2021届高考化学一轮复习铁及其重要化合物作业(2)

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2021届高考化学一轮复习铁及其重要化合物作业(2)

课时作业(十一) 铁及其重要化合物 ‎1.(2020·福建龙岩质检)《本草纲目》中记载“慈石治肾家诸病,而通耳明目。慈石,色轻紫,石上皲涩,可吸连针铁,俗谓之熁铁石”。“慈石”的主要成分是(  )‎ A.铁     B.氧化铜 C.氧化铁    D.四氧化三铁 D [磁石,古代炼丹常用的矿物原料,又称作“慈石”,即四氧化三铁(Fe3O4)。]‎ ‎2.下列有关铁及其化合物的说法中正确的是(  )‎ A.铁的化学性质比较活泼,所以铁在自然界中全部以化合态存在 B.铁在纯氧中燃烧或在氯气中燃烧所得产物中铁的化合价均为+3价 C.工业上可用铁质容器储存浓硝酸和浓硫酸,原因是铁在常温下与两种酸不反应 D.工业上用CO在高温条件下还原含Fe2O3的铁矿石炼铁 答案 D ‎3.(2020·辽宁铁岭模拟)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(  )‎ A.Fe(OH)3 Fe2O3    B.Fe(OH)2 Fe2O3‎ C.Fe(OH)2 Fe(OH)3    D.Fe(OH)2 Fe3O4‎ 答案 B ‎4.(2020·江西九江模拟)下列离子的检验方法合理的是(  )‎ A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,说明不含Fe2+‎ B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+‎ C.向某溶液中加入NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+‎ D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+‎ C [A项,Fe2+遇到KSCN不变色,Fe2+是否存在不确定;B项,Fe3+干扰Fe2+的检验,若原溶液中含有Fe3+不含Fe2+,也会产生同样现象;D项,Mg(OH)2为白色沉淀,易被红褐色沉淀掩盖,不确定。]‎ ‎5.(2019·河南安阳模拟)下列除杂的操作不正确的是(  )‎ A.MgCl2溶液中混有少量FeCl3:加入足量镁充分反应后过滤 B.FeCl2溶液中混有少量FeCl3:加入过量铁粉充分反应后过滤 C.CuCl2溶液中混有少量FeCl3:加入NaOH溶液充分反应后过滤 D.CuCl2溶液中混有少量FeCl2:先加入H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,再加入CuO充分反应后过滤 答案 C ‎6.(2019·江苏盐城调研)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(  )‎ A.Fe2O3  B.Fe3O4 ‎ C.Fe4O5  D.Fe5O7‎ D [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∶0.2=1∶4,故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3,即Fe5O7。]‎ ‎7.(2019·湖北孝感模拟)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++Cl2===2Fe3++2Cl-‎ D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否还有Fe2+‎ C [A项,由最终要得到氯化铁晶体及流程图知,b是盐酸,错误;B项,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,错误;C项,滤液Z和X中均含有氯化亚铁,因此c为氯气,正确;D项,高锰酸钾也能氧化氯离子而褪色,因此不能用于检验是否含有亚铁离子,错误。]‎ ‎8.(2019·吉林中学一模)部分氧化的Fe-Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g,经如下处理:‎ 下列说法不正确的是(  )‎ A.滤液A中的阳离子为Fe2+、H+‎ B.样品中铁元素的质量为2.24 g C.样品中CuO的质量为4.0 g D.V=448 mL C [生成的3.2 g滤渣是铜,金属铜可以和铁离子反应,所以滤液A中一定不含有铁离子,故A正确;灼烧后得到的固体为三氧化二铁,其物质的量为=0.02 mol,铁元素的物质的量为0.02 mol×2=0.04 mol,质量为0.04 mol×56 g· mol-1=2.24 g,故B正确;根据B中分析可知铁元素质量为2.24 g,而样品质量为5.76 g,所以样品中CuO质量不超过5.76 g-2.24 g=3.52 g,故C错误;滤液A中溶质为H2SO4和FeSO4,而铁元素的物质的量为0.04 mol,说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04 mol,其中部分氢离子生成氢气,另外的氢离子和合金中的氧离子结合生成水,由于合金中氧离子的物质的量为=0.02 mol,可结合氢离子0.04 mol,所以参与反应的硫酸中有0.04 mol×2-0.04 mol=0.04 mol H+生成氢气,即生成0.02 mol氢气,标准状况下体积为448 mL,故D正确。]‎ ‎9.(2019·广东东莞模拟)FeCl3易潮解、易升华,实验室制备FeCl3的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。下列说法正确的是(  )‎ A.导管g的作用是增强装置的气密性 B.试剂X和试剂Y分别为浓硫酸、饱和食盐水 C.直接用E接收产物比用导管连接D、E的优点是可防止堵塞 D.出于简化装置的目的,F装置可拆除 C [导管g的作用是平衡气压,保证液体顺利滴下,A错误;为得到干燥纯净的Cl2,应先用饱和食盐水除去HCl,再通过浓硫酸干燥气体,B错误;FeCl3易潮解,而F中的浓硫酸起到干燥的作用,防止G中水蒸气进入D中,不能拆除,D错误。]‎ ‎10.(2018·江西赣州三模)铁及其化合物在日常生产生活中用途广泛,利用FeSO4制备还原铁粉的工业流程如下:‎ 实验室中可用FeSO4(用铁粉和稀硫酸反应制得)和NH4HCO3在如下装置模拟上述流程中的“转化”环节。‎ ‎(1)装置A的名称是__________,装置B中盛放的药品是______,NH4HCO3盛放在装置____中。‎ ‎(2)实验过程中,欲将生成的FeSO4溶液和NH4HCO3溶液混合,操作方法是________________________,发生主要反应的离子方程式为____________________。FeSO4溶液要现用现配制的原因是________________,检验久置的FeSO4是否变质的方法是___________________________________________________________________。‎ ‎(3)干燥过程的主要目的是脱去游离水,该过程中会有少量FeCO3在空气中被氧化为FeOOH,该反应的化学方程式为______________________,取干燥后的FeCO3样品12.49 g,与炭混合后焙烧,最终得到还原铁粉6.16 g,计算样品中杂质FeOOH的质量:______g。‎ 解析 (1)装置A是分液漏斗,盛放稀硫酸,装置B中盛放铁粉,稀硫酸与铁粉反应生成H2和FeSO4。装置C中盛放NH4HCO3。(2)检验D处氢气已纯净时,表明装置中空气已排尽,关闭活塞3,打开活塞2,在氢气作用下将FeSO4溶液压入C中发生反应。FeSO4具有还原性,易被O2氧化,故FeSO4溶液要现用现配。用KSCN溶液检验久置的FeSO4是否变质。(3)FeCO3、H2O、O2反应生成FeOOH和CO2。设干燥后的FeCO3样品中FeCO3、FeOOH的物质的量分别为x、y,则x×116 g· mol-1+y×89 g· mol-1=12.49 g,56 g· mol-1×(x+y)=6.16 g,解得:x=0.1 mol,y=0.01 mol。故m(FeOOH)=0.89 g。‎ 答案 (1)分液漏斗 铁粉 C ‎(2)(待D处的氢气纯净后)关闭活塞3,打开活塞2 Fe2++2HCO===FeCO3↓+CO2↑+H2O(或Fe2++HCO===FeCO3↓+H+、HCO+H+===CO2↑+H2O) 亚铁离子易被氧化 取样品配成溶液,取少量溶液于试管中,再向试管中加入KSCN溶液,观察是否显红色 ‎(3)4FeCO3+O2+2H2O===4FeOOH+4CO2 0.89‎ ‎11.(2019·河南六市联考)工业生产硫酸的黄铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3及少量的FeS、SiO2、Cu、Au、Ag等)是工业三废之一,其综合利用是一条变废为宝的重要途径:‎ Ⅰ.以黄铁矿烧渣为原料制备颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4的生产工艺流程如图。‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)能提高“废渣溶解”速率的措施有________________(写出一条即可),“氧化”的目的是__________________。‎ ‎(2)(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12中Fe的化合价是____价。‎ ‎(3)该工艺流程图中,第二次加入氨水后,反应的离子方程式为________________ ________________________________________________________。‎ Ⅱ.如图是以黄铁矿烧渣为原料制备颜料铁红的另外一种生产工艺流程。‎ ‎(4)在滤液Ⅰ中加入熟石灰,反应的化学方程式是______________________________。‎ ‎(5)“氧化”反应较多,其中FeS可以看作被水溶液中的Cl2氧化,氧化后的溶液中滴加BaCl2溶液有不溶于盐酸的白色沉淀生成,则水溶液中FeS与Cl2反应的离子方程式为________________________________________________。‎ ‎(6)试剂X为过量铁粉,其作用是______________________________。‎ 解析 Ⅰ.黄铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3及少量的FeS、SiO2、Cu、Au、Ag等)用硫酸溶解后的溶液中含有硫酸铁和硫酸亚铁,将+2价铁氧化为+3价铁后,加入氨水,生成碱式硫酸铁铵沉淀,碱式硫酸铁铵沉淀用水溶解后的溶液中加入氨水,生成氢氧化铁沉淀,过滤后灼烧滤渣得到氧化铁;第二次过滤后的滤液中主要含有硫酸铵,可以回收得到硫酸铵晶体。(1)能提高“废渣溶解”速率的措施有将废渣粉碎、提高溶解温度、搅拌等,由上述分析可知,溶解后“氧化”可以将+2价铁氧化为+3价铁。(2)(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12中NH、SO、OH-整体分别显+1价、-2价、-1价,根据化合物中各元素化合价的代数和为0可得,Fe的化合价是+3价。(3)第二次加入氨水后,反应的离子方程式为3NH3·H2O+Fe3+===Fe(OH)3↓+3NH。Ⅱ.根据流程图,黄铁矿烧渣用NaOH溶解,只有SiO2与NaOH发生反应,生成的溶液中含有Na2SiO3,滤渣中含有Fe2O3及少量的FeS、Cu、Au、Ag等,滤渣用硫酸溶解,同时用次氯酸钠氧化Fe2+,滤渣中含有Au、Ag等,滤液中含有Fe3+和Cu2+,需要除去Cu2+,为了不引入新杂质,需要加入铁粉将Cu2+还原,得到的滤液为FeSO4,加入NaOH生成Fe(OH)2,被氧化生成Fe(OH)3,灼烧得到氧化铁。(4)滤液Ⅰ中含有硅酸钠,加入熟石灰,发生复分解反应,生成硅酸钙沉淀,反应的化学方程式为Na2SiO3+Ca(OH)2===2NaOH+CaSiO3↓。(5)FeS被Cl2氧化后的溶液中滴加BaCl2溶液有不溶解于盐酸的白色沉淀生成,说明生成了SO,则水溶液中FeS与Cl2反应的离子方程式为2FeS+9Cl2+8H2O===2Fe3++2SO+18Cl-+16H+。(6)试剂X为过量铁粉,目的是把Cu2+还原为Cu,还可以还原Fe3+为Fe2+。‎ 答案 (1)将废渣粉碎、提高溶解温度等 将+2价铁氧化为+3价铁 ‎(2)+3‎ ‎(3)3NH3·H2O+Fe3+===Fe(OH)3↓+3NH ‎(4)Na2SiO3+Ca(OH)2===2NaOH+CaSiO3↓‎ ‎(5)2FeS+9Cl2+8H2O===2Fe3++2SO+18Cl-+16H+‎ ‎(6)把Cu2+还原为Cu,还可以还原Fe3+为Fe2+‎ ‎12.(2019·天津静海模拟)某学习小组研究溶液中Fe2+的稳定性,进行如下实验,并记录下结果。‎ ‎【实验Ⅰ】‎ ‎0 min ‎1 min ‎1 h ‎5 h FeSO4溶液 淡黄色 橘红色 红色 深红色 ‎(NH4)2Fe(SO4)2溶液 几乎无色 淡黄色 黄色 橘红色 ‎(1)上述(NH4)2Fe(SO4)2溶液的pH小于FeSO4溶液的原因是__________________(用离子方程式表示)。溶液的稳定性:FeSO4____(NH4)2Fe(SO4)2(填“>”或“<”)。‎ ‎(2)甲同学提出实验Ⅰ中两溶液的稳定性差异可能是(NH4)2Fe(SO4)2溶液中的NH保护了Fe2+,因为NH具有还原性。进行实验Ⅱ,否定了该观点,请补全该实验。‎ ‎【实验Ⅱ】‎ 操作 现象 取_________________________________,‎ 滴加__________,观察 与实验Ⅰ中(NH4)2Fe(SO4)2溶液现象相同 ‎(3)乙同学提出实验I中两溶液的稳定性差异是溶液酸性不同所致,进行实验Ⅲ:分别配制0.8 mol·L-1pH为1、2、3、4的FeSO4溶液,观察,发现pH=1的FeSO4溶液长时间无明显变化,pH越大,FeSO4溶液变黄的时间越短。‎ 资料显示:亚铁盐溶液中存在反应:4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+。‎ 由实验Ⅲ,乙同学可得出的实验结论是________________,原因是_______________ _____________________________________________________。‎ ‎(4)进一步研究在水溶液中Fe2+的氧化机理。测定同浓度FeSO4溶液在不同pH条件下,Fe2+的氧化速率与时间的关系如图(实验过程中溶液温度几乎无变化)。反应初期,‎ 氧化速率都逐渐增大的原因可能是__________________。‎ ‎(5)综合以上实验分析,增强Fe2+稳定性的措施有__________________。‎ 解析 (1)FeSO4溶液中只有Fe2+的水解使溶液呈弱酸性,而(NH4)2Fe(SO4)2溶液中Fe2+和NH都水解使溶液呈弱酸性,所以同浓度的(NH4)2Fe(SO4)2溶液的pH小于FeSO4溶液;根据表中所示溶液颜色的变化快慢分析,FeSO4溶液与KSCN溶液反应1 min后的颜色和(NH4)2Fe(SO4)2溶液与KSCN溶液反应5 h后的颜色相同,说明FeSO4的稳定性弱于(NH4)2Fe(SO4)2。(2)甲同学提出实验Ⅰ中两溶液的稳定性差异可能是(NH4)2Fe(SO4)2溶液中的NH保护了Fe2+,所以可以取用与(NH4)2Fe(SO4)2溶液体积相同、浓度相同、pH相同的不含NH的FeSO4溶液做对比实验。即取2 mL pH=4.0的0.80 mol·L-1FeSO4溶液,加2滴0.01 mol·L-1KSCN溶液进行实验,现象与实验Ⅰ中(NH4)2Fe(SO4)2溶液的实验现象相同,说明NH的存在不影响实验结果,从而否定了甲同学的观点。(3)实验Ⅲ的结果说明FeSO4溶液的pH越小,FeSO4越稳定;根据亚铁盐溶液中存在的化学平衡4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+可知,pH越小,c(H+)越大,对平衡正向进行的抑制作用越大,Fe2+越稳定。(4)根据亚铁盐溶液中存在的化学平衡4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+可推测,生成的Fe(OH)3对反应有催化作用,且反应初期生成的c(H+)小,对反应正向进行的抑制作用很小。(5)分析实验结果,增强Fe2+稳定性的措施可以是加入一定量的酸,增大c(H+),或进行密封保存,减少与空气的接触等。‎ 答案 (1)NH+H2ONH3·H2O+H+ <‎ ‎(2)2 mL pH=4.0的0.80 mol·L-1 FeSO4溶液 2滴0.01 mol·L-1KSCN溶液 ‎(3)溶液pH越小,Fe2+越稳定 溶液中存在平衡4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+,c(H+)越大,对平衡正向进行的抑制作用越强,Fe2+越稳定 ‎(4)生成的Fe(OH)3对反应有催化作用 ‎(5)加一定量的酸;密封保存
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