《高中化學(xué)》第10講鐵及其氧化物、氫氧化物

PAGE第10講鐵及其氧化物、氫氧化物層次1基礎(chǔ)性1.鐵是日常生活中使用最廣泛的金屬,下列關(guān)于鐵的一些說(shuō)法正確的是()A.常溫下濃硫酸與鐵不反應(yīng),故常溫下可用鐵質(zhì)容器貯藏、運(yùn)輸濃硫酸B.鐵是較活潑的金屬,它與鹵素單質(zhì)(X2)反應(yīng)的生成物均為FeX3C.Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,說(shuō)明穩(wěn)定性:Fe(OH)2>Fe(OH)3D.FeO、Fe2O3和Fe3O4均可與鹽酸反應(yīng),且均為非氧化還原反應(yīng)2.鐵屑溶于過(guò)量稀硫酸,過(guò)濾后向?yàn)V液中加入過(guò)量氨水,有白色沉淀生成,過(guò)濾,在空氣中加熱沉淀至質(zhì)量不再發(fā)生變化為止,得到紅棕色殘?jiān)Ｉ鲜龀恋砗蜌堅(jiān)謩e是()A.Fe(OH)3Fe2O3B.Fe(OH)2Fe2O3C.Fe(OH)2Fe(OH)3 D.Fe(OH)2Fe3O43.下列關(guān)于鐵及其化合物的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.FeCl3、Fe(OH)3均可通過(guò)化合反應(yīng)制得B.實(shí)驗(yàn)室保存FeSO4溶液時(shí)常加入少量鐵粉C.Fe2O3、Fe3O4與鹽酸反應(yīng)均生成一種鹽和水D.Fe2O3與鋁粉能發(fā)生鋁熱反應(yīng),該反應(yīng)可用于焊接鋼軌4.(2023·廣東韶關(guān)期末)用如圖所示裝置進(jìn)行Fe與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.Fe與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe+3H2OFe2O3+3H2B.實(shí)驗(yàn)時(shí),先點(diǎn)燃酒精燈再點(diǎn)燃酒精噴燈C.選用裝置②收集并檢驗(yàn)Fe與水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)生的氣體D.實(shí)驗(yàn)后取玻璃管中固體加鹽酸溶解,滴加KSCN溶液未有紅色,說(shuō)明Fe與水蒸氣未反應(yīng)5.某同學(xué)對(duì)鐵的氧化物產(chǎn)生了濃厚興趣,查閱資料后制成以下卡片:[查閱資料]在空氣中把鐵灼燒到500℃生成Fe3O4,溫度再升高可生成Fe2O3,在更高的溫度(約1400℃)下加熱Fe2O3時(shí),又可得到Fe3O4。即:FeFe3O4Fe2O3下列說(shuō)法正確的是()A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均為黑色固體B.反應(yīng)②的溫度比反應(yīng)③的溫度高C.FeO的穩(wěn)定性強(qiáng)于Fe2O3D.四氧化三鐵中鐵元素的化合價(jià)較復(fù)雜,其組成可表示為FeO·Fe2O36.某研究小組利用如圖裝置進(jìn)行“鐵與水反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn),并檢驗(yàn)產(chǎn)物。(1)裝置A的作用是;B中反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(2)E中的氧化銅出現(xiàn)由黑色變成紅色可以證明反應(yīng)后生成H2,點(diǎn)燃E處酒精燈之前應(yīng)進(jìn)行的具體操作步驟是。(3)根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象,回答問(wèn)題:實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象Ⅰ.取B中硬質(zhì)玻璃管反應(yīng)后樣品少許,加入足量的鹽酸并過(guò)濾,濾液為a固體溶解,溶液為綠色Ⅱ.取a溶液少許,滴加KSCN溶液溶液不變紅色Ⅲ.取a溶液少許,滴加NaOH溶液現(xiàn)象A現(xiàn)象A是,a溶液中不含F(xiàn)e3+的原因是(用離子方程式表示)。層次2綜合性7.某校研究性小組測(cè)定氧化物X(FexO)組成的實(shí)驗(yàn)流程如下:下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.樣品X中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為26.3%B.溶液Y中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=2∶1C.用酸性高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)溶液Z中是否含有Fe2+D.根據(jù)步驟Ⅰ、Ⅱ可以判斷X的組成為Fe0.75O8.(2024·遼寧沈陽(yáng)市郊聯(lián)體聯(lián)考)某化學(xué)興趣小組選用藥品:鐵粉、稀硫酸、氫氧化鈉溶液,利用如圖裝置制備氫氧化亞鐵并觀察其顏色。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A.儀器1中應(yīng)該盛放稀硫酸B.本實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制A、B、C三個(gè)開(kāi)關(guān),將儀器中的空氣排盡后,先關(guān)閉開(kāi)關(guān)A,再打開(kāi)開(kāi)關(guān)B就可觀察到氫氧化亞鐵的顏色C.實(shí)驗(yàn)時(shí)為防止儀器2中鐵粉通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入儀器3中,可在儀器2底部放上一塊吸鐵石D.本實(shí)驗(yàn)制備的氫氧化亞鐵可以相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間地保持白色狀態(tài)9.(2023·廣東梅州期末)下列含F(xiàn)e元素的物質(zhì)反應(yīng)的離子方程式書(shū)寫(xiě)正確的是()A.鐵與鹽酸反應(yīng):2Fe+6H+2Fe3++3H2↑B.鈉與氯化鐵溶液反應(yīng):Fe3++3Na3Na++FeC.氧化鐵與稀硫酸反應(yīng):Fe2O3+6H+2Fe3++3H2OD.氯化亞鐵溶液與氯氣反應(yīng):Fe2++Cl22Cl-+Fe3+10.Fe/Cu/沸石非均相催化劑的主要成分為Fe3O4、Fe2O3、CuO和Cu2O,通過(guò)與H2O2作用產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的·OH自由基和·HO2自由基,能夠有效去除水體中的苯并三唑等污染物,其反應(yīng)機(jī)理如圖所示(Mn+表示元素及其價(jià)態(tài),不表示其為自由移動(dòng)的離子)。已知:鐵氧化物的催化性能優(yōu)于銅氧化物;·OH是降解污染物的主要反應(yīng)活性物質(zhì)。下列說(shuō)法不正確的是()A.過(guò)程①、②的總反應(yīng)為2H2O2·HO2+·OH+H2OB.過(guò)程③、④的總反應(yīng)中Cu2+和Cu+均可看作是催化劑C.過(guò)程⑤中有OH-生成,過(guò)程⑦中有H+生成D.過(guò)程⑥必然會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)生成的自由基減少11.利用廢鐵屑(主要成分為Fe,還含有C、S、P等)制取高效凈水劑K2FeO4的流程如圖所示:下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.廢鐵屑在酸溶前可用熱的純堿溶液去油污B.步驟②是將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3C.步驟③中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe(OH)3+3ClO-2FeO42-+3Cl-+4H++HD.步驟④中反應(yīng)能發(fā)生的原因是在相同條件下,K2FeO4的溶解度小于Na2FeO412.(2024·湖北武漢部分重點(diǎn)校聯(lián)考)實(shí)驗(yàn)室由煉鋼污泥(簡(jiǎn)稱鐵泥,主要成分為鐵的氧化物)制備軟磁性材料α-Fe2O3,其主要實(shí)驗(yàn)流程如圖。下列說(shuō)法不正確的是()A.“酸浸”時(shí),可通過(guò)適當(dāng)加快攪拌速度來(lái)提高鐵元素浸出率B.“還原”過(guò)程中除生成Fe2+外,還會(huì)生成H2C.“除雜”時(shí),向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液,使Ca2+轉(zhuǎn)化為CaF2沉淀除去D.“沉鐵”時(shí)加入過(guò)量NaHCO3溶液,生成FeCO3沉淀的離子方程式為Fe2++HCO3-FeCO3↓+H層次3創(chuàng)新性13.已知在不同的溫度下,一氧化碳與鐵的氧化物反應(yīng)能生成另一種鐵的氧化物(或鐵單質(zhì))和二氧化碳。某興趣小組探究一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)是否為鐵粉。【查閱資料】資料一:鐵粉和四氧化三鐵粉末能被磁鐵吸引而氧化亞鐵(黑色)不能;資料二:四氧化三鐵中鐵元素有+2價(jià)、+3價(jià)兩種化合價(jià),其化學(xué)式可用FeO·Fe2O3的形式表示?！咎岢霾孪搿亢谏镔|(zhì)可能是四氧化三鐵、氧化鐵和鐵粉中的一種或幾種。【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】該興趣小組收集了一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)分組實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象甲取少量黑色物質(zhì)用磁鐵吸引黑色物質(zhì)全部被磁鐵吸引乙取少量黑色物質(zhì)加入30%熱的鹽酸中無(wú)氣泡、溶液顏色變成黃綠色丙取少量黑色物質(zhì)加入CuSO4溶液中無(wú)任何現(xiàn)象(1)①甲實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明黑色物質(zhì)中沒(méi)有,乙、丙實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明黑色物質(zhì)中沒(méi)有,推測(cè)生成的黑色物質(zhì)應(yīng)為四氧化三鐵。②寫(xiě)出黑色粉末和熱的鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式:。(2)同學(xué)們對(duì)四氧化三鐵產(chǎn)生了興趣,從參考資料中找到了氧化沉淀法生產(chǎn)復(fù)印用高檔四氧化三鐵粉的工藝流程簡(jiǎn)圖。【查閱資料】資料一:硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度如表所示:溫度/℃010305060708090溶解度/g14.017.025.033.035.333.030.527.0資料二:獲得四氧化三鐵的反應(yīng)原理為Fe(OH)2+2Fe(OH)3Fe3O4+4H2O①溶解時(shí),用50~80℃的熱水目的是。②寫(xiě)出加入適量氫氧化鈉溶液時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:。③上述過(guò)程中,要控制“通一定量空氣”的目的是。④要使四氧化三鐵的產(chǎn)率最高,則上述流程中產(chǎn)生的氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的最佳質(zhì)量比為。⑤副產(chǎn)品P是硫酸鈉,由溶液N獲得該副產(chǎn)品的操作順序是b→→→d。a.過(guò)濾b.加熱濃縮c.冷卻結(jié)晶d.晶體加熱至完全失去結(jié)晶水第10講鐵及其氧化物、氫氧化物1.D解析鐵在常溫下與濃硫酸反應(yīng)形成致密的氧化膜,A錯(cuò)誤;Fe與I2反應(yīng)只能生成FeI2,B錯(cuò)誤;Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,說(shuō)明穩(wěn)定性:Fe(OH)2<Fe(OH)3,C錯(cuò)誤;FeO、Fe2O3和Fe3O4均可與鹽酸反應(yīng)生成鹽和水,反應(yīng)過(guò)程中無(wú)元素化合價(jià)的變化,均為非氧化還原反應(yīng),D正確。2.B解析鐵與稀硫酸反應(yīng)生成FeSO4,FeSO4與過(guò)量氨水反應(yīng)生成白色沉淀Fe(OH)2,在空氣中加熱Fe(OH)2,鐵元素被氧化為+3價(jià),最后所得紅棕色殘?jiān)鼮镕e2O3。3.C解析FeCl3通過(guò)鐵與氯氣反應(yīng)生成,Fe(OH)3通過(guò)氫氧化亞鐵、氧氣和水反應(yīng)得到,兩者都可通過(guò)化合反應(yīng)制得,A正確;實(shí)驗(yàn)室保存FeSO4溶液時(shí)常加入少量鐵粉,可防止亞鐵離子被氧化,B正確;Fe2O3與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水,Fe3O4與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵、氯化亞鐵和水,C錯(cuò)誤;Fe2O3與鋁粉能發(fā)生鋁熱反應(yīng),該反應(yīng)可放出大量的熱,常用于焊接鋼軌,D正確。4.B解析由圖可知,Fe與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,將水蒸氣通入硬質(zhì)玻璃管中,在高溫下與鐵粉反應(yīng),將產(chǎn)生的氣體干燥后,再收集并檢驗(yàn)。Fe與水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,A錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先用水蒸氣排出裝置中的空氣,即先點(diǎn)燃酒精燈再點(diǎn)燃酒精噴燈,B正確;收集的是氫氣,密度比空氣小,應(yīng)用向下排空氣法,選用裝置①,C錯(cuò)誤;用鹽酸溶解反應(yīng)后的固體,向所得溶液中滴入KSCN溶液未顯紅色,可能是未反應(yīng)的鐵粉將產(chǎn)生的鐵離子還原,不能說(shuō)明反應(yīng)未發(fā)生,D錯(cuò)誤。5.D解析Fe2O3為紅棕色固體,A錯(cuò)誤;根據(jù)信息可知,Fe在500℃時(shí)與氧氣反應(yīng)生成Fe3O4,繼續(xù)升高溫度生成Fe2O3,而在1400℃時(shí)Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe3O4,則反應(yīng)②的溫度比反應(yīng)③的溫度低,B錯(cuò)誤;FeO不穩(wěn)定,在空氣里受熱能迅速被氧化為Fe3O4,其穩(wěn)定性弱于Fe2O3,C錯(cuò)誤;Fe3O4中Fe為+2價(jià)和+3價(jià),化學(xué)式可寫(xiě)為FeO·Fe2O3,D正確。6.答案(1)產(chǎn)生水蒸氣3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(2)收集從E處出來(lái)的氣體,并檢驗(yàn)純度(3)產(chǎn)生白色絮狀沉淀,迅速變成灰綠色,最終變成紅褐色2Fe3++Fe3Fe2+解析題中實(shí)驗(yàn)是鐵與水蒸氣反應(yīng)生成Fe3O4和H2,經(jīng)過(guò)堿石灰干燥后,H2與氧化銅反應(yīng)置換出銅單質(zhì)。(2)氫氣還原氧化銅時(shí),產(chǎn)生的氫氣把空氣全部排出后再加熱氧化銅,防止氫氣與空氣混合加熱時(shí)發(fā)生爆炸,因此要檢驗(yàn)H2的純度。(3)根據(jù)題意分析可知,B中硬質(zhì)玻璃管中反應(yīng)后的樣品中有Fe3O4和Fe,加入鹽酸后Fe生成Fe2+,Fe3O4生成Fe2+和Fe3+,Fe3+又與Fe反應(yīng),最終都生成Fe2+,則加入氫氧化鈉生成白色氫氧化亞鐵沉淀,在空氣中迅速變灰綠色,最后變成紅褐色。7.A解析溶液Y可消耗0.01mol氯氣,這說(shuō)明溶液中含有0.02mol亞鐵離子,因此X中相當(dāng)于含有氧化亞鐵的物質(zhì)的量是0.02mol,其質(zhì)量是0.02mol×72g·mol-1=1.44g,則X中相當(dāng)于含有氧化鐵的質(zhì)量是3.04g-1.44g=1.6g,物質(zhì)的量是0.01mol,即X可以看作是2FeO·Fe2O3,因此x=0.8。樣品X中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1616+0.8×56×100%≈26.3%,A正確;根據(jù)以上分析可知溶液Y中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=1∶1,B錯(cuò)誤;Z溶液中含有氯離子,氯離子也能被高錳酸鉀溶液氧化,不能用酸性高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)溶液Z中是否含有Fe2+,C錯(cuò)誤;根據(jù)步驟Ⅰ、Ⅱ可以判斷X的組成為Fe0.8.B解析儀器1中應(yīng)該盛放的試劑是稀硫酸,三頸燒瓶2中盛有鐵粉,A正確。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制A、B、C三個(gè)開(kāi)關(guān),將儀器中的空氣排盡后,先關(guān)閉開(kāi)關(guān)B,再打開(kāi)開(kāi)關(guān)A,就可觀察到反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧化亞鐵的顏色,B錯(cuò)誤。Fe可以被磁鐵吸引,實(shí)驗(yàn)時(shí)為防止儀器2中鐵粉通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入儀器3中,可在儀器2底部放上一塊吸鐵石,這樣Fe粉就不能隨NaOH溶液進(jìn)入儀器3中,C正確。Fe(OH)2是白色固體,具有強(qiáng)的還原性,由于整個(gè)裝置處于H2的還原性環(huán)境中,因此就可以防止Fe(OH)2被氧化變?yōu)榧t褐色Fe(OH)3沉淀,因此可以相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間地保持白色狀態(tài),D正確。9.C解析鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣:Fe+2H+Fe2++H2↑,A錯(cuò)誤;鈉與氯化鐵溶液反應(yīng)生成氫氧化鐵、氯化鈉和氫氣:2Fe3++6Na+6H2O6Na++2Fe(OH)3↓+3H2↑,B錯(cuò)誤;氧化鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水:Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O,C正確;氯化亞鐵溶液與氯氣反應(yīng)生成氯化鐵:2Fe2++Cl22Cl-+2Fe3+,D錯(cuò)誤。10.D解析由反應(yīng)機(jī)理圖可知,過(guò)程①為H2O2+Fe2+·OH+Fe3++OH-,過(guò)程②為H2O2+Fe3+Fe2++·HO2+H+,總反應(yīng)為2H2O2·HO2+·OH+H2O,A正確;過(guò)程③為H2O2+Cu+·OH+Cu2++OH-,過(guò)程④為H2O2+Cu2+Cu++·HO2+H+,總反應(yīng)為2H2O2·HO2+·OH+H2O,Cu2+和Cu+均可看作催化劑,B正確;過(guò)程⑤為H2O2+Fe2+·OH+Fe3++OH-,過(guò)程⑦為H2O2+Cu2+Cu++·HO2+H+,C正確;過(guò)程⑥為Fe3++Cu+Fe2++Cu2+,而由以上過(guò)程反應(yīng)可知Cu2+、Fe2+均有利于H2O2轉(zhuǎn)化成自由基,因此過(guò)程⑥的發(fā)生將導(dǎo)致自由基增加,D錯(cuò)誤。11.C解析油污可在熱的純堿溶液中水解,可用熱的純堿溶液去油污,A正確;步驟①中Fe轉(zhuǎn)化為Fe2+,步驟②中Fe2+在NaOH溶液中被H2O2氧化得到Fe(OH)3,B正確;步驟③中溶液顯堿性,不能生成H+,故正確的離子方程式是2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-2FeO42-+3Cl-+5H2O,C錯(cuò)誤;步驟④能將Na2FeO4轉(zhuǎn)化為K2FeO4的原因是在相同條件下K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4,12.D解析“酸浸”時(shí),通過(guò)適當(dāng)加快攪拌速度可增大接觸面積、加快反應(yīng)速率,使鐵元素充分浸出,A正確;為了提高鐵元素的浸出率,“酸浸”過(guò)程中硫酸溶液要適當(dāng)過(guò)量,故“還原”過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)有:2Fe3++Fe3Fe2+、Fe+2H+Fe2++H2↑,“還原”過(guò)程中除生成Fe2+外,還會(huì)生成H2,B正確;“除雜”時(shí),向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液,將溶液中少量的鈣離子