高中化学铁及其化合物专题练习

高中化学铁及其化合物专题练习铁，作为我们日常生活中最常见的金属之一，在高中化学的学习中也占据着举足轻重的地位。其化合物种类繁多，性质各异，特别是铁元素具有可变化合价这一特点，使得铁及其化合物的转化关系成为了化学学科考察的重点与难点。掌握铁及其化合物的性质，关键在于抓住“变价”这一核心，理解不同价态铁元素之间的转化条件与规律，并能运用这些知识解决实际问题。本专题练习旨在帮助同学们梳理相关知识脉络，巩固基础，提升解题能力。一、核心知识梳理与回顾在进入练习之前，我们先来简要回顾一下铁及其化合物的核心知识点，这将有助于我们更高效地完成后续练习。1.铁的原子结构与位置：铁位于元素周期表第四周期第Ⅷ族，原子序数为26，其基态原子的价电子排布式为……（此处省略具体排布式，同学们可自行回忆）。这决定了铁在化学反应中易失去最外层电子，形成+2价或+3价的阳离子。2.铁的物理性质：纯铁具有银白色金属光泽，质地较软，有良好的导电、导热性和延展性，密度较大，熔点较高。3.铁的化学性质：*与非金属单质反应：如与O₂、Cl₂、S等反应，注意产物中铁元素的价态。*与水反应：常温下不反应，高温下与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气。*与酸反应：与非氧化性酸反应生成Fe²⁺和氢气；与强氧化性酸（如浓硫酸、浓硝酸）在常温下发生钝化，加热时则发生氧化还原反应，产物与酸的浓度、温度有关。*与某些盐溶液反应：遵循金属活动性顺序表，如与硫酸铜溶液反应（湿法炼铜的原理）。4.铁的氧化物：氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe₂O₃，俗称铁红）、四氧化三铁（Fe₃O₄，俗称磁性氧化铁）。注意它们的颜色、溶解性、与酸反应的产物等。5.铁的氢氧化物：氢氧化亚铁（Fe(OH)₂）和氢氧化铁（Fe(OH)₃）。前者为白色絮状沉淀，极易被氧化；后者为红褐色沉淀。它们与酸的反应以及氢氧化亚铁的氧化过程是重点。6.铁盐与亚铁盐：*Fe²⁺的还原性：易被氧化为Fe³⁺。*Fe³⁺的氧化性：可被还原为Fe²⁺，甚至Fe。*Fe³⁺的水解性：其盐溶液显酸性。*鉴别：常用KSCN溶液（Fe³⁺遇SCN⁻显血红色）、苯酚溶液、酸性KMnO₄溶液等。7.“铁三角”转化关系：这是本部分内容的灵魂，务必熟练掌握Fe、Fe²⁺、Fe³⁺之间相互转化的条件和反应方程式。二、专题练习（一）基础巩固1.选择题（单选或多选）(1)下列关于铁的说法中，正确的是（）A.铁在常温下与浓硝酸反应比与稀硝酸反应剧烈B.铁能在氧气中剧烈燃烧，生成Fe₂O₃C.铁与水蒸气在高温下反应生成Fe(OH)₃和H₂D.铁是地壳中含量最多的金属元素(2)下列物质中，不能由单质直接化合生成的是（）A.FeCl₃B.FeCl₂C.Fe₃O₄D.FeS(3)为了检验某FeCl₂溶液是否变质，可向溶液中加入（）A.NaOH溶液B.铁片C.KSCN溶液D.石蕊试液(4)在含有Fe³⁺、Cu²⁺、H⁺的溶液中加入铁粉，充分反应后，固体残渣用盐酸处理有气体放出，则与铁粉反应后的溶液中离子最多的是（）A.Fe³⁺B.Fe²⁺C.Cu²⁺D.H⁺2.填空题(1)除去FeCl₃溶液中混有的少量FeCl₂，可选用的试剂是_________（填名称），反应的离子方程式为_________________________________。(2)除去FeCl₂溶液中混有的少量FeCl₃，可选用的试剂是_________（填名称），反应的离子方程式为_________________________________。(3)向FeSO₄溶液中滴加NaOH溶液，现象是_________________________________，有关反应的化学方程式为_________________________________、_________________________________。（二）能力提升1.推断题有一黑色粉末A，在空气中充分燃烧后生成红色固体B，同时生成能使澄清石灰水变浑浊的气体C。将A加入到足量的稀硫酸中，生成浅绿色溶液D并放出气体E，E在空气中燃烧也能生成C。试推断A、B、C、D、E的化学式：A:_______B:_______C:_______D:_______E:_______2.实验题某同学欲用如图所示装置（夹持装置已略去）制备Fe(OH)₂并观察其颜色。（示意图说明：一般为一个盛有液体的试管，胶头滴管伸入液面以下滴加液体）请回答下列问题：(1)试管中反应的化学方程式为_________________________________。(2)胶头滴管中应盛装的试剂是_________溶液，滴加该试剂时要将胶头滴管的尖嘴伸入到液面以下，其目的是_________________________________。(3)实验中观察到的现象是_________________________________。若实验过程中，发现白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，其原因可能是_________________________________。3.计算题将一定量的铁粉加入到200mL某浓度的稀硝酸中，充分反应后，铁粉完全溶解，生成NO气体，溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量浓度恰好相等。求原稀硝酸的物质的量浓度（假设反应前后溶液体积变化忽略不计）。三、参考答案与解题思路点拨（一）基础巩固1.选择题(1)答案：无正确选项*思路点拨：A项，常温下铁遇浓硝酸钝化，反应不剧烈甚至停止；B项，铁在氧气中燃烧生成Fe₃O₄；C项，铁与水蒸气高温反应生成Fe₃O₄和H₂；D项，地壳中含量最多的金属元素是铝。*(2)答案：B*思路点拨：氯气具有强氧化性，与铁单质直接化合生成FeCl₃，无法直接生成FeCl₂。硫的氧化性较弱，与铁化合生成FeS。*(3)答案：C*思路点拨：FeCl₂溶液变质会生成Fe³⁺，Fe³⁺遇SCN⁻显血红色，这是检验Fe³⁺的特征反应，灵敏度高。*(4)答案：B*思路点拨：固体残渣用盐酸处理有气体放出，说明残渣中含有过量的铁。这意味着溶液中的Fe³⁺、Cu²⁺、H⁺均已被铁粉还原，因此溶液中大量存在的是Fe²⁺。*2.填空题(1)答案：氯气（或氯水）；2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl⁻*思路点拨：利用Cl₂的强氧化性将Fe²⁺氧化为Fe³⁺。*(2)答案：铁粉；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺*思路点拨：利用Fe的还原性将Fe³⁺还原为Fe²⁺，且不引入新杂质。*(3)答案：先产生白色絮状沉淀，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色；FeSO₄+2NaOH=Fe(OH)₂↓+Na₂SO₄；4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃*思路点拨：Fe(OH)₂不稳定，易被空气中的氧气氧化。*（二）能力提升1.推断题答案：A:FeB:Fe₂O₃C:CO₂D:FeSO₄E:H₂*思路点拨：突破口在于“黑色粉末A燃烧生成红色固体B和能使石灰水变浑浊的气体C”，红色固体B很可能是Fe₂O₃，C是CO₂，则A可能是Fe或FeO。结合A与稀硫酸反应生成浅绿色溶液D（含Fe²⁺）和气体E，E燃烧生成CO₂，故E应为H₂，A为Fe，D为FeSO₄。*2.实验题(1)答案：（根据图示，若试管中是铁与稀硫酸反应制备FeSO₄，则为）Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑*思路点拨：制备Fe(OH)₂需要Fe²⁺和OH⁻，通常用活泼金属与酸反应生成的Fe²⁺溶液，再与碱反应。*(2)答案：NaOH；防止生成的Fe(OH)₂被空气中的氧气氧化*思路点拨：胶头滴管伸入液面以下，可以隔绝空气。*(3)答案：产生白色絮状沉淀；装置气密性不好，或滴加液体时带入了空气，导致Fe(OH)₂被氧化。*思路点拨：Fe(OH)₂被氧化的典型现象就是颜色的变化。*3.计算题答案：设原稀硝酸的物质的量浓度为cmol/L。*思路点拨：设反应后溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量均为xmol。根据铁元素守恒，参加反应的铁的物质的量为2xmol。**硝酸与铁反应，硝酸既作氧化剂又作酸。作氧化剂的硝酸生成NO，其物质的量根据电子守恒计算：Fe→Fe³⁺失去3xmol电子，Fe→Fe²⁺失去2xmol电子，共失去5xmol电子。N元素从+5价→+2价，得到3个电子，因此生成NO的物质的量为5x/3mol。**作酸的硝酸以NO₃⁻形式存在于Fe(NO₃)₃和Fe(NO₃)₂中，其物质的量为3x+2x=5xmol。**因此，硝酸的总物质的量为5x/3+5x=20x/3mol。**溶液体积为0.2L，所以c=(20x/3)/0.2=100x/3mol/L。**但题目中缺少铁粉的量或其他数据，无法得出具体数值。此处题目条件可能需要补充，例如“加入铁粉的质量为y克”。若假设铁粉的物质的量为2xmol（即上述设定），则需要更多已知条件才能求解具体浓度数值。原题目可能隐含了铁粉的量，或需用字母表示。此处按照常规思路给出分析过程，具体数值需根据完整题目条件计算。**（注：由于题目中未给出具体铁粉质量或生成气体体积等数据，严格来说无法计算出具体数值。此题为引导学生掌握硝酸与变价金属反应的计算思路，即电子守恒与物料守恒的应用。在实际题目中，通常会给出足够数据。）*四、总结与反思铁及其化合物的学习，核心在于抓住“变价”这一主线，深刻理解不同价态铁元素的性质差异以及它们之间相互转化的条件。无论是Fe²⁺的还原性还是Fe³⁺的氧化性，都是考试的热点