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第11讲　铁及其氧化物和氢氧化物
【课标引领】
1.了解铁的主要性质及其在生产、生活中的应用。
2.知道不同价态的铁的氧化物的主要性质和用途。
3.掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的性质及Fe(OH)2的制备方法。
复习任务一:铁
【要点梳理　夯基固本】
1.铁的位置与结构
(1)位置
(2)微粒结构示意图
2.铁的物理性质
颜色状态 导电性、导热性、延展性 特性
银白色固体 良好 被磁体吸引
3.铁的化学性质
4.铁的冶炼
(1)原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
(2)设备:炼铁高炉。
(3)主要反应:
还原剂的生成:C+O2CO2,CO2+C2CO;
铁的生成:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
【考向探究　考法洞察】
1.下列说法正确的是(　　)
A.铁是比较活泼的金属,自然界中不存在游离态的铁
B.Fe在常温下锈蚀或在纯氧中燃烧,均生成Fe2O3
C.铁溶于稀硝酸,溶液变黄:3Fe+8H++2N===3Fe2+↑+2NO2↑+4H2O
D.工业上常用铁罐车运输浓硫酸
【解析】选D。铁是比较活泼的金属,容易与氧气等发生反应,但自然界的陨铁中存在游离态的铁,A错误;铁在纯氧中燃烧的产物为四氧化三铁,B错误;铁溶于稀硝酸,溶液变黄,反应生成硝酸铁、NO和水,离子方程式为Fe+4H+===Fe3++NO↑+2H2O,C错误;工业上常用铁罐车运输浓硫酸,是因为常温下铁遇浓硫酸发生钝化,生成致密的氧化物保护膜,D正确。
2.(情境来源:人教版必修第一册 P66思考与讨论)在钢铁厂的生产中,炽热的铁水或钢水注入模具前,模具必须进行充分的干燥处理,不得留有水。这是为什么呢 有人设计了如图所示装置,进行还原铁粉与水蒸气反应的实验。
(1)工人将模具干燥后再注入熔融钢水的原因是_______________
________________________________________________________
(用化学方程式表示)。
(2)上述有关铁与水蒸气反应实验的主要步骤如下,按规范组装完仪器后其正确操作的顺序是________(填序号)。
①将酒精灯固定在铁粉部位加热
②在湿棉花部位加热(使水汽化)
③导管插入肥皂液中,用火柴点燃肥皂泡(气体先验纯)
④先从肥皂液中撤出导管,再移去酒精灯后盖灭
(3)下列说法错误的是__________(填字母)。
A.充分反应后,还原铁粉变成红色固体
B.湿棉花的作用是提供反应所需水蒸气
C.虚线方框中装置是为了检验反应产生的气体
D.酒精灯Ⅱ配用的金属套筒目的是聚集火焰,提高温度
(4)该实验关键点主要是a.温度控制,b.铁粉纯度(不被氧化),c.安全点燃,d.肥皂液不宜太稀,e.________放入时间等。
(5)实验后,取硬质玻璃管中适量的固体,用一定浓度的盐酸溶解,滴加KSCN溶液,没有出现红色,说明该固体中没有+3价的铁。判断结论是否正确并说明理由:_________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________。
【解析】(1)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。(2)铁与水蒸气反应实验中,应先在湿棉花部位加热(使水汽化),提供反应原料水蒸气,后将酒精灯固定在铁粉部位加热,并将导管插入肥皂液中,用火柴点燃肥皂泡(气体先验纯),检验是否有氢气生成,为防止发生倒吸,实验结束时应先将导管末端移出水面,再移去酒精灯后盖灭,即正确操作顺序为②①③④。(3)铁和水蒸气高温反应产生Fe3O4和H2。A.Fe3O4为黑色固体,A项错误;B.湿棉花通过加热产生水蒸气与铁粉发生反应,B项正确;C.肥皂液收集H2后点燃有爆鸣声,用于检验H2,C项正确;D.该反应需要高温,金属套防风聚集火焰,提高温度,D项正确。(4)该实验中温度过低,反应不发生,应控制反应温度;铁粉不能被空气氧化,应先在湿棉花部位加热使水汽化,排除装置中的空气;氢气是易燃物,点燃混入空气的氢气可能发生爆炸;肥皂液不宜太稀,否则肥皂泡太少,实验现象不明显;湿棉花用于提供水蒸气,注意湿棉花放入时间是否恰当,放入过早会导致水蒸发完。(5)实验后,铁粉可能剩余,用一定浓度的盐酸溶解时,过量的铁可以将Fe3+还原成Fe2+,Fe+2Fe3+===3Fe2+,导致滴加KSCN溶液,没有出现红色。
答案:(1)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
(2)②①③④　(3)A　(4)湿棉花　(5)不正确;过量的铁可以将Fe3+还原成Fe2+而不能使KSCN溶液变红
复习任务二:铁的氧化物
【要点梳理　夯基固本】
1.铁的氧化物的物理性质与用途
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗名 — 铁红 磁性氧化铁
颜色状态 黑色 粉末 红棕色 粉末 黑色晶体 (有磁性)
铁的化合价 +2 +3 +2、+3
用途 瓷器制作 用作油漆、涂料等的红色颜料 用作磁性材料
2.铁的氧化物的化学性质
(1)FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式:FeO+2H+=== Fe2++H2O、Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3+ +4H2O。
(2)FeO与稀硝酸反应的化学方程式:3FeO+10HNO3===3Fe(NO3)3+ NO↑+5H2O。
(3)FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式:FeO+2HI===FeI2 +H2O、Fe2O3+6HI===2FeI2+I2+3H2O。
(4)FeO在空气中受热反应的化学方程式:6FeO+O22Fe3O4。
(5)Fe2O3与CO反应的化学方程式:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
【考向探究　考法洞察】
1.(2026·惠州模拟)铁的氧化物有很多,在中学化学中经常提到的有FeO、Fe2O3和Fe3O4,而且在一定条件下它们之间是可以相互转化的,例如:在1 400 ℃以上的温度下加热Fe2O3时,Fe2O3会部分失去氧,生成Fe3O4。下列有关说法正确的是(　　)
A.FeO在空气中加热只转化为Fe2O3
B.Fe3O4常写成FeO·Fe2O3,其中既有+2价的Fe,又有+3价的Fe,所以Fe3O4是一种混合物
C.热稳定性:Fe2O3D.Fe3O4与稀硝酸反应的离子方程式为Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3+ +4H2O
【解析】选C。A项,FeO在空气中加热也可转化为Fe3O4,错误;B项,Fe3O4为纯净物,错误;D项,Fe2+能被稀硝酸氧化为Fe3+,错误。
2.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+,则该样品的化学式可能为________。
【解析】n(HCl)=0.14 L×5.0 mol·L 1=0.7 mol,由氧化物和盐酸反应生成水可知,氧化物中含有n(O)=0.5n(HCl)=0.35 mol,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+,反应后所得溶液为FeCl3溶液,因n(Cl )=0.7 mol+0.025 mol×2=0.75 mol,则n(Fe3+)=n(Cl )=0.25 mol,所以氧化物中n(Fe)∶n(O)=0.25∶0.35=5∶7,所以化学式可能为Fe5O7。
答案:Fe5O7
复习任务三:铁的氢氧化物
【要点梳理　夯基固本】
铁的氢氧化物性质比较(是离子反应的写离子方程式)
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
颜色状态 白色固体 红褐色固体
与盐酸反应 Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+===Fe3++ 3H2O
受热分解 — 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
制法 可溶性亚铁盐与碱反应:Fe2++2OH === Fe(OH)2↓ 可溶性铁盐与碱反应: 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
【考向探究　考法洞察】
下列所示各图为实验室制备Fe(OH)2的方案:
(1)上述方案中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是________(填序号)。
(2)方案④中发生反应的化学方程式为______________________
______________________________________________________。
(3)方案⑤中苯的作用是___________________________________,
能否用CCl4代替苯 ________(填“能”或“不能”),原因是________
______________________________________________________。
(4)方案①的具体操作是___________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________,
方案②的具体操作是______________________________________
_______________________________________________________。
(5)方案③的制备原理是___________________________________
____________________________________________________ (用化学用语和必要的文字描述),所用的NaCl溶液使用前需要加热煮沸,加热煮沸的目的是______________________________________
_ _____________________________________________________。
【解析】因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排出装置中的氧气或空气。①②原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解水产生的OH 结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于空气中的氧气与生成的Fe(OH)2直接接触,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
答案:(1)①②③⑤
(2)FeSO4+2NaOH===Fe(OH)2↓+Na2SO4、
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(3)隔绝空气　不能　CCl4的密度比水大
(4)先挤压盛有稀硫酸的胶头滴管,将其中的稀硫酸滴加到试管中,等产生的气体将试管中的空气排尽后,挤压盛有NaOH溶液的胶头滴管,即可制得白色的Fe(OH)2　打开止水夹a,等产生的气体将试管中的空气排尽后,关闭止水夹a
(5)阳极反应为Fe 2e ===Fe2+,阴极反应为2H2O+2e ===H2↑+2OH ,电解生成的Fe2+与OH 结合生成Fe(OH)2　除去溶解在NaCl溶液中的O2
【体验高考·淬炼考能】
1.(真题汇编)下列叙述正确的是(　　)
A.(2024·安徽选择考)氧化铁与水反应直接生成氢氧化铁
B.(2022·北京等级考)向NaOH和Fe(OH)2的悬浊液中通入空气生成红褐色沉淀,此过程因发生氧化还原反应使溶液pH减小
C.(2022·辽宁选择考)由金属性:Fe>Cu推理得氧化性:Fe3+D.(2024·浙江6月选考)FeO有还原性,能被氧化成Fe3O4
【解析】选D。氧化铁与水不反应,不能直接生成氢氧化铁沉淀,A错误;向NaOH和Fe(OH)2的悬浊液中通入空气,发生氧化还原反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,消耗水,c(OH )增大,pH增大,B错误;由金属性:Fe>Cu可推出氧化性:Cu2+>Fe2+,但氧化性:Fe3+>Cu2+,C错误;氧化亚铁具有较强的还原性,Fe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,在空气中受热容易被氧气氧化为稳定的四氧化三铁,D正确。
2.(2024·新课标卷)实验室中利用如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
【解析】选B。铁和水蒸气在高温条件下发生反应生成Fe3O4和H2,该反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,A正确;酒精灯放在铁粉下方加热可以产生高温,且不影响水的蒸发,若移至湿棉花下方则难以产生高温,实验效果不好,B错误;用木柴点燃肥皂泡,观察到淡蓝色火焰,肥皂泡破裂可听到爆鸣声,则可检验生成的气体为氢气,C正确;由于该实验中的反应要在高温条件下发生,因此要使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉,D正确。
- 11 -(共34张PPT)
第11讲　铁及其氧化物和氢氧化物
复习任务一:铁
复习任务二:铁的氧化物
复习任务三:铁的氢氧化物
体验高考·淬炼考能
【课标引领】
1.了解铁的主要性质及其在生产、生活中的应用。
2.知道不同价态的铁的氧化物的主要性质和用途。
3.掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的性质及Fe(OH)2的制备方法。
复习任务一:铁
【要点梳理　夯基固本】
1.铁的位置与结构
(1)位置
(2)微粒结构示意图
2.铁的物理性质
3.铁的化学性质
颜色状态 导电性、导热性、延展性 特性
银白色固体 良好 被磁体吸引
4.铁的冶炼
(1)原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
(2)设备:炼铁高炉。
(3)主要反应:
还原剂的生成:C+O2 CO2,CO2+C 2CO;
铁的生成:_____________________________。
===
高温
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
【考向探究　考法洞察】
1.下列说法正确的是(　　)
A.铁是比较活泼的金属,自然界中不存在游离态的铁
B.Fe在常温下锈蚀或在纯氧中燃烧,均生成Fe2O3
C.铁溶于稀硝酸,溶液变黄:3Fe+8H++2N===3Fe2+↑+2NO2↑+4H2O
D.工业上常用铁罐车运输浓硫酸
√
【解析】选D。铁是比较活泼的金属,容易与氧气等发生反应,但自然界的陨铁中存在游离态的铁,A错误;铁在纯氧中燃烧的产物为四氧化三铁,B错误;铁溶于稀硝酸,溶液变黄,反应生成硝酸铁、NO和水,离子方程式为Fe+4H+===Fe3++NO↑+2H2O,C错误;工业上常用铁罐车运输浓硫酸,是因为常温下铁遇浓硫酸发生钝化,生成致密的氧化物保护膜,D正确。
2.(情境来源:人教版必修第一册 P66思考与讨论)在钢铁厂的生产中,炽热的铁水或钢水注入模具前,模具必须进行充分的干燥处理,不得留有水。这是为什么呢 有人设计了如图所示装置,进行还原铁粉与水蒸气反应的实验。
(1)工人将模具干燥后再注入熔融钢水的原因是
________________________________(用化学方程式表示)。
(2)上述有关铁与水蒸气反应实验的主要步骤如下,按规范组装完
仪器后其正确操作的顺序是________________(填序号)。
①将酒精灯固定在铁粉部位加热
②在湿棉花部位加热(使水汽化)
③导管插入肥皂液中,用火柴点燃肥皂泡(气体先验纯)
④先从肥皂液中撤出导管,再移去酒精灯后盖灭
===
高温
3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
②①③④
(3)下列说法错误的是__________(填字母)。
A.充分反应后,还原铁粉变成红色固体
B.湿棉花的作用是提供反应所需水蒸气
C.虚线方框中装置是为了检验反应产生的气体
D.酒精灯Ⅱ配用的金属套筒目的是聚集火焰,提高温度
(4)该实验关键点主要是a.温度控制,b.铁粉纯度(不被氧化),c.安全
点燃,d.肥皂液不宜太稀,e.________放入时间等。
A
湿棉花
(5)实验后,取硬质玻璃管中适量的固体,用一定浓度的盐酸溶解,滴加
KSCN溶液,没有出现红色,说明该固体中没有+3价的铁。判断结论是
否正确并说明理由:________________________________________
__________________________。
不正确;过量的铁可以将Fe3+还原成Fe2+而不能使KSCN溶液变红
【解析】(1)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2。(2)铁与水蒸气反应实验中,
应先在湿棉花部位加热(使水汽化),提供反应原料水蒸气,后将酒精灯固
定在铁粉部位加热,并将导管插入肥皂液中,用火柴点燃肥皂泡(气体先
验纯),检验是否有氢气生成,为防止发生倒吸,实验结束时应先将导管末
端移出水面,再移去酒精灯后盖灭,即正确操作顺序为②①③④。(3)铁
和水蒸气高温反应产生Fe3O4和H2。A.Fe3O4为黑色固体,A项错误;B.湿
棉花通过加热产生水蒸气与铁粉发生反应,B项正确;C.肥皂液收集H2后
点燃有爆鸣声,用于检验H2,C项正确;D.该反应需要高温,金属套防风聚
集火焰,提高温度,D项正确。
(4)该实验中温度过低,反应不发生,应控制反应温度;铁粉不能被空气氧化,应先在湿棉花部位加热使水汽化,排除装置中的空气;氢气是易燃物,点燃混入空气的氢气可能发生爆炸;肥皂液不宜太稀,否则肥皂泡太少,实验现象不明显;湿棉花用于提供水蒸气,注意湿棉花放入时间是否恰当,放入过早会导致水蒸发完。(5)实验后,铁粉可能剩余,用一定浓度的盐酸溶解时,过量的铁可以将Fe3+还原成Fe2+,Fe+2Fe3+===3Fe2+,导致滴加KSCN溶液,没有出现红色。
复习任务二:铁的氧化物
【要点梳理　夯基固本】
1.铁的氧化物的物理性质与用途
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗名 — 铁红 磁性氧化铁
颜色状态 ______ 粉末 ________ 粉末 ______晶体
(有磁性)
铁的化合价 ____ ______ _________
用途 __________ _____________ _____________ ______________
黑色
红棕色
黑色
+2
+3
+2、+3
瓷器制作
用作油漆、涂料
等的红色颜料
用作磁性材料
2.铁的氧化物的化学性质
(1)FeO、Fe2O3、Fe3O4分别与盐酸反应的离子方程式:
_______________________、__________________________、
______________________________。
(2)FeO与稀硝酸反应的化学方程式:
________________________________________。
FeO+2H+=== Fe2++H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3+ +4H2O
3FeO+10HNO3===3Fe(NO3)3+ NO↑+5H2O
(3)FeO、Fe2O3分别与HI溶液反应的化学方程式:
_______________________、______________________________。
(4)FeO在空气中受热反应的化学方程式:_______________________。
(5)Fe2O3与CO反应的化学方程式:____________________________。
===
△
===
高温
FeO+2HI===FeI2 +H2O
Fe2O3+6HI===2FeI2+I2+3H2O
6FeO+O2 2Fe3O4
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
【考向探究　考法洞察】
1.(2026·惠州模拟)铁的氧化物有很多,在中学化学中经常提到的有FeO、Fe2O3和Fe3O4,而且在一定条件下它们之间是可以相互转化的,例如:在1 400 ℃以上的温度下加热Fe2O3时,Fe2O3会部分失去氧,生成Fe3O4。下列有关说法正确的是(　　)
A.FeO在空气中加热只转化为Fe2O3
B.Fe3O4常写成FeO·Fe2O3,其中既有+2价的Fe,又有+3价的Fe,
所以Fe3O4是一种混合物
C.热稳定性:Fe2O3D.Fe3O4与稀硝酸反应的离子方程式为Fe3O4+8H+===
Fe2++2Fe3+ +4H2O
【解析】选C。A项,FeO在空气中加热也可转化为Fe3O4,错误;
B项,Fe3O4为纯净物,错误;D项,Fe2+能被稀硝酸氧化为Fe3+,错误。
√
2.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+,
则该样品的化学式可能为________。
【解析】n(HCl)=0.14 L×5.0 mol·L 1=0.7 mol,由氧化物和盐酸反应生
成水可知,氧化物中含有n(O)=0.5n(HCl)=0.35 mol,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+,反应后所得溶液为
FeCl3溶液,因n(Cl )=0.7 mol+0.025 mol×2=0.75 mol,则n(Fe3+)=n(Cl )
=0.25 mol,所以氧化物中n(Fe)∶n(O)=0.25∶0.35=5∶7,所以化学式可
能为Fe5O7。
Fe5O7
复习任务三:铁的氢氧化物
【要点梳理　夯基固本】
铁的氢氧化物性质比较(是离子反应的写离子方程式)
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
颜色状态 ____色固体 ______色固体
与盐酸反应 ____________________ _______________ _____________________
__________________
受热分解 — 2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
白
红褐
Fe(OH)2+2H+===
Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===
Fe3++3H2O
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
制法 可溶性亚铁盐与碱反应: _______________ __________ 可溶性铁盐与碱反应:
_______________
_____________
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___色絮状沉淀迅速变成_____色, 最后变成_____色,化学方程式为_______________ ____________________
Fe2++2OH ===
Fe(OH)2↓
Fe3++3OH ===
Fe(OH)3↓
白
灰绿
红褐
4Fe(OH)2+O2+
2H2O ===4Fe(OH)3
【考向探究　考法洞察】
下列所示各图为实验室制备Fe(OH)2的方案:
(1)上述方案中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是____________
(填序号)。
(2)方案④中发生反应的化学方程式为______________________
______________________________________________________。
(3)方案⑤中苯的作用是____________, 能否用CCl4代替苯 ________
(填“能”或“不能”),原因是_________________________________。
①②③⑤
FeSO4+2NaOH===
Fe(OH)2↓+Na2SO4、4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
隔绝空气
不能
CCl4的密度比水大
(4)方案①的具体操作是____________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________,
方案②的具体操作是______________________________________
_______________________________________________________。
(5)方案③的制备原理是___________________________________
_______________________________________________________
(用化学用语和必要的文字描述),所用的NaCl溶液使用前需要加热煮
沸,加热煮沸的目的是______________________________________。
阳极反应为Fe 2e ===Fe2+,阴极反应为2H2O+2e ===H2↑+2OH ,电解生成的Fe2+与OH 结合生成Fe(OH)2　
先挤压盛有稀硫酸的胶头滴管,将其中的稀硫酸滴加到试管中,等产生的气体将试管中的空气排尽后,挤压盛有NaOH溶液的胶头滴管,即可制得白色的Fe(OH)2
打开止水夹a,等产生的气体将试管中的空气排尽后,关闭止水夹a
除去溶解在NaCl溶液中的O2
【解析】因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排出装置中的氧气或空气。①②原理一样,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe2+,与电解水产生的OH 结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于空气中的氧气与生成的Fe(OH)2直接接触,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。
体验高考·淬炼考能
1.(真题汇编)下列叙述正确的是(　　)
A.(2024·安徽选择考)氧化铁与水反应直接生成氢氧化铁
B.(2022·北京等级考)向NaOH和Fe(OH)2的悬浊液中通入空气生成红褐色沉淀,此过程因发生氧化还原反应使溶液pH减小
C.(2022·辽宁选择考)由金属性:Fe>Cu推理得氧化性:Fe3+D.(2024·浙江6月选考)FeO有还原性,能被氧化成Fe3O4
√
【解析】选D。氧化铁与水不反应,不能直接生成氢氧化铁沉淀,A错误;向NaOH和Fe(OH)2的悬浊液中通入空气,发生氧化还原反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,消耗水,c(OH )增大,pH增大,B错误;由金属性:Fe>Cu可推出氧化性:Cu2+>Fe2+,但氧化性:Fe3+>Cu2+,C错误;氧化亚铁具有较强的还原性,Fe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,在空气中受热容易被氧气氧化为稳定的四氧化三铁,D正确。
2.(2024·新课标卷)实验室中利用如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
√
【解析】选B。铁和水蒸气在高温条件下发生反应生成Fe3O4和H2,该反
应的化学方程式为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,A正确;酒精灯放在铁
粉下方加热可以产生高温,且不影响水的蒸发,若移至湿棉花下方则难以
产生高温,实验效果不好,B错误;用木柴点燃肥皂泡,观察到淡蓝色火焰,
肥皂泡破裂可听到爆鸣声,则可检验生成的气体为氢气,C正确;由于该实
验中的反应要在高温条件下发生,因此要使用硬质玻璃试管盛装还原铁
粉,D正确。核心素养测评
第11讲　铁及其氧化物和氢氧化物
题组一:铁
1.(3分)下列对铁元素的认识正确的是(　　)
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】选A。A项,铁的氢氧化物有Fe(OH)3和Fe(OH)2,二者均不溶于水,正确;B项,陨铁中的铁以单质形态存在,错误;C项,铝元素是地壳中含量最多的金属元素,错误;D项,自然界存在的铁元素不一定显+3价,如磁铁矿石(主要成分为Fe3O4)中含有+3价和+2价的铁,错误。
2.(3分)(2026·三峡模拟)《天工开物》中“治铁”原典中记载:“凡治铁成器,取已炒熟铁为之……凡炉中炽铁用炭,煤炭居十七,木炭居十三……即用煤炭,也别有铁炭一种,取其火性内攻、焰不虚腾者,与炊炭同行而有分类也。”下列说法正确的是(　　)
A.熟铁是纯净的铁单质,生铁是铁和碳的混合物
B.治铁过程只涉及化合反应与置换反应
C.铁炭和炊炭均为碳元素的同素异形体
D.治铁用到的煤炭和木炭均可还原铁的氧化物
【解析】选D。A项,生铁是铁合金,属于混合物,生铁的含碳量为2%~4.3%,熟铁指的是钢,也是铁合金,属于混合物,钢的含碳量为0.03%~2%,错误;B项,“治铁”过程中CO与铁的氧化物反应生成铁和CO2,不属于化合反应和置换反应,错误;C项,铁炭和炊炭不互为同素异形体,为混合物,错误;D项,“治铁”用到的煤炭和木炭均可还原铁的氧化物,使其还原为铁单质,正确。
3.(3分)下列有关铁的化学反应的叙述正确的是(　　)
A.室温下,过量Fe与浓硝酸反应生成Fe(NO3)2
B.加热时,过量Fe与氯气反应生成FeCl2
C.高温下,铁与水蒸气反应生成Fe3O4
D.高温下,铁粉与氧化铝粉末反应生成单质铝
【解析】选C。室温下,Fe在浓硝酸中钝化,无法持续反应,A错误;氯气的氧化性较强,无论Fe是否过量,与氯气在加热条件下反应都只生成FeCl3,B错误;高温下,Fe与水蒸气反应生成Fe3O4和H2,C正确;Fe的活泼性不如Al,不能从氧化铝中置换出Al单质,D错误。
4.(3分)为探究铁与水蒸气的反应,某同学设计并进行了如图所示实验,虚线框处用来检验生成的气体。下列说法正确的是(　　)
A.实验后,装置B中生成黑色固体
B.虚线框C处应该选择装置甲,试管中是灼热的表面发黑的铜丝
C.虚线框C处应该选择装置乙,试管中是灼热的铜丝
D.装置B与C之间的球形干燥管内应装电石
【解析】选A。由实验装置可知,A中加热提供水蒸气,B中Fe与水蒸气高温下反应生成四氧化三铁和氢气,且氢气不纯加热易发生爆炸,利用氢气将空气排出后加热。反应产生四氧化三铁,所以实验后,装置B中生成黑色固体,A正确;由于氢气的密度较小,虚线框C处应该选择装置乙,试管中是灼热的表面覆盖氧化铜的铜丝,氢气还原CuO可以观察到黑色铜丝变为红色,检验产生的氢气,B、C错误;电石的化学性质十分活泼,遇水剧烈反应产生乙炔和氢氧化钙,并放出大量的热,实验过程中有水蒸气生成,因此球形干燥管中不能装电石,D错误。
5.(3分)铁在地壳中含量丰富,其合金材料在生活中有广泛应用,也是人体内重要的微量元素之一。下列有关说法正确的是(　　)
A.炽热的铁注入模具之前,模具不需要干燥处理
B.发蓝处理后的钢铁部件表面有一层致密的氧化铁薄膜
C.为了防止缺铁性贫血,麦片中可以添加微量的还原铁粉
D.Fe2(SO4)3溶于水能产生Fe(OH)3胶体,可作消毒剂
【解析】选C。炽热的铁注入模具之前,模具需要干燥处理,否则会发生反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,A错误;钢铁发蓝处理后生成的是四氧化三铁薄膜,B错误;微量的还原铁粉,可被氧化为亚铁离子,有助于防止缺铁性贫血,C正确;Fe2(SO4)3不能作为消毒剂,溶于水能产生Fe(OH)3胶体,可以作为净水剂,D错误。
6.(3分)实验室采用气相还原法制备纳米级Fe,其流程如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.FeCl2·4H2O属于混合物
B.“加热脱水”属于物理变化过程
C.高温还原的过程中N2作还原剂
D.高温制备纳米级Fe时,反应容器须保持充分干燥
【解析】选D。FeCl2·4H2O加热失去结晶水变为FeCl2,然后在N2的惰性环境中,被H2还原为纳米级Fe,据此解答。FeCl2·4H2O是带结晶水的盐,属于化合物,是纯净物,而不是混合物,A错误;FeCl2·4H2O加热失去结晶水变为FeCl2,FeCl2·4H2O与FeCl2是不同物质,因此“加热脱水”属于化学变化过程,B错误;在高温还原的过程中N2作保护气,防止反应产生的Fe被氧化,而不是作还原剂,C错误;在高温制备纳米级Fe时,反应容器须保持充分干燥,否则Fe与H2O(g)在高温下会反应生成Fe3O4和H2,D正确。
7.(12分)溶液中含有Fe2+、Cu2+、Fe3+和Cl 。为回收铜并得到纯净的FeCl3溶液,下面是综合利用的主要流程:
(1)FeCl3溶液腐蚀覆在绝缘板上的铜箔的离子方程式为_________
________________________________________________。(2分)
(2)上述方框内物质M和X的化学式:M__________________,
X__________。上述流程中有关Fe2+和Fe3+相互转化的离子方程式是____________________________________________________、
________________________________________________。(8分)
(3)滤液B中所含的金属阳离子是__________________________。
(2分)
【解析】由工艺流程可知,沉淀中含有金属铁和铜,目的是制取氯化铁,废液应该与过量的Fe反应,故M为Fe,得到滤液A为FeCl2,通入X可以得到氯化铁,X为氯气;沉淀中含有金属Cu、未反应的Fe,加入过量盐酸,过滤,回收铜,滤液B中含有FeCl2,与滤液A合并,制备氯化铁溶液,据此分析回答问题。(1)FeCl3溶液和铜反应生成氯化亚铁和氯化铜,反应的离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+;(2)上述分析可知M为Fe,X为Cl2,上述流程中有关Fe2+和Fe3+相互转化的离子方程式是2Fe3++Fe===3Fe2+,2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl ;(3)滤液B是氯化亚铁溶液,其中所含的金属阳离子是Fe2+。
答案:(1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
(2)Fe　Cl2　2Fe3++Fe===3Fe2+
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl
(3)Fe2+
题组二:铁的氧化物
1.(3分)下列有关铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是
(　　)
A.Fe2O3能与盐酸反应,可制作红色颜料
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,可用作食品袋中的抗氧化剂
D.Fe粉难溶于水,可用于除废水中的Cu2+
【解析】选C。A项,Fe2O3为红棕色固体,可用于制作红色颜料,与其能与盐酸反应无关,错误;B项,FeCl3可用于除去水中悬浮杂质是利用其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,错误;C项,铁粉可用作食品袋中的抗氧化剂,是因为铁粉是活泼金属,具有强的还原性,正确;D项,Fe具有强的还原性,可与铜离子反应生成Cu,因此可除去废水中的Cu2+,与Fe的溶解性无关,错误。
2.(3分)下列转化关系不能通过一步反应实现的是(　　)
A.Fe→FeCl2　　　　 B.Fe2O3→Fe(OH)3
C.FeCl3→FeCl2 D.Fe(OH)3→Fe2O3
【解析】选B。Fe和FeCl3反应生成FeCl2,A、C不符合;Fe2O3不溶于水,不能直接转化为Fe(OH)3,B符合;Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3,D不符合。
3.(3分)(2026·肇庆模拟)钴铁矿经焙烧后得到的CoO和Fe2O3,通过如图所示转化,进行分离。
已知:Co2++4SCN [Co(SCN)4]2 (蓝紫色)此反应可用于检验Co2+。
下列说法正确的是(　　)
A.步骤Ⅰ中CoO、Fe2O3均与焦炭发生反应且根据分析可知Co3O4的热稳定性强于Fe3O4
B.步骤Ⅳ的操作:将Fe3O4溶于硫酸,加入一定量H2O2,45 ℃恒温加热一段时间后,再加入浓氨水,经过滤、干燥、煅烧,获得Fe2O3
C.检验Fe2O3中是否还含有CoO:将产品溶于盐酸,再滴加KSCN溶液,若溶液出现蓝紫色,说明含有CoO
D.铁与钴为同周期的邻族元素,此过程利用CoO与Fe3O4的磁性强弱不同进行分离
【解析】选B。首先在真空条件下与焦炭焙烧使Fe2O3转化为Fe3O4,随后富氧焙烧将CoO氧化为Co3O4,再经高温真空焙烧使Co3O4转化CoO,最终利用磁性差异磁选分离出非磁性的CoO与磁性的Fe3O4,后者经系列操作得Fe2O3。过程Ⅰ中C只与Fe2O3反应产生Fe3O4,过程Ⅱ中400 ℃富氧焙烧CoO生成了Co3O4,过程Ⅲ中只有Co3O4反应,说明Co3O4的热稳定性弱于Fe3O4,A错误;步骤Ⅳ的操作:将Fe3O4溶于硫酸,加入一定量H2O2,45 ℃恒温加热一段时间后(Fe2+→Fe3+),再加入浓氨水[Fe3+→Fe(OH)3],经过滤、干燥、煅烧,获得Fe2O3,B正确;由于Fe3+和Co2+均可与SCN 结合,产生的红色[Fe(SCN)]2+与蓝紫色的[Co(SCN)4]2 之间互相干扰,无法判断,C错误;铁与钴为同族元素,均位于第四周期第Ⅷ族,D错误。
4.(17分)某兴趣小组用部分氧化的FeSO4为原料,制取高纯度的Fe2O3。主要操作步骤如图:
(1)在溶解过程中,H2O2作氧化剂,试写出加入H2O2发生反应的离子方程式:________________________________________________。(2分)
(2)简述检验溶解过程中Fe2+是否已被完全氧化成Fe3+的实验操作: ________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
(可供选择的试剂:酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、氯水)。(3分)
(3)“沉铁”过程中产生红褐色沉淀,试写出相关的化学方程式: ___
________________________________________________。(2分)
(4)操作A包括过滤、洗涤、__________;写出操作A中发生反应的化学方程式:_____________________________________。(4分)
(5)实验室配制100 mL 2.00 mol·L 1 H2SO4溶液。
①需要18.00 mol·L 1浓硫酸的体积为__________________mL。(计算结果保留两位小数)(2分)
②下列仪器中,需要的有________(填标号),还缺少的玻璃仪器为________(填仪器名称)。(4分)
【解析】用部分氧化的FeSO4为原料,制取高纯度的Fe2O3,首先用过氧化氢和硫酸溶解并将二价铁氧化为三价铁,之后用一水合氨和三价铁反应生成氢氧化铁沉淀,过滤后加热分解氢氧化铁生成氧化铁,以此解题。(1)加入过氧化氢是为了氧化亚铁离子生成铁离子,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(2)检验溶解过程中Fe2+是否已被完全氧化成Fe3+,实际上是在Fe3+存在的情况下检验Fe2+是否存在,需利用Fe2+的还原性,使用酸性KMnO4溶液进行检验,具体操作为取少量酸性KMnO4溶液于试管中,向其中滴入适量待测液,若酸性KMnO4溶液紫红色没有褪去,说明Fe2+被完全氧化。
(3)“沉铁”过程中产生红褐色沉淀为氢氧化铁,结合原子守恒书写反应的化学方程式为Fe2(SO4)3+6NH3·H2O===2Fe(OH)3↓+ 3(NH4)2SO4。
(4)“沉铁”过程中产生红褐色沉淀,还生成硫酸铵,则需要过滤、洗涤沉淀,经干燥后才能灼烧使氢氧化铁分解为氧化铁和水,则操作A包括过滤、洗涤、灼烧;操作A中发生反应的化学方程式为2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。
(5)①配制100 mL 2.00 mol·L 1 H2SO4溶液,根据稀释前后硫酸物质的量不变,需要18.00 mol·L 1浓硫酸的体积为≈
11.11 mL。
②浓硫酸溶液配制稀硫酸,需要计算所需浓硫酸溶液的体积,量取稀释、冷却后转移、洗涤烧杯和玻璃棒一并转移、定容、摇匀得到,需要的仪器有BDEG;还缺少的玻璃仪器是玻璃棒。
答案:(1)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(2)取少量酸性KMnO4溶液于试管中,向其中滴入适量待测液,若酸性KMnO4溶液紫红色没有褪去,说明Fe2+被完全氧化
(3)Fe2(SO4)3+6NH3·H2O===2Fe(OH)3↓+3(NH4)2SO4
(4)灼烧　2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
(5)①11.11
②BDEG　玻璃棒
题组三:铁的氢氧化物
1.(3分)下列有关铁的化合物的说法不正确的是(　　)
A.Fe(OH)2不稳定,具有较强的氧化性
B.FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均可与盐酸反应
C.Fe(OH)3能通过化合反应得到
D.Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2价和+3价
【解析】选A。Fe(OH)2中的Fe2+具有还原性,可被空气中的O2氧化为Fe(OH)3,A错误;FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,故均具有碱性氧化物的通性,都能与盐酸反应,B正确;Fe(OH)3可由Fe(OH)2与O2、H2O发生化合反应得到,C正确;Fe3O4俗称磁性氧化铁,其组成可表示为FeO·Fe2O3,元素的化合价既有+2价又有+3价,D正确。
2.(3分)下列以废铁粉、稀盐酸、空气和氨气为原料制取Fe2O3的实验原理和装置不能达到实验目的的是(　　)
A.用装置甲溶解废铁粉
B.用装置乙制取Fe(OH)3固体
C.用装置丙过滤得到Fe(OH)3固体
D.用装置丁灼烧Fe(OH)3固体制得Fe2O3
【解析】选D。在烧杯中用稀盐酸溶解废铁粉,加热的目的是加快反应速率,能达到实验目的,A不选;氨气通入氯化亚铁溶液生成氢氧化亚铁,通入空气将其氧化为氢氧化铁,由于氨气极易溶于水,采用倒扣的漏斗能防倒吸,能达到实验目的,B不选;采用题图过滤装置可以得到氢氧化铁固体,能达到实验目的,C不选;灼烧Fe(OH)3固体应该在坩埚中进行,故D不能达到实验目的,D选。
3.(3分)某化学兴趣小组按如图所示装置进行实验,反应开始时打开弹簧夹,当点燃从a口出来的气体无爆鸣声时关闭弹簧夹,此时剩余少量的钠,下列说法错误的是(　　)
A.橡皮管能起到平衡气压的作用
B.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,剩余的少量钠能置换出单质铁
C.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,锥形瓶内能观察到白色絮状沉淀
D.反应结束后,打开锥形瓶的橡胶塞,能观察到有红褐色沉淀产生
【解析】选B。钠与水反应生成氢气,造成锥形瓶内压强过大,为了维持压强平衡,连接橡皮管,A正确;钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,生成的氢氧化钠与氯化亚铁反应生成氢氧化亚铁沉淀,B错误;钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,生成的氢氧化钠与氯化亚铁反应生成氢氧化亚铁为白色絮状沉淀,C正确;白色氢氧化亚铁不稳定,被空气中氧气氧化生成氢氧化铁红褐色沉淀,D正确。
4.(3分)在稀硫酸中加入适量铁粉,反应完全后再加入适量NaOH溶液,放置片刻,从反应体系中观察到颜色的变化是(　　)
A.无色→灰绿→红褐
B.无色→白色→浅绿→灰绿→红褐
C.无色→浅绿→白色→灰绿→红褐
D.无色→白色→红褐
【解析】选C。稀硫酸溶液为无色,加入铁粉后反应生成硫酸亚铁溶液,为浅绿色;继续滴加适量的氢氧化钠溶液,生成白色的氢氧化亚铁沉淀,氢氧化亚铁沉淀被氧气氧化,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色的氢氧化铁沉淀,观察到颜色的变化是无色→浅绿→白色→灰绿→红褐。
5.(3分)一种制备Fe(OH)2的改进装置如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.配制FeSO4溶液时需加入硫酸
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】选D。实验时先注入稀硫酸,碳酸钠和硫酸反应放出二氧化碳,等烧杯内紫色石蕊溶液变红,再注入NaOH溶液和FeSO4溶液生成氢氧化亚铁。FeSO4易水解,为防止FeSO4水解,配制FeSO4溶液时需加入硫酸,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,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,C正确;氢气的密度比空气小,用铁粉代替Na2CO3粉末,不能排尽空气,D错误。
6.(3分)某化学实验小组设计了如图装置制备Fe(OH)2:
下列叙述错误的是(　　)
A.配制FeSO4溶液所用的蒸馏水应先煮沸然后密封冷却
B.若需用2.0 mol·L 1 FeSO4溶液配制100 mL 0.1 mol·L 1 FeSO4溶液,需要如图所示的玻璃仪器
C.上层液体X必须具备的物理性质有不溶于水,密度小于钠
D.预测实验现象为产生气泡,钠会在两液体界面上下跳动,溶液层会出现白色胶状沉淀
【解析】选B。亚铁离子易被氧化,配制过程必须严格除氧,故配制溶液的蒸馏水要煮沸然后密封冷却,A正确;配制溶液不需要使用漏斗,B错误;上层液体X在钠之上且和硫酸亚铁溶液互不相溶,所以X必须不溶于水,密度比钠小,C正确;钠和水反应生成氢氧化钠和氢气,由于反应过程中生成气体,钠会在界面上下跳动,氢氧化钠和硫酸亚铁反应生成氢氧化亚铁沉淀,溶液层会出现白色胶状沉淀,D正确。
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核心素养测评
第11讲　铁及其氧化物和氢氧化物
题组一:铁
1.(3分)下列对铁元素的认识正确的是(　　)
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】选A。A项,铁的氢氧化物有Fe(OH)3和Fe(OH)2,二者均不溶于水,正确;B项,陨铁中的铁以单质形态存在,错误;C项,铝元素是地壳中含量最多的金属元素,错误;D项,自然界存在的铁元素不一定显+3价,如磁铁矿石(主要成分为Fe3O4)中含有+3价和+2价的铁,错误。
2.(3分)(2026·三峡模拟)《天工开物》中“治铁”原典中记载:“凡治铁成器,取已炒熟铁为之……凡炉中炽铁用炭,煤炭居十七,木炭居十三……即用煤炭,也别有铁炭一种,取其火性内攻、焰不虚腾者,与炊炭同行而有分类也。”下列说法正确的是(　　)
A.熟铁是纯净的铁单质,生铁是铁和碳的混合物
B.治铁过程只涉及化合反应与置换反应
C.铁炭和炊炭均为碳元素的同素异形体
D.治铁用到的煤炭和木炭均可还原铁的氧化物
√
【解析】选D。A项,生铁是铁合金,属于混合物,生铁的含碳量为2%~4.3%,熟铁指的是钢,也是铁合金,属于混合物,钢的含碳量为0.03%~2%,错误;B项,“治铁”过程中CO与铁的氧化物反应生成铁和CO2,不属于化合反应和置换反应,错误;C项,铁炭和炊炭不互为同素异形体,为混合物,错误;D项,“治铁”用到的煤炭和木炭均可还原铁的氧化物,使其还原为铁单质,正确。
3.(3分)下列有关铁的化学反应的叙述正确的是(　　)
A.室温下,过量Fe与浓硝酸反应生成Fe(NO3)2
B.加热时,过量Fe与氯气反应生成FeCl2
C.高温下,铁与水蒸气反应生成Fe3O4
D.高温下,铁粉与氧化铝粉末反应生成单质铝
√
【解析】选C。室温下,Fe在浓硝酸中钝化,无法持续反应,A错误;氯气的氧化性较强,无论Fe是否过量,与氯气在加热条件下反应都只生成FeCl3,B错误;高温下,Fe与水蒸气反应生成Fe3O4和H2,C正确;Fe的活泼性不如Al,不能从氧化铝中置换出Al单质,D错误。
4.(3分)为探究铁与水蒸气的反应,某同学设计并进行了如图所示实验,
虚线框处用来检验生成的气体。下列说法正确的是(　　)
A.实验后,装置B中生成黑色固体
B.虚线框C处应该选择装置甲,试管中是灼热的表面发黑的铜丝
C.虚线框C处应该选择装置乙,试管中是灼热的铜丝
D.装置B与C之间的球形干燥管内应装电石
√
【解析】选A。由实验装置可知,A中加热提供水蒸气,B中Fe与水蒸气高温下反应生成四氧化三铁和氢气,且氢气不纯加热易发生爆炸,利用氢气将空气排出后加热。反应产生四氧化三铁,所以实验后,装置B中生成黑色固体,A正确;由于氢气的密度较小,虚线框C处应该选择装置乙,试管中是灼热的表面覆盖氧化铜的铜丝,氢气还原CuO可以观察到黑色铜丝变为红色,检验产生的氢气,B、C错误;电石的化学性质十分活泼,遇水剧烈反应产生乙炔和氢氧化钙,并放出大量的热,实验过程中有水蒸气生成,因此球形干燥管中不能装电石,D错误。
5.(3分)铁在地壳中含量丰富,其合金材料在生活中有广泛应用,也是人体内重要的微量元素之一。下列有关说法正确的是(　　)
A.炽热的铁注入模具之前,模具不需要干燥处理
B.发蓝处理后的钢铁部件表面有一层致密的氧化铁薄膜
C.为了防止缺铁性贫血,麦片中可以添加微量的还原铁粉
D.Fe2(SO4)3溶于水能产生Fe(OH)3胶体,可作消毒剂
√
【解析】选C。炽热的铁注入模具之前,模具需要干燥处理,否则会发生
反应:3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,A错误;钢铁发蓝处理后生成的是
四氧化三铁薄膜,B错误;微量的还原铁粉,可被氧化为亚铁离子,有助于
防止缺铁性贫血,C正确;Fe2(SO4)3不能作为消毒剂,溶于水能产生
Fe(OH)3胶体,可以作为净水剂,D错误。
6.(3分)实验室采用气相还原法制备纳米级Fe,其流程如图所示。
下列有关说法正确的是(　　)
A.FeCl2·4H2O属于混合物
B.“加热脱水”属于物理变化过程
C.高温还原的过程中N2作还原剂
D.高温制备纳米级Fe时,反应容器须保持充分干燥
√
【解析】选D。FeCl2·4H2O加热失去结晶水变为FeCl2,然后在N2的惰性环境中,被H2还原为纳米级Fe,据此解答。FeCl2·4H2O是带结晶水的盐,属于化合物,是纯净物,而不是混合物,A错误;FeCl2·4H2O加热失去结晶水变为FeCl2,FeCl2·4H2O与FeCl2是不同物质,因此“加热脱水”属于化学变化过程,B错误;在高温还原的过程中N2作保护气,防止反应产生的Fe被氧化,而不是作还原剂,C错误;在高温制备纳米级Fe时,反应容器须保持充分干燥,否则Fe与H2O(g)在高温下会反应生成Fe3O4和H2,D正确。
7.(12分)溶液中含有Fe2+、Cu2+、Fe3+和Cl 。为回收铜并得到纯净的FeCl3溶液,下面是综合利用的主要流程:
(1)FeCl3溶液腐蚀覆在绝缘板上的铜箔的离子方程式为
________________________________________________。(2分)
(2)上述方框内物质M和X的化学式:M_________, X__________。
上述流程中有关Fe2+和Fe3+相互转化的离子方程式是
____________________、 __________________________。(8分)
(3)滤液B中所含的金属阳离子是___________。 (2分)
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
Fe
Cl2
2Fe3++Fe===3Fe2+
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl
Fe2+
【解析】由工艺流程可知,沉淀中含有金属铁和铜,目的是制取氯化铁,废液应该与过量的Fe反应,故M为Fe,得到滤液A为FeCl2,通入X可以得到氯化铁,X为氯气;沉淀中含有金属Cu、未反应的Fe,加入过量盐酸,过滤,回收铜,滤液B中含有FeCl2,与滤液A合并,制备氯化铁溶液,据此分析回答问题。(1)FeCl3溶液和铜反应生成氯化亚铁和氯化铜,反应的离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+;(2)上述分析可知M为Fe,X为Cl2,上述流程中有关Fe2+和Fe3+相互转化的离子方程式是2Fe3++Fe===3Fe2+,2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl ;(3)滤液B是氯化亚铁溶液,其中所含的金属阳离子是Fe2+。
题组二:铁的氧化物
1.(3分)下列有关铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是(　　)
A.Fe2O3能与盐酸反应,可制作红色颜料
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,可用作食品袋中的抗氧化剂
D.Fe粉难溶于水,可用于除废水中的Cu2+
√
【解析】选C。A项,Fe2O3为红棕色固体,可用于制作红色颜料,与其能与盐酸反应无关,错误;B项,FeCl3可用于除去水中悬浮杂质是利用其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,错误;C项,铁粉可用作食品袋中的抗氧化剂,是因为铁粉是活泼金属,具有强的还原性,正确;D项,Fe具有强的还原性,可与铜离子反应生成Cu,因此可除去废水中的Cu2+,与Fe的溶解性无关,错误。
2.(3分)下列转化关系不能通过一步反应实现的是(　　)
A.Fe→FeCl2　　　　 B.Fe2O3→Fe(OH)3
C.FeCl3→FeCl2 D.Fe(OH)3→Fe2O3
【解析】选B。Fe和FeCl3反应生成FeCl2,A、C不符合;Fe2O3不溶于水,不能直接转化为Fe(OH)3,B符合;Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3,D不符合。
√
3.(3分)(2026·肇庆模拟)钴铁矿经焙烧后得到的CoO和Fe2O3,通过如图所示转化,进行分离。
已知:Co2++4SCN [Co(SCN)4]2 (蓝紫色)此反应可用于检验Co2+。
下列说法正确的是(　　)
A.步骤Ⅰ中CoO、Fe2O3均与焦炭发生反应且根据分析可知Co3O4的热稳定性强于Fe3O4
B.步骤Ⅳ的操作:将Fe3O4溶于硫酸,加入一定量H2O2,45 ℃恒温加热一段时间后,再加入浓氨水,经过滤、干燥、煅烧,获得Fe2O3
C.检验Fe2O3中是否还含有CoO:将产品溶于盐酸,再滴加KSCN溶液,若溶液出现蓝紫色,说明含有CoO
D.铁与钴为同周期的邻族元素,此过程利用CoO与Fe3O4的磁性强弱不同进行分离
√
【解析】选B。首先在真空条件下与焦炭焙烧使Fe2O3转化为Fe3O4,随后富氧焙烧将CoO氧化为Co3O4,再经高温真空焙烧使Co3O4转化CoO,最终利用磁性差异磁选分离出非磁性的CoO与磁性的Fe3O4,后者经系列操作得Fe2O3。过程Ⅰ中C只与Fe2O3反应产生Fe3O4,过程Ⅱ中400 ℃富氧焙烧CoO生成了Co3O4,过程Ⅲ中只有Co3O4反应,说明Co3O4的热稳定性弱于Fe3O4,A错误;步骤Ⅳ的操作:将Fe3O4溶于硫酸,加入一定量H2O2,45 ℃恒温加热一段时间后(Fe2+→Fe3+),再加入浓氨水[Fe3+→Fe(OH)3],经过滤、干燥、煅烧,获得Fe2O3,B正确;
由于Fe3+和Co2+均可与SCN 结合,产生的红色[Fe(SCN)]2+与蓝紫色的[Co(SCN)4]2 之间互相干扰,无法判断,C错误;铁与钴为同族元素,均位于第四周期第Ⅷ族,D错误。
4.(17分)某兴趣小组用部分氧化的FeSO4为原料,制取高纯度的Fe2O3。
主要操作步骤如图:
(1)在溶解过程中,H2O2作氧化剂,试写出加入H2O2发生反应的离子方程
式:________________________________________________。(2分)
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(2)简述检验溶解过程中Fe2+是否已被完全氧化成Fe3+的实验操作: ________________________________________________________
________________________________________________________
(可供选择的试剂:酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、氯水)。(3分)
(3)“沉铁”过程中产生红褐色沉淀,试写出相关的化学方程式:
________________________________________________。(2分)
(4)操作A包括过滤、洗涤、__________;写出操作A中发生反应的
化学方程式:_____________________________________。(4分)
取少量酸性KMnO4溶液于试管中,向其中滴入适量待测液,若酸性KMnO4溶液紫红色没有褪去,说明Fe2+被完全氧化
Fe2(SO4)3+6NH3·H2O===2Fe(OH)3↓+3(NH4)2SO4
灼烧
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
===
△
(5)实验室配制100 mL 2.00 mol·L 1 H2SO4溶液。
①需要18.00 mol·L 1浓硫酸的体积为___________mL。(计算结果
保留两位小数)(2分)
②下列仪器中,需要的有________(填标号),
还缺少的玻璃仪器为________(填仪器名称)。
(4分)
11.11
BDEG
玻璃棒
【解析】用部分氧化的FeSO4为原料,制取高纯度的Fe2O3,首先用过氧化氢和硫酸溶解并将二价铁氧化为三价铁,之后用一水合氨和三价铁反应生成氢氧化铁沉淀,过滤后加热分解氢氧化铁生成氧化铁,以此解题。(1)加入过氧化氢是为了氧化亚铁离子生成铁离子,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(2)检验溶解过程中Fe2+是否已被完全氧化成Fe3+,实际上是在Fe3+存在的情况下检验Fe2+是否存在,需利用Fe2+的还原性,使用酸性KMnO4溶液进行检验,具体操作为取少量酸性KMnO4溶液于试管中,向其中滴入适量待测液,若酸性KMnO4溶液紫红色没有褪去,说明Fe2+被完全氧化。
(3)“沉铁”过程中产生红褐色沉淀为氢氧化铁,结合原子守恒书写反应的化学方程式为Fe2(SO4)3+6NH3·H2O===2Fe(OH)3↓+ 3(NH4)2SO4。
(4)“沉铁”过程中产生红褐色沉淀,还生成硫酸铵,则需要过滤、洗涤沉
淀,经干燥后才能灼烧使氢氧化铁分解为氧化铁和水,则操作A包括过滤、
洗涤、灼烧;操作A中发生反应的化学方程式为2Fe(OH)3 Fe2O3
+3H2O。
(5)①配制100 mL 2.00 mol·L 1 H2SO4溶液,根据稀释前后硫酸物质的量
不变,需要18.00 mol·L 1浓硫酸的体积为≈
11.11 mL。
②浓硫酸溶液配制稀硫酸,需要计算所需浓硫酸溶液的体积,量取稀释、冷却后转移、洗涤烧杯和玻璃棒一并转移、定容、摇匀得到,需要的仪器有BDEG;还缺少的玻璃仪器是玻璃棒。
题组三:铁的氢氧化物
1.(3分)下列有关铁的化合物的说法不正确的是(　　)
A.Fe(OH)2不稳定,具有较强的氧化性
B.FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均可与盐酸反应
C.Fe(OH)3能通过化合反应得到
D.Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2价和+3价
√
【解析】选A。Fe(OH)2中的Fe2+具有还原性,可被空气中的O2氧化为Fe(OH)3,A错误;FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,故均具有碱性氧化物的通性,都能与盐酸反应,B正确;Fe(OH)3可由Fe(OH)2与O2、H2O发生化合反应得到,C正确;Fe3O4俗称磁性氧化铁,其组成可表示为FeO·Fe2O3,元素的化合价既有+2价又有+3价,D正确。
2.(3分)下列以废铁粉、稀盐酸、空气和氨气为原料制取Fe2O3的实验原理和装置不能达到实验目的的是(　　)
A.用装置甲溶解废铁粉
B.用装置乙制取Fe(OH)3固体
C.用装置丙过滤得到Fe(OH)3固体
D.用装置丁灼烧Fe(OH)3固体制得Fe2O3
√
【解析】选D。在烧杯中用稀盐酸溶解废铁粉,加热的目的是加快反应速率,能达到实验目的,A不选;氨气通入氯化亚铁溶液生成氢氧化亚铁,通入空气将其氧化为氢氧化铁,由于氨气极易溶于水,采用倒扣的漏斗能防倒吸,能达到实验目的,B不选;采用题图过滤装置可以得到氢氧化铁固体,能达到实验目的,C不选;灼烧Fe(OH)3固体应该在坩埚中进行,故D不能达到实验目的,D选。
3.(3分)某化学兴趣小组按如图所示装置进行实验,反应开始时打开弹簧
夹,当点燃从a口出来的气体无爆鸣声时关闭弹簧夹,此时剩余少量的钠,
下列说法错误的是(　　)
A.橡皮管能起到平衡气压的作用
B.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,剩余的少量钠
能置换出单质铁
C.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,锥形瓶内能观察到白色絮状沉淀
D.反应结束后,打开锥形瓶的橡胶塞,能观察到有红褐色沉淀产生
√
【解析】选B。钠与水反应生成氢气,造成锥形瓶内压强过大,为了维持压强平衡,连接橡皮管,A正确;钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,生成的氢氧化钠与氯化亚铁反应生成氢氧化亚铁沉淀,B错误;钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,生成的氢氧化钠与氯化亚铁反应生成氢氧化亚铁为白色絮状沉淀,C正确;白色氢氧化亚铁不稳定,被空气中氧气氧化生成氢氧化铁红褐色沉淀,D正确。
4.(3分)在稀硫酸中加入适量铁粉,反应完全后再加入适量NaOH溶液,
放置片刻,从反应体系中观察到颜色的变化是(　　)
A.无色→灰绿→红褐
B.无色→白色→浅绿→灰绿→红褐
C.无色→浅绿→白色→灰绿→红褐
D.无色→白色→红褐
√
【解析】选C。稀硫酸溶液为无色,加入铁粉后反应生成硫酸亚铁溶液,为浅绿色;继续滴加适量的氢氧化钠溶液,生成白色的氢氧化亚铁沉淀,氢氧化亚铁沉淀被氧气氧化,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色的氢氧化铁沉淀,观察到颜色的变化是无色→浅绿→白色→灰绿→红褐。
5.(3分)一种制备Fe(OH)2的改进装置如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.配制FeSO4溶液时需加入硫酸
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】选D。实验时先注入稀硫酸,碳酸钠和硫酸反应放出二氧化碳,等烧杯内紫色石蕊溶液变红,再注入NaOH溶液和FeSO4溶液生成氢氧化亚铁。FeSO4易水解,为防止FeSO4水解,配制FeSO4溶液时需加入硫酸,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,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,C正确;氢气的密度比空气小,用铁粉代替Na2CO3粉末,不能排尽空气,D错误。
6.(3分)某化学实验小组设计了如图装置制备Fe(OH)2:
下列叙述错误的是(　　)
A.配制FeSO4溶液所用的蒸馏水应先煮沸然后密封冷却
B.若需用2.0 mol·L 1 FeSO4溶液配制100 mL 0.1 mol·L 1 FeSO4溶液,
需要如图所示的玻璃仪器
C.上层液体X必须具备的物理性质有不溶于水,密度小于钠
D.预测实验现象为产生气泡,钠会在两液体界面上下跳动,溶液层会出现
白色胶状沉淀
√
【解析】选B。亚铁离子易被氧化,配制过程必须严格除氧,故配制溶液的蒸馏水要煮沸然后密封冷却,A正确;配制溶液不需要使用漏斗,B错误;上层液体X在钠之上且和硫酸亚铁溶液互不相溶,所以X必须不溶于水,密度比钠小,C正确;钠和水反应生成氢氧化钠和氢气,由于反应过程中生成气体,钠会在界面上下跳动,氢氧化钠和硫酸亚铁反应生成氢氧化亚铁沉淀,溶液层会出现白色胶状沉淀,D正确。

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