课时20-铁的单质及其氧化物(精讲)(人教2019必修第一册)

第三章铁金属材料第一节铁及其化合物课时20铁的单质及其氧化物【目标导航】1．了解铁在自然界中的存在形态及冶炼方法。2．掌握铁的物理性质和化学性质。3．掌握铁的氧化物的性质及应用。【知识导图】一、铁铁元素的存在1．游离态：铁在自然界中可以以单质的形态存在于陨铁中。2．化合态：铁主要以化合物的形态存在，主要以+2价和+3价存在于矿石中，如黄铁矿(主要成分是FeS2)、赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、磁铁矿(主要成分是Fe3O4)、菱铁矿(主要成分是FeCO3)等。。3．含量：铁元素在地壳中含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。二、铁单质的物理性质颜色状态导电性、导热性、延展性熔、沸点特性银白色固体良好(导电性不如铜和铝)高被磁铁吸引三、铁单质的化学性质1．与非金属单质反应：(1)与Cl2反应：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃),\s\do5())2FeCl3。（2）与O2反应：反应条件燃烧加热常温、潮湿反应产物Fe3O4FeOFe2O32．与酸反应：如与稀硫酸和稀盐酸反应的离子方程式为：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。3．与盐反应：如与FeCl3和CuCl2溶液反应的离子方程式为：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，_Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu_。4．与水蒸气反应实验装置产物验证实验结论用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了H2；试管内产物冷却后为黑色晶体铁不能与冷水、热水反应，但在高温下能与水蒸气反应，其化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2_四、人体中的铁元素1．成人体内含铁元素4～5g，是人体必需微量元素中含量最多的一种。2．人体内的含铁化合物可分为功能性铁和储存铁两类。3．为了减少缺铁性贫血问题的发生，可在某些酱油中加入铁强化剂。五、铁的氧化物1．物理性质化学式FeOFe2O3Fe3O4俗称铁红磁性氧化铁色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体溶解性难溶于水难溶于水难溶于水铁的价态+2价+3价+2价，+3价分类碱性氧化物碱性氧化物复杂氧化物2．化学性质(1)与盐酸反应的离子方程式为①FeO+2H+=Fe2++H2O；②Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；③Fe3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O。(2)FeO的不稳定性：6FeO+O22Fe3O4。3．用途三氧化二铁常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料。【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)地壳中含量最高的金属元素是铁()(2)铁的化学性质比较活泼，所以铁在自然界中全部以化合态存在。()(3)Fe与热水发生反应生成Fe2O3()(4)铁和稀硫酸反应：2Fe＋6H＋=2Fe3＋＋3H2↑()(5)过量的铁和氯气反应：Fe＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))FeCl2()(6)铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4。()(7)铁在高温下与水蒸气的反应是置换反应。()(8)铁与盐酸或水蒸气反应，铁都作还原剂。()(9)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。()(10)赤铁矿的主要成分是Fe3O4()(11)Fe2O3为碱性氧化物，可与水反应生成Fe(OH)3()(12)铁锈的主要成分是Fe2O3()(13)Fe3O4中铁元素有＋2价和＋3价，Fe3O4是混合物()(14)铁与水蒸气的反应是氧化还原反应()(15)铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3()【答案】(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√(7)√(8)√(9)√(10)×(11)×(12)√(13)×(14)√(15)×考点一铁的单质【例1】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+3H2OFe2O3+3H2↑C．装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰D．点燃D处的气体前必须检验气体的纯度【答案】B【解析】A项，装置A是液态水在加热的条件下加热产生水蒸气的装置，作用是为实验提供持续不断的水蒸气，A正确；B项，Fe与水蒸气在高温下发生反应产物是Fe3O4和H2，B中反应的化学方程式是3Fe+4H2O(g)

Fe3O4+4H2，B错误；C项，氢气属于中性气体，可以用碱石灰做干燥剂，C正确；D项，氢气在点燃之前应该先检验气体的纯度，防止发生爆炸，D正确；故选B。【解题技法】1．误认为足量的Fe与氯气反应会生成FeCl2，其实该反应只能生成FeCl3。2．误认为Fe3O4是FeO与Fe2O3组成的混合物，其实Fe3O4是一种特殊的氧化物，是纯净物。3．误认为Fe与O2反应就一定生成Fe3O4，其实只有在纯氧中燃烧才会生成Fe3O4。4．误认为铁很容易生锈而被腐蚀，其实纯铁抗腐蚀能力很强，易生锈的都是铁的合金。5．误认为只有Fe才能被磁铁吸引，其实Fe3O4也可以吸引磁铁。【对点训练1】在人类文明中，金属铁的重要性独一无二：人类用铁的历史至少已有3000年，现在每年生产和使用的铁超过10亿吨。铁元素具有多种可变价态，有0、+2、+3、+6等，不同价态的铁在一定条件下可以相互转化，如2FeCl3+Fe=3FeCl2，2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，Fe+CuCl2=FeCl2+Cu。某化学实验室产生的废液中含有FeCl3、CuCl2、BaCl2三种物质，现设计下列方案对废液进行处理，以回收金属并制备氯化钡、氯化铁晶体。下列说法不正确的是()A．沉淀1中的单质为铁和铜B．试剂X应为NaOHC．“过滤3”到“氧化”是为了充分回收铁元素D．氧化方程式为：2FeCl2+H2O2+2HCl=2FeCl3+2H2O【答案】B【解析】加入铁与CuCl2反应生成Cu和氯化亚铁，Fe与FeCl3反应生成FeCl2，沉淀1为Fe、Cu，加入盐酸与Fe反应生成FeCl2，过滤金属得Cu，滤液为FeCl2、BaCl2，加入H2O2发生氧化反应，将FeCl2氧化为FeCl3，为了不引入其他杂质离子，试剂X为Ba(OH)2，得到滤液2是BaCl2和沉淀2是Fe(OH)3，加入稀盐酸得到FeCl3，经系列操作得到FeCl3∙6H2O。A项，加入铁与CuCl2反应生成Cu和氯化亚铁，由于加入过量铁，则沉淀1中的单质为铁和铜，A正确；B项，加入试剂X目的是调节溶液的pH以沉淀Fe3+，为了不引入其他杂质离子，试剂X为Ba(OH)2，B错误；C项，沉淀1为Fe、Cu，加入盐酸与Fe反应生成FeCl2，“过滤3”到“氧化”是为了充分回收铁元素，C正确；D项，加入H2O2发生氧化反应，将FeCl2氧化为FeCl3，氧化发生化学反应的方程式为：2FeCl2+H2O2+2HCl=2FeCl3+2H2O，D正确；故选B。考点二铁的氧化物【例2】某铁的氧化物(FexOy)1.52g溶于足量盐酸，向所得溶液中通入标准状况下112mLCl2，恰好将Fe2+完全氧化。该铁的氧化物的化学式为()A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．Fe4O5【答案】D【解析】铁的氧化物(FexOy)1.52g溶于足量盐酸，向所得溶液含氯化亚铁和氯化铁，通入标准状况下112mLCl2，发生2Fe2++Cl2=2Fe2++2Cl-，恰好将Fe2+完全氧化，则Cl2的物质的量为，Fe2+的物质的量为0.01mol，则原氧化物中”FeO”为，原氧化物中”Fe2O3”为1.52g-0.72g=0.80g、，”FeO”与”Fe2O3”物质的量之比为2:1，该铁的氧化物的化学式为2FeO·Fe2O3，D满足；故选D。【解题技法】确定铁的氧化物组成的基本方法1．数据处理。设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n，则氧化物中n(Fe)∶n(O)=m56∶n16=a∶2．对上式结果a∶b进行讨论：(1)若a∶b=1∶1，则铁的氧化物为FeO；(2)若a∶b=2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；(3)若a∶b=3∶4，①铁的氧化物是Fe3O4；②FeO与Fe2O3按物质的量之比1∶1的混合物；③FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1∶1，Fe3O4为任意值)。【对点训练2】14．有一块铁的“氧化物”样品，用140mL5.0mol·L-1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025molCl2，恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+，则该样品可能的化学式为()A．Fe2O3 B．Fe3O4C．Fe4O5 D．Fe5O7【答案】D【解析】n(HCl)=0.14L×5.0mol/L=0.7mol，由氧化物和盐酸反应生成水可知，