第三节 铁及其重要化合物
非选择题
1．用ClO2、Na2FeO4等新型净水剂替代传统的净水剂Cl2对淡水进行消毒是城市饮用水处理新技术。ClO2和Na2FeO4水处理过程中被还原为Cl?和Fe3?。
（1）Na2FeO4能净水的原因有__________________________________________________。 （2）ClO2是一种黄绿色有刺激性气味的气体，熔点为?59℃、沸点为11.0℃，易溶于水。ClO2可看作是亚氯酸与氯酸的混合酸酐。工业上用稍潮湿的KClO3和草酸在60℃条件下反应制得，某学生用如图11-7所示的装置模拟工业制取及收集ClO2，其中A为ClO2发生装置，B为凝集装置，C为尾气吸收装置。
（1）A部分还应添加温度控制装置，如用__________加热，B部分还应补充__________装置，C中应装的试剂是__________溶液。
（2）A中和C中发生反应的化学方程式为__________和__________。
解析：（1）Na2FeO4具有强氧化性，能杀菌消毒，还原产物为Fe3?，能水解生成Fe?OH?3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。
△?2ClO2??2KHCO3；（2）水浴；冷凝；NaOH；2KClO3?H2C2O4??2ClO2?2NaOH?NaClO3?NaClO2?H2O。
2．某核素R具有放射性，其原子核内中子数比质子数多43，由它组成的固体单质A，在一定条件下密度为6.88g／cm3。用X射线研究其固体表明，在边长为1.0?10?7cm的立方体中含有20个原子。R在化学反应中常表现为?2、?4价，在溶液中R2?稳定，而R4?有强氧化性，可将NO氧化为HNO3。氧化物R3O4的性质与Fe3O4相似，R的另一种质量数比R少2的同位素较为稳定，与铁可形成合金，在潮湿环境中易形成铁锈。R的单质及化合物在工农业生
产、医疗卫生、科学技术等各个领域都有很多用途。请回答： （1）R原子的摩尔质量为__________。
（2）R元素处于元素周期表第__________周期__________族。
（3）将少量R4?加入FeCl2溶液中能否发生反应？若“否”，其原因是__________；若“是”，其离子方程式是________________________________________。
（4）已知Fe3O4可写成FeO?Fe2O3的形式，若将其看作一种盐，又可以写成Fe?FeO2?2的形式。根据化合价规律和这种书写方法，若将R3O4用上述氧化物形式表示，其化学式可写成__________，若看成盐则可写成__________。等物质的量的Fe3O4和R3O4分别在一定条件下和浓盐酸反应时，所消耗HCl的物质的量相等，不同的是：高价的R能将盐酸氧化而产生氯气。试写出Fe3O4、R3O4分别和浓盐酸反应的化学方程式：__________。
（5）R3O4因具有氧化性，被大量用于油漆涂料，涂在钢铁的表面，有利于形成耐腐蚀的钝化层，R3O4与足量的HNO3反应，生成R的氧化物、R的硝酸盐和水三种物质，此反应的化学方程式为__________。
（6）据报道，1994年11月9日德国科学家利用数亿个镍原子对数亿个R原子连续轰击数天
269X（暂时用X表示）后，得到了一种新原子110，它属于一种新元素，但存在的时间不到千分之
一秒。下列关于该元素的说法中正确的是（ ）。
A．这种元素与B属于同一族 B．这种元素属于第六周期元素 C．这种新原子的中子数为159 D．这种元素肯定属于金属元素
（7）据最新报道，1996年2月9日欧洲一科学家小组，由66Zn和208R两原子经核聚合并放出一定数目的中子后，制得了第112号元素的质量数为227的核素。则两原子在核聚合过程中放出的中子数目是（ ）。 A．47 B．115 C．142 D．162
232Th（钍）经过一系列?衰变和?衰变后变成208R。下列论断中正（8）天然放射性同位素90确的是（ ）。
A．R核比钍核少24个中子
B．衰变过程中共有4次?衰变和8次?衰变 C．R核比钍核少8个质子
D．衰变过程中共有6次?衰变和4次?衰变
解析：（1）有关立方晶体结构的基本运算方法为：先求出一个正方体的体积及一个立方体中实际拥有的微粒（泛指分子、原子或其他微粒组合）个数；然后求出一个微粒所占的体积V；再求出微粒的质量m；最后求阿伏加德罗常数个微粒的质量（即1mol微粒的质量，亦即摩尔质量M）。 由题意可知，核素R的晶体结构属立方晶体，20个R原子的体积为(1.00?10?7)3cm3，据此不
6.02?1023?1.00?10?21难求得阿伏加德罗常数个R原子的体积V?＝30.1cm3，因此其摩尔质量
20为M?6.88?30.1?207(g／mol)。
（2）20号元素以后的主族元素在元素周期表中位置的快速判断法：记住各周期的稀有气体元素的原子序数（根据各周期之间同主族元素原子序数之差值规律推算）．依次为2、10、18、36、54、86；然后根据未知元素原子序数大小及所处范围推导即可。
因核素的质量数在数值上近似等于其摩尔质量，因此R的核内质子数（即原子序数）
207?43?82；又因82介于54～86之间，因此R必处于第六周期，再根据86?82?4可推2知R应处于稀有气体元素族往左数的第四个纵行，即第ⅣA族的铅元素（Pb）。 ?（3）由提供信息“R4?有强氧化性，可将NO氧化为HNO3”知，Pb4?的氧化性比HNO3还强，而Fe2?能被HNO3氧化为Fe3?，因此，Pb4?一定能氧化Fe2?，其离子方程式为：Pb4??2Fe2??2Fe3??Pb2?。
（4）解本小题极易因机械模仿而将Pb3O4的氧化物形式写成PbO?Pb2O3，但仔细分析Pb3O4中，便不难发现上式的错误（此式中Pb的化合价为?2和?3）。根Pb元素的化合价（?2和?4）
据化合价规律不难推出Pb3O4中有两个?2价Pb2?和一个?4价的Pb4?，因此，其化学式应为：，由此可类推2PbO?PbO2；根据无机盐的命名规则可知，Fe?FeO2?2应该是“偏铁酸亚铁”，即化学式为：Pb2PbO4。 Pb3O4看成盐时的学名应为“铅酸亚铅”
为顺利写出Fe3O4与盐酸反应的化学方程式，可借助其氧化物形式FeO?Fe2O3来理解：Fe3O4与盐酸的反应可看成FeO、Fe2O3分别与盐酸反应的化学方程式的叠加！于是便得到反应的化学方程式：Fe3O4?8HCl?FeCl2?2FeCl3?4H2O；同理可知，Pb3O4与盐酸反应的化学方程式也可看成PbO、PbO2（注意2∶1的比例）分别与盐酸反应时的叠加，不过因“高价的Pb能将盐酸氧化而产生氯气”，由此类比实验室制取氯气的反应，写出PbO2与盐酸反应的化学方程式：PbO2?4HCl?PbCl2?Cl2??2H2O，再与PbO?2HCl?PbCl2?H2O叠加便可得到总反应的化学方程式：Pb3O4?8HCl?3PbCl2?Cl2??4H2O。
（5）观察Pb3O4的氧化物表示形式2PbO?PbO2，结合题意“R3O4与足量的HNO3反应，生成R的氧化物、R的硝酸盐和水n种物质”及“在溶液中R2?稳定”可推知：与HNO3反应时，应该是PbO会溶解，而PbO2则木溶于HNO3。因此反应的化学方程式为：Pb3O4?4HNO3?2Pb?NO3?2?PbO2?2H2O。
（6）因为第七周期的稀有气体元素的原子序数为86?32?118，结合元素周期表的结构可知，该元素应该在第七周期第Ⅷ族（肯定是金属元素），其中子数为269?110?159；因此答案应为C、D。
（7）根据核反应方程式
6630208227Zn?82Pb?112X?y10n，依质量守恒原理可知
y?66?208?227?47。选项A正确。
232208Th与82Pb相比，其质量数之差为232?208?24，质子数之差为90?82?8，那么，（8）90232Th经过6次?衰变（放出6个氦核4其中子数之差为24?8?16。因此，902He）后质量数减
少4?6?24，质子数减少2?6?12；再经过4次?衰变（放出4个电子后有4个中子转化为
208Pb。因此选项C、D正确。 质子）又增加4个质子就会生成1823．莫尔盐是硫酸盐的一种复盐，是一种重要的化学试剂，它的水溶液中加入KSCN不显红色，
并有如图11-8所示的反应：
根据以上关系，按要求填空：
（1）气体B的分子式为____________________。 （2）莫尔盐的化学式为____________________。
（3）部分沉淀A与稀HNO3反应的离子方程式是____________________。
?解析：①依题意知，莫尔盐是硫酸盐的一种复盐，则莫尔盐中一定含有SO24和至少两种简单
阳离子。
②莫尔盐的水溶液中加入KSCN不显红色，说明溶液中不含Fe3?。但由框图可知，莫尔盐溶液中加入?NH4?2S后能生成黑色沉淀，黑色沉淀高温锻烧得红棕色固体，根据中学所学化学知识推测，红棕色固体只能是Fe2O3，黑色沉淀是FeS，则莫尔盐溶液中含有Fe2?。 ③莫尔盐溶液中加过量Ba?OH?2得无色气体B和沉淀A。因Ba?OH?2是碱，能与碱反应生成的无色气体只能是NH3，由此说明莫尔盐溶液中含有NH?4。综合①②③得知莫尔盐中含有
2?Fe2?、NH?4、SO4三种离子，从而可推出沉淀A中含有BaSO4和Fe?OH?2两种物质。加稀
HNO3能溶解的是Fe?OH?2，因此溶液C是Fe?NO3?3，无色气体是NO，红棕色气体是NO2。
再由电荷守恒，可写出莫尔盐的化学式。
本题答案为：
（1）气体B的分子式为NH3。
（2）莫尔盐的化学式为Fe?NH4?2?SO4?2或FeSO4??NH4?2SO4。 （3）部分沉淀
A与稀
HNO3反应的离子方程式是：
?3Fe?OH?2?10OH??NO3?3Fe3??NO??8H2O。
4．FeCl3的浓溶液溶解Cu粉的离子方程式如下：2Fe3??Cu?2Fe2??Cu2?，现在FeCl3溶液中加入ag铜粉，搅拌使之完全溶解，再向其中加入bg铁粉充分反应后过滤得滤渣cg。若已知a?b?c，试推断cg滤渣是什么物质？由此推出上述滤液中存在哪些阳离子？写出简要推断过程。
解析：发生的反应有（1）2Fe3??Cu?2Fe2??Cu2?；（2）2Fe3??Fe?3Fe2?；（3）Fe?Cu2??Fe2??Cu。根据a、b、c的大小关系a?b?c分析出铁粉全部溶解，铜部分被置换，溶液中无Fe3?（若铁粉过量则铜全部被置换c?a不合题意），所以滤渣的成分为Cu，溶液中含Cu2?、Fe2?。具体讨论如下：
（1）若cg滤渣为铁粉和铜粉，则溶液中Cu2?被完全置换：过量铁粉?铜粉质量(ag)?ag，不合题意；
（2）若cg滤渣为铁粉，则必有铜被置换，不合题意；
（3）若cg滤渣为铜粉，则溶液中Cu2?被部分置换，且溶液中含有Cu2?、Fe2?，符合a?b?c关系及反应原理。
5．含铁的物质在日常生活中有很多。请在课后开展两项小课题研究： （1）红砖中氧化铁成分的检验；
（2）以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁晶体。 要求设计实验方案，写出实验步骤，然后开展实验。
解析：（1）实验方案：验证红砖中氧化铁成分，我们可以转化成验证是否红砖中含有Fe3?。 方案一：利用KSCN溶液来检验Fe3?。
取少量红砖样品于试管中，向试管中滴加3mol／L稀盐酸，振荡，静置，取上层清液3mL于试管中，滴加KSCN溶液，若溶液显红色，证明溶液中有Fe3?，说明红砖中有氧化铁成分。 方案二：利用NaOH溶液来检验Fe3?。
取少量红砖样品与试管中，向试管中滴加3mol／L稀盐酸，振荡，静置，取上层清液3mL于另一支试管中，加入适量氢氧化钠溶液，若溶液有红褐色沉淀生成即可证明有?3价铁存在。 （2）实验方案：将废铁屑表面油污洗净，与稀硫酸反应，趁热过滤，冷却结晶，再进行洗涤干燥，可制得硫酸亚铁晶体。 实验步骤：
1．制备硫酸亚铁：用碱液除去废铁屑表面的油污，将氢氧化钠溶液和硫酸溶液进行加热煮沸，然后用橡皮塞密封在两支试管中冷却至室温，用胶头滴管吸满一滴管煮沸过的NaOH溶液，往另一支试管中加入稍过量的废铁屑，再迅速加入稀H2SO4溶液，立即往溶液中加入一些煤油进行油封，然后把准备好的胶头滴管伸入试管底部，再挤出NaOH溶液。