实验活动2 铁及其化合物的性质(解析版)

知识梳理

【实验目的】

1．认识铁及其化合物的重要化学性质。 2．学会铁离子的检验方法。

3．认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。 【实验仪器】 试管、胶头滴管。 【实验药品】

CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、KMnO4酸性溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。 【实验步骤】 1．铁单质的还原性

在一支试管中加入2 mL CuSO4溶液，再将一段铁丝放入CuSO4溶液中。过一会儿，取出铁丝，观察到的现象是铁丝表面有红色固体析出。化学方程式：CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu。 2．铁盐的氧化性

(1)取3 mL FeCl3稀溶液加入试管中，加入几小块铜片，振荡，过一会儿，观察到的现象是铜片被腐蚀，溶液由淡黄色变为浅绿色，化学方程式：Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2。

(2)在一支盛有3 mL水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液，再滴加3滴KI溶液，观察到的现象是溶液由淡黄色变成棕色，然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液，溶液变蓝，离子方程式：2Fe3＋2I===2Fe2＋I2。 3．亚铁盐的氧化性和还原性

(1)取3 mL FeCl2溶液加入试管中，加入几小块锌片，振荡，过一会儿，观察到的现象是溶液变为无色，化学方程式：FeCl2＋Zn===ZnCl2＋Fe。

(2)在一支试管中加入少量KMnO4酸性溶液，然后向试管中加入少量FeSO4溶液，观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时，再滴加2滴KSCN溶液，观察到的现象是溶液变红色，化学方程式：10FeSO4＋2KMnO4＋8H2SO4===5Fe2(SO4)3＋2MnSO4＋8H2O＋K2SO4。 4．铁离子的检验

(1)在一支试管中加入2 mL蒸馏水，再滴加几滴FeCl3稀溶液，然后滴加几滴KSCN溶液，观察到的现象是溶液变红色。

(2)在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液，然后加入适量铁粉，轻轻振荡片刻，溶液变绿色，再滴加几滴KSCN溶液，溶液无明显变化。化学方程式：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。

＋

－

＋

典例分析 【典例】高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、无毒的多功能水处理剂。资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液，具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。 (1)制备K2FeO4

①除杂装B中的试剂为______。

②C为制备K2FeO4装置，KOH溶液过量的原因是_________。 ③D为尾气处理装置，发生反应的离子方程式为_______。 (2)探究K2FeO4的性质

取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明K2FeO4能否氧化Cl而产生Cl2，设计以下方案：

方案Ⅰ 取少量溶液a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将方案Ⅰ b。取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生 K2FeO4溶出，得到紫色溶液①由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有______。该离子的产生______(填“能”或“不能”)判断一定是由K2FeO4被Cl还原而形成的。

②方案Ⅰ用KOH溶液洗涤的目的是________。方案Ⅰ得出氧化性：Cl2______FeO4(填“>”或“<”)。

(3)使用时经常通过测定高铁酸钾的纯度来判断其是否变质。K2FeO4在硫酸溶液中反应如下：FeO24+H═2O2Fe3 。

①完成上述离子方程式_____。

②现取C中洗涤并干燥后样品的质量10g，加入稀硫酸，收集到0.672L气体(标准状况)。则样品中高铁酸钾的质量分数约为______。(计算结果保留到0.1%)

【答案】(1) 饱和氯化钠溶液 K2FeO4微溶于KOH溶液，在碱性溶液中较稳定(或有利于生成K2FeO4) Cl22OH═ClClOH2O

(2) Fe3 不能 排除ClO的干扰，防止干扰后续实验，同时减少K2FeO4晶体损失 <

310H2O 79.2% (3) 4FeO2420H═3O24Fe【解析】(1)①装置B为除杂装置，反应物有浓盐酸，浓盐酸会挥发产生HCl，使得产生的Cl2中混有HCl，需要除去HCl，可将混合气体通过饱和食盐水达到除杂的目的；②根据题目信息可知，K2FeO4微溶于KOH 溶液，在碱性溶液中较稳定；③通过碱液吸收尾气，发生反应的离子方程式为Cl22OHClClOH2O；

(2)①方案I中加入KSCN溶液至过量，溶液呈红色，说明反应产生Fe3，但该离子的产生不能判断一定是

K2FeO4将Cl氧化，因为K2FeO4在碱性溶液中稳定，在酸性溶液中铁速产生O2，自身转化为Fe3；②K2FeO4表面可能吸附ClO，ClO在酸性条件下可与Cl反应生成Cl2，从而干扰实验，所以用KOH液洗涤的目的是把K2FeO4表面吸附的ClO除尽，防止ClO与Cl在酸性条件下反应产生Cl2，避免ClO干扰实验，同时减少K2FeO4的损失；FeOH3在碱性条件下被Cl2氧化为FeO4，可以说明Cl2的氧化性强于FeO4，

2222而方案Ⅰ实验表明，Cl2和FeO4的氧化性强弱关系相反，方案Ⅰ是FeO4在酸性条件下氧化Cl生成Cl2，两

种反应体系所处环境酸碱性不一样，所以可以说明溶液酸碱性会影响粒子氧化性的强弱，方案Ⅰ得出氧化性：

2Cl2FeO4；

3FeO2Fe元素从6价降到3价，(3)①反应中FeO2O元素从2价升高到O价，根据得失电子守恒，44Fe，

的化学计量数为4，O2的化学计量数为3，再根据原子守恒配平离子方程式为

334FeO210H2O；②由4FeO210H2O得：42OH═3O24Fe42OH═3O24Fe4K2FeO4792g~x g7.92 g100%79.2%。 10 g3O2792g67.2L67.2L，则有，解得x7.92，则样品中高铁酸钾的质量分数为xg0.672L0.672L同步训练 一、单选题

1．下列实验基本操作或实验应该注意的事项中，主要是从实验安全角度考虑的是（ ） A．实验剩余的药品不能放回原瓶 C．可燃性气体的验纯 【答案】C

【解析】A．因药品变质会污染试剂瓶中的药品，实验剩余的药品一般不能放回原试剂瓶，不是出于实验安全考虑，A错误；B．气体实验装置在实验前进行气密性检查是防止仪器漏气，不是出于实验安全考虑，B错误；C．因可燃性气体不纯时，点燃易爆炸，是出于实验安全考虑，C正确；D．因滴管交叉使用容易污染药品，不是出于实验安全考虑，D错误。故答案为：C。 2．下列物质的检验，其结论正确的是（ ）

A．用铁丝蘸取待测液在酒精灯火焰上灼烧，若火焰呈黄色，则表明待测液中含有Na+，不含K+ B．向久置的FeSO4溶液中加入酸性高锰酸钾溶液，若紫红色褪去，表明FeSO4溶液未被完全氧化

2C．向待测液里加入过量的盐酸，若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，表明待测液中含有CO3

B．在实验前进行实验装置气密性检查 D．胶头滴管不能交叉使用

D．向待测液里加入过量的盐酸无现象，再加入硝酸银溶液，产生白色沉淀，则待测液中肯定含有Cl- 【答案】B

【解析】A．火焰呈黄色只能说明含有Na+，不能确定是否含有K+，A错误；B．加入酸性高锰酸钾溶液，若紫红色褪去，说明溶液中含有Fe2+，未被完全氧化，B正确；C．加入盐酸产生能使澄清石灰水变浑浊的

22气体，该气体可能为CO2或SO2，待测溶液中可能含有CO3、SO3、HCO3、HSO3，C错误；D．检验

Cl-不能用盐酸酸化，因为盐酸溶液本身含有氯离子，无法确定待测液中是否含有氯离子，D错误；故选B。 3．下列对某溶液所含离子的检验，叙述正确的是（ ）

A．滴入BaCl2溶液和稀硝酸，产生白色沉淀，则原溶液中一定含有SO4 B．滴入盐酸酸化，再滴入硝酸银溶液，产生白色沉淀，则原溶液中一定含有Cl

C．滴入NaOH溶液并加热，产生能使湿润的蓝色石蕊试纸变红的气体，则原溶液中一定含有NH4 D．滴入KSCN溶液无明显现象，再通入少量Cl2后呈红色，则原溶液中一定含有Fe2 【答案】D

2222【解析】A．若原溶液中含有SO3，加入硝酸，SO3会被氧化为SO4，也能产生白色沉淀，因此不能判断

2A项错误；B．原溶液中是否含有SO4，加入盐酸酸化，溶液中引入了Cl，无法证明原溶液中是否含有Cl，

B项错误；C．能使湿润的蓝色石蕊试纸变红的为酸性气体，而氨气为碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，C项错误；D．开始滴入KSCN溶液无明显现象，说明溶液中不含Fe3，通入少量Cl2后呈红色，说明发生反应2Fe2Cl2═2Fe32Cl，生成Fe3证明原溶液中含有Fe2，D项正确；答案选D。 4．有关物质或离子的检验和鉴别，下列判断正确的是（ ）

A．加入硝酸酸化，再滴加KSCN溶液后有红色物质生成，中则原溶液中一定有Fe2+存在 B．分别含有Mg2+、Al3+、Fe2+和K+的四种盐酸盐溶液，只用NaOH溶液就可以鉴别 C．加入氯化钡溶液有白色沉淀产生，再加盐酸，沉淀不消失，一定有SO4

2-D．加入稀盐酸产生气体，将气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，一定有CO3

2-【答案】B

【解析】A．加入硝酸酸化，若溶液中有亚铁离子，能够被硝酸氧化成铁离子，所以滴加KSCN溶液后有血红色物质生成，原溶液中可能存在亚铁离子，也可能含有铁离子，故A错误；B．含有Mg2＋、Al3+、Fe2＋和K+的四种盐溶液中分别加入氢氧化钠，镁离子与氢氧化钠生成白色沉淀、Al3+与氢氧化钠先产生白色沉淀继续加氢氧化钠白色沉淀溶解、亚铁离子能够与氢氧化钠生成白色絮状沉淀且迅速变成灰绿色、没有明C．显现象的为钾离子，所以可以使用氢氧化钠检验四种离子，故B正确；加入氯化钡溶液有白色沉淀产生，可能是硫酸钡也可能是氯化银，两者加盐酸均不溶解，因此依据白色沉淀不溶于盐酸不能确定硫酸根的存在，故C错误；D．能够使澄清石灰水变浑浊的气体有二氧化碳和二氧化硫，所以原溶液中可能存在碳酸氢根离子、亚硫酸根离子、亚硫酸氢根离子，所以原溶液中不一定存在碳酸根离子，故D错误；故选：B。 5．下列图示实验(部分夹持装置省略)正确的是（ ）

A B C D 制备NaHCO3 【答案】C

除CO2中的HCl 探究钠与Cl2反应 制备氢氧化亚铁 【解析】A．氨气的溶解度比二氧化碳大，氨气易溶于水形成氨水，溶液显碱性，利于二氧化碳气体的完全吸收，所以要先通入氨气，最后才通入二氧化碳；故制备NaHCO3是先将氨气通入饱和食盐水中，形成氨盐水，再向其中通入二氧化碳，故A不符合题意；B．碱石灰中存在氢氧化钠和氧化钙，CO2和HCl都会和碱石灰反应，不符合除杂的原则，除CO2中的HCl应该使用饱和碳酸氢钠溶液和浓硫酸，故B不符合题意；C．加热条件下氯气和钠反应生成氯化钠，尾气为氯气，浸有碱液的棉花球可以起到吸收尾气的作用，避免污染环境，故C符合题意；D．铁和稀硫酸反应生成的硫酸亚铁无法进入有氢氧化钠的试管里，得不到氢氧化亚铁，故D不符合题意；答案选C。 6．下列实验操作、现象和结论均正确的是（ ） 选项 实验操作 待测液中滴加KSCN溶液，变红色，再A 滴加氯水 B C BaCl2现象 结论 红色逐渐加深 待测液中存在Fe、Fe 2+3+向某溶液中加入盐酸酸化的溶液 有白色沉淀产生 焰色为黄色 钠表面变暗，加热时，钠燃烧，发出黄色火焰 该溶液中含有SO24 将某化合物在酒精灯上灼烧 将一小块金属钠放置在空气中，一段时该化合物是钠盐 钠易与氧气反应，加热时生成Na2OD 间后，将其放置在坩埚中加热 【答案】A

的速率加快 【解析】A．加入KSCN溶液变红说明溶液中有Fe3+，再滴加氯水红色加深，证明有Fe3+生成，因此待测液中有Fe2+，A正确；B．SO4检验的方法是：先加入盐酸酸化，无明显现象；再加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，即可证明有SO4。若同时加入盐酸与BaCl2，则无法排除Ag+的干扰，B错误；C．焰色试验的颜色C错误；D．钠与氧气在加热时生成Na2O2，D错误。 为黄色只能证明物质中含有钠元素，不能证明是钠盐，故本题选A。

7．制取Fe(OH)2并使之能久存，可采取的操作有：①加入一些植物油；②溶解FeSO4配成溶液；③把蒸馏水加热煮沸，并密封冷却；④加入少量铁屑；⑤向FeSO4溶液中滴加足量氨水；⑥把盛有氨水的胶头滴管伸入FeSO4溶液中后再挤出氨水。进行操作的正确顺序是 A．③②⑤④ 【答案】B

B．③②④①⑥

C．③②④⑥

D．②④①⑥

22【解析】对于Fe(OH)2的制备，应注意排除装置内的所有空气，同时也应排除溶液中溶有的少量氧气，防止生成的Fe(OH)2被氧化，因此正确的顺序为③②④①⑥，故答案为B。

8．制印刷电路板时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，其反应的化学方程式为Cu＋2FeCl3＝2FeCl2＋CuCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是（ ） A．烧杯中有铜无铁 C．烧杯中铜、铁都有 【答案】D

【解析】A．反应①进行完全，反应②未开始或反应未完全，此时有铜无铁，A可能；B．反应①②都进行完全，此时铁铜全无，B可能；C．反应①反应未完全，反应②未开始，此时铁铜都有，C可能；D．在铁未完全反应前，铜不参与反应，故不可能出现有铁无铜，D错。 二、实验题

9．如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验药品：铁屑、稀H2SO4溶液和NaOH溶液。

B．烧杯中铁、铜都无 D．烧杯中有铁无铜

填写下列空白：

(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是_____。 (2)实验开始时应先将弹簧夹E_____(填“打开”或“关闭”)，其目的是_____。

(3)反应结束后拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：_____。 【答案】(1)铁屑

(2) 打开 让生成的氢气排走装置和溶液中的空气 (3)4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

【分析】(1)利用Fe与稀硫酸反应生成氢气，所以本问应填“铁屑”；

(2)反应开始，需用氢气作为载气将装置内的空气排尽，需要气体通道通畅，所以本问第一空应填“打开”，第二空应填“让生成的氢气排走装置和溶液中的空气”；

(3)Fe(OH)2还原性强，遇空气中的氧气及水，反应生成Fe(OH)3，所以本问应填

“4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3”。

10．化学实验室产生的废液中含有大量会污染环境的物质，为了保护环境，这些废液必须经处理后才能排放。某化学实验室产生的废液中含有两种金属离子：Fe3+、Cu2+，化学小组设计了如图所示的方案对废液进行处理，以回收金属，保护环境。

(1)操作①的名称是___________。加入铁屑先发生的离子反应为：________ (2)沉淀A中含有的金属单质有___________。 (3)操作②中观察到的实验现象是___________。

(4)检验溶液B中含有的金属阳离子常用的试剂是____________。 (5)操作③中发生反应的离子方程式为__________。 【答案】(1) 过滤 Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+ (2) Cu、Fe

(3) 溶液由浅绿色变为黄色 (4) KSCN溶液

(5) Fe3+ + 3NH3·H2O = Fe(OH)3↓ + 3NH+4

【解析】（1）分离溶液和沉淀用过滤，故操作①为过滤；铁先与Fe3+反应，即Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+； （2）沉淀A含有生成的Cu和过量的Fe；

（3）操作②将Fe2+氧化为Fe3+，故现象为溶液由浅绿色变为黄色； （4）B中阳离子为Fe3+，常用KSCN溶液检验；

+（5）操作③为Fe3+与氨水反应，即Fe3+ + 3NH3·H2O = Fe(OH)3↓ + 3NH4。