2024-2025学年新教材高中化学第3章铁金属材料第1节课时1铁的单质氧化物和氢氧化物学案新人教版必修第一册

PAGE9-课时1铁的单质、氧化物和氢氧化物发展目标体系构建1.了解铁的存在、应用、相识、应用铁的化学史，增加文化自信，培育学生“社会责任与科学精神”的核心素养。2.能用氧化还原反应原理相识铁的化学性质，同时依据试验事实探究Fe与H2O(g)的反应，培育学生“试验探究与证据推理”的核心素养。3.通过物质的属类和试验探究铁的氧化物和氢氧化物的主要性质和Fe(OH)2的制备探究，培育学生“科学探究与宏观辨识”的核心素养。一、铁的单质1．铁元素的存在铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位，主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中。2．铁的冶炼(1)铁是目前产量最大，运用最广泛的金属。春秋初年，我国已驾驭冶铁技术。(2)工业炼铁的原理是用还原方法把铁从铁矿石中提炼出来。高炉炼铁是用CO还原铁矿石(如Fe2O3)的化学方程式为Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up10(高温))2Fe＋3CO2。3．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。4．铁的化学性质铁的化学性质比较活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。(1)铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应①铁与氯气反应的化学方程式：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up10(点燃))2FeCl3。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＋Seq\o(=,\s\up10(△))FeS。③铁与盐酸(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。(2)试验探究铁粉与水蒸气的反应试验装置操作现象用燃着的火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声，证明生成了H2试验结论在高温下，铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up10(高温))Fe3O4＋4H2微点拨：湿棉花的作用是供应水蒸气。5．人体中的铁元素人体中的含铁化合物主要分为两类，即功能性铁和储存铁。人体缺铁，就会发生贫血。我国已实施在某些酱油中加入铁强化剂的措施。二、铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗称－铁红磁性氧化铁颜色和状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体铁的价态＋2价＋3价＋2价、＋3价水溶性不溶不溶不溶与盐酸反应(离子方程式)FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O与CO的反应FexOy＋yCOeq\o(=,\s\up10(高温))xFe＋yCO2微点拨：(1)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。(2)12FeO＋2O2eq\o(=,\s\up10(△))4Fe3O4。三、铁的氢氧化物1．试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，缘由是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，生成白色沉淀，缘由是Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(填反应的离子方程式)，沉淀快速变成灰绿色最终会有红褐色沉淀生成，缘由是4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(填反应的化学方程式)。2．Fe(OH)2、Fe(OH)3的比较Fe(OH)2Fe(OH)3颜色和溶解性白色固体，不溶于水红褐色固体，不溶于水稳定性在空气中易转化为Fe(OH)32Fe(OH)3eq\o(=,\s\up10(△),\s\do10())Fe2O3＋3H2O(填化学方程式)与盐酸反应Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)Fe在空气中燃烧生成黑色的Fe2O3。 ()(2)Fe与全部酸可以反应均生成Fe3＋。 ()(3)FeO、Fe2O3、Fe3O4均为碱性氧化物。 ()(4)Fe(OH)2易转化为Fe(OH)3，表现强氧化性。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)×2．下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是()A．反应中有氢气产生B．此反应需在高温条件下才能发生C．生成的铁的化合物中铁全部呈＋3价D．该反应中水作氧化剂[答案]C3．下列物质与铁反应只生成＋2价铁化合物的是________(填序号)①稀硫酸②CuCl2溶液③Cl2④S⑤O2⑥H2O(g)[答案]①②④铁的主要性质归纳1．Fe与全部酸反应均生成Fe2＋吗？请分析。[答案]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。2．如下图所示(1)试验时，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)该试验中湿棉花的作用是什么？[答案](1)先加热湿棉花，让水蒸气充溢装置。(2)爆鸣声，也可能燃烧。(3)供应水蒸气。1．铁的主要性质(1)Feeq\o(→,\s\up10(H＋、Cu2＋、Fe3＋、S、I2))eq\o(Fe,\s\up10(＋2))(2)Feeq\o(→,\s\up10(HNO3、Cl2、Br2))eq\o(Fe,\s\up10(＋3))(3)Feeq\o(→,\s\up10(O2、H2Og))Fe3O42．铁与H2O(g)反应应留意(1)试验结束时，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)铁与水蒸气反应的试验中，湿棉花的作用是加热时产生水蒸气。1．在肯定条件下，铁与有关物质的反应，所得产物错误的是()A．Feeq\o(→,\s\up10(Cl2))FeCl3 B．Feeq\o(→,\s\up10(S))FeSC．Feeq\o(→,\s\up10(H2Og))Fe(OH)3 D．Feeq\o(→,\s\up10(O2))Fe3O4C[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。]2．用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的试验，下列有关说法不正确的是()A．装置A的作用是为试验供应持续不断的水蒸气B．装置B中反应的化学方程式是2Fe＋3H2O(g)eq\o(=,\s\up10(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处的气体前必需检验气体的纯度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，故须要用碱石灰等不与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前必需检验其纯度，D项正确。]Fe(OH)2的性质及其制备1．向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液，生成的白色沉淀快速变为灰绿色，不能得到白色沉淀Fe(OH)2，为什么？[答案]Fe(OH)2具有强还原性，遇O2被氧化。2．试验室要制取Fe(OH)2，关键是什么？[答案]关键是避开生成的Fe(OH)2接触O2。1．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，并渐渐挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入爱护气，如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加爱护层，如苯、植物油等。2．试验装置的改进【典例】如图所示装置可用来制取和视察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的改变。试验时必需运用铁屑和6mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：(1)B中盛肯定量的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)试验起先时先将止水夹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：__________________________________。[解析]试验起先时先打开止水夹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，以便较长时间视察Fe(OH)2的颜色。H2充溢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)33．试验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2，为了使生成的产物不简单被氧化，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溶液的上面加一层苯，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C[A对，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。B对，在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油，以隔绝空气。C错，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。D对，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。]4．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，塞紧塞子后的试验步骤是______________。(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，然后经过止水夹进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气。最终关闭止水夹，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，从而避开了溶解在溶液中的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的纯度，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充溢了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不简单进入装置1．常温下，将铁片放入下列溶液中，不发生反应的是()A．稀硫酸 B．氯水C．氢氧化钠溶液 D．硫酸铜溶液C[铁与稀硫酸反应：Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑；氯水呈酸性、强氧化性可以和铁反应；铁与硫酸铜发生置换反应：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu；铁与氢氧化钠溶液不发生反应，C项符合题意。]2．下列说法正确的是()A．铁与酸反应肯定生成盐和氢气B．铁与氯气反应的产物与二者的量有关C．铁的氧化物属于金属氧化物，也属于碱性氧化物D．铁与水蒸气在高温下的反应属于置换反应，故肯定是氧化还原反应D[Fe与盐酸、稀硫酸等非氧化性酸反应生成盐和H2，但与HNO3等氧化性酸反应不产生H2，A项错误；Fe与Cl2在加热时反应生成FeCl3，与二者的量无关，B项错误；Fe3O4是金属氧化物，但不符合碱性氧化物的定义，故不属于碱性氧化物，C项错误；置换反应肯定属于氧化还原反应，D项正确。]3．下列关于铁的氧化物说法错误的是()A．铁的氧化物在通常状况下都是有色固体B．四氧化三铁是一种困难的铁的氧化物，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2＋和Fe3＋C．氧化铁是铁锈的主要成分，因此氧化铁俗称铁锈D．工业上常运用铁的氧化物作原料冶炼铁C[铁的氧化物在通常状况下都是有色固体，如氧化铁是红棕色固体，氧化亚铁和四氧化三铁都是黑色固体，故A正确；四氧化三铁是一种困难的铁的氧化物，可看作是由FeO、Fe2O3组成的化合物，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2＋和Fe3＋，B正确；铁锈的主要成分Fe2O3·xH2O，故C错误；工业上常运用铁的氧化物作原料，用一氧化碳冶炼铁，故D正确。]4．将一小块钠投入盛5mLFeCl2的试管里，不行能视察到的现象是()A．钠熔成小球并在液面上游动B．有无色无味的气体生成C．溶液底部有银白色物质生成D．溶液中产生的沉淀最终为红褐色C[钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，反应放热，钠密度小于水，所以钠熔成小球并在液面上游动，氢氧化钠与FeCl2溶液反应最终生成红褐色氢氧化铁。]5．(素养题)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与水蒸气反应的试验”。请回答该试验中的问题。(1)试验起先首先进行的操作为_______________。(2)硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为_______