第三章第1课时铁的单质氧化物及氢氧化物高一化学卓越讲义

第三第三章第1课时铁的单质、氧化物及氢氧化物01结合真实情境或通过实验探究，了解铁及其氧化物、氢氧化物的主要性质及应用。01结合真实情境或通过实验探究，了解铁及其氧化物、氢氧化物的主要性质及应用。02会设计简单实验制备氢氧化亚铁，增强学生的科学探究与创新意识。考点突破考点突破1eq\a\vs4\al(铁的单质)情境情境·探究【情境】我国目前发现最早的人工冶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。【问题探究】1．自然界里有游离态的铁吗？铁元素在化合物中呈现的主要化合价有哪些？【解析】有；主要存在于陨铁中；铁元素在化合物中的主要价态为＋2、＋3价。2．把铁片投入CuSO4溶液中，写出反应的离子方程式。【解析】Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。3．铁与水蒸气能发生反应，日常生活中为什么可用铁壶烧水？【解析】铁只能与水蒸气在高温下反应，而铁与热水不反应。归纳归纳·总结1．铁的存在与冶炼(1)铁元素在自然界中主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中，游离态的单质铁只存在于陨铁中。铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第4位。(2)炼铁高炉中的反应原理：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温),\s\do5())2Fe＋3CO2。2．铁的物理性质物质状态密度熔点沸点金属共性特性银白色，有金属光泽固体7.86g/cm31535℃2750℃导热、导电、延展性好能被磁体吸引3．铁的化学性质铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜等)反应，铁原子失去2个电子生成＋2价铁的化合物；而铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气等)反应，铁原子则失去3个电子生成＋3价铁的化合物。(1)在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应化学性质化学方程式举例①Fe与非金属单质反应②Fe与非氧化性酸反应Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑eq\x(置换反应)③Fe与盐溶液反应(2)铁与水蒸气的反应实验装置装置1装置2操作及现象用小试管收集一试管气体，点燃，听到轻微“噗”声，产生淡蓝色火焰，证明生成了H2用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了H2实验结论铁能与水蒸气反应，并有H2生成，反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2实验说明①湿棉花的作用是在受热时提供反应所需的水蒸气；②加热铁粉酒精灯的火焰用防风罩套住，可以使加热效果更好；③肥皂液在该实验中可以起到“收集”氢气的作用【易错点】(1)Fe(1)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。(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。(3)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。课堂课堂·练习1．常温下，下列物质可以用铁制容器盛装的是A．硫酸铜溶液 B．浓硝酸 C．稀盐酸 D．稀硫酸【答案】B【解析】A．常温下硫酸铜和铁发生置换反应生成硫酸亚铁和Cu，不能用铁制容器盛装，A不符合题意；B．常温下，铁在浓硝酸中发生钝化现象，表面生成一层致密氧化物薄膜阻止反应进行，可以用铁制容器盛装，B符合题意；C．常温下稀盐酸和铁反应生成氯化亚铁和氢气，不能用铁制容器盛装，C不符合题意；D．常温下稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气，不能用铁制容器盛装，D不符合题意；故选B。2．下列化合物不能通过化合反应制备的是A．Fe3O4 B．FeCl2 C．Fe(OH)3 D．CuS【答案】D【解析】A．3Fe+2O2Fe3O4，所以能通过化合反应制得，故A不符合题意；B．Fe+2FeCl3=3FeCl2，所以能通过化合反应制得，故B不符合题意；C．2H2O+O2+4Fe(OH)2=4Fe(OH)3，所以能通过化合反应制得，故C不符合题意；D．Na2S+CuSO4=CuS+Na2SO4，所以不能通过化合反应制得，故D符合题意；故选D。3．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中含有较多的水蒸气，故需要用碱石灰等与H2不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。考点突破考点突破2eq\a\vs4\al(铁的氧化物与铁的氢氧化物)情情境·探究【情境】1．铁与水蒸气反应的实验装置如图所示【问题探究】(1)实验时，是先加热湿棉花还是先加热还原铁粉？(2)点燃肥皂液时有什么现象？(3)该实验中湿棉花的作用是什么？(4)为了加速反应，往往把还原铁粉分散于石棉绒上，其原因是什么？(5)写出该反应的化学方程式，并用双线桥表示出电子转移的情况。【答案】(1)先加热湿棉花，让水蒸气充满装置。(2)有爆鸣声，也可能燃烧。(3)提供水蒸气。(4)增大了水蒸气与铁粉的接触面积。2．向Fe2O3中加入适量稀盐酸溶解，然后加入NaOH溶液有什么现象？改加过量盐酸，又有什么现象？写出变化过程的离子方程式。【答案】有红褐色沉淀生成。刚开始加入NaOH溶液时无明显现象，随着NaOH溶液的加入产生红褐色沉淀：Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O，H＋＋OH－=H2O，Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。3．向FeO中加入适量稀盐酸溶解，然后加入NaOH溶液，有什么现象？为什么？写出有关化学方程式。【答案】生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变为红褐色。FeO＋2HCl=FeCl2＋H2O，FeCl2＋2NaOH=Fe(OH)2↓＋2NaCl,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。归纳归纳·总结1．铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名—铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体(有磁性)溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的化合价＋2价＋3价＋2价，＋3价稳定性不稳定稳定稳定与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O特殊转化FeO在空气中受热，迅速被氧化为Fe3O4：6FeO＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe3O42.铁的氢氧化物化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色、态白色固体红褐色固体与H＋反应的离子方程式Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O受热分解—2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O制法可溶性亚铁盐与强碱溶液反应：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(离子方程式)可溶性铁盐与强碱溶液反应：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓(离子方程式)二者的关系在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3【易错点】(1)Fe(1)Fe3O4不属于碱性氧化物，FeO、Fe2O3属于碱性氧化物。(2)Fe3O4的组成可用FeO·Fe2O3表示，但不表示Fe3O4是由FeO和Fe2O3组成的混合物，Fe3O4有固定的组成，是一种纯净物。课堂课堂·练习1．关于铁的三种氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)的下列叙述正确的是A．铁的三种氧化物中铁元素的化合价完全相同B．都是碱性氧化物，都能与盐酸反应生成氯化铁和水C．赤铁矿的主要成分是Fe2O3，常用作红色颜料D．四氧化三铁中铁元素有+2价和+3价，它是一种混合物【答案】C【解析】A．FeO中铁的化合价为+2价，Fe2O3中铁元素的化合价为+3价，Fe3O4为复杂的氧化物，其中铁的化合价可以看作是由+2、+3价组成，A项错误；B．FeO、Fe2O3为碱性氧化物，FeO与盐酸反应FeO+2HCl=FeCl2+H2O，Fe2O3与盐酸反应：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，Fe3O4不属于碱性氧化物，与盐酸反应Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O，B项错误；C．赤铁矿的主要成分是Fe2O3，常用作红色颜料，C项正确；D．四氧化三铁是复杂的化合物，属于纯净物，D项错误。故选C。2．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量溶液，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣，上述沉淀和残渣分别是A． B．C． D．【答案】B【解析】铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，向该溶液中加入溶液时生成氢氧化亚铁；氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化产生氢氧化铁，氢氧化铁加热时发生分解反应产生红棕色氧化铁，故白色沉淀是氢氧化亚铁，加热得到最后的残渣是氧化铁，故合理选项是B。3．下列有关铁的化合物的说法不正确的是()A．Fe(OH)2不稳定，具有较强的氧化性B．FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，均可与盐酸反应C．Fe(OH)3可通过化合反应得到，Fe(OH)2则不能D．Fe3O4为磁性氧化铁，其中铁的化合价为＋2价和＋3价【解析】选AFe(OH)2中的Fe2＋具有还原性，可被空气中的O2氧化为Fe(OH)3，A项错误；FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，故具有碱性氧化物的通性，都能与盐酸反应，B项正确；Fe(OH)2只能通过复分解反应得到，Fe(OH)3可由Fe(OH)2与O2、H2O发生化合反应得到，C项正确；Fe3O4俗称磁性氧化铁，其组成可表示为FeO·Fe2O3，铁元素的化合价为＋2价、＋3价，D项正确。考点突破考点突破3eq\a\vs4\al(氢氧化亚铁制备装置的改进)情情境·探究【情境】将NaOH溶液滴入FeSO4溶液中会产生白色的Fe(OH)2沉淀：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓，但由于Fe(OH)2极易被氧化，溶解在水溶液中的少量氧气可把Fe(OH)2迅速氧化成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，所以在制备Fe(OH)2的过程中一定要隔绝O2，防止生成的Fe(OH)2被氧化。[实验装置]【问题探究】1．NaOH溶液为什么要事先煮沸后才能使用？【解析】煮沸NaOH溶液的目的是除去溶液中溶解的O2，防止O2将Fe(OH)2氧化。2．FeSO4溶液若长期露置于空气中，可能产生的杂质阳离子是什么？【解析】Fe3＋；原因是FeSO4溶液中的Fe2＋被空气中的O2氧化成Fe3＋。3．改进装置①中加入少量苯的目的是什么？【解析】苯的密度比水小，且难溶于水，加入少量苯覆盖在FeSO4溶液的上层用于隔绝下层液体与空气接触，防止生成的Fe(OH)2被O2氧化。4．改进装置③中，如何操作就能长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀？【解析】先打开止水夹a，利用Fe与稀H2SO4反应产生的H2将装置内的空气排出，待导管b排出的气体验纯后，再关闭止水夹a，产生的H2使试管A中气压大于外界气压，把试管A中的液体(FeSO4溶液)压入试管B中，反应得到Fe(OH)2白色沉淀。即操作方法为先打开止水夹a，待导管b排出的气体验纯后，再关闭止水夹a。5．改进装置②能较长时间观察到白色沉淀的原因是什么？【解析】铁粉与稀硫酸反应生成的H2排除了装置内的空气，同时试管内剩余的H2起到保护气的作用，防止Fe(OH)2与O2接触被氧化，因此能较长时间观察到白色沉淀。归纳归纳·总结氢氧化亚铁制取实验的四个关键点(1)Fe2＋极易被空气中氧气氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液所用的蒸馏水和制备Fe(OH)2所用的NaOH溶液都要煮沸，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(如苯)，以隔绝空气。课堂课堂·练习1．已知密度苯，下列实验操作能够制取并能较长时间观察到白色沉淀的是A． B． C． D．【答案】D【分析】氯化亚铁与氢氧化钠反应生成白色的氢氧化亚铁沉淀，被氧气氧化，迅速变成灰绿色，最终变成红褐色的氢氧化铁沉淀。【解析】A．根据分析，不能长时间观察到白色，A错误；B．四氯化碳的密度比水大，不能起到隔绝氧气的作用，不能长时间观察到白色，B错误；C．氨水与氯化亚铁反应生成白色的氢氧化亚铁沉淀，迅速变成灰绿色，最终变成红褐色的氢氧化铁沉淀，C错误；D．油的密度比水小且与水不互溶，能起到隔绝氧气的作用，能长时间观察到白色沉淀，D正确；故选D。2．价类二维图是学习元素及其化合物知识的重要模型和工具。图甲为某常见金属单质及其部分化合物的价类二维图。下列推断不合理的是A．b、c、e、d均难溶于水B．可通过图乙装置制备物质e，且较长时间不易被氧化C．g具有强氧化性，可用于印刷电路板的刻蚀D．b、c均可与稀盐酸反应，且反应原理相同【答案】B【分析】如图，可推知该金属为铁，a为铁单质，b为氧化亚铁，c为氧化铁，d为氢氧化铁，e为氢氧化亚铁，f为亚铁盐，g为铁盐，h为高铁酸盐，以此分析解答。【解析】A．据分析，b、c、e、d均难溶于水，故A合理；B．图乙装置A中的导管没有插到液面以下，生成的FeSO4无法压入B管中，不能生成Fe(OH)2，故B不合理；C．FeCl3溶液腐蚀铜箔可用于印刷电路板的刻蚀：氯化铁溶液和铜反应得到氯化亚铁和氯化铜，该反应中FeCl3具有强氧化性，故C合理；D．b、c均为碱性氧化物，均可与稀盐酸反应生成盐和水，且反应原理相同，故D合理；故选B。3．某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。请回答：(1)仪器1的名称：________。装置5的作用：________。(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置做一处改进，使溶液能进入4中：________。(3)装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因：____________________。【解析】(1)仪器1的名称为分液漏斗。由于Fe(OH)2易被氧气氧化，装置5的作用是通过液封，防止空气进入装置4。(2)3中溶液不能进入4的原因是生成的氢气沿着导管通过2逸出，三颈烧瓶中无法形成高压，故需在2、3之间加一个控制开关。(3)生成灰绿色沉淀说明氢氧化亚铁被氧气氧化，分析原因应该是装置4中的空气未排尽。【答案】(1)分液漏斗液封，防止空气进入装置4(2)在装置2、3之间添加控制开关(3)装置4内的空气没有排尽巩固巩固·提升1．铁是目前产量最大且使用最广泛的金属。下列含铁物质与其用途不匹配的是选项物质用途AFe合金高铁铁轨BFeO涂料中的红色颜料C磁性材料D营养强化剂A．A B．B C．C D．D【答案】B【解析】A．铁合金可作高铁铁轨，A正确；B．涂料中的红色颜料是，B错误；C．有磁性，可作磁性材料，C正确；D．可以补充Fe2+，可作营养强化剂，D正确；答案选B。2．2023年7月国内海拔最高、区域最广的丹霞地貌景区配套设施—四川省甘孜州新龙红山景区正式开园，丹霞地貌的岩层呈红色是因为含A．Fe(OH)3 B．Fe(OH)2 C．FeO D．Fe2O3【答案】D【解析】Fe(OH)3为红褐色固体，Fe(OH)2为白色固体，FeO为黑色固体，Fe2O3为红棕色固体，俗称铁红，丹霞地貌的岩层呈红色，主要原因是因为含有Fe2O3，故选：D。3．下列物质中铁元素的化合价为＋2价的是()A．Fe B．FeOC．FeCl3 D．Fe3O4【解析】选BA为单质，铁元素化合价为0价；C项FeCl3中铁元素化合价为＋3价；D项可看作FeO·Fe2O3；只有B项中，氧为－2价，铁元素为＋2价。4．在含有1molFeSO4的溶液中投入一小块金属钠，反应完全后，滤出沉淀并洗涤，然后在空气中灼烧沉淀得到的固体物质是()A．FeO B．FeC．Fe(OH)3 D．Fe2O3【解析】选D金属钠投入溶液生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠与FeSO4溶液反应生成Fe(OH)2，在空气中灼烧沉淀时，Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3再分解生成Fe2O3和H2O。5．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的A．①②③ B．①②④C．①②③④ D．②③④【答案】B【解析】因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；④中液面加苯阻止了空气进入；③由于空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。故本题选B。6．某学生在家里进行以下小实验：将空心铁球放入盛有密度为ρg·cm3的食盐水的烧杯中，铁球所处的位置如图所示。他将下列物质分别依次加入烧杯中：①密度为ρg·cm3的硝酸银溶液②密度为ρg·cm3的硫酸铜溶液③密度为ρg·cm3的稀硫酸(1)请写出可能发生反应的离子方程式：①、；②；③。(2)试判断，能使小球上浮的物质是(填序号)。【答案】(1)Cl＋Ag＋=AgCl↓2Ag＋＋Fe=Fe2＋＋2AgCu2＋＋Fe=Fe2＋＋Cu2H＋＋Fe=Fe2＋＋H2↑(2)③【解析】（1）①烧杯中有铁球和食盐水，加入硝酸银溶液，会发生、，离子方程式分别为Cl＋Ag＋=AgCl↓、2Ag＋＋Fe=Fe2＋＋2Ag；②烧杯中有铁球和食盐水，加入硫酸铜溶液，会发生，离子方程式为Cu2＋＋Fe=Fe2＋＋Cu；③烧杯中有铁球和食盐水，加入稀硫酸，会发生，离子方程式为2H＋＋Fe=Fe2＋＋H2↑；故答案为：Cl＋Ag＋=AgCl↓；2Ag＋＋Fe=Fe2＋＋2Ag；Cu2＋＋Fe=Fe2＋＋Cu；2H＋＋Fe=Fe2＋＋H2↑；（2）将空心铁球放入盛有密度为ρg·cm3的食盐水的烧杯中，铁球悬浮在水面上，向烧杯中加入密度为ρg·cm3的硝酸银溶液，会在铁球表面生成单质银，使铁球重量增大而下沉；加入密度为ρg·cm3的硫酸铜溶液，会在铁球表面生成单质铜，使铁球重量增大而下沉；加入密度为ρg·cm3的稀硫酸生成氢气和硫酸亚铁，使铁球的重量减小而上浮，故答案为：③。7．某兴趣小组为认识铁及其化合物的性质、分散系的性质做了如图一组综合实验，根据实验流程回答相关问题。(1)请写出Fe2O3与①反应的离子方程式：