2019-2020学年新教材高中化学 第三章 铁 金属材料 第一节 铁及其化合物 第一课时 铁的单质学案 新人教版必修第一册

第一课时铁的单质学习目标：1.了解铁在自然界中的存在形态及冶炼方法。2.了解铁的物理性质。3.掌握铁的主要化学性质。1铁元素在自然界的存在形态(1)像陨铁中的铁那样以单质形态存在。(2)以2价和3价化合物的形态存在，铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。2铁的冶炼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。3铁的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：3fe4h2o(g)fe3o44h2。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)自然界中不存在单质铁()(2)fe与热水发生反应生成fe2o3()(3)铁和稀硫酸反应：2fe6h=2fe33h2()(4)铁和氯气反应：fecl2fecl2()(5)地壳中含量最高的金属元素是铁()答案(1)(2)(3)(4)(5)2铁在一定条件下分别与o2、水蒸气反应的相同产物是()afeobfe2o3cfe3o4dfe(oh)3解析铁在氧气中点燃生成fe3o4，反应的化学方程式为：3fe2o2fe3o4；铁与水反应：3fe4h2o(g)fe3o44h2，所以相同的产物是fe3o4，故c正确。答案c3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()a11 b34c23 d43解析设fe的物质的量为1 mol，则fe2hcl=fecl2h21 mol1 mol3fe4h2o(g)fe3o44h2 1 mol 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：134，故选b。答案b知识点铁1.铁的性质(1)物理性质(2)化学性质fe只有还原性，可以被氧化成fe2或fe3。fefe2fefe3o4fefe32fe3x22fex3(x代表f、cl、br)fe常温下被浓h2so4、浓硝酸钝化，但加热条件下可被氧化为fe3。2铁的冶炼(1)设备：炼铁高炉。(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(3)主要反应还原剂的生成。a生成co2：co2co2，b生成co：co2c2co。铁的生成：fe2o33co2fe3co2。炉渣的形成：a.caco3caoco2，bcaosio2casio3。【典例】某学习小组进行了下图所示的实验，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所得溶液有颜色思路启迪解决铁与水蒸气反应时要准确把握铁的典型性质，铁不与冷、热水反应，铁只能与水蒸气在高温条件下反应生成fe3o4和h2。解析铁与h2o(g)在高温条件下反应生成fe3o4和h2；fe3o4与hcl反应生成fecl3(棕黄色)和fecl2(浅绿色)。答案cfe与h2o的反应规律(1)fe不与冷水、热水反应，在常温下fe暴露在空气中产生铁锈(fe2o3xh2o)。(2)fe与水蒸气在高温时发生反应3fe4h2o(g)fe3o44h2。针对训练有a、b、c三种常见的金属单质，a在空气中燃烧生成淡黄色固体；b也能在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光；c在一定条件下与水蒸气反应生成h2和一种黑色固体。根据以上信息回答下列问题：(1)写出化学式：a_；b_；c_。(2)写出化学方程式。a在空气中燃烧_；c与水蒸气反应_；a与水反应_。解析淡黄色固体是过氧化钠，故a是钠；b能在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，故b是镁；金属在一定条件下与水蒸气反应生成h2和一种黑色固体，该金属是铁。答案(1)namgfe(2)2nao2na2o23fe4h2o(g)fe3o44h22na2h2o=2naohh21下列有关金属及其化合物的说法正确的是()a钠在空气中燃烧生成白色固体na2o2b过量铁粉在氯气中燃烧，可以生成fecl2c铁在高温下与水蒸气反应生成fe3o4和h2d铁在潮湿的空气中不发生任何反应解析钠在空气中燃烧的产物是过氧化钠，过氧化钠是淡黄色固体，故a错误；氯气的氧化性较强，无论铁粉是否过量，在氯气中燃烧均生成fecl3，故b错误；铁在高温下与水蒸气反应生成fe3o4和h2，故c正确；铁在潮湿空气中会生锈形成fe2o3，故d错误。答案c2下列反应能通过置换反应生成铁的是()znfecl2(溶液)nafeso4(溶液)fe2o3co(高温)fe3o4h2(高温)abcd解析中钠先与水反应生成naoh，再与feso4发生复分解反应，并不能置换出铁；该反应虽然生成铁，但不是置换反应，其余皆符合题意。答案c3用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的cuo反应制取单质铜，有人设计了以下两种方案：feh2cu，cuocuso4cu。若按实验原则进行操作，则两者制得单质铜的量为()a一样多b多c多d无法判断解析气体还原金属氧化物时，需先排净空气，且还原得到的金属单质需在还原气氛中冷却。铁的量一定，转移的电子数一定。由于h2还原cuo的实验中开始需消耗h2排净装置中的空气，实验结束后，铜需在h2氛围中冷却，所以能够用于还原cuo的h2量减少，根据电子守恒原理可知，制得铜较少。对于方案来说，铁完全用于置换铜，所以多。答案c4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，铁自身也能产生磁场c铁是地壳中含量最多的金属元素，所以分布在地壳中的铁有游离态也有化合态d纯铁的抗腐蚀能力强，在干燥空气中不易被氧化解析地壳中含量最多的金属元素是al，地壳中的铁为化合态，c项错误。答案c5如图所示，在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。用试管收集产生的经干燥的气体，并靠近火焰点燃。(1)所观察到现象是_，有关反应的化学方程式是_。(2)干燥管内可装入的试剂是_，其作用是_。干燥管还可用_(装置)代替。(3)玻璃管中石棉绒的作用是_。实验开始时应先点燃_，实验结束时，应先熄灭_。解析高温下，fe与h2o(g)反应生成fe3o4和h2。铁粉和fe3o4均为黑色，因此实验过程中固体颜色无明显变化，但产物h2可用点燃的方法证明。石棉绒成分为硅酸盐，它耐高温且性质稳定，是铁粉的载体。答案(1)红热的铁与水蒸气反应，放出气体，这种气体点燃时，能燃烧且发出爆鸣声3fe4h2o(g)fe3o44h2(2)碱石灰(或无水cacl2、硅胶等)吸收水蒸气，使收集的氢气易点燃u形管(3)铁粉的载体，增大铁粉与水蒸气的接触面积a处酒精灯b处酒精灯课后作业(十四) 基础巩固1下列金属单质中，能从cuso4溶液中置换出铜的是()a汞 b银 c钠 d铁解析在金属活动性顺序表中，汞和银都排在铜之后，两种金属都不能将金属铜从溶液中置换出来，故a、b错；金属钠与铜的盐溶液反应时，先是和水反应置换出氢气，然后是氢氧化钠和铜盐之间的反应，不会置换出金属铜，故c错；金属铁的活泼性比铜强，可以将金属铜从溶液中置换出来。答案d2下列关于铁与水蒸气反应的叙述不正确的是()a是氧化还原反应b铁是还原剂c需在高温条件下进行d产物是氧化铁和氢气解析据3fe4h2o(g)fe3o44h2可知反应产物为fe3o4而非氧化铁，d项错误。答案d3下列氯化物，不能用单质直接反应制得的是()acucl2 bfecl2 cnacl dhcl解析本题考查氯气的化学性质，氯气具有强氧化性，和铁化合生成物是氯化铁，b不正确，其余都是可以用单质直接反应制得的，答案为b。答案b4高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是()a焦炭和一氧化碳都是还原剂b采用富氧空气可以得到纯铁c加石灰石的目的主要是为了得到co2d用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿解析高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，在反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，a正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，b不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，c不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，d不正确。答案a5已知钠、铁都能与水反应，下列叙述不正确的是()a它们反应的难易程度不同b它们反应的产物不完全相同c都需在高温条件下进行d反应类型都是置换反应解析据2na2h2o=2naohh2、3fe4h2o(g)fe3o44h2可知，两反应条件不同，难易程度不同，产物不完全相同，均为置换反应，所以c项错误。答案c6铁在一定条件下与cl2、o2、s反应的产物分别为fecl3、fe3o4、fes，下列有关说法正确的是()a三种非金属单质中，s的氧化性最弱b等量的铁分别与cl2、o2、s反应，转移的电子数相等c反应生成的三种产物都只具有氧化性d反应生成的三种产物都是易溶于水的固体解析根据反应后铁元素的价态，可知s的氧化性最弱，a项正确；反应产物中铁元素的价态不同，等量的铁分别与cl2、o2、s反应，转移的电子数不相等，b项错误；fe3o4和fes中含有2价的铁元素，也具有一定的还原性，c项错误；fe3o4和fes难溶于水，d项错误。答案a7下列有关实验现象的叙述中，不正确的是()a氢气在cl2中燃烧，发出苍白色火焰b铁丝在cl2中燃烧，产生棕褐色的烟c钠在cl2中燃烧，产生棕黄色的烟d铜丝在cl2中燃烧，产生棕黄色的烟解析cl2是一种活泼的非金属单质，能跟金属和非金属反应。a项，h2在cl2中安静地燃烧，产生苍白色火焰，并有白雾生成；b项，fe在cl2中燃烧，产生棕褐色的烟；c项，钠在cl2中燃烧，产生白烟，故c项错误；d项，铜丝在cl2中燃烧，产生棕黄色的烟。答案c8下列说法不正确的是()a铁与纯氧气和水蒸气反应都能生成四氧化三铁b铁在高温下与水蒸气的反应是置换反应c铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气d铁与盐酸或水蒸气反应，都作还原剂解析据3fe2o2fe3o4、3fe4h2o(g)fe3o44h2、fe2hcl=fecl2h2可知a、b、d正确，c项错误。答案c能力提升9向50 ml稀h2so4与稀hno3的混合溶液中逐渐加入铁粉，假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况)之间的关系如图所示，且每一段只对应一个反应。下列说法正确的是()a开始时产生的气体为h2bab段发生的反应为置换反应c参加反应铁粉的总质量m25.6 gd所用混合溶液中c(hno3)0.5 moll1解析开始时产生的气体为no，故a错误；ab段发生：fe2fe3=3fe2，为化合反应，故b错误；最终生成fe2，根据氧化还原反应中得失电子数目相等可知3n(no)2n(h2)2n(fe)，即30.05 mol22n(fe)，n(fe)0.1 mol，质量为5.6 g，故c正确；n(no)0.05 mol，则所用混合溶液中c(hno3)1 mol/l，故d错误。故选c。答案c10铁粉可与高温水蒸气发生反应，若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32 g，则参加反应的铁粉的物质的量是 ()a0.5 mol b1 molc1.5 mol d2 mol解析3fe4h2o(g)fe3o44h2m(固体质量增加)3 164x mol 32 gx1.5 mol答案c11若0.1 mol某单质与足量的硫充分反应，生成物的质量比该单质的质量增加了1.6 g，则组成这种单质的元素不可能是()aag bfe cna dk解析质量增加了1.6 g，则增加的质量是s的质量，故s的物质的量为0.05 mol,0.1 mol某单质与0.05 mol的s反应，该单质与s的物质的量之比是21，所以该单质与硫充分反应后，组成该单质的元素在生成物中的化合价为1，只有fe没有1价。答案b12现有四种黑色粉末，分别为mno2、cuo、炭粉、铁粉，只需加入一种试剂并进行适当的操作就可以将它们区分开，这种试剂是()a氢氧化钠溶液b浓盐酸c稀硫酸d稀盐酸解析a项，四种物质均不与氢氧化钠溶液反应，不能区分开，a项错误；b项，mno2与浓盐酸在加热条件下生成黄绿色气体，cuo与浓盐酸反应得到蓝色溶液，铁粉与浓盐酸反应得到绿色溶液和无色气体，炭粉与浓盐酸不反应，故用浓盐酸可以区分四种物质，b项正确；c项，mno2、炭粉均不与稀硫酸反应，不能区分，c项错误；d项，mno2、炭粉均不与稀盐酸反应，不能区分，d项错误。答案b13a、b、c是中学化学中常见的单质，a是金属单质，b、c是气体单质。甲、乙两化合物在常温下分别为黑色晶体和无色液体。这些化合物和单质之间的关系如图所示。据此判断：(1)若金属元素a有可变化合价，则a的化学式为_，甲的化学式为_。(2)写出a乙甲c反应的化学方程式：_。解析金属元素a有可变化合价，一般为铁，有2价和3价，可以作为本题的突破口。金属a与气体单质b点燃可化合生成甲，可推知b为氧气。从而推出甲是fe3o4，气体单质c将单质a还原出来，且乙为无色液体，可推知c为具有还原性的氢气，甲与c发生的反应为fe3o44h23fe4h2o。a与乙发生的反应为3fe4h2o(g)fe3o44h2。答案(1)fefe3o4(2)3fe4h2o(g)fe3o44h214在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应可以得到铁的氧化物。该氧化物又可经过此反应的逆反应生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。请分别用下图所示的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6 moll1盐酸，其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去)。填写下列空白：(1)实验进行时，试管a中应加入的试剂是_；烧瓶b的作用是_；烧瓶c的作用是_；在试管d中收集到的是_。(2)实验时，u形管g中应加入的试剂是_；长颈漏斗h中应加入_。(3)两套装置中，在实验时需要加热的仪器是_(填该仪器对应的字母)。(4)试管e中发生反应的化学方程式是_。(5)为了安全，在e管中的反应发生前，在f出口处必须_；e管中的反应开始后，在f出口处应_。解析(1)根据题干可推断出试管a应是铁和水蒸气反应的装置，在a中装的应是普通铁粉，反应过程中要生成氢气，所以d是用来收集氢气的，在烧瓶b中产生水蒸气，为了防止向试管中通入水蒸气使试管骤冷引起水的倒流，在反应装置和收集装置中间加上广口瓶以保证实验安全。(2)装置用来制取氢气，故h用于添加盐酸，在产生氢气的同时可能会带出部分水蒸气和氯化氢气体，故应在u形管中加入固体干燥剂吸收氯化氢和水蒸气。(3)反应是在高温条件下，所以a和e装置需要加热，反应需要水蒸气，故b也需要加热。(4)依据装置和实验目的分析，试管e中发生反应是氢气还原四氧化三铁的反应，反应方程式是：fe3o44h23fe4h2o。(5)氢气是可燃性气体，做氢气的性质实验时必须保证氢气是纯净的，为了安全，在e管中的反应发