福建专用新教材高中化学第3章物质的性质与转化第1节第2课时铁铁的氧化物和铁的氢氧化物学案鲁科版必修

第2课时铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物一、铁单质1．物理性质色、态密度熔点导热性、延展性导电性银白色固体__g·cm－31538℃良好比铜、铝差(1)与酸反应生成氢气：与盐酸、硫酸反应的离子方程式为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。(2)与某些盐溶液发生置换反应：与硫酸铜溶液反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。(3)与非金属反应a．与氧气反应：3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4。b．与氯气反应：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2FeCl3。(4)铁与水的反应：铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2二、铁的氧化物1．物理性质化学名称氧化亚铁氧化铁四氧化三铁铁元素化合价＋2＋3＋2、＋3俗称\铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体2.化学性质：(1)与盐酸反应(用离子方程式表示)FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O(2)铝热反应化学方程式为2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3。三、铁的氢氧化物Fe(OH)2Fe(OH)3颜色、状态白色固体红褐色固体与盐酸反应(写化学方程式)Fe(OH)2＋2HCl=FeCl2＋2H2OFe(OH)3＋3HCl=FeCl3＋3H2O受热分解(写化学方程式)\2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O1．判断下列说法是否正确(1)Fe在空气中燃烧生成黑色的Fe2O3。()提示：×。Fe在空气中燃烧生成黑色的Fe3O4。(2)Fe可以与所有酸反应均生成Fe3＋。()提示：×。Fe与非氧化性酸反应生成Fe2＋。(3)FeO、Fe2O3、Fe3O4均为碱性氧化物。()提示：×。Fe3O4不属于碱性氧化物。(4)Fe(OH)2易转化为Fe(OH)3，表现强氧化性。()提示：×。Fe(OH)2易转化为Fe(OH)3，表现强还原性。2．教材P86“铁单质能与稀盐酸、稀硫酸等发生置换反应，放出氢气；还能与某些盐溶液发生置换反应，生成亚铁盐和其他金属单质。”铁单质与盐溶液反应都能生成亚铁盐和其他金属单质吗？提示：不是。如金属铁与三氯化铁反应生成亚铁离子，得不到金属单质。3．日常生活中铁制品生锈的现象很常见，依据所学知识分析铁锈的主要成分是什么？怎样除去衣物上的铁锈？提示：铁锈呈红棕色，因此铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O。根据Fe2O3的性质，可以选用酸性物质除去衣物上的铁锈，如食用醋、草酸或柠檬汁。铁的主要性质归纳材料一：铁陨石在化学成分上除Ni和Fe外，还含有Co、S、P、Cu、Cr、Ga、Ge和Ir等元素。铁陨石，有少数铁陨石还含有硅酸盐包体。铁陨石与地球岩石十分相似，所以一般很难鉴别。材料二：从20世纪70年代开始，珍品陨石的价格就已经与黄金相差无几。陨石最终的价值高低，要综合陨石的材质、结构、纹理等一起来评定，稀有陨石则可达到每克万元以上。(1)铁陨石可以应用磁铁检验法，说明单质铁具有哪些性质？提示：说明铁具有可以被磁铁吸引的性质。(2)铁陨石中主要含有Fe和Ni，若取少量陨石，加入足量的稀盐酸，你会观察到哪些现象(假设铁陨石的其他成分不与盐酸反应)？请写出相关的化学方程式。提示：现象为部分固体溶解，有气泡冒出；化学方程式：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑；Ni＋2HCl=NiCl2＋H2↑。(3)Fe与所有酸反应均生成Fe2＋吗？请分析。提示：Fe与一般酸(如HCl、稀硫酸、CH3COOH等)反应生成Fe2＋与H2，Fe与强氧化性酸(如HNO3)反应可以生成Fe3＋，不能放出H2。1．铁的主要性质：2．铁与H2O(g)反应应注意的事项：(1)实验结束时，先将导气管撤出，再移动酒精灯，以防止倒吸。(2)铁不能与冷水、热水反应，但高温下能与水蒸气反应。(3)铁与水蒸气反应的实验中，湿棉花的作用是加热时产生水蒸气。【典例】(2021·潍坊高一检测)铁在自然界中分布广泛，但由于不易冶炼，因而人类对铁的利用是比较晚的，据考证，我国在公元前700年左右才知冶铁。铁在一定条件下，跟下列有关物质的反应，所得产物错误的是()A．FeFeCl3 B．FeFeSC．FeFe(OH)3 D．FeFe3O4【解析】选C。Cl2是强氧化剂，可将Fe氧化成FeCl3，故A正确；S是弱氧化剂，可将Fe氧化成FeS，故B正确；Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4，而不是Fe(OH)3，故C错误；Fe在O2中燃烧生成Fe3O4，故D正确。【规律方法】(1)铁与氧化性强的物质一般生成3价铁，即Fe3＋。如：Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4等。(2)铁与氧化性弱的物质一般生成2价铁，即Fe2＋。如：S、I2、H＋、Cu2＋等。【备选例题】(2021·德州高一检测)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【解析】选B。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中含有未反应的水蒸气，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。1．(2021·西安高一检测)下列关于如图所示的反应的叙述不正确的是()A．该反应是置换反应B．铁是还原剂C．HCl是氧化剂D．产物是氯化铁和氢气【解析】选D。铁与盐酸发生置换反应生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，该反应的还原剂是铁，氧化剂是HCl，所以D错误。2．(2021·日照高一检测)高温时铁与水蒸气能发生反应：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2，该反应属于()A．置换反应 B．分解反应C．化合反应 D．复分解反应【解析】选A。3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2，反应特点为单质与化合物反应生成新的单质和新的化合物，属于置换反应，A正确。【拔高题组】1．铁有多种氧化物，下列关于铁的氧化物说法正确的是()A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，可能是来自氧化亚铁B．Fe2O3是红棕色粉末，俗称磁性氧化铁，常用作红色油漆和涂料C．Fe3O4中Fe元素的化合价有＋2价和＋3价，因而Fe3O4是FeO与Fe2O3的混合物D．铁的氧化物都是碱性氧化物【解析】选A。青色在光谱中是介于绿色和蓝色之间的颜色，研究认为“青色”的产生与瓷釉内的FeO的存在有关，A正确；Fe2O3是红棕色粉末，常用作红色油漆和涂料，俗称磁性氧化铁的是Fe3O4，但Fe3O4不是FeO与Fe2O3的混合物，故B、C错误；铁的氧化物中FeO、Fe2O3属碱性氧化物，Fe3O4不是碱性氧化物，D错。2．(2021·济南高一检测)向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100mL1.0mol·L－1的盐酸，恰好使混合物溶解，放出224mL的气体(标准状况)。所得溶液中加KSCN溶液后无红色出现。若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物，能得到铁()A．2.8g B．5.6gC．0.001mol D．无法确定【解析】选A。所得溶液中加KSCN溶液后无红色出现说明溶质全部是FeCl2，根据氯原子守恒，FeCl2的物质的量等于HCl的二分之一为0.05mol，铁原子的物质的量等于0.05mol，CO在高温下还原相同质量的此混合物得到铁的物质的量等于0.05mol，质量为2.8g。中国人民银行于2019年8月30日发行了第五套人民币，引起社会各界广泛关注。人民币在票面文字、号码等处所采用的磁性油墨中含有一种金属氧化物，它在磁码识别器上有磁性信号反应，借此可辨别真伪。(1)该金属氧化物是_________________________(写化学式)。(2)糕点等食品包装中常加入一个装有脱氧剂的小袋，其作用是吸收氧气，使食物因缺氧而不变质，从而长期保存食品。铁脱氧剂就是利用铁易被氧化的性质来吸收氧气，最终产物是Fe2O3·3H2O。有关反应式如下：a．2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2b．4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3c．2Fe(OH)3=Fe2O3·3H2O①铁脱氧剂使用后最终的颜色为________。②以上反应中，属于氧化还原反应的是________(填编号)。③反应b的还原剂是________(填化学式)。(3)近年来，我国以铁矿石为原料的产业发展迅猛，磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等都得到了大力开发。①赤铁矿的主要成分是__________________。②工业上用焦炭和赤铁矿为原料炼铁，写出反应的化学方程式__________。【解析】(1)根据信息，人民币在票面文字、号码等处所采用的磁性油墨中含有一种金属氧化物，它在磁码识别器上有磁性信号反应，借此可辨别真伪，据此知道该氧化物具有磁性，具有磁性的物质是四氧化三铁。(2)①根据已知反应，铁脱氧剂使用后的产物是氧化铁，是一种红棕色的固体物质；②以上反应中，a、b中存在化合价的变化，属于氧化还原反应；③在反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3中，铁元素化合价升高了，氢氧化亚铁属于还原剂。(3)①赤铁矿的主要成分为氧化铁，化学式为Fe2O3；②CO与Fe2O3反应炼铁的化学方程式为3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。答案：(1)Fe3O4(2)①红棕色②a、b③Fe(OH)2(3)①Fe2O3②3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2Fe(OH)2的性质及其制备氢氧化亚铁不稳定，工业上和生活上通常都是把它转化为氢氧化铁，再进行利用。某化学兴趣小组用如图所示装置制备氢氧化亚铁。将吸有NaOH溶液的胶头滴管悬空于试管上方，缓慢挤出NaOH溶液，均匀滴入试管中的FeSO4溶液中。该小组同学看到该试管中出现以下现象：试管中先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。氢氧化亚铁的制备方法(1)写出发生该现象的化学方程式：FeSO4＋2NaOH=Fe(OH)2↓＋Na2SO4、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。(2)利用该方法能否制备氢氧化亚铁：不能。(3)实验室要制取Fe(OH)2，关键是：避免生成的Fe(OH)2接触O2。(4)该小组对制取装置进行了改进，取用最新配制的FeSO4溶液；NaOH溶液加热煮沸并冷却后使用，成功制得了氢氧化亚铁。①NaOH溶液要经过加热煮沸，目的是赶走溶解的氧气；②在FeSO4溶液表面覆盖一层苯，作用是隔绝空气中的氧气。Fe(OH)3和Fe(OH)2的制备在两支试管中分别加入少量的FeCl3溶液和FeSO4溶液，然后各滴入NaOH溶液。FeCl3溶液FeSO4溶液加入NaOH溶液后的现象产生红褐色沉淀生成的白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色离子方程式Fe3++3OH-Fe(OH)3↓Fe2++2OH-Fe(OH)2↓(白色)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3【特别提醒】防止Fe(OH)2被氧化的方法(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，除去其中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管内的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。【典例】(2021·南京高一检测)如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是________________________________________。(2)实验开始时先将止水夹E________(填“打开”或“关闭”)，C中收集到气体的主要成分是________。(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：_________________________________。(4)拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：___________________________________________________________________。【思维建模】解答本类试题的思维流程如下：【解析】实验开始时先打开止水夹E，让生成的H2把A、B装置中的空气排出，让Fe(OH)2在H2气氛中生成，以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭止水夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。答案：(1)铁屑Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(2)打开H2(3)关闭止水夹E，A中压强增大，把FeSO4溶液压入B瓶中进行反应(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(1)该装置防止Fe(OH)2被氧化的原理是什么？(关键能力——理解与辨析)提示：该装置用制备得到的氢气将装置内的空气排净，防止生成的Fe(OH)2与氧气接触。(2)该题第(3)小题操作后为什么烧瓶A中的溶液能够进入装置B？(关键能力——分析与推测)提示：关闭止水夹E，产生的氢气使烧瓶A内压强增大，在气压作用下FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应。(3)实验过程中，稀硫酸应稍过量，这是为什么？虽然单质铁会含有氧化铁杂质，但是制备的产品中却不含有三价铁离子，这又是为什么呢？(关键能力——分析与推测)提示：稀硫酸稍微过量，可以让铁粉完全反应；生成的三价铁与单质铁反应生成了二价铁，所以产品中不含有三价铁离子。【备选例题】(2021·成都高一检测)氢氧化亚铁的制造通常是向亚铁盐溶液中添加碱金属氢氧化物，由于容易被氧化，所以反应必须在较稳定的气体(例如氮气、氩气)中进行。在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备。(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是_____________________________________。(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是______________________________________。(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是__________________________________。(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】试管Ⅱ是开口式的，无法利用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中进行，而在试管Ⅱ中应加入不含O2的NaOH溶液。当把Fe与稀硫酸放入试管Ⅰ后，产生的H2可通过试管Ⅰ内的短导管排出试管Ⅰ内的空气，然后进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气。最后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管Ⅰ内生成的FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2氛围中，从而避免了溶解在溶液中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。答案：(1)稀硫酸、铁屑(2)不含O2的NaOH溶液(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入装置实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2，为了使生成的产物不容易被氧化，下列说法不正确的是()A．配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸B．可在FeCl2溶液的上面加一层植物油，以隔绝空气C．向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，胶头滴管尖嘴不能伸入溶液内D．产生Fe(OH)2沉淀后，不能振荡试管【解析】选C。FeCl2溶液和烧碱溶液要现用现配，且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气，确保Fe(OH)2在无氧环境中生成，A正确；在FeCl2溶液的上面加一层植物油，以隔绝空气，B正确；向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中，防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气而溶有氧气，C错误；产生Fe(OH)2沉淀后，若振荡试管，会增大沉淀与空气接触的机会，使沉淀更易被氧化，D正确。有人设计出一种在隔绝空气条件下钠与FeSO4溶液反应的方法以验证反应实质。实验时，往100mL的大试管中先加40mL煤油，取3粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞，通过长颈漏斗加入FeSO4溶液使煤油的液面至橡胶塞，并夹紧弹簧夹(如图)。仔细观察，回答下列问题：(1)大试管的下层溶液中出现什么现象？提示：产生白色絮状沉淀。由于金属Na的密度比H2O的小，但比煤油的大，故钠粒应位于两种液体的交界处，Na与FeSO4溶液接触的部分与H2O发生反应生成NaOH和H2，NaOH与FeSO4发生反应生成白色絮状沉淀Fe(OH)2，因隔绝了空气，制得的白色Fe(OH)2可以保存较长时间。(2)装置中长颈漏斗内液面下降还是上升？提示：上升。由于大试管内产生H2，大试管内气压增大，把大试管内的液体压入长颈漏斗中，故长颈漏斗内的液面上升。(3)写出钠与FeSO4溶液反应的化学方程式。提示：2Na＋FeSO4＋2H2O=Fe(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。反应的化学方程式为2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑、2NaOH＋FeSO4=Fe(OH)2↓＋Na2SO4，将两个化学方程式相加得2Na＋FeSO4＋2H2O=Fe(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。1．(水平1)铁是人体必需微量元素中含量最多的一种。关于铁下列说法正确的是()A．Fe比Al活泼B．磁铁矿的主要成分为Fe2O3C．铁在铜的盐溶液中可置换出铜D．Fe不与H2O反应【解析】选C。A项，在金属活动性顺序中Al排在Fe的前面，故Al比Fe活泼，错误；B项，磁铁矿的主要成分为Fe3O4，错误；C项，铁可置换出铜的盐溶液中的铜，如Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，正确；D项，Fe在高温下可以与H2O(g)发生反应生成Fe3O4和H2，错误。【补偿训练】(2021·湖州高一检测)化学探究活动设计的下列反应中，能置换出铁的是()A．Cu＋FeCl3(溶液) B．Na＋FeCl2(溶液)C．Al＋FeCl2(溶液) D．Ag＋FeCl2(溶液)【解析】选C。Cu与FeCl3溶液反应生成Fe2＋；Na与FeCl2溶液反应生成Fe(OH)2；Ag不能与FeCl2溶液反应。2．(水平1)下列叙述正确的是()①铁能被磁铁吸引②人体内的血红蛋白中含铁元素③Fe在纯氧中燃烧可得到Fe2O3④Fe2O3不可与水反应得到Fe(OH)3，所以不能通过化合反应制得Fe(OH)3⑤Fe(OH)2在空气中加热，可得到FeOA．①②B．②④C．②③④⑤D．①②⑤【解析】选A。③铁在纯氧中燃烧得到的是Fe3O4；④Fe(OH)3可通过4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3化合反应制得；⑤Fe(OH)2在空气中加热得到的是Fe2O3。3．(水平1)下列反应，其产物的颜色按红色、红褐色、淡黄色、蓝色顺序排列的是()①金属钠在纯氧中燃烧②FeSO4溶液中滴入NaOH溶液，并在空气中放置一段时间③FeCl3溶液中滴入KSCN溶液④无水硫酸铜放入医用酒精中A．②③①④ B．③②①④C．③①②④ D．①②③④【解析】选B。①钠在纯氧中燃烧生成淡黄色的Na2O2；②FeSO4与NaOH反应生成Fe(OH)2，在空气中放置生成红褐色Fe(OH)3；③FeCl3溶液与KSCN溶液反应生成红色Fe(SCN)3；④CuSO4遇医用酒精中的水变蓝色。4．(水平1)把一块生锈的铁片投入盛有稀硫酸的烧杯里，待铁片完全溶解后，往烧杯里滴加氢氧化钠溶液至过量，然后过滤，并充分灼烧不溶物，则最终留下的固体是()A．Na2O B．Fe2O3和FeC．Fe2O3 D．Fe2O3和NaOH【解析】选C。铁锈和铁与稀硫酸反应，铁片完全溶解，即铁元素全部转化成Fe2＋，然后加入过量的氢氧化钠溶液，先生成沉淀Fe(OH)2，再转化为Fe(OH)3，灼烧沉淀，得到Fe2O3，故选项C正确。5．(水平2)某学习小组进行了如图所示的实验，实验后组员之间的交流不合理的是()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．丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中，加适量的水，加热也可实现该反应D．丁同学认为用盐酸溶解固体生成物所得溶液有