第三章 铁 金属材料
第一节 铁及其化合物
第1课时 铁的单质 铁的氧化物
◆ 知识点一 铁的单质
1. 脱氧剂能吸收氧气,防止油脂被氧化,有效地抑制霉菌和好氧型细菌的滋生,延长食品保质期。下列物质可作脱氧剂的是 ( )
A.小苏打 B.碱石灰 C.铁粉 D.活性炭
2.下列离子方程式书写正确的是 ( )
A.铁与FeCl3溶液反应:Fe+Fe3+2Fe2+
B.Fe与氯气反应:2Fe+3Cl22Fe3++6Cl-
C.Fe与硫酸铜溶液反应:2Fe+3Cu2+2Fe3++3Cu
D.Fe与稀硫酸反应:Fe+2H+Fe2++H2↑
3. 某同学探究铁与水蒸气的反应,进行了如下实验:
图L3-1-1
下列说法中不正确的是 ( )
A.点燃酒精灯的顺序是先a后b
B.湿棉花的作用是提供水蒸气
C.由肥皂液冒气泡证明铁与水蒸气发生了反应
D.不能用磁铁将铁粉从反应后的固体中分离出来
4.下列有关铁的说法中正确的是 ( )
A.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
B.铁能与盐酸反应生成氯化铁和氢气
C.Fe与少量Cl2反应生成FeCl2
D.铜粉中混有少量铁粉,可加入足量盐酸充分反应后过滤、洗涤、干燥
5.已知硝酸能将Fe氧化为Fe(NO3)3。下列物质反应后一定有+3价铁生成的是 ( )
①过量铁丝在氯气中加热
②Fe与过量稀硫酸反应
③FeCl2溶液中通入少量Cl2
④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
⑤稀硝酸中加入过量铁粉
A.①② B.①③ C.①③④ D.①③④⑤
6. 铁及其化合物用途广泛。部分含铁物质的分类与相应化合价的关系如图L3-1-2所示。下列推断合理的是 ( )
图L3-1-2
A.铁锈的主要成分是b
B.a在氧气中燃烧可得到e
C.a与稀硫酸发生反应可制得d
D.高温条件下,用CO还原e可得到a
7. 在CuO和Fe粉的混合物中,加入一定量的稀硫酸,并微热,当反应停止后,滤出不溶物,并向滤液中插入一枚铁钉,发现铁钉并无任何变化。根据上述现象,确定下面结论正确的是( )
A.不溶物一定是Cu
B.不溶物一定含铜,但不一定含铁
C.不溶物一定是Fe
D.溶液中一定含有Fe2+,但不一定含有Cu2+
◆ 知识点二 铁的氧化物
8.下列有关铁的氧化物的叙述中正确的是 ( )
A.FeO、Fe2O3、Fe3O4都是黑色固体
B.FeO、Fe3O4都有磁性
C.FeO、Fe2O3都属于碱性氧化物
D.Fe2O3、Fe3O4都只有氧化性
9.四氧化三铁(Fe3O4)的组成可表示为FeO·Fe2O3,下列关于Fe3O4的说法不正确的是 ( )
A.Fe3O4是一种混合物
B.FeO在空气中受热能迅速被氧化为Fe3O4
C.Fe3O4与盐酸反应的产物中有两种铁的价态
D.Fe3O4俗称磁性氧化铁,常用作磁性材料
10. 铁制工具在社会生产中发挥了巨大作用,下面是冶铁的部分原理:
Ⅰ.2C+O22CO
Ⅱ.Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
下列说法正确的是 ( )
A.常温下,Fe2O3能与水反应生成Fe(OH)3
B.Fe与Cl2反应:Fe+Cl2FeCl2
C.Fe2O3俗称铁红,可用作红色颜料
D.以上两个反应都是氧化还原反应,Fe与Cl2的反应也是置换反应
11. 某同学对铁的氧化物产生了浓厚兴趣,查阅资料后制成以下卡片:
在空气中把铁灼烧到500 ℃生成Fe3O4;温度再升高可生成Fe2O3;在更高的温度(约1400 ℃)下加热Fe2O3时,又可得到Fe3O4。
即:FeFe3O4Fe2O3
下列说法正确的是 ( )
A.FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体
B.反应②的温度比反应③的温度高
C.FeO的稳定性强于Fe2O3
D.四氧化三铁中铁元素的化合价较复杂,其组成可表示为FeO·Fe2O3
12.我国清代《本草纲目拾遗》中对铁线粉有如下描述:“粤中洋行有舶上铁丝……日久起锈,用刀刮其锈……所下之锈末,名铁线粉。”铁线粉即含有铁锈的铁粉,铁线粉溶于稀盐酸可能发生下列反应,其中氧化产物与还原产物的质量比为1∶2的反应是 ( )
A.Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
B.2Fe3++Fe3Fe2+
C.Fe+2H+Fe2++H2↑
D.FeO+2H+Fe2++H2O
13. 纳米级Fe3O4可用于以太阳能为热源分解水制H2,过程如图L3-1-3所示。下列说法中不正确的是 ( )
图L3-1-3
A.过程Ⅰ的反应:2Fe3O46FeO+O2↑,Fe3O4表现氧化性和还原性
B.过程Ⅱ的反应:2H2O2H2↑+O2↑,FeO表现还原性
C.两个转化过程都发生了氧化还原反应
D.过程 Ⅰ 中FeO是还原产物,过程 Ⅱ 中FeO是还原剂
14.某研究小组用如图L3-1-4所示装置模拟工业上生产无水FeCl2的过程。下列说法中正确的是 ( )
图L3-1-4
A.先点燃C处酒精灯,再打开分液漏斗的活塞
B.本实验中HCl只体现挥发性
C.利用该装置制备FeCl2的原理可表示为Fe+2HClFeCl2+H2
D.装置D适合处理该实验的所有尾气
15.在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应可以得到铁的氧化物。用如图L3-1-5所示装置制取铁的氧化物(夹持及加热装置均已略去)。下列说法正确的是( )
图L3-1-5
A.烧瓶②用于提供反应物,烧瓶③用作安全瓶
B.实验时,必须对①②③进行加热
C.①②③中依次盛装铁粉、浓硫酸、水
D.④处的气体收集方法也可用于收集氯气等
16. 铁粉具有平肝镇心、消痈解毒之功效,主治惊痫、癫狂、脚气冲心、贫血等。某兴趣小组探究用氢气和碳酸亚铁制取铁粉并检验反应产物,实验装置如图L3-1-6所示。下列说法不正确的是 ( )
图L3-1-6
A.通过调节分液漏斗的活塞以控制①中气泡产生的快慢
B.装置①的作用是干燥氢气
C.装置②③中的药品可分别是无水硫酸铜、无水氯化钙
D.无需加③装置
17. 量取8.0 mL 5.0 mol·L-1H2SO4溶液,加蒸馏水稀释至100 mL,取两份稀释后的H2SO4溶液各25 mL,分别加入等质量的Zn和Fe,相同条件下充分反应,产生氢气的体积随时间变化的曲线如图L3-1-7所示(氢气体积已折算成标准状况下的体积)。下列说法正确的是 ( )
图L3-1-7
A.稀释后H2SO4溶液的物质的量浓度为0.04 mol·L-1
B.加入Fe的质量至少有0.56 g
C.反应过程中铁粉过量
D.金属Zn与硫酸反应转移电子数为0.01NA
18.某同学利用如图L3-1-8所示实验装置进行铁与水蒸气
反应的实验,并对反应后硬质试管中固体物质的组成进行
了探究。
图L3-1-8
请回答下列问题:
(1)硬质试管中湿棉花的作用是 。
(2)铁与水蒸气的反应中,氧化剂是 (填化学式,下同),还原剂是 。
(3)该同学对反应后硬质试管中固体物质的组成提出了如下假设。
假设1:只有Fe;
假设2:只有 (填化学式);
假设3:既有Fe也有Fe3O4。
(4)为了验证反应后硬质试管中固体物质的组成,该同学进行了定量研究:反应前固体物质的质量为5.6 g,反应后固体物质的质量为6.6 g。从数据分析,反应后硬质试管中固体物质的组成为 。
19. 铁是目前产量最大、使用最广泛的金属。
(1)写出下列反应的化学方程式或离子方程式。
①高温下,铁跟水蒸气反应的化学方程式是 。
②已知锰元素的常见化合价有+7、+6、+4、+2等,则加热条件下,铁、锰合金粉末跟Cl2反应的化学方程式为 、 。
③已知FeSO4溶液跟H2O2溶液反应有红褐色Fe(OH)3 沉淀生成,且溶液呈棕黄色,则反应的离子方程式为 。
(2)Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(Fe2O3)∶n(FeS2)= 。
(3)石墨烯负载的纳米铁活性强,能迅速有效地吸附和还原污水中的N,纳米铁还原废水中N的可能反应机理如图L3-1-9所示。
图L3-1-9
纳米铁还原N生成N2或N的过程可描述如下:
① ,
②吸附在纳米铁表面的N得到电子被还原生成N,
③ 。
第三章 铁 金属材料
第一节 铁及其化合物
第1课时 铁的单质 铁的氧化物
1.C [解析] 小苏打不属于还原剂,不能作脱氧剂吸收氧气,A错误;碱石灰与氧气不能发生氧化还原反应,不能作脱氧剂吸收氧气,B错误;铁粉具有还原性,能与氧气发生氧化还原反应,能作脱氧剂吸收氧气,C正确;活性炭具有吸附性,在常温的条件下不能与氧气反应,不能作脱氧剂吸收氧气,D错误。
2.D [解析] A项电荷不守恒;B项为固体与气体的反应,无离子方程式;C项应生成Fe2+。
3.C [解析] 实验时,先点燃酒精灯a,加热湿棉花产生水蒸气,再点燃酒精灯b加热还原铁粉,防止铁粉被装置内的O2氧化,A、B正确;加热时产生水蒸气,且装置内空气受热膨胀,故由肥皂液冒气泡不能证明铁与水蒸气发生了反应,C错误;铁与水蒸气反应生成Fe3O4,铁粉和Fe3O4都能被磁铁吸引,故不能用磁铁将铁粉从反应后的固体中分离出来,D正确。
4.D [解析] 铁与水蒸气在高温下的反应为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,反应产物为Fe3O4和H2,A错误;铁能与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,B错误;Cl2具有强氧化性,Fe与少量Cl2反应生成FeCl3,C错误;铜粉中混有少量铁粉,因为铁粉与盐酸反应,而铜不与盐酸反应,因此加入足量盐酸充分反应后过滤、洗涤、干燥,可以除去铜粉中少量的铁粉,D正确。
5.B [解析] ①铁与氯气反应生成氯化铁,反应的化学方程式为2Fe+3Cl22FeCl3;②铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,反应的化学方程式为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑;③氯气可将氯化亚铁氧化,生成氯化铁,反应的化学方程式为2FeCl2+Cl22FeCl3;④若氧化铁过量,则反应结束后有Fe3+生成,若铁单质过量,则过量的铁将Fe3+还原为亚铁离子;⑤稀硝酸先氧化铁生成硝酸铁,剩余的铁粉再将硝酸铁还原为硝酸亚铁,反应的化学方程式为2Fe(NO3)3+Fe3Fe(NO3)2;综上,一定生成+3价铁的反应有反应①和反应③,故选B。
6.D [解析] a为铁单质,b为氧化亚铁,c为硫酸亚铁,d为硫酸铁,e为氧化铁。铁锈的主要成分是氧化铁,氧化铁中铁元素显+3价,即铁锈的主要成分是e,故A错误;铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁,而e这种铁的氧化物中,铁元素显+3价,该物质是氧化铁,故B错误;a是铁单质,铁单质和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,其中铁元素显+2价,即可制得c而不是d,故C错误;高温条件下,一氧化碳和氧化铁反应生成铁单质和二氧化碳,故D正确。
7.B [解析] CuO和Fe粉的混合物中加入一定量的稀硫酸,可能发生的反应有CuO+H2SO4CuSO4+H2O、Fe+H2SO4FeSO4+H2↑、Fe+CuSO4FeSO4+Cu。当反应停止后,滤出不溶物,并向滤液中插入一枚铁钉,发现铁钉无任何变化,说明滤液中不含H2SO4和CuSO4,滤液是FeSO4溶液,不溶物一定含有铜,可能含有铁。
8.C [解析] 铁的氧化物FeO、Fe3O4都是黑色,但是Fe2O3是红棕色的物质,俗称铁红,A错误;铁的氧化物中FeO、Fe2O3没有磁性,Fe3O4有磁性,又叫磁性氧化铁,B错误;FeO、Fe2O3和酸反应均能生成相应的盐和水,都属于碱性氧化物,C正确;四氧化三铁既有氧化性,又有还原性,D错误。
9.A [解析] Fe3O4有固定组成,属于纯净物。
10.C [解析] 虽然Fe2O3是碱性氧化物,但Fe2O3不溶于水,不与水反应生成Fe(OH)3,故A错误;Fe与Cl2反应生成FeCl3,化学方程式为2Fe+3Cl22FeCl3,故B错误;Fe2O3是红棕色粉末,俗称铁红,可用作红色颜料,故C正确;置换反应是单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应,所以Fe与Cl2的反应不是置换反应,故D错误。
11.D [解析] Fe2O3为红棕色固体,A错误;根据信息可知,Fe在500 ℃时与氧气反应生成Fe3O4,继续升高温度生成Fe2O3,而在1400 ℃时Fe2O3转化为Fe3O4,则反应②的温度比反应③的温度低,B错误;FeO不稳定,在空气里受热能迅速被氧化为Fe3O4,其稳定性弱于Fe2O3,C错误;Fe3O4中Fe元素的化合价为+2价和+3价,化学式可写为FeO·Fe2O3,D正确。
12.B [解析] 该反应中无元素化合价发生变化,不涉及氧化还原反应,A错误;Fe转化为Fe2+,铁元素化合价升高,Fe作还原剂,生成氧化产物,Fe3+转化为Fe2+,铁元素化合价降低,Fe3+作氧化剂,生成还原产物,氧化产物与还原产物的质量比为1∶2,B正确;反应Fe+2H+Fe2++H2↑中,Fe元素化合价升高,Fe作还原剂,Fe2+为氧化产物,H元素化合价降低,H+作氧化剂,H2为还原产物,氧化产物与还原产物的质量比为56∶2=28∶1,C错误;该反应中无元素化合价发生变化,不涉及氧化还原反应,D错误。
13.B [解析] 由图可知,过程Ⅰ中Fe3O4分解为FeO和O2,发生反应:2Fe3O46FeO+O2↑,A正确;过程Ⅱ中FeO和H2O反应生成Fe3O4和H2,发生反应:6FeO+2H2O2Fe3O4+2H2↑,B错误;过程Ⅰ中Fe、O元素化合价发生变化,过程Ⅱ中Fe、H元素化合价发生变化,故均为氧化还原反应,C正确;过程Ⅰ中部分Fe元素由+3价变为+2价,则FeO是还原产物,过程Ⅱ中部分Fe元素由+2价变为+3价,则FeO是还原剂,D正确。
14.C [解析] 先打开分液漏斗的活塞,利用装置A中产生的HCl排尽装置内的空气,再点燃C处酒精灯加热铁粉,A错误;装置A中产生HCl气体是利用了浓盐酸的挥发性,装置C中Fe与HCl反应生成FeCl2和H2,体现HCl的酸性和氧化性,B错误,C正确;HCl极易溶于水,用D装置进行尾气处理易发生倒吸,H2不能用NaOH溶液吸收,D错误。
15.A [解析] 烧瓶②中盛放水,加热后提供反应物水蒸气,烧瓶③起到安全瓶的作用,防止倒吸,A正确;实验时,烧瓶①和②需要加热,烧瓶③不需要加热,B错误;烧瓶②中盛装水,烧瓶③是安全瓶,不添加试剂,C错误;氯气能溶于水,不能用排水法收集氯气,D错误。
16.D [解析] 分液漏斗带有活塞,可通过调节滴加稀硫酸的速率,控制反应的快慢,控制①中气泡产生的快慢,A正确;稀硫酸难挥发出H2SO4,Zn与稀硫酸反应生成的H2中混有水蒸气,装置①中盛有浓硫酸,用于干燥氢气,B正确;装置②中盛有无水硫酸铜,用于检验Y中反应生成的H2O(g),装置③中盛有无水氯化钙,防止④中水蒸气进入装置②,影响H2O(g)的检验,故③不能省略,C正确,D错误。
17.C [解析] 8.0 mL 5.0 mol·L-1 H2SO4溶液稀释到100 mL,据稀释定律可得8.0 mL×5.0 mol·L-1=100 mL×c(H2SO4),则有c(H2SO4)=0.4 mol·L-1,A错误;25 mL稀释后H2SO4溶液中含有H2SO4的物质的量为0.4 mol·L-1×25×10-3 L=0.01 mol,图中反应生成标准状况下224 mL H2(即0.01 mol),则H2SO4完全反应,反应消耗0.01 mol Zn和0.01 mol Fe,其质量分别为0.65 g和0.56 g,由于加入等质量的Zn和Fe,则加入Fe的质量至少为0.65 g,B错误;反应过程中铁粉过量,锌粉恰好反应或有剩余,C正确;金属Zn与稀硫酸反应生成0.01 mol H2,则转移电子数为0.02NA,D错误。
18.(1)提供反应需要的水蒸气 (2)H2O Fe (3)Fe3O4
(4)Fe和Fe3O4
[解析] (1)硬质试管中的湿棉花受热时可产生水蒸气,故硬质试管中湿棉花的作用是提供反应需要的水蒸气。(2)根据化学方程式:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,Fe在反应中失去电子作还原剂,H2O在反应中得到电子作氧化剂。(3)若Fe没有反应,则固体物质为Fe;若Fe部分反应,则固体物质为Fe与Fe3O4的混合物;若Fe全部反应,则固体物质为Fe3O4。(4)若5.6 g Fe完全反应,应得到 mol Fe3O4,其质量约为7.7 g,而实验测得反应后固体物质的质量为6.6 g,说明Fe部分反应,故反应后的硬质试管中固体物质为Fe和Fe3O4的混合物。
19.(1)①3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 ②2Fe+3Cl22FeCl3 Mn+Cl2MnCl2 ③6Fe2++3H2O22Fe(OH)3↓+4Fe3+
(2)16∶1
(3)纳米铁失去电子生成Fe2+ 吸附在纳米铁表面的N进一步得电子被还原生成N2或N
[解析] (1)①铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气,化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。②Fe被Cl2氧化到高价生成FeCl3,由实验室制Cl2反应可知氧化性:MnO2>Cl2,而元素价态越高,氧化性越强,则Mn与Cl2反应生成MnCl2,铁、锰合金粉末跟Cl2反应的化学方程式为2Fe+3Cl22FeCl3、Mn+Cl2MnCl2 。③FeSO4溶液跟H2O2溶液反应有红褐色Fe(OH)3沉淀生成,且溶液呈棕黄色,说明生成了氢氧化铁沉淀和铁离子,反应的离子方程式为6Fe2++3H2O22Fe(OH)3↓+4Fe3+。(2)Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,化学方程式为16Fe2O3+FeS211Fe3O4+2SO2↑,理论上完全反应消耗的n(Fe2O3)∶n(FeS2)=16∶1。(3)纳米铁还原N生成N2或N的过程:纳米铁失去电子生成Fe2+,吸附在纳米铁表面的N得到电子被还原生成N,吸附在纳米铁表面的N进一步得电子被还原生成N2或N。
