2022高考化学第3章金属及其化合物第3节铁及其化合物考点1铁的氧化物和氢氧化物讲与练含解析

李仕才考点一　铁的氧化物和氢氧化物1．铁的位置、结构、化合价(1)周期表中的位置：第四周期第Ⅷ族；原子结构示意图：。(2)在参加化学反应时，铁易失去最外层上的2个电子，有时它还失去次外层上的一个电子，所以铁有＋2、＋3两种价态，且＋3价稳定。2．铁的物理性质和存在形式纯净的铁是银白色的金属，铁的熔点较高。当含有碳和其他元素时，熔点将降低，导电性比铜、铝差。铁能被磁铁吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性。重要的铁矿石有(填化学式)：赤铁矿Fe2O3，磁铁矿Fe3O4，褐铁矿2Fe2O3·3H2O，菱铁矿FeCO3。3．铁的化学性质17\n(1)与非金属单质的反应①与O2的反应：常温：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3。点燃：3Fe＋2O2Fe3O4。②与Cl2的反应：2Fe＋3Cl22FeCl3。③与S的反应：Fe＋SFeS。(2)与水的反应常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。(3)与酸的反应17\n(4)与某些盐溶液的反应①与CuSO4溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。②与FeCl3溶液反应的离子方程式：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。4．铁的氧化物17\n5.铁的氢氧化物17\n判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出。(　√　)2．Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。(　×　)3．用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸。(　√　)4．Fe2O3不可与水反应得到Fe(OH)3，所以不能通过化合反应制取Fe(OH)3。(　×　)5．Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应。(　×　)6．Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3，在少量Cl2中燃烧生成FeCl2。(　×　)7．根据Cl2、S与铁的反应可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱。(　√　)8．Fe3O4为FeO和Fe2O3的混合物。(　×　)9．FeCl3、FeCl2、Fe(OH)3都可以通过化合反应制取。(　√　)17\n1．常利用氧化铁的颜色将其配成涂料，同时利用了Fe2O3在空气中性质稳定的性质。2．铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。3．铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。4．Fe3O4可以用FeO·Fe2O317\n表示，所以可以与强酸反应生成盐。但不能认为是二者的混合物。反应规律为：与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时生成Fe2＋和Fe3＋；与氧化性酸(如HNO3)反应时生成Fe3＋；与还原性酸(如HI)反应时生成Fe2＋。一、铁及其化合物的性质1．铁片放入下列溶液中，反应时无气体放出，取出后铁片质量减轻，则该溶液是(　　)A．稀硫酸　　　B．浓盐酸C．AgNO3D．Fe2(SO4)3解析：铁片投入稀硫酸、浓盐酸中，生成相应的亚铁盐和H2。Fe与AgNO3溶液发生置换反应，析出的Ag附着到铁片表面，铁片的质量增加。Fe与Fe2(SO4)3溶液发生反应生成FeSO4，铁片质量减轻，溶液的质量增加。答案：D2．下列反应最终能生成Fe3＋的化合物的是(　　)①过量Fe与稀HNO3溶液反应②铁丝在硫蒸气中燃烧③向FeBr2溶液中通入少量Cl2④铁与CuCl2溶液反应⑤Fe(OH)2露置于空气中A．①②③B．①③⑤C．③④D．③⑤解析：①过量Fe与稀HNO3溶液反应生成Fe(NO3)2、NO和H2O；②Fe与硫蒸气反应生成FeS；③由于Fe2＋的还原性强于Br－，向FeBr2溶液中通入少量Cl2，先氧化Fe2＋生成Fe3＋；④铁与CuCl2溶液发生置换反应，生成FeCl2和Cu；⑤Fe(OH)2露置于空气中，被空气中O2氧化，最终转化为Fe(OH)3。答案：D3．下列叙述正确的是(　　)A．Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应B．足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3C．Fe和Fe2O3等物质的量混合物溶于稀盐酸时无气体放出D．Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3，在给定的条件下能实现转化解析：HNO3具有强氧化性，与Fe反应产生的气体为NO，A项错；Fe与Cl2反应，无论Fe的量是多少，产物都是FeCl3，B项错；C项中Fe2O3溶解产生Fe3＋17\n恰好将Fe单质氧化，因而不能置换出H2，正确；FeCl3溶液加热时，水解产生的HCl会挥发，促进FeCl3水解，得不到无水FeCl3，D项错。答案：C4．下列物质可通过置换反应一步得到，也可以通过化合反应一步得到的是(　　)①HCl②FeCl3③Fe3O4④NaOHA．只有①②③B．①②③④都能得到C．①②③④都不能得到D．只有①③④解析：①通过2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2置换反应可以一步得到HCl，通过H2＋Cl22HCl化合反应也可一步得到HCl，正确，②FeCl3可通过氯气和溴化铁发生置换反应生成氯化铁和溴单质，也可以通过氯化亚铁和氯气化合反应一步得到，正确；③高温下，铁和水蒸气发生置换反应生成四氧化三铁和氢气，也可以通过铁在氧气中燃烧的化合反应一步得到，正确；④NaOH可以通过2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑置换反应一步得到，也可通过H2O＋Na2O===2NaOH化合反应一步得到，正确。答案：B5．某同学欲探究铁及其化合物的性质，他的下列实验方案可行的是(　　)A．将铁粉加入热的浓硫酸中：探究铁的活泼性B．将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中：制备Fe(OH)3胶体C．在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液：制备FeSO4·6H2O晶体D．将铜粉加入FeCl3溶液中：验证Fe3＋的氧化性强于Cu2＋解析：热的浓硫酸不仅能与铁反应，还能与铜等不活泼金属反应，因此将铁粉加入热的浓硫酸中，不能用于探究铁的活泼性，故A项方案不可行；将热的NaOH溶液滴入FeCl3溶液中，会得到氢氧化铁沉淀而不是氢氧化铁胶体，故B项方案不可行；在蒸发皿中加热蒸干FeSO4溶液，一方面氧气可将FeSO4氧化，另一方面会得到不含结晶水的化合物，故C项方案不可行；将铜粉加入FeCl3溶液中，发生反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，该反应说明Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，故D项方案可行。答案：D6．等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是(　　)A．1∶1B．3∶4C．2∶3D．4∶3解析：设Fe的物质的量为1mol，则：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑17\n1mol　　　　　　　1mol3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H21mol　　　　　　　　　mol相同条件下体积之比等于物质的量之比，则两反应中生成氢气体积之比为1mol∶mol＝3∶4。答案：B二、铁及其氧化物的计算及实验探究7．一定质量的某铁的氧化物FexOy，与足量的4mol·L－1硝酸溶液充分反应，消耗硝酸溶液700mL，生成2.24LNO(标准状况)。则该铁的氧化物的化学式为(　　)A．FeOB．Fe2O3C．Fe3O4D．Fe4O5解析：铁的氧化物FexOy与足量的4mol·L－1硝酸溶液充分反应，生成Fe(NO3)3，硝酸被还原生成NO，NO的物质的量为＝0.1mol，根据氮原子守恒，3n[Fe(NO3)3]＋n(NO)＝n(HNO3)，故3n[Fe(NO3)3]＋0.1mol＝0.7L×4mol·L－1，解得n[Fe(NO3)3]＝0.9mol，令氧化物FexOy中Fe元素的平均化合价为a，根据得失电子守恒，则0.9mol×(3－a)＝0.1mol×(5－2)，解得a＝，由化合物中正负化合价代数和为0可得x＝2y，则x∶y＝3∶4，故该氧化物的化学式为Fe3O4。答案：C8．向Fe2O3和铁粉组成的混合物中，加入适量的稀硫酸，各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中不含Fe3＋，且Fe2＋与H2的物质的量之比为4∶1，那么在反应中Fe2O3、Fe、H2SO4之间的物质的量之比为(　　)A．1∶1∶1B．1∶2∶4C．1∶2∶3D．2∶3∶5解析：Fe2O3和铁粉的混合物中，加入适量稀硫酸，发生反应的顺序为Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe2(SO4)3＋Fe===3FeSO4、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，又知各物质均恰好完全反应，测得所得溶液中不含Fe3＋。Fe2＋与H2的物质的量之比为4∶1，据此可知Fe2O3、Fe、H2SO4的物质的量之比为1∶2∶4。答案：B9．实验室用如图装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，装置D中硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。17\n(1)为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，必须________。(2)装置B的作用是______________________________________________________________________________________________；装置C中装的液体是________，所起的作用是_______________________________________________________________________。(3)检验装置A气密性的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若FeO和Fe2O3固体混合物的质量为23.2g，反应完全后U形管的质量增加7.2g，则混合物中Fe2O3的质量为________g。(5)若装置中无干燥管F，则测得的Fe2O3质量将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”，下同)，若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，则测得的Fe2O3质量将____________；证明FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO的方法是____________________________________________________________________________________。解析：(1)装置D中发生的是氧化铁、氧化亚铁与氢气的反应，化学方程式为：3H2＋Fe2O32Fe＋3H2O，H2＋FeOFe＋H2O，氢气是可燃性气体，装置中需要充满氢气后方可进行加热反应，所以需要对氢气进行验纯，避免混有空气加热时发生爆炸，在b处收集氢气并验纯。(2)由于A中产生的H2中混有HCl和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验，所以B的作用是除去氢气中的氯化氢，C中装浓硫酸，用于干燥氢气。(3)检查装置A的气密性，需要关闭开关a，在长颈漏斗中加入水到下端液面高于试管中的液面，一段时间后液面不变证明气密性良好。(4)U形管的质量增加的7.2g是水，其物质的量是＝0.4mol，设FeO、Fe2O3物质的量分别为x、y，则：x＋3y＝0.4mol根据质量可列式：17\n72g·mol－1x＋160g·mol－1y＝23.2g解得y＝0.1mol，x＝0.1mol，所以氧化铁的质量为：160g·mol－1×0.1mol＝16g。(5)干燥管F的作用是防止空气中的水蒸气对实验干扰，若无干燥管F，空气中的水蒸气被E吸收则所测生成水的质量增大，导致氧的含量增大，Fe2O3的质量将偏大，若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，即U形管增加的质量将减小，测得的Fe2O3质量将偏小。FeO中n(Fe)∶n(O)＝1∶1，Fe2O3中n(Fe)∶n(O)＝2∶3，装置D中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，固体混合物反应前后减少的质量其实是其中氧元素的质量，根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO。答案：(1)在b处收集氢气并验纯(2)除去氢气中的氯化氢　浓硫酸　除水蒸气(或干燥氢气)(3)关闭a，往长颈漏斗中加水，长颈漏斗下端有一段水柱高于试管中液面，一段时间后液面不变，则装置气密性良好(4)16(5)偏大　偏小　根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe2O3固体混合物中含有FeO一、铁与稀硝酸反应的有关计算一是明确哪种物质过量，二是根据两种物质的量分析讨论判断，根据反应方程式：HNO3过量：Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；Fe过量：Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2；两者相加得总方程式：3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，可以用数轴表示：解题时需注意量的范围。即：①≤，产物仅有Fe(NO3)3，HNO3可能有剩余；②≥，产物仅有Fe(NO3)2，Fe可能有剩余；③<<，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，Fe和HNO3都反应完全。17\n1．把22.4g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO，下列说法正确的是(　　)A．反应后生成的盐只为Fe(NO3)3B．反应后生成的盐只为Fe(NO3)2C．反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为1∶3D．反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为3∶1解析：由于铁的物质的量为＝0.4mol，所以在反应的过程中它失去的电子数应介于0.8mol(此时只产生Fe2＋)和1.2mol(此时只产生Fe3＋)之间，又产生0.3molNO2和0.2molNO，即反应过程中硝酸得到的电子物质的量为0.3mol×(5－4)＋0.2mol×(5－2)＝0.9mol，所以对应的产物既有Fe(NO3)3又有Fe(NO3)2。设前者的物质的量为x，后者的物质的量为y，则由铁原子守恒可得x＋y＝0.4mol，由得失电子守恒得3x＋2y＝0.9mol，解得x＝0.1mol，y＝0.3mol。答案：C2．向200mL某浓度的硝酸溶液中投入2.8g铁粉，结果铁粉全部溶解，同时得到1.12L(标准状况)气体，并测得反应后溶液的pH＝1。若反应前后溶液的体积变化忽略不计，则下列有关判断中不正确的是(　　)A．反应前c(HNO3)＝1.0mol·L－1B．1.12L气体全部是NOC．反应后溶液中c(NO)＝0.85mol·L－1D．反应后的溶液最多还能溶解1.82g铁粉解析：溶液的pH＝1，说明HNO3有剩余，Fe完全反应生成Fe(NO3)3，根据N原子守恒可知，与Fe3＋结合的NO物质的量＝＝0.15mol，氮的氧化物的物质的量＝＝0.05mol，剩余硝酸的物质的量＝0.2L×0.1mol·L－1＝0.02mol。开始时硝酸的物质的量＝0.15mol＋0.05mol＋0.02mol＝0.22mol，c(HNO3)＝＝1.1mol·L－1，A错误；n(Fe)＝＝0.05mol，n(气体)＝＝0.05mol，令N元素在还原产物中化合价为a，则由电子守恒可知，0.05×3＝0.05×(5－a)，解得a＝2，故生成气体为NO，B正确；反应后c(NO)＝＝0.85mol·L－1，C正确；铁过量生成Fe(NO3)2，3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H217\nO，n(Fe)＝＝＝0.0825mol，即还可溶解铁的质量＝0.0825mol×56g·mol－1－2.8g＝1.82g，D正确。答案：A3．在一定量的稀HNO3中慢慢加入铁粉，得到的Fe2＋的物质的量(纵坐标)与所加铁粉的物质的量(横坐标)的关系如图所示。请将正确答案的序号填在相应的横线上。①Fe3＋　②Fe2＋③Fe、Fe2＋④Fe2＋、Fe3＋(1)AB段铁元素以________形式存在。(2)BC段铁元素以________形式存在。(3)CD段铁元素以________形式存在。解析：向稀HNO3中加入铁粉，开始时稀HNO3过量应生成Fe3＋，随加入铁粉量的增加，HNO3反应完全后，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，最后全部转化为Fe2＋。答案：(1)①　(2)④　(3)③二、Fe(OH)2的制备Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3。在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成功的关键有以下两点：①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质；②制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。方法一：有机覆盖层法17\n将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图所示。此法中，要采取加热的方法除去NaOH溶液中溶解的O2，冷却后再反应。同时要确保FeSO4溶液中无Fe3＋，可加入铁粉，也可用新配制的FeSO4溶液。方法二：用产生气体(或通入气体)赶走空气的方法。如方案一、方案二，此方法可以长时间看到白色的Fe(OH)2沉淀。方案一：先在A处通H2(或N2)，排尽装置中的空气，再在B处通H2(或N2)至试管Ⅰ中有白色沉淀产生。该方法是先用气体排尽溶液中、装置内的氧气，再把试管Ⅱ中的NaOH溶液压入试管Ⅰ中反应。方案二：17\n该方法是先在装置Ⅰ中产生FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽溶液中和装置内的空气，再关闭止水夹K，利用产生的H2把FeSO4溶液压入NaOH溶液中反应。方法三：电解法用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯或煤油，如图所示。4．用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀：用不含Fe3＋的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入________。(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。(3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)稀硫酸抑制Fe2＋水解，铁屑防止Fe2＋被氧化。(3)Fe(OH)2很容易被氧化，实验过程中要确保在无氧条件下进行。答案：(1)稀硫酸、铁屑　(2)加热煮沸　(3)避免生成的Fe(OH)2与氧气接触而被氧化17\n5．如图所示，此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6mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：(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b处活塞，放入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为__________________。(5)下列各图示中________能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。17\n解析：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，当关闭活塞a时，由于H2的压力使溶液压入B中，从而发生Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；Fe2＋在空气中很容易被氧化，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。因此在H2的环境中就不易被O2侵入，从而可以较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。答案：(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(2)打开(3)关闭活塞a，使FeSO4溶液压入B中进行反应(4)4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3(5)①②③⑤17