2019高考化學 第3章（金屬及其化合物）第3節(jié) 鐵及其化合物 考點（1）鐵的氧化物和氫氧化物講與練（含解析）.doc

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李仕才 考點一　鐵的氧化物和氫氧化物 1．鐵的位置、結(jié)構(gòu)、化合價 (1)周期表中的位置：第四周期第Ⅷ族；原子結(jié)構(gòu)示意圖：。 (2)在參加化學反應時，鐵易失去最外層上的2個電子，有時它還失去次外層上的一個電子，所以鐵有＋2、＋3兩種價態(tài)，且＋3價穩(wěn)定。 2．鐵的物理性質(zhì)和存在形式 純凈的鐵是銀白色的金屬，鐵的熔點較高。當含有碳和其他元素時，熔點將降低，導電性比銅、鋁差。鐵能被磁鐵吸引，在磁場作用下，鐵自身也能產(chǎn)生磁性。 重要的鐵礦石有(填化學式)： 赤鐵礦Fe2O3，磁鐵礦Fe3O4，褐鐵礦2Fe2O33H2O，菱鐵礦FeCO3。 3．鐵的化學性質(zhì) (1)與非金屬單質(zhì)的反應 ①與O2的反應： 常溫：鐵被腐蝕生成鐵銹，其主要成分為Fe2O3。 點燃：3Fe＋2O2Fe3O4。 ②與Cl2的反應：2Fe＋3Cl22FeCl3。 ③與S的反應：Fe＋SFeS。 (2)與水的反應 常溫下鐵與水不反應，在高溫條件下與水蒸氣反應： 3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。 (3)與酸的反應 (4)與某些鹽溶液的反應 ①與CuSO4溶液反應的離子方程式：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。 ②與FeCl3溶液反應的離子方程式：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。 4．鐵的氧化物 5.鐵的氫氧化物 判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”) 1．Fe和Fe2O3等物質(zhì)的量混合物溶于稀鹽酸時無氣體放出。(　√　) 2．Fe分別與氯氣和鹽酸反應所得氯化物相同。(　　) 3．用鐵制容器可以運輸濃硝酸和濃硫酸。(　√　) 4．Fe2O3不可與水反應得到Fe(OH)3，所以不能通過化合反應制取Fe(OH)3。(　　) 5．Fe與稀HNO3、稀H2SO4反應均有氣泡產(chǎn)生，說明Fe與兩種酸均發(fā)生置換反應。(　　) 6．Fe在足量Cl2中燃燒生成FeCl3，在少量Cl2中燃燒生成FeCl2。(　　) 7．根據(jù)Cl2、S與鐵的反應可以判斷氯元素和硫元素的非金屬性強弱。(　√　) 8．Fe3O4為FeO和Fe2O3的混合物。(　　) 9．FeCl3、FeCl2、Fe(OH)3都可以通過化合反應制取。(　√　) 1．常利用氧化鐵的顏色將其配成涂料，同時利用了Fe2O3在空氣中性質(zhì)穩(wěn)定的性質(zhì)。 2．鐵在潮濕的空氣中生成的鐵銹的主要成分是Fe2O3，而鐵在純氧中燃燒的產(chǎn)物是Fe3O4。 3．鐵與硫蒸氣反應生成的是FeS而不是Fe2S3；鐵與碘蒸氣反應生成的是FeI2而不是FeI3。 4．Fe3O4可以用FeOFe2O3表示，所以可以與強酸反應生成鹽。但不能認為是二者的混合物。 反應規(guī)律為：與非氧化性酸(如鹽酸、稀硫酸)反應時生成Fe2＋和Fe3＋；與氧化性酸(如HNO3)反應時生成Fe3＋；與還原性酸(如HI)反應時生成Fe2＋。 一、鐵及其化合物的性質(zhì) 1．鐵片放入下列溶液中，反應時無氣體放出，取出后鐵片質(zhì)量減輕，則該溶液是(　　) A．稀硫酸　　　 B．濃鹽酸 C．AgNO3 D．Fe2(SO4)3 解析：鐵片投入稀硫酸、濃鹽酸中，生成相應的亞鐵鹽和H2。Fe與AgNO3溶液發(fā)生置換反應，析出的Ag附著到鐵片表面，鐵片的質(zhì)量增加。Fe與Fe2(SO4)3溶液發(fā)生反應生成FeSO4，鐵片質(zhì)量減輕，溶液的質(zhì)量增加。 答案：D 2．下列反應最終能生成Fe3＋的化合物的是(　　) ①過量Fe與稀HNO3溶液反應 ②鐵絲在硫蒸氣中燃燒 ③向FeBr2溶液中通入少量Cl2 ④鐵與CuCl2溶液反應 ⑤Fe(OH)2露置于空氣中 A．①②③ B．①③⑤ C．③④ D．③⑤ 解析：①過量Fe與稀HNO3溶液反應生成Fe(NO3)2、NO和H2O；②Fe與硫蒸氣反應生成FeS；③由于Fe2＋的還原性強于Br－，向FeBr2溶液中通入少量Cl2，先氧化Fe2＋生成Fe3＋；④鐵與CuCl2溶液發(fā)生置換反應，生成FeCl2和Cu；⑤Fe(OH)2露置于空氣中，被空氣中O2氧化，最終轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3。 答案：D 3．下列敘述正確的是(　　) A．Fe與稀HNO3、稀H2SO4反應均有氣泡產(chǎn)生，說明Fe與兩種酸均發(fā)生置換反應 B．足量的Fe在Cl2中燃燒生成FeCl2和FeCl3 C．Fe和Fe2O3等物質(zhì)的量混合物溶于稀鹽酸時無氣體放出 D．Fe2O3FeCl3(aq)無水FeCl3，在給定的條件下能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化 解析：HNO3具有強氧化性，與Fe反應產(chǎn)生的氣體為NO，A項錯；Fe與Cl2反應，無論Fe的量是多少，產(chǎn)物都是FeCl3，B項錯；C項中Fe2O3溶解產(chǎn)生Fe3＋恰好將Fe單質(zhì)氧化，因而不能置換出H2，正確；FeCl3溶液加熱時，水解產(chǎn)生的HCl會揮發(fā)，促進FeCl3水解，得不到無水FeCl3，D項錯。 答案：C 4．下列物質(zhì)可通過置換反應一步得到，也可以通過化合反應一步得到的是(　　) ①HCl ②FeCl3 ③Fe3O4 ④NaOH A．只有①②③ B．①②③④都能得到 C．①②③④都不能得到 D．只有①③④ 解析：①通過2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2置換反應可以一步得到HCl，通過H2＋Cl22HCl化合反應也可一步得到HCl，正確，②FeCl3可通過氯氣和溴化鐵發(fā)生置換反應生成氯化鐵和溴單質(zhì)，也可以通過氯化亞鐵和氯氣化合反應一步得到，正確；③高溫下，鐵和水蒸氣發(fā)生置換反應生成四氧化三鐵和氫氣，也可以通過鐵在氧氣中燃燒的化合反應一步得到，正確；④NaOH可以通過2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑置換反應一步得到，也可通過H2O＋Na2O===2NaOH化合反應一步得到，正確。 答案：B 5．某同學欲探究鐵及其化合物的性質(zhì)，他的下列實驗方案可行的是(　　) A．將鐵粉加入熱的濃硫酸中：探究鐵的活潑性 B．將熱的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中：制備Fe(OH)3膠體 C．在蒸發(fā)皿中加熱蒸干FeSO4溶液：制備FeSO46H2O晶體 D．將銅粉加入FeCl3溶液中：驗證Fe3＋的氧化性強于Cu2＋ 解析：熱的濃硫酸不僅能與鐵反應，還能與銅等不活潑金屬反應，因此將鐵粉加入熱的濃硫酸中，不能用于探究鐵的活潑性，故A項方案不可行；將熱的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中，會得到氫氧化鐵沉淀而不是氫氧化鐵膠體，故B項方案不可行；在蒸發(fā)皿中加熱蒸干FeSO4溶液，一方面氧氣可將FeSO4氧化，另一方面會得到不含結(jié)晶水的化合物，故C項方案不可行；將銅粉加入FeCl3溶液中，發(fā)生反應：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，該反應說明Fe3＋的氧化性強于Cu2＋，故D項方案可行。 答案：D 6．等量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣在一定的條件下充分反應，則在相同的條件下，產(chǎn)生氫氣的體積比是(　　) A．1∶1 B．3∶4 C．2∶3 D．4∶3 解析：設Fe的物質(zhì)的量為1 mol，則： Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑ 1 mol　　　　　　　1 mol 3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 1 mol　　　　　　　　 　 mol 相同條件下體積之比等于物質(zhì)的量之比，則兩反應中生成氫氣體積之比為1 mol∶ mol＝3∶4。 答案：B 二、鐵及其氧化物的計算及實驗探究 7．一定質(zhì)量的某鐵的氧化物FexOy，與足量的4 molL－1硝酸溶液充分反應，消耗硝酸溶液700 mL，生成2.24 L NO(標準狀況)。則該鐵的氧化物的化學式為(　　) A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．Fe4O5 解析：鐵的氧化物FexOy與足量的4 molL－1硝酸溶液充分反應，生成Fe(NO3)3，硝酸被還原生成NO，NO的物質(zhì)的量為＝0.1 mol，根據(jù)氮原子守恒，3n[Fe(NO3)3]＋n(NO)＝n(HNO3)，故3n[Fe(NO3)3]＋0.1 mol＝0.7 L4 molL－1，解得n[Fe(NO3)3]＝0.9 mol，令氧化物FexOy中Fe元素的平均化合價為a，根據(jù)得失電子守恒，則0.9 mol(3－a)＝0.1 mol(5－2)，解得a＝，由化合物中正負化合價代數(shù)和為0可得x＝2y，則x∶y＝3∶4，故該氧化物的化學式為Fe3O4。 答案：C 8．向Fe2O3和鐵粉組成的混合物中，加入適量的稀硫酸，各物質(zhì)均恰好完全反應，測得所得溶液中不含F(xiàn)e3＋，且Fe2＋與H2的物質(zhì)的量之比為4∶1，那么在反應中Fe2O3、Fe、H2SO4之間的物質(zhì)的量之比為(　　) A．1∶1∶1 B．1∶2∶4 C．1∶2∶3 D．2∶3∶5 解析：Fe2O3和鐵粉的混合物中，加入適量稀硫酸，發(fā)生反應的順序為Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe2(SO4)3＋Fe===3FeSO4、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，又知各物質(zhì)均恰好完全反應，測得所得溶液中不含F(xiàn)e3＋。Fe2＋與H2的物質(zhì)的量之比為4∶1，據(jù)此可知Fe2O3、Fe、H2SO4的物質(zhì)的量之比為1∶2∶4。 答案：B 9．實驗室用如圖裝置測定FeO和Fe2O3固體混合物中Fe2O3的質(zhì)量，裝置D中硬質(zhì)雙通玻璃管中的固體物質(zhì)是FeO和Fe2O3的混合物。 (1)為了安全，在點燃D處的酒精燈之前，必須________。 (2)裝置B的作用是______________________________________ ________________________________________________________； 裝置C中裝的液體是________，所起的作用是______________ _________________________________________________________。 (3)檢驗裝置A氣密性的方法是___________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。 (4)若FeO和Fe2O3固體混合物的質(zhì)量為23.2 g，反應完全后U形管的質(zhì)量增加7.2 g，則混合物中Fe2O3的質(zhì)量為________g。 (5)若裝置中無干燥管F，則測得的Fe2O3質(zhì)量將________(填“偏大”“偏小”或“無影響”，下同)，若反應后得到的殘留固體中還有少量FeO，則測得的Fe2O3質(zhì)量將____________；證明FeO和Fe2O3固體混合物中含有FeO的方法是____________________________ ________________________________________________________。 解析：(1)裝置D中發(fā)生的是氧化鐵、氧化亞鐵與氫氣的反應，化學方程式為：3H2＋Fe2O32Fe＋3H2O，H2＋FeOFe＋H2O，氫氣是可燃性氣體，裝置中需要充滿氫氣后方可進行加熱反應，所以需要對氫氣進行驗純，避免混有空氣加熱時發(fā)生爆炸，在b處收集氫氣并驗純。 (2)由于A中產(chǎn)生的H2中混有HCl和水蒸氣，必須通過洗氣逐一除去，防止干擾后續(xù)實驗，所以B的作用是除去氫氣中的氯化氫，C中裝濃硫酸，用于干燥氫氣。 (3)檢查裝置A的氣密性，需要關閉開關a，在長頸漏斗中加入水到下端液面高于試管中的液面，一段時間后液面不變證明氣密性良好。 (4)U形管的質(zhì)量增加的7.2 g是水，其物質(zhì)的量是＝0.4 mol，設FeO、Fe2O3物質(zhì)的量分別為x、y，則：x＋3y＝0.4 mol 根據(jù)質(zhì)量可列式： 72 gmol－1x＋160 gmol－1y＝23.2 g 解得y＝0.1 mol，x＝0.1 mol， 所以氧化鐵的質(zhì)量為：160 gmol－10.1 mol＝16 g。 (5)干燥管F的作用是防止空氣中的水蒸氣對實驗干擾，若無干燥管F，空氣中的水蒸氣被E吸收則所測生成水的質(zhì)量增大，導致氧的含量增大，F(xiàn)e2O3的質(zhì)量將偏大，若反應后得到的殘留固體中還有少量FeO，即U形管增加的質(zhì)量將減小，測得的Fe2O3質(zhì)量將偏小。FeO中n(Fe)∶n(O)＝1∶1，F(xiàn)e2O3中n(Fe)∶n(O)＝2∶3，裝置D中發(fā)生的是氧化亞鐵、氧化鐵與氫氣的反應，固體混合物反應前后減少的質(zhì)量其實是其中氧元素的質(zhì)量，根據(jù)鐵、氧原子的個數(shù)比判斷FeO和Fe2O3固體混合物中含有FeO。 答案：(1)在b處收集氫氣并驗純 (2)除去氫氣中的氯化氫　濃硫酸　除水蒸氣(或干燥氫氣) (3)關閉a，往長頸漏斗中加水，長頸漏斗下端有一段水柱高于試管中液面，一段時間后液面不變，則裝置氣密性良好 (4)16 (5)偏大　偏小　根據(jù)鐵、氧原子的個數(shù)比判斷FeO和Fe2O3固體混合物中含有FeO 一、鐵與稀硝酸反應的有關計算 一是明確哪種物質(zhì)過量，二是根據(jù)兩種物質(zhì)的量分析討論判斷，根據(jù)反應方程式： HNO3過量：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O； Fe過量：Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2； 兩者相加得總方程式：3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，可以用數(shù)軸表示： 解題時需注意量的范圍。 即：①≤，產(chǎn)物僅有Fe(NO3)3，HNO3可能有剩余；②≥，產(chǎn)物僅有Fe(NO3)2，F(xiàn)e可能有剩余；③<<，產(chǎn)物為Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，F(xiàn)e和HNO3都反應完全。 1．把22.4 g鐵粉完全溶解于某濃度的硝酸中，如反應只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列說法正確的是(　　) A．反應后生成的鹽只為Fe(NO3)3 B．反應后生成的鹽只為Fe(NO3)2 C．反應后生成的鹽為Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物質(zhì)的量之比為1∶3 D．反應后生成的鹽為Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物質(zhì)的量之比為3∶1 解析：由于鐵的物質(zhì)的量為＝0.4 mol，所以在反應的過程中它失去的電子數(shù)應介于0.8 mol(此時只產(chǎn)生Fe2＋)和1.2 mol(此時只產(chǎn)生Fe3＋)之間，又產(chǎn)生0.3 mol NO2和0.2 mol NO，即反應過程中硝酸得到的電子物質(zhì)的量為0.3 mol(5－4)＋0.2 mol(5－2)＝0.9 mol，所以對應的產(chǎn)物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2。設前者的物質(zhì)的量為x，后者的物質(zhì)的量為y，則由鐵原子守恒可得x＋y＝0.4 mol，由得失電子守恒得3x＋2y＝0.9 mol，解得x＝0.1 mol，y＝0.3 mol。 答案：C 2．向200 mL某濃度的硝酸溶液中投入2.8 g鐵粉，結(jié)果鐵粉全部溶解，同時得到1.12 L(標準狀況)氣體，并測得反應后溶液的pH＝1。若反應前后溶液的體積變化忽略不計，則下列有關判斷中不正確的是(　　) A．反應前c(HNO3)＝1.0 molL－1 B．1.12 L氣體全部是NO C．反應后溶液中c(NO)＝0.85 molL－1 D．反應后的溶液最多還能溶解1.82 g鐵粉 解析：溶液的pH＝1，說明HNO3有剩余，F(xiàn)e完全反應生成Fe(NO3)3，根據(jù)N原子守恒可知，與Fe3＋結(jié)合的NO物質(zhì)的量＝＝0.15 mol，氮的氧化物的物質(zhì)的量＝＝0.05 mol，剩余硝酸的物質(zhì)的量＝0.2 L0.1 molL－1＝0.02 mol。開始時硝酸的物質(zhì)的量＝0.15 mol＋0.05 mol＋0.02 mol＝0.22 mol，c(HNO3)＝＝1.1 molL－1，A錯誤；n(Fe)＝＝0.05 mol，n(氣體)＝＝0.05 mol，令N元素在還原產(chǎn)物中化合價為a，則由電子守恒可知，0.053＝0.05(5－a)，解得a＝2，故生成氣體為NO，B正確；反應后c(NO)＝ ＝0.85 molL－1，C正確；鐵過量生成Fe(NO3)2，3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，n(Fe)＝ ＝＝0.082 5 mol，即還可溶解鐵的質(zhì)量＝0.082 5 mol56 gmol－1－2.8 g＝1.82 g，D正確。 答案：A 3．在一定量的稀HNO3中慢慢加入鐵粉，得到的Fe2＋的物質(zhì)的量(縱坐標)與所加鐵粉的物質(zhì)的量(橫坐標)的關系如圖所示。請將正確答案的序號填在相應的橫線上。 ①Fe3＋?、贔e2＋ ③Fe、Fe2＋ ④Fe2＋、Fe3＋ (1)AB段鐵元素以________形式存在。 (2)BC段鐵元素以________形式存在。 (3)CD段鐵元素以________形式存在。 解析：向稀HNO3中加入鐵粉，開始時稀HNO3過量應生成Fe3＋，隨加入鐵粉量的增加，HNO3反應完全后，發(fā)生反應2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部轉(zhuǎn)化為Fe2＋。 答案：(1)①　(2)④　(3)③ 二、Fe(OH)2的制備 Fe(OH)2具有很強的還原性，易被氧化為Fe(OH)3。在實驗室中制備Fe(OH)2，并使Fe(OH)2長時間保持白色沉淀狀態(tài)，成功的關鍵有以下兩點： ①溶液中不含F(xiàn)e3＋和O2等氧化性物質(zhì)； ②制備過程中，保證生成的Fe(OH)2在密閉的隔絕空氣的體系中。 方法一：有機覆蓋層法 將吸有NaOH溶液的膠頭滴管插到液面以下，并在液面上覆蓋一層苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空氣與Fe(OH)2接觸發(fā)生反應，如圖所示。 此法中，要采取加熱的方法除去NaOH溶液中溶解的O2，冷卻后再反應。同時要確保FeSO4溶液中無Fe3＋，可加入鐵粉，也可用新配制的FeSO4溶液。 方法二：用產(chǎn)生氣體(或通入氣體)趕走空氣的方法。如方案一、方案二，此方法可以長時間看到白色的Fe(OH)2沉淀。 方案一： 先在A處通H2(或N2)，排盡裝置中的空氣，再在B處通H2(或N2)至試管Ⅰ中有白色沉淀產(chǎn)生。 該方法是先用氣體排盡溶液中、裝置內(nèi)的氧氣，再把試管Ⅱ中的NaOH溶液壓入試管Ⅰ中反應。 方案二： 該方法是先在裝置Ⅰ中產(chǎn)生FeSO4溶液，并利用產(chǎn)生的H2排盡溶液中和裝置內(nèi)的空氣，再關閉止水夾K，利用產(chǎn)生的H2把FeSO4溶液壓入NaOH溶液中反應。 方法三：電解法 用鐵作陽極，電解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆蓋苯或煤油，如圖所示。 4．用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀：用不含F(xiàn)e3＋的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應制備。 (1)用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時還需加入________。 (2)除去蒸餾水中溶解的O2常采用________的方法。 (3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再擠出NaOH溶液。這樣操作的理由是________________________________________________________ _________________________________________________________。 解析：(1)稀硫酸抑制Fe2＋水解，鐵屑防止Fe2＋被氧化。(3)Fe(OH)2很容易被氧化，實驗過程中要確保在無氧條件下進行。 答案：(1)稀硫酸、鐵屑　(2)加熱煮沸　(3)避免生成的Fe(OH)2與氧氣接觸而被氧化 5．如圖所示，此裝置可用來制取和觀察Fe(OH)2在空氣中被氧化的顏色變化。實驗時必須使用鐵屑和6 molL－1的硫酸，其他試劑任選。填寫下列空白： (1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中應預先加入的試劑是________。A中反應的離子方程式是_________________________ _______________________________________________________。 (2)實驗開始時應先將活塞a________(填“打開”或“關閉”)。 (3)簡述生成Fe(OH)2的操作過程：_______________________ ________________________________________________________。 (4)實驗完畢，打開b處活塞，放入一部分空氣，此時B瓶中發(fā)生的反應為__________________。 (5)下列各圖示中________能較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀。 解析：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，當關閉活塞a時，由于H2的壓力使溶液壓入B中，從而發(fā)生Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；Fe2＋在空氣中很容易被氧化，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。因此在H2的環(huán)境中就不易被O2侵入，從而可以較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀。 答案：(1)鐵屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)打開 (3)關閉活塞a，使FeSO4溶液壓入B中進行反應 (4)4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 (5)①②③⑤