第二节 铁和铁的化合物

第二节 铁和铁的化合物1常识性介绍过渡元素的概念2使学生掌握铁的化学性质教学重点：铁的化学性质教学难点：对铁的化学性质比较活泼的理解教学方法：启发提问、实验探究第一课时引言（教师举起银白色的铁）师同学们，我这儿有刚用钢锯锯开的粗铁丝，请同学们迅速传着看一下，要注意它的横断面，并且能说出它的颜色。生银白色，具有金属光泽。师好，可我们对人类使用铁的历史又知道多少呢？现在我简单地给同学们介绍一下这方面的内容。铁是在自然界中广泛存在、在生活中应用极为普遍、在现代工业中最重要和应用最多的金属。铁和碳元素的合金（即钢和生铁）在人类生产及生活中起着极为重要的作用。历史上，把广泛使用铁制生产工具的时代称为“铁器时代”，以标志生产力的发展水平。现代，生铁和钢已成为用量最多的金属材料。1980年世界生产生铁5.05亿吨，钢7.18亿吨。我国是世界上最早使用铁的国家之一，1996年，我国钢产量超过1亿吨，跃居世界首位。从公元1世纪起铁便成了我国最主要的金属。钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。看来，铁是非常重要的一种金属，那么，我们就来学习一下铁及其化合物的性质。板书第二节 铁和铁的化合物一、铁的性质师请同学们打开元素周期表，要能够说出Fe元素在周期表中的位置及在地壳中的含量。生（教师确认正确后板书）板书1.Fe元素在周期表中的位置及在地壳中的含量讲解并板书Fe位于第四周期第V族，铁原子最外层电子数为2个，除容易失去最外层电子显2价外，次外层的一个电子也经常参加反应，故表现出两种价态。Fe元素在地壳中的含量居第4位，金属元素中仅次于Al。师铁是一种历史悠久、应用最广泛、用量最大的金属。下面我们来学习它的性质。铁的物理性质我们早已在初中学习过，现在我们来共同回忆一下。板书（学生回答老师补充）2.铁的性质（1）物理性质：纯净的单质铁为银白色，具有金属光泽，密度较大，熔点较高，易导电、导热，有良好延展性，质地较软的固体。可被磁化。师铁的化学性质非常活泼，它能跟许多物质发生化学反应。下面我们着重学习Fe跟非金属单质、水、酸、盐溶液的反应。板书（2）化学性质a.铁跟非金属的反应师在初中时，我们曾学过，灼热的铁丝在氧气里燃烧，生成黑色的四氧化三铁。那么，铁还能跟其他非金属反应吗？下面让我们共同做一个实验。演示实验47指导同学们观察实验现象。生我们可以观察到，铁丝在Cl2中燃烧，生成棕黄色的烟。加水振荡后，生成黄色溶液。思考：燃烧是否必须有氧气参加？答案：不一定。像Cu、Fe均可以在Cl2中燃烧，Mg可以在CO2中燃烧师铁丝在Cl2中燃烧生成的棕色烟，是FeCl3的小颗粒，溶于水形成黄色溶液。请同学们写出化学反应方程式。板书2Fe+3Cl22FeCl3投影练习下列各离子组成在无色溶液中能大量共存的是( )A.NO、NH、Fe3+、Na+ B.NO、Ag+、Cl、K+C.Cu2+、SO、H、ClD.H+、Na+、Cl、Ba2+答案D（Fe3+呈黄色，Cu2+呈蓝色，Ag+能与Cl形成沉淀）师除此之外，Fe还能跟S、I2等非金属发生反应。我们在高一课本氧族元素的内容中学过Fe跟S的反应，请同学们给出反应方程式。生Fe+SFeS师请同学们标出Fe跟Cl2、S反应时化合价的变化情况，并讨论这两种非金属单质的氧化性的强弱。生Fe与这两种物质发生化学反应时，化合价的变化不同。在Fe跟Cl2的反应里，Fe原子失去3个电子变成3价的Fe。在Fe跟S的反应里，Fe原子失去2个电子变成2价的Fe。讲述在这两个反应中，Cl2、S是氧化剂，Cl2夺电子的能力强，它的氧化性强，S的氧化性相对较弱。思考：O2跟Cl2、S相比，氧化性如何呢？生因为Fe在O2中燃烧生成的是Fe3O4，Fe有两种价态，所以，O2的氧化能力较Cl2弱，而较S强。板书由Fe与Cl2、O2、S反应的生成的产物中Fe元素的化合价高低可推知氧化性顺序为Cl2O2S。小结Fe与强氧化剂反应生成Fe3+，与弱氧化剂反应生成Fe2+，与中等能力的氧化剂反应生成Fe3O4。板书b.铁跟水的反应师在常温下，Fe跟H2O不起反应。但我们知道，在潮湿的地方铁制品易生锈。那是水和空气里的O2、CO2等共同作用的结果，其原理将在本章第四节学习。那么，在高温下，Fe能不能跟水反应呢？下面，我们来共同完成一个实验。演示实验58师活泼金属与水作用时，生成对应的氢氧化物和H2，如：2Na+2H2O=2NaOH+ H2,若高温时则生成金属氧化物和氢气。铁与水反应生成的是Fe3O4。请同学们写出化学反应方程式，并指出氧化剂。（学生回答，教师补充并板书）3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,H2O为氧化剂。板书c.铁跟酸的反应师请同学们说出常见的酸。生稀盐酸、稀硫酸、浓硫酸、稀硝酸、浓硝酸等。师我们知道，在这些酸中，像稀盐酸、稀硫酸为非氧化性酸，而浓硫酸、稀硝酸和浓硝酸为氧化性酸，这两种类型的酸与铁反应的情况是不一样的，下面我们就来学习这方面的内容。板书与非氧化性酸反应师我们早已学过铁与稀盐酸及稀硫酸的反应，请同学们写出这两个化学方程式。生Fe+2HCl=FeCl2+H2Fe+H2SO4=FeSO4+H2板书其反应实质是：Fe+2H+=Fe2+H2板书与氧化性酸反应师Fe与氧化性酸（如稀HNO3）反应生成Fe3+，但如果Fe过量，Fe3+会与Fe反应生成Fe2+。其反应的化学方程式是：板书Fe+4HNO3（稀）=Fe(NO3）3NO+2H2O（Fe不足）3Fe+8HNO3（稀）=3Fe(NO3)22NO+4H2O(Fe过量）讲解分析铁与酸的反应，虽然酸都是作为氧化剂反应的，但稀盐酸、稀硫酸中起氧化性的是H（2H2e=H2），而氧化性的酸则不同（如浓H2SO4起氧化性的是6价的S），一般与金属反应不产生H2。有关这部分内容，我们在学习硫酸时已详细地介绍过，这里就不再重复了。需要强调的一点是，铁遇冷的浓硝酸、浓硫酸会发生钝化，即在铁表面生成致密的氧化物薄膜，阻止内部的金属进一步被氧化。因此常用铁制容器装运浓H2SO4、浓HNO3。板书d.铁跟盐溶液的反应师铁跟比它活动性弱的金属的盐溶液起反应时，能置换出这种金属。请同学们写出Fe放入CuSO4或CuCl2溶液中的离子方程式。板书Fe+Cu2+=Fe2+Cu将质量为m g的铁片放入CuSO4溶液中，过一会儿取出干燥，铁片质量变为n g，被氧化铁片的质量是( )A.8（mn） B.8(nm) C.7(mn) D.7(nm)答案：D.Fe与CuSO4反应析出的铜将覆盖在铁的表面使其增重，从反应Fe+CuSO4=FeSO4+Cu来看，有56 g Fe被氧化，则增重6456=8 g，现已知增重(nm)g，则被氧化的铁片的质量是：师Fe还可以与铁盐溶液发生反应，根据同种元素不同价态间的氧化还原反应，我们写出离子方程式。板书Fe+2Fe3+=3Fe2+投影练习在氯化铁和氯化铜的混合溶液中，加入过量的Fe粉，若充分反应后溶液的质量没有改变，则原混合溶液中Fe3+和Cu2+的物质的量之比为( )A.145 B.514C.72D.27答案：D解析在FeCl3和CuCl2的混合溶液中加入过量的Fe粉后，Fe粉会将Fe3+和Cu2+全部消耗掉。Fe3+与Fe反应会使溶液增重，Cu2+与Fe反应会使溶液减轻，依据题意，若反应前后溶液的质量没变，则两个反应增重与减轻必然相等才能符合题意。本节课重点讲铁的化学性质。布置作业1.举例说明铁有哪些化学性质？2.课本97页一、1；二、1、4第四章 几种重要的金属第二节 铁和铁的化合物一、铁的性质在元素周期表中，铁位于第四周期第族，最外层有2个电子。1.物理性质（1）与非金属反应：与强氧化剂反应生成Fe3+，与弱氧化剂反应生成Fe2+。3Fe+2O2Fe3O42Fe+3Cl22FeCl3Fe+SFeS（2）与水蒸气反应3Fe+4H2O(g) Fe3O44H2（3）与酸反应a.与非氧化性酸反应Fe+2H+=Fe2+H2b.与氧化性酸反应Fe+4HNO3（稀）=Fe(NO3)3+NO+2H2O（Fe不足）3Fe+8HNO3（稀）=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O（Fe过量）（4）与某些盐溶液反应Fe+Cu2+=Fe2+CuFe+2Fe3+=3Fe2+学生在初中阶段曾学过一些铁的知识，如铁的性质、几种铁合金、生铁和钢的冶炼等。本节是在这些知识的基础上，结合高一学的元素周期律、氧化还原反应的知识，进一步介绍铁的化学性质。教学过程中，要注意新旧知识的衔接，并通过采用边讲边练的教学手段，使本节课的知识得以巩固，可收到较好的效果。第二课时1.使学生了解铁的氧化物和氢氧化物2.使学生了解铁盐和亚铁盐的相互转换3.使学生了解Fe3+的检验方法教学重点：1.铁盐和亚铁盐的相互转化2.Fe3+的检验方法教学难点：二价铁和三价铁的相互转化教学方法：实验问题讨论总结引言上一节我们学习了铁的化学性质，我们已经知道，铁丝可以在氧气中燃烧生成黑色的四氧化三铁，其化学式为Fe3O4，除此之外，铁的氧化物还有氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3），这些铁的氧化物的性质如何呢？下面我们就来学习这方面的内容。板书二、铁的重要化合物1.铁的氧化物展示Fe3O4、Fe2O3两种铁的氧化物师同学们，请仔细观察样品并结合已学过的有关知识，对比学习三种氧化物，然后通过讨论来填写下表。投影展示表格FeOFe3O4Fe2O3化学名俗名色态溶解性与盐酸反应与稀硝酸反应（学生讨论后，各小组选代表来回答上表，然后老师根据学生回答作必要的补充）投影显示答案FeOFe3O4Fe2O3化学名氧化亚铁四氧化三铁三氧化二铁俗名无磁性氧化铁铁红色态黑色粉末黑色晶体红棕色粉末溶解性难溶于水难溶于水难溶于水与盐酸反应FeO+2H+=Fe2+H2OFe3O4+8H+=Fe2+2Fe3+4H2OFe2O3+6H+=2Fe3+3H2O与稀硝酸反应3FeO+10HNO3= 3Fe(NO3)3+NO+5H2O3Fe3O4+28HNO3= 9Fe(NO3)3+NO+14H2OFe2O3+6HNO3=2Fe(NO3)3+3H2O讲解FeO和Fe2O3为碱性氧化物，1 mol Fe3O4中有2 mol Fe3+和1 mol Fe2+，因而可以把Fe3O4看成是（Fe2O3+FeO）。虽然Fe3O4的化学式是一种氧化物的形式，也可将它解释为FeOFe2O3，但最新资料则更多的认为Fe3O4实际上不是氧化物，而是一种盐Fe(FeO2)2，所以它不是碱性氧化物。三种氧化物中，Fe3O4最稳定，FeO最不稳定，它在空气中加热就迅速被氧化成Fe3O4。师铁有两种化合价，2价和3价，那么铁对应的氢氧化物也应该有两种，分别是氢氧化亚铁和氢氧化铁，请同学们写出化学式。它们有哪些性质呢？下面我们来学习这方面的内容。板书二、铁的氢氧化物师我们已经知道，金属钠跟水反应可以生成对应的氢氧化物NaOH，而铁的氢氧化物能否由同样的方法制得呢？生不可以。因为常温下铁不跟水发生反应，而跟水蒸气反应生成的是Fe3O4。师那么，如何制得这两种氢氧化物呢？下面我们来做两个实验，同学们一定要仔细观察实验现象。演示实验49师在逐滴滴入NaOH的过程中，观察到了什么现象？生溶液里立即生成了红褐色的沉淀。师请同学们写出该反应的离子方程式，然后分析红褐色的沉淀是何种物质？板书Fe(OH)3的实验室制法：Fe3+3OH=Fe(OH)3（红褐色）演示实验410师同学们先说观察到了怎样的实验现象？生通过实验我们可以看到，滴入NaOH溶液后，开始时析出一种白色的絮状沉淀，生成的白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。师同学们观察很仔细，化学实验往往就是这样，只有先观察到实验现象，才能分析产生这种现象的原因。那么，我们来分析刚才的实验现象。讲述白色的絮状沉淀是Fe(OH)2，因为Fe2+和OH结合才产生沉淀，而不是Na+和SO。那为什么白色沉淀又迅速变成灰绿色，最后又生成红褐色了呢？通过实验49，我们知道红褐色的沉淀是Fe(OH)3，分析Fe的化合价可知，Fe(OH)2被氧化成了Fe(OH)3。设疑我们并没有向其中加入氧化剂，为什么Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3了呢？生是空气中氧气的作用吧！师现在我把上述实验的化学方程式展示给同学们。板书Fe(OH)2的实验室制法：Fe2+2OH=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3思考1：实验中为什么要用新制的硫酸亚铁溶液？答：防止FeSO4被空气中的O2氧化而影响实验效果。思考2：怎样才能使Fe2+溶液能长时间保存呢？答：在配制溶液时，要加入少量铁粉防止氧化，加入少量对应的酸抑制水解。思考3：实验中为什么要将滴管尖端插入试管里溶液底部，慢慢挤出NaOH溶液？答：Fe(OH)2极易被氧化，溶解在水中少量的O2都能将它氧化成Fe(OH)3，所以按一般强碱与弱酸盐反应制弱碱的操作很难得到。要制得白色沉淀必须用加热煮沸过的蒸馏水（以减少溶解在水中的O2）临时配制FeSO4溶液，最好在溶液中再滴几滴植物油以避免FeSO4溶液与空气接触，准备加入的NaOH溶液也要先加热煮沸，并且滴管尖嘴要伸入盛FeSO4溶液的试管底部再慢慢挤，预防带入空气。小结铁的氢氧化物实验室制法：相应的可溶性铁盐与可溶性碱溶液反应而得。师请同学们写出可溶性铁盐及亚铁盐分别与NH3H2O反应的离子方程式。板书Fe3+3NH3H2O=Fe(OH)3+3NHFe2+2NH3H2O=Fe(OH)2+2NH师铁的氢氧化物均为弱碱，具有碱的通性。我们可以用化学方程式或离子方程式表示出来。板书铁的两种氢氧化物的化学性质：2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O Fe(OH)2FeO+H2OFe(OH)3+3H+=Fe3+3H2OFe(OH)2+2H+=Fe2+2H2O师我们知道，Fe(OH)2很容易被空气中的O2氧化生成Fe(OH)3，即可以向转化，那么，能否向转化呢？板书3.铁的化合物与亚铁化合物的相互转变师要会从氧化还原反应的原理方面分析Fe、Fe2+、Fe3+相互转化时所需的还原剂或氧化剂，会写有关的化学方程式或离子方程式。投影展示Fe、Fe2+与Fe3+的相互转化关系Fe、Fe2+、Fe3+的相互转化关系师请写出能实现上图中“铁三角”的相互转化的物质（氧化剂和还原剂）。投影“铁三角”师请同学们根据给出的“铁三角”分别写出一些相互转化的反应（用离子方程式表示出来）。投影评析小结以上事实说明，Fe、Fe2+及Fe3+在一定条件下是可以相互转变的。板书三、Fe3+的检验学生上讲台演示实验411师通过实验我们看到，Fe3+遇到KSCN溶液变成红色，而Fe2+遇KSCN溶液不显红色，我们可以利用这一不同点来检验Fe3+的存在。反应的离子方程式是：板书Fe3+3SCN=Fe(SCN)3（红色）两组学生分别上讲台演示实验412和实验413师在这两个实验中同学们观察到的现象是什么？结合前面刚讲过的内容能给出解释吗？生现象是：FeCl2和KSCN溶液的试管里滴入新制的氯水出现了红色，而在FeCl3溶液中加入几滴盐酸和适量的还原铁粉，振荡一会儿，再滴入KSCN溶液反而没有出现红色。产生这两种现象的原因是：Fe2+和Fe3+在不同条件下发生了转化。发生的反应是：板书2FeCl2+Cl2=2FeCl32FeCl3+Fe=3FeCl2师同学们的思路要放开些，大家想一下，Fe3+的检验还有什么方法呢？生加