人教版 (新课标)必修1第一章 从实验学化学第二节 化学计量在实验中的应用第3课时达标测试

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第3课时　铁的重要化合物
基础过关练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　铁的氧化物与氢氧化物的性质
1.(2020湖北宜昌部分重点高中协作体高一上期末)指南针是我国的四大发明之一,制造指南针的磁性物质是　(　　)
A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Fe
2.(2019浙江杭州萧山中学高一上月考)有FeO、Fe2O3的混合物若干克,在CO气流中加热充分反应,冷却后称剩余固体比原混合物质量减轻1.6 g,若将同质量的混合物与盐酸反应,欲使其完全溶解需1 mol/L的盐酸的体积为(　　)
A.200 mL B.100 mL
C.50 mL D.无法计算
3.(2020湖南张家界高一上期末)关于铁的三种氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)的下列叙述中正确的是(　　)
A.铁的三种氧化物中铁元素的化合价完全相同
B.都是碱性氧化物,都能与盐酸反应生成氯化铁和水
C.氧化亚铁在空气中加热可生成更稳定的四氧化三铁
D.四氧化三铁中铁元素有+2价和+3价,它是一种混合物

题组二　制备Fe(OH)2的实验设计
4.下列有关铁的化合物的说法中,错误的是(　　)
A.Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化为红褐色
B.由下图所示操作可制取Fe(OH)2

C.Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得
D.Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应

题组三　铁盐(Fe3+)、亚铁盐(Fe2+)的性质与检验
5.(2020新疆昌吉高一上期末)为了检验某FeSO4溶液是否变质,可向溶液中加入(　　)
A.铁片 B.NaOH溶液
C.新制氯水 D.KSCN溶液
6.(2019天津高一上期末)某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时是白色絮状沉淀,迅速变为灰绿色,最后变成红褐色。下列结论正确的是(　　)
A.一定有Fe2+存在,一定没有Fe3+、Mg2+
B.一定有Fe3+存在,一定没有Fe2+、Mg2+
C.一定有Fe3+存在,可能有Fe2+,一定没有Mg2+
D.一定有Fe2+存在,可能有Mg2+,一定没有Fe3+
7.下列中学常见实验的现象或表述正确的是(　　)
A.过量的铁投入一定量的稀硝酸中,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液显红色
B.向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液,边加边搅拌,即可制得白色的氢氧化亚铁
C.检验红砖中存在氧化铁,向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加2~3滴KSCN溶液即可
D.向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后,将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸一会儿,然后冷却、过滤,滤纸上有蓝色固体

题组四　Fe2+、Fe3+的除杂问题
8.(2019黑龙江哈尔滨六中高一下月考)下列有关含铁物质的叙述中正确的是(　　)
A.向FeCl2溶液中加入NaOH溶液生成红褐色沉淀
B.Fe3+与KSCN溶液反应生成红色沉淀
C.除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入过量铁粉,然后过滤
D.除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质可以向溶液中加入过量铁粉
9.[2019福建福州八县(市)协作校高一上期末]电子工业常用FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。从腐蚀废液(主要含FeCl3、FeCl2、CuCl2)中回收铜,并重新获得FeCl3溶液。废液处理流程如下:

(1)步骤(Ⅰ)中分离操作名称是　　　　。 
(2)沉淀B中主要含有　　　　,气体D是　　　。 
(3)写出步骤(Ⅲ)中生成FeCl3的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)步骤(Ⅲ)中,将氯气换成H2O2也能达到同样的目的,写出H2O2将Fe2+氧化为Fe3+的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 

能力提升练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2019山东济南一中高一上期末,★★☆)《本草图经》中关于绿矾的分解有如下描述:“绿矾形似朴消(Na2SO4·10H2O)而绿色,取此物置于铁板上,聚炭,封之囊袋,吹令火炽,其矾即沸,流出,色赤如融金汁者是真也。”对此段话的说明中肯定错误的是(　　)
A.绿矾的化学式为FeSO4·7H2O
B.绿矾分解过程中没有发生电子的转移
C.“色赤”物质可能是Fe2O3
D.流出的液体中可能含有硫酸
2.(2020湖南张家界高一上期末,★★☆)向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,当再滴入几滴过氧化氢溶液后,混合溶液变成红色,则下列结论错误的是(　　)
A.该溶液中一定含有SCN-
B.该变化中Fe2+表现出氧化性
C.Fe2+与SCN-不能形成红色物质
D.Fe2+被过氧化氢氧化为Fe3+
3.(2020河南南阳一中高三上月考,★★☆)在FeCl3、CuCl2混合溶液中,加入一定量的铁粉和铜粉,反应完全后将固体滤出,下列说法中正确的是(　　)
A.若滤出固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+
B.若滤出固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,可能含Cu2+和Fe3+
C.若滤出固体中只有铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe3+和Fe2+,可能含Cu2+
D.若滤出固体中含有铁和铜,则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+,一定不含Cu2+和Fe3+
4.(2019四川成都高三模拟,★★☆)用铁泥(主要成分为Fe2O3、FeO和少量Fe)制备超顺磁性纳米Fe3O4(平均直径25 nm)的流程示意图如下:

下列叙述不正确的是(　　)
A.常用热的Na2CO3溶液除去钢铁表面的油污
B.步骤②中,主要反应的离子方程式是2Fe3++Fe 3Fe2+
C.步骤④中,反应完成后剩余的H2O2无需除去
D.步骤⑤中,为了验证得到的固体是超顺磁性的Fe3O4粒子,可将其均匀分散在水中,做丁达尔效应实验
5.(疑难1,★★☆)已知A为常见的金属单质,根据如图所示的关系,下列叙述中正确的是(　　)

A.A为Fe,B为FeO
B.C→D溶液的颜色变化:浅绿色→棕黄色
C.④的离子方程式:Fe+2Fe3+ 3Fe2+
D.⑤的离子方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
6.(2019黑龙江哈尔滨六中高一上月考,疑难2,★★☆)如图所示装置,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。

回答下列问题:
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是　　　　,A中反应的离子方程式是　　 。 
(2)实验开始时应先将活塞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,打开活塞b,放入一部分空气,此时B中发生反应的化学方程式为　 。 
7.(2019北京朝阳高一上期末,★★★)实验小组研究二价铁的还原性,设计如下实验。
序号
实验方案
现象
Ⅰ

现象a:生成白色沉淀,3 min后沉淀基本变为红褐色
Ⅱ

现象b:生成白色沉淀,3 min后沉淀颜色几乎不变

(1)实验所用的FeSO4溶液由Fe2(SO4)3溶液和足量铁粉反应制得,离子方程式是　　　　　　　　　　　　。 
(2)实验Ⅰ中沉淀变为红褐色的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。 
(3)关于实验Ⅱ中白色沉淀的组成,小组同学展开研究。
①已知Fe(HCO3)2在水中不存在。对沉淀组成作出如下假设,请补充完整。
假设a:依据NaHCO3溶液显　　　　性,推测白色沉淀可能为Fe(OH)2; 
假设b:白色沉淀可能为　　　　。 
②研究白色沉淀组成的实验如下:
ⅰ.取少量白色沉淀,充分洗涤,向其中加入稀硫酸,沉淀完全溶解,产生无色气泡;
ⅱ.向所得溶液中滴入KSCN溶液,溶液几乎不变红;
ⅲ.向ⅱ溶液中再滴入少量H2O2溶液,溶液立即变为红色。
由此说明,白色沉淀中一定含有　　　　(填离子符号)。 
③研究过程中发现白色沉淀在空气中久置,最终变为红褐色。则该沉淀比实验Ⅰ中所得的Fe(OH)2　　　(填“难”或“易”)于被空气氧化。 
(4)对比实验Ⅰ,研究酸碱性对二价铁还原性的影响,设计实验Ⅲ:

将实验方案补充完整:　　　　　　　　　　　　。 
(5)根据以上实验现象,为避免二价铁被空气氧化,可采取的措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
8.(2020黑龙江东北四校高一上期末,★★☆)为了检验某未知溶液是否是FeCl2溶液,一位同学设计了以下实验方案加以证明。
方案:向装有该未知溶液的试管中先通入氯气,再滴加KSCN溶液,溶液呈现红色,证明该未知溶液是FeCl2溶液。回答以下问题:
(1)你认为此方案是否合理　　　　　(填“合理”或“不合理”),若不合理,要检验Fe2+应如何操作?　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(若填“合理”,则此空可不答) 
(2)现向一个装有FeCl2溶液的试管中滴加氢氧化钠溶液,可观察到的现象是 
　　　　　　　　　。 
(3)实验室在保存FeCl2溶液时为了防止FeCl2溶液变质,经常向其中加入铁粉,其原因是(用离子方程式表示)　　　　　　　　　　　　　　　　。 
9.(2020北京西城高一上期末,★★☆)某小组在探究Fe2+性质的实验中观察到“异常”现象。
实验Ⅰ
现象

溶液变红,片刻红色褪去,有气体生成(经检验为O2)

资料:ⅰ.Fe3++3SCN- Fe(SCN)3(红色),Fe(SCN)3中S元素的化合价为-2价。
ⅱ.BaSO4是不溶于盐酸的白色沉淀。
(1)实验Ⅰ体现了Fe2+的　　　　性,补全H2O2与FeCl2酸性溶液反应的离子方程式:　　Fe2++　　H2O2+　　H+ 　　Fe3++　　H2O。 
(2)探究“红色褪去”的原因,进行实验Ⅱ:将褪色后的溶液分三份分别进行实验。

根据实验Ⅱ可得出结论:红色褪去的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)为进一步探究“红色褪去”的原因,进行了实验Ⅲ。
实验Ⅲ
现象

溶液变红,一段时间后不褪色
取上述反应后的溶液,滴加盐酸和BaCl2溶液
无白色沉淀产生

分析上述三个实验,下列叙述正确的是　　　　(填字母)。 
A.实验Ⅲ中发生了氧化还原反应:4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O
B.通过实验Ⅲ推出实验Ⅰ中氧化FeCl2的只有O2
C.O2在该实验条件下不能使红色溶液褪色
D.实验Ⅰ中红色褪去与H2O2的氧化性有关
(4)上述实验探究过程用到的实验方法有　　　　　　　　　　　　　(写出一条)。 
答案全解全析
基础过关练
1.C　指南针是我国的四大发明之一,制造指南针的磁性物质是黑色的Fe3O4固体。
2.A　FeO、Fe2O3的混合物若干克,在CO气流中加热充分反应,生成Fe,冷却后称剩余固体比原混合物质量减轻1.6 g,则减少的质量为氧元素的质量,物质的量是0.1 mol。将FeO、Fe2O3的混合物与盐酸反应生成FeCl2、FeCl3的混合物,相当于其中的O被Cl代替,根据O显-2价而Cl显-1价,可看作1个O被2个Cl代替,所以需1 mol/L的盐酸的体积V(盐酸)=0.2 mol÷1 mol/L=0.2 L=200 mL。
3.C　氧化亚铁中铁元素的化合价为+2价,氧化铁中铁元素的化合价为+3价,四氧化三铁中铁元素的化合价为+2价和+3价,A错误。氧化亚铁与盐酸反应生成氯化亚铁和水,为碱性氧化物;氧化铁与盐酸反应生成氯化铁和水,为碱性氧化物;四氧化三铁与盐酸反应生成氯化亚铁、氯化铁和水,不符合碱性氧化物的概念,B错误。氧化亚铁在空气中加热与氧气反应能生成稳定性更好的四氧化三铁,C正确。四氧化三铁中铁元素有+2价和+3价,但它不是混合物,是化合物,D错误。
4.A　Fe(OH)2是一种白色固体,A错误。
5.D　FeSO4具有还原性,变质会生成硫酸铁,因此检验某FeSO4溶液是否变质,可向溶液中加入KSCN溶液,若溶液变为红色,则证明FeSO4溶液已变质,反之未变质。
6.D　 Fe(OH)2转化为Fe(OH)3时的颜色变化可掩盖其他白色沉淀,故溶液中可能含有Mg2+,D正确。
7.C　过量的铁粉与一定量的稀硝酸反应最终生成的是Fe2+,A项错误;制备氢氧化亚铁向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时,应把胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌,B项错误;CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后,生成Cu(OH)2沉淀,加热煮沸后过滤,滤纸上的固体是黑色的CuO,D项错误。
8.C　FeCl2溶液中加入NaOH溶液先生成白色沉淀,白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,A项错误;Fe3+与KSCN反应形成红色溶液而不是红色沉淀,B项错误;2FeCl3+Fe 3FeCl2,过滤可除去过量的铁粉,C项正确;Fe与杂质氯化亚铁不反应,不能除杂,应向该溶液中通入足量的氯气,D错误。
9.答案　(1)过滤　(2)Cu、Fe　H2
(3)2FeCl2+Cl2 2FeCl3
(4)2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O
解析　在FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中加入过量的铁粉,Fe与氯化铁反应生成氯化亚铁,铁与氯化铜反应生成氯化亚铁、铜,过滤将固体和溶液进行分离,则滤液A为FeCl2溶液;沉淀B中含Fe、Cu,加过量盐酸,铁溶解,生成氯化亚铁和氢气,过滤得到金属Cu;滤液C中含FeCl2、HCl,通入足量氯气使FeCl2全部转化为FeCl3。
(1)步骤(Ⅰ)中分离溶液和沉淀的操作名称是过滤。
(2)由分析可知沉淀B中含过量的铁和产生的铜,铁与盐酸反应产生氢气。
(3)通入Cl2将FeCl2全部转化为FeCl3,发生反应的化学方程式为2FeCl2+Cl2 2FeCl3。
(4)H2O2具有氧化性,H2O2将Fe2+氧化为Fe3+的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O。
能力提升练
1.B　绿矾在受热时会溶解在结晶水中,然后分解,化学方程式为2FeSO4·7H2O Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O↑,Fe的化合价由+2价升高到+3价,S的化合价由+6价降低到+4价,所以绿矾分解是氧化还原反应,有电子转移。三氧化硫是酸性氧化物,溶于水生成硫酸。
2.B　Fe3+与SCN-反应使溶液变红,A正确;该反应中铁元素的化合价由+2价变为+3价,Fe2+表现还原性,B错误;向原溶液中加入含Fe2+的溶液后,溶液无明显变化,说明Fe2+与SCN-不能形成红色物质,C正确;反应中过氧化氢中的氧元素化合价由-1价变为-2价,过氧化氢作氧化剂,Fe2+被过氧化氢氧化成Fe3+,D正确。
3.D　①当滤出固体为铁、铜时,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+Fe 3FeCl2、CuCl2+Fe Cu+FeCl2,所以溶液中一定没有Fe3+、Cu2+,一定含有Fe2+;②当滤出固体为铜时,溶液中一定没有Fe3+,Cu2+恰好全部参加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+。
4.C　铁泥(主要成分为Fe2O3、FeO和少量Fe)与稀盐酸反应得到的滤液A中的溶质为氯化铁、氯化亚铁、过量的HCl,加入铁粉还原铁离子:2Fe3++Fe 3Fe2+,同时除去过量的HCl,过滤出过量的铁,滤液B中的溶质为氯化亚铁,加入氢氧化钠溶液,生成Fe(OH)2浊液,向浊液中加入H2O2溶液氧化,反应完成后需再加热一段时间除去剩余H2O2,再与氯化亚铁加热搅拌发生反应生成Fe3O4,过滤、洗涤、干燥得产品超顺磁性纳米Fe3O4。热的纯碱溶液可以除去钢铁表面的油污,A正确;滤液A中的溶质为氯化铁、氯化亚铁、过量的HCl,加入铁粉发生的主要反应为2Fe3++Fe 3Fe2+,B正确;步骤④中,为防止多余的H2O2在步骤⑤中继续氧化+2价铁元素,反应完成后需再加热一段时间除去剩余的H2O2,C错误;超顺磁性纳米Fe3O4粒子平均直径为25 nm,其分散在水中形成的分散系属于胶体,可以做丁达尔效应实验,D正确。
5.B　由“红褐色固体”可知F是Fe(OH)3,从而得出A为Fe,“黑色晶体”B为Fe3O4,继而推出C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2。⑤的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,④的离子方程式为2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-。
6.答案　(1)铁屑　Fe+2H+ Fe2++H2↑　(2)打开　(3)关闭活塞a,在气体压强的作用下,A中含有硫酸亚铁的溶液被压入B中,硫酸亚铁和氢氧化钠溶液反应　(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
解析　(1)A中应预先盛放固态反应物铁屑,铁屑和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑。(2)实验开始时,应先打开活塞a,使生成的氢气进入整套实验装置,将装置中的空气排出,防止氢氧化亚铁被氧化。(3)A中反应发生后,为保证硫酸亚铁进入B中和氢氧化钠溶液混合,要借助氢气产生的压强,所以需要关闭活塞a,在气体压强的作用下,A中含有硫酸亚铁的溶液被压入B中,硫酸亚铁和氢氧化钠反应,反应的离子方程式为Fe2++2OH- Fe(OH)2↓,生成Fe(OH)2白色沉淀。(4)氢氧化亚铁不稳定,易被氧气氧化生成红褐色氢氧化铁沉淀,所以实验完毕,打开活塞b,放入一部分空气,出现白色沉淀先变为灰绿色最后转化为红褐色,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。
7.答案　(1)2Fe3++Fe 3Fe2+
(2)4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3
(3)①碱　FeCO3　②Fe2+和CO32-　③难
(4)滴加H2SO4溶液
(5)控制溶液为酸性环境、使二价铁以碳酸盐的形式沉淀
解析　(1)Fe与Fe3+发生氧化还原反应生成Fe2+,书写此反应的离子方程式时应注意电荷守恒和质量守恒。
(2)实验Ⅰ中沉淀变为红褐色,说明氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化为红褐色氢氧化铁。
(3)①碳酸氢钠溶液呈碱性;根据加入的试剂和实验现象可知白色沉淀还有可能为FeCO3。②ⅰ.取少量白色沉淀,充分洗涤,向其中加入稀硫酸,沉淀完全溶解,产生无色气泡,则产生的气体应为二氧化碳,沉淀中应含有碳酸根离子;ⅱ.向所得溶液中滴入KSCN溶液,溶液几乎不变红,说明溶液中不含三价铁离子;ⅲ.向ⅱ溶液中再滴入少量H2O2溶液,溶液立即变为红色,说明原溶液中存在亚铁离子,被H2O2氧化为铁离子,由此可以说明沉淀中一定含有Fe2+和CO32-。③实验Ⅱ,3 min后白色沉淀无变化,在空气中久置,最终变为红褐色,而实验Ⅰ中的氢氧化亚铁在3 min后完全被氧化,因此实验Ⅱ中沉淀比实验Ⅰ中所得的Fe(OH)2难被空气氧化。(4)实验Ⅲ的实验目的是研究酸碱性对二价铁还原性的影响,而实验Ⅰ已经研究了碱性条件对二价铁的还原性的影响,因此实验Ⅲ应为研究酸性条件的影响,实验方案应为向硫酸亚铁溶液中滴加H2SO4溶液。(5)实验Ⅲ的现象显示,在酸性条件下,二价铁离子不易被氧化,因此为避免二价铁被空气氧化,可采取的措施是控制溶液为酸性环境,或使二价铁以碳酸盐的形式沉淀。
8.答案　(1)不合理　先加KSCN溶液,无现象,再加入氯水,溶液变成红色,则原溶液中含有Fe2+
(2)出现白色沉淀,迅速变成灰绿色,最终变成红褐色
(3)2Fe3++Fe 3Fe2+
解析　(1)先通入氯气,可氧化亚铁离子,不能确定原溶液中是否含亚铁离子,检验Fe2+的操作为先加KSCN溶液,无现象,再加入氯水,溶液变成红色,则原溶液中含有Fe2+。
(2)向装有FeCl2溶液的试管中滴加氢氧化钠溶液,可观察到的现象是出现白色沉淀,迅速变成灰绿色,最终变成红褐色。
(3)实验室在保存FeCl2溶液时为了防止FeCl2溶液变质,经常向其中加入铁粉,其目的是防止亚铁离子被氧化。
9.答案　(1)还原　2　1　2　2　2
(2)SCN-[或Fe(SCN)3]被氧化为SO42-
(3)ACD
(4)对比、控制变量法等
解析　(1)实验Ⅰ向氯化亚铁和硫氰化钾的混合溶液中加入H2O2溶液,溶液变为红色,说明Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+与SCN-结合使溶液变红色,体现了Fe2+的还原性。
(2)将褪色后的溶液分三份分别进行实验对褪色溶液研究,实验Ⅱ说明溶液中铁离子没有变化,有硫酸根离子生成。
(3)为进一步探究“红色褪去”的原因,进行了实验Ⅲ,另取同浓度的FeCl2溶液滴加2滴KSCN溶液,再通入O2,溶液变红,说明O2能将Fe2+氧化成Fe3+,取反应后的溶液,滴加盐酸和BaCl2溶液,无白色沉淀产生,说明氧气不能氧化SCN-,则是H2O2将SCN-氧化成SO42-。
(4)实验Ⅰ和实验Ⅲ同种(同浓度、同体积)溶液中加入不同的物质,得到不同的现象,运用了对比、控制变量的实验方法。