铁的单质（导学案）高一化学

第三章铁金属材料第一节铁及其化合物第一课时铁的单质【学习目标】1.了解铁元素在自然界中的存在形态、与人体健康的关系，体会化学对人类生活的重要意义；从我国古代应用铁的化学史感受中华民族在科技发展进程中的贡献,增强文化自信。2.能用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质，基于实验事实写出铁与水蒸气反应的化学方程式，并用于解释生产中简单的化学问题，培养安全意识。3.结合应用实例，将铁的性质的知识运用于解决生产、生活中简单的化学问题，强化性质决定用途的观念。【学习重点】铁单质的性质【学习难点】铁与水蒸气反应的实验原理【课前预习】旧知回顾：银白色金属，在空气中容易（填“容易”会“不容易”）被氧化，生成Na2O（填化学式，下同），点燃时生成Na2O2。2、金属钠与稀盐酸的反应的离子方程式：2Na+2H+=2Na++H2↑；与CuSO4稀溶液反应的化学方程式：2Na+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑；与非金属单质氯气、硫反应的化学方程式：4Na+Cl2eq\o(\o(\s\up6(_____),\s\up4(_____)),\s\up6(高温))2NaCl、4Na+S=2Na2S；与熔融态的TiCl4的反应：TiCl4+4Naeq\o(\o(\s\up6(_____),\s\up4(_____)),\s\up6(高温))4NaCl+Ti。新知预习：1、人类最早使用的铁，是来自太空的陨铁。铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以单质形态存在，但主要是以+2价和+3价化合物的形态存在于矿石中。铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。2、铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同,Fe与Cl2反应无论用量多少都生成FeCl3而不是FeCl2；Fe与S反应生成FeS而不是Fe2S3；Fe与I2反应生成FeI2而不是FeI3。【课中探究】情景导入：铁是目前产量最大，用途最广泛的金属材料（展示生活中与金属铁有关的图片，见PPT），本节课，我们就要来研究这种重要的金属元素—铁。一、铁单质的物理性质活动一、铁元素的存在任务一、阅读教材P6364页内容，思考铁元素在自然界的存在有何特点？【答案要点】①②③④结论：铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以单质的形式存在，但是主要还是以化合物的形式存在于矿石中。【答案要点】①铁在成人体中的含量为4～5g，是人体必需微量元素中含量最多的一种。②人体内的铁化合物主要分为两类，即功能性铁和储存铁。功能性铁参与氧的运输，其余的铁与一些酶结合，分布于身体各器官。③体内缺铁将会导致人的记忆能力、免疫能力和对温度的适应能力等生理功能下降。如果体内的铁不足以供给生命活动的需要，就会发生贫血。④为了满足生理需要，成人每天铁的适宜摄入量为15～20mg。动物内脏、肉类、鱼类、蛋类等动物性食物中的铁容易被吸收。活动二、铁单质的物理性质任务一、观察生铁的样品，阅读教材P65页第一自然段，思考铁具有哪些物理性质？【答案要点】①白色、有金属光泽的固体，熔沸点高（熔点1535℃，沸点2750℃），密度7.86g‧‧cm3，铁有延展性、导电性和导热性，但其导电性不如铜和铝。②铁能被磁体吸引。因此可以用磁铁吸引的方法证明某物质中是否含有铁。③金属铁的熔沸点和密度明显高于金属钠，当然其硬度也比钠高的多。问题探究：为什么铁器时代晚于铜器时代？【答案要点】①自然界中铁单质的储量少于铜单质；②铁的活动性比铜强。【对应训练】1．下列有关物质的性质与用途对应关系错误的是（）A．铁粉具有还原性，可作食品的抗氧化剂B．小苏打可溶于水，可作糕点的膨松剂C．臭氧具有强氧化性，可作食品的杀菌剂D．维生素C具有还原性，可作食品的抗氧化剂【答案】B【解析】A．Fe粉具有还原性，易和空气中的氧气反应，可用作食品袋中的抗氧化剂，故A不选；B．小苏打加热分解会产生二氧化碳，可作糕点的膨松剂，物质的性质与用途对应关系错误，故B选；C．

臭氧是一种强氧化性的气体，具备强有力的杀菌消毒功效，可作食品的杀菌剂，故C不选；D．维生素C又名抗坏血酸，具有酸性和强还原性，可用作食品抗氧化剂，故D不选；正确答案是B。2．纯净铁的物理性质有：①光亮的银白色②黑色③在潮湿的空气中易被腐蚀④有延展性⑤能导电导热⑥硬而脆⑦能被磁铁吸，引易被磁化（）A．①③④⑤⑦ B．①④⑤⑦ C．①③⑤⑦ D．全部【答案】B【解析】纯净的铁为银白色固体，具有很强的抗腐蚀能力，具有延展性，能导电导热，能被磁铁吸，引易被磁化；只有①④⑤⑦符合题意，故答案选B。二、铁单质的化学性质活动一、铁单质与钠单质性质比较任务一、联系金属钠的性质，结合铁的原子结构示意图（原子序数为26）和教材P65页“思考与讨论”，比较金属铁与金属钠化学性质的异同？填写表格内容。【答案要点】①铁原子结构特点：失去2e失去2e失去3eFeFe3+Fe2+②金属铁与金属钠化学性质比较铁钠非金属单质（Cl2、O2、S）2Fe+3Cl2eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())2FeCl33Fe+4O2eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4Fe+Seq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())FeS2Na+Cl2eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())2NaCl4Na+O2=2Na2O、2Na+O2eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())Na2O22Na+Seq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())Na2S酸（非氧化性如HCl）Fe+2HCl=FeCl2+H2↑2Na+2HCl=2NaCl+H2↑盐溶液(CuSO4)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu2Na+CuSO4+2H2O=Na2SO4+Cu(OH)2+H2↑水?2Na+2H2O=2NaOH+H2↑任务二、问题探究：铁在反应中有+2和+3的变价，那么是什么在决定生成物中铁元素的化合价呢？请举例说明。【答案要点】①在反应中铁元素的化合价是由氧化剂的氧化性强弱决定的。强氧化剂（如氯气）将铁氧化成+3价，弱氧化剂（如硫单质）将铁氧化成+2价。②铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。③Fe与Br2反应生成FeBr3，但与I2反应时生成FeI2，通过这一事实可以说明Br2的氧化性比I2强。【对应训练】1．下列叙述正确的是()A．纯铁为灰黑色，所以铁属于黑色金属B．铁在硫蒸气中燃烧生成Fe2S3C．纯铁的抗腐蚀能力非常强，铁在干燥的空气里不易被氧化D．足量的铁在氯气中燃烧生成FeCl2和FeCl3【答案】C【解析】A.在冶金上，把铁归为黑色金属，但纯铁为银白色，故A不选；B.铁在硫蒸气中燃烧生成FeS，故B不选；C.由于纯铁不易形成原电池，所以纯铁的抗腐蚀能力非常强，铁在干燥的空气里不易被氧化，故C选；D.铁在氯气中燃烧只生成FeCl3，不会生成FeCl2，故D不选。故选C。2.下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是()A．工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁B．铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4C．工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸D．氯化铁溶液有较强氧化性，故可用作净水剂【答案】D【解析】常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化现象，阻止反应进行，工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸，故C正确；氯化铁有氧化性，但不是用作净水剂的原因，净水是利用铁离子水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性，能吸附悬浮的杂质净水，故D错误。活动二、探究铁与水的反应任务一、问题探究：通过钠和水的反应，可知水是一种较弱的氧化剂。结合生活常识以及以下材料，预测水能氧化铁吗?材料：在钢铁厂的生产中，炽热的铁水或钢水注入模具之前，模具必须进行充分的干燥处理，不得留有水(如图3⁓4)。【答案要点】生活经验告诉我们，在常温下，铁与水是不发生反应的。根据材料，在高温下，铁可能与水发生反应。任务二、结合教材P66页“思考与讨论”，思考铁与水反应有何特点？分析该装置的实验原理，并根据实验现象判断可能的生成物。【答案要点】①实验现象：蒸发皿中产生大量的肥皂泡，放出的气体能点燃，或会发出爆鸣声，反应后试管内固体仍为黑色。②原理分析：根据气体检测结果，证明为氢气；反应后试管内固体仍为黑色，说明不是氧化铁或氢氧化铁，因此可能是四氧化三铁。③验证固体是否是四氧化三铁方法：试管冷却后，利用磁铁在试管外侧吸一吸。若固体被吸引，证明固体是四氧化三铁。【注意】若铁无剩余，该检验方法是正确的，若铁有剩余，该法则有缺陷。更好的解决方案待到学完铁的氧化物，我们再来设计。④实验结论：Fe与冷水、热水不反应，Fe与H2O(g)高温下反应的产物是Fe3O4，而不是Fe2O3。3Fe＋4H2O(g)eq\o(\o(\s\up6(_____),\s\up4(_____)),\s\up6(高温))Fe3O4＋4H2(置换反应)⑤实验说明：湿棉花受热可以提供反应所需的水蒸气；酒精灯上加防风罩可以保证集中加热，以达到较高的反应温度；肥皂液在该实验中可以起到“收集”氢气的作用。【对应训练】1．某学习小组按如图所示实验，下列组员的认识一定不合理的是（）A．甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃，且产生淡蓝色火焰B．乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁C．丙同学认为用盐酸溶解固体生成物所得溶液有颜色D．丁同学认为将少量还原铁粉放入试管中，加适量的水，加热也可实现该反应【答案】D【解析】A．铁与水蒸气在高温下反应生成氢气，故b管收集到的为氢气，可燃，发生淡蓝色火焰，A正确；B．铁与水蒸气在高温下反应黑色的四氧化三铁，留在试管a中，B正确；C．生成的四氧化三铁可溶于盐酸生成氯化铁和氯化亚铁溶液，都有颜色，C正确；D．要实现该反应，铁只能和水蒸气在高温下反应，D错误；故选D。2．用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验，下列有关说法正确的是（）A．实验时，先点燃酒精喷灯再点燃酒精灯B．反应中H2O作氧化剂，发生反应的化学方程式为2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2C．干燥管中加入的固体干燥剂可以是无水氯化钙D．收集反应产生的气体选用装置②【答案】C【解析】A．实验时，应先用水蒸气排出装置中的空气，即先点燃酒精灯再点燃酒精喷灯，A错误；B．铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，B错误；C．氢气是中性气体，可以用碱石灰干燥，C正确；D．收集的是氢气，密度比空气小，应用向下排气法，选用装置c，D错误；故选C。活动三、铁的冶炼及应用任务一、自然界中的铁主要以+2和+3价化合物的形态存在于矿石中，结合教材P64页第二自然段人类冶铁历史，思考如何把铁从铁矿石中提炼出来呢？【答案要点】①我国目前发现最早的人工治铁制品是甘肃灵台出土的春秋初年秦国的铜柄铁剑，这说明春秋初年我国已掌握了治铁技术。②战国中期以后，铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。③工业炼铁的原理是用还原的方法把铁从铁矿石中提炼出来。如高炉炼铁。任务二、问题探究：网上曾流传出一段视频，有网友竟用吸铁石从麦片中吸出了铁粉，结合所学知识和教材P66页“资料卡片”内容谈谈你有何看法？【答案要点】①营养麦片中添加铁粉的目的：一是利用铁粉与氧气的反应抗氧化，保持麦片新鲜；二是利用铁粉和胃酸发生反应，生成亚铁离子，被人体吸收补铁。②因为添加铁粉的含量极少，所以抗氧化效果可能并不佳。③通过吃铁粉补充铁元素的做法并不科学，因为胃酸浓度不高，铁粉并不能完全被溶解，吸收率很低。④结论，营养麦片中添加适量铁粉不存在危害。但益处不大。这是商家的营销手段而已。⑤教材P66页“资料卡片”—人体中的铁元素：为了满足生理需要，成人每天铁的适宜摄入量为15~20mg。动物内脏、肉类、鱼类、蛋类等动物性食物中的铁容易被吸收。一般蔬菜中铁的含量较少，吸收率也低，但我国膳食中一般食用蔬菜量很大，仍为铁的重要来源。我国已经实施在某些酱油中加入铁强化剂的措施，以减少缺铁性贫血问题的发生。必要时，我们可以根据医生建议补充一些补铁口服液。【对应训练】1．高炉炼铁的主要反应为Fe2O3+3COeq\o(\o(\s\up6(_____),\s\up4(_____)),\s\up6(高温))2Fe+3CO2，下列对该反应的说法正确的是（）A．Fe2O3是氧化剂 B．CO中碳元素被还原C．Fe的化合价升高 D．该反应是置换反应【答案】A【解析】A．Fe的化合价从+3价降低为0，得电子，被还原，Fe2O3是氧化剂，故A正确；B．CO中碳元素的化合价从+2价升高为+4价，被氧化，故B错误；C．Fe的化合价从+3价降低为0，故C错误；D．置换反应是一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，该反应不是置换反应，故D错误；故选A。2.下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是()A．工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁B．铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4C．工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸D．氯化铁溶液有较强氧化性，故可用作净水剂【答案】D【解析】常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化现象，阻止反应进行，工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸，故C正确；氯化铁有氧化性，但不是用作净水剂的原因，净水是利用铁离子水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性，能吸附悬浮的杂质净水，故D错误。【课后巩固】1．有关铁的叙述中不正确的是（）A．铁能被磁铁吸引 B．人体的血红蛋白中含有铁元素C．在空气中能剧烈燃烧 D．铁能与水蒸气反应【答案】C【解析】A.铁能被磁铁吸引，A项说法正确；B.人体的血红蛋白中含有铁元素，B项说法正确C.铁在氧气中能剧烈燃烧，在空气中不燃烧。故C项错误；D.铁能与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气，故D说法正确；故答案为C。2．下列说法不正确的是()A．铁与纯氧气和水蒸气反应都能生成四氧化三铁B．铁在高温下与水蒸气的反应是置换反应C．铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气D．铁与盐酸或水蒸气反应，都作还原剂【答案】C【解析】据3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4、3Fe＋4H2O(g)eq\o(\o(\s\up6(_____),\s\up4(_____)),\s\up6(高温))Fe3O4＋4H2、Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑可知A、B、D正确，C项错误。3.我国宋代《开宝本草》中记载了中药材铁华粉的制作方法：“取钢煅作叶，如笏或团，平面磨错令光、净，以盐水洒之，于醋瓮中阴处埋之一百日，铁上衣生，铁华成矣。”下列说法错误的是（）A．“取钢煅作叶，如笏或团”说明金属铁有较好的延展性B．“平面磨错令光、净”的目的是除去表面的铁锈C．“铁上衣生”的原因是铁被氧气氧化D．中药材铁华粉的主要成分是醋酸亚铁杨sir化学，侵权必究【答案】C【解析】A．把钢煅作或长或圆的叶子形状，说明金属铁有良好延展性，故A正确；B．中药材铁华粉的主要成分是醋酸亚铁，故开始要除去铁锈，防止三价铁影响产物纯度，故B正确；C．金属铁在醋瓮中密封保存，隔绝空气，不能与氧气反应，故C错误；D．隔绝空气，铁与醋酸反应生成醋酸亚铁，故D正确；故C正确。4．高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是()A．焦炭和一氧化碳都是还原剂B．采用富氧空气可以得到纯铁C．加石灰石的目的主要是为了得到CO2D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿【答案】A【解析】高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，在反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，C不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。5．铁在一定条件下与Cl2、O2、S反应的产物分别为FeCl3、Fe3O4、FeS，下列有关说法正确的是()A．三种非金属单质中，S的氧化性最弱B．等量的铁分别与Cl2、O2、S反应，转移的电子数相等C．反应生成的三种产物都只具有氧化性D．反应生成的三种产物都是易溶于水的固体【答案】A【解析】根据反应后铁元素的价态，可知S的氧化性最弱，A项正确；反应产物中铁元素的价态不同，等量的铁分别与Cl2、O2、S反应，转移的电子数不相等，B项错误；Fe3O4和FeS中含有＋2价的铁元素，也具有一定的还原性，C项错误；Fe3O4和FeS难溶于水，D项错误。6．用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验，下列有关说法不正确的是()A．装置A的作用是为实验提供持续不断的水蒸气B．装置B中反应的化学方程式是2Fe＋3H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe2O3＋3H2C．装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰D．点燃装置D处的气体前必须检验气体的纯度【答案】B【解析】装置A是将液态H2O转化为气态，与装置B中的铁粉在高温下发生反应，A项正确；铁粉与H2O(g)在高温下发生反应，生成Fe3O4和H2，B项错误；因生成的H2中含有较多的水蒸气，故需要用碱石灰等不与H2反应的干燥剂进行干燥，C项正确；不纯的H2在点燃时可能会发生爆炸，故在点燃H2前必须检验其纯度，D项正确。7．准确称取某种铁的氧化物2.88g，用足量的CO进行还原，将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4.00g，则这种铁的氧化物为()A．Fe3O4 B．Fe2O3C．FeO D．以上都不是【答案】C【解析】4.00gCaCO3沉淀的物质的量为0.04mol，则CO、CO2的物质的量也为0.04mol，增加的氧元素为0.04mol，质量为0.04mol×16g·mol－1＝0.64g，铁的氧化物中氧元素质量为0.64g，铁元素质量为2.88g－0.64g＝2.24g，铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为eq\f(2.24g,56g·mol－1)∶0.04mol＝1∶1，则这种铁的氧化物的化学式为FeO。8．下图是铁粉和水蒸气反应的实验装置示意图。(1)写出该反应的化学方程式______________________________________________________。(2)实验中，D处排出的气体几乎点不着，已知该装置不漏气，使用的各种药品没有质量问题，你认为气体点不着的可能原因是(说出一点即可)：_________________________