第一節鐵及其化合物第1課時鐵單質、鐵的氧化物、鐵的氫氧化物課標定向目標定位1.了解鐵、鐵的氧化物和氫氧化物的主要性質及在生產、生活中的應用,能用化學方程式、離子方程式正確表示相應物質的主要化學性質。(宏觀辨識與微觀探析)2.能從物質類別、元素價態的角度,依據復分解反應和氧化還原反應原理,預測鐵、鐵的氧化物和氫氧化物的化學性質和變化,設計實驗進行初步驗證,并能分析、解釋有關實驗現象。(證據推理與模型認知)厘清重點學會從物質類別和元素價態的視角認識元素物質間的轉化關系,并建立認知模型突破難點掌握Fe(OH)2制備的實驗設計學習任務一:鐵的單質、氧化物和氫氧化物【必備知識·導學】[引入]我國目前發現最早的人工冶鐵制品是河南三門峽出土的西周晚期的玉柄鐵劍,這說明西周晚期我國已掌握了冶鐵技術。鐵元素在自然界是怎樣存在?煉鐵的實質是什么?鐵在生產生活中有哪些用途?一、鐵的單質1.鐵元素的存在與冶煉(1)鐵在自然界中可以像隕鐵中的鐵那樣以單質形態存在,但主要以+2價和+3價化合物的形態存在于礦石中。在地殼中鐵元素的含量僅次于氧、硅和鋁,居第四位。丹霞地貌的巖層因含Fe2O3而呈紅色。(2)現代工業煉鐵的原理是用還原的方法把鐵從鐵礦石中提煉出來。化學方程式為3CO+Fe2O32Fe+3CO2。2.物理性質鐵有良好的延展性、導熱性和導電性,還能被磁鐵吸引,其熔、沸點很高。3.化學性質(1)鐵與非金屬單質、酸、鹽溶液的反應①鐵與氯氣反應的化學方程式:2Fe+3Cl22FeCl3;②加熱條件下,鐵與弱氧化性的S單質反應的化學方程式:Fe+SFeS;氧化性:Cl2>S,鐵與Cl2反應被氧化為+3價,與S反應被氧化為+2價。③鐵與鹽酸、稀硫酸反應的離子方程式:Fe+2H+===Fe2++H2↑;④鐵與硫酸銅溶液、FeCl3溶液反應的離子方程式:Fe+Cu2+===Fe2++Cu,Fe+2Fe3+===3Fe2+。(2)實驗探究鐵粉與水蒸氣的反應實驗裝置操作現象用火柴點燃肥皂液,聽到爆鳴聲,證明生成了H2實驗結論在高溫下,鐵能與水蒸氣反應生成H2,化學方程式為3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2注意事項:(1)試管口應低于試管底;(2)濕棉花的作用是在受熱時提供反應所需的水蒸氣;(3)先加熱濕棉花,讓水蒸氣充滿裝置,再加熱還原鐵粉;(4)實驗結束后,應先從肥皂水中撤出導管,再移開燃著的酒精燈。[思考]鐵與水蒸氣可以反應,為什么在日常生活中可以用鐵壺燒水?提示:鐵與冷水、熱水均不易反應,只有在高溫下才能與水蒸氣反應,所以可以用鐵壺燒水。二、鐵的氧化物1.常見鐵的氧化物氧化物氧化亞鐵氧化鐵(鐵紅)四氧化三鐵化學式FeOFe2O3Fe3O4顏色狀態黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體鐵的價態+2+3+2、+3溶解性都不溶于水,但都能溶于酸溶液2.化學性質(1)都與鹽酸反應(離子方程式)FeO+2H+===Fe2++H2O;Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O;Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O。[思考]從氧化物的分類看,Fe3O4屬于堿性氧化物嗎?提示:Fe3O4與非氧化性酸反應,生成鐵鹽和亞鐵鹽,故Fe3O4不屬于堿性氧化物,而FeO、Fe2O3屬于堿性氧化物。(2)都能被CO、H2等還原為鐵單質。FexOy+yCOxFe+yCO2(3)FeO不穩定,在空氣中加熱可生成Fe3O4?；瘜W方程式為6FeO+O22Fe3O4。3.用途:Fe2O3常用作紅色油漆與涂料,赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)是煉鐵的原料。三、鐵的氫氧化物1.鐵的氫氧化物的制備實驗室制備氫氧化鐵和氫氧化亞鐵如圖所示:(1)圖甲實驗中觀察到的現象是有紅褐色沉淀生成,反應的離子方程式是Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓。(2)圖乙實驗中先觀察到有白色沉淀生成,在空氣中迅速變成灰綠色,最后變成紅褐色,有關反應的方程式是FeSO4+2NaOH===Fe(OH)2↓(白色)+Na2SO4;4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。[思考]為了較長時間看到白色沉淀,用于制備Fe(OH)2的氫氧化鈉溶液應該事先進行怎樣的操作?為什么?提示:煮沸。Fe(OH)2容易被氧氣氧化,故用于制備Fe(OH)2的氫氧化鈉溶液應加熱煮沸趕走溶液中的溶解氧。2.Fe(OH)2和Fe(OH)3性質的比較化學式Fe(OH)2Fe(OH)3物質類別二元弱堿三元弱堿顏色、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Fe(OH)2+2H+===__Fe2++2H2OFe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O穩定性Fe(OH)2FeO+H2O(隔絕空氣)2Fe(OH)3__Fe2O3+3H2O【判對錯·通教材】判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”(1)在自然界中鐵元素均以化合態形式存在。 (×)提示:在自然界中隕鐵以單質形態存在。(2)Fe在少量Cl2中燃燒生成FeCl2,在足量Cl2中燃燒生成FeCl3。 (×)提示:Cl2氧化性強,與Fe反應不論少量還是過量,均生成FeCl3。(3)Fe3O4中鐵的化合價有+2和+3價,是一種混合物。 (×)提示:Fe3O4為純凈物。(4)Fe(OH)3不能利用化合反應生成。 (×)提示:可由反應4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3生成。(5)由于Fe(OH)2易被氧化,所以在制備時要隔絕空氣。 (√)提示:Fe(OH)2易被空氣中氧氣氧化,所以制備時必須隔絕空氣?！竞诵囊c·歸納】1.Fe只具有還原性,可以被氧化劑氧化為Fe2+、Fe3+2.鐵單質化學性質易錯點(1)Fe與冷水、熱水不反應,Fe與H2O(g)高溫下反應的產物是Fe3O4,而不是Fe2O3。(2)鐵在潮濕的空氣中生成鐵銹的主要成分是Fe2O3,而鐵在純氧中燃燒的產物是Fe3O4。(3)Fe與Cl2反應不論用量多少都生成FeCl3,而Fe與鹽酸反應生成FeCl2。3.鐵的氧化物都是不溶于水的化合物,其中FeO在空氣中加熱能迅速轉化為具有磁性的化合物Fe3O4;FeO、Fe2O3都是堿性氧化物;FeO、Fe2O3、Fe3O4都能與酸反應,也都能與H2、CO等反應(表現其氧化性),如工業上利用Fe2O3、Fe3O4與CO反應制備重要的金屬材料鐵。【學力診斷·測評】1.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,其中鐵元素的化合價為+2和+3【解析】選A。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、+3,D正確。2.鐵屑溶于過量稀硫酸,過濾后向濾液中加入過量氨水,有白色沉淀生成,過濾,在空氣中加熱沉淀至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)3Fe2O3 B.Fe(OH)2Fe2O3C.Fe(OH)2Fe(OH)3 D.Fe(OH)2Fe3O4【解析】選B。鐵與稀硫酸反應生成FeSO4,再與過量氨水反應生成白色沉淀Fe(OH)2,在空氣中加熱Fe(OH)2,鐵元素被氧化為+3價,最后所得紅棕色殘渣為Fe2O3?！狙a償訓練】1.下列反應能通過置換反應生成鐵的是()①Zn+FeCl2(溶液)②Na+FeSO4(溶液)③Fe2O3+CO(高溫) ④Fe3O4+H2(高溫)A.①③④ B.①②③C.①④ D.①②③④【解析】選C。①中Zn比Fe活潑,可以置換生成Fe;②中鈉先與水反應生成NaOH,再與FeSO4發生復分解反應,并不能置換出鐵;③中該反應雖然生成鐵,但不是置換反應;④可以發生置換反應生成鐵。2.中科院化學所研制的晶體材料——納米四氧化三鐵,在醫藥上有廣泛用途。其生產過程的部分流程如下所示。FeCl3·6H2OFeOOH納米四氧化三鐵下列有關敘述不合理的是()A.納米四氧化三鐵具有磁性,可作為藥物載體用于治療疾病B.納米四氧化三鐵可分散在水中,它與FeCl3溶液的分散質直徑大小相等C.反應①不屬于氧化還原反應D.反應②的化學方程式是6FeOOH+CO===2Fe3O4+3H2O+CO2【解析】選B。納米四氧化三鐵為磁性納米晶體材料,可作為藥物載體用于疾病的治療,A正確;納米四氧化三鐵分散在適當的分散劑中形成的分散系屬于膠體,不同于溶液中溶質粒子的直徑,B錯誤;反應①生成FeOOH,化合價未發生改變,所以不是氧化還原反應,C正確;由制備過程可知,反應②的反應物為FeOOH和CO,由一種生成物為Fe3O4和質量守恒定律可知反應為6FeOOH+CO===2Fe3O4+3H2O+CO2,D正確。3.某化學興趣小組利用如圖裝置進行“鐵與水反應”的實驗,并檢驗產物的性質,請回答下列問題:(1)A裝置的作用是產生水蒸氣,

B中反應的化學方程式為3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。

【解析】(1)B中進行的反應是3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,故A為提供水蒸氣的裝置。(2)D的作用是吸收未反應的水蒸氣。

【解析】(2)D的作用是除去未反應的水蒸氣,干燥H2。(3)E中的現象是黑色固體變為紅色,右端管壁有水珠生成。

【解析】(3)E中反應為H2+CuOCu+H2O,故黑色粉末變紅,同時硬質玻璃管右端會有水珠生成。(4)A、B兩個裝置中應先點燃A處的酒精(噴)燈,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。

【解析】(4)若先點燃B處,B中的Fe會與空氣中O2反應,不純的氫氣加熱存在安全隱患,所以點燃E處酒精燈前要收集H2,檢驗純度。學習任務二:Fe(OH)2制備實驗的改進【必備知識·探究】[情境]在兩支試管里分別加入少量的FeCl3和新制FeSO4溶液,然后滴入NaOH溶液,觀察并記錄現象。項目FeCl3溶液新制FeSO4溶液實驗操作(1)兩試管中有什么現象?久置于空氣中又有什么現象?提示:甲中生成紅褐色沉淀,久置不變色;乙中生成白色沉淀,且沉淀迅速變成灰綠色,過一段時間后有紅褐色物質生成。(2)在制備Fe(OH)2時,為什么要用新制的FeSO4溶液并將吸有NaOH溶液的膠頭滴管尖嘴插入液面以下?提示:用新制的FeSO4溶液為了防止Fe2+被氧化成Fe3+;滴管尖嘴插入液面以下是為了防止生成的Fe(OH)2與O2接觸而被氧化。(3)為了長時間觀察到生成的白色Fe(OH)2沉淀,實驗室制備Fe(OH)2裝置的改進如下:請分析改進后裝置①、②、③的優點?提示:改進后裝置①的優點:配制溶液的蒸餾水煮沸,除去溶解的氧氣,然后用苯液封,防止空氣溶解,裝有NaOH溶液的滴管插入液面下慢慢擠出溶液,這些操作均能防止Fe(OH)2與氧氣接觸,避免其被氧化,因此能較長時間觀察到白色沉淀。裝置②的優點:鐵粉與稀硫酸反應生成的氫氣排除了裝置內的空氣,同時試管內剩余的氫氣起到保護氣的作用,防止Fe(OH)2與氧氣接觸,避免其被氧化,因此能較長時間觀察到白色沉淀。裝置③的優點:打開止水夾a,Fe與H2SO4反應產生H2將裝置內的空氣排出,再關閉止水夾a,產生的H2使試管A中氣壓大于外界氣壓,把試管A中的液體(FeSO4溶液)壓入試管B中,反應得到Fe(OH)2白色沉淀,由于空氣已被排出且苯可以隔絕b處進入的空氣,故可以長時間觀察到Fe(OH)2沉淀?！竞诵囊c·歸納】1.制備Fe(OH)2的注意事項(1)Fe2+必須是新制的,并放入鐵粉,以防Fe2+被氧化成Fe3+;(2)除去溶液中溶解的O2,其方法是加熱煮沸NaOH溶液;(3)滴管末端插入試管內的液面以下;(4)必要時可在液面上加植物油或苯進行液封。2.Fe(OH)2的制備方法(1)有機層覆蓋法將吸有NaOH溶液的膠頭滴管插到液面以下,并在液面上覆蓋一層苯或煤油(不能用CCl4,密度大于水),以防止空氣與Fe(OH)2接觸發生反應,如圖1所示。(2)還原性氣體保護法用H2將裝置內的空氣排盡后,再將亞鐵鹽溶液與NaOH溶液混合,這樣可長時間觀察到白色沉淀,如圖2所示?！緦W力診斷·測評】(2024·宿州高一檢測)在實驗室里用以下方法制備并較長時間保存Fe(OH)2,能成功的是()【解析】選C。NaOH溶液滴入FeSO4溶液中,二者在FeSO4液面處生成Fe(OH)2,迅速被O2氧化,不能較長時間保存Fe(OH)2,A錯誤;NaOH溶液與FeCl3溶液反應生成紅褐色沉淀Fe(OH)3,不能制取Fe(OH)2,B錯誤;先滴加稀硫酸,鐵粉與稀硫酸反應生成H2,利用產生的H2排出裝置內的空氣,再滴加NaOH溶液,反應生成白色沉淀Fe(OH)2,植物油液封,可較長時間保存Fe(OH)2,C正確;NaOH溶液通過長膠頭滴管滴入FeSO4溶液中,在液體內部生成Fe(OH)2,未隔絕空氣,不能較長時間保存Fe(OH)2,D錯誤。學情檢測·素養達標1.《神農本草經》記載:“磁石,味辛寒,主周痹風濕,肢節中痛,不可持物,洗洗酸消,除大熱煩滿及耳聾?！毕铝姓f法錯誤的是()A.磁石的主要成分是Fe3O4B.磁石不能被磁鐵吸引C.磁石不溶于水D.磁石可作藥材使用【解析】選B。磁石的主要成分是Fe3O4,A正確;磁石具有磁性,能被磁鐵吸引,B錯誤;Fe3O4難溶于水,C正確;根據題意知磁石可作藥材,D正確。2.鐵在一定條件下與Cl2、O2、S反應的產物分別為FeCl3、Fe3O4、FeS,下列有關說法正確的是()A.三種非金屬單質中,S的氧化性最弱B.等質量的鐵分別與Cl2、O2、S反應,轉移的電子數相等C.反應生成的三種產物都只具有氧化性D.反應生成的三種產物都是易溶于水的固體【解析】選A。根據反應后鐵元素的價態,可知S的氧化性最弱,A正確;反應產物中鐵元素的價態不同,等質量的鐵分別與Cl2、O2、S反應,轉移的電子數不相等,B錯誤;Fe3O4和FeS中含有+2價的鐵元素,也具有一定的還原性,C錯誤;Fe3O4和FeS難溶于水,D錯誤。3.“價類二維圖”是學習元素化合物知識的高效模型。如圖為鐵元素的“價類二維圖”,圖中字母代表含鐵元素的物質。下列判斷錯誤的是()A.赤鐵礦的主要成分為ZB.M、Q、P都可以通過化合反應制得C.Y不穩定,在空氣中加熱迅速被氧化為ZD.向Q溶液中滴加NaOH溶液,存在Q→N→M的轉化【解析】選C。Z為+3價鐵元素的氧化物Fe2O3,赤鐵礦的主要成分是Fe2O3,A正確;M為+3價鐵元素的堿Fe(OH)3,可以通過化合反應4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3制得,Q為+2價鐵元素的鹽如FeCl2,可以通過化合反應2FeCl3+Fe===3FeCl2制得,P為+3價鐵元素的鹽如FeCl3,可以通過化合反應2Fe+3Cl22FeCl3制得,B正確;Y為+2價鐵元素的氧化物FeO,FeO在空氣中受熱,迅速被氧化成Fe3O4,C錯誤;Q為+2價鐵元素的鹽如FeCl2,滴加NaOH溶液,生成Fe(OH)2,其與空氣中氧氣反應,生成Fe(OH)3,D正確。4.A、B、C是中學化學中常見的單質,A是金屬單質,B、C是氣體單質。甲、乙兩化合物在常溫下分別為黑色晶體和無色液體。這些化合物和單質之間的關系如圖所示,據此判斷:(1)若金屬元素A有可變化合價,則A的化學式為Fe,甲的化學式為Fe3O4。

(2)寫出A+乙甲+C反應的化學方程式:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。

【解析】金屬元素A有可變化合價,一般為鐵,有+2價和+3價,可以作為本題的突破口。金屬A與氣體單質B點燃可化合生成甲,可推知B為氧氣。從而推出甲是Fe3