1、高考化学铁及其化合物推断题综合题附答案解析一、铁及其化合物1 现有金属单质A、 B、 C 和气体甲、乙、丙及物质D、 E、 F、G、 H,它们之间能发生如下反应(图中有些反应的产物和反应的条件没有全部标出)。请根据以上信息回答下列问题:( 1)写出下列物质的化学式: A_、B_、 C_、F_、 H_、乙 _(2)写出下列反应化学方程式:反应 _反应 _反应 _【答案】 Na AlFe FeCl2Na + 2H2O=2NaOH + H2 2FeCl2 + Cl2=2FeCl32 Fe(OH)3 Cl233FeCl + 3NaOH =Fe(OH) + 3NaCl【解析】【分析】【详解】金属单质 A
2、 的焰色为黄色,则 A 为 Na;反应为 Na 与水反应生成NaOH 和 H2,则物质 D为 NaOH,气体为H22,则金属2;金属 B 与 NaOH 反应生成 HB 为 Al;黄绿色气体为 Cl ,反应为 H2 与 Cl2 化合成 HCl,则气体丙为HCl,物质 E 为盐酸;金属C 与盐酸反应生成F, F与 Cl2反应生成物质G, G 与 NaOH 反应得红棕色沉淀,则金属2G 为C 为 Fe, F 为 FeCl ,FeCl ;3(1) A、 B、C、 F、H、乙的化学式依次为Na、Al、 Fe、 FeCl232、Fe(OH) 、 Cl 。( 2)反应的化学方程式为 2Na+2H2O=2Na
3、OH+H2;反应的化学方程式为 Cl2+2FeCl2=2FeCl3;反应的化学方程式为FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3 +3NaCl。2 某淡黄色固体A(仅含三种元素,式量小于160)可用于制药,为探究其组成和性质,设计并完成如下实验:已知:上述流程中所涉及的反应都充分进行。B、 C、 D 均为常见气体。相同情况下气体B 的密度大气体C。黑色固体 E 溶于盐酸后滴加KSCN,无明显现象,加适量氯水后,溶液变红。请问答:( 1)写出气体 B 的电子式 _,固体 A 的化学式是 _。( 2)黑色固体 E 与足量浓硝酸反应的离子反应方程式是_。【答案】FeC2 4+3+23O3FeO + 10
4、H + NO= NO + 3Fe+ 5H O【解析】【分析】m3.2g0.1mol ,相B、 C、 D 均为常见气体说明 D 单质为氧气,物质的量为 n=32g mol 1M同情况下气体 B 的密度大气体C 则说明 B 为二氧化碳, B 与过氧化钠反应,则C 为一氧化碳,气体物质的量为n= V =8.96L10.4mol 由于生成0.1mol 氧气,根据 2CO2 +Vm22.4L mol2Na2 O2 = 2Na2CO3 + O2,因此二氧化碳的物质的量为0.2mol , CO物质的量为0.2mol ,黑色固体 E 溶于盐酸后滴加 KSCN,无明显现象,说明无铁离子,加适量氯水后,溶液变红,
5、说明原物质为 FeO,则 m(FeO) = 28.8g-0.2mol-1-128 g?mol- 0.2mol 44 g?mol= 14.4g,则 FeOm14.4g0.2mol ,因此 n(Fe): n(C): n(O) =物质的量 n=71g mol 1M0.2mol:(0.2mol+0.2mol):(0.2mol+0.2mol+0.2mol,2)则化=1:2:4学式为 FeC O。24【详解】气体 B 为二氧化碳,其电子式,根据上面分析得到固体A 的化学式是 FeC2O4;故答案为:; FeC2O4。黑色固体 E 即 FeO 与足量浓硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,其离子反应方程式是3F
6、eO + 10H+ + NO3= NO + 3Fe3+ + 5H2O;故答案为: 3FeO + 10H+ NO3 = NO + 3Fe3+ +5H2O。3 已知有以下物质相互转化:请回答下列问题:( 1)写出 B 的化学式 _ ,D 的化学式为 _;( 2)写出由 E 转变成 F 的化学方程式 _。( 3)写出 D 转化成 H 的离子方程式 _ 。( 4)除去溶液 B 中混有的少量 G 溶液的最适宜方法是 _。【答案】 FeCl2KCl4Fe( OH) 2+O2+2H2O=4Fe( OH) 3Ag+Cl-=AgCl 向溶液 B 中加入足量铁粉,再经过滤操作【解析】【分析】D 和硝酸银、稀硝酸的
7、混合溶液反应生成沉淀H 和焰色反应呈紫色的溶液可知,H 为AgCl ,D 为 KCl ,白色沉淀 E 在空气中变成红褐色沉淀 F 可知 E 为 Fe(OH) 2, F 为 Fe(OH) 3,所以 G 为 FeCl 3, A 为 Fe, B 为 FeCl 2, C 为 NaOH ,据此解答。【详解】(1)由分析可知, B 为 FeCl 22; KCl;, D 为 KCl ,故答案为:FeCl(2) E 为 Fe(OH) 2, F 为 Fe(OH) 3,反应的方程式为:4Fe( OH) 2+O2+2H2O=4Fe( OH) 3,故答案为:4Fe OH 2+O223( )+2H O=4Fe OH()
8、 ;(3) D 为 KCl , H 为 AgCl ,D 转化为 H 的离子方程式为:Ag+Cl-=AgCl ,故答案为:+-( 4) FeCl2 中混有的少量 FeCl3,可用过量的铁粉将 FeCl 3 转化为 FeCl2,过量的铁粉用过滤除去,故答案为:向溶液 B 中加入足量铁粉,再经过滤操作。【点睛】白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色所涉及的反应正是E 到 F:4Fe(OH) 2 +2H 2O+O 2=4Fe(OH) 3。4NiCl2 是化工合成中最重要的镍源,工业上以金属镍废料(含 Fe、 Ca、 Mg 等杂质 )为原料生产 NiCl2,继而生产Ni2O3 的工艺流程如下:流程中相关
9、金属离子生成氢氧化物沉淀的pH 如下表所示:氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2开始沉淀的 pH1.16.57.1沉淀完全的 pH3.29.79.2(1)为了提高镍元素的浸出率,在“酸浸 ”时可采取的措施有:适当升高温度;搅拌; _ 等。(2)加入 H2 O2 的目的是 _,所发生的离子方程式为_ 。( 3) “除铁 ”时,控制溶液 pH 的范围为 _。( 4)滤渣 B 的主要成分的化学式为 _ ,滤液中的阳离子有( 5) “氧化 ”生成 Ni2O3 的离子方程式为 _ 。【答案】增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末或延长浸泡时间等2转化成) Fe_。Fe32Fe2 H2O2 2H
10、=2Fe3 2H2O3.2 7.1MgF2、 CaF2NH4+、 Na+2Ni2 ClO 4OH=Ni2O3 Cl 2H2O【解析】【分析】根据工艺流程分析可知,向金属镍废料中加入盐酸酸浸,形成Ni2+、 Fe2+、Ca2+和 Mg2+的溶液,再向溶液中加入 H2O2 将 Fe2+氧化成 Fe3+,加入 Na2CO3溶液调节 pH 使得 Fe3+沉淀,得到滤渣 A 为 Fe(OH)Mg2+和 Ca2+沉淀,得到滤渣 B 为 CaF和 MgF2,继3,再加入 NH4F 使得2续向滤液中加入 Na2CO3 沉镍,再加入盐酸溶解,向溶液中加入NaClO 和 NaOH 氧化得到Ni O ,据此分析解答
11、问题。23【详解】(1)为了提高金属镍废料浸出的速率,还可以增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末或延长浸泡时间等 ),故答案为:增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末或延长浸泡时间等);(2)根据上述分析,加入 H2O2 的目的是将Fe2+氧化成 Fe3+,根据氧化还原反应规律得出其离子反应方程式为 2Fe2 H2 232H22+转化成 Fe3+; 2Fe2+O 2H =2FeO,故答案为: FeH2O2 2H+=2Fe3+ 2H2O;(3)沉镍前要将 Fe3+沉淀完全,而镍离子不能产生沉淀,根据表中所给信息可知,Fe3+完全沉淀的 pH 值为 3.2,镍离子开始沉淀的pH 值为 7.1,所以溶液的
12、 pH 值控制在3.2 7.1,故答案为: 3.2 7.1;(4)根据以上分析可知,滤渣 B 的主要成分的化学式为 MgF2、 CaF2,所得的滤液中主要含有NH4+和 Na+,故答案为: MgF2、 CaF2; NH4+、 Na+;(5) 氧“化 ”过程发生的反应中, Cl 元素由 +1 价降低到 -1 价,即反应生成NaCl,而 Ni 由 +2 价升高到 +3 价,生成 Ni2O3 ,反应离子方程式为:2Ni2 ClO 4OH =Ni2O3 Cl22-2 3- ClO 4OH 2H22H O,故答案为: 2Ni=Ni O ClO。5 某工厂的废金属屑中主要成分为Cu Fe和AAl2 32
13、3、l ,此外还含有少量O和 Fe O ,为探索工业废料的再利用,某化学兴趣小组设计了如下实验流程,用该工厂的合金废料制取氯化铝、绿矾晶体(FeSO47H2O)和胆矾晶体(CuSO45H2O)。请回答:(1)步骤中,发生的氧化还原反应的离子方程式为_,涉及到的分离操作是_。( 2)试剂 X 是 _;溶液 D 是 _。(3)溶液E 在空气中易被氧化,请设计一个简单的实验方案检验溶液E 是否被氧化_。(4)在步骤时,若用大理石与浓盐酸制取到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少。为避免固体CO2 并直接通入溶液A 中,一段时间后,观察C 减少,可采取的改进措施是_。(5)工业上常用溶液E 制取净水剂Na2
14、FeO4,流程如图:写出由 Fe(OH)324的离子方程式 _。(已知 NaClO 还原为 NaCl)制取 Na FeO【答案】 2Al+2OH-22-2243溶+2H O=2AlO+3H 过滤 稀硫酸(或稀H SO ;或硫酸)NaHCO液(或碳酸氢钠溶液)取少量 E溶液于试管中,滴入几滴硫氰化钾溶液,若溶液变为血红色,则说明 E 溶液已被氧化,反之,则未被氧化在通入 CO2之前增加一个盛有饱和33-42-2ONaHCO 溶液的洗气瓶,除去HCl 气体 2Fe(OH) +3ClO +4OH =2FeO+3Cl +5H【解析】【分析】Cu、 Fe 和 Al,少量 Al2O3 和 Fe2O3,氢氧
15、化钠与Al、 Al2O3 反应,而 Cu、 Fe 和 Fe2O3 不反应,过滤得到滤渣为 Cu、 Fe 和 Fe2 O3,滤液为偏铝酸钠溶液和氢氧化钠溶液,向滤液中通入过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠溶液,过滤,向沉淀中加入盐酸生成氯化铝溶液,最终得到氯化铝固体;向滤渣为Cu、Fe 和 Fe2O3 中加入稀硫酸,生成硫酸亚铁,最终得到绿矾,过滤得到Cu, Cu 与氧气、硫酸反应得到硫酸铜。【详解】步骤 中,发生的氧化还原反应的是铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气,其离子方222 3程式为 2Al+2OH2不和氢氧化钠溶液反应,因此涉及+2H O=2AlO+3H , Fe、Cu、 Fe
16、 O到的分离操作是过滤;故答案为:2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2;过滤。将 Fe、 Cu 中 Fe 溶于溶液中生成硫酸亚铁,因此试剂X 是硫酸;溶液A 为偏铝酸钠溶液,向溶液中通入过量二氧化碳,反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠溶液,因此D 是碳酸氢钠;故答案为:稀硫酸(或稀H2 43(或碳酸氢钠溶液 )。SO ;或硫酸 ); NaHCO 溶液溶液 E 在空气中易被氧化,亚铁离子被氧化生成铁离子,铁离子常用KSCN溶液来检验,因此简单的实验方案检验溶液E 是否被氧化的实验为取少量E 溶液于试管中,滴入几滴硫氰化钾溶液,若溶液变为血红色,则说明E溶液已被氧化,反之,则未被氧化;故答案为
17、:取少量 E 溶液于试管中,滴入几滴硫氰化钾溶液,若溶液变为血红色,则说明E 溶液已被氧化,反之,则未被氧化。在步骤 时,若用大理石与浓盐酸制取CO2 并直接通入溶液A 中,一段时间后,观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少,减少的主要原因是浓盐酸易挥发,挥发出的HCl 与沉淀反应,为避免固体 C 减少,先用饱和碳酸氢钠溶液除掉挥发的HCl,再通入 CO2;故答案为:在通入 CO2 之前增加一个盛有饱和NaHCO3 溶液的洗气瓶,除去 HCl 气体;故答案为:在通入 CO2 之前增加一个盛有饱和NaHCO3 溶液的洗气瓶,除去HCl 气体。 Fe(OH)3 与 NaClO 反应生成 NaCl 和
18、 Na2FeO4,其制取 Na2FeO4 的离子方程式342-2O;故答案为:32Fe(OH) +3ClO +4OH= 2FeO+3Cl +5H2Fe(OH) +3ClO +4OH =42-22FeO+3Cl +5H O。6 稀土元素包括钪、钇和镧系(含Ce、 Eu )共 17 种元素, 是重要的战略资源,我省稀土资源非常丰富某彩色电视机显示屏生产过程中产生大量的废荧光粉末含( Eu2O3 、SiO2、Fe O 、 CeO 、 MnO 等物质)某课题组以此粉末为原料,设计如下工艺流程对资源进行232回收,得到较为纯净的CeO2 和 Eu2 O3 (氧化铕)已知: CeO2 不溶于桸硫酸,也不溶
19、于NaOH 溶液, Eu2O3 可溶于稀硫酸(1)往滤渣中加稀硫酸和H2O2 进行酸浸,反应的离子方程式_ 。为了提高酸浸率,可以适当提高反应温度,但温度偏高浸出率反而会减小,其原因是_ 。(2)有机物 HR 能将 Ce3+从水溶液中萃取出来该过程可表示为:Ce3+(水层) +3HR( 有机层)CeR3( 有机层)+3H+( 水层)。向 CeR3( 有机层)中加入稀硫酸进行反萃取能获得较纯的含 Ce3+水溶液,从平衡角度解释其原因:_ 。(3)流程中由含 Ce3+滤液生成 Ce(OH)4 的离子方程式 _ 。(4)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.52 g,加硫酸溶解后,用浓度为0.10
20、00mol L-1 FeSO4?标准溶液滴定至终点时,铈被还原为Ce3+, 消耗 24.00 mL 标准溶液。该产品中4Ce(OH) 的质量分数为 _。3+溶液也可以先加碱调pH 后再通入氧气氧化可得到Ce(OH)4(5)已知含 Ce。 298K时,KspCe(OH)3=510-20,若溶液中c(Ce3+)=0.05mol L-1,加碱调节pH到_Ce3+开始沉?时淀(忽略加碱过程中溶液体积变化)(6)萃取剂对金属离子的萃取率与pH 的关系如图所示流程中为了用萃取剂除去金属杂质离子,进行萃取2 最适宜的 pH 是 _(填选项序号)其原因是_。A 2.0 左右 B . 3.0 左右C 5.0 左
21、右【答案】2CeO2 2 2+3+222 2+H O +6H =2Ce +O +4H O 温度升高, H O 受热易分解,造成浸出率偏低; 加入稀硫酸时, c( H+)增大,平衡向形成Ce3+的方向移动,4Ce3+O2+12OH-248B3+、 Mn2+完全除去,并防止 Eu3+被萃取导致损失+2H O=4Ce(OH) 96%使 Fe【解析】【分析】废荧光粉末含 ( Eu3+、2O3、 SiO2、 Fe2O3、 CeO2、 MnO 等物质),加入硫酸,滤液含有Eu3+2+等,经萃取,可除去3+2+Eu( OH) 3,加热分解可Fe、 MnFe、 Mn等,加入氨水,可生成生成 Eu2O3;滤渣中
22、含有CeO2、 SiO2,加入稀硫酸和过氧化氢,经萃取、反萃取,可得到3+的溶液,加入氢氧化钠并通入氧气,可生成Ce( OH) 4,加热可生成 CeO2。含有 Ce【详解】( 1)在酸浸时发生的离子反应为2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3+O2 +4H2O,H2O2 受热易分解,为防止其分解,则温度不宜太高,故答案为:2CeO2 2 2+3+22+H O +6H =2Ce +O +4H O;温度升高, H2O2 受热易分解,造成浸出率偏低;(2)根据平衡 Ce3+(水层) +3HR( 有机层 )CeR3( 有机层) +3H+( 水层),向 CeR3(有机层)中加入稀硫酸时,c( H+ )增
23、大,平衡向形成Ce3+的方向移动,则Ce3+从水溶液中被萃取出来,故答案为:加入稀硫酸时,c( H+)增大,平衡向形成Ce3+的方向移动;(3)流程中 Ce3+与氧气、氢氧化钠反应生成Ce(OH)4,离子方程式为 4Ce3+O2+12OH-243+2-24+2H O=4Ce(OH) ,故答案为: 4Ce+O +12OH +2H O=4Ce(OH) ;(4) Ce(OH)4加硫酸溶解后,被FeSO4还原为Ce3+ ,Ce(OH)4 Ce3+ FeSO4则有,则nCe(OH)4=0.1-3-3-3 208g/mol=0.4992g,该产 24mol=210.4 10mol, mCe(OH)4=2.
24、 4 10mol0.4992g品的纯度为:100%=96% ,故答案为: 96%;(5) 298K 时, KspCe(OH)3=510-20,若溶液中c(Ce3+)=0.05mol ?L-1, Ce3+开始沉淀,则cOH-=3 5 10-20-6pH 88()mol/L=1 10 mol/L ,则0.05= ,故答案为: ;(6)溶液中存在3+2+pH 的关系图可Eu 、 Mn金属离子,由萃取剂对金属离子的萃取率与知,调节 pH 在3.0左右,可使 Fe3+ 、Mn 2+完全除去,并防止Eu3+被萃取导致损失,故答案为: B;使 Fe3+、 Mn 2+完全除去,并防止 Eu3+被萃取导致损失。
25、7 富铁铝土矿(主要含有A12O3、 Fe2O3、 FeO 和 SiO2)可用于制备净水剂明矾KAl(SO4)212H2O 和补血剂FeSO47H2O。工艺流程如下(部分操作和产物略去):( 1)操作 1 的名称是 _。( 2 )反应中是氧化还原反应的是_(填写编号)。(3)综合考虑,金属X 最好选择的试剂是_,写出该反应的离子方程式_。( 4)反应的离子方程式是 _、 _ 。(5)溶液 D 中含有的金属阳离子是_,检验方法是 _。(6)用含铝元素 27的上述矿石10 吨,通过上述流程最多生产明矾_吨。【答案】过滤 Fe3+2+-2-22 3-Fe+2Fe=3Fe2322SiO +2OH=Si
26、O+H OAl O +2OH =2AlO +H OFe2+取少量溶液 D 于试管中,滴入硫氰化钾溶液,若无明显变化,再滴入几滴氯水,若溶液变红,证明含有Fe2+47.4【解析】【分析】由流程可知,富铁铝土矿用氢氧化钾溶液浸取后过滤,滤渣为氧化铁,滤液中含有硅酸钾和偏铝酸钾;向滤液中加入足量的硫酸,可以得到硅酸沉淀和硫酸铝、硫酸钾溶液,结晶后得到明矾;滤渣经硫酸溶解后可以得到硫酸铁溶液,加入铁粉后得到硫酸亚铁溶液,用结晶法可以得到绿矾。【详解】(1)操作 I 得到溶液和滤渣,因此操作I 为过滤;(2)反应中加入NaOH 溶液,根据成分只有Al2 2223O和 SiO 与 NaOH 反应,发生Al
27、 O2 H2232 H2O,不属于氧化还原反应,反应中加入硫酸,2OH =2AlOO, SiO OH =SiO发生的 SiO3223 2H2 2H,AlO24H3O,没有化合价的改变,不属于氧化=H SiO=Al还原反应,反应发生Fe2O3 6H =2Fe3 3H2O, FeO 2H =Fe2 H2O,没有化合价的改变,不属于氧化还原反应,根据操作4 得到 FeSO47H2O,说明反应中加入一种金属,把Fe3 转化成 Fe2 ,即这种金属是铁单质,离子方程式为Fe 2Fe3 =3Fe2 ,存在化合价的变化,属于氧化还原反应;(3)操作 4得到 FeSO47H2O,不能引入新杂质,因此此金属为F
28、e,离子方程式为:Fe2Fe3 =3Fe2;(4)根据(1)的分析,离子方程式为Al2O3 2OH =2AlO2 H2O,SiO2 OH =SiO32 H2O;(5)根据(3)的分析,溶液 D 中含有的金属阳离子是Fe2,利用 Fe2的还原性,具体操作是:取少量溶液D 于试管中,滴入硫氰化钾溶液,若无明显变化,再滴入几滴氯水,若溶液变红,证明含有Fe2+;(6)根据铝元素守恒,最多可以得到明矾的质量为6 61010 27% 10 474 27t=47。.4t【点睛】本题的难点是问题(6),一般的化学计算,都有简单的方法,根据整个流程,铝的质量没有增加和减少,因此根据铝元素守恒可以计算。8 二氧
29、化铈 (CeO2)是一种重要的稀土氧化物,主要用于多相催化,例如乘用车的废气催化转化器,太阳能电池中的光催化,水分解或污染物的分解等。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、 Fe2O3、 CeO2 、 FeO 等物质)。某课题组以此粉末为原料,设计如下工艺流程对资源进行回收,得到纯净的CeO2 和硫酸铁铵晶体。已知: CeO2 不溶于稀硫酸,也不溶于NaOH 溶液。回答下列问题:(1)稀酸 A 的分子式是 _。(2)滤液 1 中加入 H2O2 溶液的目的是_,滤渣 1 中加入 H2O2 溶液的目的是_。(3)设计实验证明滤液1 中含有 Fe2+_。(4)在酸性溶液中,已知F
30、e2+溶液可以和难溶于水的FeO(OH)反应生成Fe3O4,该反应的离子方程式为 _。(5)由滤液 2 生成Ce(OH) 的离子方程式为 _ 。43383+杂质的溶液中,为使其除尽应sp。常温下,在含有 Fe(6)已知 Fe(OH)的 K 近似值为 10调节溶液 pH 至少为 _。 (通常认为当离子浓度小于1.0 105mol L 1 时即视为沉淀完全)【答案】 H2 42+氧化为 Fe3+23+取少许滤液1,滴加铁氰化钾溶SO使 Fe使 CeO 还原为Ce液,有蓝色沉淀生成,则证明滤液1 中有 Fe2+2+3 4+4Ce3 +2Fe+2FeO(OH) = FeO +2H+ O+12OH +2
31、H O =4Ce(OH) 324【解析】【分析】制备纯净的 CeO2和硫酸铁铵晶体,由流程可知,废玻璃粉末2232(含 SiO 、 Fe O 、 CeO 、 FeO等物质 )中加入 A 为稀硫酸, FeO 转化为 FeSO4、 Fe2O3 转化 Fe2(SO4)3 存在于滤液 1 中,滤渣1 为 CeO 和 SiO ;滤液 1 中加入稀硫酸和铁粉,被Fe (SO )还原为 FeSO ,溶液1 为222434FeSO4 溶液,加入硫酸铵混合蒸发浓缩、常温晾干后得到硫酸亚铁铵晶体;滤渣1 中加入稀硫酸和 H2O2, CeO2 转化为 Ce3+存在于滤液2 中,反应为2CeO2+H2O2+3H2SO4Ce2(SO4)3+O2 +4H2O,滤渣 2 为 SiO2;滤液 2 加入碱并通入氧气将Ce 从 +3 氧化为 +4 后Ce3+转化为沉淀 Ce(OH)4,反应为 4Ce 3+O2+12OH +2H2O 4Ce(OH)4,加入分解 Ce(OH)4 得到产品 CeO,以此来解答。【详