（江蘇專用）高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 微考點(diǎn)20 鐵及其化合物的實(shí)驗(yàn)探究-人教版高三全冊化學(xué)試題

微考點(diǎn)20鐵及其化合物的實(shí)驗(yàn)探究1．鐵是目前人類使用量最大的金屬，它能形成多種化合物。(1)取5.6g的生鐵與足量的稀硫酸混合反應(yīng)，無論怎樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終收集的氣體體積均小于2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，最主要的原因是____________________________；所得溶液在長時間放置過程中會慢慢出現(xiàn)淺黃色，試用離子方程式解釋這一變化的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)ZnFe2Ox是一種新型納米材料，可將工業(yè)廢氣中的某些元素轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，制取納米ZnFe2Ox和用于除去廢氣的轉(zhuǎn)化關(guān)系為ZnFe2O4ZnFe2Ox。若上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)中消耗的n(ZnFe2O4)∶n(H2)＝2∶1，x的值為________。請寫出ZnFe2Ox與NO2反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________________________(x用前一問求出的具體值)。(3)LiFePO4(難溶于水)材料被視為最有前途的鋰離子電池材料之一。①以FePO4(難溶于水)、Li2CO3、單質(zhì)碳為原料在高溫下制備LiFePO4，該反應(yīng)還生成一種可燃性氣體，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________。②磷酸鐵鋰動力電池有幾種類型，其中一種(中間是鋰離子聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開)工作原理為FePO4＋LiLiFePO4。則放電時正極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。(4)已知25℃時Ksp[Fe(OH3)]＝4.0×10－38，此溫度下若在實(shí)驗(yàn)室中配制5mol·L－1100mLFeCl3溶液，為使配制過程中不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則至少需要加入______mL2mol·L－1的鹽酸(忽略加入鹽酸時溶液體積的變化)。2．鐵及其化合物在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用。(1)鐵元素在元素周期表中的位置為________________。(2)等物質(zhì)的量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣在一定條件下反應(yīng)，產(chǎn)生相同條件下的氣體體積比為__________；鐵在高溫條件下與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)堿式硫酸鐵[Fe(OH)SO4]是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑，在醫(yī)藥上也可用于治療消化性潰瘍出血。工業(yè)上利用廢鐵屑(含少量氧化鋁、氧化鐵等)生產(chǎn)堿式硫酸鐵的工藝流程如圖：已知：常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：沉淀物Fe3＋Fe2＋Al3＋開始沉淀(pH)2.37.53.4完全沉淀(pH)3.29.74.4①加入少量NaHCO3的目的是調(diào)節(jié)pH，應(yīng)控制pH的范圍為________________。②堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的[Fe(OH)]2＋，可部分水解生成聚合離子[Fe2(OH)4]2＋。該水解反應(yīng)的離子方程式為______________________________________________。(4)高鐵酸鉀(K2FeO4)也是常用的水處理劑。它的制備方法有多種。①熔融法又稱為過氧化鈉氧化法。先在高溫熔融的條件下制備高鐵酸鈉：Fe＋3Na2O2=Na2FeO4＋2Na2O，再將高鐵酸鈉加入到氫氧化鉀溶液里，發(fā)生反應(yīng)：2KOH＋Na2FeO4=K2FeO4＋2NaOH，請根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)原理分析該反應(yīng)發(fā)生的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②電解法制備高鐵酸鉀。鐵和石墨分別做兩個電極的電極材料，氫氧化鈉溶液做電解液實(shí)現(xiàn)電解制備。陰極的電極材料為__________，寫出陽極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。3．(2017·南京一中10月高考模擬)硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]較硫酸亞鐵不易被氧氣氧化，是分析化學(xué)中重要的試劑，常用于代替硫酸亞鐵。硫酸亞鐵銨在500℃時隔絕空氣加熱完全分解?；卮鹣铝袉栴}：(1)硫酸亞鐵銨隔絕空氣加熱完全分解，發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，固體產(chǎn)物可能有FeO和Fe2O3，氣體產(chǎn)物可能有NH3、SO3、H2O、N2和____________。(2)為檢驗(yàn)分解產(chǎn)物的成分，設(shè)計如下實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加熱A中的硫酸亞鐵銨至分解完全。①A中固體充分加熱較長時間后，通入氮?dú)?，目的是____________________________________________________________________________________________________。②為驗(yàn)證A中殘留物是否含有FeO，需要選用的試劑有________(填字母)。A．KSCN溶液 B．稀硫酸C．濃鹽酸 D．KMnO4溶液③裝置B中BaCl2溶液的作用是為了檢驗(yàn)分解產(chǎn)物中是否有______________氣體生成，若含有該氣體，觀察到的現(xiàn)象為_________________________________________________。④若A中分解產(chǎn)物有N2，固體殘留物只有Fe2O3，F(xiàn)e2O3的物質(zhì)的量為bmol，C中沉淀物質(zhì)的量為amol，則b________(填“大于”、“小于”或“等于”)a。⑤實(shí)驗(yàn)中，觀察到C中有白色沉淀生成，則C中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________(用離子方程式表示)。(3)為測定某固體樣品中(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的含量，某實(shí)驗(yàn)小組做了如下實(shí)驗(yàn)：測定原理：MnOeq\o\al(－,4)＋Fe2＋＋H＋=Mn2＋＋Fe3＋＋H2O(方程式未配平)測定步驟：步驟一：準(zhǔn)確稱量20.00g硫酸亞鐵銨晶體，配制成100mL溶液；步驟二：取所配溶液25.00mL于錐形瓶中，加稀H2SO4酸化，用0.1000mol·L－1KMnO4溶液滴定至終點(diǎn)，重復(fù)兩次，平均消耗KMnO4溶液16.00mL。①如何判斷滴定終點(diǎn)？_______________________________________________________________________________________________________________________________②產(chǎn)品中(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________________。4．已知氯化亞鐵的熔點(diǎn)674℃、沸點(diǎn)1023℃；氯化鐵在300℃以上易升華，易溶于水并且有強(qiáng)烈的吸水性。在500℃條件下氯化亞鐵與氧氣可能發(fā)生多種反應(yīng)，反應(yīng)之一為12FeCl2＋3O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe2O3＋8FeCl3。某研究小組選用以下裝置(夾持裝置省略，裝置可重復(fù)選用)進(jìn)行反應(yīng)的探究。回答下列問題：(1)裝置的合理連接順序?yàn)锳、______________、D，其中E裝置U形管左邊設(shè)計為粗導(dǎo)管的目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________________________________________________。(3)反應(yīng)過程發(fā)現(xiàn)，裝置B中除生成紅棕色固體外，還觀察到黃綠色氣體，生成該氣體的化學(xué)方程式為______________________________________________________________________________________________________________________________。(4)待B中充分反應(yīng)后，停止加熱后，還需持續(xù)通氧氣至________________________________________________________________________。(5)設(shè)計實(shí)驗(yàn)：①利用E裝置U形管里的固體驗(yàn)證Fe(OH)3是弱堿：__________________________________。②測定裝置B的殘留固體中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。5．氯化亞鐵具有獨(dú)有的脫色能力，適用于染料、染料中間體、印染、造紙行業(yè)的污水處理。某課題小組設(shè)計如下方案制備氯化亞鐵并探究氯化亞鐵(Fe2＋)的還原性。某同學(xué)選擇下列裝置用氯化鐵制備少量氯化亞鐵(裝置不可以重復(fù)使用)。查閱資料知：氯化鐵遇水劇烈水解，在加熱條件下氫氣還原氯化鐵生成FeCl2和HCl。(1)實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先檢查裝置的氣密性，請敘述裝置A氣密性檢查的方法：________________________________________________________________________。(2)氣流從左至右，裝置接口連接順序是a→()→()→()→()→()。(3)裝置C中干燥管中所盛試劑的名稱是__________，作用是______________________，________________________________________________________________________。(4)裝置C中酒精燈的作用是__________________________________________。(5)為了測定氯化亞鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：稱取實(shí)驗(yàn)制備的氯化亞鐵樣品5.435g，配成溶液，用1.00mol·L－1酸性KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)。(已知還原性Fe2＋＞Cl－)滴定結(jié)果如下表所示：滴定次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積滴定前刻度/mL滴定后刻度/mL11.0425.0321.9825.9933.2025.24①寫出滴定過程中所發(fā)生的2個離子方程式：________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。②樣品中氯化亞鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為__________________________________。

答案精析1．(1)生鐵中含有碳等雜質(zhì)4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O(2)3.52NO2＋8ZnFe2O3.5eq\o(=,\s\up7(高溫))N2＋8ZnFe2O4(3)①2FePO4＋Li2CO3＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2LiFePO4＋3CO↑②FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4(4)2.5解析(1)生鐵中含有碳等物質(zhì)，故5.6g鐵物質(zhì)的量少于0.1mol，生成的氫氣的體積少于2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)；變黃色說明有Fe3＋生成，是由Fe2＋被氧氣氧化所導(dǎo)致的。(2)當(dāng)反應(yīng)中n(ZnFe2O4)∶n(H2)＝2∶1時，依得失電子守恒原理可求出鐵的價態(tài)升高了0.5，由此可求出x＝3.5；ZnFe2O3.5與NO2反應(yīng)生成N2和ZnFe2O4，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NO2＋8ZnFe2O3.5eq\o(=,\s\up7(高溫))N2＋8ZnFe2O4。(3)①可燃性氣體是CO，反應(yīng)過程中鐵元素由＋3價降低到＋2價，Li2CO3中的碳元素由＋4價降低到＋2價，由此可寫出對應(yīng)的反應(yīng)式。②已知FePO4＋Lieq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))LiFePO4，F(xiàn)ePO4中Fe元素得電子，則放電時FePO4在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，正極的電極反應(yīng)式為FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4。(4)若不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則c(Fe3＋)·c3(OH－)≤Ksp[Fe(OH)3]，代入有關(guān)數(shù)據(jù)后可求出c(OH－)≤2×10－13mol·L－1，c(H＋)≥5×10－2mol·L－1，故至少要加入2.5mL相應(yīng)的鹽酸。2．(1)第四周期Ⅷ族(2)3∶43Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2(3)①4.4～7.5②2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋(4)①K2FeO4溶解度小，析出結(jié)晶，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行②石墨Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O解析(1)鐵是26號元素，在元素周期表中的位置為第四周期Ⅷ族。(2)令Fe的物質(zhì)的量為1mol，則：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2，相同條件下氣體體積之比等于其物質(zhì)的量之比，則兩反應(yīng)中生成氣體體積之比為1mol∶eq\f(4,3)mol＝3∶4。(3)①制備硫酸亞鐵，應(yīng)與硫酸鋁分離，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH生成Al(OH)3沉淀，且要避免生成Fe(OH)2沉淀，所以應(yīng)控制pH在4.4～7.5之間。②[Fe(OH)]2＋可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合離子，根據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒可寫出反應(yīng)的離子方程式。(4)①K2FeO4溶解度小，析出結(jié)晶，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。②鐵發(fā)生氧化反應(yīng)作陽極，所以陰極是石墨，鐵轉(zhuǎn)化為FeOeq\o\al(2－,4)，所以電極反應(yīng)式為Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O。3．(1)SO2(2)①使分解產(chǎn)生的氣體在B、C中被充分吸收②BD③SO3溶液變渾濁④小于⑤SO2＋H2O2＋Ba2＋=BaSO4↓＋2H＋(3)①滴加最后一滴KMnO4溶液時，溶液呈紫紅色且半分鐘不褪色②62.72%解析(1)根據(jù)氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)e、N元素的化合價均升高，則一定有化合價降低的元素，從所給的產(chǎn)物判斷，產(chǎn)物中還應(yīng)有SO2。(2)①氯化鋇與稀鹽酸的混合液目的是吸收氨氣、三氧化硫，則過氧化氫和鹽酸的混合液主要吸收二氧化硫，所以通入氮?dú)獾哪康氖鞘狗纸猱a(chǎn)生的氣體在B、C中被充分吸收；②鹽酸中的氯離子能被高錳酸鉀氧化成氯氣，為驗(yàn)證A中殘留物是否含有FeO，則選擇稀硫酸將固體溶解，然后加入酸性高錳酸鉀溶液，若溶液褪色或變淺，證明溶液中含有亞鐵離子，則固體中含有FeO；③裝置B中BaCl2溶液的作用是為了檢驗(yàn)分解產(chǎn)物中是否有三氧化硫，若含有三氧化硫，則溶液中有硫酸鋇沉淀生成，溶液變渾濁；④若產(chǎn)物中有氮?dú)馍?，則失去電子的元素是Fe和N，得到電子的元素是S，根據(jù)得失電子守恒，生成bmolFe2O3失去電子的物質(zhì)的量是2bmol，C中沉淀物質(zhì)的量為amol，即生成的二氧化硫的物質(zhì)的量是amol，則得電子的物質(zhì)的量是2amol，所以2b<2a，b<a；⑤C中的白色沉淀是硫酸鋇沉淀，二氧化硫與過氧化氫、氯化鋇溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)而生成硫酸鋇沉淀，離子方程式為SO2＋H2O2＋Ba2＋=BaSO4↓＋2H＋。(3)①Fe2＋與KMnO4發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，所以滴定終點(diǎn)的判斷為滴加最后一滴KMnO4溶液時，溶液呈紫紅色且半分鐘不褪色。②根據(jù)化學(xué)反應(yīng)：MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，取所配溶液25.00mL于錐形瓶中，加稀H2SO4酸化，用0.10mol·L－1KMnO4溶液滴定，所用高錳酸鉀溶液的物質(zhì)的量n(MnOeq\o\al(－,4))＝0.016L×0.1mol·L－1＝1.6×10－3mol，則n(Fe2＋)＝5×1.6×10－3mol＝8×10－3mol,20.00g硫酸亞鐵銨晶體含有n(Fe2＋)＝3.2×10－2mol，實(shí)驗(yàn)測得產(chǎn)品中(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(3.2×10－2mol×392g·mol－1)÷20.00g×100%＝62.72%。4．(1)CBEC防止FeCl3冷凝在導(dǎo)管中，堵塞導(dǎo)管(2)2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑(3)4FeCl2＋3O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe2O3＋4Cl2(4)硬質(zhì)玻璃管冷卻到室溫且裝置中的黃綠色氣體完全消失(5)①取少量固體加水溶解，用pH試紙(或pH計)測得溶液顯酸性②稱取一定質(zhì)量B中的殘留固體，加入足量的鹽酸(或硫酸等)溶解，加足量的H2O2氧化后再加入足量氫氧化鈉溶液得沉淀，過濾、洗滌、在空氣中充分灼燒至恒重稱量，計算解析(1)依題意知制取FeCl3的反應(yīng)原理12FeCl2＋3O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe2O3＋8FeCl3，且三氯化鐵在300℃以上易升華，易溶于水并且有強(qiáng)烈的吸水性。所以裝置的合理連接順序?yàn)锳為氧氣發(fā)生裝置→C為干燥氧氣裝置→B為生成FeCl3反應(yīng)裝置→E為冰鹽水冷卻收集FeCl3裝置→C裝置可防止D中水蒸氣進(jìn)入E→D為尾氣處理裝置，即正確的連接順序?yàn)锳、C、B、E、C、D；其中E裝置U形管左邊設(shè)計為粗導(dǎo)管的目的是防止FeCl3冷凝在