第一節鐵及其化合物第1課時鐵的單質、氧化物和氫氧化物[核心素養發展目標]1.結合生活中鐵制品的應用，了解單質鐵、鐵的氧化物的性質及用途，培養化學服務社會的責任意識。2.通過探究實驗，認識鐵單質與水蒸氣反應的條件，對比鈉與水的反應，加深對微觀原子結構決定物質宏觀性質的認識，培養宏觀辨識與微觀探析的能力。3.通過實驗掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的制備原理及化學性質。一、鐵的單質1．鐵的存在和冶煉(1)存在鐵在自然界中可以以單質形態(隕鐵)存在，但主要是以＋2價和＋3價化合物的形態存在于礦石中。鐵元素在地殼中的含量居第四位，僅次于氧、硅和鋁。(2)冶煉工業煉鐵的原理是用還原法把鐵從鐵礦石中提煉出來，化學方程式(以Fe2O3為例)：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。2．鐵的物理性質鐵有延展性、導熱性、導電性，但其導電性不如銅和鋁，鐵還能被磁體吸引，其熔、沸點較高。思考1為什么鐵片是銀白色，而鐵粉卻是黑色？提示金屬小顆粒能反射光線。小顆粒的分布是非?；靵y的，所以不能像鏡面一樣把入射光線定向地反射回去。入射光線進到金屬小顆粒中，就像進了“迷魂陣”，從一個小顆粒反射到另一個顆粒，這樣反射過來又反射回去，光線越來越弱，很少按入射方向返回去，因此看上去是黑色的。3．鐵的化學性質(1)與某些非金屬單質、非氧化性酸和鹽溶液反應。寫出下列有關反應的化學方程式，是離子反應的寫出離子方程式。①Fe與非金屬單質反應②Fe與非氧化性酸反應(如鹽酸)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。③Fe與鹽溶液反應(如CuSO4溶液)Fe＋Cu2＋=Cu＋Fe2＋。思考2上述反應中，鐵的化合價的變化有何異同？為什么會有這樣的異同？提示在一定條件下，鐵作為還原劑能與某些金屬單質、酸和鹽溶液反應。鐵與弱氧化劑(如鹽酸、CuSO4等)反應，生成＋2價鐵的化合物，而與較強的氧化劑(如Cl2等)反應，生成＋3價鐵的化合物。(2)實驗探究鐵粉與水蒸氣的反應思考3在鋼鐵廠的生產中，熾熱的鐵水注入模具之前，模具為什么必須進行充分的干燥處理？提示在高溫下，鐵能與水發生反應。用燃著的火柴去點肥皂泡，觀察到的現象是肥皂泡燃燒，聽到爆鳴聲，證明生成了H2，則該反應的化學方程式為3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2。上述實驗裝置中，濕棉花的作用是受熱時提供反應所需的水蒸氣。鐵在氧氣中燃燒或與水蒸氣反應生成既有＋2價又有＋3價鐵元素的氧化物Fe3O4。1．判斷正誤(1)由于鐵單質性質比較活潑，所以自然界中沒有游離態的鐵單質()(2)鐵與AgNO3、ZnCl2等鹽溶液均能發生反應生成Fe2＋()(3)分離鐵粉與銅粉的混合物時，只能用化學方法()(4)1molFe與水蒸氣高溫下反應轉移eq\f(8,3)mole－()答案(1)×(2)×(3)×(4)√2．下列有關鐵的說法不正確的是()A．鐵與水蒸氣的反應中鐵為還原劑B．鐵和稀硫酸反應的離子方程式為2Fe＋6H＋=2Fe3＋＋3H2↑C．鐵在純氧中燃燒生成Fe3O4D．工業上用CO在高溫條件下還原含Fe2O3的礦石煉鐵答案B解析鐵和稀硫酸反應的離子方程式應為Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。二、鐵的氧化物和氫氧化物1．鐵的氧化物閱讀課本，填寫下表空白：氧化亞鐵(FeO)氧化鐵(Fe2O3)四氧化三鐵(Fe3O4)俗稱—鐵紅磁性氧化鐵顏色、狀態黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體(有磁性)溶解性不溶于水類別堿性氧化物堿性氧化物－鐵的價態＋2＋3＋2、＋3與H＋反應的離子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O6H＋＋Fe2O3=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O穩定性6FeO＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe3O4穩定穩定與CO、C、H2反應生成單質鐵及CO2或H2O用途Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡膠的紅色顏料，赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)是煉鐵的原料2.鐵的氫氧化物(1)鐵的氫氧化物的制備反應原理：Fe(OH)3與Fe(OH)2分別由相應的可溶性鹽與可溶性堿反應而制得。Fe(OH)2Fe(OH)3操作現象產生白色絮狀沉淀，迅速變為灰綠色，最終變為紅褐色沉淀生成紅褐色沉淀離子方程式Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓實驗結論Fe(OH)2很不穩定，極易轉化為Fe(OH)3思考如圖是制備氫氧化亞鐵的改進裝置，思考并回答下列問題：(1)配制NaOH和FeSO4溶液的蒸餾水要經過______，目的是_________________________。(2)在FeSO4溶液表面覆蓋一層苯(一種有機溶劑，難溶于水，密度比水小)的作用是_________。(3)將吸有NaOH溶液的長滴管伸入FeSO4溶液液面以下，其目的是_________________。提示(1)加熱煮沸趕走溶解的氧氣(2)隔絕空氣，防止生成的氫氧化亞鐵被氧化(3)防止滴加NaOH溶液時帶入空氣氧化Fe(OH)2(2)Fe(OH)2和Fe(OH)3的比較Fe(OH)2Fe(OH)3顏色、狀態白色固體紅褐色固體溶解性不溶于水不溶于水與非氧化性強酸反應的離子方程式Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O穩定性Fe(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))FeO＋H2O(隔絕空氣)2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O1．判斷正誤(1)磁鐵礦的主要成分是Fe3O4()(2)FeO在空氣中加熱生成Fe2O3()(3)Fe3O4中鐵的化合價有＋2和＋3價，是一種混合物()(4)Fe(OH)3不能利用化合反應生成()(5)因為Fe(OH)2易被氧化，所以在制備時要隔絕空氣()答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√2．下列有關鐵的化合物的說法不正確的是()A．Fe(OH)2不穩定，具有較強的氧化性B．FeO、Fe2O3均為堿性氧化物，均可與鹽酸反應C．Fe(OH)3可通過化合反應得到，Fe(OH)2則不能D．Fe3O4為磁性氧化鐵，其中鐵的化合價為＋2和＋3答案A解析Fe(OH)2中的Fe2＋具有還原性，可被空氣中的O2氧化為Fe(OH)3，A項錯誤；FeO、Fe2O3均為堿性氧化物，故具有堿性氧化物的通性，都能與鹽酸反應，B項正確；Fe(OH)2只能通過復分解反應得到，Fe(OH)3可由Fe(OH)2與O2、H2O發生化合反應得到，C項正確；Fe3O4俗稱磁性氧化鐵，其組成可表示為FeO·Fe2O3，Fe元素的化合價為＋2和＋3，D項正確。1．(2022·黑龍江賓縣二中高一月考)下列關于鐵的敘述錯誤的是()A．純凈的鐵是光亮的銀白色金屬B．鐵能被磁體吸引C．鐵是地殼中含量最多的金屬元素D．鐵具有延展性和導熱性，可制作炊具答案C解析鋁是地殼中含量最多的金屬元素，鐵是地殼中含量排在第二位的金屬元素，C錯誤。2．鐵與水蒸氣反應實驗改進前后的裝置如圖所示：下列說法錯誤的是()A．將濕棉花改為浸水的尿不濕，酒精燈由單頭改為雙頭，可提供足量的水蒸氣B．用具支試管可將試管口附近冷凝的水導出C．將肥皂液改為吹泡泡水，收集H2的效果更好，點燃效果更明顯D．改進后，懸掛的磁鐵能吸引鐵粉，實驗過程中，我們能看到具支試管中有黑色固體不斷落下答案D解析尿不濕可吸附更多的水，且不易灑出，酒精燈改為雙頭的可增加受熱面積，故可提供足夠多的水蒸氣，A項正確；具支試管的結構中含支管，冷凝的水可從支管中流出，B項正確；吹泡泡水易起泡，收集H2更容易，點燃效果更好，C項正確；磁鐵可以吸引單質鐵和Fe3O4，D項錯誤。3.如圖所示裝置可用來制取Fe(OH)2并觀察其在空氣中被氧化的顏色變化。實驗時必須使用鐵屑、稀硫酸和NaOH溶液。(1)在試管Ⅰ中加入的試劑是________________。(2)在試管Ⅱ中加入的試劑是_________________________________________。(3)為了制得白色Fe(OH)2沉淀，在試管Ⅰ和試管Ⅱ中加入試劑，塞緊塞子后的實驗步驟是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時間保持白色，其理由是____________________________。(5)實驗完畢，拔去試管Ⅱ中的橡膠塞，放入一部分空氣，此時試管Ⅱ中發生反應的化學方程式為________________________________________________________________________。答案(1)稀硫酸、鐵屑(2)NaOH溶液(3)打開止水夾a，待試管Ⅰ中反應生成的氫氣排盡裝置中的空氣后，再關閉止水夾a(4)試管Ⅰ中反應生成的H2充滿了試管Ⅰ和試管Ⅱ，且外界空氣不容易進入(5)4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3題組一鐵的單質1．我國宋代《開寶本草》中記載了中藥材鐵華粉的制作方法：“取鋼煅作葉，如笏或團，平面磨錯令光、凈，以鹽水灑之，于醋甕中陰處埋之一百日，鐵上衣生，鐵華成矣?！毕铝姓f法錯誤的是()A．“取鋼煅作葉，如笏或團”說明金屬鐵有較好的延展性B．“平面磨錯令光、凈”的目的是除去表面的鐵銹C．“鐵上衣生”的原因是鐵被氧氣氧化D．中藥材鐵華粉的主要成分是醋酸亞鐵答案C解析把鋼煅制成長或圓的葉子形狀，說明金屬鐵有良好的延展性，故A正確；中藥材鐵華粉的主要成分是醋酸亞鐵，故開始要除去鐵銹，防止三價鐵影響產物純度，故B正確；金屬鐵在醋甕中密封保存，隔絕空氣，不能與氧氣反應，故C錯誤；隔絕空氣，鐵與醋酸反應生成醋酸亞鐵，故D正確。2．(2022·桂林高一檢測)下列各項物質間的轉化不能通過反應一步完成的是()A．Fe→Fe3O4 B．Fe→FeCl3C．Fe→FeCl2 D．Fe→Fe(OH)3答案D解析Fe與O2點燃可得到Fe3O4，A不符合題意；Fe與Cl2點燃可得到FeCl3，B不符合題意；Fe與鹽酸反應可得到FeCl2，C不符合題意；Fe不能通過反應一步生成Fe(OH)3，D符合題意。3．類比是研究物質的常用方法之一，可預測許多物質的性質。下列類比推測中正確的是()A．Fe和O2能直接化合生成Fe3O4，推測Cu和O2可直接化合生成Cu3O4B．Na和H2O反應生成NaOH和H2，推測Fe和H2O反應生成Fe(OH)3和H2C．Fe能與CuSO4溶液發生反應，推測Fe能與AgNO3溶液發生反應D．Na在常溫下能與H2O反應，推測Fe在常溫下也能與H2O反應答案C解析Fe和O2反應生成Fe3O4，Cu和O2反應生成CuO，A項錯誤；Fe和H2O(g)反應生成Fe3O4和H2，B項錯誤；Fe與H2O(g)在高溫下才能反應，D項錯誤。4．(2022·陜西長安一中高一月考)將鐵片放入下列溶液中，溶液質量減輕的是()A．稀硫酸 B．硫酸銅溶液C．稀鹽酸 D．AlCl3溶液答案B解析鐵和稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，由于每溶解56gFe，溶液中逸出2gH2，所以溶液質量增加，A錯誤；鐵和硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，由于每溶解56gFe，溶液中析出64gCu，所以溶液質量減輕，B正確；鐵和稀鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣，由于每溶解56gFe，溶液中逸出2gH2，所以溶液質量增加，C錯誤；Fe與AlCl3溶液不發生反應，溶液質量不變，D錯誤。題組二鐵的氧化物5．(2023·長春檢測)下列關于鐵的氧化物的說法錯誤的是()A．FeO不穩定，在空氣中加熱迅速變為Fe2O3B．Fe2O3俗稱鐵紅，可用作油漆的紅色顏料C．Fe3O4中Fe呈現＋2和＋3兩種價態D．Fe3O4晶體俗稱磁性氧化鐵，具有磁性答案A解析FeO是一種黑色粉末，不穩定，在空氣中受熱，被氧化成Fe3O4，A錯誤。6．建筑用的紅磚和青磚，其顏色是由其中含有的不同價態的鐵氧化物所致。我國古代磚瓦建筑能夠保持到現在的，幾乎無一例外是由青磚建成的。有人提出以下可能的原因：①青磚中含有Fe2O3；②青磚中含FeO或Fe3O4；③Fe2O3長期遇酸雨侵蝕會風化溶解使磚瓦強度降低；④Fe3O4性質更穩定；⑤FeO或Fe3O4更不容易被氧化。你認為以上說法合理的是()A．①③⑤ B．②③④C．③⑤ D．①②③④⑤答案B解析Fe2O3呈紅棕色，則紅磚中含有Fe2O3，青磚中不含有Fe2O3，①不符合題意；根據青磚顏色可知，青磚中含有FeO或Fe3O4，②符合題意；Fe2O3為堿性氧化物，能與酸反應使磚瓦強度降低，③符合題意；根據題中所述，古代磚瓦能夠保持到現在的，幾乎無一例外是由青磚建成的，說明Fe3O4性質更穩定，④符合題意；FeO性質不穩定，易被氧化，⑤不符合題意。題組三鐵的氫氧化物7．(2022·廣東惠州高一期末)將鐵屑溶于過量的稀鹽酸后加入過量的NaOH溶液，有白色沉淀生成，過濾，在空氣中加熱至沉淀質量不再發生變化為止，得到紅棕色殘渣。上述沉淀和殘渣分別是()A．Fe(OH)3；Fe2O3B．Fe(OH)2；Fe2O3C．Fe(OH)2；Fe(OH)3、Fe3O4D．Fe2O3；Fe(OH)3答案B解析鐵屑溶于過量的稀鹽酸后生成氯化亞鐵，加入過量的NaOH溶液，生成Fe(OH)2白色沉淀，Fe(OH)2在空氣中易被氧化為Fe(OH)3，Fe(OH)3受熱分解生成水和紅棕色的Fe2O3，故B正確。8．(2022·上海高一檢測)下列有關鐵的氫氧化物的說法錯誤的是()A．Fe(OH)2是一種黑色固體，不穩定，在空氣中易被氧化為紅褐色固體B．Fe(OH)2具有還原性，在空氣中易被氧化為Fe(OH)3C．Fe(OH)2、Fe(OH)3都具有不穩定性，受熱都能分解D．Fe(OH)3膠體透明、呈紅褐色，能產生丁達爾效應答案A解析Fe(OH)2是一種白色固體，不穩定，具有還原性，在空氣中易被氧化為紅褐色的Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，故A錯誤、B正確；Fe(OH)2、Fe(OH)3都具有不穩定性，受熱能分解為氧化物和水，故C正確。9．下列各圖示中能較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀的是()A．①②④B．①②③C．①②D．②③④答案A解析Fe(OH)2在空氣中很容易被氧化為紅褐色的Fe(OH)3，即發生反應：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，若要較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀，則要排盡裝置中的氧氣或空氣。①②原理相同，都是先用氫氣將裝置中的空氣排盡，并使生成的Fe(OH)2處于氫氣的保護中；③由于溶液與空氣直接接觸，空氣中的氧氣能迅速將Fe(OH)2氧化，因而不能較長時間看到白色沉淀；④中苯在FeSO4溶液的液面上，阻止了空氣的進入，能較長時間看到白色沉淀。10．(2022·長沙高一質檢)等量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣在一定條件下充分反應，則在相同的條件下，產生氫氣的體積比是()A．1∶1 B．3∶4C．2∶3 D．4∶3答案B解析根據反應的化學方程式：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑、3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2可知，1molFe與鹽酸反應生成1molH2,1molFe與水蒸氣反應生成eq\f(4,3)molH2，故在相同條件下，產生H2的體積比是3∶4。11．(2022·內蒙古赤峰二中高一月考)將磁性氧化鐵放入稀HNO3中可發生如下反應：3Fe3O4＋28HNO3=9Fe(NO3)x＋NO↑＋14H2O，下列判斷正確的是()A．Fe(NO3)x中的x為2B．反應中每生成0.2mol還原產物，就有0.6mol電子轉移C．HNO3在反應中全部被還原D．磁性氧化鐵中的鐵元素全部被氧化答案B解析由N原子守恒可知，28＝9x＋1，解得x＝3，故A項錯誤；N元素的化合價由＋5價降低為＋2價，則反應中每生成0.2mol還原產物，就有0.2mol×(5－2)＝0.6mol電子轉移，故B項正確；稀HNO3在反應中生成硝酸鹽和NO，則HNO3在反應中部分被還原，故C項錯誤；磁性氧化鐵中的Fe元素有＋2價和＋3價，則鐵元素部分被氧化，故D項錯誤。12．以某硫酸渣(含Fe2O3等)為原料制備FeOOH(鐵黃)的一種工藝流程如下：下列說法不正確的是()A．“酸溶”后溶液中金屬陽離子主要是Fe3＋B．濾渣的主要成分是FeC．“沉鐵”過程中生成Fe(OH)2的化學方程式為FeSO4＋2NH4HCO3=Fe(OH)2↓＋(NH4)2SO4＋2CO2↑D．“氧化”Fe(OH)2漿液時，可用氯氣代替空氣答案D解析B項，根據流程圖分析可知，濾渣的主要成分是Fe，正確；C項，由圖示可知，“沉鐵”過程中反應物為FeSO4和NH4HCO3，生成物有CO2和Fe(OH)2，故化學方程式為FeSO4＋2NH4HCO3=Fe(OH)2↓＋(NH4)2SO4＋2CO2↑，正確；D項，“氧化”Fe(OH)2漿液時，若用氯氣代替空氣，制備的FeOOH中會有含氯化合物，導致FeOOH的含量較低且有雜質，錯誤。13．金屬單質A可發生以下反應。試推斷：(1)A、B、C、D、E分別是(寫化學式，B寫主要成分)：A____________、B____________、C___________、D____________、E__________。(2)寫出反應③和⑤的離子方程式：③________________________________________________________________________；⑤________________________________________________________________________。答案(1)FeFe2O3Fe3O4CuH2(2)Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋CuFe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑14．(2022·廣東梅州高一檢測)某化學興趣小組利用如圖所示裝置進行鐵粉與水蒸氣反應的實驗，并檢驗產物的性質。請回答下列問題：(1)A裝置的作用是_____________________________________________________________，D裝置的作用是________________________________________________________________。(2)寫出B裝置中發生反應的化學方程式：_________________________________________。(3)A、B、E裝置中應先點燃________________處的酒精燈，點燃E處酒精燈之前應進行的操作是________________。(4)鐵粉與水蒸氣發生了反應，則E處的實驗現象是________________。答案(1)提供水蒸氣除去未反應的水蒸氣(或干燥生成的氣體)(2)3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2(3)A檢驗氫氣純度(4)黑色氧化銅粉末變紅色解析(1)鐵與水蒸氣的反應條件是高溫，水的狀態是氣體，所以A裝置的作用是提供水蒸氣；E是氫氣還原氧化銅的裝置，氣體進入E裝置前要干燥，否則會有危險，硬質玻璃管可能炸裂，因此D裝置的作用是除去未反應的水蒸氣(或干燥生成的氣體)。(2)B裝置中鐵與水蒸氣反應生成氫氣和四氧化三鐵，反應的化學方程式為3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2。(3)若先點燃B處酒精燈，鐵會與氧氣發生反應，所以應先點燃A處酒精燈；氫氣是可燃性氣體，混有空氣加熱時會發生爆炸，所以點燃E處酒精燈之前應進行的操作是收集H2并檢驗其純度。(4)氫氣還原氧化銅得到銅和水，即H2＋CuOeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2O，所以E裝置中的實驗現象是硬質玻璃管中黑色氧化銅粉末變紅色。15.某化學學習小組設計了下列方法探究氫氧化亞鐵的制備等相關問題。(1)用NaOH溶液和FeSO4溶液直接反應能觀察到白色的Fe(OH)2沉淀(方法如圖)，但沉淀顏色快速發生變化。請分析沉淀顏色變化的原因：_____________________________(用化學方程式表示)。(2)該小組為探究反應物濃度對Fe(OH)2制備效果的影響，以Fe(OH)2沉淀白色持續時間(t)為指標，t越大，實驗效果越好。部分實驗數據如表(w代表質量分數)：實驗序號w(FeSO4)/%w(NaOH)/%t/si2.515149ii515138iii101593iv525142v535180①實驗i、ii、iii的目的是______________________________________________。②該小組同學通過實驗推斷：其他條件不變時，所用NaOH溶液的濃度越大，實驗效果越好。推斷的