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其次单元 铁、铜的猎取及应用
(计时：45分钟 满分：100分)
一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分)
1．(2022·东北师范高校附属中学月考)若用铁制取较纯洁的氧化铁，且要求符合“绿色化学”思想，下列试验方案最好的是( )
A．使铁在潮湿的空气中缓慢氧化
B．铁在氯气中燃烧，加水溶解，加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解
C．使铁溶解于稀硫酸中，然后加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解
D．使铁与足量稀硝酸反应，然后加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解
解析 铁在潮湿的空气中缓慢氧化，反应时间长，而且制得的氧化铁含有结晶水，A项错误；B、D项中都涉及有毒物质的使用或生成，不符合绿色化学的要求。
答案 C
2．下列有关铁及其化合物的说法正确的是( )
A. 铁与卤素(X2)反应的生成物均为FeX3
B. 除去FeCl2溶液中混有的FeCl3：加入过量铁粉，过滤
C. 赤铁矿的主要成分为Fe3O4
D. Fe(OH)3不能通过化合反应制得
解析 本题考查铁及其化合物的性质，意在考查考生对铁及其化合物性质的理解力量。铁与I2反应生成FeI2，A错；向混有FeCl3的FeCl2溶液中加入过量铁粉，发生反应：Fe＋2FeCl3===3FeCl2，过滤即可得到FeCl2溶液，B对；赤铁矿的主要成分为Fe2O3，C错；Fe(OH)3可以通过化合反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3制得，D错。
答案 B
3．(2022·银川一中月考)已知2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－，向10 mL 0.1 mol·L－1的FeBr2溶液中通入0.001 mol Cl2，反应后的溶液中，除含有Cl－外还肯定( )
A．含Fe2＋，不含Fe3＋ B．含Fe3＋，不含Br－
C．含Fe3＋，含Br－ D．含Fe2＋，含Fe3＋
解析 由已知反应可知，还原性：Fe2＋>Br－，Cl2既能氧化Fe2＋又能氧化Br－，其先与还原性强的Fe2＋发生反应，由反应物的物质的量可知发生的反应为2Fe2＋＋2Br－＋2Cl2===2Fe3＋＋Br2＋4Cl－，一半的Br－被氧化。
答案 C
4．(2022·湖北八校联考)下列叙述不正确的是( )
①Fe与S混合加热生成FeS2 ②Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应 ③过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成 ④FeCl3溶液能与Cu反应，可用于蚀刻印刷电路
A．①③ B．①②
C．②④ D．②③
解析 Fe是变价金属单质，遇强氧化剂(如HNO3、Cl2等)生成＋3价铁，遇弱氧化剂(如S或I2等)生成＋2价铁，故Fe与S混合加热生成FeS，①错误；Fe与稀硝酸反应生成的气体为NO，该反应不是置换反应，②错。
答案 B
5．(2022·延边一中测试)下列反应的离子方程式正确的是( )
A．硫酸铁溶液与氢氧化钡溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
B．硫化钠溶液与氯化铁溶液反应：2Fe3＋＋3S2－===Fe2S3↓
C．过量的铁与很稀的硝酸溶液反应无气体放出：4Fe＋10H＋＋NO===4Fe2＋＋3H2O＋NH
D．硫化氢气体通入氯化亚铁溶液：H2S＋Fe2＋===FeS↓＋2H＋
解析 A项中漏写SO与Ba2＋的离子反应。B项中Fe3＋与S2－发生氧化还原反应，离子方程式为2Fe3＋＋S2－===2Fe2＋＋S↓。C项中无气体放出，说明NO被还原为NH，离子方程式符合书写要求。D项中由于盐酸的酸性比H2S的酸性强，且HCl能溶解FeS，故反应不能发生。
答案 C
6．(2022·江西其次次联考)某争辩小组鉴定甲盐溶液的过程与现象如图所示：下列结论正确的是( )
A．假如甲盐含有S2－，则乙就是硫磺沉淀
B．假如乙是AgCl沉淀，那么甲就是FeCl3
C．丙确定含有Fe3＋，所以甲盐是FeBr2
D．甲含有的铁元素，可能显＋2价、＋3价
解析 据转化关系：丁为红色溶液，则丙中含Fe3＋，乙为AgBr，因甲中加适量AgNO3酸性溶液，则甲中可能含Fe2＋或Fe3＋，为FeBr3或FeBr2。
答案 D
7．下列说法正确的是( )
A．Fe在肯定条件下与水反应生成H2和Fe(OH)3
B．Fe3O4溶于盐酸后加入几滴KSCN溶液，溶液显红色
C. FeCl2溶液蒸干灼烧后得到FeCl2固体
D．将FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液中可制备Fe(OH)3胶体
解析 高温下铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，故A项错误。Fe3O4溶于盐酸生成Fe3＋和Fe2＋，Fe3＋与KSCN反应得到红色溶液，故B项正确。蒸干FeCl2溶液时发生水解，生成Fe(OH)2和易挥发的HCl，由于Fe(OH)2易被空气中的氧气氧化成Fe(OH)3，所以灼烧后会得到Fe2O3，故C项错误。将FeCl3饱和溶液滴入NaOH溶液中，得到Fe(OH)3沉淀而不是胶体，故D项错误。
答案 B
8．某CuSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4的混合溶液100 mL，已知溶液中阳离子的浓度相同(不考虑水解)，且SO的物质的量浓度为6 mol/L，则此溶液最多溶解铁粉的质量为( )
A．11.2 g B．16.8 g
C．19.6 g D．22.4 g
解析 n(SO)＝0.6 mol，由题意，溶液中阳离子的物质的量都相同，设都为x mol，由电荷守恒知：2x＋3x＋x＝2×0.6，解得x＝0.2 mol，其可消耗n(Fe)＝0.2 mol＋＋＝0.4 mol，对应Fe的质量为22.4 g。
答案 D
9．在(NH4)2Fe(SO4)2溶液中逐滴加入100 mL 1 mol·L－1的Ba(OH)2溶液，把所得沉淀过滤、洗涤、干燥，得到的固体质量不行能是( )
A．35.3 g B．33.5 g
C．32.3 g D．11.3 g
解析 当滴入的100 mL 1 mol·L－1的Ba(OH)2溶液完全反应时，得到的沉淀为BaSO4和Fe(OH)2，此时的固体质量为0.1 mol×233 g·mol－1＋0.1 mol×90 g·mol－1＝32.3 g，C项正确；在滴加溶液、过滤、洗涤和干燥的过程中，部分Fe(OH)2会被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3，假设Fe(OH)2完全被氧化为Fe(OH)3，则固体质量为0.1 mol×233 g·mol－1＋0.1 mol×107 g·mol－1＝34 g，故部分Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3时固体的质量少于34 g，因此B项正确；若(NH4)2Fe(SO4)2不足量，则可能得到小于32.3 g的沉淀，D项可能；而选项A 的数值是不行能消灭的。
答案 A
10．向肯定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中，加入150 mL 4 mol/L的稀硝酸，恰好使混合物完全溶解，并放出标准状况下NO气体2.24 L，往所得溶液中加KSCN溶液，无血红色消灭。若用足量的氢气在加热条件下还原相同质量的该混合物，所得铁的物质的量可能为( )
A．无法计算 B．0.6 mol
C．0.5 mol D．0.25 mol
解析 由于往所得溶液中加KSCN溶液，无血红色消灭，所以生成的全部是Fe(NO3)2,150 mL 4 mol/L的稀硝酸中n(HNO3)为0.6 mol，生成标况下NO为2.24 L即0.1 mol，故起酸作用用于生成Fe(NO3)2的硝酸为0.50 mol，生成Fe(NO3)2 0.25 mol，依据铁元素守恒知，用足量的氢气在加热条件下还原相同质量的该混合物，所得铁的物质的量也为0.25 mol，故选D项。
答案 D
二、非选择题(本大题共4小题，共50分)
11．(16分)(2021·天津)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学争辩性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3，再用副产品FeCl3溶液吸取有毒的H2S。
Ⅰ.经查阅资料得知：无水FeCl3在空气中易潮解，加热易升华。他们设计了制备无水FeCl3的试验方案，装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下：
①检验装置的气密性；
②通入干燥的Cl2，赶尽装置中的空气；
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成；
④……
⑤体系冷却后，停止通入Cl2，并用干燥的N2赶尽Cl2，将收集器密封。
请回答下列问题：
(1)装置A中反应的化学方程式为____________________ ____________________________________________________。
(2)第③步加热后，生成的烟状FeCl3大部分进入收集器，少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl3进入收集器，第④步操作是__________________________。
(3)操作步骤中，为防止FeCl3潮解所实行的措施有(填步骤序号)________。
(4)装置B中冷水浴的作用为________________________ ______________________；装置C的名称为________；装置D中FeCl2全部反应后，因失去吸取Cl2的作用而失效，写出检验FeCl2是否失效的试剂：________________________________________________ ________________________。
(5)在虚线框中画出尾气吸取装置E并注明试剂。
Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸取H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在肯定条件下电解滤液。
(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为_________________ _______________________________________________________。
(7)电解池中H＋在阴极放电产生H2，阳极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(8)综合分析试验Ⅱ的两个反应，可知该试验有两个显著优点：
①H2S的原子利用率为100%；
②________________________________________________________________________。
解析 (2)FeCl3受热易升华，因此在沉积的FeCl3固体下方加热即可。(3)防止FeCl3潮解主要是防止其与水接触，步骤②中通入的是干燥的Cl2，
并把空气赶出装置；步骤⑤中用的是干燥的N2，并把收集器密封。(4)装置B中的冷水浴明显是为了使升华的氯化铁冷却为固体，便于收集；检验FeCl2是否失效，就是检验溶液中是否含有Fe2＋，可使用K3[Fe(CN)6]溶液，若生成蓝色沉淀则说明含有Fe2＋，即未失效。(5)一般用氢氧化钠溶液吸取多余的氯气，并将导管插入液面下。(6)FeCl3具有氧化性，H2S具有还原性，二者发生氧化还原反应。(7)电解池中含有HCl和FeCl2。由于阳极发生氧化反应且还原性：Fe2＋>Cl－，所以是Fe2＋在阳极放电，生成Fe3＋。(8)试验Ⅱ中，FeCl3吸取H2S变为FeCl2，再经过电解重新得到FeCl3，FeCl3可以循环使用。
答案 (1)2Fe＋3Cl22FeCl3
(2)在沉积的FeCl3固体下方加热
(3)②⑤
(4)冷却，使FeCl3沉积，便于收集产品 干燥管 K3[Fe(CN)6]溶液
(5)
(6)2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋
(7)Fe2＋－e－===Fe3＋
(8)FeCl3得到循环利用
12．(12分)铁、铝、铜等金属及其化合物在日常生活中应用广泛，请依据下列试验回答问题。
(1)生铁中含有一种铁碳化合物X。X在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y，将Y溶于过量盐酸后溶液中大量存在的阳离子是________；所得溶液再与过量浓硝酸反应后溶液中含有的盐的化学式为________。
(2)某溶液中有Mg2＋、Fe2＋、Al3＋、Cu2＋等离子，向其中加入过量的NaOH溶液后，过滤，将滤渣高温灼烧并将灼烧后的固体投入到过量的稀盐酸中，所得溶液与原溶液相比，溶液中大量削减的阳离子是________。
A．Mg2＋ B．Fe2＋
C．Al3＋ D．Cu2＋
(3)氧化铁是重要的工业颜料，用废铁屑制备它的流程如下：
回答下列问题：
①操作Ⅰ的名称是________；操作Ⅱ的名称是________；操作Ⅱ的方法为________。
②请完成生成FeCO3沉淀的离子方程式：______________________________________。
解析 (1)铁的氧化物中具有磁性的是Fe3O4，Fe3O4溶于过量的盐酸后溶液中存在的阳离子是Fe2＋、Fe3＋、H＋；所得溶液再与过量的浓硝酸反应时其中的Fe2＋会被氧化为Fe3＋，所以反应后的溶液中含有的盐是Fe(NO3)3和FeCl3。(2)该溶液中加入过量的NaOH溶液后：Mg2＋―→Mg(OH)2、Fe2＋―→Fe(OH)2、Al3＋―→AlO、Cu2＋―→Cu(OH)2；过滤后滤渣中含有Mg(OH)2、Fe(OH)2、Cu(OH)2；高温灼烧后Mg(OH)2→MgO、Fe(OH)2→Fe2O3、Cu(OH)2→CuO；将MgO、Fe2O3、CuO投入过量盐酸后生成Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋，故应选择B、C。(3)①从流程图中可知经操作Ⅰ后得到滤渣，故该操作是过滤；操作Ⅱ是在得到FeCO3沉淀后进行的，故该操作是洗涤；洗涤的具体操作为在漏斗中加入适量蒸馏水浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，重复数次。②从流程图中分析，生成FeCO3沉淀的离子反应为Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。
答案 (1)Fe2＋、Fe3＋、H＋ Fe(NO3)3、FeCl3
(2)BC
(3)①过滤 洗涤 在漏斗中加入适量蒸馏水浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，重复数次
②Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O
13．(14分)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Fe3＋>Cu2＋，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)。在使用时发觉硫酸铁不能使酸性废水中的悬浮物沉降而除去，其缘由是___________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________。
(4)磁铁矿是工业上冶炼铁的原料之一，其原理是Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2，若有1.5 mol Fe3O4参与反应，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推断都正确的是________(填选项字母)。
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
推断
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，由于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，依据4 mol CO可得转移8 mol电子，所以1.5 mol Fe3O4参与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，而不是Fe，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可与纯洁的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)B
14．(8分)(2022·江西其次次联考)将氧化铁和氧化铜混合物粉末，完全溶解于200 mL 2.4 mol/L 盐酸中。然后加入铁粉，溶液中有2.56 g铜析出，铁粉完全反应后还得到氢气896 mL(标准状况)，此时溶液中H＋物质的量浓度为0.4 mol/L。则参与反应的铁、氧化铁和氧化铜质量分别为__________g、__________g、________g。
解析 溶液中析出Cu的物质的量为＝0.04 mol，据元素守恒m(CuO)＝0.04 mol×80 g/mol＝3.2 g。依据CuO～Cu2＋～Fe，此反应中消耗Fe 0.04 mol，Fe粉反应后生成H2 896 mL，物质的量为0.04 mol，则生成H2的Fe为0.04 mol，设Fe2O3的物质的量为x mol，与HCl反应后生成2x mol Fe3＋，反应掉x mol Fe，故最终溶液中n(Fe2＋)＝(2x ＋x ＋0.04 ＋0.04)mol＝(3x ＋0.08)mol，依据溶液中的溶质为FeCl2、CuCl2 ；则有 2×(3x ＋0.08)＋0.08＝0.2×2.4，x ＝0.04 mol。故m(Fe2O3)＝0.04 mol×160 g/mol＝6.4 g，m(Fe)＝0.12 mol×56 g/mol＝6.72 g
答案 6.72 6.4 3.2
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