人教版高中化学必修第一册第三章铁金属材料第一节第1课时铁的单质铁的氧化物铁的氢氧化物学案

PAGE第一节铁及其化合物第1课时铁的单质铁的氧化物铁的氢氧化物【学习目标】1.了解铁、铁的氧化物和氢氧化物的主要性质及在生产、生活中的应用,能用化学方程式、离子方程式正确表示相应物质的主要化学性质。(宏观辨识与微观探析)2.能从物质类别、元素价态的角度,依据复分解反应和氧化还原反应原理,预测铁、铁的氧化物和氢氧化物的化学性质和变化,设计实验进行初步验证,并能分析、解释有关实验现象。(证据推理与模型认知)学习任务一探究铁单质的性质【新知导学】一、铁元素的存在与冶炼1.铁元素的存在2.铁单质的冶炼(1)我国在西周晚期就掌握了冶铁技术。战国中期以后,铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。(2)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,化学方程式为3CO+Fe2O32Fe+3CO2。二、铁单质的性质1.物理性质铁有良好的延展性、导热性和导电性,还能被磁体吸引,其熔、沸点很高。2.化学性质(1)铁与非金属单质、酸和盐溶液的反应写出下列反应的化学方程式(离子反应写离子方程式):【思考】能否根据铁与氯气、硫反应产物中的铁元素价态判断Cl2与S的氧化性强弱?提示:能。铁与Cl2反应:铁元素被氧化为+3价;铁与S反应:铁元素被氧化为+2价,则氧化性:Cl2>S。(2)实验探究铁粉与水蒸气的反应实验装置操作现象用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声,证明生成了H2实验结论在高温下,铁能与水蒸气反应生成H2,化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2注意事项:①试管口应低于试管底;②湿棉花的作用是在受热时提供反应所需的水蒸气;③先加热湿棉花,让水蒸气充满装置,再加热还原铁粉;④实验结束后,应先从肥皂水中撤出导管,再移开燃着的酒精灯。【思考】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:铁与冷水、热水均不易反应,只有在高温下才能与水蒸气反应,所以可以用铁壶烧水。【总结升华】铁单质的性质(1)Fe只具有还原性,可以被氧化剂氧化为Fe2+、Fe3+(2)铁单质化学性质易错点①Fe与冷水、热水不反应,Fe与H2O(g)高温下反应的产物是Fe3O4,而不是Fe2O3。②铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。③,而Fe与盐酸反应生成FeCl2。【即学即练】1.易错辨析(1)铁与少量稀硫酸反应生成Fe2+,与足量稀硫酸反应则生成Fe3+。(×)提示:铁与稀硫酸反应的实质是与H+反应,只生成Fe2+,与用量无关。(2)铁与AgNO3、ZnCl2等盐溶液均能发生反应生成Fe2+。(×)提示:铁能与金属活动性顺序表中排在它之后的金属Ag的盐溶液发生反应,但不能与排在它之前的金属Zn的盐溶液发生反应。(3)1molFe与水蒸气高温下反应转移83mol电子。(√)提示:铁与水蒸气高温下发生反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,3molFe反应转移8mol电子。2.(2026·北京房山区高一检测)铁是人类应用早、用量大的金属。下列有关铁及其化合物的说法正确的是()A.Fe粉可作保存食品的脱氧剂B.丹霞地貌岩层因含Fe3O4而呈红色C.过量的Fe与Cl2点燃生成FeCl2D.工业炼铁的原理是用氧化剂将铁元素从铁矿石中氧化出来【解析】选A。Fe粉具有还原性,可与O2反应而被氧化,可作保存食品的脱氧剂,A正确;丹霞地貌岩层因含Fe2O3而呈红色,B错误;无论Fe是否过量,Fe与Cl2点燃只生成FeCl3,C错误;工业炼铁的原理是用还原剂将铁元素从铁矿石中还原出来,D错误。3.实验室中利用如图装置验证铁与水蒸气的反应。下列说法错误的是()A.酒精灯点燃的顺序:先①后②B.用火柴点燃肥皂泡检验生成的H2C.反应为2Fe+3H2O(g)Fe2O3+3H2D.炽热的铁水注入模具之前,模具须干燥【图示析题】【解析】选C。先点燃①处酒精灯产生水蒸气,赶走空气,后点燃②处酒精灯发生反应,A正确;用木柴点燃肥皂泡,若产生尖锐的爆鸣声,则可检验生成的气体为氢气,B正确;反应为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,C错误;炽热的铁水注入模具之前,模具必须充分干燥,否则铁与水蒸气反应生成氢气会有爆炸危险,D正确。【解题有招】铁与水反应的“四注意”学习任务二认识铁的氧化物与铁的氢氧化物【新知导学】一、铁的氧化物1.常见的铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗称-铁红磁性氧化铁颜色和状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体铁的价态+2价+3价+2价、+3价水溶性不溶不溶不溶稳定性空气中受热生成Fe3O4稳定稳定2.化学性质(1)与盐酸反应(写出离子方程式)FeO+2H+===Fe2++H2O;Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O;Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O;(2)都能被CO、H2等还原为铁单质。FexOy+yCOxFe+yCO23.用途(1)Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料。(2)赤铁矿(主要成分Fe2O3)是炼铁的原料。二、铁的氢氧化物1.铁的氢氧化物的制备实验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁如图所示:(1)图甲实验中观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)图乙实验中先观察到有白色沉淀生成,在空气中迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,有关反应的方程式是FeSO4+2NaOH===Fe(OH)2↓+Na2SO4;4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。【思考】为了较长时间看到白色沉淀,用于制备Fe(OH)2的氢氧化钠溶液应该事先进行怎样的操作?为什么?提示:煮沸。Fe(OH)2容易被氧气氧化,故用于制备Fe(OH)2的氢氧化钠溶液应加热煮沸赶走溶液中的溶解氧。2.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,能与盐酸或稀硫酸反应,离子方程式分别为Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O、Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O。(2)热稳定性差Fe(OH)3加热时会发生分解,化学方程式为2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。(3)Fe(OH)2易被氧化Fe(OH)2具有还原性,易被氧化,如暴露在空气中反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。【合作探究】【探究】铁的氧化物及性质[情境]烤蓝是钢铁零件表面处理的一种防腐蚀工艺。其原理就是在一定条件下使钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化物膜,通常呈蓝黑色或黑色。(1)该氧化物膜的成分是什么?你是怎样判断的?提示:成分主要是Fe3O4,从颜色、稳定性分析可知,Fe2O3呈红棕色且质地疏松,不符合,FeO易被氧化不稳定,不符合,只有Fe3O4符合。(2)没有经过烤蓝处理的钢铁零件,在潮湿环境中,易生成红棕色的铁锈,铁锈可用什么试剂除去?提示:铁锈的主要成分为Fe2O3·xH2O,可用酸溶解。(3)分析Fe3O4中+2价和+3价铁的物质的量之比,试写出与盐酸反应的离子方程式。提示:1∶2。根据化合价代数和为零:2x+3y=8x=1,y=2。Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O。【总结升华】铁的氧化物与氢氧化物的性质(1)铁的氧化物的性质(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(推断题的突破口)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)2FeO+H2O(隔绝空气)2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O【即学即练】1.易错辨析(1)Fe3O4中铁的化合价有+2和+3价,是一种混合物。(×)提示:Fe3O4为纯净物。(2)Fe(OH)3不能利用化合反应生成。(×)提示:可由反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3生成。(3)由于Fe(OH)2易被氧化,所以在制备时要隔绝空气。(√)提示:Fe(OH)2易被空气中氧气氧化,所以制备时必须隔绝空气。2.有关铁的氧化物的说法不正确的是()A.Fe3O4是黑色晶体,该晶体中每3个铁原子中有2个显+3价,1个显+2价B.可用磁铁分离铁粉和Fe3O4粉末C.FeO不稳定,在空气中受热易转化为Fe3O4D.Fe2O3俗称铁红,常用作红色油漆和涂料【解析】选B。Fe3O4具有磁性,铁粉和Fe3O4粉末都能被磁铁吸引,故无法利用磁铁分离铁粉和Fe3O4粉末[关键点:Fe3O4为磁铁(吸铁石)的主要成分],故选B。3.(2026·江门高一检测)通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是()选项操作、现象解释A水蒸气与铁粉高温下反应生成黑色固体反应生成了FeOB生铁长时间放置于潮湿的空气中,表面出现红棕色的斑点红棕色的斑点的主要成分是Fe3O4C向盐酸中加入少量铁粉,铁粉溶解Fe被氧化为Fe3+D新制Fe(OH)2露置于空气中,最终变成了红褐色沉淀Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3【解析】选D。水蒸气与铁粉高温下反应生成黑色固体为四氧化三铁,故A错误;生铁放置于潮湿的空气中,铁表面有一层红棕色的斑点为氧化铁,四氧化三铁为黑色固体,故B错误;Fe与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,而不是铁离子,故C错误;氢氧化亚铁易被空气中氧气氧化为Fe(OH)3,新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间,白色物质变成了红褐色,故D正确。【题后归纳】课堂检测效果诊断1.下列关于铁及其化合物的说法错误的是()A.铁能导电,也能被磁体吸引B.铁元素的常见化合价有+2价和+3价C.FeO是非金属氧化物,不能与酸发生反应D.Fe3O4具有磁性,能被磁铁吸引【解析】选C。FeO是金属氧化物,金属氧化物能与酸发生复分解反应,如FeO+2HCl===FeCl2+H2O,C错误。【易错警示】铁元素的常见化合价有+2价(如FeO、FeCl2)和+3价(如Fe2O3、FeCl3),还存在+6价但不常见,如Na2FeO4。2.下列关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的说法不正确的是()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.氧化亚铁为黑色固体,可溶于水D.铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体【解析】选C。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;氧化亚铁不溶于水;铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁,是一种黑色固体。3.(2026·天津武清区高一期中改编)下列关于Fe(OH)2的制备方法最成功的是()A.向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液B.向FeSO4溶液中逐滴加入氨水C.先将装有NaOH溶液的长滴管插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液可制得Fe(OH)2白色沉淀D.取适量新配制的FeSO4溶液于试管中,再加入一层植物油(密度小于水,且不溶于水),然后向试管内逐滴加入NaOH溶液【解析】选D。向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液,生成的Fe(OH)2易被氧化,不容易制备成功,故A不符合题意;向FeSO4溶液中逐滴加入氨水,生成的Fe(OH)2易被氧化,不容易制备成功,故B不符合题意;长滴管插到FeSO4液面下,再挤出NaOH溶液可制得Fe(OH)2白色沉淀,防止Fe(OH)2被氧化,但没有与空气隔绝,时间稍长白色Fe(OH)2会被空气中的O2氧化,故C不符合题意;加入一层植物油,可隔绝空气,然后向试管内逐滴加入NaOH溶液,在植物油下方可以生成Fe(OH)2,且防止Fe(OH)2被氧化,故D符合题意。【深挖掘•教材激活】4.(溯源教材·P70资料卡片)有一种食品干燥剂——泡沫铁粉,是铁粉在高温炉里加入发泡剂,使铁粉变成疏松多孔的物质。铁粉吸收空气中的水分和氧气,自己变为铁锈,这样食品的保质期可以大大延长,味正如初。铁单质是由铁矿石冶炼得到的。(1)铁粉可以吸收水分和氧气,被称为“双吸剂”。发生的化学反应为______________________________________,2Fe(OH)3===Fe2O3+3H2O。上述变化过程中,铁元素的化合价__________(填“升高”或“降低”),氧元素发生______________(填“还原反应”或“氧化反应”),已知该脱氧保鲜剂中活性铁粉的质量为2.8g,理论上该脱氧保鲜剂最多能够吸收氧气的质量为________g。

(2)假设铁矿石的主要成分是Fe2O3,写出Fe2O3与CO在高温条件下发生反应生成铁单质的化学方程式:______________________________________________。

(3)若用化学方法检验使用一段时间的“双吸剂”还能否继续使用,请设计检验方法为____________________________________________________________