新教材2023年高中化学学业质量标准检测3铁金属材料新人教版

第三章学业质量标准检测相对原子质量H：1O：16Al：27S：32Cl：35.5Fe：56Cu：64(90分钟，100分)一、选择题(每小题2分，共20分，每小题只有一个选项符合题意)1．下列成语或谚语中蕴含着一定的化学知识或原理，下列有关说法错误的是(D)A．百炼成钢——通过反复锤炼，除去铁中部分杂质，使其转化为钢B．水滴石穿——CO2＋H2O＋CaCO3=Ca(HCO3)2(以大理石为例)C．恨铁不成钢——钢的性能远优于铁D．真金不怕火炼——单质金的熔点很高解析：锤炼过程中可除去一部分碳等杂质，A项正确；空气中的CO2可与CaCO3在水中缓慢反应，B项正确；钢的性能比铁好，C项正确；真金不怕火炼是指在高温下也很难发生反应，D项错误。2．(2021·广东，1)今年五一假期，人文考古游持续成为热点。很多珍贵文物都记载着中华文明的灿烂成就，具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。下列国宝级文物主要由合金材料制成的是(A)选项ABCD文物名称铸客大铜鼎河姆渡出土陶灶兽首玛瑙杯角形玉杯解析：铜鼎的主要成分是铜、锡和铅，属于合金材料，A项正确；土陶灶的主要成分是硅酸盐，B项错误；玛瑙的主要成分为SiO2，SiO2不是合金材料，C项错误；玉杯的主要成分是SiO2、Al2O3、Na2O，不是合金材料，D项错误。3．下列各组反应，最终一定能得到白色沉淀的是(D)A．向CaCl2溶液中通入CO2B．向FeCl3溶液中加入NaOH溶液C．向FeCl2溶液中加入过量NaOH溶液D．向MgSO4溶液中加入足量NaOH溶液解析：向CaCl2溶液中通入CO2不反应，A错误；向FeCl3溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀，B错误；向FeCl2溶液中加入过量NaOH溶液先产生白色沉淀，然后迅速转化为灰绿色，最终变为红褐色，C错误；向MgSO4溶液中加入足量NaOH溶液产生氢氧化镁沉淀，D正确。4．类比法是研究物质性质的常用方法之一，可预测许多物质的性质。但类比是相对的，不能违背客观事实。下列有关类比推测的说法正确的是(B)A．已知Fe与S能直接化合生成FeS，推测Cu和S可直接化合生成CuSB．已知Fe与CuSO4溶液反应，推测Fe与AgNO3溶液也能反应C．已知Cu与Cl2能直接化合生成CuCl2，推测Fe与Cl2可直接化合生成FeCl2D．已知Al能与O2生成致密氧化膜保护金属，推测Fe也与O2生成氧化膜保护金属解析：Cu与S反应生成Cu2S；Fe与Cl2化合生成FeCl3；Fe在潮湿空气中生成Fe2O3，比较疏松，不能保护内部金属。5．在复杂体系中，确定化学反应先后顺序有利于解决问题。已知氧化性Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋。若在氯化铁溶液蚀刻铜印刷电路板后所得的溶液里加入过量锌片。下列说法正确的是(B)A．Fe3＋首先反应，转化为FeB．反应开始时c(Fe2＋)增大，然后又减小C．Fe2＋首先反应，转化为FeD．存在反应Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu解析：氧化性Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋，加入过量锌片，Fe3＋先被还原，但只能生成Fe2＋，选项A错误；反应开始时锌将Fe3＋还原产生Fe2＋，c(Fe2＋)增大，后Fe2＋也被锌还原时，c(Fe2＋)又减小，选项B正确；氧化性Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋，Fe2＋最后被还原，选项C错误；反应过程中锌的还原性最强，直接将铜还原，而不存在反应Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu，选项D错误。6．有关铁的氧化物的说法中，不正确的是(D)A．赤铁矿主要成分是Fe2O3，Fe2O3是红棕色的，常用作红色油漆和涂料B．Fe3O4是黑色晶体，其中eq\f(1,3)的铁显＋2价，eq\f(2,3)的铁显＋3价C．FeO、Fe2O3、Fe3O4都不溶于水，但都能和盐酸反应生成相应的盐D．FeO不稳定，在空气中加热迅速被氧化成Fe2O3解析：FeO不稳定，在空气里受热迅速被氧化成Fe3O4。7．医疗上颇为流行的“理疗特效热”，就是利用铁缓慢氧化放出均匀、稳定的热，使患处保持温热状态。若56g铁粉完全氧化成氧化铁，则需要消耗氧气的质量为(A)A．24g B．32gC．21g D．16g解析：56g铁的物质的量为1mol，由4Fe＋3O2=2Fe2O3可知，1mol铁生成0.5mol氧化铁，消耗0.75mol氧气，其质量为24g。8．现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(提示：Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑)(D)样品eq\o(→,\s\up7(稀盐酸),\s\do5(①))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(气体,溶液,难溶物\o(→,\s\up7(浓NaOH溶液),\s\do5(②))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(气体,溶液,难溶物))))A．Al、Mg、Si、ZnB．Al、Fe、Zn、NaC．Al、Na、Cu、FeD．Al、Cu、Mg、Si、Mn9．在西汉刘安组织编撰的《淮南万毕术》中，有“曾青得铁则化为铜”的记载。这说明早在西汉时期，我国劳动人民就已经发现铁能从某些含铜(＋2价)化合物的溶液中置换出铜，这个反应是现代湿法冶金的基础。下列关于该反应的说法中，正确的是(B)A．该反应说明历史上铁的应用比铜早B．该反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋=Cu＋Fe2＋C．该反应说明金属单质与盐溶液的反应均为置换反应D．该反应说明金属单质都能与盐发生反应10．生活总是充满五颜六色。如图所示，硫酸铁与M、N、P、Q反应产生不同的现象。则各符号对应的试剂错误的是(C)A．M：硫氰化钾溶液 B．N：铁粉C．P：氢氧化钡溶液 D．Q：氨水二、选择题(每小题4分，共20分，每小题有1个或2个选项符合题意)11．某兴趣小组进行某补血剂中铁元素含量的测定实验流程如下：eq\x(\a\al(补血剂,10片))eq\o(→,\s\up7(研磨),\s\do5(①))eq\o(→,\s\up7(硫酸),\s\do5(过滤))eq\x(滤液)eq\o(→,\s\up7(H2O2))eq\o(→,\s\up7(过量氨水),\s\do5(②))eq\x(\a\al(红褐色,悬浊液))eq\o(→,\s\up7(多步操作),\s\do5(③))eq\x(氧化铁固体wg)下列说法不正确的是(AB)A．步骤①研磨时需要在烧杯中进行B．步骤②加入氨水的作用是将Fe2＋完全沉淀C．步骤③多步操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却称重D．每片补血剂中铁元素的质量为0.07wg解析：步骤①是将补血剂磨成细粉，便于溶解，研磨时需要在研钵中进行，A错误；步骤②中加入过氧化氢是将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后用过量氨水将Fe3＋完全沉淀为红褐色氢氧化铁，B错误；步骤③是将氢氧化铁沉淀转化为氧化铁，通过测定氧化铁的质量，计算补血剂中铁元素的含量，所以操作为过滤、洗涤、灼烧至恒重、冷却、称重，C正确；wg氧化铁中铁元素的质量即为10片补血剂中铁的质量，所以每片补血剂含铁元素的质量为eq\f(wg×\f(112,160),10)＝0.07wg，D正确。12．下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是(AC)选项ABCDXFeCl3溶液FeCl3溶液FeNa2SO4溶液YFeCl2CuCl2AlNa2CO3ZCl2FeNaOH溶液BaCl2溶液解析：Cl2能把FeCl2氧化成为FeCl3，A项正确；Fe把FeCl3还原成FeCl2，B项错误；Al被NaOH溶液溶解，而Fe不反应，C项正确；D项中应加适量稀硫酸而不是BaCl2溶液，错误。13．金属钛有“未来金属”之称，具有低密度、高硬度等性能，化学性质稳定。钛的化合价主要有＋4价和＋3价，其中＋3价钛极易被氧化。下列有关说法正确的是(BD)A．金属钛就是钛合金B．Ti2O3化学性质不稳定C．FeTiO3(钛酸亚铁)中钛的化合价为＋3价D．钛及其合金可广泛应用于航空领域解析：钛是单质，而合金是混合物，所以两者不同，故A错误；＋3价钛极易被氧化，所以Ti2O3的化学性质不稳定，故B正确；根据化合价代数和为零，FeTiO3(钛酸亚铁)中铁为＋2价，所以钛的化合价为＋4价，故C错误；钛及其合金具有密度小、强度高、耐酸、碱腐蚀等优良性能，被广泛用于航天领域，故D正确。14．向某溶液中加入铝粉能放出H2，下列各组离子一定不能在该溶液中大量共存的是(B)A．Na＋、Fe3＋、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－B．Ba2＋、Mg2＋、HCOeq\o\al(－,3)、NOeq\o\al(－,3)C．Na＋、K＋、NOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)D．K＋、NOeq\o\al(－,3)、Na＋、SOeq\o\al(2－,4)15．利用铁元素价类二维图可以从不同角度研究含铁物质的性质及其转化关系，下列说法不正确的是(D)A．铁与氧气反应可以实现上述转化①B．Fe(OH)3无法一步转化为Fe(OH)2C．由图可预测高铁酸盐(FeOeq\o\al(2－,4))具有强氧化性D．欲证明某溶液中含Fe2＋而无Fe3＋的最佳方案为先滴加H2O2溶液，再滴加KSCN解析：在常温条件下铁与氧气缓慢反应会生成氧化铁，即铁的生锈，故A正确；由于Fe(OH)2是一种白色絮状难溶物，Fe(OH)3是一种红褐色难溶物，Fe(OH)3先加入酸，变成Fe3＋，再还原成Fe2＋，再生成Fe(OH)2，Fe(OH)3无法一步转化为Fe(OH)2，故B正确；高铁酸盐(FeOeq\o\al(2－,4))中Fe为＋6价，很容易得电子变成Fe3＋，具有强氧化性，可用于杀菌消毒，故C正确；先滴加H2O2溶液，再滴加KSCN，不能排除三价铁离子的干扰，正确的操作和现象为先滴加KSCN溶液，不显红色，排除三价铁离子的干扰，再滴加H2O2溶液后显红色，可证明二价亚铁离子存在，故D错误。三、非选择题(本题包括5个小题，共60分)16．(12分)生物浸出技术在金属冶炼中应用广泛。嗜热细菌在65～80℃酸性水溶液及氧气存在下，能氧化黄铜矿(主要成分CuFeS2)产生硫酸盐，进而生产铜和绿矾，主要流程如下：(1)分离出矿渣的操作是__过滤__。(2)若试剂b为Fe粉，反应①的化学方程式为__CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu__。(3)氢氧化铁与试剂a发生中和反应，试剂a为__eq\a\vs4\al(H2SO4)__(填化学式)，反应②的化学方程式为__2Fe(OH)3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋6H2O__。(4)最后由硫酸铁溶液获得绿矾晶体的操作步骤为操作步骤依次为加适量铁粉、过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。写出加适量铁粉时发生反应的离子反应方程式__2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋__。解析：黄铜矿粉与硫酸、氧气及嗜热细菌在65～80℃时反应生成硫酸铁、硫酸铜的混合液，过滤分离矿渣和溶液；硫酸铜加入铁粉，生成硫酸亚铁溶液和铜；氢氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁，硫酸铁与铁粉反应生成硫酸亚铁溶液，经过一系列操作制备绿矾。(1)溶液与固体物质分离用过滤的方法。(2)若试剂b为Fe粉，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，方程式为CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu。(3)氢氧化铁与试剂a发生中和反应生成硫酸铁和水，则试剂a为硫酸；反应的方程式为2Fe(OH)3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋6H2O。(4)硫酸铁与铁粉反应生成硫酸亚铁，离子方程式为2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。17．(12分)利用“价—类”二维图研究物质的性质是一种有效的学习方法。铁及其部分化合物的“价—类”二维图如图所示。(1)X、Y的化学式分别为__Fe2O3__、__Fe(OH)2__。(2)图中只具有还原性的物质是__Fe__(填化学式)。(3)要证明FeCl2有氧化性、还原性的试剂分别为__锌(或铝等)__、__新制氯水(或酸性KMnO4溶液等氧化性较强的物质)__。(4)某实验小组设计如下实验探究亚铁盐的性质。实验操作现象Ⅰ1.0mL0.1mol·L－1FeSO4溶液中滴入1.0mL0.5mol·L－1NaOH溶液生成白色沉淀，3min后沉淀基本变为红褐色Ⅱ1.0mL0.1mol·L－1FeSO4溶液中滴入1.0mL0.5mol·L－1NaHCO3溶液生成白色沉淀，3min后沉淀颜色几乎不变①对实验Ⅱ所得白色沉淀展开研究[已知Fe(HCO3)2在水中不能大量存在]：ⅰ.取Ⅱ中少量白色沉淀，充分洗涤，向其中加入稀硫酸，沉淀完全溶解，产生无色气泡；ⅱ.向ⅰ所得溶液中滴入KSCN试剂，溶液几乎不变红；ⅲ.向ⅱ所得溶液中再滴入少量H2O2溶液，溶液立即变为红色。根据以上现象，实验Ⅱ中生成的白色沉淀的化学式为__FeCO3__。②研究过程中发现实验Ⅱ中白色沉淀在空气中久置最终也变为红褐色。则该沉淀的还原性比实验Ⅰ中所得的Fe(OH)2的还原性__弱__(填“强”或“弱”)。解析：(1)由图可知，X是Fe元素化合价为＋3的氧化物，则X是Fe2O3；Y是Fe元素化合价为＋2的碱，则Y是Fe(OH)2。(2)单质Fe为铁元素的最低价态，化合价只能升高，只具有还原性。(3)要证明FeCl2具有氧化性，则需使用还原剂，如锌，铝等还原性较强的金属；要证明FeCl2具有还原性，则需使用氧化剂，如新制氯水、酸性KMnO4溶液等氧化性较强的物质。(4)①由ⅱ、ⅲ的现象可知该白色沉淀中含＋2价铁，结合已知条件Fe(HCO3)2在水中不能大量存在，可推知该白色沉淀是FeCO3；②FeCO3在空气中久置变为红褐色，证明FeCO3中的Fe从＋2价被氧化到＋3价，但被氧化所需时间比Fe(OH)2被氧化所需时间长，即FeCO3比Fe(OH)2难被氧化，所以FeCO3的还原性比Fe(OH)2的还原性弱。18．(12分)一个体重50kg的健康人，体内含铁元素约2g，这2g铁元素以Fe2＋和Fe3＋的形式存在。Fe2＋易被吸收，所以给贫血者补充铁时，应补充含Fe2＋的亚铁盐(如FeSO4)，服用维生素C可使食物中的Fe3＋转化成Fe2＋，有利于人体对铁的吸收。(1)人体中经常进行Fe3＋与Fe2＋的转化，在此转化过程中，Fe2＋作__还原__剂(填“氧化”或“还原”，下同)，被__氧化__。(2)“服用维生素C可使食物中的Fe3＋转化成Fe2＋”这句话说明，维生素C在这个反应中作__还原__剂(填“氧化”或“还原”，下同)，具有__还原__性。(3)补血剂的主要成分是FeSO4，请写出制备FeSO4的符合要求的化学方程式：①置换反应：__Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑__。②复分解反应：__Fe(OH)2＋H2SO4=FeSO4＋2H2O__。(4)有人在研究硫酸亚铁(FeSO4)热稳定性时，作出了两种假设：①假设它按CaCO3，受热分解的方式分解，反应的化学方程式为__FeSO4eq\o(=,\s\up7(△))FeO＋SO3↑__。②假设它按KClO3受热分解的方式分解，已知产物为三种，且都是氧化物，其中有两种是酸性氧化物，且其中一种为SO3，则分解反应的化学方程式为__2FeSO4eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑(或3FeSO4eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋SO2↑＋2SO3↑)__。解析：(1)Fe2＋转变为Fe3＋，Fe2＋的化合价升高，作还原剂，被氧化。(2)“服用维生素C可使食物中的Fe3＋转化成Fe2＋”这句话说明，维生素C把Fe3＋还原为Fe2＋具有还原性，作还原剂。(3)①生成FeSO4的置换反应可以选择金属和酸反应，Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑；②复分解反应可以选择酸碱中和反应Fe(OH)2＋H2SO4=FeSO4＋2H2O。(4)①假设它按CaCO3受热分解的方式分解CaCO3eq\o(=,\s\up7(△))CaO＋CO2↑，故硫酸亚铁的分解方程式为FeSO4eq\o(=,\s\up7(△))FeO＋SO3↑；②假设它按KClO3受热分解的方式分解，2KClO3eq\o(=,\s\up7(△))2KCl＋3O2↑，已知产物为三种，且都是氧化物，其中有两种是酸性氧化物，且其中一种为SO3，则方程式为2FeSO4eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑或3FeSO4eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋SO2↑＋2SO3↑。19．(12分)某研究小组同学欲探究某袋敞口放置一段时间的名为“硫酸亚铁家庭园艺精品肥料”的花肥的主要成分及相关性质。首先对该花肥的成分进行了如下假设：a．只含有FeSO4；b.含有FeSO4和Fe2(SO4)3；c.只含有Fe2(SO4)3。将少量花肥粉末溶于水中得到溶液(记为X)，进行实验：实验序号实验操作实验现象ⅰ取2mL溶液X于试管中，加入1mL1mol·L－1NaOH溶液产生红褐色沉淀ⅱ取2mL溶液X于试管中，加入1滴KSCN溶液溶液显红色(1)作出假设b的依据是__FeSO4具有还原性，放置在空气中一段时间后，容易被氧气氧化为Fe2(SO4)3__(用文字表述)。(2)该小组同学对实验ⅰ的预期现象是先产生白色沉淀，然后沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，预测产生该现象的依据是__Fe2＋2OH－=Fe(OH)2↓__、__4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3__(用化学方程式或离子方程式表示)。(3)由实验i可知，花肥中一定含__Fe2(SO4)3__(填化学式)。结合实验ⅰ、ⅱ，推测实验ⅰ实际现象与预期现象不符的原因可能是__溶液中存在Fe3＋，遇NaOH产生红褐色沉淀，因此观察不到Fe2＋与NaOH反应生成沉淀的颜色变化(或Fe2＋已全部被氧化为Fe3＋，溶液中无Fe2＋)，因此观察不到预期现象__(写出1条即可)。为进一步验证假设，该小组同学进行了实验：实验序号实验操作实验现象ⅲ取2mL溶液X于试管中，加入1滴KSCN溶液，再加入1mL水溶液显红色ⅳ取2mL溶液X于试管中，加入1滴KSCN溶液，再加入1mL新制氯水溶液显红色，且颜色比实验ⅲ中的深(4)实验ⅳ中Cl2参加反应的离子方程式是____Cl2＋2Fe2＋=2Cl－＋2Fe3＋__。(5)通过以上实验可知，假设__b__(填“a”“b”或“c”)成立。在明确了溶液X的组成后，该小组同学为进一步探究溶液X与锌粉的反应，进行了实验Ⅴ。实验序号实验操作实验现象Ⅴ取2mL溶液X于试管中，加入少量锌粉无明显现象在操作过程中，发现锌粉漂浮在试管中，影响实验现象的观察，因此未观察到明显现象。该小组同学为确定反应是否发生，查阅资料发现Fe2＋遇铁氰化钾溶液产生蓝色沉淀；据此对实验V进行了改进，进行了实验ⅵ、ⅶ：实验序号实验操作实验现象ⅵ取2mL溶液X于试管中，加入3滴铁氰化钾溶液产生蓝色沉淀ⅶ取2mL溶液X于试管中，加入少量锌粉，再加入3滴铁氰化钾溶液产生蓝色沉淀，且沉淀量比实验ⅵ中的多(6)由此得出，实验Ⅴ中未观察到明显现象，并不意味着未发生反应。写出实验Ⅴ中一定发生的反应的离子方程式__Zn＋2Fe3＋=Zn2＋＋2Fe2＋__。解析：(1)由于FeSO4具有还原性，放置在空气中一段时间后容易被氧气氧化为Fe2(SO4)3。(2)Fe2＋与NaOH溶液反应生成白色沉淀Fe(OH)2，Fe(OH)2易被氧气氧化，最终转化为Fe(OH)3，所以实验的预期现象是先产生白色沉淀，然后沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，反应的化学方程式为Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。(3)实验ⅱ中溶液显红色，说明溶液中存在Fe3＋，因此花肥中肯定有Fe2(SO4)3。由于溶液中存在Fe3＋，遇NaOH产生红褐色沉淀，因此观察不到Fe2＋与NaOH反应生成沉淀的颜色变化，也可能是Fe2＋已全部被氧化为Fe3＋，溶液中无Fe2＋，因此观察不到预期现象。(4)实验ⅳ中溶液显红色，且颜色比实验ⅲ中的深，说明Fe3＋浓度增加，这是因为溶液中的Fe2＋被Cl2氧化为Fe3＋，则实验ⅳ中Cl2参加反应的离子方程式是Cl2＋2Fe2＋=2Cl－＋2Fe3＋。(5)根据实验现象可判断，实验ⅲ证明了溶液中有Fe3＋；实验ⅳ中加入氯水后溶液颜色变深，说明Fe3＋浓度增加，也就是溶液中的Fe2＋被氯水氧化为Fe3＋，因此证明原溶液中有Fe2＋，从而即可证明溶液中既有Fe3＋，也有Fe2＋，因此假设b成立。(6)氧化性Fe3＋>Fe2＋，加入锌粉后，Fe3＋先与Zn反应生成Fe2＋和Zn2＋，结合实验ⅶ知实验V中一定发生的反应是Zn＋2Fe3＋=Zn2＋＋2Fe2＋。20．(12分)实验室用绿矾(FeSO4·7H2O)为原料制备补血剂甘氨酸亚铁[(H2NCH2COO)2Fe]，有关物质性质如下：甘氨酸(H2NCH2COOH)柠檬酸甘氨酸亚铁易溶于水，微溶于乙醇，两性化合物易溶于水和乙醇，有酸性和还原性易溶于水，难溶于乙醇实验过程：Ⅰ.配制含0.10molFeSO4的绿矾溶液。Ⅱ.制备FeCO3：向配制好的绿矾溶液中，缓慢加入200mL1.1mol·L－1NH4HCO3溶液，边加边搅拌，反应结束后过滤并洗涤沉淀。Ⅲ.制备[(H2NCH2COO)2Fe]：实验装置如图(夹持和加热仪器已省略)，将实验Ⅱ得到的沉淀和含0.20mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中，然后利用A中反应产生的气体将C中空气排净，接着滴入