第3章 铁 金属材料 第1节 第1课时 铁及其氧化物、氢氧化物-2024-2025高一化学必修第一册（人教版）配套课件

第1课时铁及其氧化物、氢氧化物1.了解铁与某些非金属单质、酸和盐溶液的反应,及与不同的氧化剂反应时元素化合价的变化情况。2.通过实验探究了解铁与水蒸气的反应,并通过铁与水蒸气反应实验原理的探究,分析可能的产物,培养科学探究的能力。3.了解铁的氧化物的性质及应用。4.通过氢氧化铁和氢氧化亚铁的制备实验,探究其性质。目标素养5.通过实验探究了解铁盐和亚铁盐的性质,掌握铁离子和亚铁离子检验的方法,了解铁的重要化合物间的转化,培养变化观念和证据推理与模型认知的化学学科核心素养。6.通过对铁的存在和使用历史、铁及其化合物应用的学习,体会化学对社会发展的重要意义。

目标素养知识概览一、铁的存在和使用历史1.铁的存在。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.铁的使用历史。人类最早使用的铁,是

来自太空的陨铁

。我国目前发现最早的人工冶铁制品是河南三门峡出土的西周晚期的玉柄铁剑,这说明西周晚期我国已掌握了冶铁技术。战国中期以后,铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。工业冶铁原理是用

还原

的方法把铁从铁矿石中提炼出来。工业炼铁的反应原理为

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

。

二、铁的单质1.铁的物理性质。铁有

延展

性和

导热

性。铁能导电,但其导电性不如铜和铝。铁能被磁体吸引。

微思考1你能用一种简单方法分离铁粉和铜粉的混合物吗?提示:可以用磁铁吸引法分离。2.铁的化学性质。铁的化学性质比较活泼,能与许多物质发生化学反应。写出下列反应的化学方程式,是离子反应的,只写离子方程式。(1)铁与非金属反应。

微判断1(1)铁的化学性质活泼,在自然界中只能以化合物的形态存在。(

)(2)铁在加热条件下与液态水或水蒸气均能反应。(

)(3)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同。(

)(4)铁与水蒸气的反应属于置换反应。(

)×××√三、铁的氧化物

注意:FeO不稳定,在空气中受热生成Fe3O4,其化学方程式为6FeO+O22Fe3O4。微思考2Fe3O4的化学式可以写成FeO·Fe2O3的形式,那么Fe3O4是混合物吗?为什么通常认为Fe3O4不是碱性氧化物?提示:Fe3O4是一种复杂的化合物,不是混合物。Fe3O4和盐酸反应生成两种盐,所以认为Fe3O4不是碱性氧化物。四、铁的氢氧化物1.实验探究铁的氢氧化物的生成与转化。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。(1)在FeCl3溶液中滴入NaOH溶液,生成红褐色沉淀,原因是Fe3++3OH-══Fe(OH)3↓(填反应的离子方程式)。(2)在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液,生成白色絮状沉淀,原因是Fe2++2OH-══Fe(OH)2↓(填反应的离子方程式),沉淀迅速变成灰绿色,最后会有红褐色沉淀生成,原因是4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3(填反应的化学方程式)。2.铁的氢氧化物的化学性质。

微判断2(1)Fe(OH)2和Fe(OH)3均属于不溶于水的红褐色的碱。(

)(2)Fe(OH)3不能利用化合反应生成。(

)××一铁的化学性质问题探究通过铸造工艺可以将炽热的铁水注入设计好的模具中生产铸铁用品。(1)在钢铁厂的生产中,炽热的铁水或者是钢水注入模具之前,模具必须进行充分干燥,这样操作的原因是什么?提示:因为炽热的铁可以与水蒸气反应,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4

+

4H2,干燥的目的是避免高温下铁与水反应,生成四氧化三铁。(2)设计如图所示装置,进行还原铁粉与水蒸气反应的实验。思考并分析装置中A、B、C各部分的设计意图并预测反应现象。你还能设计出哪些实验装置?提示:A处提供反应需要的水蒸气;B处提供反应需要的“高温”条件;C处检验反应产物。实验现象:肥皂液产生肥皂泡,把燃着的火柴靠近,有爆鸣声,稍后有肥皂泡飘到空中,证明生成了H2。还可以设计如下两个实验装置:方法一方法二归纳总结1.铁与氧化性不同的氧化剂反应,显示不同的化合价。(1)铁与氯气反应的化学方程式:2Fe+3Cl22FeCl3。(2)加热条件下,铁与弱氧化性的S单质反应的化学方程式:Fe+SFeS。(3)铁与稀盐酸、稀硫酸反应的离子方程式:Fe+2H+══Fe2++H2↑。(4)铁与硫酸铜溶液反应的离子方程式:Fe+Cu2+══Fe2++Cu。注意:铁分别与氯气和盐酸反应所得产物中铁元素的价态不同,Fe与Cl2反应不论用量多少都生成FeCl3,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。2.铁与水蒸气的反应:(1)铁与冷水、热水不能反应,只能与水蒸气在高温下反应。

典例剖析【例1】

某化学兴趣小组利用如图装置(铁架台及夹持装置已省略)进行“铁与水蒸气反应”的实验,并检验产物的性质,请回答下列问题。(1)A装置的作用是

,烧瓶底部放碎瓷片的作用是

。

(2)写出装置B中发生反应的化学方程式:

,该反应中氧化剂是

,氧化产物是

。

(3)D的作用是

。

(4)E中的实验现象是

。

(5)A、B两个装置中应先点燃

处的酒精灯(或酒精喷灯),点燃E处酒精灯之前应进行的操作是

。答案:(1)产生水蒸气防止加热时液体暴沸

(3)吸收未反应的水蒸气,干燥H2(4)黑色固体变成红色(5)A收集H2并检验其纯度解析:(1)B中发生的反应是3Fe+4H2O(g)

Fe3O4+4H2,故A装置的作用是为B中的反应提供水蒸气。(3)D的作用是吸收未反应的水蒸气,干燥H2。(4)E中的反应为H2+CuO

Cu+H2O,故实验现象是黑色固体变红。(5)应先点燃A处的酒精灯,排出B中的O2,再点燃酒精喷灯。进行H2还原CuO的实验前,应首先检验H2的纯度。学以致用1.在一定条件下,下列铁与有关物质的反应,所得产物错误的是(

)。答案:C解析:Cl2是强氧化剂,可将Fe氧化成FeCl3,A正确;S是弱氧化剂,可将Fe氧化成FeS,B正确;Fe与HCl反应生成FeCl2,而不是FeCl3,C错误;Fe在O2中燃烧生成Fe3O4,D正确。2.某学习小组进行了下图所示的实验,实验后组员之间的下列交流中不合理的是(

)。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颜色C解析:在高温下铁与水蒸气反应生成氢气和四氧化三铁。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,A正确;乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁,B正确;铁在加热条件下与液态水不反应,丙同学的观点错误,C错误;丁同学认为用盐酸溶解固体生成物得到氯化亚铁和氯化铁的混合溶液,溶液带有颜色,D正确。二氢氧化亚铁的制备问题探究下面是某同学用现配制的FeSO4溶液与煮沸过冷却后的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2白色沉淀的实验。(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁易被氧化的原因是什么?提示:硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁元素为+2价,可以升高到+3价,具有还原性,易被氧化。(2)采用FeSO4晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入某种固体,该固体可能是什么?为什么要加入该固体?提示:可以加入铁粉,以防止+2价铁被氧化。(3)除去蒸馏水中溶解的O2常采用什么方法?提示:可以加热煮沸。(4)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长胶头滴管吸取煮沸过冷却后的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。为什么这样操作?提示:避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化。(5)根据该同学的实验,请你总结一下在实验室里用FeSO4溶液和NaOH溶液制备Fe(OH)2时,采取哪些措施可以较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀。提示:①Fe2+极易被氧化,所以FeSO4溶液要现用现配。②为了防止Fe2+被氧化,配制溶液的蒸馏水要煮沸,尽可能除去O2。③为了防止滴加NaOH溶液时带入空气,可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下,再挤出NaOH溶液。④为了防止Fe2+被氧化,还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物,以隔绝空气。归纳总结1.Fe(OH)2实验室制备装置及其改进。2.防止Fe(OH)2被氧化的方法。防止Fe(OH)2被氧化的关键是避免生成的Fe(OH)2接触O2。(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(二者密度均小于水且都不溶于水)等。典例剖析【例2】

下图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6mol·L-1的稀硫酸,其他试剂任选。请回答下列问题。(1)装置B中盛有一定量的NaOH溶液,装置A中应预先加入的试剂是

,装置A中发生反应的离子方程式是

。

(2)实验开始时应先将活塞a

(填“打开”或“关闭”)。(3)简述制取Fe(OH)2的操作过程:

。

(4)实验完毕,拔去装置B中的橡胶塞,放入一部分空气,此时装置B中发生反应的化学方程式为

。

答案:(1)铁屑Fe+2H+══Fe2++H2↑(2)打开(3)关闭活塞a,使FeSO4溶液被压入装置B中进行反应(4)4Fe(OH)2+2H2O+O2══4Fe(OH)3解析:(1)题图中装置A的作用是产生H2,利用H2赶走整个装置中的空气,减小Fe2+被氧化的速率,以便能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,故装置A中应预先加入的试剂为铁屑:Fe+H2SO4══FeSO4+H2↑。(2)实验开始时打开活塞a,装置A中产生的H2沿导管进入装置B,赶走装置中的空气。(3)关闭活塞a,气体不能逸出,压迫装置A中的液体通过导管进入装置B,FeSO4溶液与NaOH溶液混合产生Fe(OH)2白色沉淀。(4)实验完毕拔去装置B的橡胶塞,空气进入装置B,O2与Fe(OH)2发生反应,使Fe(OH)2转化为Fe(OH)3红褐色沉淀。学以致用3.实验室用FeCl2溶液和烧碱制备Fe(OH)2,为了使产物不容易被氧化,下列做法不正确的是(

)。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试管内D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管答案:C解析:A正确,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在无氧的环境里生成;B正确,在FeCl2溶液的上面加一层植物油,以隔绝空气,防止氧气溶入;C不正确,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,从而溶有氧气;D正确,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。1.把铁片投入下列溶液中,铁片质量减少,且没有气体产生,此溶液是(

)。A.FeSO4溶液

B.H2SO4溶液C.Fe2(SO4)3溶液 D.AgNO3溶液答案:C2.下列变化中不可能通过一步反应完成的是(

)。A.Fe2O3→Fe(OH)3 B.FeCl2→Fe(OH)2C.Fe→Fe3O4 D.Fe(OH)2→Fe(OH)3答案:A3.下列关于铁与水反应的描述中,不正确的是(

)。A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3B.红热的铁能与水蒸气反应,放出的气体点燃时能发出爆鸣声C.铁与水蒸气的反应是氧化还原反应D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中的O2、CO2、H2O共同作用下能发生反应答案:A4.一定条件下,等质量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气充分反应,则在相同的条件下产生氢气的体积之比是(

)。A.1∶1 B.4∶3C.2∶3 D.3∶4答案:D5.由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的混合物,