第三讲铁及其化合物
一、选择题
1．铁是人类应用较早，当前应用量最大的金属元素，下列相关铁及其化合物的相关说法中准确的是( ) A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2
C．除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质能够向溶液中加入铁粉，然后过滤
D．Fe3＋与KSCN产生红色沉淀
解析赤铁矿的主要成分是Fe2O3；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2；＋3 价铁离子遇KSCN溶液变为红色，但没有沉淀产生，一般能够用此方法检验＋3价铁离子的存有。
答案C
2．下表各选项中，不能利用置换反应通过Y得到W的一组化合物是( )
解析A项，Mg与CO2反应可生成MgO；B项，Al与Fe2O3反应可生成Al2O3；C项，C2H5OH与Na反应可生成C2H5ONa；D项，虽然FeCl3与Cu反应能够得到CuCl2但该反应不是置换反应。
答案D
3．下列实验中，金属或固体能够完全溶解的是( ) A．在H2O2溶液中加入少量MnO2粉末
B．镀锌铁皮加入足量的NaOH溶液中
C．1 mol铜片与含2 mol H2SO4的浓硫酸共热
D．常温下，1 mol铜片投入含4 mol HNO3的浓硝酸中
解析MnO2作催化剂，反应前后保持不变，故不溶；铁与NaOH溶液不反应，故不能完全溶解；1 mol铜片与含2 mol H2SO4的浓硫酸共热理论上恰好完全反应，但随着反应
的实行硫酸变稀，反应不再实行。
答案D
4．能准确表示下列反应的离子方程式是( ) 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＋＋4H2O
C．将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合：Fe2＋＋4H＋＋NO－3===Fe3＋＋2H2O＋NO↑
D．将铜屑加入Fe3＋溶液中：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
解析A项，铁与稀硫酸反应，铁元素被氧化为＋2价，准确的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；B项，磁性氧化铁中有三分之二的三价铁、三分之一的二价铁，故其正确的离子方程式为Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O；C项，因为硝酸具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为三价铁离子，但该方程式没配平，各物质在方程式中的化学计量数应分别为3、4、1、3、2、1；D项，三价铁离子具有强氧化性，能将铜氧化，自身被还原为二价铁离子，D准确。
答案D
5．右图是三种稀酸对Fe—Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，
下列相关说法准确的是( )
A．稀硝酸对Fe—Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱
B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe＋6HNO3(稀)===Fe(NO3)3
＋3NO2↑＋3H2O
C．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所
以对Fe－Cr合金的腐蚀性最强
D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe—Cr合金的腐蚀性减弱
解析根据题图可知，Cr的含量不同，三种酸对Fe—Cr合金的腐蚀性不同，当w(Cr) 较小时，稀硝酸对其腐蚀性最强，A不准确；铁与稀硝酸反应生成的是NO而不是NO2，B错；三种酸的质量分数相同，盐酸中的氢离子浓度最大，C错；根据图中稀HNO3的曲线变化，可知D准确。
答案D
6．将3.48 g Fe3O4完全溶解在100 mL 1 mol·L－1硫酸中，然后加入K2Cr2O7溶液25 mL，恰好使溶液中Fe2＋全部转化为Fe3＋，Cr2O2－7全部还原为Cr3＋，则K2Cr2O7溶液的物质的量
浓度为( ) A．0.05 mol·L－1B．0.1 mol·L－1
C．0.2 mol·L－1D．0.3 mol·L－1
解析n(Fe3O4)＝
3.48 g
232 g·mol－1
＝0.015 mol，因Fe3O4可拆分为FeO·Fe2O3；所以，n(Fe2＋)
＝n(Fe3O4)＝0.015 mol，设K2Cr2O7的物质的量浓度为x，根据得失电子守恒可得：0.015
mol×1＝x×25
1 000L×6，x＝0.1 mol·L－
1。
答案B
7．如右图所示，向一定量的铁粉中加入一定体积12 mol·L－1的硝酸，加热充分反应后，下列微粒在体系中一定大量存有的是( )
①NO－3②Fe3＋③H＋④NO ⑤NO2
A．只有①B．①⑤C．②④⑤D．①②③⑤
解析题给12 mol·L－1的硝酸是浓硝酸，若铁少则生成Fe3＋，若铁过量则生成Fe2＋，故在该体系中一定存有NO2和NO－3。
答案B
8．某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3，若向其中逐渐加入铁粉，溶液中Fe2＋浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示。则稀溶液中
Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为( )
A．1∶1∶1 B．1∶3∶1 C．3∶3∶8 D．1∶1∶4
解析据氧化性由强到弱的顺序HNO3>Fe3＋>Cu2＋，可知随铁粉的增加，反应的方程式分别为
4HNO3(稀)＋Fe===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O
4 mol 1 mol 1 mol
2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2
2 mol 1 mol 3mol
Cu(NO3)2＋Fe===Fe(NO3)2＋Cu
1 mol 1 mol 1 mol
所以原溶液中，Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量之比为：(2 mol－1 mol)∶1 mol∶4 mol＝1∶1∶4。
答案D
二、非选择题
9．(1)如下图所示，当容器A中的反应开始后，若分别实行下列操作，请回答相关问题：
①若弹簧夹C打开，B容器中有什么现象发生？
②若开始时弹簧夹C关闭，容器A中的反应还在实行时，B容器中有什么现象发生？写
出B容器中相关反应的化学方程式。
③若先打开弹簧夹C一段时间，容器A中的反应还在实行时，再关闭弹簧夹C一会儿，
B容器中有什么现象发生？
(2)已知：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2,2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－。
①含有1 mol FeI2和2 mol FeBr2的溶液中通入2 mol Cl2，此时被氧化的离子是________，
被氧化的离子的物质的量分别是________。
②如果向原溶液中通入3 mol Cl2，则被氧化的离子是________，其对应的氧化产物的物
质的量分别是________。
③若向含a mol FeI2和b mol FeBr2的溶液中通入c mol Cl2，当I－、Fe2＋、Br－完全被氧化
时，c为________(用含a、b的代数式表示)。
解析(1)本题应注意分析A中压强变化和A、B中发生的反应类型。
①打开C，A中Fe与稀H2SO4反应生成H2，A中压强增大，气体通过导管进入B，B
中有气泡冒出。
②若开始关闭C，A中反应生成H2，压强增大，A中溶液由导管进入B，B中Fe2＋与
OH－反应生成Fe(OH)2白色沉淀，Fe(OH)2与B中O2反应生成红褐色沉淀Fe(OH)3。
③若先打开C，H2进入B，驱出B中O2，再关闭C，A中Fe2＋进入B，只能生成Fe(OH)2。
(2)通过题干两个反应可知还原性I－>Fe2＋>Br－。由此可知向溶液中加Cl2，再结合离子的
反应顺序再加以计算即可。
答案(1)①容器B中的导管口有气泡冒出。
②容器A中溶液进入容器B，容器B中有白色沉淀生成，沉淀迅速变为灰绿色，最后变
成红褐色。
2NaOH＋FeSO4===Fe(OH)2↓＋Na2SO4
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
③开始时容器B中的导管口有气泡冒出，弹簧夹关闭后容器A中溶液进入容器B，有白色沉淀生成。
(2)①I－、Fe2＋2 mol、2 mol ②I－、Fe2＋、Br－1 mol、3 mol、0.5 mol ③3a＋3b
2
10．硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：
(1)将菱锌矿研磨成粉的目的是______________________________。
(2)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：
Fe(OH)2＋__________＋__________===Fe(OH)3＋Cl－
(3)针铁矿(Goethite)是以德国诗人歌德(Goethe)名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化
学式量为89，化学式是________。
(4)根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为________。
Mg(OH)2Zn(OH)2MgCO3CaCO3
开始沉
淀的pH
10.4 6.4 －－
沉淀完
全的pH
12.4 8.0 －－
开始溶
解的pH
－10.5 －－
K sp 5.6×10－12－ 6.8×10－6 2.8×10－9
(5))。
a．大理石粉b．石灰乳
c．纯碱溶液d．烧碱溶液
(6)“滤液4”之后的操作依次为________、________、过滤、洗涤、干燥。
(7)分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于________。
解析 解答该题的关键是对题目有个整体的理解，清楚各步操作的目的。粉碎菱锌矿是 为了使反应更充分。滤液1调pH 是为了中和过量的盐酸生成Fe(OH)2沉淀，加漂白粉 是为了将Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3以除去，滤液2调pH 是为了将Zn 2＋转化为Zn(OH)2 沉淀，滤液3中含有Mg 2＋、Ca 2＋，滤液4是纯净的ZnSO 4溶液。(5)从滤液3中提取MgO ，
首先应将Mg 2＋转化为Mg(OH)2沉淀，a 项大理石不起作用，c 项溶液会将Ca 2＋转化为 CaCO 3沉淀，故b 、d 两项合适。 (7)ZnCO 3 ～ ZnO 125 g 81 g x m 2 x ＝125 m 281
kg
则菱镁矿粉中ZnCO 3的质量分数为：125m 2
81m 1
。
答案 (1)增大反应物接触面积或增大反应速度或使反应更充分
(2)2Fe(OH)22Fe(OH)3＋1Cl －
(3)FeO(OH)(或其他合理答案) (4)8.0≤pH<10.4(或其他合理答案) (5)b 、d
(6)蒸发浓缩 冷却结晶(或其他合理答案) (7)125m 2/(81m 1)(或其他合理答案)
11．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)因为氧化性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Fe 3O 4＋4CO=====高温
3Fe ＋4CO 2，若有1.5 mol Fe 3O 4参加反应，转移电子的物质的量是______________。
(5)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的准确性及其有无因果关系的判断都准确的是_____(填字母)。选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断
A 铁是地壳中含量最高的金属元素铁是人类最早使用的金属材料
Ⅰ对；Ⅱ对；有
B 常温下铁与稀硫酸反应生成氢气高温下氢气能还原氧化铁得到铁
Ⅰ对；Ⅱ对；无
C 铁属于过渡元素铁和铁的某些化合物可用作催化剂
Ⅰ错；Ⅱ对；无
D 在空气中铁的表面能形成致密的
氧化膜
铁不能与氧气反应
Ⅰ对；
Ⅱ对；有
解析(1)钢铁在空气中发生吸氧腐蚀时，正极发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－
==4OH－。
(2)Fe3＋氧化Cu而腐蚀印刷电路铜板：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
(3)Fe3＋水解产生具有吸附作用的Fe(OH)3胶体而净水：Fe3＋＋3H2O Fe(OH)3(胶体)＋
3H＋，在酸性条件下，因为H＋抑制了Fe3＋的水解，无法产生Fe(OH)3胶体，故不能使悬
浮物沉降除去。
(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，因为铁是活泼金属，
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，且两者没有因果关系；选项B，Fe能与稀H2SO4发生置换反应而产生H2，在高温条件下，H2 还原性很强，又能还原Fe2O3而得Fe，所以Ⅰ、Ⅱ均准确，两者无因果关系；选项C，铁是过渡元素的说法准确；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)2Fe 3＋＋Cu===2Fe 2＋＋Cu 2＋
(3)Fe 3＋
＋3H 2O 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)B
12．黄铜矿CuFeS 2可用于冶炼铜，冶炼过程中需要空气和硅石，硅石主要用于形成炉渣，其反应的总方程式为2CuFeS 2＋2SiO 2＋5O 2===2Cu ＋2FeSiO 3＋4SO 2。请回答下列问题： (1)若CuFeS 2中Cu 的化合价为＋2，则反应中被还原的元素是________________(填元素 符号)。
(2)黄铜矿冶炼铜产生的炉渣中主要含Fe 2O 3、FeSiO 3、SiO 2、Al 2O 3等，请完成以下验证 炉渣中含有＋2价铁的探究过程中的相关问题：
仅限选择的试剂有稀盐酸、稀硫酸、KSCN 溶液、KMnO 4溶液、NaOH 溶液、碘水。 ①应选用的试剂为__________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 ②相关的实验现象为__________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 (3)据报道，有一种叫Thibacillus Ferroxidans 的细菌在氧气存有下，酸性溶液中，可将黄 铜矿CuFeS 2氧化成硫酸盐：4CuFeS 2＋2H 2SO 4＋17O 2===4CuSO 4＋2Fe 2(SO 4)3＋2H 2O 。 利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(CuSO 4·5H 2O)：
①操作a 的名称是________________，操作b 的操作方法是________________________。 ②检验溶液B 中Fe 3＋
是否被除尽的试剂是________________，证明Fe 3＋
已被除尽的现象 是______________________________________________________________。
③在实验室中，设计两个原理不同的方案，从溶液B 中提炼金属铜(要求：一种方案只用 一个反应来完成)。写出两种方案的化学方程式：
方案一：__________________________________________________________________； 方案二：___________________________________________________________________。 答案 (1)Cu 、O
(2)①稀硫酸、KMnO 4溶液 ②稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO 4溶液褪色
(3)①过滤 蒸发浓缩，冷却结晶 ②KSCN 溶液 取少量溶液B 于试管中，加KSCN 溶 液后不变红 ③CuSO 4＋Fe===FeSO 4＋Cu 2CuSO 4＋2H 2O=====通电
2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4