《高中化学》2023年高考总复习第三章第一节第1课时　铁及其氧化物、氢氧化物

第一节铁及其化合物第1课时铁及其氧化物、氢氧化物自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结课标定位1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,掌握并会运用铁及其氧化物、氢氧化物的主要性质2.能说出铁及其氧化物、氢氧化物在生产、生活中的应用素养阐释1.能从物质类别和元素价态的角度描述铁及其氧化物、氢氧化物的性质及实验现象,并能用化学方程式或离子方程式表示其主要的化学性质2.能依据复分解反应和氧化还原反应原理设计铁的氢氧化物的制备方案3.能运用实验探究铁及其氧化物、氢氧化物的主要性质

自主预习·新知导学一、铁的单质1.铁的物理性质。有延展性和导热性。能导电,但导电性不如铜和铝。能被磁体吸引。2.铁的化学性质。(1)铁与氧化性较弱的氧化剂反应,铁原子失去2个电子生成+2价铁的化合物。①铁与盐酸反应的离子方程式为Fe+2H+══Fe2++H2↑。②铁与CuSO4溶液反应的离子方程式为Fe+Cu2+══Fe2++Cu。(2)铁与氧化性较强的氧化剂反应,铁原子失去3个电子生成+3价铁的化合物。二、铁的氧化物和氢氧化物1.铁的氧化物。【自主思考1】

FeO不稳定,在空气中受热会迅速被氧化为Fe3O4,写出该反应的化学方程式。2.铁的氢氧化物

【自主思考2】

利用教科书实验3-1中的方法制备Fe(OH)2时,为得到较为纯净的Fe(OH)2,可采取哪些措施?提示:①Fe2+溶液必须是新制的并放入铁粉,防止Fe2+被氧化成Fe3+;②除去溶液中溶解的O2,方法是加热煮沸NaOH溶液;③滴管末端插入试管内的液面以下;④必要时可在液面上加植物油等进行液封。【效果自测】

1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)Fe与水蒸气反应生成Fe(OH)3。(

)(2)FeO和Fe2O3均为碱性氧化物。(

)(3)磁铁矿的主要成分为Fe3O4。(

)(4)Fe3O4可由单质直接化合而得到。(

)(5)自然界中铁元素主要以化合物的形态存在。(

)×√√√√(6)Fe3O4中铁元素的化合价有+2价和+3价,所以Fe3O4为混合物。(

)(7)工业炼铁原理是用还原的方法把铁从铁矿石中提炼出来。(

)×√2.化合物A、B组成元素相同,且B为白色。C是一种与B含有相同价态金属元素的硫酸盐,向C中加入适量的NaOH溶液,可观察到生成的沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色沉淀A,加热A可得红棕色粉末D。回答下列问题。(1)写出各物质的化学式:A

、B

、C

、D

。

(2)写出B转化为A的化学方程式:

。

写出A受热分解的化学方程式:

。

答案:(1)Fe(OH)3

Fe(OH)2

FeSO4

Fe2O3解析:解答本题的关键是抓住C与NaOH溶液反应的特征现象,确定A是Fe(OH)3,C是FeSO4,B为Fe(OH)2,D为Fe2O3。3.金属单质A可发生以下反应。根据图中信息回答相关问题。(1)写出下列物质的化学式:B

、C

、F

。

(2)写出反应②③⑤的离子方程式:②

,

③

,

⑤

。

答案:(1)FeCl3

Fe3O4

Fe(OH)3(2)Fe3++3OH-══Fe(OH)3↓

Fe+Cu2+══Fe2++Cu

Fe+2H+══Fe2++H2↑解析:从F的颜色及A能与CuCl2、稀盐酸反应可推知A为Fe。

合作探究·释疑解惑探究任务1铁与水蒸气的反应问题引领1.铁匠师傅打铁时,将烧红的铁块放入冷水中,会听到“嗤”的一声,同时看到水面上冒出“白烟”,这个过程中发生了什么化学反应?提示:高温下铁与水反应生成四氧化三铁和氢气。2.铁与水蒸气可以反应,为什么在日常生活中可以用铁壶烧水?提示:在常温下,铁与水不发生反应,只有在高温下铁才能与水蒸气发生反应。归纳提升铁与水蒸气的反应。(1)实验装置。(2)气体检验。用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声,证明生成了H2。(3)实验结论。铁不能与冷水、热水反应,但在高温条件下能与水蒸气反应,化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。典型例题【例题1】

某化学兴趣小组利用如图装置(铁架台及夹持装置已省略)进行“铁与水反应”的实验,并检验产物的性质,请回答下列问题。(1)A装置的作用是

,B装置中反应的化学方程式为

。

(2)D装置的作用是

。

(3)E装置中的现象是

。

(4)A、B两个装置中应先点燃

处的酒精灯(或酒精喷灯),点燃E处酒精灯之前应进行的操作是

。

答案:(1)产生水蒸气

(2)吸收未反应的水蒸气(3)黑色固体变为红色,右端管壁有水珠生成(4)A收集H2,并检验其纯度解析:(1)根据Fe与H2O(g)反应可知A的作用是提供H2O(g)。(2)D的作用是除去未反应的水蒸气,干燥H2。(3)E中反应为H2+CuOCu+H2O,故黑色粉末变红,同时硬质玻璃管右端会有水珠生成。(4)应先点燃A处酒精灯,若先点燃B处酒精喷灯,B中的Fe会与空气中的O2反应生成Fe3O4,点燃E处酒精灯前要先检验H2的纯度。忽视装置里空气与铁粉反应,导致先点燃B处酒精喷灯。【变式训练1】

1.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物所得溶液有颜色答案:C解析:在高温下铁与水蒸气反应生成氢气和四氧化三铁。试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰,A项正确;试管a中生成的黑色固体为四氧化三铁,B项正确;铁在高温下与水蒸气反应,C项错误;用盐酸溶解固体生成物得到氯化亚铁和氯化铁的混合溶液,溶液带有颜色,D项正确。2.在一定条件下用普通铁粉与水蒸气反应可以得到铁的氧化物。用氢气还原该氧化物可生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很强的反应活性,在空气中受撞击或受热时会燃烧,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6mol·L-1的盐酸,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)。回答下列问题。(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

;分液漏斗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

。

答案:(1)普通铁粉(或铁粉)作为水蒸气发生器防止倒吸(或用作安全瓶)氢气(2)碱石灰(或固体NaOH、无水CaCl2等)

6mol·L-1的盐酸(3)ABE(5)检验氢气的纯度点燃氢气解析:首先分析两套装置的特点,有水槽和倒扣小试管的一套显然是反应生成了氢气,该装置用于实现铁粉与水蒸气的反应,则另一套用于“引火铁”的制取。探究任务2Fe(OH)2的常用制备方法问题分析问题引领取一支试管,向其中加入少量新制的FeSO4溶液,然后加入NaOH溶液,观察到生成的白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后转变为红褐色。1.一般情况下,向试管中滴加液体时,滴管应处于什么位置?提示:滴管应悬垂于试管口正上方。2.在制备Fe(OH)2时,为什么要用新制的FeSO4溶液并将吸有NaOH溶液的胶头滴管尖嘴插入液面以下?提示:用新制的FeSO4溶液是防止Fe2+被氧化成Fe3+;滴管尖嘴插入液面以下是防止生成的Fe(OH)2与O2接触而被氧化。3.在实验中,若想长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀,除使用新制FeSO4溶液外,还应创造一个怎样的反应环境?提示:因为Fe(OH)2易被氧化而发生颜色变化,故应尽可能创造无氧环境以防止Fe(OH)2被氧化。归纳提升实验室制取Fe(OH)2时一般采用新制的硫酸亚铁溶液与NaOH溶液反应:Fe2++2OH-══Fe(OH)2↓。因为Fe(OH)2易被氧化,为了能较长时间观察到Fe(OH)2的颜色,在实验时常采用以下方法。方法一:油层法。①取新配制的FeSO4溶液2mL放入试管中;②立即向试管中加入1mL植物油,避免溶液与空气直接接触;③用特制的长滴管将煮沸过的NaOH溶液滴入下层溶液中,可观察到有白色Fe(OH)2沉淀生成,并能保存较长时间。方法二:H2保护法。实验装置如图所示,试管Ⅰ中装有铁粉和稀硫酸;试管Ⅱ中装有煮沸过的NaOH溶液。打开弹簧夹,利用铁粉与稀硫

酸反应生成的氢气将试管Ⅰ和试管Ⅱ中的空

气排净(可通过检验排出氢气的纯度来检验空气是否排净)。关闭弹簧夹,产生的氢气使试管Ⅰ中的压强增大,这样可使试管Ⅰ中新制的硫酸亚铁溶液进入试管Ⅱ中与NaOH溶液反应,从而可长时间观察到生成的白色Fe(OH)2。典型例题【例题2】

下图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6mol·L-1的稀硫酸,其他试剂任选。请回答下列问题。(1)装置B中盛有一定量的NaOH溶液,装置A中应预先加入的试剂是

,装置A中发生反应的离子方程式是

。

(2)实验开始时应先将活塞a

(填“打开”或“关闭”)。

(3)简述制取Fe(OH)2的操作过程:

。

(4)实验完毕,拔去装置B中的橡胶塞,放入一部分空气,此时装置B中发生反应的化学方程式为

。

答案:(1)铁屑Fe+2H+══Fe2++H2↑

(2)打开(3)关闭活塞a,使FeSO4溶液压入装置B中进行反应(4)4Fe(OH)2+2H2O+O2══4Fe(OH)3解析:(1)装置A的作用是产生H2,利用H2赶走整个装置中的空气,以便能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,故装置A中应预先加入的试剂为铁屑:Fe+H2SO4══FeSO4+H2↑。(2)实验开始时打开活塞a,装置A中产生的H2沿导管进入装置B,赶走装置中的空气。(3)关闭活塞a,气体不能逸出,装置A中的液体通过导管被压进装置B,FeSO4与NaOH反应产生Fe(OH)2白色沉淀。(4)实验完毕拔去装置B的橡胶塞,空气进入装置B,O2与Fe(OH)2发生反应,使Fe(OH)2转化为Fe(OH)3红褐色沉淀。【变式训练2】

1.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(

)A.①② B.①③ C.②③ D.①②③答案:B解析:因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成