第30讲铁和铁的化合物1.铁和铁的合金是生活中常用的材料,下列说法正确的是( )A.一定条件下,铁粉可与水蒸气反应B.不锈钢是铁的合金,只含金属元素C.铁与盐酸反应,铁的合金不与盐酸反应D.在空气中,铁板比镀锌铁板更耐腐蚀解析:铁的合金中含有碳等非金属元素,铁的合金也能与盐酸反应｡镀锌铁板发生电化学腐蚀时,锌为负极,所以铁板更耐腐蚀｡答案:A2.从石器､青铜器到铁器时代,金属的冶炼体现了人类文明的发展水平｡如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限,之所以有先后,主要取决于( )A.金属的导电性强弱B.金属在地壳中的含量多少C.金属的化合价高低D.金属的活动性大小解析:金属越活泼,还原性越强,其对应离子的氧化性越弱,越难被还原为单质｡从题给金属活动顺序表及Al､Fe､Cu被人类开发利用的大致年限,可以看出其先后顺序主要取决于金属的活动性大小｡答案:D[点评] 金属越不活泼,其对应离子的氧化性越强,越易被还原为金属单质,则越早被人类开发利用,如用碳即可把氧化铜还原制得铜;金属越活泼,其对应离子的氧化性越弱,则越难被还原为金属单质,如Al采用电解法后才工业化生产,一般还原剂很难将Al3+还原｡因此活动性不同的金属也就决定其冶炼所采用的方法｡3.下列化合物不能通过化合反应获得的是( )A.Na2O2B.FeCl3C.CuSD.Fe(OH)3解析:钠在充足的氧气中燃烧生成过氧化钠的反应为化合反应;铁在氯气中燃烧生成氯化铁的反应为化合反应;铜与硫反应只能生成硫化亚铜;氢氧化亚铁在空气中氧化生成氢氧化铁:4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3｡答案:C4.下列有关铁元素的叙述中正确的是( )A.铁是较活泼的金属,它与卤素(X2)反应的生成物均为FeX3B.氢氧化铁与氢碘酸反应:Fe(OH)3+3HI＝FeI3+3H2OC.氢氧化铁可以由相关物质通过化合反应而制得D.Fe(OH)2与硝酸反应生成Fe(NO3)2解析:铁与碘反应生成FeI2,氢氧化铁与氢碘酸反应生成FeI2和I2,Fe(OH)2与硝酸反应生成Fe(NO3)3,所以A､B､D错误｡氢氧化铁可以由氢氧化亚铁和氧气以及水化合而成｡答案:C5.下列物质不能通过化合反应生成的是( )A.Fe3O4B.Fe(OH)2C.Fe(OH)3D.FeCl2解析:Fe与O2化合生成Fe3O4,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,2FeCl3+Fe=3FeCl2｡答案:B6.(2010·全国卷Ⅰ)能正确表示下列反应的离子方程式的是( )A.将铁粉加入稀硫酸中:2Fe+6H+＝2Fe3++3H2↑B.将磁性氧化铁溶于盐酸:Fe3O4+8H+＝3Fe3++4H2ONO-＝Fe3++2H2O+NO↑C.将氧化亚铁溶液和稀硝酸混合:Fe2++4H++3D.将铜屑加入含Fe3+的溶液中:2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+解析:本题考查离子方程式的正误判断,意在考查元素化合物知识｡将铁粉加入稀硫酸中,发生反应的离子方程式为:Fe+2H+＝Fe2++H2↑,A项错误;磁性氧化铁可以看做FeO•Fe2O3,溶于盐酸时发生反应的离子方程式为:Fe3O4+8H+＝Fe2++2Fe3++4H2O,B项错误;氯化亚铁和稀NO-＝3Fe3++NO↑+2H2O,C项错误;将铜屑加入含Fe3+硝酸反应,离子方程式为:3Fe2++4H++3的溶液中发生氧化还原反应:2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+,D项正确｡答案:D7.某溶液中含有的溶质是FeBr2、FeI2｡若向该溶液中通入一定量的氯气,再向反应后的溶液中滴加KSCN溶液,结果溶液变成血红色,则下列叙述正确的是( )①原溶液中的Br-一定被氧化②通入氯气后原溶液中一定有Fe2+被氧化③不能确定通入氯气之后的溶液中是否存在Fe2+④若取少量所得溶液,再加入CCl4静置,向上层溶液中加入足量的AgNO3溶液,只产生白色沉淀,说明原溶液中的I-､Fe2+、Br-均被完全氧化A.只有①②③B.只有②③④C.只有①③④D.①②③④解析:I -､Br -、Fe 2+的还原性的顺序为:I ->Fe 2+>Br -,所以①错误｡答案:B8.将一定量Fe 和Fe 2O 3混合物放入25 mL 2 mol·L -1的HNO 3溶液中,反应完成后,无固体剩余,生成224 mL NO 气体(标准状况),再向反应后的溶液中加入1 mol·L -1的NaOH 溶液,要使铁元素全部沉淀下来,所加NaOH 溶液的体积最少是( )A.45 mLB.50 mLC.40 mLD.无法确定解析:Fe ､Fe 2O 3溶解在硝酸中之后,以硝酸盐的形式存在,同时溶液中还可能存在过量的硝酸｡当向反应后的溶液中加入NaOH 溶液之后,NaOH 会和硝酸盐反应生成沉淀和NaNO 3｡若硝酸过量时,则NaOH 会先和酸反应生成盐和水,然后再和溶液中的硝酸盐反应｡综上所述,当将铁元素全部沉淀之后,溶液中的溶质全部为NaNO 3,n(Na +):n(3NO -)=1:1,即所加入的NaOH 的物质的量等于溶液中的硝酸根离子的物质的量｡硝酸在反应过程中有一部分被还原变为了NO 气体,根据原子守恒可知被还原的硝酸为0.01 mol,所以剩余的硝酸和起酸作用的硝酸为2 mol·L -1×0.025 mL -0.01 mL=0.04 mol,则所加NaOH 溶液的体积最少为40 mL ｡答案:C9.把足量的铁粉投入到硫酸和硫酸铜的混合溶液中,充分反应后,残余固体的质量与原来加入的铁粉质量相等,则原溶液中H +和SO 2-4的物质的量之比为( )A.1:4B.2:7C.1:2D.8:31解析:由题可知反应的铁粉与生成的铜质量相等｡又H 2SO 4~Fe,CuSO 4~Fe~Cu有[n(H 2SO 4)+n(CuSO 4)]×56=64n(CuSO 4)24244()1()21?()7()174n H SO n H n CuSO n SO +-=→==+答案:A 10.某FeSO 4､Fe 2(SO 4)3､H 2SO 4的混合溶液100 mL,已知溶液中阳离子的物质的量浓度相同(不考虑水解),且SO 2-4的物质的量浓度为3 mol/L,则此溶液最多可溶解铁粉的质量为( )A.5.6 gB.8.4 gC.9.8 gD.11.2 g解析:未加铁粉前,溶液中存在电荷守恒,2n(Fe 2+)+3n(Fe 3+)+n(H +)=2n(SO 2-4)=2×3 mol/L×0.1 L=0.6 mol,由题意三种阳离子的物质的量浓度相同,即物质的量相等,则设三种阳离子的物质的量为x mol,则由上述关系式可求得x=0.1,加铁粉反应结束后,全部变为FeSO4,则由守恒关系,Fe2+的物质的量与SO2-4物质的量相等,原溶液可提供的Fe2+为0.2 mol 则需加入0.1 mol铁粉,即5.6 g｡答案:A11.向一定量Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入120 mL 4 mol·L-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解,放出1.344 L(标准状况)气体,往所得溶液中加入KSCN溶液,无血红色出现,若用足量的氢气在加热条件下还原相同质量的混合物,能得到铁的物质的量为( )A.0.14 molB.0.16 molC.0.21 molD.0.24 mol解析:考查Fe3+的检验与其计算,属中档题｡根据放出的气体1.344 L可以求出被还原的硝酸为0.06 mol,加入KSCN无血红色出现,说明溶液中溶质全是Fe(NO3)2;根据Fe~Fe(NO3)2和硝酸的物质的量可以求出溶液中Fe(NO3)2为0.21 mol,即用H2被还原得到的Fe为0.21 mol｡故本题答案是C｡答案:C12.(2010·湖北八校)将由FeSO4､Ba(OH)2､AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量的水中,用玻璃棒搅拌,充分溶解,一段时间后,向稳定的混合物溶液中滴加1 mol•L-1的稀硫酸,加入稀硫酸的体积与生成沉淀的物质的量关系如图所示｡下列有关判断不正确的是( )A.AB段发生反应的离子方程式为:Ba2++SO2-4+2H++2OH-＝BaSO4↓+2H2OB.D点表示的溶液呈酸性C.C点表示的沉淀的化学式为Al(OH)3､BaSO4､Fe(OH)2D.混合物中FeSO4和AlCl3的物质的量相等答案:C13.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6 mol/L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”,“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｡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)①②③④14.某些金属氧化物跟熔融烧碱反应可生成盐｡根据以下化学反应框图填空:(1)单质F 是________｡(2)写出由E 生成G 的离子反应方程式(或化学方程式)____________________ ｡(3)溶液I 中所含金属离子是________｡(4)由C ―→E+F 若改用浓酸,则不能选用的浓酸是(写分子式)____________________ ｡解析:概览框图,“红褐色沉淀G ”(在中学化学范围内即可断定为氢氧化铁)是全题最具体､最特征的条件,也就是本题的“突破口”｡由此可以推知,E 中应含有Fe 2+,则单质C必为铁,而稀酸L 可以是稀盐酸或稀硫酸,单质F 为氢气｡由E 生成G 的离子方程式应当是:4Fe 2++8NH 3•H 2O+O 2+2H 2O ＝4Fe(OH)3↓+48NH +或Fe 2++2NH 3·H 2O ＝Fe(OH)2↓+42,NH +4Fe(OH)2+O 2+2H 2O ＝4Fe(OH)3｡C 由粉状化合物A 和粉状单质B 在一定条件下反应生成,而且粉状单质B 还可以与强碱溶液反应生成F 和溶液K,在中学化学知识范围内,可以合理地猜测最可能是“铝热反应”,即单质B 为铝,又因为C 是单质铁,所以A 应是铁的氧化物｡至此,可以自然地推知,化合物D 为氧化铝,化合物H 为偏铝酸钠,单质F 是氢气,溶液I 中含有Na +和Al 3+,溶液K中含有2AlO -,沉淀J 为氢氧化铝｡显然,如果在C ―→E+F 反应中改用浓酸,不能选用氧化性酸(浓硫酸､浓硝酸),因为:①铁会因发生钝化而不起反应;②即使能够反应,也不会产生氢气｡答案:(1)H 2(2)4Fe 2++8NH 3·H 2O+O 2+2H 2O ＝4Fe(OH)3↓48NH ++ [或Fe 2++2NH 3·H 2O ＝Fe(OH)2↓+42,NH +4Fe(OH)2+O 2+2H 2O ＝4Fe(OH)3](3)Na +、Al 3+ (4)H 2SO 4、HNO 315.(2010·北京市东城区高三第一学期期末教学目标检测)铁单质及其化合物在生活､生产中应用广泛｡请回答下列问题:(1)钢铁在空气中发生吸氧腐蚀时,正极的电极反应式为____________________ ｡(2)由于氧化性Fe 3+>Cu 2+,氯化铁溶液常用作印刷电路铜板腐蚀剂,反应的离子方程式是____________________ ｡(3)硫酸铁可作絮凝剂,常用于净水,其原理是________________(用离子方程式表示)｡在使用时发现硫酸铁不能使酸性废水中的悬浮物沉降而除去,其原因是________________________________________ ｡(4)磁铁矿是工业上冶炼铁的原料之一,其原理是Fe3O4+4CO高温3Fe+4CO2,若有1.5mol Fe3O4参加反应,转移电子的物质的量是________｡(5)下表中,对陈述Ⅰ､Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是________(填字母)｡解析:(4)1 mol Fe3O4参与反应时,需4 mol CO,根据4 mol CO可得转移8 mol电子,所以1.5 mol Fe3O4参加反应时转移电子的物质的量为1.5×8 mol=12 mol｡(5)选项A,地壳中含量最高的金属元素是Al元素,而不是Fe元素,由于铁是活泼金属,需通过冶炼方法获得,所以Fe不是人类最早使用的金属材料,陈述Ⅰ､Ⅱ错误,且二者没有因果关系｡选项B,Fe能与稀H2SO4发生置换反应而产生H2,但在高温条件下,H2还原性很强,又能还原Fe2O3而得Fe,所以Ⅰ､Ⅱ均正确,二者无因果关系｡选项C,铁是过渡元素的说法正确｡选项D,铁在空气中不能形成致密的氧化膜,且Fe可与纯净的O2反应生成Fe3O4｡答案:(1)O2+2H2O+4e-＝4OH-(2)2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+(3)Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3(胶体)+3H+酸性环境中,H+抑制了铁离子的水解,无法生成氢氧化铁胶体(4)12 mol (5)B16.已知Fe3+的氧化性大于Cu2+,据此性质,某工厂用FeCl3溶液腐蚀镀有铜的绝缘板生产印刷电路｡用离子方程式表示其化学原理__________________________________________｡某实验小组的同学对该厂生产印刷电路后所得的废液进行了分析:取50.00 mL废液,向其中加入0.64 g金属铜,金属铜全部溶解;另取50.00 mL废液,向其中加入足量的AgNO3溶液,析出沉淀43.05 g｡请回答以下问题:(1)该厂产生的废液中所含金属离子有__________________________________;(2)该厂原来使用的FeCl3溶液的物质的量浓度为________________(反应前后溶液的体积变化忽略不计);(3)若向500.00 mL废液中加入足量的稀硝酸,在标准状况下生成NO气体4.48 L,则原废液中各金属阳离子的物质的量浓度之比为________________;(4)另取500.00 mL废液,加入一定量铁屑,充分反应后有铜析出,则所得溶液中Fe2+的物质的量范围为______________________________｡解析:(1)氯化铁与铜反应生成亚铁离子和铜离子,它的离子方程式为:2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+;在腐蚀液中加入铜,结果还能全部溶解,说明原腐蚀液中还存在Fe3+｡(2)由AgCl的物质的量43.05143.5/gg mol==0.3 mol,则溶液中Cl-的总量为0.3 mol,由Cl-守恒可知原来的FeCl3为0.1 mol,则原来FeCl3溶液的物质的量浓度0.10.050molL==2 mol/L｡(3)向溶液中加入稀硝酸,其中的Fe2+与稀硝酸反应生成Fe3+,生成NO时转移电子数为:4.4822.4/LL mol×3e-=0.6 mol,则溶液中的Fe2+也为0.6 mol,在50 mL的溶液中应为0.06mol,由(2)原Fe3+的物质的量为2 mol/L×0.050 L=0.1 mol,所以剩余的Fe3+为0.04 mol,由反应2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+,可知Cu2+的物质的量为0.03 mol,则c(Fe3+):c(Fe2+):c(Cu2+)=4:6:3｡(4)此题用极端假设法,500 mL废液中含有0.4 mol Fe3+,假设Cu2+不被还原,加入铁屑,根据反应2Fe3++Fe=3Fe2+,则生成0.6 mol Fe2+,500 mL废液中还含有0.6 mol Fe2+,即共为1.20 mol,若将Cu2+全部还原,则Fe2+又会增加:Fe+Cu2+＝Fe2++Cu,共增加0.3 mol,因为反应后肯定有铜析出,故Fe2+的物质的量范围为1.20mol<n(Fe2+)≤1.50 mol｡答案:2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+(1)Fe3+､Fe2+､Cu2+(2)2.00 mol/L(3)c(Fe3+):c(Fe2+):c(Cu2+)=4:6:3(4)1.20 mol<n(Fe2+)≤1.50 mol。