2025年高中化学新教材同步 必修第一册 第3章　第1节　第1课时　铁的单质、氧化物和氢氧化物

第一节铁及其化合物第1课时铁的单质、氧化物和氢氧化物[核心素养发展目标]1.结合生活中铁制品的应用,了解单质铁、铁的氧化物的性质及用途,培养化学服务社会的责任意识。2.通过探究实验,认识铁单质与水蒸气反应的条件,对比钠与水的反应,加深对微观原子结构决定物质宏观性质的认识,培养宏观辨识与微观探析的能力。3.通过实验掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备原理及化学性质。一、铁的单质1.铁的存在和冶炼(1)存在铁在自然界中可以以单质形态(陨铁)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居第四位,仅次于氧、硅和铝。(2)冶炼工业炼铁的原理是用还原法把铁从铁矿石中提炼出来,化学方程式(以Fe2O3为例):3CO+Fe2O32Fe+3CO2。2.铁的物理性质铁有延展性、导热性、导电性,但其导电性不如铜和铝,铁还能被磁体吸引,其熔、沸点较高。3.铁的化学性质(1)与某些非金属单质、非氧化性酸和盐溶液反应。写出下列有关反应的化学方程式,是离子反应的写离子方程式。①Fe与非金属单质反应②Fe与非氧化性酸反应(如盐酸)Fe+2H+Fe2++H2↑。③Fe与盐溶液反应(如CuSO4溶液)Fe+Cu2+Cu+Fe2+。思考1上述反应中,铁的化合价的变化有何异同?为什么会有这样的异同?提示在一定条件下,铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。铁与弱氧化剂(如盐酸、CuSO4等)反应,生成+2价铁的化合物,而与较强的氧化剂(如Cl2等)反应,生成+3价铁的化合物。(2)实验探究铁粉与水蒸气的反应思考2在钢铁厂的生产中,炽热的铁水注入模具之前,模具为什么必须进行充分的干燥处理?提示在高温下,铁能与水发生反应。用燃着的火柴去点肥皂泡,观察到的现象是肥皂泡燃烧,听到爆鸣声,证明生成了H2,则该反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。上述实验装置中,湿棉花的作用是受热时提供反应所需的水蒸气。铁在氧气中燃烧或与水蒸气反应生成既有+2价又有+3价铁元素的氧化物Fe3O4。1.判断正误(1)由于铁单质性质比较活泼,所以自然界中没有游离态的铁单质 ()(2)铁与AgNO3、ZnCl2等盐溶液均能发生反应生成Fe2+ ()(3)分离铁粉与铜粉的混合物时,只能用化学方法 ()(4)1molFe与水蒸气高温下反应转移83mole- (答案(1)×(2)×(3)×(4)√2.(2024·北京八一中学月考)下列关于金属铁的描述不正确的是 ()A.纯铁是银白色金属B.能与水蒸气反应生成氧化铁C.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D.铁能导电但其导电性不如铜和铝答案B解析高温下,铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和氢气,故选B。3.铁与水蒸气反应的实验装置如图,下列说法正确的是 ()A.实验时,试管口应高于试管底B.加热时试管内生成红棕色物质,点燃肥皂泡可听到爆鸣声C.反应的化学方程式为2Fe+3H2O(g)Fe2O3+3H2D.试管中发生置换反应答案D解析铁与水蒸气反应生成Fe3O4和H2,属于置换反应,实验时应使试管口略低于试管底。二、铁的氧化物和氢氧化物1.铁的氧化物阅读课本,填写下表空白:氧化亚铁(FeO)氧化铁(Fe2O3)四氧化三铁(Fe3O4)俗称—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)溶解性不溶于水铁的价态+2+3+2、+3与H+反应的离子方程式FeO+2H+Fe2++H2O6H++Fe2O32Fe3++3H2OFe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O稳定性6FeO+O22Fe3O4稳定稳定与CO、C、H2反应生成单质铁及CO2或H2O用途Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料,赤铁矿(主要成分是Fe2O3)是炼铁的原料2.铁的氢氧化物(1)铁的氢氧化物的制备反应原理:Fe(OH)3与Fe(OH)2分别由相应的可溶性盐与碱溶液反应而制得。Fe(OH)2Fe(OH)3操作现象产生白色絮状沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色沉淀生成红褐色沉淀离子方程式Fe2++2OH-Fe(OH)2↓;4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3Fe3++3OH-Fe(OH)3↓实验结论Fe(OH)2很不稳定,极易转化为Fe(OH)3思考如图是制备氢氧化亚铁的改进装置,思考并回答下列问题:(1)配制NaOH和FeSO4溶液的蒸馏水要经过,目的是。

(2)在FeSO4溶液表面覆盖一层苯(一种有机溶剂,难溶于水,密度比水小)的作用是

。

(3)将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液液面以下,其目的是。

提示(1)加热煮沸赶走溶解的氧气(2)隔绝空气,防止生成的氢氧化亚铁被氧化(3)防止滴加NaOH溶液时带入空气氧化Fe(OH)2(2)Fe(OH)2和Fe(OH)3的比较Fe(OH)2Fe(OH)3颜色、状态白色固体红褐色固体溶解性不溶于水不溶于水与非氧化性强酸反应的离子方程式Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2OFe(OH)3+3H+Fe3++3H2O稳定性Fe(OH)2FeO+H2O(隔绝空气)2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O1.判断正误(1)磁铁矿的主要成分是Fe3O4 ()(2)FeO在空气中加热生成Fe2O3 ()(3)Fe3O4中铁的化合价有+2和+3价,是一种混合物 ()(4)Fe(OH)3不能利用化合反应生成 ()(5)因为Fe(OH)2易被氧化,所以在制备时要隔绝空气 ()答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√2.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均为金属氧化物,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和+3答案A解析Fe(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;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,Fe元素的化合价为+2和+3,D项正确。3.(2024·河北邢台二中高一段考)某化学兴趣小组按如图装置进行实验,反应开始时打开弹簧夹,当点燃从a口出来的气体无爆鸣声时关闭弹簧夹,此时剩余少量的钠,下列说法错误的是 ()A.橡皮管能起到平衡气压的作用B.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,剩余的少量钠能置换出单质铁C.关闭弹簧夹后,打开分液漏斗活塞,锥形瓶内能观察到白色絮状沉淀D.反应结束后,打开锥形瓶的橡胶塞,能观察到有红褐色沉淀产生答案B解析钠与水反应生成NaOH和氢气,生成的NaOH与氯化亚铁反应生成Fe(OH)2沉淀,故选B。1.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.铁能被磁体吸引C.铁是地壳中含量最多的金属元素D.铁具有延展性和导热性,可制作炊具答案C解析铝是地壳中含量最多的金属元素,铁是地壳中含量排在第二位的金属元素,C错误。2.(2024·安徽蚌埠高一期末)下列关于铁及其化合物说法正确的是 ()A.过量的铁丝在Cl2中燃烧生成FeCl2B.铁的氧化物都不溶于水,也不与水发生反应C.铁性质活泼,铁元素在自然界中都以化合态的形式存在D.向饱和FeCl3溶液中滴加适量NaOH溶液即可得到氢氧化铁胶体答案B解析过量的Fe与Cl2反应生成FeCl3,A错误;在自然界中,陨铁有游离态的铁存在,C错误;FeCl3溶液和NaOH溶液反应生成Fe(OH)3沉淀,D错误。3.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C.将肥皂液改为吹泡泡水,收集H2的效果更好,点燃效果更明显D.改进后,悬挂的磁铁能吸引铁粉,实验过程中,我们能看到具支试管中有黑色固体不断落下答案D解析尿不湿可吸收更多的水,且不易洒出,酒精灯改为双头的可增加受热面积,故可提供足够多的水蒸气,A项正确;具支试管含支管,冷凝水可从支管中流出,B项正确;吹泡泡水易起泡,收集H2更容易,点燃效果更好,C项正确;磁铁可以吸引单质铁和Fe3O4,D项错误。4.金属单质A可发生以下反应。试推断:(1)A、B、C、D、E分别是(写化学式,B写主要成分):A、B、C、

D、E。

(2)写出反应③和⑤的离子方程式:③____________________________________________;

⑤____________________________________________。

答案(1)FeFe2O3Fe3O4CuH2(2)Fe+Cu2+Fe2++CuFe+2H+Fe2++H2↑课时对点练[分值:100分](选择题1~10题,每小题6分,共60分)题组一铁的单质1.我国宋代《开宝本草》中记载了中药材铁华粉的制作方法:“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,铁上衣生,铁华成矣。”下列说法错误的是 ()A.“取钢煅作叶,如笏或团”说明金属铁有较好的延展性B.“平面磨错令光、净”的目的是除去表面的铁锈C.“铁上衣生”的原因是铁被氧气氧化D.中药材铁华粉的主要成分是醋酸亚铁答案C解析把钢煅制成长的或圆的叶子形状,说明金属铁有良好的延展性,故A正确;中药材铁华粉的主要成分是醋酸亚铁,故开始要除去铁锈,防止三价铁影响产物纯度,故B正确;金属铁在醋瓮中密封保存,隔绝空气,不能与氧气反应,故C错误;隔绝空气,铁与醋酸反应生成醋酸亚铁,故D正确。2.下列各项物质间的转化不能通过反应一步完成的是 ()A.Fe→Fe3O4 B.Fe→FeCl3C.Fe→FeCl2 D.Fe→Fe(OH)3答案D解析Fe与O2点燃可得到Fe3O4,Fe与Cl2点燃可得到FeCl3,Fe与盐酸反应可得到FeCl2,Fe不能通过反应一步生成Fe(OH)3,D符合题意。3.(2024·乌鲁木齐高一期末)某学习小组进行了如图所示的实验,实验后组员之间的交流不合理的是 ()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答案C解析铁与水不反应,应该是水蒸气,丙同学的观点错误,故选C。题组二铁的氧化物4.(2023·广东惠州高一段考)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.Fe3O4C.FeO D.Fe2O3答案D解析Fe2O3为红棕色固体,俗称铁红,丹霞地貌的岩层呈红色是因为含有Fe2O3,故选D。5.(2024·黑龙江实验中学高一月考)有关铁的氧化物的说法不正确的是 ()A.Fe3O4是黑色晶体,该晶体中每三个铁原子中有2个显+3价,1个显+2价B.FeO、Fe3O4都能与稀H2SO4反应生成盐和水,所以都是碱性氧化物C.FeO不稳定,空气中受热易转化为Fe3O4D.Fe2O3俗称铁红,常用作红色油漆和涂料答案B解析FeO是碱性氧化物,Fe3O4是复杂氧化物,故选B。题组三铁的氢氧化物6.将铁屑溶于过量的稀盐酸后加入过量的NaOH溶液,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热至沉淀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.Fe(OH)3;Fe2O3B.Fe(OH)2;Fe2O3C.Fe(OH)2;Fe(OH)3、Fe3O4D.Fe2O3;Fe(OH)3答案B解析铁屑溶于过量的稀盐酸后生成氯化亚铁,加入过量的NaOH溶液,生成Fe(OH)2白色沉淀,Fe(OH)2在空气中易被氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3受热分解生成水和红棕色的Fe2O3,故B正确。7.下列有关铁的氢氧化物的说法错误的是 ()A.Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化为红褐色固体B.Fe(OH)2具有还原性,在空气中易被氧化为Fe(OH)3C.Fe(OH)2、Fe(OH)3都具有不稳定性,受热都能分解D.Fe(OH)3胶体透明、呈红褐色,能产生丁达尔效应答案A解析Fe(OH)2是一种白色固体,不稳定,具有还原性,在空气中易被氧化为红褐色的Fe(OH)3:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,故A错误、B正确;Fe(OH)2、Fe(OH)3都具有不稳定性,受热能分解为氧化物和水,故C正确。8.将铁片放入下列溶液中,溶液质量减轻的是 ()A.稀硫酸 B.硫酸铜溶液C.稀盐酸 D.AlCl3溶液答案B解析铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,由于每溶解56gFe,溶液中逸出2gH2,所以溶液质量增加,A错误;铁和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁,由于每溶解56gFe,溶液中析出64gCu,所以溶液质量减轻,B正确;铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,由于每溶解56gFe,溶液中逸出2gH2,所以溶液质量增加,C错误;Fe与AlCl3溶液不发生反应,溶液质量不变,D错误。9.等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∶1 B.3∶4 C.2∶3 D.4∶3答案B解析根据反应的化学方程式:Fe+2HClFeCl2+H2↑、3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2可知,1molFe与盐酸反应生成1molH2,1molFe与水蒸气反应生成43molH2,故在相同条件下,产生H2的体积比是3∶4。10.以某硫酸渣(含Fe2O3等)为原料制备FeOOH(铁黄)的一种工艺流程如下:下列说法不正确的是 ()A.“酸溶”后溶液中金属阳离子主要是Fe3+B.滤渣的主要成分是FeC.“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑D.“氧化”Fe(OH)2浆液时,可用氯气代替空气答案D解析B项,根据流程图分析可知,滤渣的主要成分是Fe,正确;C项,由图示可知,“沉铁”过程中反应物为FeSO4和NH4HCO3,生成物有CO2和Fe(OH)2,故化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑,正确;D项,“氧化”Fe(OH)2浆液时,若用氯气代替空气,制备的FeOOH中会有含氯化合物,导致FeOOH的含量较低且有杂质,错误。11.(10分)铁在一定条件下的反应如图所示。(1)晋代的《抱朴子》中有记载“以曾青涂铁,铁赤色如铜”,成为现代湿法冶金的先驱。曾青就是胆矾,即五水硫酸铜。将铁放在胆矾溶液(古人称为胆水)中,可以得到金属铜,请写出该反应的化学方程式:。

(2)工业上,向500~600℃的铁屑中通入Cl2生产FeCl3,每生产1kgFeCl3,消耗Cl2的物质的量为(计算结果保留2位小数)。

(3)实现Fe转化为Fe2+,可选用(填化学式)溶液。

(4)请写出Fe3O4溶于稀盐酸的离子方程式:

。

答案(1)Fe+CuSO4FeSO4+Cu(2)9.23mol(3)HCl(或H2SO4、CuSO4等,合理即可)(4)Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O解析(1)将铁放在胆矾溶液即硫酸铜溶液中,可以得到金属铜,化学方程式:Fe+CuSO4FeSO4+Cu。(2)由氯元素守恒可知,n(Cl2)=32×1000162.5mol≈9.23mol。(3)Fe→Fe2+说明Fe被氧化,可选用盐酸、稀硫酸、CuSO4溶液等。(4)Fe3O4溶于稀盐酸生成Fe2+、Fe3+比例为1∶2,反应的离子方程式为Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O。12.(14分)(2024·江苏盐城高一期末)Fe3O4是一种非常重要的磁性材料,同时也可用作催化剂载体和微波吸收材料。Fe3O4有下列两种制法,请回答问题。Ⅰ.方法一:甲同学查阅资料发现,温度高于570℃时铁与水蒸气反应氧化产物只有Fe3O4;该同学利用如图装置进行“铁与水蒸气反应”的实验,并检验产物。(1)仪器D的名称是,装置E的作用是,其中的现象为。

(2)装置B中的石棉绒的作用是,B中反应的化学方程式为。

Ⅱ.方法二:乙同学查阅资料发现FeOOH为红棕色沉淀,可以在碱性溶液中和FeCl2溶液共沉淀最终得到纳米Fe3O4;该同学利用如下实验流程制备纳米Fe3O4。FeCl3·6H2OFeOOHFe3O4悬浊液Fe3O4(3)写出第②步反应的离子方程式:

。

(4)第③步中洗涤Fe3O4固体,检验固体已洗净的具体操作是。

答案(1)球形干燥管检验H2黑色固体变为红色(2)增大铁粉与水蒸气的接触面积,加快反应的进行3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(3)2FeOOH+Fe2++2OH-Fe3O4+2H2O(4)取最后一次洗涤液,加入AgNO3溶液,如无白色沉淀,则洗净解析(1)装置E中的氧化铜可以和氢气反应生成铜,颜色由黑变红,可以检验生成的氢气。(4)反应过程中使用了FeCl2溶液,则Fe3O4固体表面可能吸附有氯离子,可以通过检验氯离子来检验是否洗涤干净。13.(16分)(2024·云南昭通一中高一期末)氢氧化亚铁用于制颜料、药物,并用于催化剂、吸收剂和砷解毒剂等。制备Fe(OH)2时,最初产生的Fe(OH)2不稳定,易被空气中的氧气氧化,最终生成红褐色的Fe(OH)3,因而影响了实验效果。某化学兴趣小组同学设计出以下实验改进装置探究能较长时间观察到白色Fe(OH)2沉淀。[A组实验]已知:苯是一种密度小于钠的液体,空气不能溶解在苯中,且反应过程中苯不参加反应,装置如图。(1)苯的作用为。将钠块加入试管中,可以观察到的现象为

。

[B组实验]选用稀硫酸、铁粉、NaOH溶液进行实验,装置如图。(2)实验时,先(填“打开”或“关闭”,下同)止水夹K,然后打开分液漏斗的玻璃塞和活塞,使稀硫酸与铁粉反应,一段时间后,止水夹K,制得白色Fe(OH)2沉淀,且沉淀能持续一段时间不变色。白色沉淀能一段时间不变色的原因是。

[C组实验]经查阅文献,该小组用如图装置设计:将一支三通管分别连接三支50mL的注射器,在相应的连接处加玻璃活塞,实现装置的可控与密闭,以完成“一体三管装置”。按图