H2O,反应进行的程度就越大,得到的FeO(OH)就越多
③实际操作过程中会有部分Fe2+被氧气氧化为Fe3+,参与共沉淀的Fe2+减少,导致纳米Fe3O4产率减小
【解析】 (1)保存FeSO4溶液时,为防止FeSO4溶液氧化变质,常在溶液中加入少量铁粉。检验第①步反应后FeSO4溶液已被完全氧化的操作是取适量溶液于试管中,加入几滴铁氰化钾溶液,不生成蓝色沉淀,则已被完全氧化。
(2)制备Fe4(OH)2(SO4)5的第①步是向硫酸酸化的FeSO4溶液中加入H2O2溶液,其反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O。
(3)①向FeSO4溶液中加入NaOH溶液,并加入H2O2溶液,发生反应2Fe2++4OH-+H2O22FeO(OH)+2H2O,反应消耗OH-,使溶液pH减小;当a=8或a=9时反应后溶液pH均接近4,即反应过程中溶液酸性均增强,说明假设ⅰ不成立。②溶液中含有一定浓度的Fe2+,会导致FeO(OH) 向Fe2O3的转化,根据表中数据分析可知,a越大,溶液的碱性就越强,可发生反应2Fe2++4OH-+H2O22FeO(OH)+2H2O,因而反应产生的FeO(OH)就越多。③经理论分析,N=2共沉淀时纳米Fe3O4产率应最高,事实并非如此,可能是实际操作过程中会有部分Fe2+被氧气氧化为Fe3+,参与共沉淀的Fe2+减少,导致纳米Fe3O4产率减小。
第三章　检测试题
(限时:75分钟　分值:100分)
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意。
1.氯化铁是一种重要的盐。下列说法不正确的是(　　)
[A] 氯化铁属于电解质
[B] 氯化铁溶液可腐蚀覆铜板
[C] 氯化铁可由铁与盐酸反应制得
[D] 氯化铁溶液可制备氢氧化铁胶体
【答案】 C
【解析】 氯化铁属于盐类,是电解质,A正确;氯化铁溶液与铜反应生成氯化铜和氯化亚铁,可腐蚀覆铜板,B正确;铁单质与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,C错误;向沸水中滴加饱和氯化铁溶液,继续煮沸至液体呈红褐色,停止加热,可得到氢氧化铁胶体,D正确。
2.现代社会的发展与进步离不开材料。下列有关材料的说法不正确的是(　　)
[A] 不锈钢是含碳量较高的铁碳合金,是制造飞机和飞船的理想材料
[B] 一共有17种稀土金属元素,在科技、生产中有广泛的应用,被誉为新材料的宝库
[C] 储氢合金是一种能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料
[D] 喷气式飞机的发动机叶片是由镍、铁、碳和钴组成的镍钴合金制成的,能承受1 100 ℃的高温
【答案】 A
【解析】 不锈钢是铁碳合金,含碳量较低,A错误;稀土金属是镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称,主要用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、荧光和电子材料等工业,被誉为新材料的宝库,B正确;储氢合金是一类能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料,便于氢的储运,C正确;飞机的发动机叶片是由镍、铁、碳和钴组成的耐高温的镍钴合金制成的,D正确。
3.我国传统文化中蕴含着许多化学知识。下列说法错误的是(　　)
[A] “熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”,该反应类型为置换反应
[B] “雨过天青云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁
[C] “司南之杓,投之于地,其柢指南”,司南中“杓”的材质为Fe3O4
[D] “凡铁分生熟,出炉未炒则生,既炒则熟”中的“炒”为氧化除碳过程
【答案】 B
【解析】 “熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”是指铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,属于置换反应,A正确;氧化铁为红棕色固体,瓷器的青色不可能来自氧化铁,B错误;用天然磁铁矿石琢成一个杓形的东西,放在一个光滑的盘上,盘上刻着方位,利用磁铁指南可以辨别方向,则“杓”的材质是具有磁性的Fe3O4,C正确;生铁是铁碳合金,为降低含碳量,可以通过“炒”制,即通过灼烧,将生铁中碳元素氧化变为CO2气体除去,D正确。
4.下列反应的离子方程式正确的是(　　)
[A] Fe粉溶于稀硫酸:2Fe+6H+2Fe3++3H2↑
[B] Fe(OH)3与醋酸:Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
[C] 纳米铁粉处理酸性含N的废水:Fe+N+2H2OFe3++NO↑+4OH-
[D] 铁的发蓝处理:9Fe+8H2O+4N3Fe3O4+4NH3↑+4OH-
【答案】 D
【解析】 Fe与稀硫酸反应生成FeSO4和H2,即离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑,A错误;醋酸是弱酸,书写离子方程式时其化学式不能拆,其离子方程式为Fe(OH)3+
3CH3COOHFe3++3CH3COO-+3H2O,B错误;酸性废水中不能存在大量OH-,其离子方程式为Fe+N+4H+Fe3++NO↑+2H2O,C错误;铁的发蓝原理是用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的Fe3O4,所给离子方程式正确,D正确。
5.下列关于铝及其化合物的性质、用途的说法不正确的是(　　)
[A] 铝粉和氢氧化钠混合物可用作下水道疏通剂
[B] 可用NaOH溶液除去Fe2O3粉末中少量的Al2O3
[C] 铝的氧化膜致密且熔点高,从而能保护内部金属
[D] 铝制品廉价易得,适用于厨房制作和长期存放各类食物
【答案】 D
【解析】 铝和氢氧化钠遇水反应放出大量的热,加快氢氧化钠对毛发等淤积物的腐蚀,同时产生氢气增大管道内的气压,利于疏通,所以铝粉和氢氧化钠混合物可用作下水道疏通剂,故A正确;Al2O3和NaOH溶液反应生成可溶性的四羟基合铝酸钠,所以可用NaOH溶液除去Fe2O3粉末中少量的Al2O3,故B正确;铝和氧气反应生成的氧化膜致密且熔点高,从而能保护内部金属,故C正确;铝能够与酸、碱发生反应,铝制品不能长期存放酸性或碱性较强的食物,故D不正确。
6.下列关于合金的说法错误的是(　　)
[A] 硬铝的密度小、强度高,是制造飞机和航天器的理想材料
[B] Ti-Fe合金和La-Ni合金等新型储氢合金可用于以氢气为燃料的汽车
[C] 常见的一些合金的硬度小于其主要成分金属的,熔点低于其主要成分金属
[D] 生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量高
【答案】 C
【解析】 硬铝具有硬度大、密度小等性能,是制造飞机和航天器的理想材料,A正确;新型储氢合金能大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物,室温下吸、放氢速率大,可用于以氢气为能源的汽车,B正确;合金硬度大于其主要成分金属,熔点低于其主要成分金属,C错误;生铁的含碳量比钢的高,D正确。
7.金属及其化合物的转化关系是化学学习的重要内容之一。下列各组物质的转化关系,不能均由一步反应实现的是(　　)
[A] Na→NaOH→Na2CO3→NaCl
[B] Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4
[C] Al→Al2O3→Al(OH)3→AlCl3
[D] Fe→FeCl2→Fe(OH)2→Fe(OH)3
【答案】 C
【解析】 A项Na→NaOH→Na2CO3→NaCl中反应的化学方程式分别为2Na+2H2O2NaOH+H2↑、2NaOH+CO2Na2CO3+H2O、Na2CO3+CaCl2CaCO3↓+2NaCl,均能一步实现,不符合题意;B项Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4中反应的化学方程式分别为Mg+2HClMgCl2+H2↑、MgCl2+2NaOH2NaCl+Mg(OH)2↓、Mg(OH)2+H2SO4MgSO4+2H2O,均能一步实现,不符合题意;C项,氧化铝和水不反应,所以不能一步生成氢氧化铝,符合题意;D项Fe→FeCl2→Fe(OH)2→Fe(OH)3中反应的化学方程式分别是Fe+
2HClFeCl2+H2↑、FeCl2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaCl、4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,均能一步实现,不符合题意。
8.为检验某溶液中的离子,某同学设计如下实验:
根据上述实验不能确定该溶液中是否含有(　　)
[A] Fe2+ [B] Fe3+ [C] Cl- [D] S
【答案】 D
【解析】 生成白色沉淀说明原溶液中含有Cl-,加入KSCN溶液,无明显现象,然后加入氯水,溶液变红,说明原溶液中含有Fe2+,不含有Fe3+,D符合题意。
9.某溶液与Al反应能放出H2,下列离子在该溶液中一定能大量共存的是(　　)
[A] N、Fe3+、Cl-、S
[B] Na+、K+、Cl-、S
[C] Fe2+、H+、Cl-、S
[D] K+、Ca2+、Cu2+、Cl-
【答案】 B
【解析】 某溶液与Al反应能放出H2,则该溶液可能是强酸性溶液也可能是强碱性溶液,据此分析解题。若为碱性溶液,N、Fe3+、Fe2+、H+、Cu2+均和OH-反应,A、C、D均不符合题意;Na+、K+、Cl-、S与H+或OH-均不反应,能大量共存,B符合题意。
10.向一定质量含有Fe、FeO、Fe2O3的混合物中,加入50 mL 2.0 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,并放出标准状况下448 mL气体(溶液体积变化忽略不计),向所得溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红,若用足量的CO在高温下还原相同质量的该混合物,最多能得到单质铁的质量是(　　)
[A] 2.8 g [B] 5.6 g [C] 8.4 g [D] 11.2 g
【答案】 A
【解析】 由题意可知,混合物与盐酸恰好完全反应得到FeCl2溶液,由氯原子个数守恒和电荷守恒可知,混合物中铁元素的物质的量为=0.05 mol,由铁原子个数守恒可知,若用足量CO在高温下还原相同质量的该混合物,最多得到单质铁的质量为
0.05 mol×56 g/mol=2.8 g,A正确。
11.甲同学用FeCl2溶液和烧碱溶液制备Fe(OH)2;乙同学用如图装置制备Fe(OH)2,为了防止生成的产物被氧化。下列说法不正确的是(　　)
[A] 配制溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
[B] 甲同学可在FeCl2溶液的上面加一层植物油,以隔绝空气
[C] 甲同学向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴可以伸入试管内
[D] 乙同学应该先关闭止水夹,一段时间后再打开止水夹
【答案】 D
【解析】 配制溶液时为防止水中溶解的氧气氧化亚铁离子,应先加热煮沸蒸馏水除去溶解的氧,故A正确;植物油的密度比水的小,浮在水面上可以起到隔绝空气的作用,能防止亚铁离子被氧化,故B正确;向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液,为防止空气中的氧气被带入溶液中,可将胶头滴管尖嘴直接伸入试管内,再挤出烧碱溶液,故C正确;实验过程中应先打开止水夹,让产生的氢气排尽装置内的空气,以防亚铁离子被氧化,故D不正确。
12.为了探究铁及其化合物的氧化性和还原性,某同学设计如下实验方案,其中符合实验要求且正确的是(　　)
选项 实验操作 实验现象 离子方程式 实验结论
[A] 在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水 浅绿色溶液变成棕黄色溶液 2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- Fe2+具有还原性
[B] 在氯化亚铁溶液中加入锌片 浅绿色溶液变成无色溶液 Fe2++ZnFe+Zn2+ Fe2+具有还原性
[C] 在氯化铁溶液中加入铁粉 棕黄色溶液变成浅绿色溶液 Fe3++Fe2Fe2+ 铁单质具有还原性
[D] 在氯化铁溶液中加入铜粉 棕黄色溶液变成蓝色溶液 2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ Fe3+具有还原性
【答案】 A
【解析】 Fe2+具有还原性,在氯化亚铁溶液中滴加新制氯水,Fe2+被氯气氧化成Fe3+,溶液由浅绿色变成棕黄色,故A正确;Fe2+具有氧化性,Zn具有还原性,在氯化亚铁溶液中加入锌片,锌与Fe2+发生置换反应生成Fe和无色的Zn2+,溶液由浅绿色变成无色,故B错误;氯化铁溶液与铁粉反应生成氯化亚铁,反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+,故C错误;氯化铁溶液与铜粉反应生成氯化亚铁和氯化铜,溶液由棕黄色变为蓝色,说明Fe3+具有氧化性,故D错误。
13.某混合物a中含有 KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3,在一定条件下可实现如图所示的物质之间的变化:
据此,下列说法正确的是(　　)
[A] d为白色沉淀,b为红色固体
[B] 过程①中反应的离子方程式为Al2O3+2OH-2[Al(OH)4]-
[C] 若把适量盐酸换成过量盐酸,也能实现图中过程
[D] 图中各物质间的转化不包括氧化还原反应
【答案】 D
【解析】 KAl(SO4)2溶于水,Al2O3和Fe2O3均不溶于水,沉淀c为Al2O3、Fe2O3的混合物,反应①中Al2O3溶解,所得沉淀d为红棕色的Fe2O3,②为KAl(SO4)2与氨水反应生成Al(OH)3沉淀,经④受热分解生成的b为白色的Al2O3,A错误;由分析可知,过程①的反应为Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-,B错误;向Na[Al(OH)4]溶液中加入过量盐酸生成AlCl3,得不到Al(OH)3沉淀,无法实现题图中过程,C错误;题图中各物质间的转化均无元素化合价的变化,没有氧化还原反应,D正确。
14.废旧镀锌铁皮除去锌后,可用于制备磁性Fe3O4纳米粒子,工艺流程如图所示。
下列有关说法不正确的是(　　)
[A] “碱洗”是为了去除废旧镀锌铁皮表面的油污
[B] “氧化”时氧化剂和还原剂的物质的量之比为 1∶2
[C] “氧化”后的溶液中金属阳离子主要有Fe2+、Fe3+、Na+
[D] 用激光笔照射“加热沉铁”后所得分散系,产生丁达尔效应
【答案】 A
【解析】 Zn和Al性质类似,向废旧镀锌铁皮中加入NaOH溶液碱洗,可除去其表面油污和锌,Zn和NaOH溶液反应生成Na2[Zn(OH)4],进入滤液,从而分离出铁,A不正确;“酸溶”时Fe与稀硫酸反应生成FeSO4和H2,加入NaClO溶液,“氧化”时部分Fe2+发生反应2Fe2++ClO-+2H+2Fe3++Cl-+H2O,反应中氧化剂ClO-、还原剂Fe2+的物质的量之比为
1∶2,B正确;由于部分Fe2+被氧化,即“氧化”后的溶液中金属阳离子主要有Fe2+、Fe3+、Na+,C正确;先通入N2排尽空气[防止后续生成的Fe(OH)2被氧化],加入NaOH溶液“加热沉铁”后,所得分散系为Fe3O4纳米粒子形成的胶体,能产生丁达尔效应,D正确。
二、非选择题:本题共4小题,每空2分,分值不同题空另行标注,共58分。
15.(10分)合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的
物质。
(1)下列物质中,不属于合金的是　　　(填字母)。
A.硬铝 B.青铜 C.钢 D.水银
(2)合金相对于纯金属制成的金属材料来说,优点有　　　　　　　(填序号)。
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大　②一般合金的熔点比它的各成分金属的低　③改变原料的配比,改变生成合金的条件,可得到具有不同性能的合金　④合金比纯金属的导电性更强　⑤合金比纯金属的应用范围更广
(3)下表中是四种金属的熔、沸点:
金属 Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.79 1 083 660 1 538
沸点/℃ 882.9 2 567 2 467 2 861
其中不能形成合金的是　　　(填字母)。
①Cu与Na　②Fe与Cu　③Fe与Na　④Al与Na
A.①② B.①③ C.①④ D.②④
(4)(4分)黄铜是铜锌合金,将纯铜片和黄铜片互相刻画(如图所示),纯铜片上留下明显的划痕,说明
　。
【答案】 (1)D　(2)①②③⑤　(3)B　(4)黄铜的硬度比纯铜的硬度大
【解析】 (1)硬铝是由铝、铜、镁、锰等金属形成的合金;青铜是铜锡合金;钢是铁碳合金;而水银是纯净的汞单质。
(2)合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面优于其各成分金属,因此应用更广泛。合金的硬度一般比其各成分金属的硬度大,多数合金的熔点比其各成分金属的熔点低,但合金的导电性不一定比纯金属的强。
(3)当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时,它们就不可能熔合在一起而形成合金。
(4)将纯铜片和黄铜片互相刻画,纯铜片上留下明显的划痕,说明黄铜的硬度比纯铜的大。
16.(12分)A、B、C、D都是中学化学中的常见物质,其中A、B、C均含有同一种元素,四种物质在一定条件下的相互转化关系如图(部分反应中的水已略去)。根据题意回答下列问题。
(1)若在焰色试验中A、B、C的焰色均为黄色,C为厨房中的用品,D的过度排放会造成温室效应。
①A的化学式为　　　　,B的俗名为　　　　。
②反应Ⅱ的离子方程式是　 。
(2)若A、D均为单质,且A为气体,D元素的一种红棕色氧化物常用作颜料。
①反应Ⅱ的离子方程式是　 。
②反应Ⅲ的离子方程式是　 。
③检验B中阳离子最好的方法是 　 。
【答案】 (1)①NaOH　纯碱(或苏打)
②C+CO2+H2O2HC
(2)①Fe+2Fe3+3Fe2+
②Cl2+2Fe2+2Cl-+2Fe3+
③取少量B的溶液于试管中,向其中滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,说明B中的阳离子是Fe3+
【解析】 (1)若在焰色试验中A、B、C的焰色均为黄色,则均含有Na,D的过度排放会造成温室效应,D为CO2,C为厨房中的用品,结合图示转化关系,知C为NaHCO3。
(2)若A、D均为单质,D元素的一种红棕色氧化物常用作颜料,为Fe2O3,则D为Fe。A为气体,由转化关系可知A具有强氧化性,将Fe氧化为高价态,可推知A为Cl2,B为FeCl3,C为FeCl2。
17.(18分)Ⅰ.铁元素的“价—类”二维图如图所示。
(1)C的化学式是　　　　(1分);E→F反应的化学方程式是　 ,
反应过程的现象为　 (3分)。
(2)维生素C可将H转化为G,维生素C具有　　　　(填“酸性”“氧化性”或“还原性”)。
(3)某化合物化学式为(NH4)2Fe(SO4)2,代表它的点是　　　　(填标号,1分);结合工业生产写出D→A的化学方程式:　 。
(4)某小组同学设计如下实验,研究亚铁盐与H2O2溶液的反应。
试剂:酸化的0.5 mol/L G溶液、5% H2O2溶液
操作 现象
取2 mL酸化的G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
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G溶液的反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。
②(3分)产生气泡的原因是　 。
Ⅱ.(5)实验室若要制备较纯净的Fe(OH)2,最重要的一点就是防止其被空气中的氧气氧化,具体方法是:用比水密度小的有机溶剂液封或者制备还原性气体先排除空气,即在无氧的环境下制备Fe(OH)2。基于上述理念选择可行的实验方案　　　　(填序号)。
【答案】 (1)Fe3O4　4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3　白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色　(2)还原性
(3)G　Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(合理即可)
(4)①1∶2　②铁离子能催化过氧化氢生成氧气
(5)①②④
【解析】 (1)结合图示可知,C为氧化物且铁元素化合价有+2价和+3价,即C为Fe3O4;E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3,则E→F为Fe(OH)2和O2、水反应生成Fe(OH)3,其化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,反应过程的现象为白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色。
(2)维生素C可将Fe3+还原为Fe2+,维生素C表现出还原性。
(3)(NH4)2Fe(SO4)2中铁元素化合价为+2价,即图中G点可表示(NH4)2Fe(SO4)2;工业生产中可用CO还原Fe2O3生成Fe,其化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
(4)①题述实验中H2O2溶液与G溶液的反应为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,即反应中氧化剂H2O2与还原剂Fe2+的物质的量之比为1∶2。②产生气泡的原因是Fe3+能催化H2O2生成O2。
(5)①首先稀硫酸和铁粉反应生成FeSO4和H2,排净装置中空气,再滴入NaOH溶液,反应生成Fe(OH)2沉淀,可行;②首先稀硫酸和铁粉反应生成FeSO4和H2,排净装置中空气,然后关闭a,A试管中压强增大,将生成的FeSO4溶液压入B试管中和NaOH反应生成Fe(OH)2沉淀,可行;③溶液直接暴露在空气中,反应生成的Fe(OH)2不能稳定存在,不可行;④苯能隔绝空气中O2的影响,生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间存在,可行。综上分析,①②④符合
题意。
18.(18分)高铝粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排放出的固体废物,含有较多的Al2O3和SiO2,少量的MgO、铁的氧化物及其他不溶性杂质。从粉煤灰中提取Al2O3的工艺流程如图
所示。
已知:SiO2不溶于水,也不溶于稀盐酸。
(1)“酸浸”时Al2O3和盐酸反应的离子方程式为　 ;
“酸浸”时控制温度在40 ℃左右不宜过高,原因是 　 。
(2)滤渣1中除了原不溶性杂质外,还有　　　　(填化学式,下同);滤渣2的主要成分有
　 。
(3)通入Cl2发生反应①的离子方程式为　 。
(4)“沉铝”中反应的化学方程式为　 ;
沉淀后的滤液需要减压蒸发才能得到NaHCO3固体,不采用常压蒸发的原因是
　(3分)。
(5)反应①可在如图所示装置中进行。B中使用多孔球泡并搅拌,目的是
　　　　　　　　 　　　;为了提高原料的利用率和生成物的产率,通入的速度应该
　　　　(填“迅速”或“缓慢”,1分)。
【答案】 (1)Al2O3+6H+2Al3++3H2O　防止盐酸挥发
(2)SiO2　Fe(OH)3和Mg(OH)2
(3)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
(4)Na[Al(OH)4]+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3　常压蒸发需要温度较高,NaHCO3易分解,导致产品不纯
(5)使氯气与溶液充分接触,发生反应　缓慢
【解析】 (1)“酸浸”时Al2O3与盐酸反应,生成AlCl3和水,其离子方程式为Al2O3+6H+2Al3++3H2O;“酸浸”时温度过高,盐酸易挥发,故控制温度在40 ℃左右。
(2)粉煤灰中加入盐酸,Al2O3、MgO和铁的氧化物均与盐酸反应生成可溶性盐,所得滤渣1为原不溶性杂质和SiO2;反应①通入Cl2能将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,反应②中加入足量NaOH溶液得到的滤渣2为Fe(OH)3和 Mg(OH)2。
(3)由分析可写出反应①Fe2+与Cl2反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。
(4)“沉铝”即向Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2生成Al(OH)3和NaHCO3,其化学方程式为Na[Al(OH)4]+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3;由于NaHCO3受热易分解,常压蒸发需较高温度,NaHCO3易分解,导致产品不纯,减压蒸发则可降低水的沸点,减少NaHCO3的分解,故沉淀后的滤液需要减压蒸发才能得到NaHCO3固体,不采用常压蒸发。
(5)B中使用多孔球泡并搅拌,让Cl2与溶液充分接触,发生反应;为了提高原料的利用率和生成物的产率,应该缓慢通入Cl2。

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