3-1-1-铁的单质-铁的氧化物

2022-2023学年高一化学同步学习高效学讲练（自主学案）第三章铁金属材料第一节铁及其化合物第1课时铁的单质铁的氧化物课程学习目标1．了解单质铁的性质及用途。2．通过实验认识铁单质与水蒸气的反应的条件，加深对微观原子结构决定物质宏观性质的认识。3．认识铁的氧化物的性质及用途。学科核心素养1．通过对“铁及其氧化物”的学习，培养化学服务社会的责任意识。2．通过对“铁单质与水蒸气反应”的学习，培养宏观辨识和微观探究的能力。3．通过对“铁及其氧化物”的学习，培养化学服务社会的责任意识。【知识回顾】1．光亮的铁丝在空气中能否燃烧？铁丝在纯氧中燃烧的现象如何？请写出相应的化学方程式。__铁丝在空气中不能燃烧。铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4。__2．将几滴FeCl3饱和溶液滴入沸腾的蒸馏水中，继续加热至液体呈红褐色，停止加热。所得液体即为氢氧化铁胶体。反应方程式：FeCl3＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Fe(OH)3(胶体)＋3HCl【新知学习】一．铁的单质1.铁元素在自然界中的存在形态(1)人类最早使用的铁是来自太空的陨铁。陨铁中的铁以单质形态存在。(2)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。(3)铁矿石的主要成分是Fe2O3，丹霞地貌的岩层因含Fe2O3而呈红色。2．铁的应用历史(1)我国在__春秋__初年就掌握了冶铁技术。__战国__中期以后，铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。(2)现代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。化学方程式为3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。3．物理性质纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点为1535℃，沸点为2750℃。纯铁的抗蚀力很强，它有良好的延展性、导热性和导电性，导电性比铜、铝差，能被磁铁吸引。二．铁单质的化学性质1.与非金属单质反应(1)与O2反应点燃(化学方程式)：3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4；现象：剧烈燃烧，火星四射。常温：铁在潮湿的空气中易被腐蚀，生成铁锈，其主要成分为Fe2O3·xH2O。(2)与Cl2反应(化学方程式)：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2FeCl3；现象：剧烈燃烧，棕红色烟。注意：铁在氯气中燃烧，只生成FeCl3，与反应物量比无关。(3)与S反应(化学方程式)：Fe＋Seq\o(=,\s\up7(△))FeS。氧化性：Cl2>S，铁与Cl2反应被氧化为＋3价，与S反应被氧化为＋2价。2.与水反应常温下，铁与水是不反应的。但高温下可与水蒸气反应(化学方程式)：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。实验装置操作现象用火柴点燃肥皂液，听到__爆鸣__声，证明生成了__H2__实验中湿棉花的作用是提供水蒸气。实验结论在高温下，铁能与水蒸气反应生成H2，化学方程式为__3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2__。3.与酸反应与非氧化性酸，如盐酸、稀硫酸反应的离子方程式：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。4.与盐溶液反应(1)置换反应与CuSO4溶液反应(离子方程式)：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。(2)与FeCl3溶液反应(离子方程式)：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。【总结】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。(1)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。(2)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。(3)红热的铁能与水蒸气发生反应，生成四氧化三铁和氢气。化学方程式：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高温))Fe3O4＋4H2。三．铁单质的冶炼铁单质冶炼的原理就是利用还原剂将铁从矿石中还原出来。如高炉炼铁：(1)设备：炼铁高炉；原料：铁矿石、焦炭、空气等。(2)主要反应①还原剂的生成。a．生成CO2：C＋O2eq\o(=,\s\up15(高温))CO2b．生成CO：CO2＋Ceq\o(=,\s\up15(高温))2CO②铁的生成：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up15(高温))2Fe＋3CO2【知识误区】（1）误认为Fe与Cl2反应的产物可能为FeCl2或FeCl3。Fe与Cl2反应的产物是FeCl3，与Cl2量的多少无关，反应Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋只能在溶液中进行。（2）误认为Fe与酸的反应都是置换反应。Fe与非氧化性酸的反应是置换反应，生成盐和H2，与氧化性酸(如HNO3、浓H2SO4)的反应不是置换反应，不能生成H2。四．铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名－铁红磁性氧化铁颜色状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元素的化合价＋2＋3＋2，＋3稳定性不稳定稳定稳定类别碱性氧化物碱性氧化物特殊氧化物与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O【效果检测】1．（2021·云南省华宁县第一中学高一期中）铁的下列性质中不属于纯铁的物理性质是A．质软 B．银白色 C．能导电 D．易生锈【答案】D【详解】物理性质通常包括：颜色、状态、气味、密度、硬度、熔沸点、导电性、导热性、溶解性等，所以铁质软、银白色、能导电，均为物理性质，而易生锈是指易被氧化，为化学性质；综上所述答案为D。2．（2021·山西太原市·高一期末）生活中的下列物品，不是由生铁铸造的是A．杠铃片 B．足球门框 C．一元硬币 D．下水井盖【答案】C【详解】A.杠铃片是由生铁铸造而成，故A不符合题意；B.足球门框是由生铁铸造而成，故B不符合题意；C.一元硬币的材质是钢芯镀镍，不是生铁，故C符合题意；D.下水井盖是由生铁铸造而成，故D不符合题意。故答案选C.3．下列关于铁的叙述错误的是A．纯净的铁是光亮的银白色金属B．铁能被磁铁吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性C．铁是地壳中含量最多的金属元素，所以分布在地壳的铁有游离态也有化合态D．纯铁的抗蚀能力相当强，在干燥的空气里不易被氧化【答案】C【详解】A．纯净的铁是光亮的银白色金属，正确；B．铁是强磁性物质，在磁场作用下被磁化，正确；C．铝是地壳中含量最多的金属元素，铁第二位，错误；D．纯铁加上周围的空气又是干燥的，不能形成原电池，因此不会发生电化学腐蚀，故抗蚀能力很强，正确。4．化学与生活密切相关，下列说法不正确的是A．用铁锅炒菜比用铝锅好B．FeCl3浓溶液与沸水反应生成Fe(OH)3胶体，可作净水剂C．“84消毒液”可用来杀菌消毒的原因是里面含有氯水D．食品包装袋内常用铁粉作为脱氧剂以延长食品保存时间【答案】C【详解】A．使用铁锅和铝锅，均会有极微量的铁离子或者铝离子最终进入人体，铁元素的累积对人体影响不大，但铝元素累积会造成婴幼儿智力发育迟缓，老年人患老年痴呆症的概率明显上升，描述正确，不符题意；B．Fe(OH)3胶体表面容易吸附水中的微小颗粒，可以起到净水作用，描述正确，不符题意；C．“84消毒液”可以杀菌消毒是因为溶液中有次氯酸盐成分，而不是氯水，描述错误，符合题意；D．还原铁粉可以吸附空气中的氧气与之反应，避免食品被氧气所氧化，且铁粉本身无毒，描述正确，不符题意；综上，本题选C。5．（2021·云南昆明市·昆明二十三中高一期中）下列离子方程式书写正确的是A．盐酸中滴入碳酸钠溶液：CO+2H+=H2O+CO2↑B．铁粉与稀硫酸反应：2Fe+6H+=2Fe3++3H2↑C．盐酸中滴入氢氧化钠溶液：HCl+OH-=H2O+C1-D．稀硫酸滴入氢氧化钡溶液：SO+H++Ba2++OH-=BaSO4↓+H2O【答案】A【详解】A．HCl与Na2CO3反应，实质是H+与反应，对应离子方程式为：2H++=CO2↑+H2O，A正确；B．Fe与稀硫酸反应生成Fe2+，对应离子方程式为：Fe+2H+=Fe2++H2↑，B错误；C．HCl属于强酸，书写离子方程式时应拆写为离子形式，正确离子方程式为：H++OH-=H2O，C错误；D．Ba(OH)2与H2SO4反应时，Ba2+、、BaSO4系数为1，对应H+、OH-、H2O系数应为2，正确离子方程式为：2H++2OH-+Ba2++=BaSO4↓+2H2O，D错误；故答案选A。6．我国科学家参与研制的阿尔法磁谱仪随美国发现号航天飞机升入太空，开始了探索宇宙中是否存在“反物质”和“暗物质"的研究工作。根据所学的知识推测制造阿尔法磁谱仪核心部件的材料是（）A．Fe B．FeO C．Fe2O3 D．Fe3O4【答案】D【解析】制造阿尔法磁谱仪的核心部件的材料是一种具有磁性的物质，在铁的各种化合物中，只有四氧化三铁是具有磁性的物质，其他均不具有磁性。答案选D。【点睛】本题是一道化学和航天技术相结合的考题，涉及金属铁以及化合物的性质等知识，用于制造阿尔法磁谱仪核心部件的材料是永磁体，根据具有磁性的物质以及物质的性质和应用来回答判断。7．关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的下列说法中不正确的是()A．铁元素化合价不完全相同B．氧元素的化合价完全相同C．氧化亚铁俗称铁红，为红棕色固体D．铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体【答案】C【解析】铁的三种氧化物中，氧元素的化合价完全相同，都为－2价；铁元素的化合价不同，氧化铁中铁为＋3价，氧化亚铁中铁为＋2价，四氧化三铁中铁为＋2价和＋3价。氧化铁俗称铁红，是一种红棕色的固体；铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，是一种黑色固体；故本题选C。8．高炉炼铁中存在反应：，下列说法不正确的是()A．该反应属于氧化还原反应B．在该条件下，将还原剂换成，发生反应后也能生成C．每生成(标况下)的，转移D．俗称“铁红”，外观为红棕色粉末，在该反应中被还原【答案】C【解析】A．C元素、Fe元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，A正确；B．在该条件下，将还原剂换成，发生铝热反应：，B正确；C．结合反应方程式可知：每生成3molCO2转移6mol电子，所以标况下每生成(1.5mol)的转移3mol电子，C错误；D．俗称“铁红”，外观为红棕色粉末，Fe元素化合价降低，被还原，D正确。答案选C。9．（2021·吉林长春市·长春外国语学校高一期末）我国宋代的药物著作《开宝本草》中记载了铁华粉的制法：“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，铁上生衣，铁华成矣。”由此判断铁华粉是指A．铁粉 B．氢氧化亚铁 C．氢氧化铁 D．醋酸亚铁【答案】D【详解】铁华粉的制法为：取钢煅作叶，令表光净、以盐水洒之并置于浓醋瓮中，阴处埋之百日，则铁上生衣，铁华成矣，由信息可知，Fe与醋酸反应生成铁华粉，铁是活泼金属，能与酸反应亚铁盐，即铁能与醋酸反应生成醋酸亚铁，所以铁华粉是指醋酸亚铁，故答案为D。10．（2021·海原县第一中学高一月考）下列物质不能由两种单质直接化合得到的是A．FeCl3 B．FeCl2 C．Fe3O4 D．NaCl【答案】B【详解】A．铁和氯气反应生成氯化铁，2Fe+3Cl22FeCl3，故A正确；B．氯气的氧化性较强，能将铁直接转为FeCl3，生成FeCl2不能一步反应，故B错误；C．金属铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，3Fe+2O2Fe3O4，故C正确；D．金属钠和氯气反应得到NaCl，2Na+Cl22NaCl，故D正确；故选：B。11．（2021·朝阳市第一高级中学高一期末）如图转化过程中错误的是A．① B．② C．③ D．④【答案】B【详解】A．反应①中，Fe与高温水蒸气发生反应3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，A正确；B．反应②中，Fe与O2在点燃条件下发生反应3Fe+2O2Fe3O4，B错误；C．反应③中，Fe与稀硫酸发生反应Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，C正确；D．反应④中，Fe与Cl2在点燃条件下发生反应3Cl2+2Fe2FeCl3，D正确；故选B。12．将铁片放入下列各溶液中，反应后溶液质量增加，但无气体产生的是A．CuCl2溶液 B．AgNO3溶液C．Fe2(SO4)3溶液 D．稀硫酸【答案】C【详解】A．Fe与CuCl2反应生成Cu和FeCl2，固体由Fe变为Cu，质量增加，则溶液的质量减轻，A不符合题意；B．Fe与AgNO3反应生成Fe(NO3)2和Ag，固体由Fe变为Ag，质量增加，则溶液的质量减轻，B不符合题意；C．Fe与Fe2(SO4)3反应生成FeSO4，溶质的质量增加，无气体产生，C符合题意；D．Fe与稀硫酸反应生成FeSO4和氢气，有气体放出，D不符合题意；故选C。13．铁与水蒸气反应实验改进前后的装置如图所示：下列说法错误的是()A．将湿棉花改为浸水的尿不湿，酒精灯由单头改为双头，可提供足量的水蒸气B．用具支试管可将试管口附近冷凝的水导出，避免冷凝水与灼热铁粉接触C．肥皂水改为吹泡泡水，收集H2效果更好，点燃效果更明显D．悬挂的磁铁仅能吸引反应铁粉，不能吸引反应产物【答案】D【解析】A．原装置加热试管提供水蒸气，Fe与水蒸气高温下反应生成氢气，则将湿棉花改为浸水的尿不湿，酒精灯由单头改为双头，可提供足量的水蒸气，故A正确；B．Fe与冷水不反应，则具支试管可将试管口附近冷凝的水导出，避免冷凝水与灼热铁粉接触，故B正确；C．肥皂水改为吹泡泡水，更易产生泡沫，现象明显，收集H2效果更好，点燃效果更明显，故C正确；D．铁、四氧化三铁均可被磁铁吸引，则悬挂的磁体不仅能吸引铁粉，也能吸引反应产物四氧化三铁，故D错误；故选D。14．等物质的量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是()A．1∶1B．3∶4C．2∶3D．4∶3【答案】B【解析】设Fe的物质的量为1mol，则Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑1mol1mol3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(△))Fe3O4＋4H21moleq\f(4,3)mol相同条件下体积之比等于物质的量之比，则两反应中生成H2体积之比为：1∶eq\f(4,3)＝3∶4，故选B。15．A、B、C、D为中学化学中常见的物质，其转化关系如图(反应条件略)。(1)若A为金属单质，D为非金属单质。C为淡黄色固体，常用作供氧剂。C的化学式为_______，A与水反应的化学方程式为_______。(2)若D为强碱，B为白色胶状沉淀且为两性化合物，则B与D反应生成C的离子方程式为_______。(3)若A为黄绿色气体，D为生活中常见金属。写出B与D反应的离子方程式_______。【答案】Na2O22Na+2H2O=2NaOH+H2↑Al(OH)3+OH-=AlO+2H2O【详解】(1)A为金属单质，D为非金属单质，C为淡黄色固体，常用作供氧剂，则C为Na2O2，D为O2，A为Na；A与水反应，即Na与水反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑；(2)D为强碱，B为白色胶状沉淀且为两性化合物，则B为Al(OH)3，C中含有，B与D反应生成C的离子方程式为：Al(OH)3+OH-=AlO+2H2O；(3)A为黄绿色气体，D为生活中常见金属，则A为Cl2，D为Fe，B为FeCl3，C为FeCl2，B与D反应的离子方程式为。16．（2021·三亚华侨学校高一开学考试）铁是一种化学性质比较活泼的金属，在一定条件下能与多种物质发生化学反应。(1)反应①的化学方程式为_______。(2)反应②的化学方程式为_______。(3)反应③的化学方程式为_______。【答案】3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2Fe+CuSO4=FeSO4+CuFe+2HCl=FeCl2+H2↑【分析】Fe与水蒸气在高温下反应产生Fe3O4、H2；Fe与CuSO4发生置换反应产生FeSO4、Cu；Fe与HCl反应产生FeCl2、H2；Fe与O2在点燃时反应产生Fe3O4。【详解】(1)铁和水蒸气在高温下反应产生Fe3O4和H2，反应的化学方程式为：3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2；(2)由于金属活动性：Fe＞Cu，铁和硫酸铜在溶液中反应生成硫酸亚铁和铜，反应为：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；(3)在金属活动性顺序表中，Fe位于H元素的前边，能够与盐酸发生置换反应产生氯化亚铁和氢气，反应方程式为：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑。17．某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4、较多的Cu2+和少量的Na+。为了减少污染并变废为宝，工厂计划从该废水回收硫酸亚铁和金属铜。请根据流程图(所加试剂均过量)，回答下列问题：(1)物质X的化学式为：___，操作2的名称：___。(2)已知Y为稀硫酸，写出C中成分的化学式：___，在A中加入Y的化学方程式为：___。(3)工业废水中加入X所发生的离子方程式为：___；该反应是否为氧化还原反应___(填“是”或“否”)，如果是氧化还原反应，发生还原反应的离子是：___。(4)流程中的操作3是：蒸发浓缩、___、过滤、洗涤、烘干。【答案】Fe过滤CuFe+H2SO4=FeSO4+H2↑Cu2++Fe=Fe2++Cu是Cu2+冷却结晶【分析】在废水中先加入X(单质铁)，将铜离子还原为单质铜，过滤得到的A为Cu和过量的单质Fe，溶液B为硫酸亚铁。向A中加入稀硫酸，Fe与稀H2SO4反应生成硫酸亚铁，过滤得到C(单质铜)和B(硫酸亚铁溶液)。将两次得到的硫酸亚铁溶液合并，蒸发浓缩，冷却后析出FeSO4·7H2O晶体，再过滤即可。【详解】(1)由分析可知：物质X为Fe，操作2是过滤，故答案为：Fe，过滤。(2)试剂Y为稀H2SO4，由分析可知A为Cu和过量的单质Fe，发生反应的化学方程式为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，过滤得到C(单质铜)，故答案为：Cu；Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。(3)加入X(单质铁)，将铜离子还原为单质铜，反应的离子方程式为：Cu2++Fe=Fe2++Cu，Fe和Cu元素的化合价发生变化，属于氧化还原反应，Cu元素的化合价由+2价降低为0价，所以发生还原反应的离子是Cu2+，故答案为：Cu2++Fe=Fe2++Cu，是，Cu2+。(4)最后的一系列操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，故答案为：冷却结晶。【点睛】对于最后一问，应该注意到这是一种常见的问题，要把这种操作和蒸发进行区分。蒸发溶液一般是要把溶液蒸干得到固体的。而对于带有结晶水或受热易分解的物质，直接将溶液蒸干明显是不合理的，因为可能会失去结晶水或者受热分解，所以要进行蒸发浓缩，剩余少量水，冷却使物质析出。18．在常温下，Fe与水并不起反应，但在高温下，Fe与水蒸气可发生反应。应用下列装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”。请回答该实验中的问题。（1）写出该反应的反应方程式：________________________________________，并指明该氧化还原反应的还原剂是_____________，氧化剂是____________。（2）实验前必须对整套装置进行气密性检查，操作方法是______________________。（3）圆底烧瓶中盛装的水，该装置受热后的主要作用是________________________，烧瓶底部放置了几片碎瓷片，