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第二单元　探究铁及其化合物的转化
基础巩固
1.下列离子方程式中正确的是(　　)。
A.铁与盐酸反应:2Fe+6H+2Fe3++3H2↑
B.氯气与氯化亚铁溶液反应:2FeCl2+Cl22FeCl3
C.氯化铁溶液与铁反应:Fe3++Fe2Fe2+
D.氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应:Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
答案:D
2.能验证某溶液中含有Fe2+、不含Fe3+的实验事实是(　　)。
A.向溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红
B.向溶液中滴加KSCN溶液,无明显变化;再滴加几滴氯水,溶液变红
C.向溶液中依次滴加氯水、KSCN溶液,溶液变红
D.向溶液中滴加少量NaOH溶液,产生红褐色沉淀
答案:B
3.某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列实验。
从分类角度分析下列说法正确的是(　　)。
A.实验①③反应制得的物质均为纯净物
B.实验②③均未发生化学反应
C.实验①中发生的反应既是化合反应又是氧化还原反应
D.实验①②所涉及的物质均为电解质或非电解质
答案:C
解析:实验③得到的是氢氧化铁胶体,是混合物,A项错误;实验②中的溶解主要是物理变化,实验③中发生的是复分解反应,B项错误;实验①中发生的反应为2Fe+3Cl22FeCl3,既是化合反应又是氧化还原反应,C项正确;实验①中的铁和氯气均是单质,既不是电解质也不是非电解质,D项错误。
4.向FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的是(　　)。
A.加入KSCN溶液一定不变血红色
B.溶液中一定含有Fe3+
C.溶液中可能含Cu2+
D.剩余固体中一定有铜
答案:B
解析:从反应后固体成分分析,有两种情况:①当固体为铁、铜时,由于Fe剩余,溶液中的Fe3+、Cu2+全部参加反应生成Fe2+和Cu,反应的化学方程式为2FeCl3+Fe3FeCl2, CuCl2+FeCu+FeCl2,所以溶液中一定没有Fe3+、Cu2+,一定含有Fe2+;②当固体为铜时,溶液中一定没有Fe3+,Cu2+可能与铁恰好全部反应或部分反应生成Fe2+和Cu,所以溶液中一定没有Fe3+,可能含有Cu2+,一定含有Fe2+。通过以上分析可知,溶液中一定不含Fe3+,所以加入KSCN溶液不变血红色,A项正确,B项错误;当固体为铜时,溶液中可能含有Cu2+,C项正确;剩余固体可能是Fe、Cu,还可能是Cu,即剩余固体中一定有Cu,D项正确。
5.实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2,为使生成的产物不易被氧化,下列说法不正确的是(　　)。
A.配制FeCl2和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
B.可在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气
C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管内
D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管
答案:C
解析:FeCl2和烧碱溶液要现用现配,且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去溶于其中的氧气,确保Fe(OH)2在无氧的环境里生成,A项正确;在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层植物油,以隔绝空气防止氧气溶入,B项正确;向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中,防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气而溶有氧气,C项错误;产生Fe(OH)2沉淀后,若振荡试管,会增大沉淀与空气的接触机会,使沉淀更易被氧化,D项正确。
6.如下图所示,此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。请回答下列问题。
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中的烧瓶应预先加入的药品是　　　。A中反应的离子方程式是　 　 　 　 　 　 　 　 　　。
(2)实验开始时先将止水夹a　　　　(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程: 　 　 　 　 　 　 　 　 　。
(4)实验完毕,打开b处止水夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生的反应为 　。
答案:(1)铁屑　Fe+2H+Fe2++H2↑
(2)打开
(3)待A装置反应一段时间后关闭止水夹a,产生的H2将FeSO4溶液压入B中进行反应
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
解析:铁与硫酸发生反应Fe+2H+Fe2++H2↑,产生的H2将Fe2+压入B中,Fe2++2OH-Fe(OH)2↓;因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。
能力提升
1.下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是(　　)。
选项 操作和现象 结论或目的
A 向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液放入试管中,滴加KSCN溶液2~3滴,溶液呈血红色 红砖中含有氧化铁
B CO还原Fe2O3得到的黑色固体加入盐酸溶解后再加入KSCN溶液,溶液不显血红色 黑色固体中没有Fe3O4
C 取少量Fe(NO3)2试样加水溶解,加稀硫酸酸化,滴加KSCN溶液,溶液变为血红色 该Fe(NO3)2试样已经变质
D 向某溶液中通入Cl2,然后加入KSCN溶液变血红色 原溶液中含有Fe2+
答案:A
解析:CO还原Fe2O3得到单质Fe,若有Fe3O4,其溶于盐酸后产生的Fe3+会与过量的Fe发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,加入KSCN溶液也不显血红色,因此不能确定黑色固体中是否有Fe3O4,B项错误;N与H+形成的HNO3具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,两者会发生氧化还原反应,生成Fe3+,Fe3+遇KSCN溶液呈血红色,不能证明样品是否变质,C项错误;若原溶液中不存在Fe2+,但存在Fe3+,也有此现象,D项错误。
2.从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下。
则下列说法正确的是(　　)。
A.试剂a是铁、试剂b是稀硫酸
B.操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同
C.试剂c是氯气,相应的反应为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否还有Fe2+
答案:C
解析:由最终要得到氯化铁晶体及流程图知,b是盐酸,A项错误;操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤,操作Ⅲ为蒸发结晶,所用仪器不相同,B项错误;滤液Z和X中均含有氯化亚铁,因此c为氯气,C项正确;酸性高锰酸钾溶液也能氧化氯离子而褪色,因此不能用于检验溶液W中是否含有亚铁离子,D项错误。
3.元素的“价—类”二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具。如图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系,下列说法不正确的是(　　)。
A.铁与水蒸气高温下反应可实现上述转化①
B.白色的Fe(OH)2沉淀易被溶液中的O2氧化,迅速变为灰绿色,最终变成红褐色
C.由图可预测:高铁酸盐(Fe)具有强氧化性,可用于消毒;与水反应生成Fe(OH)3胶体,可用作净水剂
D.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水不能重新生成氢氧化铁
答案:A
解析:铁与水蒸气高温下反应产生Fe3O4,不能实现上述转化①,A项错误;Fe(OH)2具有较强的还原性,易被溶液中的O2氧化为Fe(OH)3,现象为白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,B项正确;高铁酸盐(Fe)中的Fe为+6价,具有强氧化性,能够将细菌、病毒中的蛋白质氧化,使蛋白质分子结构发生改变,失去生理活性,可用于杀菌消毒。Fe与水反应生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体表面积大,能吸附水中的悬浮物,使之形成沉淀从水中分离除去,故高铁酸盐又可用作净水剂,C项正确;Fe(OH)3不稳定,受热分解产生Fe2O3,发生转化⑥,但Fe2O3难溶于水,加水时不能重新生成氢氧化铁,D项正确。
4.同学们用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。请回答下列问题。
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是　　　　　　　　　　。
(2)甲同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变血红色,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　。
(3)乙同学认为甲同学的实验不够严谨,该同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入1滴KSCN溶液和几滴氯水,溶液变血红色,煤油的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)丙同学取6 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,并加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液。充分反应后,取2 mL反应液于试管中,加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色,整个过程中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)丁同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为 　 　 　 　 　 　 　 　　。
答案:(1)防止Fe2+被氧化
(2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)2Fe3++2I-2Fe2++I2
(5)H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O
解析:(1)铁和氯化铁反应生成氯化亚铁,在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是防止氯化亚铁被氧化。(2)氯气具有氧化性,能氧化氯化亚铁为氯化铁,反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。(3)煤油不溶于水,密度比水小,分层后可以防止溶液与空气接触,排除氧气对实验的影响。(4)CCl4层显紫色说明有单质碘生成,这是由于Fe3+氧化KI,发生反应的离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2。(5)向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,说明H2O2氧化Fe2+为Fe3+,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O。
5.某趣味化学实验小组的同学通过“FeSO4被浓硝酸氧化”的实验,验证Fe2+的还原性。
实验一:验证Fe2+的还原性
实验操作 预期现象 实验现象
向盛有2 mL FeSO4溶液的试管中,滴入几滴浓硝酸,振荡 试管中产生红棕色气体,溶液变为黄色 试管中产生红棕色气体,溶液变为深棕色
(1)红棕色气体是　　　　(写化学式)。
(2)实验现象与预期不符,继续进行实验。取深棕色溶液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液变为红色,该现象说明: 　 　 　 　 　 　 　 　　。
实验二:探究溶液变为深棕色的原因
【资料与猜想】
查阅资料后猜想,可能是生成的NO2或NO与溶液中的Fe2+或Fe3+反应,而使溶液变为深棕色。
【实验与探究】
用如图所示装置进行实验(气密性已检验,尾气处理已略去)
ⅰ.关闭c,打开a和b,通入N2,一段时间后关闭a;
ⅱ.向甲中加入适量浓硝酸,一段时间后丙中溶液变为深棕色,丁中溶液无明显变化;
ⅲ.关闭b、打开c,更换丙、丁中的溶液(试剂不变);
ⅳ.继续向甲中加入浓硝酸,一段时间后观察到了与ⅱ相同的实验现象。
(3)铜与浓硝酸反应的离子方程式是 　 　 　 　 　 　 　 　　。
(4)装置乙的作用是　　 　 　 　 　 　 　 　。
(5)实验结论:溶液的深棕色可能是因为　　　　。
A.Fe2+与NO发生了反应
B.Fe2+与NO2发生了反应
C.Fe3+与NO发生了反应
D.Fe3+与NO2发生了反应
【反思与改进】
实验三:验证Fe2+的还原性
(6)该小组同学依据实验二的结论改进了实验一,观察到了预期现象,其实验操作是向盛有　　　　　的试管中滴入几滴　　　　　,振荡。
答案:(1)NO2　(2)硝酸将Fe2+氧化成了Fe3+,Fe2+有还原性　(3)4H++2N+CuCu2++2NO2↑+2H2O　(4)将NO2转化为NO　(5)AB　(6)浓硝酸　新制FeSO4溶液
解析:(1)浓硝酸与FeSO4反应生成Fe3+和NO2,红棕色气体为NO2。(2)KSCN溶液用于检验Fe3+的存在与否,取深棕色溶液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液变红色,说明溶液中含有Fe3+,硝酸将亚铁离子氧化成了铁离子,Fe2+有还原性。(3)铜与浓硝酸反应的离子方程式为4H++2N+CuCu2++2NO2↑+2H2O。(4)装置乙中为水,其作用为与NO2反应,将NO2转化为NO。(5)第ⅱ步中,甲中加入适量浓硝酸后与Cu反应生成NO2,生成的NO2经过水转化为NO,NO进入硫酸亚铁和硫酸铁溶液中,观察到硫酸亚铁溶液变深棕色,硫酸铁溶液无明显现象,能说明Fe2+与NO发生了反应,而Fe3+不与NO反应。关闭b,打开c,此时生成的NO2不经过水,NO2进入硫酸亚铁溶液和硫酸铁溶液中,观察到硫酸亚铁溶液还是变深棕色,硫酸铁溶液无明显现象,说明Fe2+与NO2发生了反应,而Fe3+不与NO2反应,故选AB。(6)实验证明NO2和NO都能使FeSO4溶液变深棕色,实验一中硫酸亚铁过量,导致生成的NO2与硫酸亚铁反应使溶液呈深棕色,要观察到预期现象,只要保证Fe2+全部被氧化成Fe3+即可,则具体实验操作为向盛有浓硝酸的试管中滴入几滴新制FeSO4溶液,振荡。
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