第一节铁及其化合物第2课时（讲义）

第三章铁金属材料第一节铁及其化合物第2课时铁的氧化物和铁的氢氧化物教学目标1.结合生活中铁制品的应用，了解铁的氧化物的性质及用途，培养化学服务社会的责任意识。2.通过实验掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备原理及化学性质。重点和难点重点：铁的氧化物的性质及用途Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备原理及化学性质难点：Fe(OH)2的制备原理◆知识点一铁的氧化物的比较1．铁的氧化物的性质比较氧化亚铁(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)溶解性不溶于水类别碱性氧化物碱性氧化物－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常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料，赤铁矿(主要成分是Fe2O3)是炼铁的原料2．青砖与红砖的化学成分探究青砖和红砖的化学成分差异主要在于铁的化合物形式不同。青砖中的青色来源于FeO，而红砖的红色则来自Fe2O3。这种差异是由于烧制过程中的冷却方式不同导致的。具体来说，青砖在烧制过程中经历了氧化和还原两个阶段。首先，在氧化阶段，砖坯中的铁元素被氧化成三氧化二铁（Fe2O3），这使得砖呈现出红色。然后，在还原阶段，向窑内添加大量煤炭并封窑，随后从窑顶向下慢慢浇水7天，水蒸气和窑内高温的炭发生化学反应，产生了还原气体氢气和一氧化碳。这些还原气体将红色的高价氧化铁（Fe2O3）逐渐还原成为青灰色的低价氧化铁（FeO），从而制得了青砖3．问题思考：（1）“FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气里受热，能迅速被氧化成Fe3O4”。该反应的化学方程式为_______________________________________。【提示】6FeO＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe3O4。（2）FeO和Fe2O3是碱性氧化物，Fe3O4也是碱性氧化物吗？________，请阐释理由_________。【提示】不是。Fe3O4和盐酸反应生成两种盐，所以四氧化三铁不是碱性氧化物。归纳总结(1)Fe归纳总结(1)Fe3O4不属于碱性氧化物，FeO、Fe2O3属于碱性氧化物。(2)Fe3O4的组成可用FeO·Fe2O3表示，但不表示Fe3O4是由FeO和Fe2O3组成的混合物，Fe3O4有固定的组成，是一种纯净物。1．下列哪种氧化物是红棕色的A．Fe2O3 B．FeO C．Fe3O4 D．CuO【答案】A【解析】A．Fe2O3是红棕色固体，常见于铁锈或赤铁矿，颜色特征明确，A正确；B．FeO为黑色固体，B错误；C．Fe3O4为黑色磁性固体，C错误；D．CuO为黑色粉末，D错误；故选A。2．化合价和物质类别是整理元素及化合物知识的两个要素，可表示为“价—类”二维图。铁元素的“价—类”二维图如图所示，下列说法正确的是C．既有氧化性又有还原性，一定条件下可转化为Fe或【答案】C故选C。【答案】C◆知识点二铁的氢氧化物的制备1.反应原理：Fe(OH)3与Fe(OH)2分别由相应的可溶性盐与可溶性碱反应而制得。Fe(OH)2Fe(OH)3操作现象产生白色絮状沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色沉淀生成红褐色沉淀离子方程式Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓实验结论Fe(OH)2很不稳定，极易转化为Fe(OH)32.Fe(OH)2和Fe(OH)3的化学性质(1)具有碱的性质Fe(OH)2和Fe(OH)3都是不溶性碱，能与酸反应，离子方程式分别为Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2O、Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O。(2)不稳定性Fe(OH)3加热时会发生分解，化学方程式为2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O。(3)Fe(OH)2和Fe(OH)3的比较Fe(OH)2Fe(OH)3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的离子方程式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拓展内容氢氧化亚铁制取实验的四个关键点拓展内容氢氧化亚铁制取实验的四个关键点(1)Fe2＋极易被空气中氧气氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液所用的蒸馏水和制备Fe(OH)2所用的NaOH溶液都要煮沸，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(如苯)，以隔绝空气。4．1.4g铁全部溶于盐酸中，加入足量NaOH溶液，得红褐色沉淀，过滤后给红褐色沉淀加热(在空气中)，最后得到红色物质的质量是A．2g B．1.6g C．1g D．1.8g【答案】A故选A。5．下列实验中，所使用的装置(夹持装置略)、试剂和操作方法都正确的是A．配制一定浓度的稀硫酸D．测定氯水的A．A B．B C．C D．D【答案】B【解析】A．移液时，玻璃棒应伸入至容量瓶刻度线以下，A错误；D．氯水具有强氧化性，将氯水滴至pH试纸上会先变色后褪色，无法测定氯水的pH，且不能用胶头滴管直接滴至pH试纸上，应用玻璃棒蘸取待测液，D错误；故选B。6．如图所示，为了制得较纯净的Fe(OH)2，以下操作错误的是A．煮沸并冷却NaOH溶液 B．煮沸并冷却FeSO4溶液C．胶头滴管末端伸进液面下 D．使用煤油进行液封【答案】B【解析】A．煮沸并冷却NaOH溶液，可以除去溶解氧，防止Fe(OH)2被氧化，A正确；B．煮沸FeSO4溶液易使亚铁离子被空气中的氧气氧化，B错误；C．胶头滴管末端伸进液面下，避免与空气中氧气接触，防止Fe(OH)2被氧化，C正确；D．使用煤油进行液封，可以隔绝空气，防止Fe(OH)2被氧化，D正确；故选B。1.Fe(OH)2的制备Fe(OH)2具有强的还原性，极易被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3，因此实验室在制备Fe(OH)2时，要注意隔绝空气。常采取以下方法：方法一：有机覆盖层法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图所示方法二：还原性气体保护法用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀，如图所示2.成功制备Fe(OH)2的关键由于Fe(OH)2具有很强的还原性，易被氧化为Fe(OH)3，在实验室中制备Fe(OH)2，并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态，成为物质制备实验探究的热点。制备原理：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓成功关键：①溶液中不含Fe3＋和O2等氧化性物质。②制备过程中，保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。3.装置创新4.防止Fe(OH)2被氧化的方法防止Fe(OH)2被氧化的关键是避免生成的Fe(OH)2接触O2(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，除去其中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管内的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。7．利用下列装置进行实验，能达到相应实验目的的是D．装置丁的肥皂液中产生无色气泡，可证明铁粉与水蒸气反应生成【答案】BD．铁粉与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，故不选D；选B。8．下列实验装置不能达到相应实验目的的是A．制作红色喷泉A．A B．B C．C D．D【答案】B【解析】A．氨气极易溶于水形成碱性溶液，能形成红使喷泉，A不符合题意；B．浓硝酸和铝常温下发生钝化反应，阻碍了反应进行，不能制取二氧化氮，B符合题意；C．铁和稀硫酸反应生成氢气和硫酸亚铁，氢气排净装置中空气，然后关闭a，硫酸亚铁溶液被压入氢氧化钠溶液中生成氢氧化亚铁沉淀，C不符合题意；D．浓氨水加入生石灰中使得生成氨气逸出，能制备氨气，D不符合题意；故选B。9．下列实验操作或装置能达到相应实验目的的是B．可用于制备金属镁C．铁与水蒸气的反应，点燃肥皂泡检验氢气D．验证非金属性：C>SiA．A B．B C．C D．D【答案】CB．MgO熔点高，不能用此装置（类似铝热反应装置，适用于活泼性比Al弱的金属氧化物）制备Mg，工业上用电解熔融MgCl2制Mg，B错误；C．铁与水蒸气反应生成H2，H2使肥皂泡膨胀，点燃肥皂泡H2不纯点燃可能爆炸，但此操作可检验H2，听到爆鸣声可检验H2，C正确；D．浓盐酸有挥发性，挥发出的HCl也能与Na2SiO3反应生成H2SiO3沉淀，干扰CO2与Na2SiO3的反应，无法验证非金属性C>Si，应先除去HCl（如通过饱和NaHCO3溶液），D错误；故选C。考点一铁的氧化物【例1】下列有关铁及其化合物的说法正确的是A．铁的化学性质活泼，在自然界中均以化合态存在B．高温下，Fe和H2O(g)反应生成Fe2O3和H2C．铁的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，它们都是黑色的固体D．FeO不稳定，在空气里受热，迅速被氧化成Fe3O4【答案】D【解析】A．在自然界中，铁陨石有游离态的铁存在，A项错误；B．高温下，Fe和H2O(g)反应生成Fe3O4和H2，B项错误；C．铁的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，其中Fe2O3是红棕色固体，FeO和Fe3O4是黑色固体，C项错误；D．FeO不稳定，在空气里受热，迅速被氧化成Fe3O4，反应原理为：6FeO+O22Fe3O4，D项正确；答案选D。方法技巧方法技巧确定铁的氧化物组成的基本方法设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n，则氧化物中n(Fe)∶n(O)＝eq\f(m,56)∶eq\f(n,16)＝a∶b，若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO；若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe2O3；若a∶b＝3∶4，则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1组成的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1，Fe3O4的物质的量为任意值)【变式11】下列反应的离子方程式书写正确的是【答案】C故选C。【变式12】纳米级Fe3O4可用于以太阳能为热源分解水制H2，过程如图所示。下列说法正确的是A．过程I中O2为还原反应的产物B．过程Ⅱ的反应为3FeO+H2O=H2↑+Fe3O4C．过程I中每生成1molO2反应转移2mol电子D．FeO的稳定性强于Fe3O4【答案】B故答案选B。考点二铁的氢氧化物【例2】根据Fe(OH)3的物质类别和元素化合价推测，下列物质不与其反应的是(不考虑溶解氧)A．潮湿的空气 B．盐酸 C．新制氯水 D．烧碱溶液【答案】D【解析】A．Fe(OH)3在潮湿的空气中会失水生成氧化铁，故A不符合题意；

D．烧碱溶液中的NaOH和Fe(OH)3都是碱，二者不反应，故D符合题意；故答案为：D。方法技巧方法技巧氢氧化亚铁的制备方法A．①②③ B．①②④ C．①②③④ D．②③④【答案】B【解析】因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理一样，都是先用氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；④中液面加苯阻止了空气进入；③由于空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。故本题选B。【变式22】铁的价类二维图如图所示。下列说法错误的是A．d的化学式为Fe(OH)3B．a转化为b的反应一定是氧化还原反应C．c露置在空气中会迅速转化为灰绿色，最后变为红褐色D．可将c加入浓碱液中制得d的胶体【答案】D【分析】根据铁元素的价、类二维图，可知：a是Fe单质，b是+2价的亚铁盐，c是Fe(OH)2，d是Fe(OH)3，e是+3价的铁盐，然后根据物质的性质及转化关系分析解答。【解析】A．根据上述分析可知：d是Fe元素的+3价的碱，氢氧化铁，化学式为Fe(OH)3，A正确；B．根据上述分析可知：a是Fe单质，Fe元素化合价为0价；b是+2价的亚铁盐，在a转化为b的反应中，Fe元素化合价升高，有元素化合价的变化，因此该反应一定是氧化还原反应，B正确；C．根据上述分析可知：c是白色Fe(OH)2，其中Fe为+2价，该物质不稳定，具有强的还原性，容易被空气中的O2氧化为红褐色Fe(OH)3，随着氧化反应的进行，Fe(OH)3生成量逐渐增加，会看到露置在空气中的Fe(OH)2迅速转化为灰绿色，最后变为红褐色，C正确；D．在实验室制取Fe(OH)3胶体时，是将几滴饱和FeCl3溶液滴入沸腾的蒸馏水中，继续加热至液体呈红褐色，停止加热，就制取得到Fe(OH)3胶体。若将FeCl3溶液滴入到浓碱液中制得的是Fe(OH)3的沉淀，不是Fe(OH)3胶体，D错误；故合理选项是D。一、单选题1．（2425高一上·河南洛阳·阶段练习）下列有关铁及其化合物的说法正确的是【答案】B【解析】A．在自然界中，铁主要以化合态形式存在，但在陨铁中存在游离态的铁，A错误；C．是一种黑色粉末，C错误；故选B。2．下列关于铁及其化合物的叙述正确的是C．不稳定，在空气里受热，能迅速被氧化【答案】CB．Fe3O4具有磁性，Fe2O3无磁性，B错误；故选C。3．（2324高一下·北京·期中）某FeO、Fe2O3混合物中，铁、氧的物质的量之比为5：6，其中Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)物质的量之比为A．1：3 B．2：3 C．5：6 D．3：2【答案】D【解析】设FeO、Fe2O3物质的量分别为a、b，则(a+2b):(a+3b)=5:6，a：b=3:1；则Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)物质的量之比为3:(1×2)=3:2；故选D。4．甘肃省张掖七彩丹霞景区为国家5A级旅游景区。丹霞地貌的岩层因含有某种物质而呈红色，这种物质是A．Fe(OH)3 B．Fe2O3 C．Fe(OH)2 D．FeO【答案】B【解析】铁的化合物中呈红褐色的是Fe2O3，故丹霞地貌的岩层因含有某种物质而呈红色，这种物质是Fe2O3，合理选项是B。5．（2425高一下·辽宁·阶段练习）下列物质中不能满足图示转化关系的是(“”表示一步转化)选项物质X物质Y物质ZABHClOCDA．A B．B C．C D．D【答案】C选C。【答案】D【解析】A．蒸馏水煮沸可以去除蒸馏水中溶解的氧气，A项正确；B．不振荡试管可以避免更多的空气进入到反应体系中，B项正确；C．加一层植物油，避免溶液与空气的接触，C项正确；D．胶头滴管的尖嘴不深入试管内，滴入试管中的烧碱溶液会先与空气接触，使氧气进入反应体系，D项错误；答案选D。7．（2425高一上·辽宁辽阳·期末）下列颜色变化与氧化还原反应无关的是A．新制氯水光照下，黄绿色逐渐褪去D．向滴加了酚酞试剂的蒸馏水中加入过氧化钠，溶液先变红后褪色【答案】B【解析】A．新制氯水光照下，次氯酸分解为盐酸和氧气，属于氧化还原反应，故不选A；D．向滴加了酚酞试剂的蒸馏水中加入过氧化钠，过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，过氧化钠具有强氧化性，溶液先变红后褪色，发生氧化还原反应，故不选D；选B。8．（2425高一上·浙江嘉兴·期末）“类比”是研究物质变化规律的重要方法。下列“类比”说法正确的是【答案】A【解析】A．Fe(OH)3受热分解生成Fe2O3和H2O，Al(OH)3受热同样分解生成Al2O3和H2O，两者均为不溶性弱碱，受热易分解，类比合理，A正确；B．NaHCO3溶液因HCO3水解呈碱性，而NaHSO4溶液中HSO完全电离出H+，溶液显强酸性，类比不成立，B错误；C．Cl2O中O为2价，Cl为+1价；OF2中F为1价，O为+2价，因此F的化合价并非+1，类比错误，C错误；D．Li在空气中加热生成Li2O，但Na在空气中加热生成Na2O2（过氧化钠），而非Na2O，类比不成立，D错误；故选A。【答案】C答案选C。A．5.6g B．11.2g C．22.4g D．44.8g【答案】B11．（2425高一上·云南曲靖·阶段练习）在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，铁的冶炼技术极大促进了生产力的发展。赤铁矿和磁铁矿的主要成分分别是Fe2O3和Fe3O4。下列说法不正确的是A．Fe2O3中铁元素的化合价为+3B．Fe2O3和Fe3O4都属于氧化物C．利用Fe2O3和CO炼铁的反应类型为置换反应D．Fe3O4中铁元素的质量分数比Fe2O3的高【答案】C答案选C。C．反应中能观察到固体颜色由红色变为黑色 D．反应中，氧化剂与还原剂物质的量之比为1：1【答案】DB．由反应式可知，碳元素化合价由+2价升高至+4价，每生成3molFeO，转移2mol电子，则每生成1molFeO，转移mol电子，B错误；故选D。13．（2324高一上·北京房山·期末）下列说法中，不正确的是【答案】B【解析】A．FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，都能与盐酸反应，故A正确；B．Fe2+溶液为浅绿色，Fe3+溶液显黄色，故B错误；C．Fe2+能与NaOH溶液反应，生成Fe(OH)2，故C正确；D．Fe(OH)3难溶于水，是红褐色沉淀，故D正确；故答案为：B。14．（2324高一上·山西太原·阶段练习）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能通过化合反应得到D．Fe3O4为磁性氧化铁，其中铁的化合价为+2价和+3价【答案】A【解析】A．Fe(OH)2中的Fe2+具有还原性，可被空气中的O2氧化为Fe(OH)3，选项A错误；B．FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，故均具有碱性氧化物的通性，都能与盐酸反应，选项B正确；C．Fe(OH)3可由Fe(OH)2与O2、H2O发生化合反应得到，选项C正确；D．Fe3O4俗称磁性氧化铁，其组成可表示为FeO·Fe2O3，元素的化合价既有＋2又有+3，选项D正确；故答案为：A。A．X可以是稀硫酸但不能是稀盐酸B．实验开始时应先关闭止水夹a、打开止水夹bC．最终在蒸馏烧瓶中观察到白色沉淀D．实验结束后，将抽滤瓶露置于空气中，最终观察到红褐【答案】D【解析】A．X可以是稀硫酸也可以是稀盐酸，A错误；B．先打开止水夹a与b、分液漏斗旋塞，利用稀硫酸和铁反应生成的氢气排除装置内的空气，验纯后关闭止水夹a，B错误；C．一段时间后，蒸馏烧瓶中压强增大，将液体压入抽滤瓶中，抽滤瓶中观察到有白色沉淀生成，C错误；故答案选D。16．（2425高一下·江苏苏州·期中）一种利用废旧镀锌铁皮制备磁性Fe3O4纳米粒子的工艺流程如图。A．“碱洗”是为了去除废旧镀锌铁皮表面的油污和锌B．“氧化”时应加入足量的NaClO溶液C．“加热沉铁”时通入N2是防止空气中的O2对产品造成影响D．用激光笔照射“加热沉铁”后所得分散系，产生丁达尔效应【答案】BB．“氧化”目的是将氧化为，但需控制与比例（最终生成\Fe3O4，含和），若NaClO过量，会将完全氧化为，无法得到Fe3O4，故不能加入足量NaClO溶液，B错误；C．加热沉铁时，通入N2作保护气，防止空气中O2氧化，影响Fe3O4生成，C正确；D．“加热沉铁”后所得分散系为胶体，胶体可产生丁达尔效应，D正确；故选B。【答案】B【解析】由题意可知，固体混合物与盐酸恰好反应得到氯化亚铁溶液，由电荷守恒可知，溶液中亚铁离子的物质的量为2mol/L×0.15L×=0.15mol，由铁原子个数守恒可知，固体混合物用氢气充分还原得到的铁的质量为0.15mol×56g/mol=8.4g，故选B。18．（2425高一上·天津宝坻·阶段练习）元素的价类二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具，它指的是以元素的化合价为纵坐标，以物质类别为横坐标所绘制的二维平面图像。如图为铁元素的价类二维图，其中的箭头表示部分物质间的转化关系，下列说法正确的是A．由图可预测：高铁酸盐具有强还原性B．Fe与S单质化合可以得到铁盐【答案】DB．Fe与S单质化合可以得到亚铁盐FeS，B错误；D．FeO、Fe2O3不溶于水，也不会和水反应，则FeO、Fe2O3不能通过化合反应制得Fe(OH)2、Fe(OH)3，D正确；故选D。Ⅰ.分类和性质Ⅱ.制备方法一：方法二：(2)方法二中A的化学式是，操作Ⅰ和操作Ⅱ相同，为