高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物第1课时精练

第三章　铁　金属材料

第一节　铁及其化合物

第1课时　铁及其氧化物、氢氧化物

课后训练巩固提升

双基巩固　学考突破

1.指南针是我国古代四大发明之一。制造指南针的磁性物质是(　　)。

A.FeO B.Fe2O3

C.Fe3O4 D.Fe(OH)3

答案:C

解析:Fe3O4具有磁性,可用于制造指南针。

2.下列关于铁与水蒸气反应的说法中错误的是(　　)。

A.反应中有氢气产生

B.此反应需在高温条件下才能发生

C.生成的铁的化合物中铁全部呈+3价

D.该反应中氧化剂是水

答案:C

解析:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,Fe3O4中铁元素为+2价和+3价。

3.下列关于氧化铁和氧化亚铁的叙述中错误的是(　　)。

A.都是碱性氧化物

B.都能与酸反应生成盐和水

C.都能与水反应生成氢氧化物

D.都能被一氧化碳还原为铁

答案:C

解析:氧化铁和氧化亚铁都是不溶于水的碱性氧化物,都不能与水反应生成氢氧化物,都能与酸反应生成相应的盐和水,都具有氧化性,能被氢气、一氧化碳、铝等还原剂还原为铁单质。

4.在空气中氢氧化亚铁白色沉淀可转化为红褐色沉淀。关于该反应的下列叙述中错误的是(　　)。

A.生成物为氢氧化铁

B.该反应是化合反应

C.该反应是氧化还原反应

D.氧化剂是氢氧化亚铁

答案:D

解析:氢氧化亚铁易与氧气、水反应生成氢氧化铁,该反应既是化合反应,又是氧化还原反应,还原剂是氢氧化亚铁,氧化剂是氧气。

5.实验室制取氢氧化铁的一组试剂是(　　)。

A.氯化铁溶液与烧碱溶液

B.氧化铁与烧碱溶液

C.氧化铁与水

D.铁与水蒸气

答案:A

解析:实验室常用可溶性铁盐溶液(如氯化铁溶液)与碱溶液(如烧碱溶液)反应来制取氢氧化铁沉淀。

6.将过量的Na2O2投入FeCl2溶液中,可观察到的现象是(　　)。

①有气泡产生　②生成白色沉淀　③生成红褐色沉淀　④无明显变化

A.①③ B.①②

C.①②③ D.④

答案:A

解析:将过量的Na2O2投入FeCl2溶液中,发生下列反应:

2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑

FeCl2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaCl

4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3

所以现象为有无色气体产生并有红褐色沉淀生成,观察不到白色沉淀。

7.有关铁的化合物的说法中,错误的是(　　)。

A.FeO是一种黑色固体,不稳定,在空气中加热易被氧化转变为红褐色

B.由图示操作可制取Fe(OH)2

C.Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得

D.Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明。当光束通过Fe(OH)3胶体时可观察到丁达尔效应

答案:A

解析:黑色的FeO在空气中加热迅速被氧化为Fe3O4,Fe3O4仍为黑色,A项错误;煤油能减少FeSO4溶液与氧气接触,可以避免试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化,B项正确;铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4,可通过化合反应:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3制取Fe(OH)3,C项正确;Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应,D项正确。

8.糕点等食品包装中常加入一个装有脱氧剂的小袋,其作用是吸收氧气,使食物因缺氧而延缓变质,从而延长保质期。铁脱氧剂就是利用铁易被氧化的性质来吸收氧气的,最终产物是Fe2O3·3H2O。有关反应的化学方程式如下:

①2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2,

②4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3,

③2Fe(OH)3Fe2O3·3H2O。

(1)铁脱氧剂使用后最终的颜色为　　　　。 

(2)以上反应中,属于氧化还原反应的是　　　(填序号)。 

答案:(1)红棕色　(2)①②

解析:(1)Fe2O3为红棕色固体。(2)反应①②中都有元素化合价的变化,为氧化还原反应。反应③中无元素化合价变化,不是氧化还原反应。

9.常温下,Fe与水不发生反应,但在高温下,Fe与水蒸气可发生反应。应用下列装置,在硬质玻璃管中放入还原性铁粉和石棉绒的混合物,加热并通入水蒸气,可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应”实验。

请回答下列问题。

(1)写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　;该反应中的还原剂是　　　　,氧化剂是　　　　。 

(2)圆底烧瓶中盛装水,该装置受热后的主要作用是 　　　　　　　　　　　　; 

烧瓶底部放置了几片碎瓷片,碎瓷片的作用是　　　　　　　　　　。 

(3)干燥管中盛放的物质是　　　　,作用是　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2　Fe　H2O

(2)为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应提供持续不断的水蒸气　防止暴沸

(3)碱石灰　除去未反应的水蒸气

解析:在反应3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2中,氧化剂是H2O,还原剂是Fe;在烧瓶中加入碎瓷片的目的是防止液体沸腾过于剧烈。

选考奠基　素养提升

1.向一定量的Cu、Fe2O3的混合物中加入100 mL 1 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,所得溶液中不含Fe3+,若用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物,固体减小的质量为(　　)。

A.3.2 g B.2.4 g 

C.1.6 g D.0.8 g

答案:D

解析:Cu、Fe2O3的混合物若用过量的CO在高温下还原,固体减小的质量就是混合物中氧元素的质量,混合物中加入100 mL 1 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,则Fe2O3中的O生成了H2O,H2O中的H来自盐酸,物质的量为n(H)=0.1 L×1 mol·L-1=0.1 mol,则n(H2O)=n(O)=0.05 mol,氧元素的质量为0.05 mol×16 g·mol-1=0.8 g。

2.(双选)为了防止生锈,常采用化学处理使钢铁零件表面生成Fe3O4的致密保护层——“发蓝”。化学处理过程中其中一步的反应为3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+H2O+NH3↑。下列叙述错误的是(　　)。

A.“发蓝”实质上是使铁表面钝化

B.上述反应中,铁被还原

C.N的氧化性强于Fe的氧化性

D.反应中转移电子2 mol,生成还原产物8.5 g

答案:BD

解析:“发蓝”的过程是使钢铁零件表面生成Fe3O4的致密保护层,即铁表面钝化,A项正确。该反应中铁被氧化成Na2FeO2,NaNO2被还原成NH3,氧化剂是NaNO2,氧化产物是Na2FeO2,N的氧化性强于Fe的氧化性,B项错误,C项正确。NaNO2+6e-NH3,故反应中转移电子2 mol,生成还原产物NH3的质量为≈5.7 g,D项错误。

3.某兴趣小组为认识铁及其化合物的性质、分散系的性质做了如下一组综合实验,根据实验流程回答相关问题。

(1)请写出Fe2O3与①反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)物质②为　　　　　　　。 

(3)向FeCl2溶液中滴加NaOH溶液最终生成Fe(OH)3悬浊液,该过程的现象为　　　　　　　　　　　 　　　　　,此过程中发生的氧化还原反应为(用化学方程式表达)　 　　　　　　　　　　　　。 

(4)将FeCl3饱和溶液滴入沸水中,并继续煮沸至液体呈红褐色,制得分散系③为　　　　,它与FeCl3溶液、Fe(OH)3悬浊液的本质区别是　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O

(2)NaOH溶液(其他合理答案也可)

(3)生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最终变成红褐色　4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3

(4)Fe(OH)3胶体　分散质粒子的直径大小不同

解析:(1)Fe2O3为碱性氧化物,能够与盐酸反应生成FeCl3和H2O。

(2)FeCl3溶液能够与碱反应生成Fe(OH)3,物质②可以是NaOH溶液、KOH溶液等。

(3)Fe(OH)2是白色沉淀,能迅速被氧气氧化,会看到沉淀由白色迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,发生的氧化还原反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。

(4)将饱和氯化铁溶液滴入沸水中,继续煮沸至液体呈红褐色,得到的是Fe(OH)3胶体。

4.某同学欲在实验室中完成Fe与水蒸气反应的实验,装置如图甲、乙所示。

已知B中放入的是铁粉与石棉绒的混合物,C中放的是干燥剂,E为酒精喷灯,G为带有铁丝网罩的酒精灯。对比两装置,回答下列问题。

(1)如何检查乙装置的气密性?   　　　　　　　　　　　　。 

(2)乙装置中湿沙子的作用是　　　　　　　　　　　　。 

(3)B处发生反应的化学方程式为 　　　　　　　　　　　　。 

(4)该同学认为欲在乙装置的导管口处点燃反应产生的气体,装置H必不可少,H的作用是 　　　　　　　　　　　　。 

(5)对比甲、乙两装置的B和I,B的优点是 　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)关闭H右侧的弹簧夹,向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热试管I,若H中导管口出现气泡,停止加热后导管中出现水柱,证明气密性良好(其他合理答案也可)

(2)提供水蒸气

(3)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2

(4)干燥氢气,减少H2中水蒸气的含量

(5)使用石棉绒,增大水蒸气与铁粉的接触面积,使反应充分进行

解析:(1)检查装置的气密性,常用“微热法”,应该先将装置中气体密封起来。

(2)湿沙子受热时,水蒸发产生水蒸气。

(3)Fe与水蒸气反应生成Fe3O4和H2。

(4)潮湿的氢气很难燃烧,故H的作用是干燥氢气,减少H2中的水蒸气含量。

(5)装置B中使用石棉绒可以增大水蒸气与铁粉的接触面积,使反应充分进行。

5.用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。

方法一:用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应来制备。

(1)除去蒸馏水中溶解的O2常采用　　　　的方法。 

(2)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作方法是: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  　　　　　　　　。

方法二:在如图装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀硫酸等试剂制备Fe(OH)2。

(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是　　　　　　　　　　　　。 

(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开弹簧夹,塞紧塞子后的实验步骤是  　　　　　　　　　　　　。 

(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,其理由是  　　　　　　　　　　　　。

答案:方法一:(1)煮沸　(2)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2　方法二:(1)稀硫酸、铁屑　(2)NaOH溶液　(3)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。当排出的H2纯净时,再夹紧弹簧夹　(4)生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ,且外界空气不容易进入,避免Fe(OH)2被迅速氧化

解析:方法一:(1)由于气体的溶解度随温度升高而迅速减小,故可用加热的方法除去蒸馏水中溶解的O2。(2)空气中含有大量的O2,为防止生成的Fe(OH)2沉淀与空气接触,需将吸取NaOH溶液的试管放入液面以下后再挤出。方法二:(1)由所给试剂及装置特点知,试管Ⅰ为封闭系统,应为产生H2并赶尽溶液中的空气及液面上方空气的装置,故试管Ⅰ中加入的试剂为铁和稀硫酸。(2)试管Ⅱ中加入的试剂为NaOH溶液。(3)为确保实验在无氧状态下进行,必须把系统中的O2排除干净,故接下来的操作应为检验试管Ⅱ出口处排出的氢气纯度,当产生氢气较纯时再夹紧弹簧夹。(4)由于试管Ⅰ中产生的H2充满了Ⅰ、Ⅱ两支试管,外界空气不易进入,即Fe(OH)2是在H2的还原性气氛中产生的,故Fe(OH)2的白色沉淀可保持较长的时间。