1、第三章 铁 金属材料 第一节 铁及其化合物 第1课时 铁及其氧化物 课前自主学习 学习任务一 铁的单质 任务驱动:早期人类冶炼技术不发达,无法从铁矿石冶炼得到铁,有人曾发掘出4000多年 前的匕首,是由陨铁加工而成的。你知道陨铁中铁的存在形式吗?1.铁的存在形态(1)铁在自然界中有两种存在形态,可以像_中的铁那样以_形态存在,也可以化合价_和_的_形态存在于矿石中。陨铁 单质+2+3 化合物【想一想】铁元素在化合物中有+2、+3价两种化合价,结合氧化还原反应规律,会有什么性质?提示:最高价态只有氧化性,中间价态既有氧化性又有还原性。(2)铁在地壳中的含量仅次于_、_和_,居第四位。2.铁的性质
2、(1)物理性质 纯铁是_色金属,有_和_,能_,能被磁铁吸引。(2)化学性质 铁单质性质活泼,有较强的_。铁的单质与其他物质反应时,既可以失去两个电子,也可以失去三个电子,也就是说在化合物中铁有+2价和+3价两种化合价。银白 导热性 延展性 导电 还原性 氧 硅 铝 与非金属单质的反应 Fe与S反应:_。=Fe+S FeS 与水的反应 常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:_。与酸的反应 与非氧化性酸,如盐酸反应的离子方程式:_。与某些盐溶液的反应 a.与CuSO4溶液反应的离子方程式:_。b.与FeCl3溶液反应的离子方程式:_。高温=3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 Fe+
3、2H+=Fe2+H2 Fe+Cu2+=Cu+Fe2+Fe+2Fe3+=3Fe2+学习任务二 铁的三种氧化物 任务驱动:硫酸亚铁用于给植物补充铁元素,防止黄叶病;红珊瑚是由于在生长的过程中吸收了铁的氧化物而形成的;用于人民币票面文字等处的油墨中含有一种磁性铁的氧化物,你知道上述每种铁的化合物中铁元素的价态吗?提示:分别含有FeSO4(+2价)、Fe2O3(+3价)和Fe3O4(+2价;+3价)。1.铁的氧化物 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗称 _ _ 铁的价态 _价 _价+2价、+3价 色态 黑色粉末 _粉末 黑色晶体 溶解性 不溶于水 不溶于水 不溶于水 用途 红色油漆和涂料、炼铁
4、原料 炼铁、磁性材料 铁红 磁性氧化铁+2+3 红棕色【情境思考】杜甫是唐代伟大诗人,他的代表作之一自京赴奉先县咏怀五百字中有句千古名句:“朱门酒肉臭,路有冻死骨。”这里为何称为“朱门”呢?提示:古代王公贵族的住宅大门用氧化铁漆成红色,表示尊贵,称为“朱门”,后来借指豪富人家。2.铁的氧化物的性质 FeO Fe2O3 Fe3O4 与酸 反应 _ _ _ _ _ _ 转化 _=FeO+2H+=Fe2+H2O Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O Fe3O4+8H+=2Fe3+Fe2+4H2O 6FeO+O2 2Fe3O4 学习任务三 铁的氢氧化物 任务驱动:铁在常温下不与水反应,在高温下与水反
5、应生成Fe3O4,因此铁不能像钠一样与水反应生成氢氧化物,那如何制得铁的氢氧化物呢?1.Fe(OH)2与Fe(OH)3的比较 Fe(OH)2 Fe(OH)3 颜 色 _ _ 溶 解 性 _ 难溶 稳 定 性 在空气中易转化为_ _ 与盐酸 反应(离 子方程式)_ _ 制备(离子 方程式)_ _ 转 化 化学 方程式 _ 现象 _色沉淀迅速变成_色,最后变成_色=白色 红褐色 难溶 Fe(OH)3 2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O Fe(OH)2+2H+=Fe2+2H2O Fe(OH)3+3H+=Fe3+3H2O Fe2+2OH-=Fe(OH)2 Fe3+3OH-=Fe(OH)3 4Fe(
6、OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 白 灰绿 红褐 2.铁的氢氧化物的制备 Fe(OH)2Fe(OH)3操作 现象产生_絮状沉淀,迅速变为 _色,最终变为_有关反应 方程式Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3Fe3+3OH-=Fe(OH)3白色 灰绿 红褐色沉淀 生成红褐色沉淀【做一做】以下说法正确的有_ 浓盐酸与铁屑反应:2Fe+6H+=2Fe3+3H2 纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附 铁在高温下与H2O(g)发生置换反应生成Fe3O4
7、Fe与Cl2反应生成FeCl3,推测Fe与I2反应生成FeI3 用含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封包装没有发生化学反应 Fe3O4中Fe的化合价有+2价和+3价,但Fe3O4为纯净物 课堂合作探究 探究任务一 铁粉与水蒸气反应【实验情境】铁粉与水蒸气反应的反应装置图如下:【问题探究】1.湿棉花和肥皂液在反应中分别起什么作用?提示:湿棉花受热可以提供反应所需的水蒸气;肥皂液在实验中起到收集气体的作用。2.铁粉与水蒸气反应产生的气体是什么?如何证明?提示:用火柴点燃肥皂泡,看到淡蓝色火焰且有爆鸣声,证明生成的气体是H2。3.【迁移应用】:利用如图装置能不能进行铁粉与水蒸气的反应?请说明原因。提
8、示:可以。首先加热右边试管中的水,产生的水蒸气进入左边试管中,然后加热左边试管中的铁粉,反应产生的氢气用中间试管排水法收集。【探究总结】铁与水反应“四注意”(1)Fe不能与冷、热水反应,只能与水蒸气反应;(2)实验开始后应首先加热湿棉花,产生水蒸气后再在铁粉处加热;(3)Fe与水蒸气反应的固体产物是Fe3O4,不是Fe2O3;(4)Fe生锈是铁与水、氧气共同作用的结果。【探究特训】1.下列金属在一定条件下能够与水反应,且生成金属氧化物的是()A.K B.Mg C.Fe D.Cu【解析】选C。K与冷水反应产生KOH、Mg与热水反应产生Mg(OH)2,Fe与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4,Cu与
9、水不反应。2.(双选)(2020聊城高一检测改编)下列有关铁及其化合物的说法中正确的 是()A.可以采用加热的方法除去Fe2O3中的Fe(OH)3 B.铁只有与水蒸气反应才能得到Fe3O4 C.不能通过化合反应生成FeCl2和Fe(OH)3 D.铁与水蒸气的反应属于置换反应【解析】选A、D。Fe(OH)3加热分解生成Fe2O3,A正确;铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4,B错误;可以通过化合反应2FeCl3+Fe=3FeCl2生成FeCl2,可以通过化合反应4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3生成Fe(OH)3,C错误。【补偿训练】1.(2019临沂高一检测)将
10、黏土用水调和后制成砖坯,放在砖窑中煅烧便制成砖。黏土中含有铁,烧制过程中完全氧化时生成三氧化二铁呈红色,即最常用的红砖;而如果在烧制过程中加水冷却,使黏土中的铁不完全氧化而生成低价铁则呈青色,即青砖。下列关于铁与水反应的描述不正确的是()A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3 B.红热的铁能与水蒸气反应,放出的气体点燃时能发出爆鸣声 C.铁与水蒸气的反应是氧化还原反应 D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中O2、CO2、H2O的共同作用下能发生反应【解析】选A。铁与水蒸气反应的产物是Fe3O4,A项错误;B项氢气点燃有爆鸣声;C项铁与水蒸气反应属于氧化还原反应;D项为铁在空气中生锈的过
11、程。2.某化学兴趣小组利用如图装置进行“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_,烧瓶底部放碎瓷片的作用是_。(2)写出装置B中发生反应的化学方程式:_,该反应中氧化剂是_,氧化产物是_。(3)D的作用是_。(4)E中的实验现象是_。(5)A、B两个装置中应先点燃_处的酒精(喷)灯,点燃E处酒精灯之前应进行的操作是_。探究任务二 氢氧化亚铁的制备【实验情境】在两支试管中分别加入少量的FeCl3和FeSO4溶液,然后各滴入NaOH溶液。【问题探究】1.预测性质 从化合价角度预测氢氧化亚铁的制备需要注意哪些问题?提示:氢氧化亚铁中铁的化合价是+2价,具有一定的还
12、原性,它的制备过程中要防止被氧化。2.实验验证(1)FeCl3溶液呈_色,FeSO4溶液呈_色。(2)向FeCl3溶液滴加NaOH溶液,现象为_,反应的化学方程式 为_,离子方程式为_。(3)向FeSO4溶液滴加NaOH溶液,瞬间现象为_,反应的化学方程 式为_,离子方程式为_。随后生成的白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成了红褐色的原因是 _,化学方程式为 _。棕黄 浅绿 立即产生红褐色沉淀 FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaCl Fe3+3OH-=Fe(OH)3 立即产生白色沉淀 FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2+Na2SO4 Fe2+2OH-=Fe(OH)2 Fe(OH)2
13、在空气中极易被氧化成Fe(OH)3 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 3.解释和结论(1)Fe(OH)2在空气中极易被氧化成Fe(OH)3,所以为了较长时间看到FeSO4溶液和NaOH溶液反应产生白色沉淀现象,你可以在实验中采取哪些措施?提示:氢氧化钠溶液煮沸处理;滴加氢氧化钠溶液的长胶头滴管尖嘴插入液面以下;液面上方覆盖有机物等。(2)结论:由于氢氧化亚铁容易被氧气氧化为氢氧化铁,所以在制备氢氧化亚铁时注意隔绝氧气。4.迁移应用 Fe(OH)2若进行灼烧会变成什么?提示:若是在无氧环境下,灼烧Fe(OH)2会得到FeO,若在有氧气存在条件下,Fe(OH)2在灼烧时会被氧化为
14、Fe(OH)3,最终生成Fe2O3。【探究总结】制备Fe(OH)2的两种思维:思维一:有机覆盖层法。将吸有NaOH溶液的长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1所示。思维二:还原性气体保护法。打开止水夹a用H2将装置内的空气排尽后,再关闭止水夹a,产生的H2使试管中压强变大,FeSO4沿玻璃管进入试管与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。【探究特训】1.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是()A.B.C.D.【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)Fe(OH)2的制备要尽可能杜
15、绝氧气的干扰,(2)排除氧气干扰可以创造还原性条件或用 覆盖有机物方式。【延伸探究】装置中的苯能不能换成四氯化碳,植物油呢?提示:不能换成四氯化碳,四氯化碳密度比水大,起不到隔绝空气的作用;植物油密度比水小,可以换成植物油。2.某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论中正确的是()A.一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+B.一定有Fe3+,一定没有Fe2+、Mg2+C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg2+D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+【解析】选D。加入NaOH溶液,开始
16、时有白色絮状沉淀生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色的现象是溶液中含有亚铁离子的特性,而氢氧化铁的红褐色沉淀比白色沉淀的颜色深得多,所以不可能存在Fe3+。【补偿训练】1.某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。请回答:(1)仪器1的名称为_。装置5的作用为_。(2)实验开始时,关闭K2,打开K1,反应一段时间后,再打开K2,关闭K1,发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进,使溶液能进入4中_。(3)装置改进后,将3中反应后溶液压入4中,在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因_。2.(2019邢台高一检测)如图所示,此装置可用来制取
17、和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 molL-1的硫酸,其他试剂任选。(1)实验开始时止水夹a是打开还是关闭?请解释原因。提示:打开a,铁屑和硫酸反应产生的氢气可以将装置中的氧气排净。(2)简述生成Fe(OH)2的操作过程。提示:待A装置反应一段时间后关闭止水夹a,将FeSO4溶液压入B中进行反应。(3)B中盛有一定量的NaOH溶液,实验完毕,打开b处止水夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生什么反应?提示:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。1.位于哈尔滨市南岗区的一个小型特种钢铸造厂因操作人员操作出现失误,一千多度高温铁水进入到冷水坑而引发爆炸
18、,房顶被爆炸产生的冲击波穿了个大洞,幸无人员伤亡。爆炸原因分析可能发生了以下哪个反应()A.Fe+2H2O Fe(OH)2+H2 B.2Fe+6H2O 2Fe(OH)3+3H2 C.3Fe+4H2O Fe3O4+4H2 D.2Fe+3H2O Fe2O3+3H2 课堂素养达标 高温=高温=高温=高温=【补偿训练】将铁片放入下列各溶液中,反应后溶液质量增加,但无气体产生的是()A.CuCl2溶液 B.AgNO3溶液 C.Fe2(SO4)3溶液 D.稀硫酸【解析】选C。Fe与CuCl2溶液反应,每溶解56 g Fe,生成64 g Cu,溶液质量减轻,错误。B项:Fe与AgNO3溶液反应,每溶解56
19、g Fe,生成216 g Ag,溶液质量减轻,错误。C项:Fe与Fe2(SO4)3溶液反应,Fe溶解,溶液质量增加且无气体放出,正确。D项:Fe与稀H2SO4反应,每溶解56 g Fe,生成2 g H2,溶液质量增加,但有气体放出,错误。2.99式主战坦克和升级版的99G式,是目前中国最先进的主战坦克。坦克的主要制造材料是钢铁,下列关于铁的说法中,正确的是()A.自然界中的陨铁主要以单质形态存在 B.单质铁与稀硫酸在常温下不反应 C.铁单质只具有还原性,其阳离子只具有氧化性 D.与盐酸反应生成氢气和FeCl3【解析】选A。自然界中的铁元素主要以化合态形式存在,但陨铁中的铁元素以游离态形式存在,
20、A正确;常温下,铁和稀硫酸反应生成FeSO4和H2,B错误;Fe2+既有还原性,也有氧化性,C错误;与盐酸反应生成氢气和FeCl2,D错误。【补偿训练】“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。同是由黏土烧制的砖瓦,有的是黑色的,有的却是红色的,你猜测其中的原因可能是()A.土壤中含有铁粉、二氧化锰等 B.黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑,红砖瓦则是添加了红色耐高温染料 C.土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色CuO和红色Cu D.土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3【解析】选D。黏土中含有铁元素,在烧制砖瓦时,与O2反应,生成氧化物,
21、铁元素的氧化物有3种,FeO与Fe3O4为黑色,Fe2O3为红棕色,故D项正确。3.下列关于Fe(OH)2的制备能够成功的是()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),然后向溶液上一层逐滴加入NaOH溶液【解析】选C。Fe(OH)2可用含Fe2+的盐溶液与碱反应制取,但由于Fe(OH)2 具有一定的还原性,很容易被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3,因此制备 Fe(O
22、H)2时要避免与空气接触。【易错提醒】防止Fe(OH)2氧化的方法:将配制溶液的蒸馏水煮沸,去除溶液中的氧气。将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部,并慢慢挤出NaOH溶液。在亚铁盐溶液上面充入保护气,如H2、N2、稀有气体等。在亚铁盐溶液上面加保护层,如苯、植物油等。4.(2020济南高一检测)某化学实验小组利用以下装置测定某赤铁矿中氧化铁的纯度:向赤铁矿中通入纯净的一氧化碳气体,假设赤铁矿中杂质不参与反应,请回答下列问题:(1)实验开始时,先进行的操作是_(填序号),其目的是_。通入一氧化碳 加热(2)实验过程中观察到装置A中玻璃管内发生的现象是 _;(3)写出B装置发生
23、的化学反应方程式是 _;装置C的作用是_。(4)从环境保护的角度看本实验存在的缺陷是 _。(5)实验前称量赤铁矿的质量为20 g。通入足量的一氧化碳完全反应后B装置总质量增加了13.2 g,则赤铁矿中氧化铁的纯度为_。【补偿训练】实验室用如图所示的装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量,D装置的硬质玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。(1)写出D装置中发生反应的化学方程式 _。(2)装置B的作用是_,装置C中装的液体是_,所起的作用是_。(3)若FeO和Fe2O3固体混合物的质量为23.2 g,反应完全后U形管的质量增加 7.2 g,则混合物中Fe2O3的质量为_ g。(4)U形管E右边又连接干燥管F的目的是_,若无干燥管F,测得Fe2O3的质量将_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
