高中化学新教材同步教案必修第一册第3章第1节第1课时铁的单质氧化物和氢氧化物

第三章铁金属材料第一节铁及其化合物第1课时铁的单质、氧化物和氢氧化物[核心素养发展目标]1.结合生活中的铁制品应用，了解单质铁、铁的氧化物的性质及用途，培育化学服务社会的责随意识。2.通过探究试验，相识铁单质与水蒸气反应的条件，对比钠与水的反应，加深对微观原子结构确定物质宏观性质的相识，培育宏观辨识与微观探析的实力。3.通过试验驾驭Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备原理及化学性质。一、铁的单质1．铁元素的存在及运用(1)存在：铁在自然界中可以以单质形态(陨铁)存在，但主要以＋2价和＋3价化合物的形态存在，地壳中含量居第四位，仅次于氧、硅和铝。(2)工业炼铁的原理(以Fe2O3为例)3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。2．铁的物理性质铁有延展性、导热性、导电性，但其导电性不如铜和铝，铁还能被磁体吸引。其熔、沸点较高，熔点：1535℃、沸点：2750℃，密度：7.86g·cm－3。3．铁的化学性质(1)与某些非金属单质、酸和盐溶液反应化学性质化学方程式举例①Fe与非金属单质反应②Fe与非氧化性酸反应(H2SO4)Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑③Fe与盐溶液反应(CuSO4)Fe＋CuSO4=Cu＋FeSO4结论：Fe在反应中作还原剂，遇到较强的氧化剂(如Cl2等)生成＋3价铁的化合物，遇到较弱的氧化剂(如稀硫酸等)生成＋2价铁的化合物。(2)试验探究铁粉与水蒸气的反应试验装置操作现象用火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声，证明生成了H2试验结论在高温下，铁能与水蒸气反应，化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2提示：湿棉花的作用是受热时供应反应所需的水蒸气。(1)由于铁性质比较活泼，所以自然界中没有游离态的铁单质()(2)氯化亚铁既可由铁与盐酸反应制取也可由铁与氯气化合制取()(3)由于钠与水反应生成NaOH和H2，所以铁与水蒸气反应生成Fe(OH)3和H2()答案(1)×(2)×(3)×利用如图装置也可以实现Fe与水蒸气的反应(1)反应起先时，应先点燃处的酒精灯，其目的是，若点燃依次反了，可能有什么后果？提示b用水蒸气排装置内的空气①Fe与O2生成了Fe3O4，无法与水蒸气反应；②Fe与水蒸气反应生成H2，在高温下与空气中的O2反应可能发生爆炸。(2)此装置如何检验Fe与水蒸气反应生成的气体产物？提示用小试管收集一试管气体，点燃，听到稍微噗声，证明生成了H2。二、铁的氧化物和氢氧化物1．铁的氧化物物质氧化亚铁(FeO)氧化铁(Fe2O3)四氧化三铁(Fe3O4)俗称铁红磁性氧化铁颜色、状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体(有磁性)溶解性不溶于水铁的价态＋2＋3＋2、＋3与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O6H＋＋Fe2O3=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O稳定性6FeO＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe3O4稳定稳定与CO、C、H2反应生成单质铁及CO2或H2O用途Fe2O3常用作红色油漆与涂料，赤铁矿(主要成分是Fe2O3)是炼铁的原料2.铁的氢氧化物(1)铁的氢氧化物的制备试验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁如下图所示：①图甲试验中视察到的现象是有红褐色沉淀生成，反应的离子方程式是Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。②图乙试验中先视察到有白色沉淀生成，在空气中快速变成灰绿色，最终变成红褐色，有关反应的离子方程式是Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。(2)Fe(OH)2和Fe(OH)3性质的比较化学式Fe(OH)2Fe(OH)3物质类别二元弱碱三元弱碱颜色状态白色固体红褐色固体溶解性不溶于水不溶于水与非氧化性强酸反应Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O稳定性Fe(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))FeO＋H2O(隔绝空气)2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O(1)磁铁矿的主要成分是Fe3O4()(2)FeO在空气中加热生成Fe2O3()(3)Fe3O4中铁的化合价有＋2和＋3价，是一种混合物()(4)Fe(OH)3不能利用化合反应生成()(5)由于Fe(OH)2易被氧化，所以在制备时要隔绝空气()答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√提示2FeO·Fe2O32．氢氧化亚铁制备试验的改进方案一：有机覆盖层法(1)配制NaOH和FeSO4溶液的蒸馏水要经过，目的是：。(2)在FeSO4溶液表面覆盖一层苯，作用是：。方案二：还原性气体爱护法在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。思索解答下列问题：(3)在试管Ⅰ里加入的试剂是。(4)在试管Ⅱ里加入的试剂是。(5)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，塞紧塞子后的试验步骤是。(6)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是。答案(1)加热煮沸赶走溶解的氧气(2)隔绝空气中的氧气(3)稀H2SO4、铁屑(4)NaOH溶液(5)打开止水夹a，待Ⅰ中反应生成的氢气排净装置中的空气后，再关闭止水夹a(6)试管Ⅰ中反应生成的H2充溢了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不简洁进入制备Fe(OH)2的关键是隔绝空气(O2)，可实行的措施有：(1)Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。1．(2024·汕头调研)下列说法正确的是()A．我国在战国中期就起先运用铁制品B．自然界中的铁元素只存在于化合物中C．铁能与全部金属的盐溶液反应生成亚铁盐和金属D．高炉炼铁是用还原剂将铁从它的化合物中还原出来答案D解析我国目前发觉最早的人工冶铁制品是春秋初年秦国的铜柄铁剑，A项错误；自然界中的陨铁中的Fe以单质形态存在，B项错误；Fe只能将金属活动性比它弱的金属从其盐溶液中置换出来，C项错误；高炉炼铁是用CO等还原剂把Fe从铁矿石中还原出来，D项正确。2．(2024·北京四中期末)用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的试验，下列有关说法不正确的是()A．装置A的作用是为试验供应持续不断的水蒸气B．装置B中反应的化学方程式是2Fe＋3H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe2O3＋3H2C．装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰D．点燃装置D处的气体前必需检验气体的纯度答案B解析装置A是将液态H2O转化为气态，与装置B中的铁粉在高温下发生反应，A项正确；铁粉与H2O(g)在高温下发生反应，生成Fe3O4和H2，B项错误；因生成的H2中含有较多的水蒸气，故须要用碱石灰等不与H2反应的干燥剂进行干燥，C项正确；不纯的H2在点燃时可能会发生爆炸，故在点燃H2前必需检验其纯度，D项正确。3．(2024·江苏南京月考)下列有关铁的化合物的说法不正确的是()A．Fe(OH)2不稳定，具有较强的氧化性B．FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，均可与盐酸反应C．Fe(OH)3可通过化合反应得到，Fe(OH)2则不能D．Fe3O4为磁性氧化铁，其中铁的化合价为＋2和＋3答案A解析Fe(OH)2中的Fe2＋具有还原性，可被空气中的O2氧化为Fe(OH)3，A项错误；FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，故具有碱性氧化物的通性，都能与盐酸反应，B项正确；Fe(OH)2只能通过复分解反应得到，Fe(OH)3可由Fe(OH)2与O2、H2O发生化合反应得到，C项正确；Fe3O4俗称磁性氧化铁，其组成可表示为FeO·Fe2O3，Fe元素的化合价为＋2、＋3，D项正确。4．(2024·浙江学考模拟)有人设计出一种在隔绝空气条件下让钠与FeSO4溶液反应的方法以验证反应实质。试验时，往100mL的大试管中先加40mL煤油，取3粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞，通过长颈漏斗加入FeSO4溶液使煤油的液面至橡胶塞，并夹紧弹簧夹(如图所示)。细致视察，回答下列问题：(1)大试管的下层溶液中出现的现象为。(2)装置中长颈漏斗内液面(填“下降”或“上升”)。(3)写出钠与FeSO4溶液反应的化学方程式：。答案(1)产生白色絮状沉淀(2)上升(3)2Na＋FeSO4＋2H2O=Fe(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑解析(1)由于金属Na的密度比H2O的小，但比煤油的大，故Na粒应位于两种液体的交界处，Na与FeSO4溶液接触的部分与H2O发生反应生成NaOH和H2，NaOH与FeSO4发生反应生成白色絮状沉淀Fe(OH)2，因隔绝了空气，制得的白色Fe(OH)2可以保存较长时间。(2)由于大试管内产生H2，大试管内气压增大，把大试管内的液体压入长颈漏斗中，故长颈漏斗内的液面上升。(3)反应的化学方程式为2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑、2NaOH＋FeSO4=Fe(OH)2↓＋Na2SO4，将两个化学方程式相加得2Na＋FeSO4＋2H2O=Fe(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。A组基础对点练题组一铁的单质1．(2024·湛江调研)联合国卫生组织经过考核和探讨，认为我国运用的铁锅是有益于人类健康的志向炊具，并向全世界推广。其主要缘由是()A．价格便宜，不易生锈B．铁锅含有碳元素C．烹调的食物中留有人体须要的铁元素D．传热慢，保温性能好答案C解析价格是物质用途需考虑的因素之一，但不是有益于健康的理由，铁锅为铁合金，易发生电化学腐蚀生锈，A项错误；铁锅为铁的合金，主要成分为铁，还含有碳等其他元素，运用铁锅主要是获得铁元素，不是为了获得碳元素，B项错误；运用铁锅烹调的食物中留有人体须要的铁元素，铁是合成血红蛋白的主要元素，缺乏会患贫血，C项正确；铁合金具有良好的导热性能，但保温性能差，D项错误。2．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，都做还原剂答案C解析铁能在纯氧气中燃烧，也能在高温下与水蒸气反应，二者产物均为四氧化三铁；铁与盐酸和水蒸气发生的反应都是置换反应，在反应中铁的化合价上升，铁做还原剂；铁与盐酸反应生成氯化亚铁，而不是氯化铁。【考点】铁的单质【题点】铁的化学性质3．如图，在铁与水反应的试验中，下列做法不正确的是()A．试管中的铁粉用绕成团的细铁丝代替B．将试管底部的湿棉花移到试管口处C．用铁丝网罩住酒精灯火焰D．点燃肥皂泡验证氢气的生成答案B解析铁粉易堵塞导管口，铁丝与水蒸气反应的接触面积较大，A正确；若湿棉花移到试管口处，产生的水蒸气不易与铁丝充分反应，B错误；铁丝网罩住酒精灯火焰，可提高温度，C正确；氢气能燃烧，点燃肥皂泡可验证氢气的生成，D正确。【考点】铁与水蒸气反应【题点】铁与水蒸气反应的试验探究4．将一枚干净的铁钉浸入稀硫酸中，下列叙述正确的是()①铁钉表面产生气泡 ②溶液由无色渐渐变为浅绿色③铁钉的质量减轻 ④溶液的质量减轻A．②③B．①②④C．①②③D．①②③④答案C解析依据反应Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑可知，反应过程中铁钉渐渐溶解，铁钉表面产生气泡，溶液变为浅绿色。【考点】铁的单质【题点】铁与酸的反应试验现象题组二铁的氧化物5．指南针是我国古代四大独创之一，制造指南针的磁性物质是()A．FeO B．Fe2O3C．Fe3O4 D．Fe答案C解析Fe3O4具有磁性，俗称磁性氧化铁；铁是能被磁化的物质，本身没有磁性。【考点】铁的氧化物【题点】铁的氧化物的物理性质6．有关铁的氧化物的说法中，不正确的是()A．赤铁矿主要成分是Fe2O3，Fe2O3是红棕色的，常用作红色油漆和涂料B．Fe3O4是黑色晶体，其中eq\f(1,3)的铁显＋2价，eq\f(2,3)的铁显＋3价C．FeO、Fe2O3、Fe3O4都不溶于水，但都能和盐酸反应生成相应的盐D．FeO不稳定，在空气中加热快速被氧化成Fe2O3答案D解析FeO不稳定，在空气里受热快速被氧化成Fe3O4。【考点】铁的氧化物【题点】铁的氧化物的物理、化学性质7．关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的下列说法中不正确的是()A．铁元素化合价不完全相同B．氧元素的化合价完全相同C．氧化亚铁俗称铁红，为红棕色固体D．铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体答案C解析铁的三种氧化物中，氧元素的化合价完全相同，都为－2价；铁元素的化合价不同，氧化铁中铁为＋3价，氧化亚铁中铁为＋2价，四氧化三铁中铁为＋2价和＋3价。氧化铁俗称铁红，是一种红棕色的固体；铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，是一种黑色固体；故本题选C。【考点】铁的氧化物【题点】铁的氧化物中铁的化合价、颜色题组三铁的氢氧化物8．在空气中氢氧化亚铁白色沉淀可转化为红褐色沉淀。关于该反应的下列叙述中不正确的是()A．生成物为氢氧化铁B．该反应是化合反应C．该反应是氧化还原反应D．氢氧化亚铁做氧化剂答案D解析氢氧化亚铁易与氧气、水反应生成氢氧化铁，该反应既是化合反应，又是氧化还原反应，氢氧化亚铁是还原剂，氧气是氧化剂。【考点】氢氧化亚铁易被氧化【题点】氢氧化亚铁转化为氢氧化铁9．试验室制取氢氧化铁的一组试剂是()A．氯化铁溶液和烧碱溶液B．氧化铁和烧碱溶液C．氧化铁和水D．铁和水蒸气答案A解析试验室常用可溶性铁盐溶液(如氯化铁溶液)与碱溶液(如烧碱溶液)反应来制取氢氧化铁沉淀。【考点】氢氧化铁制备【题点】氢氧化铁制备10．(2024·甘安静宁第一中学高一检测)应用下列装置，在硬质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，就可以完成高温下“Fe与水蒸气反应的试验”。请回答下列问题：(1)试验前必需对整套装置进行气密性检查，操作方法是。(2)圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后的主要作用是；烧瓶底部放置了几片碎瓷片，碎瓷片的作用是。(3)酒精灯和酒精喷灯点燃的依次是。(4)干燥管中盛装的物质可以是，作用是。(5)假如要在A处玻璃管口处点燃该气体，则必需对该气体进行，这一操作的目的是。答案(1)将干燥管末端的导管A浸入水中，微热烧瓶底部，假如能视察到浸入水中的玻璃导管口有气泡冒出，停止加热后，玻璃导管内有水柱上升，且较长时间不回落，则表明该套装置的气密性良好(2)为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应持续不断的供应水蒸气防止暴沸(3)先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯(4)碱石灰(合理即可)除去产物H2中的水蒸气(5)验纯防止H2不纯而发生爆炸解析(3)点燃加热仪器的依次要考虑试验的平安性和对试验结果的影响，在本试验中为了防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应，应当先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯。(4)干燥管中盛装的物质可以是碱石灰，作用是除去反应产生的氢气中的水蒸气。B组综合强化练1．下列说法正确的是()A．Fe比Al活泼B．Fe与盐酸反应的离子方程式为2Fe＋6H＋=2Fe3＋＋3H2↑C．铁与CuSO4溶液反应可置换出铜D．Fe不能与H2O反应答案C解析在金属活动性依次中Al排在Fe的前面，故Al比Fe活泼；Fe与盐酸反应的离子方程式应为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；铁可置换出铜的盐溶液中的铜，如：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu；Fe在高温下可以与H2O(g)发生反应而生成Fe3O4和H2。【考点】铁的金属活动性依次【题点】铁的金属活动性依次、置换反应2．(2024·吉林试验中学高一检测)某铁的氧化物中铁元素和氧元素的质量比为21∶8，该氧化物的化学式可能是()A．FeO B．Fe2O3C．Fe3O4 D．Fe4O5答案C解析依据n＝eq\f(m,M)，n(Fe)∶n(O)＝eq\f(21,56)∶eq\f(8,16)＝3∶4，则化学式为Fe3O4。【考点】铁的氧化物【题点】铁的氧化物的计算、化学式的确定3．有关铁的化合物的说法中，错误的是()A．Fe(OH)2是一种黑色固体，不稳定，在空气中易被氧化转变为红褐色B．由图示操作可制取Fe(OH)2C．Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得D．Fe(OH)3胶体呈红褐色、透亮，能发生丁达尔效应答案A解析Fe(OH)2是一种白色固体，A错误；煤油能削减FeSO4溶液与氧气接触，可以避开试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化，B正确；铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4，可通过化合反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3来制取Fe(OH)3，C正确；Fe(OH)3胶体呈红褐色、透亮，能发生丁达尔效应，D正确。4．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生改变为止，得到红棕色残渣，上述白色沉淀和残渣分别是()A．Fe(OH)3；Fe2O3B．Fe(OH)2；Fe2O3C．Fe(OH)2；Fe(OH)3、Fe3O4D．Fe2O3；Fe(OH)3答案B解析铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，当加入氨水时生成白色的氢氧化亚铁；氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化为红褐色的氢氧化铁，加热时氢氧化铁分解为红棕色的氧化铁。5．(2024·贵州独山期末)某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个试验。从分类角度分析，下列说法正确的是()A．试验①②所涉及的物质均为电解质B．试验①③发生的均为离子反应C．试验②③均未发生氧化还原反应D．试验①③反应制得的物质均为纯净物答案C解析试验①中铁与氯气都是单质，不是电解质，故A错误；试验①中铁与氯气反应生成氯化铁，不是离子间发生的反应，不属于离子反应，故B错误；试验②中氯化铁溶于水为物理改变，试验③中氯化铁水解生成氢氧化铁胶体，没有化合价改变，不属于氧化还原反应，故C正确；试验③得到氢氧化铁胶体，属于混合物，故D错误。6．等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在肯定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是()A．1∶1B．3∶4C．2∶3D．4∶3答案B解析依据反应的化学方程式知：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H21molFe与盐酸反应生成1molH2，与水蒸气反应生成eq\f(4,3)molH2，故相同条件下，产生H2的体积比是3∶4。7．已知红热的铁能与水蒸气反应生成氢气。现用如图所示装置进行铁在高温下与水蒸气反应的试验，并用简洁的方法收集、检验生成的氢气。请回答下列问题。(1)写出铁在高温下与水蒸气反应的化学方程式：。(2)干燥管C中盛放的药品是；干燥管的(填“m”或“n”)端与g导管相连接。(3)在D处画出用试管收集氢气的装置图(所需其他仪器自行选择)。(4)怎样用简洁的方法检验收集到的气体是氢气？简述试验操作步骤和现象：。(5)若收集到标准状况下的H222.4L，则参与反应的铁粉的质量为g。(6)当固体质量增加32g时，生成H2的质量为g。答案(1)3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2(2)碱石灰(答案合理即可)n(3)(4)用拇指堵住试管口，试管口向上，靠近酒精灯火焰，松开拇指，发出爆鸣声，说明收集到的气体是H2(5)42(6)4解析(3)考虑到H2的密度比空气小，可采纳向下排空气法收集H2。(4)检验H2可采纳“爆鸣”试验。(5)依据反应的化学方程式3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2可得关系式：3Fe～4H2，n(H2)＝eq\f(22.4L,22.4L·mol－1)＝1mol，则n(Fe)＝eq\f(3,4)mol，m(Fe)＝eq\f(3,4)mol×56g·mol－1＝42g。(6)固体质量增加的缘由是Fe生成了Fe3O4，增加的质量为氧元素的质量，关系式为Fe3O4～4O～4H2，故生成氢气的质量为m(H2)＝eq\f(32,16)×2g＝4g。【考点】铁与水蒸气反应的试验【题点】铁与水蒸气反应的试验探究8．《我在故宫修文物》展示了专家精湛的技艺和对传统文化的酷爱与坚守，也令人体会到化学方法在文物爱护中的巨大作用。某博物馆修复出土铁器的过程如下：(1)检测锈蚀产物主要成分的化学式Fe3O4Fe2O3·H2OFeO(OH)FeOCl铁器在具有O2、等环境中简洁被腐蚀。(2)分