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铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物(40分钟70分)一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)1.我国科学家参与研制的阿尔法磁谱仪已随美国发现号航天飞船升入太空,开始了探索宇宙中是否存在“反物质”的研究工作。根据你所学的知识推测用于制造阿尔法磁谱仪的核心部件的材料是()A.FeOB.Fe2O3C.Fe3O4D.Fe(OH)3【解析】选C。根据磁谱仪所用物质具有磁性确定为Fe3O4。【补偿训练】下列物质的主要成分正确的是()A.赤铁矿:Fe3O4B.铜绿:Cu2(OH)2CO3C.磁铁矿:Fe2O3D.明矾:KAl(SO4)2【解析】选B。赤铁矿的主要成分是Fe2O3,磁铁矿的主要成分是Fe3O4,明矾的主要成分为KAl(SO4)2·12H2O。2.(2019·聊城高一检测)下列物质能通过化合反应直接制得的是()①FeCl2②FeCl3③Fe(OH)3④HClA.只有①②③B.只有②③C.只有①③④D.全部【解析】选D。①氯化亚铁可以由氯化铁和铁化合得到;②氯化铁可以由铁和氯气化合得到;③氢氧化铁可以由氢氧化亚铁和氧气和水化合得到;④氯化氢可以由氢气和氯气化合得到。【补偿训练】生活中铁质物品生锈的现象很常见,如图生锈的铁质雕塑、铁链等。某同学把生锈的铁钉放入足量稀盐酸中,可能发生的反应是()A.只有置换反应B.只有复分解反应C.置换和复分解反应D.置换和分解反应【解析】选C。铁锈的主要成分是Fe2O3,Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O,属于复分解反应,Fe+2HClFeCl2+H2↑,属于置换反应,Fe+2Fe3+3Fe2+,属于氧化还原反应。3.(2019·浏阳高一检测)下列有关说法不正确的是()A.Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2和+3B.FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均与盐酸反应C.Fe(OH)2不稳定,具有较强的氧化性D.Fe(OH)3比Fe(OH)2稳定【解析】选C。Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2和+3,A正确;FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均与盐酸反应分别生成亚铁盐、铁盐,B正确;Fe(OH)2具有较强的还原性,易被氧化为Fe(OH)3,C错误,D正确。【补偿训练】下列叙述正确的是()①铁能被磁铁吸引②在人体内的血红蛋白中含铁元素③Fe在纯氧中燃烧可得Fe2O3④Fe2O3不可与水反应得Fe(OH)3,所以Fe2O3不是碱性氧化物⑤Fe(OH)2在空气中加热,可得FeOA.①②B.②④C.②③④⑤D.①②⑤【解析】选A。①铁能被磁铁吸引,这是铁的特性。②在人体内的血红蛋白中含有Fe2+。③Fe在纯氧中燃烧生成Fe3O4。④Fe2O3不溶于水,不与水反应,但它是碱性氧化物。⑤Fe(OH)2在空气中加热,+2价的Fe首先被氧化为+3价的铁,再加热得到Fe2O3。4.(2019·邯郸高一检测)下列关于铁及其化合物的说法正确的是()A.铁是地壳中含量最多的金属元素,因此在日常生活中应用最广B.FeCl2溶液存放时,在溶液中放入少量的铁粉,目的是防止Fe2+被氧化C.隔绝空气的情况下,往FeCl2溶液中加入Na2O2后得到红棕色沉淀Fe(OH)3D.FeO、Fe2O3、Fe3O4均为铁的氧化物,并且都是黑色【解析】选B。地壳中含量最多的金属元素是铝,A错;Fe(OH)3沉淀为红褐色,C错;铁的氧化物中Fe2O3为红棕色,D错。【补偿训练】(2019·大连高一检测)实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2,为了使生成的产物不容易被氧化,下列说法不正确的是()A.配制FeCl2和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸B.可在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管内D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管【解析】选C。FeCl2和烧碱溶液要现用现配,且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气,确保Fe(OH)2的生成是在无氧的环境里,故A正确;在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油,以隔绝空气防止氧气溶入,故B正确;向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中,防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气,故C错误;产生Fe(OH)2沉淀后,若振荡试管,会增大沉淀与空气的接触机会,使沉淀更易被氧化,故D正确。5.铝热反应在工业上有广泛应用:Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。下列说法不正确的是()A.该反应中,作为氧化剂的物质是Fe2O3B.该反应中,铝作为还原剂C.该反应需要持续加热D.若反应中生成了2molFe,则需转移6mol电子【解析】选C。铝元素化合价升高,被氧化,Al为还原剂,铁元素化合价降低,被还原,Fe2O3为氧化剂,A、B正确;该反应放出大量的热,可以保证后续反应需要的热量,反应发生后不必持续加热,C错误;Fe2O3中铁为+3价,反应后变为0价,故生成了2molFe,则需转移6mol电子,D正确。6.(2019·重庆高一检测)如图装置进行铁与水蒸气反应的实验,下列说法错误的是()A.烧瓶a中加入碎瓷片的作用是防止液体暴沸B.b中的反应方程式为2Fe+3H2O(g)Fe2O3+3H2C.b中石棉绒的主要作用是增大铁粉与水蒸气的接触面积,使反应更加充分D.c中可以是碱石灰【解析】选B。由题图可知,加热烧瓶a产生水蒸气,a中应加入碎瓷片防止液体暴沸,A说法正确;b中石棉绒可增大铁粉与水蒸气的接触面积,发生的反应为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,B说法错误,C说法正确;干燥管中可加入碱石灰吸收未反应的水蒸气,D说法正确。【补偿训练】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】选B。铁与足量的盐酸和水蒸气反应的化学方程式分别是Fe+2HClFeCl2+H2↑、3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,则相同的条件下,产生氢气的体积比为3∶4。7.建筑用的红砖和青砖,其颜色是由其中含有的不同价态的铁的氧化物所致。我国古代砖瓦建筑能够保存到现在的,几乎无一例外是由青砖建成。有人提出以下可能的原因:①青砖中含的是FeO;②青砖中含的是Fe3O4;③Fe2O3长期遇酸雨侵蚀会风化溶解使砖瓦强度降低;④Fe3O4性质稳定。你认为有道理的是()A.①③B.②③④C.③D.①②③④【解析】选A。青砖根据颜色可知含有的是FeO,红砖中主要含有的是Fe2O3。若遇酸雨,Fe2O3与酸发生反应而使砖瓦强度降低。【补偿训练】1.将ag铁棒插入100mLCuSO4溶液中,一段时间后取出,洗净、干燥、称量为bg,则反应后溶液中FeSO4的物质的量浓度为(忽略溶液体积变化)()A.mol·L-1B.mol·L-1C.mol·L-1D.mol·L-1【解析】选C。设反应生成的FeSO4的物质的量为x,则Fe+CuSO4FeSO4+CuΔm1mol(64-56)gx(b-a)g=,解得x=mol,则溶液中FeSO4的物质的量浓度为=mol·L-1,选项C符合题意。2.(2019·锦州高一检测)向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100mL浓度为1.0mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解,有气体放出,所得溶液中加入KSCN溶液后无红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物,能得到铁的质量是()A.11.2gB.5.6gC.2.8gD.1.4g【解析】选C。Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O;Fe+2FeCl33FeCl2。由题意“恰好使混合物完全溶解”及“加入KSCN溶液后无红色出现”,可知溶液中无Fe3+,为FeCl2溶液,即Fe、FeO、Fe2O3中的Fe全部转化到FeCl2中,因n(Cl)=0.1L×1.0mol·L-1=0.1mol,所以n(Fe)=0.05mol,则m(Fe)=0.05mol×56g·mol-1=2.8g。二、非选择题(本题包括2小题,共28分)8.(12分)(2019·郑州高一检测)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。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K,B的优点是_____________________。【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,本题即先向H中加入水没过导管口,再微热K。(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。(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。答案:(1)向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热K,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(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【互动探究】(1)装置甲中点燃酒精灯、酒精喷灯的顺序如何?提示:先点燃酒精灯产生大量水蒸气后,再点燃酒精喷灯,防止加热的铁粉与氧气反应。(2)装置乙中,点燃气体之前的操作是什么?提示:点燃可燃性气体之前,必须先检验气体的纯度。9.(16分)铁是日常生活中最常见的金属。某班同学在学习铁的知识时,有下列问题:问题1:铁为何称为黑色金属?问题2:CuO在高温下可分解为Cu2O和O2,Fe2O3在高温下可分解为FeO和O2吗?(1)对于问题1,同学们上网查寻,有两种解释:A.因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物,所以叫黑色金属。B.因为铁的粉末为黑色,铁的氧化物也均为黑色,所以叫黑色金属。①你认为哪种说法正确?②若有一黑色粉末,你如何鉴别是铁粉,还是Fe3O4粉末?③若有一黑色粉末,为Fe和Fe3O4的混合物,你如何证明其中有Fe3O4?(2)对于问题2,同学们准备实验探究,他们设想了两种方法:A:将Fe2O3高温灼烧,看灼烧前后颜色是否变化。B:将Fe2O3高温灼烧,看灼烧前后质量是否变化。①方法A中,如果高温灼烧后颜色由红棕色变为黑色,说明Fe2O3确实发生了变化。能说明生成的一定为FeO吗?说明理由。②方法B中,如果发生了预期的反应,固体高温灼烧前后质量比应为10∶9,但是,实验结果为固体灼烧前后质量比为30∶29,则高温灼烧后生成物是什么?③比较两种方法,你认为较好的方法是哪种?【解析】(1)①铁的氧化物中Fe2O3为红棕色,B的说法是错误的。②可以利用Fe、Fe3O4与稀盐酸或稀硫酸反应现象的不同来鉴别两种物质。③检验Fe和Fe3O4的混合物中Fe3O4的存在,实质是检验混合物中O的存在,可以用干燥的氢气或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应,然后检验产物中是否有水或二氧化碳产生。(2)①方法A中,如果高温灼烧后颜色由红棕色变为黑色,说明Fe2O3确实发生了变化。但不能说明生成的一定为FeO,因为若生成Fe3O4,颜色也由红棕色变为黑色。②方法B中,如果发生了预期的反应,固体高温灼烧后由Fe2O3变为FeO,质量比应为10∶9。若固体灼烧前后质量比为30∶29,则高温灼烧后的生成物是Fe3O4。③比较上述两种方法可知,方法B的准确性较高。答案:(1)①A②取黑色粉末少许于试管中,加适量稀盐酸或稀硫酸,有气泡产生的原黑色粉末为铁粉,若无气泡产生,则原粉末为Fe3O4(其他