2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第3章鐵金屬材料第1節(jié)課時1鐵的單質(zhì)氧化物和氫氧化物學(xué)案新人教版必修第一冊

PAGE9-課時1鐵的單質(zhì)、氧化物和氫氧化物發(fā)展目標體系構(gòu)建1.了解鐵的存在、應(yīng)用、相識、應(yīng)用鐵的化學(xué)史，增加文化自信，培育學(xué)生“社會責任與科學(xué)精神”的核心素養(yǎng)。2.能用氧化還原反應(yīng)原理相識鐵的化學(xué)性質(zhì)，同時依據(jù)試驗事實探究Fe與H2O(g)的反應(yīng)，培育學(xué)生“試驗探究與證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。3.通過物質(zhì)的屬類和試驗探究鐵的氧化物和氫氧化物的主要性質(zhì)和Fe(OH)2的制備探究，培育學(xué)生“科學(xué)探究與宏觀辨識”的核心素養(yǎng)。一、鐵的單質(zhì)1．鐵元素的存在鐵元素在地殼中的含量僅次于氧、硅和鋁，居第四位，主要是以＋2價和＋3價化合物的形態(tài)存在于礦石中。2．鐵的冶煉(1)鐵是目前產(chǎn)量最大，運用最廣泛的金屬。春秋初年，我國已駕馭冶鐵技術(shù)。(2)工業(yè)煉鐵的原理是用還原方法把鐵從鐵礦石中提煉出來。高爐煉鐵是用CO還原鐵礦石(如Fe2O3)的化學(xué)方程式為Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up10(高溫))2Fe＋3CO2。3．物理性質(zhì)鐵有延展性和導(dǎo)熱性。鐵能導(dǎo)電，但其導(dǎo)電性不如銅和鋁。鐵能被磁體吸引。4．鐵的化學(xué)性質(zhì)鐵的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，有較強的還原性，主要化合價為＋2價和＋3價。(1)鐵與非金屬單質(zhì)、酸、鹽溶液的反應(yīng)①鐵與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up10(點燃))2FeCl3。②加熱條件下，鐵與弱氧化性的S單質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe＋Seq\o(=,\s\up10(△))FeS。③鐵與鹽酸(稀硫酸)反應(yīng)的離子方程式：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。④鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的離子方程式：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。(2)試驗探究鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)試驗裝置操作現(xiàn)象用燃著的火柴點燃肥皂液，聽到爆鳴聲，證明生成了H2試驗結(jié)論在高溫下，鐵能與水蒸氣反應(yīng)生成Fe3O4和H2，化學(xué)方程式為3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up10(高溫))Fe3O4＋4H2微點撥：濕棉花的作用是供應(yīng)水蒸氣。5．人體中的鐵元素人體中的含鐵化合物主要分為兩類，即功能性鐵和儲存鐵。人體缺鐵，就會發(fā)生貧血。我國已實施在某些醬油中加入鐵強化劑的措施。二、鐵的氧化物化學(xué)式FeOFe2O3Fe3O4俗稱－鐵紅磁性氧化鐵顏色和狀態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體鐵的價態(tài)＋2價＋3價＋2價、＋3價水溶性不溶不溶不溶與鹽酸反應(yīng)(離子方程式)FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O與CO的反應(yīng)FexOy＋yCOeq\o(=,\s\up10(高溫))xFe＋yCO2微點撥：(1)FeO、Fe2O3屬于堿性氧化物，F(xiàn)e3O4不屬于堿性氧化物。(2)12FeO＋2O2eq\o(=,\s\up10(△))4Fe3O4。三、鐵的氫氧化物1．試驗探究鐵的氫氧化物的生成與轉(zhuǎn)化在兩支試管中分別加入少量的FeCl3溶液和FeSO4溶液，然后各滴入NaOH溶液。(1)在FeCl3溶液中滴入NaOH溶液，生成紅褐色沉淀，緣由是Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓(填反應(yīng)的離子方程式)。(2)在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液，生成白色沉淀，緣由是Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(填反應(yīng)的離子方程式)，沉淀快速變成灰綠色最終會有紅褐色沉淀生成，緣由是4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(填反應(yīng)的化學(xué)方程式)。2．Fe(OH)2、Fe(OH)3的比較Fe(OH)2Fe(OH)3顏色和溶解性白色固體，不溶于水紅褐色固體，不溶于水穩(wěn)定性在空氣中易轉(zhuǎn)化為Fe(OH)32Fe(OH)3eq\o(=,\s\up10(△),\s\do10())Fe2O3＋3H2O(填化學(xué)方程式)與鹽酸反應(yīng)Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)Fe在空氣中燃燒生成黑色的Fe2O3。 ()(2)Fe與全部酸可以反應(yīng)均生成Fe3＋。 ()(3)FeO、Fe2O3、Fe3O4均為堿性氧化物。 ()(4)Fe(OH)2易轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3，表現(xiàn)強氧化性。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)×2．下列關(guān)于鐵與水蒸氣反應(yīng)的說法中不正確的是()A．反應(yīng)中有氫氣產(chǎn)生B．此反應(yīng)需在高溫條件下才能發(fā)生C．生成的鐵的化合物中鐵全部呈＋3價D．該反應(yīng)中水作氧化劑[答案]C3．下列物質(zhì)與鐵反應(yīng)只生成＋2價鐵化合物的是________(填序號)①稀硫酸②CuCl2溶液③Cl2④S⑤O2⑥H2O(g)[答案]①②④鐵的主要性質(zhì)歸納1．Fe與全部酸反應(yīng)均生成Fe2＋嗎？請分析。[答案]Fe與一般酸(如HCl、稀硫酸、CH3COOH等)反應(yīng)生成Fe2＋與H2，F(xiàn)e與強氧化性酸(如HNO3)反應(yīng)可以生成Fe3＋，不能放出H2。2．如下圖所示(1)試驗時，是先加熱濕棉花還是先加熱還原鐵粉？(2)點燃肥皂液時有什么現(xiàn)象？(3)該試驗中濕棉花的作用是什么？[答案](1)先加熱濕棉花，讓水蒸氣充溢裝置。(2)爆鳴聲，也可能燃燒。(3)供應(yīng)水蒸氣。1．鐵的主要性質(zhì)(1)Feeq\o(→,\s\up10(H＋、Cu2＋、Fe3＋、S、I2))eq\o(Fe,\s\up10(＋2))(2)Feeq\o(→,\s\up10(HNO3、Cl2、Br2))eq\o(Fe,\s\up10(＋3))(3)Feeq\o(→,\s\up10(O2、H2Og))Fe3O42．鐵與H2O(g)反應(yīng)應(yīng)留意(1)試驗結(jié)束時，先將導(dǎo)氣管撤出，再移動酒精燈，以防止倒吸。(2)鐵不能與冷水、熱水反應(yīng)，但高溫下能與水蒸氣反應(yīng)。(3)鐵與水蒸氣反應(yīng)的試驗中，濕棉花的作用是加熱時產(chǎn)生水蒸氣。1．在肯定條件下，鐵與有關(guān)物質(zhì)的反應(yīng)，所得產(chǎn)物錯誤的是()A．Feeq\o(→,\s\up10(Cl2))FeCl3 B．Feeq\o(→,\s\up10(S))FeSC．Feeq\o(→,\s\up10(H2Og))Fe(OH)3 D．Feeq\o(→,\s\up10(O2))Fe3O4C[Cl2是強氧化劑，可將Fe氧化成FeCl3，故A正確；S是弱氧化劑，可將Fe氧化成FeS，故B正確；Fe與H2O(g)反應(yīng)生成Fe3O4，而不是Fe(OH)3，故C錯誤；Fe在O2中燃燒生成Fe3O4，故D正確。]2．用如圖所示裝置進行Fe與水蒸氣反應(yīng)的試驗，下列有關(guān)說法不正確的是()A．裝置A的作用是為試驗供應(yīng)持續(xù)不斷的水蒸氣B．裝置B中反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Fe＋3H2O(g)eq\o(=,\s\up10(高溫))Fe2O3＋3H2C．裝置C中加入的固體干燥劑可能是堿石灰D．點燃裝置D處的氣體前必需檢驗氣體的純度B[裝置A是將液態(tài)H2O轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，與裝置B中的鐵粉在高溫下發(fā)生反應(yīng)，A項正確；鐵粉與H2O(g)在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成Fe3O4和H2，B項錯誤；因生成的H2中含有較多的水蒸氣，故須要用堿石灰等不與H2反應(yīng)的干燥劑進行干燥，C項正確；不純的H2在點燃時可能會發(fā)生爆炸，故在點燃H2前必需檢驗其純度，D項正確。]Fe(OH)2的性質(zhì)及其制備1．向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液，生成的白色沉淀快速變?yōu)榛揖G色，不能得到白色沉淀Fe(OH)2，為什么？[答案]Fe(OH)2具有強還原性，遇O2被氧化。2．試驗室要制取Fe(OH)2，關(guān)鍵是什么？[答案]關(guān)鍵是避開生成的Fe(OH)2接觸O2。1．防止Fe(OH)2被氧化的方法(1)將配制溶液的蒸餾水煮沸，除去其中的氧氣。(2)將盛有NaOH溶液的膠頭滴管尖端插入試管內(nèi)的亞鐵鹽溶液底部，并漸漸擠出NaOH溶液。(3)在亞鐵鹽溶液上面充入愛護氣，如H2、N2、稀有氣體等。(4)在亞鐵鹽溶液上面加愛護層，如苯、植物油等。2．試驗裝置的改進【典例】如圖所示裝置可用來制取和視察Fe(OH)2在空氣中被氧化時顏色的改變。試驗時必需運用鐵屑和6mol·L－1的硫酸，其他試劑任選。填寫下列空白：(1)B中盛肯定量的NaOH溶液，A中應(yīng)預(yù)先加入的試劑是________，A中反應(yīng)的離子方程式是_________________________。(2)試驗起先時先將止水夾E________(填“打開”或“關(guān)閉”)，C中收集到氣體的主要成分是________。(3)簡述生成Fe(OH)2的操作過程：_________________。(4)拔去裝置B中的橡皮塞，使空氣進入，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________。[解析]試驗起先時先打開止水夾E，讓生成的H2把A、B裝置中的空氣排出，讓Fe(OH)2在H2氣氛中生成，以便較長時間視察Fe(OH)2的顏色。H2充溢B后關(guān)閉止水夾E，A中的FeSO4溶液沿豎直長導(dǎo)管進入B瓶，與NaOH反應(yīng)。[答案](1)鐵屑Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(2)打開H2(3)關(guān)閉止水夾E，A中壓強增大，把FeSO4溶液壓入B瓶中進行反應(yīng)(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)33．試驗室用FeCl2和燒堿制備Fe(OH)2，為了使生成的產(chǎn)物不簡單被氧化，下列說法不正確的是()A．配制FeCl2溶液和燒堿溶液所用的蒸餾水通常要煮沸B．可在FeCl2溶液的上面加一層苯，以隔絕空氣C．向FeCl2溶液中滴加燒堿溶液時，膠頭滴管尖嘴不能伸入溶液內(nèi)D．產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀后，不能振蕩試管C[A對，F(xiàn)eCl2溶液和燒堿溶液要現(xiàn)用現(xiàn)配，且配制溶液的蒸餾水要煮沸以除去氧氣，確保Fe(OH)2在無氧環(huán)境中生成。B對，在FeCl2溶液的上面加一層苯或一層油，以隔絕空氣。C錯，向FeCl2溶液中滴加燒堿溶液時，要將膠頭滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中，防止氫氧化鈉溶液在滴入時接觸空氣而溶有氧氣。D對，產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀后，若振蕩試管，會增大沉淀與空氣接觸的機會，使沉淀更易被氧化。]4．在如圖所示裝置中，用不含O2的NaOH溶液、鐵屑和稀硫酸制備。(1)在試管Ⅰ中加入的試劑是_______________。(2)在試管Ⅱ中加入的試劑是____________。(3)為了制得白色Fe(OH)2沉淀，在試管Ⅰ和試管Ⅱ中加入試劑，打開止水夾，塞緊塞子后的試驗步驟是______________。(4)這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時間保持白色，其理由是_____________________________________________________。[解析]試管Ⅱ是開口式的，無法利用產(chǎn)生的氣體將溶液壓入試管Ⅰ中，所以制取FeSO4應(yīng)在試管Ⅰ中進行，而在試管Ⅱ中應(yīng)加入不含O2的NaOH溶液。當把Fe與稀硫酸放入試管Ⅰ后，產(chǎn)生的H2可通過試管Ⅰ內(nèi)的短導(dǎo)管排出試管Ⅰ內(nèi)的空氣，然后經(jīng)過止水夾進入試管Ⅱ中，再排盡試管Ⅱ內(nèi)的空氣。最終關(guān)閉止水夾，試管Ⅰ內(nèi)產(chǎn)生的H2無法逸出，H2產(chǎn)生的壓強將試管Ⅰ內(nèi)生成的FeSO4溶液通過長導(dǎo)管壓入試管Ⅱ內(nèi)，在此過程中，液體都處于H2氛圍中，從而避開了溶解在溶液中的O2將反應(yīng)生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。[答案](1)稀硫酸、鐵屑(2)不含O2的NaOH溶液(3)檢驗試管Ⅱ出口處排出的H2的純度，當排出的H2純凈時，再夾緊止水夾(4)試管Ⅰ中反應(yīng)生成的H2充溢了試管Ⅰ和試管Ⅱ，且外界空氣不簡單進入裝置1．常溫下，將鐵片放入下列溶液中，不發(fā)生反應(yīng)的是()A．稀硫酸 B．氯水C．氫氧化鈉溶液 D．硫酸銅溶液C[鐵與稀硫酸反應(yīng)：Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑；氯水呈酸性、強氧化性可以和鐵反應(yīng)；鐵與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu；鐵與氫氧化鈉溶液不發(fā)生反應(yīng)，C項符合題意。]2．下列說法正確的是()A．鐵與酸反應(yīng)肯定生成鹽和氫氣B．鐵與氯氣反應(yīng)的產(chǎn)物與二者的量有關(guān)C．鐵的氧化物屬于金屬氧化物，也屬于堿性氧化物D．鐵與水蒸氣在高溫下的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)，故肯定是氧化還原反應(yīng)D[Fe與鹽酸、稀硫酸等非氧化性酸反應(yīng)生成鹽和H2，但與HNO3等氧化性酸反應(yīng)不產(chǎn)生H2，A項錯誤；Fe與Cl2在加熱時反應(yīng)生成FeCl3，與二者的量無關(guān)，B項錯誤；Fe3O4是金屬氧化物，但不符合堿性氧化物的定義，故不屬于堿性氧化物，C項錯誤；置換反應(yīng)肯定屬于氧化還原反應(yīng)，D項正確。]3．下列關(guān)于鐵的氧化物說法錯誤的是()A．鐵的氧化物在通常狀況下都是有色固體B．四氧化三鐵是一種困難的鐵的氧化物，它與鹽酸反應(yīng)后的溶液中同時存在Fe2＋和Fe3＋C．氧化鐵是鐵銹的主要成分，因此氧化鐵俗稱鐵銹D．工業(yè)上常運用鐵的氧化物作原料冶煉鐵C[鐵的氧化物在通常狀況下都是有色固體，如氧化鐵是紅棕色固體，氧化亞鐵和四氧化三鐵都是黑色固體，故A正確；四氧化三鐵是一種困難的鐵的氧化物，可看作是由FeO、Fe2O3組成的化合物，它與鹽酸反應(yīng)后的溶液中同時存在Fe2＋和Fe3＋，B正確；鐵銹的主要成分Fe2O3·xH2O，故C錯誤；工業(yè)上常運用鐵的氧化物作原料，用一氧化碳冶煉鐵，故D正確。]4．將一小塊鈉投入盛5mLFeCl2的試管里，不行能視察到的現(xiàn)象是()A．鈉熔成小球并在液面上游動B．有無色無味的氣體生成C．溶液底部有銀白色物質(zhì)生成D．溶液中產(chǎn)生的沉淀最終為紅褐色C[鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，反應(yīng)放熱，鈉密度小于水，所以鈉熔成小球并在液面上游動，氫氧化鈉與FeCl2溶液反應(yīng)最終生成紅褐色氫氧化鐵。]5．(素養(yǎng)題)應(yīng)用下列裝置，在硬質(zhì)玻璃管中放入還原鐵粉和石棉絨的混合物，加熱，并通入水蒸氣，就可以完成高溫下“Fe與水蒸氣反應(yīng)的試驗”。請回答該試驗中的問題。(1)試驗起先首先進行的操作為_______________。(2)硬質(zhì)玻璃管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______