备考2024届高考化学一轮复习分层练习第三章金属及其化合物第3讲铁及其化合物的转化关系

第3讲铁及其化合物的转化关系1.[2023浙江]氯化铁是一种重要的盐，下列说法不正确的是（　A　）A.氯化铁属于弱电解质B.氯化铁溶液可腐蚀覆铜板C.氯化铁可由铁与氯气反应制得D.氯化铁溶液可制备氢氧化铁胶体解析　氯化铁在水溶液中完全电离，属于强电解质，A错误；氧化性：Fe3＋＞Cu2＋，故氯化铁溶液可腐蚀覆铜板：Cu＋2FeCl32FeCl2＋CuCl2，B正确；铁在氯气中燃烧生成氯化铁，C正确；向沸腾的蒸馏水中逐滴加入饱和氯化铁溶液，继续煮沸至液体呈红褐色，停止加热，即可得到氢氧化铁胶体，D正确。2.关于下列转化过程分析不正确的是（　B　）A.过程Ⅰ的反应属于分解反应B.过程Ⅰ中Fe3O4分解时，每消耗1molFe3O4转移1mol电子C.过程Ⅱ的化学方程式为3FeO＋H2O△Fe3O4＋H2↑D.该过程的总反应为2H2O光照催化剂O2↑＋2H2↑解析　过程Ⅰ的化学方程式为2Fe3O4太阳能6FeO＋O2↑，属于分解反应，当有2molFe3O4分解时，生成1molO2，转移4mol电子，故每消耗1molFe3O4转移2mol电子，A项正确，B项错误；过程Ⅱ中FeO与H2O在加热条件下反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为3FeO＋H2O△Fe3O4＋H2↑，C项正确；由过程Ⅰ和过程Ⅱ的反应方程式可得，该过程的总反应为2H2O光照催化剂O2↑＋2H2↑，D项正确。3.下列说法正确的是（　B　）A.[2023全国乙改编]硫酸亚铁溶液久置后出现棕黄色沉淀发生的反应为6FeSO4＋O2＋2H2O2Fe2（SO4）3＋2Fe（OH）2↓B.[2023辽宁改编]可用KSCN溶液检验FeSO4是否变质C.[2022海南改编]FeCl2溶液中滴加KSCN溶液，溶液变红色D.[天津高考改编]某溶液中滴加K3[Fe（CN）6]溶液产生蓝色沉淀，原溶液中有Fe2＋，无Fe3＋ 解析　FeSO4溶液久置后出现的棕黄色沉淀应为Fe（OH）3，而不是Fe（OH）2，发生的反应为12FeSO4＋3O2＋6H2O4Fe2（SO4）3＋4Fe（OH）3↓，A项错误；FeSO4溶液变质有Fe3＋生成，KSCN与Fe3＋会形成红色物质，故可用KSCN溶液检验FeSO4溶液是否变质，B项正确；FeCl2溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，C项错误；Fe2＋遇K3[Fe（CN）6]溶液能够产生蓝色沉淀，因此原溶液中一定含有Fe2＋，但是否含有Fe3＋无法确定，若要确定Fe3＋的存在，则需要向溶液中加入KSCN溶液，观察溶液是否变为红色，D项错误。4.[铁及其化合物的转化]部分含铁微粒所带的电荷数与其中铁元素化合价的关系如图所示，由该图可预测含铁微粒间相互转化时所需试剂。下列推断不合理的是（　A　）A.M一定为FeOB.若R为单质，则常温下浓硫酸可使R钝化C.若Q为金属阳离子，则可用K3[Fe（CN）6]溶液检验D.Fe3＋与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42－解析　由题图可知，M还可以是Fe（OH）2等，A项错误；若R为单质，则R为Fe，常温下，Fe遇浓硫酸钝化，B项正确；若Q为金属阳离子，则Q为Fe2＋，可用K3[Fe（CN）6]溶液检验Fe2＋，C项正确；由题图可知，Fe3＋在碱性条件下与氧化剂反应可生成FeO42－，D项正确。5.[2024黑龙江大庆实验中学期中]下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的是（　C　）ABCDXFeCl2溶液CO2NaCl溶液FeSO4溶液YFeCl3HClMgCl2Fe2（SO4）3ZCl2饱和Na2CO3溶液NaOH溶液，稀盐酸Cu解析　氯气会将FeCl2氧化为FeCl3，达不到除杂目的，A项错误；CO2、HCl均能与饱和Na2CO3溶液反应，不能用于除去CO2中的HCl杂质，B项错误；MgCl2能与NaOH反应而NaCl不与NaOH反应，产生的氢氧化镁沉淀过滤后再用适量的稀盐酸除去过量的NaOH，C项正确；Cu与铁离子反应会引入Cu2＋杂质，D项错误。6.[2023江苏]室温下，探究0.1mol·L－1FeSO4溶液的性质，下列实验方案能达到探究目的的是（　B　） 选项探究目的实验方案A溶液中是否含有Fe3＋向2mLFeSO4溶液中滴加几滴新制氯水，再滴加KSCN溶液，观察溶液颜色变化BFe2＋是否有还原性向2mLFeSO4溶液中滴加几滴酸性KMnO4溶液，观察溶液颜色变化CFe2＋是否水解向2mLFeSO4溶液中滴加2～3滴酚酞试液，观察溶液颜色变化DFe2＋能否催化H2O2分解向2mL5％H2O2溶液中滴加几滴FeSO4溶液，观察气泡产生情况解析　先加新制氯水，会将溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，检验FeSO4溶液中是否含有Fe3＋，应直接加KSCN溶液，A不能达到探究目的；酸性KMnO4溶液（紫红色）具有强氧化性，能将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身颜色变浅或褪去，可用于检验Fe2＋的还原性，B能达到探究目的；FeSO4属于强酸弱碱盐，Fe2＋水解使溶液显酸性，探究Fe2＋是否水解，应向FeSO4溶液中滴加紫色石蕊试液，看溶液是否变红，C不能达到探究目的；Fe2＋会被氧化成Fe3＋，无法判断起催化作用的是Fe2＋还是Fe3＋，D不能达到探究目的。7.[2023浙江改编]探究铁及其化合物的性质，下列方案设计、现象和结论都正确的是（　D　）实验方案现象结论A往FeCl2溶液中加入Zn片短时间内无明显现象Fe2＋的氧化能力比Zn2＋弱B往Fe2（SO4）3溶液中滴加KSCN溶液，再加入少量K2SO4固体溶液先变成血红色后无明显变化Fe3＋与SCN－的反应不可逆C将食品脱氧剂样品中的还原铁粉溶于盐酸，滴加KSCN溶液溶液呈浅绿色食品脱氧剂样品中没有＋3价铁D向沸水中逐滴加5～6滴饱和FeCl3溶液，持续煮沸溶液先变成红褐色再析出沉淀Fe3＋先水解得Fe（OH）3胶体，Fe（OH）3胶体再聚集成Fe（OH）3沉淀解析　往FeCl2溶液中加入Zn片，发生反应Fe2＋＋ZnFe＋Zn2＋，Fe2＋的氧化能力比Zn2＋的强，A项错误；往Fe2（SO4）3溶液中滴加KSCN溶液，发生反应Fe3＋＋3SCN－⇌Fe（SCN）3，溶液变血红色，再加入少量K2SO4固体，对平衡无影响，故不能说明Fe3＋与SCN－的反应不可逆，B项错误；若食品脱氧剂样品中有＋3价铁，铁粉与＋3价铁发生反应Fe＋2Fe3＋3Fe2＋，滴加KSCN溶液，溶液呈浅绿色，C项错误；向沸水中逐滴加5～6 滴饱和FeCl3溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，得到Fe（OH）3胶体，持续煮沸，Fe（OH）3胶体发生聚沉，析出红褐色沉淀，D项正确。8.[浙江高考]某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）制备七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O），设计了如下流程：下列说法不正确的是（　D　）A.溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉B.固体1中一定有SiO2，控制pH是为了使Al3＋转化为Al（OH）3进入固体2C.从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解D.若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O解析　由于最终制备的是硫酸盐，所以溶解所用的酸应该为硫酸，且要将溶液中的Fe3＋还原为Fe2＋，所以试剂X应该为Fe单质，A项正确；加硫酸后，SiO2不能溶解，所以固体1中一定含有SiO2，而用NaOH溶液控制pH的目的是使Al3＋转化为Al（OH）3沉淀，B项正确；Fe2＋极易被氧化，而FeSO4·7H2O受热易分解，故从溶液2得到产品的过程中需要防止产品氧化和分解，C项正确；改变后的方案中，Fe主要以Fe3＋形式存在，得到的不是FeSO4·7H2O，D项错误。9.[2024江苏盐城开学考]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：下列说法正确的是（　C　）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＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2＋解析　根据工业废液的成分和制得氯化铁晶体对流程进行如下梳理： 试剂b若为稀硫酸，则会引入SO42－杂质离子，A项错误；操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ为在HCl氛围中蒸发浓缩、冷却结晶，所用仪器不同，B项错误；滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此试剂c为氯气，氯气可将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，C项正确；Fe2＋、Cl－都可以被酸性高锰酸钾溶液氧化而使溶液褪色，因此不能用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有Fe2＋，D项错误。10.甘氨酸亚铁[（NH2CH2COO）2Fe]是一种补铁强化剂。某学习小组利用FeCO3与甘氨酸（NH2CH2COOH）制备甘氨酸亚铁，实验装置如图所示（夹持和加热、搅拌仪器已省略）。有关物质的性质如表：甘氨酸柠檬酸甘氨酸亚铁易溶于水，微溶于乙醇易溶于水和乙醇易溶于水，难溶于乙醇两性化合物酸性、还原性—实验过程：Ⅰ.合成：装置C的三颈烧瓶中盛有0.1molFeCO3、200mL1.0mol·L－1甘氨酸溶液和适量柠檬酸。实验时，先打开仪器a的旋塞，待装置C中空气排净后，加热三颈烧瓶并不断搅拌，通过仪器b向三颈烧瓶中加入适量氢氧化钠溶液调节pH到6左右，使反应物充分反应。Ⅱ.分离：反应结束后，过滤，将滤液进行蒸发浓缩；加入无水乙醇，过滤、洗涤并干燥。回答下列问题：（1）仪器a的名称是　分液漏斗　。 （2）装置B中盛有的试剂是　饱和NaHCO3溶液　；实验过程中装置D的导管需要一直插入液面以下的原因是　防止空气进入C，氧化Fe2＋　。（3）合成过程中加入柠檬酸的作用是促进FeCO3溶解和　防止Fe2＋被氧化　。（4）加入氢氧化钠溶液调节pH若大于6，甘氨酸亚铁产量下降。原因是　溶液碱性增强，会导致溶液中的Fe2＋直接与OH－反应生成Fe（OH）2沉淀　。（5）过程Ⅱ中加入无水乙醇的目的是　溶解柠檬酸，降低甘氨酸亚铁的溶解度，使其结晶析出　。（6）可以用　KSCN溶液（其他合理答案也可）　（写化学式）试剂检验产品中是否含有Fe3＋。（7）本实验制得15.3g甘氨酸亚铁（M＝204g·mol－1），则其产率是　75％　。解析　实验剖析：装置A中盐酸和石灰石反应制取二氧化碳气体，由于盐酸具有挥发性，生成的二氧化碳气体中混有氯化氢，因此装置B中盛有的试剂是饱和碳酸氢钠溶液，用来除去二氧化碳气体中混有的氯化氢气体；装置C用于甘氨酸亚铁的制取；亚铁离子具有还原性，易被空气中的氧气氧化，因此必须将装置D中导管插入液面以下，防止空气中的氧气进入装置C将亚铁离子氧化。（1）仪器a为分液漏斗。（2）由实验剖析可知，装置B中盛有的试剂是饱和碳酸氢钠溶液，用来除去二氧化碳气体中混有的氯化氢气体；装置D的导管插入液面以下是为了防止空气中的氧气进入装置C将亚铁离子氧化。（3）根据题中表格提供的信息，柠檬酸具有强酸性和强还原性，知合成过程中加入柠檬酸可促进FeCO3溶解和防止亚铁离子被氧化。（4）加入氢氧化钠溶液调节pH若大于6，溶液碱性增强，会导致溶液中的亚铁离子直接与氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁沉淀。（5）由已知信息可知，甘氨酸亚铁难溶于乙醇，柠檬酸易溶于乙醇，所以过程Ⅱ中加入无水乙醇的目的是溶解柠檬酸，降低甘氨酸亚铁的溶解度，使其结晶析出。（6）检验Fe3＋的试剂可以为KSCN溶液，加入KSCN，若溶液变为红色，则说明含有Fe3＋，否则不含Fe3＋。（7）所用甘氨酸的物质的量为0.2L×1.0mol·L－1＝0.2mol，所用碳酸亚铁的物质的量为0.1mol，因此理论上可生成0.1mol甘氨酸亚铁，其质量为204g·mol－1×0.1mol＝20.4g，实际得到产品的质量为15.3g，则产率为15.3g20.4g×100％＝75％。11.高铁酸钠（Na2FeO4）具有很强的氧化性，是一种新型的绿色净水消毒剂。工业上以菱铁矿（主要成分是FeCO3，含少量SiO2）为原料制备高铁酸钠的过程如图1所示：图1 已知：Na2FeO4只在碱性环境中稳定存在。（1）Na2FeO4中铁元素的化合价为　＋6　；下列标志应贴在盛装Na2FeO4容器上的是d（填标号）。（2）粉碎菱铁矿的目的是　增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率　。（3）操作1与操作2的名称均为　过滤　，步骤②的目的是将Fe2＋氧化成Fe3＋，其离子方程式为　2Fe2＋＋ClO－＋2H＋2Fe3＋＋Cl－＋H2O　。（4）高铁酸钠消毒后的还原产物具有净水作用，解释净水原理：　高铁酸钠在杀菌消毒时，本身被还原成Fe3＋，Fe3＋易水解生成Fe（OH）3胶体，可吸附水中的悬浮杂质，从而起到净水的作用　。（5）已知4FeO42－＋10H2O4Fe（OH）3＋8OH－＋3O2↑，将一定量的Na2FeO4投入pH不同的工业污水中（污水中其余成分均相同），图2测得溶液中Na2FeO4的质量浓度变化如图2中曲线Ⅰ、Ⅱ所示。试分析曲线Ⅰ比曲线Ⅱ对应的污水pH　高　（填“高”或“低”）。解析　（1）根据化合物中各元素化合价的代数和为0，由Na为＋1价，O为－2价，可知Fe为＋6价。由题干信息可知，Na2FeO4具有强氧化性，故需贴无机氧化剂的标志。（2）粉碎后，反应物表面积增大，可提高酸浸速率，提高浸出率。（3）SiO2不与稀硫酸反应，酸浸后经操作1（过滤）将SiO2除去，得到H2SO4和FeSO4的混合溶液；步骤④在Na2FeO4溶液中加入NaOH固体后Na2FeO4结晶析出，经操作2（过滤）得到Na2FeO4固体，故这两个操作均为过滤。步骤②加入氧化剂NaClO，Fe2＋被氧化为Fe3＋，故该反应的离子方程式为2Fe2＋＋ClO－＋2H＋2Fe3＋＋Cl－＋H2O。（4）高铁酸钠可用于消毒，主要是因为其具有强氧化性，消毒过程中，＋6价Fe被还原，生成＋3价Fe，即Fe3＋，其水解生成的Fe（OH）3胶体具有吸附性，可起到净水的作用。（5）Na2FeO4在碱性环境中可稳定存在，故污水的碱性越强（pH越大），溶液中Na2FeO4的质量浓度越大，结合题图2可知，曲线Ⅰ的pH比曲线Ⅱ高。 12.[江苏高考]实验室由炼钢污泥（简称铁泥，主要成分为铁的氧化物）制备软磁性材料α－Fe2O3。其主要实验流程如下：（1）酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有　AB　（填序号）。A.适当升高酸浸温度B.适当加快搅拌速度C.适当缩短酸浸时间（2）还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe3＋完全转化为Fe2＋。“还原”过程中除生成Fe2＋外，还会生成H2（填化学式）；检验Fe3＋是否还原完全的实验操作是　取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否呈红色　。（3）除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2＋转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低，将会导致CaF2沉淀不完全，其原因是　pH偏低形成HF，导致溶液中F－浓度减小，CaF2沉淀不完全　[Ksp（CaF2）＝5.3×10－9，Ka（HF）＝6.3×10－4]。（4）沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水－NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。①生成FeCO3沉淀的离子方程式为　Fe2＋＋HCO3－＋NH3·H2OFeCO3↓＋NH4＋＋H2O（或Fe2＋＋HCO3－＋NH3FeCO3↓＋NH4＋）　。②设计以FeSO4溶液、氨水－NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案：　在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水－NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤2～3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀　[FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe（OH）2开始沉淀的pH＝6.5]。解析　（1）适当升高酸浸温度、适当加快搅拌速度，均可以加快铁泥的溶解，即提高铁元素的浸出率。（2）“酸浸”时，H2SO4过量，加入过量铁粉，除生成Fe2＋外，还会产生H2。Fe3＋与KSCN反应所得溶液呈红色，当加入KSCN溶液观察不到红色，则说明Fe3＋已完全被还原为Fe2＋。（3）当c（Ca2＋）·c2（F－）＜Ksp（CaF2）时，CaF2不会沉淀出来，HF为弱酸，当pH过低时，H＋与F－结合成弱电解质HF，则c（F－）减小，导致CaF2沉淀不完全。（4）①Fe2＋与HCO3－反应生成FeCO3沉淀，HCO3－电离出的H＋与NH3·H2O结合生成NH4＋，则生成FeCO3沉淀的离子方程式可以写成Fe2＋＋HCO3－＋NH3·H2OFeCO3↓＋NH4＋＋H2O或Fe2＋＋HCO3－＋NH3FeCO3↓＋NH4＋。②用FeSO4和氨水－NH4HCO3混合溶液反应生成FeCO3，若pH大于6.5，则会生成Fe（OH）2沉淀，故需要控制pH不大于6.5；对生成的FeCO3用蒸馏水洗涤2～3次；因FeCO3表面会附着有SO42－，若用盐酸酸化的BaCl2溶液检验不出SO42－，则说明FeCO3已洗涤干净。 13.[2022河北改编]以焙烧黄铁矿FeS2（杂质为石英等）产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe（NH4）Fe（CN）6颜料。工艺流程如下：回答下列问题：（1）红渣的主要成分为　Fe2O3、SiO2　（填化学式）；滤渣①的主要成分为　SiO2　（填化学式）。（2）黄铁矿研细的目的是　增大反应物的接触面积，加快反应速率，使反应更充分　。（3）还原工序中，不生成S单质的反应的化学方程式为　7Fe2（SO4）3＋FeS2＋8H2O△15FeSO4＋8H2SO4　。（4）工序①的名称为　蒸发浓缩、冷却结晶、过滤　，所得母液循环使用。（5）沉铁工序产生的白色沉淀Fe（NH4）2Fe（CN）6中Fe的化合价为　＋2　，氧化工序发生反应的离子方程式为　6Fe（NH4）2Fe（CN）6＋ClO3－△6Fe（NH4）Fe（CN）6＋Cl－＋3H2O＋6NH3↑　。（6）若用还原工序得到的滤液制备Fe2O3·xH2O和（NH4）2SO4，所加试剂为　O2（合理即可）　和　NH3·H2O（或NH3）　（填化学式，不引入杂质）。解析（1）黄铁矿含FeS2、石英（主要成分为SiO2），焙烧时FeS2发生反应：4FeS2＋11O2焙烧2Fe2O3＋8SO2，石英不反应，因此红渣的主要成分为Fe2O3、SiO2。“酸浸”时Fe2O3 和硫酸反应生成Fe2（SO4）3和水，SiO2与硫酸不反应，因此滤渣①的主要成分为SiO2。（3）还原工序中，FeS2与Fe2（SO4）3溶液反应，若不生成S单质，则FeS2中硫元素被氧化为SO42－，Fe2（SO4）3被还原为FeSO4，FeS2→2SO42－失14e－、Fe2（SO4）3→2FeSO4得2e－，根据得失电子守恒，FeS2、Fe2（SO4）3的化学计量数分别为1、7，再根据原子守恒配平化学方程式即可。（4）由流程图知，通过工序①获得了FeSO4晶体，则工序①为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，所得母液为硫酸，可以返回“酸浸”循环利用。（5）根据NH4＋、CN－的化合价分别为＋1、－1及化合物中正负化合价代数和为0，可知该物质中Fe的化合价为＋2。氧化工序中NaClO3将Fe（NH4）2Fe（CN）6氧化为Fe（NH4）Fe（CN）6，NaClO3被还原为NaCl，Fe（NH4）2Fe（CN）6→Fe（NH4）Fe（CN）6失e－，ClO3－→Cl－得6e－，根据得失电子守恒，Fe（NH4）2Fe（CN）6、ClO3－的化学计量数分别为6、1，再根据电荷守恒和原子守恒配平离子方程式即可。（6）还原工序得到的滤液为FeSO4和H2SO4的混合溶液，用其制备Fe2O3·xH2O和（NH4）2SO4的过程中铁元素被氧化，为了不引入杂质，结合元素守恒知，所加试剂为O2（或H2O2）和NH3·H2O（或NH3）。