题目内容

1．Ⅰ．新型材料纳米级Fe粉与普通的还原性能铁粉有很大的差异，纳米级Fe粉表面积大、具有超强的磁性，能用作高密度磁记录的介质以及高效催化剂等．实验室采用气相还原法制备纳米级Fe，其流程如图1：
（1）生成纳米级Fe的化学方程式为FeCl2+H2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+2HCl．
（2）纳米级Fe粉在空气中易自燃成黑色固体，但是生活中的铁丝或铁粉在空气中加热也不能燃烧，其原因是纳米级Fe粉与气体接触面大，反应速率快．
（3）FeCl2•nH2O固体加热脱水通常要通入干燥的HCl气流，理由是HCl抑制FeCl2水解，且通入的HCl气体可带走水蒸气．
Ⅱ．查阅资料：在不同温度下，纳米级Fe粉与水蒸气反应的固体产物不同：温度低于570℃时生成FeO，高于570℃时生成Fe3O4．
甲同学用如图2所示装置进行纳米级Fe粉与水蒸气的实验：
（4）该装置中纳米级Fe粉与水蒸气反应的化学方程式是Fe+H2O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+H2；
乙同学用如图3所示装置进行纳米级Fe粉与水蒸气的反应并验证产物：
（5）装置C的作用是制取水蒸气．
（6）乙同学为探究实验结束后试管内的固体物质成分，进行了如表实验：
实验步骤实验操作实验现象
Ⅰ将反应后得到黑色粉末X（假定为均匀的），取出少量放入另一试管中，加入少量盐酸，微热黑色粉末逐渐溶解，溶液呈浅绿色；有少量气泡产生
Ⅱ向实验I中得到的溶液滴加几滴KSCN溶液，振荡溶液没有出现血红色
乙同学认为该条件下反应的固体产物为FeO．丙同学认为该结论不正确，他的理由是2Fe3++Fe=3 Fe2+用离子方程式表示）．
（7）丁同学称取5.60gFe粉，用乙的装置反应一段时候后，停止加热．将试管内的固体物质在干燥
器中冷却后，称得质量为6.88g．然后将冷却后的固体物质与足量FeCl3溶液充分反应，消耗FeCl3
的0.08mol．丁同学实验的固体产物为Fe3O4．

分析 I．带结晶水的氯化亚铁加热脱水得到FeCl2，N2、H2、FeCl2在高温条件下得到纳米级Fe，发生的化学反应为FeCl2+H2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（1）根据流程图可知，在高温条件下用氢气还原氯化亚铁可得纳米级Fe；
（2）反应物质表面积越大，反应速率越快；
（3）FeCl2•nH2O固体加热脱水时，亚铁离子能水解生成氢氧化亚铁和氯化氢，为防止水解可以将其在HCl范围中加热；
II．（4）Fe粉与水蒸气在加热条件下反应生成FeO和氢气；
（5）装置C用于制备水蒸气；
（6）如铁粉过量，则不能生成Fe3+；
（7）铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，结合固体质量分析判断生成物成分．

解答 解：I．带结晶水的氯化亚铁加热脱水得到FeCl2，N2、H2、FeCl2在高温条件下得到纳米级Fe，发生的化学反应为FeCl2+H2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（1）根据流程图可知，在高温条件下用氢气还原氯化亚铁可得纳米级F，反应方程式为FeCl2+H2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+2HCl，故答案为：FeCl2+H2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（2）纳米级Fe粉与空气接触面积大，反应速率快，所以纳米级Fe粉在空气中易自燃成黑色固体，生活中的铁丝或铁粉表面积较小，所以很难反应，
故答案为：纳米级Fe粉与空气接触面积大，反应速率快；
（3）FeCl2•nH2O固体加热脱水通时，亚铁离子能水解生成氢氧化亚铁和氯化氢，为防止FeCl2水解，FeCl2•nH2O固体加热脱水通常要通入干燥的HCl气体，HCl能抑制FeCl2水解，且通入的HCl气体可带走水蒸气，利于FeCl2•nH2O固体脱水，
故答案为：干燥的HCl气体； HCl能抑制FeCl2水解，且通入的HCl气体可带走水蒸气；
（4）Fe粉与水蒸气在加热条件下反应生成FeO和氢气，方程式为Fe+H2O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+H2，
故答案为：Fe+H2O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+H2；
（5）反应物为铁和水蒸气，则装置C用于制备水蒸气，故答案为：制取水蒸气；
（6）如铁粉过量，铁离子能与铁反应生成亚铁离子，反应方程式为：2Fe3++Fe=3Fe2+，不能确定是否为FeO，故答案为：2Fe3++Fe=3 Fe2+；
（7）3Fe+4H2O═Fe3O4 +4H2 Fe的质量为5.6g，则n（Fe）=0.1mol，如果这些Fe完全和水蒸气反应，那么应该生成$\frac{0.1}{3}$mol 的Fe3O4，m（Fe3O4）=$\frac{0.1}{3}$×M（Fe3O4）=7.73g，但是现在只产生了 6.88g 的 固体，就表明 Fe 没有完全反应，还有剩余，则固体产物为Fe3O4，
故答案为：Fe3O4．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及方程式的计算、氧化还原反应、离子反应、反应速率影响，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，把握高温下铁与水反应及实验中装置的作用为解答的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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11．只用一种试剂就能将NH4Cl、（NH4）2SO4、NaCl、Na2SO4四种溶液区分开，这种试剂是（　　）
A．NaOH溶液B．AgNO3溶液C．Ba（OH）2溶液D．BaCl2溶液
12．黄铜矿（CuFeS2）是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可制备硫及铁的化合物．
（1）冶炼铜的反应为：8CuFeS2+21O2=8Cu+4FeO+2Fe2O3+16O2若CuFeS2中Fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是Cu、O（填元素符号）．
（2）上述冶炼过程产生大量SO2．下列处理方案中合理的是bc（填代号）．
a．高空排放                                  b．用于制备硫酸
c．用纯碱溶液吸收制Na2SO3                   d．用浓硫酸吸收
（3）过二硫酸钾（K2S2O8）具有强氧化性可将I-氧化为I2：S2O82-+2I-=2SO42-+I2通过改变反应途径，Fe3+．Fe2+ 均可催化上述反应．试用离子方程式表示Fe3+对上述反应催化的过程．2Fe3++2I-=2Fe2++I2．S2O82-+2Fe2+=SO42-+2Fe3+．（不必配平）
（4）利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣（含Fe2O3．FeO．SiO2．Al2O3）可制备Fe2O3．
方法为：
①用稀盐酸浸取炉渣，过滤．
②滤液先氧化，再加人过量NaOH 溶液过滤，将沉淀洗涤．干燥．煅烧得Fe2O3．
据以上信息回答下列问题：
a．除去Al3+的离子方程式是Al3++4OH-=AlO2-+2H2O．
b．选用提供的试剂设计实验验证炉渣中含有Fe2O3．
提供的试剂：稀盐酸．稀硫酸．KSCN溶液．KMnO4溶液．NaOH溶液．碘水
所选试剂为稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液．
证明炉渣中含有FeO 的实验现象为稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO4溶液褪色．
9．在能源和环保的压力下，新能源电动汽车无疑将成为未来汽车的发展方向．如果电动汽车上使用新型钒电池，一次性充电3-5分钟后，续航能力可达1000公里；而成本造价只有目前锂电池的40%，体积和重量分别是锂电池的$\frac{1}{25}$和$\frac{1}{10}$．全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示：下列有关该钒电池的说法不正确的是（　　）
A．充电过程中，H+可以通过质子交换膜向右移动，形成电流通路，并且参与电极反应
B．放电过程中，右槽溶液中溶液颜色由紫色变为绿色
C．该电池为可逆电池，当左槽溶液逐渐由黄变蓝时，为充电过程，此时左槽溶液pH值升高
D．充电时若转移的电子数为3.01×1023个，左槽溶液中n（H+）增加了0.5mol
16．Hz0与D20的pKw （pKw=-lgKw）与温度的关系如图所示，下列有关说法正确的是（　　）
A．D20的电离过程为吸热过程B．25℃时，纯D20的pH等于7
C．25℃时，pH=7的液体一定是纯H20D．常温下，向Dz0中加入DCI，pKw变大
6．决定物质性质的重要因素是物质结构．请回答下列问题．
（1）已知A和B为第三周期元素，其原子的第一至第四电离能如表所示：
电离能/kJ•mol-1I1I2I3I4
A5781817274511578
B7381451773310540
A通常显+3价，A的电负性＞B的电负性（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似（如图1所示），已知3种离子晶体的晶格能数据如表：
离子晶体NaClKClCaO
晶格能/kJ•mol-17867153401
则该4种离子晶体（不包括NaCl）熔点从高到低的顺序是：TiN＞MgO＞CaO＞KCl．其中MgO晶体中一个Mg2+周围和它最邻近且等距离的Mg2+有12个．
（3）金属阳离子含未成对电子越多，则磁性越大，磁记录性能越好．离子型氧化物V2O5和CrO2中，适合作录音带磁粉原料的是CrO2．
（4）某配合物的分子结构如图2所示，其分子内不含有AC（填序号）．
A．离子键     B．极性键      C．金属键
D．配位键     E．氢键        F．非极性键．
13．如图表示A--E 五种物质的相互转化关系，其中A为淡黄色粉末，C为单质，D为离子化合物．
（1）写出③、⑧的化学方程式：③2Na2O2+2CO2═2Na2CO3+O2；  ⑧2Na+2H2O═2NaOH+H2↑．
（2）写出反应④的离子方程式：OH-+HCO3-=CO32-+H2O．
10．草酸晶体的组成可表示为H2C2O4•xH2O．实验室常用其加热分解制取CO气体，反应方程式为：H2C2O4•xH2O  CO+CO2+（x+1）H2O．下图为分解草酸晶体，用干燥纯净的CO还原CuO制取Cu，并收集CO的实验装置（略去铁架台、铁夹等支撑加持装置），回答下列问题．
（1）A装置为加热分解草酸的装置，该装置错误是试管口应向下倾斜，C装置中盛放的试剂是浓硫酸 （填化学式），E装置的作用是安全瓶（或防倒吸）．
（2）实验过程中涉及到如下操作：①点燃A处的酒精灯 ②熄灭A处的酒精灯 ③点燃D处的酒精灯 ④熄灭D处的酒精灯．这4步操作由先到后的顺序为①③④②（填序号）．点燃D处酒精灯前必须要进行的操作名称是验纯．

（3）用酸性高锰酸钾溶液滴定草酸晶体，求x的值．
实验步骤：准确称取1.17g 草酸晶体，配成100mL溶液；取出20.00mL于锥形瓶中，再向瓶中加入足量稀H2SO4；用0.0500mol/L酸性高锰酸钾溶液滴定，滴定至终点时消耗高锰酸钾溶液16.00mL．滴定时，所发生的反应为：2MnO4-+5H2C2O4+6H+═10CO2+2Mn2++8H2O．
①配制草酸溶液除需要玻璃棒、烧杯，还一定需要的玻璃仪器有100mL容量瓶、胶头滴管．
②x=1.5．
（4）为探究催化剂对化学反应速率的影响，在甲乙试管中分别加入下列物质
试管0.01mol/L KMnO40.1mol/L H2C2O40.1mol/L H2SO4MnSO4固体
甲4mLx mL1mL无
乙y mL2mL1mL有
则x=2，y=4．能够得出催化剂对该反应有影响结论的实验现象是加入MnSO4固体的试管中溶液褪色速率比未加的快．
11．“优先反应思想”是一条重要的化学学科思想．根据所学知识及题目提供的相关数据，回答下列问题：
（1）向FeBr2溶液中滴加少量氯水，溶液变黄．你认为使溶液变黄的微粒其符号是Fe3+，用实验证明你的观点，简述实验操作及现象取适量反应后的溶液滴加KSCN溶液变红．
（2）己知常温下一些电解质的相关数据见下表：
H2CO3K${\;}_{{a}_{1}}$=4.3×10-7HClOKa=2.95×10-8
K${\;}_{{a}_{2}}$=5.61×10-11AgClKsp=1.77×10-10
CH3COOHKa=1.76×10-5Ag2CrO4Ksp=1.12×10-12
①向等物质的量浓度的Na2C03，CH3COONa，NaClO组成的混合溶液中逐滴加入稀硫酸，首先发生反应的离子方程式是CO32-+H+=HCO3-．
②向浓度均为0.010mol/L的NaCl，Na2Cr04组成的混合溶液中逐滴加入浓度为0.010mol•L-1AgN03溶液，首先生成的沉淀其化学式为AgCl．
（3）分别向四份各100mL，浓度均为2mo1L-1的FeC13溶液中，加入铁、铜组成的均匀粉末状混合物，得到如下数据：
IⅡⅢⅣ
FeCl3溶液体积/mL100100100100
加入粉末质量/g36.6912
剩余粉末质量/g00.643.26.4
①根据表中的数据可求出粉末中铁、铜的物质的量之比为1：1．
②根据表中的数据分析I反应后的溶液中存在的金属阳离子有〔用离子符号表示）Fe3+、Fe2+、Cu2+．

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