《第三章 铁金属材料》试卷及答案-高中化学必修第一册-人教版-2024-2025学年

《第三章铁金属材料》试卷(答案在后面)一、单项选择题（本大题有16小题，每小题3分，共48分）1、下列关于铁金属材料特性的描述，正确的是：A、铁只存在于自然界中以单质形式存在。B、生铁是含碳量低于2.11%的铁合金。C、钢是由铁和少量碳以及其他元素组成的合金。D、镍和铬的合金可以增加不锈钢的抗腐蚀性。2、下列关于铁的化学性质的说法中，正确的是（）A、铁在空气中会与氧气反应生成铁锈，化学方程式为：4Fe+3O2→2Fe2O3B、铁在氧气中燃烧时，会生成黑色的四氧化三铁，化学方程式为：3Fe+2O2→Fe3O4C、铁与稀盐酸反应，生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为：Fe+2HCl→FeCl2+H2↑D、铁在高温下与水蒸气反应，生成氢气和氧化铁，化学方程式为：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑3、下列关于铁的化合物的说法中，正确的是（）A.铁红（Fe2O3）常作为红色颜料，属于碱性氧化物B.氯化亚铁（FeCl2）溶液长期放置会析出红棕色沉淀C.酸性条件下，Fe2+没有还原性D.硫酸亚铁（FeSO4）可用于制造印刷电路板4、铁在潮湿的空气中容易生锈，以下关于铁生锈的描述，正确的是：A.铁生锈是化学变化，可以逆转B.铁生锈是物理变化，不会逆转C.铁生锈是电化学变化，只能通过物理方式逆转D.铁生锈是氧化反应，可以添加特定物质抑制5、下列关于铁金属材料的叙述，错误的是（）A、铁是地壳中含量最丰富的金属元素B、生铁是铁和碳的合金，碳含量较高，硬而脆C、钢是铁和碳的合金，碳含量较低，具有较好的韧性和强度D、不锈钢是一种特殊合金，能抵抗空气和水的腐蚀6、铁是人类使用最多的金属之一，下列有关铁的描述中，哪一项不正确？A、铁是一种活泼的金属，能够与酸反应生成相应的盐和氢气。B、铁制品在潮湿环境中易发生电化学腐蚀。C、铁铝锈的主要成分是Fe3O4。D、生铁和钢都是铁的合金，但生铁的含碳量高于钢。7、下列关于铁的化学性质的描述，错误的是：A、铁在潮湿的空气中会生锈B、铁在高温下会与氧气反应生成四氧化三铁（FeC、硫酸与铁反应生成硫酸亚铁（FeD、铁与氯气反应生成氯化铁（Fe8、下列关于铁的合金，说法错误的是（）A、生铁是含碳量较高的铁合金，硬而脆，主要用于铸造。B、钢是含碳量较低的铁合金，具有较好的韧性、硬度和塑性，广泛应用于建筑、制造等领域。C、不锈钢是添加了镍、铬等元素的铁合金，耐腐蚀性能好，常用于厨具、医疗器械等。D、铁合金是指以铁为基体，添加一定量的其他金属或非金属元素，以改善其性能的材料。9、铁及其合金在生产和生活中有广泛的应用。下列关于铁合金的陈述中，哪一项是正确的？A、纯铁比生铁的硬度更高B、不锈钢是一种添加有镍、镁等元素的铁合金，具有良好的抗腐蚀性能C、铸造铁中硫的含量大于生铁D、合金钢是通过在钢中添加碳、硅、锰等元素来提高其性能10、铁与氧气反应生成的氧化铁的主要成分是（）。A.氧化亚铁（FeO）B.氧化铁（Fe2O3）C.三氧化二铁（Fe3O4）D.四氧化三铁（Fe3O4）11、下列关于铁的合金，不属于生铁的是：A、钢铁B、铸铁C、不锈钢D、纯铁12、下列关于铁及其化合物的描述，正确的是（）。A.铁粉与稀硫酸反应生成Fe2+和H2，此反应是置换反应。B.FeCl3的水溶液呈酸性，是因为Fe3+能与H2O发生水解反应生成H+和Fe(OH)2。C.Fe2O3能与稀盐酸反应生成FeCl2和H2O。D.铁与浓硫酸在加热条件下反应生成Fe2(SO4)3和SO2。13、铁在潮湿的空气中容易生锈，其主要原因是因为空气中含有：A、氧气和二氧化碳B、水蒸气和氧气C、硫和氮D、氮气和二氧化碳14、下列关于铁的合金，说法错误的是：A、生铁是含碳量较高的铁合金，硬而脆，不能锻造。B、钢是含碳量较低的铁合金，具有良好的韧性和塑性，可以锻造和焊接。C、不锈钢是添加了镍、铬等元素的钢，具有良好的耐腐蚀性。D、铁合金中的锰钢主要用于制造高强度的结构零件。15、下列关于铁及其化合物的说法中，错误的是：A.铁在潮湿空气中易生锈，生成的主要物质是Fe₂O₃·xH₂O。B.Fe(OH)₃受热分解可以得到Fe₂O₃。C.FeSO₄溶液与NaOH溶液反应可生成白色沉淀，放置一段时间后变为红褐色。D.铁与稀硝酸反应只能生成Fe(NO₃)₃。16、下列关于铁及其合金的叙述中，错误的是（）A.生铁是铁和碳的合金，含碳量较高，硬而脆B.钢是含碳量较低的铁合金，具有良好的韧性和塑性C.铁在潮湿空气中容易生锈，生锈的主要原因是铁与氧气和水发生化学反应D.铁能和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，这一反应属于置换反应二、非选择题（本大题有4小题，每小题13分，共52分）第一题【题目】请回答以下有关铁金属材料的问题。（1）铁的原子结构简述。（2）铁的冶炼和用途。第二题题目：某钢铁厂炼制生铁的过程中，不仅含有铁和碳，还含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质。请回答以下问题：1.列举生铁中可能含有的常见杂质及其来源。2.简述硫和磷对生铁性质的影响。3.如何降低生铁中硫和磷的含量？第三题题目：实验室需要制备一定量的氯化铁（FeCl3）溶液。现有以下试剂和仪器：试剂：铁粉、氯气、稀盐酸、氯化钠溶液、硫酸铁溶液、铁（II）硫酸盐、氢氧化钠溶液仪器：烧杯、试管、酒精灯、玻璃棒、滤纸、漏斗、铁架台、胶头滴管请根据上述试剂和仪器，设计一种制备氯化铁（FeCl3）溶液的实验方案，并简要说明实验步骤。第四题题目描述铁及其化合物在日常生活中有着广泛的应用。请根据下列要求回答问题：1.写出铁与水蒸气反应的化学方程式，并指出该反应的类型。2.描述铁锈形成的过程，并写出铁生锈的主要化学方程式。3.在实验室中，如何通过简单的化学实验来区分Fe²⁺和Fe³⁺？请至少提供两种方法，并简述操作步骤和预期观察到的现象。4.铁的合金钢因其优良的性能而被广泛应用。请简要介绍三种不同类型的钢（如碳素钢、不锈钢等），并说明它们的主要成分及用途。《第三章铁金属材料》试卷及答案一、单项选择题（本大题有16小题，每小题3分，共48分）1、下列关于铁金属材料特性的描述，正确的是：A、铁只存在于自然界中以单质形式存在。B、生铁是含碳量低于2.11%的铁合金。C、钢是由铁和少量碳以及其他元素组成的合金。D、镍和铬的合金可以增加不锈钢的抗腐蚀性。答案：D解析：铁主要以化合态存在于自然界中，如赤铁矿、磁铁矿等，因此A选项错误。生铁的含碳量通常在2.11%至4.3%之间，因此B选项错误。钢是由铁和碳以及可能的其他元素组成的合金，因此C选项描述不准确。镍和铬的合金能够增加不锈钢的抗腐蚀性能，因此D选项正确。2、下列关于铁的化学性质的说法中，正确的是（）A、铁在空气中会与氧气反应生成铁锈，化学方程式为：4Fe+3O2→2Fe2O3B、铁在氧气中燃烧时，会生成黑色的四氧化三铁，化学方程式为：3Fe+2O2→Fe3O4C、铁与稀盐酸反应，生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为：Fe+2HCl→FeCl2+H2↑D、铁在高温下与水蒸气反应，生成氢气和氧化铁，化学方程式为：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑答案：C解析：A选项中，铁与氧气反应生成的是氧化铁而不是铁锈；B选项中，铁在氧气中燃烧生成的是四氧化三铁，而非黑色；D选项中，铁与水蒸气反应生成的是四氧化三铁和氢气。只有C选项中，铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气的描述是正确的。3、下列关于铁的化合物的说法中，正确的是（）A.铁红（Fe2O3）常作为红色颜料，属于碱性氧化物B.氯化亚铁（FeCl2）溶液长期放置会析出红棕色沉淀C.酸性条件下，Fe2+没有还原性D.硫酸亚铁（FeSO4）可用于制造印刷电路板答案：B解析：A项，铁红（Fe2O3）确实常作为红色颜料，但它是一种碱性氧化物的说法是错误的，铁红属于碱性氧化物但并不意味着它是碱性的。B项，氯化亚铁（FeCl2）溶液在空气中容易被氧气氧化生成FeCl3，由于FeCl3溶液呈棕黄色，因此长期放置会析出红棕色沉淀，此说法正确。C项，在酸性条件下，Fe2+具有较强的还原性，可以被氧化剂如高锰酸钾等氧化，因此此说法错误。D项，硫酸亚铁（FeSO4）主要用于制造食品添加铁，其还原性较弱，但并非用来制造印刷电路板，因此此说法错误。4、铁在潮湿的空气中容易生锈，以下关于铁生锈的描述，正确的是：A.铁生锈是化学变化，可以逆转B.铁生锈是物理变化，不会逆转C.铁生锈是电化学变化，只能通过物理方式逆转D.铁生锈是氧化反应，可以添加特定物质抑制答案：D解析：铁生锈是一种氧化反应，是铁与水和氧气共同作用的结果。在适当的条件下，添加如金属锌或其他镀层可以减缓或阻止铁的氧化过程，因此可以认为是通过添加特定物质来抑制铁的生锈。选项D正确地说明了这一点。选项A、B和C均与铁生锈的实际过程和特性不符。5、下列关于铁金属材料的叙述，错误的是（）A、铁是地壳中含量最丰富的金属元素B、生铁是铁和碳的合金，碳含量较高，硬而脆C、钢是铁和碳的合金，碳含量较低，具有较好的韧性和强度D、不锈钢是一种特殊合金，能抵抗空气和水的腐蚀答案：A解析：A选项错误，地壳中含量最丰富的金属元素是铝，而铁是地壳中含量较丰富的金属元素之一。B、C、D选项的叙述均正确。6、铁是人类使用最多的金属之一，下列有关铁的描述中，哪一项不正确？A、铁是一种活泼的金属，能够与酸反应生成相应的盐和氢气。B、铁制品在潮湿环境中易发生电化学腐蚀。C、铁铝锈的主要成分是Fe3O4。D、生铁和钢都是铁的合金，但生铁的含碳量高于钢。答案：C解析：铁在潮湿空气中会形成铁锈，其主要成分是氧化铁(Fe2O3)，而非Fe3O4。因此，C选项是不正确的。A、B、D选项描述均正确。7、下列关于铁的化学性质的描述，错误的是：A、铁在潮湿的空气中会生锈B、铁在高温下会与氧气反应生成四氧化三铁（FeC、硫酸与铁反应生成硫酸亚铁（FeD、铁与氯气反应生成氯化铁（Fe答案：D解析：铁与氯气反应生成的是氯化铁（FeCl3），而不是氯化亚铁（8、下列关于铁的合金，说法错误的是（）A、生铁是含碳量较高的铁合金，硬而脆，主要用于铸造。B、钢是含碳量较低的铁合金，具有较好的韧性、硬度和塑性，广泛应用于建筑、制造等领域。C、不锈钢是添加了镍、铬等元素的铁合金，耐腐蚀性能好，常用于厨具、医疗器械等。D、铁合金是指以铁为基体，添加一定量的其他金属或非金属元素，以改善其性能的材料。答案：D解析：铁合金是指以铁为基体，添加一定量的其他金属或非金属元素，以改善其性能的材料。D选项中提到“以铁为基体”，但并未明确说明添加了其他元素，因此说法不准确。其他选项均正确描述了各自合金的特点。9、铁及其合金在生产和生活中有广泛的应用。下列关于铁合金的陈述中，哪一项是正确的？A、纯铁比生铁的硬度更高B、不锈钢是一种添加有镍、镁等元素的铁合金，具有良好的抗腐蚀性能C、铸造铁中硫的含量大于生铁D、合金钢是通过在钢中添加碳、硅、锰等元素来提高其性能答案：D解析：纯铁因为具有较大的塑性，在处理和加工时可能会因为断裂或削弱结构而使硬度降低，所以A选项错误。不锈钢是一种添加有铬、镍等多种元素的铁合金，并不是只含有镍和镁，故B选项错误。铸造铁中硫的含量是低于生铁的，钢材中添加硫会使材料脆性增加，故C选项错误。通过添加碳、硅、锰等元素可以提高合金钢的性能，因此D选项是正确的。10、铁与氧气反应生成的氧化铁的主要成分是（）。A.氧化亚铁（FeO）B.氧化铁（Fe2O3）C.三氧化二铁（Fe3O4）D.四氧化三铁（Fe3O4）答案：B解析：铁在空气中或纯氧中燃烧，生成的主要氧化物是氧化铁，化学式为Fe2O3。氧化铁具有红棕色，俗称为铁红。因此，选项B为正确答案。氧化亚铁（FeO）是铁和氧气在一定条件下可以生成的化合物，但不是铁与氧气反应生成的主要成分。三氧化二铁（Fe3O4）和四氧化三铁（Fe3O4）实际上是同一种氧化铁的两种不同的połączenie，所以在这个选项中，出现了重复的答案，且与氧化铁（Fe2O3）不符。11、下列关于铁的合金，不属于生铁的是：A、钢铁B、铸铁C、不锈钢D、纯铁答案：D解析：生铁是铁和碳的合金，通常含有2%到4.3%的碳，以及少量的硅、锰、硫、磷等元素。钢铁、铸铁和不锈钢都是铁的合金，但纯铁是未添加其他元素的铁，不属于合金。因此，正确答案是D。12、下列关于铁及其化合物的描述，正确的是（）。A.铁粉与稀硫酸反应生成Fe2+和H2，此反应是置换反应。B.FeCl3的水溶液呈酸性，是因为Fe3+能与H2O发生水解反应生成H+和Fe(OH)2。C.Fe2O3能与稀盐酸反应生成FeCl2和H2O。D.铁与浓硫酸在加热条件下反应生成Fe2(SO4)3和SO2。答案：A解析：A选项正确，铁粉与稀硫酸反应生成Fe2+和H2，这是一个典型的置换反应，铁把氢置换了出来。B选项错误，FeCl3水溶液呈酸性的原因是因为Fe3+发生了水解反应，生成Fe(OH)2+和H+，正确的产物应该是Fe(OH)3。C选项错误，Fe2O3与稀盐酸反应生成FeCl3和H2O。D选项错误，铁与浓硫酸在加热条件下反应不会生成Fe2(SO4)3，而是生成FeSO4和SO2。13、铁在潮湿的空气中容易生锈，其主要原因是因为空气中含有：A、氧气和二氧化碳B、水蒸气和氧气C、硫和氮D、氮气和二氧化碳答案：B解析：铁生锈是铁与氧气和水蒸气共同作用的结果，铁在空气中会与氧气反应生成氧化铁，同时潮湿的空气中存在的水蒸气也会加速铁的腐蚀过程。因此，正确答案是B选项：水蒸气和氧气。14、下列关于铁的合金，说法错误的是：A、生铁是含碳量较高的铁合金，硬而脆，不能锻造。B、钢是含碳量较低的铁合金，具有良好的韧性和塑性，可以锻造和焊接。C、不锈钢是添加了镍、铬等元素的钢，具有良好的耐腐蚀性。D、铁合金中的锰钢主要用于制造高强度的结构零件。答案：D解析：锰钢是铁合金中的一种，主要添加了锰元素，而不是镍、铬等元素。锰钢具有良好的耐磨性和韧性，但耐腐蚀性不如不锈钢。因此，选项D的说法错误。15、下列关于铁及其化合物的说法中，错误的是：A.铁在潮湿空气中易生锈，生成的主要物质是Fe₂O₃·xH₂O。B.Fe(OH)₃受热分解可以得到Fe₂O₃。C.FeSO₄溶液与NaOH溶液反应可生成白色沉淀，放置一段时间后变为红褐色。D.铁与稀硝酸反应只能生成Fe(NO₃)₃。答案：D解析：选项A描述了铁在潮湿空气中生锈的过程，生成物主要是水合氧化铁，这是正确的；选项B中Fe(OH)₃受热分解确实可以生成Fe₂O₃，这也是正确的；选项C描述了FeSO₄溶液与NaOH溶液反应的现象，即先生成白色的Fe(OH)₂沉淀，由于空气中氧气的作用，该沉淀迅速被氧化成红褐色的Fe(OH)₃沉淀，这一描述也是准确的；而选项D则不完全正确，因为铁与稀硝酸反应的产物取决于硝酸的浓度和温度等条件，除了可能生成Fe(NO₃)₃外，还可能生成Fe(NO₃)₂。因此，选项D为错误说法。16、下列关于铁及其合金的叙述中，错误的是（）A.生铁是铁和碳的合金，含碳量较高，硬而脆B.钢是含碳量较低的铁合金，具有良好的韧性和塑性C.铁在潮湿空气中容易生锈，生锈的主要原因是铁与氧气和水发生化学反应D.铁能和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，这一反应属于置换反应答案：C解析：A选项正确，生铁确实是铁和碳的合金，含碳量较高，硬而脆。B选项正确，钢是含碳量较低的铁合金，具有良好的韧性和塑性。D选项正确，铁能和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，这一反应属于置换反应。C选项错误，铁在潮湿空气中生锈，主要是因为铁与氧气和水发生化学反应，但不仅仅是氧气和水的共同作用，还包括了其他因素，如酸性、碱性物质的存在等。二、非选择题（本大题有4小题，每小题13分，共52分）第一题【题目】请回答以下有关铁金属材料的问题。（1）铁的原子结构简述。【答案】铁（Fe）原子的原子序数是26，这意味着它有26个质子。铁的电子排布遵循朗道规则（即泡利不相容原理），其电子排布为：1s【解析】铁的原子序数为26，表示它的原子核中有26个质子。通过遵循泡利不相容原理和能量最低原理，铁的电子会按照能级的顺序填充，最终电子排布为1s在这个排布中，4s能级填充2个电子，3d能级填充6个电子，这符合铁在周期表中的位置（第四周期，第8族）。（2）铁的冶炼和用途。【答案】冶炼方法：铁的冶炼主要使用高炉法，涉及铁矿石（如赤铁矿Fe₂O₃或磁铁矿Fe₃O₄）与一氧化碳（CO）反应生成铁单质。反应方程式大致如下：Fe主要用途：铁被广泛应用于制造各种金属结构件、建筑、制造工具、机器设备、日常用品等。铁素体（含碳量较低的纯铁）和不锈钢（含碳量较低并添加了铬元素的铁合金）因其不同的物理和化学特性，被用于不同场景。例如，铁素体铁主要用于制造高强度结构件，不锈钢则常用于制造耐腐蚀配件、餐具及其他需要耐腐蚀性好的物品。【解析】冶炼方法解析：高炉法是传统的冶炼铁的方法，通过高温条件下CO与铁矿石中的三氧化二铁发生还原反应来提取纯铁。主要用途解析：铁及其合金的广泛应用与它们的物理和化学性质密切相关。铁素体因其强度高被广泛应用于需要高强度的结构件；而不锈钢不仅具有高强度还具有优良的抗腐蚀性，因此适用于要求较高耐腐蚀性的场合。第二题题目：某钢铁厂炼制生铁的过程中，不仅含有铁和碳，还含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质。请回答以下问题：1.列举生铁中可能含有的常见杂质及其来源。2.简述硫和磷对生铁性质的影响。3.如何降低生铁中硫和磷的含量？答案：1.生铁中可能含有的常见杂质及其来源：硅（Si）：来源于矿石中的二氧化硅。锰（Mn）：来源于矿石中的含锰矿物。硫（S）：来源于矿石、燃料和熔剂。磷（P）：来源于矿石、燃料和酸性熔剂。2.硫和磷对生铁性质的影响：硫：会使生铁变脆，降低机械性能，并在热加工时分解出硫化氢（H₂S），造成热脆。磷：会提高生铁的脆性，尤其是在低温下，同时降低生铁的可铸性。3.降低生铁中硫和磷的方法：选择含硫、磷含量较低的原料。在冶炼过程中添加固体脱硫剂，如萤石（CaF₂）。使用高熔点熔剂，以减少硫和磷在熔剂中的作用。控制冶炼过程中的温度，避免过高温度下的元素挥发。加强冶炼过程中的搅拌和脱硫脱磷的化学反应。解析：本题目旨在考察学生对生铁中杂质成分和性质的理解。第一小题要求学生能够识记并列举杂质及其来源，体现了知识的应用。第二小题通过分析硫和磷的影响，要求学生理解杂质元素对材料性能的影响，培养了学生的分析能力。第三小题则要求学生提出降低杂质含量的方法，考察了学生解决问题的能力。在解答中，学生应结合所学的化学知识，如元素的性质、反应原理等，进行综合分析。第三题题目：实验室需要制备一定量的氯化铁（FeCl3）溶液。现有以下试剂和仪器：试剂：铁粉、氯气、稀盐酸、氯化钠溶液、硫酸铁溶液、铁（II）硫酸盐、氢氧化钠溶液仪器：烧杯、试管、酒精灯、玻璃棒、滤纸、漏斗、铁架台、胶头滴管请根据上述试剂和仪器，设计一种制备氯化铁（FeCl3）溶液的实验方案，并简要说明实验步骤。答案：实验方案：1.制备氯化亚铁（FeCl2）溶液：将一定量的铁粉加入烧杯中。向烧杯中加入适量的稀盐酸，搅拌至铁粉完全溶解，生成氯化亚铁（FeCl2）溶液。使用滤纸和漏斗过滤掉不溶物。2.氧化氯化亚铁（FeCl2）溶液：将过滤得到的氯化亚铁溶液倒入另一烧杯中。将氯气缓缓通入烧杯中，直至溶液颜色变为黄色，表明氯化亚铁已被氧化为氯化铁（FeCl3）。3.纯化氯化铁（FeCl3）溶液：将氧化后的溶液过滤，以去除可能存在的杂质。用蒸馏水洗涤滤渣，以确保氯化铁溶液的纯度。4.浓缩氯化铁（FeCl3）溶液：将纯化的氯化铁溶液转移至蒸发皿中。在铁架台上放置蒸发皿，用酒精灯加热浓缩溶液，直至出现晶体。5.收集氯化铁晶体：关闭酒精灯，待蒸发皿冷却后，用滤纸过滤收集氯化铁晶体。解析：本实验方案利用了铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁，然后通过氯气的氧化作用将氯化亚铁转化为氯化铁。实验步骤中注意了过滤和洗涤以去除杂质，并通过加热浓缩溶液来获得氯化铁晶体。实验过程中要注意安全，特别是氯气的使用需在通风良好的条件下进行。第四题题目描述铁及其化合物在日常生活