-新教材高中化學(xué)第三章鐵金屬材料第一節(jié)第一課時鐵的單質(zhì)氧化物及氫氧化物學(xué)案新人教版必修第一冊

PAGEPAGE9第一課時鐵的單質(zhì)、氧化物及氫氧化物eq\a\vs4\al([素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)])1．結(jié)合真實情境或通過實驗探究，了解鐵及其氧化物、氫氧化物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2．會設(shè)計簡單實驗制備氫氧化亞鐵，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。eq\a\vs4\al(鐵的單質(zhì))我國目前發(fā)現(xiàn)最早的人工冶鐵制品是甘肅靈臺出土的春秋初年秦國的銅柄鐵劍，這說明春秋初年我國已掌握了冶鐵技術(shù)。戰(zhàn)國中期以后，鐵制工具在社會生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。[問題探討]1．自然界里有游離態(tài)的鐵嗎？鐵元素在化合物中呈現(xiàn)的主要化合價有哪些？提示：有；主要存在于隕鐵中；鐵元素在化合物中的主要價態(tài)為＋2、＋3價。2．把鐵片投入CuSO4溶液中，寫出反應(yīng)的離子方程式。提示：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。3．鐵與水蒸氣能發(fā)生反應(yīng)，日常生活中為什么可用鐵壺?zé)?？提示：鐵只能與水蒸氣在高溫下反應(yīng)，而鐵與熱水不反應(yīng)。1．鐵的存在與冶煉(1)鐵元素在自然界中主要是以＋2價和＋3價化合物的形態(tài)存在于礦石中，游離態(tài)的單質(zhì)鐵只存在于隕鐵中。鐵元素在地殼中的含量僅次于氧、硅和鋁，居第4位。(2)煉鐵高爐中的反應(yīng)原理：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())2Fe＋3CO2。2．鐵的物理性質(zhì)物質(zhì)狀態(tài)密度熔點(diǎn)沸點(diǎn)金屬共性特性銀白色，有金屬光澤固體7.86g/cm31535℃2750℃導(dǎo)熱、導(dǎo)電、延展性好能被磁體吸引3．鐵的化學(xué)性質(zhì)鐵與氧化性較弱的氧化劑(如鹽酸、硫酸銅等)反應(yīng)，鐵原子失去2個電子生成＋2價鐵的化合物；而鐵與氧化性較強(qiáng)的氧化劑(如氯氣等)反應(yīng)，鐵原子則失去3個電子生成＋3價鐵的化合物。(1)在一定條件下，鐵作為還原劑能與某些非金屬單質(zhì)、酸和鹽溶液反應(yīng)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)方程式舉例①Fe與非金屬單質(zhì)反應(yīng)②Fe與非氧化性酸反應(yīng)Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑eq\x(置換反應(yīng))③Fe與鹽溶液反應(yīng)(2)鐵與水蒸氣的反應(yīng)實驗裝置裝置1裝置2操作及現(xiàn)象用小試管收集一試管氣體，點(diǎn)燃，聽到輕微“噗”聲，產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，證明生成了H2用火柴點(diǎn)燃肥皂泡，聽到爆鳴聲，證明生成了H2實驗結(jié)論鐵能與水蒸氣反應(yīng)，并有H2生成，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2實驗說明①濕棉花的作用是在受熱時提供反應(yīng)所需的水蒸氣；②加熱鐵粉酒精燈的火焰用防風(fēng)罩套住，可以使加熱效果更好；③肥皂液在該實驗中可以起到“收集”氫氣的作用[名師點(diǎn)撥](1)Fe與冷水、熱水不反應(yīng)，F(xiàn)e與H2O(g)高溫下反應(yīng)的產(chǎn)物是Fe3O4，而不是Fe2O3。(2)鐵在潮濕的空氣中生成鐵銹的主要成分是Fe2O3，而鐵在純氧中燃燒的產(chǎn)物是Fe3O4。(3)鐵分別與氯氣和鹽酸反應(yīng)所得產(chǎn)物中鐵元素的價態(tài)不同，F(xiàn)e與Cl2反應(yīng)不論用量多少都生成FeCl3，而Fe與鹽酸反應(yīng)生成FeCl2。1．下列說法正確的是()A．我國在戰(zhàn)國中期已開始使用鐵制品了B．自然界中的鐵元素只存在于化合物中C．鐵能與所有金屬的鹽溶液反應(yīng)生成亞鐵鹽和金屬D．高爐煉鐵是用還原劑將鐵從它的化合物中還原出來解析：選D我國目前發(fā)現(xiàn)最早的人工冶鐵制品是春秋初年秦國的銅柄鐵劍，A項錯誤；自然界中的隕鐵中的鐵以單質(zhì)形態(tài)存在，B項錯誤；鐵只能將金屬活動性比它弱的金屬從其鹽溶液中置換出來，C項錯誤；高爐煉鐵是用CO等還原劑把鐵從鐵礦石中還原出來，D項正確。2．用如圖所示裝置進(jìn)行Fe與水蒸氣反應(yīng)的實驗，下列有關(guān)說法不正確的是()A．裝置A的作用是為實驗提供持續(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\up7(高溫))Fe2O3＋3H2C．裝置C中加入的固體干燥劑可能是堿石灰D．點(diǎn)燃裝置D處的氣體前必須檢驗氣體的純度解析：選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，故需要用堿石灰等與H2不反應(yīng)的干燥劑進(jìn)行干燥，C項正確；不純的H2在點(diǎn)燃時可能會發(fā)生爆炸，故在點(diǎn)燃H2前必須檢驗其純度，D項正確。3．現(xiàn)有下列物質(zhì)：①S②CuCl2溶液③稀H2SO4④Cl2⑤純氧氣⑥高溫水蒸氣。上述物質(zhì)與鐵反應(yīng)時生成＋2價鐵化合物的是________(填序號，下同)；生成＋3價鐵的化合物的是________；生成既含＋2價又含＋3價鐵的化合物的是________。答案：①②③④⑤⑥eq\a\vs4\al(鐵的氧化物與鐵的氫氧化物)1．鐵的氧化物化學(xué)式FeOFe2O3Fe3O4俗名—鐵紅磁性氧化鐵色、態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體(有磁性)溶解性難溶于水難溶于水難溶于水鐵的化合價＋2價＋3價＋2價，＋3價穩(wěn)定性不穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定與H＋反應(yīng)的離子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O特殊轉(zhuǎn)化FeO在空氣中受熱，迅速被氧化為Fe3O4：6FeO＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe3O42.鐵的氫氧化物化學(xué)式Fe(OH)2Fe(OH)3色、態(tài)白色固體紅褐色固體與H＋反應(yīng)的離子方程式Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O受熱分解—2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O制法可溶性亞鐵鹽與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(離子方程式)可溶性鐵鹽與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓(離子方程式)二者的關(guān)系在空氣中，F(xiàn)e(OH)2能夠非常迅速地被氧氣氧化成Fe(OH)3，現(xiàn)象是白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3[名師點(diǎn)撥](1)Fe3O4不屬于堿性氧化物，F(xiàn)eO、Fe2O3屬于堿性氧化物。(2)Fe3O4的組成可用FeO·Fe2O3表示，但不表示Fe3O4是由FeO和Fe2O3組成的混合物，F(xiàn)e3O4有固定的組成，是一種純凈物。1．下列物質(zhì)與描述的顏色不對應(yīng)的是()A．FeO—黑色 B．Fe2O3—黑色C．Fe3O4—黑色 D．Na2O2—淡黃色解析：選BFe2O3為紅棕色粉末。2．稀硫酸中加入適量鐵粉，反應(yīng)完全后再加入適量的NaOH溶液，放置片刻，整個過程中觀察到的顏色變化是()A．無色、灰綠色、紅褐色B．無色、淺綠色、白色、灰綠色、紅褐色C．灰綠色、紅褐色、藍(lán)色D．灰綠色、白色、淺綠色、灰綠色、紅褐色解析：選BH2SO4、FeSO4、Fe(OH)2和Fe(OH)3依次為無色、淺綠色、白色和紅褐色。由Fe(OH)2→Fe(OH)3的過程中會出現(xiàn)灰綠色。3．下列有關(guān)鐵的化合物的說法不正確的是()A．Fe(OH)2不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的氧化性B．FeO、Fe2O3均為堿性氧化物，均可與鹽酸反應(yīng)C．Fe(OH)3可通過化合反應(yīng)得到，F(xiàn)e(OH)2則不能D．Fe3O4為磁性氧化鐵，其中鐵的化合價為＋2價和＋3價解析：選AFe(OH)2中的Fe2＋具有還原性，可被空氣中的O2氧化為Fe(OH)3，A項錯誤；FeO、Fe2O3均為堿性氧化物，故具有堿性氧化物的通性，都能與鹽酸反應(yīng)，B項正確；Fe(OH)2只能通過復(fù)分解反應(yīng)得到，F(xiàn)e(OH)3可由Fe(OH)2與O2、H2O發(fā)生化合反應(yīng)得到，C項正確；Fe3O4俗稱磁性氧化鐵，其組成可表示為FeO·Fe2O3，鐵元素的化合價為＋2價、＋3價，D項正確。eq\a\vs4\al(氫氧化亞鐵制備裝置的改進(jìn))將NaOH溶液滴入FeSO4溶液中會產(chǎn)生白色的Fe(OH)2沉淀：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓，但由于Fe(OH)2極易被氧化，溶解在水溶液中的少量氧氣可把Fe(OH)2迅速氧化成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，所以在制備Fe(OH)2的過程中一定要隔絕O2，防止生成的Fe(OH)2被氧化。[實驗裝置][問題探討]1．NaOH溶液為什么要事先煮沸后才能使用？提示：煮沸NaOH溶液的目的是除去溶液中溶解的O2，防止O2將Fe(OH)2氧化。2．FeSO4溶液若長期露置于空氣中，可能產(chǎn)生的雜質(zhì)陽離子是什么？提示：Fe3＋；原因是FeSO4溶液中的Fe2＋被空氣中的O2氧化成Fe3＋。3．改進(jìn)裝置①中加入少量苯的目的是什么？提示：苯的密度比水小，且難溶于水，加入少量苯覆蓋在FeSO4溶液的上層用于隔絕下層液體與空氣接觸，防止生成的Fe(OH)2被O2氧化。4．改進(jìn)裝置③中，如何操作就能長時間觀察到Fe(OH)2白色沉淀？提示：先打開止水夾a，利用Fe與稀H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生的H2將裝置內(nèi)的空氣排出，待導(dǎo)管b排出的氣體驗純后，再關(guān)閉止水夾a，產(chǎn)生的H2使試管A中氣壓大于外界氣壓，把試管A中的液體(FeSO4溶液)壓入試管B中，反應(yīng)得到Fe(OH)2白色沉淀。即操作方法為先打開止水夾a，待導(dǎo)管b排出的氣體驗純后，再關(guān)閉止水夾a。5．改進(jìn)裝置②能較長時間觀察到白色沉淀的原因是什么？提示：鐵粉與稀硫酸反應(yīng)生成的H2排除了裝置內(nèi)的空氣，同時試管內(nèi)剩余的H2起到保護(hù)氣的作用，防止Fe(OH)2與O2接觸被氧化，因此能較長時間觀察到白色沉淀。氫氧化亞鐵制取實驗的四個關(guān)鍵點(diǎn)(1)Fe2＋極易被空氣中氧氣氧化，所以FeSO4溶液要現(xiàn)用現(xiàn)配。(2)為了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液所用的蒸餾水和制備Fe(OH)2所用的NaOH溶液都要煮沸，盡可能除去O2。(3)為了防止滴加NaOH溶液時帶入空氣，可將吸有NaOH溶液的長滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再擠出NaOH溶液。(4)為防止Fe2＋被氧化，還可以向盛有FeSO4溶液的試管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有機(jī)物(如苯)，以隔絕空氣。1．某同學(xué)設(shè)計如圖裝置(氣密性已檢查)制備Fe(OH)2白色沉淀。請回答：(1)儀器1的名稱：________。裝置5的作用：________。(2)實驗開始時，關(guān)閉K2，打開K1，反應(yīng)一段時間后，再打開K2，關(guān)閉K1，發(fā)現(xiàn)3中溶液不能進(jìn)入4中。請為裝置做一處改進(jìn)，使溶液能進(jìn)入4中：________。(3)裝置改進(jìn)后，將3中反應(yīng)后溶液壓入4中，在4中析出了灰綠色沉淀。從實驗操作過程分析沒有產(chǎn)生白色沉淀的原因：____________________。解析：(1)儀器1的名稱為分液漏斗。由于Fe(OH)2易被氧氣氧化，裝置5的作用是通過液封，防止空氣進(jìn)入裝置4。(2)3中溶液不能進(jìn)入4的原因是生成的氫氣沿著導(dǎo)管通過2逸出，三頸燒瓶中無法形成高壓，故需在2、3之間加一個控制開關(guān)。(3)生成灰綠色沉淀說明氫氧化亞鐵被氧氣氧化，分析原因應(yīng)該是裝置4中的空氣未排盡。答案：(1)分液漏斗液封，防止空氣進(jìn)入裝置4(2)在裝置2、3之間添加控制開關(guān)(3)裝置4內(nèi)的空氣沒有排盡2．醋酸亞鉻[(CH3COO)2Cr·2H2O]為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析中用作氧氣吸收劑。一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻；二價鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實驗裝置如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)實驗中所用蒸餾水均需經(jīng)煮沸后迅速冷卻，目的是________。儀器a的名稱是________。(2)將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中，加入少量蒸餾水，按圖連接好裝置。打開K1、K2，關(guān)閉K3。①c中溶液由綠色逐漸變?yōu)榱了{(lán)色，該反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。②同時c中有氣體產(chǎn)生，該氣體的作用是__________________________________。(3)打開K3，關(guān)閉K1和K2。c中亮藍(lán)色溶液流入d，其原因是________________________________________________________________________；d中析出磚紅色沉淀。為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是________、________、洗滌、干燥。(4)指出裝置d可能存在的缺點(diǎn)：____________________________________________。解析：(1)由題給信息，[(CH3COO)2Cr·2H2O]在氣體分析中用作O2吸收劑，說明Cr2＋具有強(qiáng)還原性，易被O2氧化，故所用蒸餾水需經(jīng)煮沸去除其中的O2，以免影響[(CH3COO)2Cr·2H2O]的制備。由儀器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，a為分液漏斗。(2)①Zn將Cr3＋還原為Cr2＋，離子方程式為Zn＋2Cr3＋=Zn2＋＋2Cr2＋。②Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，H2起到排除c中空氣的作用，以防Cr2＋被氧化。(3)過量的Zn與鹽酸反應(yīng)放出大量的H2，使裝置c中壓強(qiáng)增大，關(guān)閉K1和K2，打開K3時，溶液被壓入裝置d中。由題給信息知，[(CH3COO)2Cr·2H2O]難溶于冷水，因此應(yīng)用冰浴冷卻，以便于[(CH3COO)2Cr·2H2O]析出，再將沉淀過濾、洗滌、干燥即可。(4)裝置d的缺點(diǎn)是該裝置與大氣直接相通，空氣中的O2易將[(CH3COO)2Cr·2H2O]氧化。答案：(1)去除水中溶解的氧分液漏斗(2)①Zn＋2Cr3＋=Zn2＋＋2Cr2＋②排除c中空氣(3)c中產(chǎn)生H2使壓強(qiáng)大于大氣壓(冰浴)冷卻過濾(4)敞開體系，可能使醋酸亞鉻與空氣接觸[分級訓(xùn)練·課課過關(guān)]1．為了防止食品變質(zhì)，常在食品袋中放入小袋的鐵粉，這是利用鐵的()A．還原性 B．氧化性C．酸性 D．堿性解析：選A鐵能和水、氧氣反應(yīng)生成鐵銹，防止食品被氧化和吸收水分，鐵元素的化合價升高，體現(xiàn)還原性，故A正確；鐵是金屬，化合價只能升高，無氧化性，B錯誤；鐵屬于金屬單質(zhì)，沒有酸性、堿性，故C、D錯誤。2．下列物質(zhì)中鐵元素的化合價為＋2價的是()A．Fe B．FeOC．FeCl3 D．Fe3O4解析：選BA為單質(zhì)，鐵元素化合價為0價；C項FeCl3中鐵元素化合價為＋3價；D項可看作FeO·Fe2O3；只有B項中，氧為－2價，鐵元素為＋2價。3．在含有1molFeSO4的溶液中投入一小塊金屬鈉，反應(yīng)完全后，濾出沉淀并洗滌，然后在空氣中灼燒沉淀得到的固體物質(zhì)是()A．FeO B．FeC．Fe(OH)3 D．Fe2O3解析：選D金屬鈉投入溶液生成氫氧化鈉和氫氣，氫氧化鈉與FeSO4溶液反應(yīng)生成Fe(OH)2，在空氣中灼燒沉淀時，F(xiàn)e(OH)2被氧化為Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3再分解生成Fe2O3和H2O。4．如圖所示裝置可用來制取和觀察Fe(OH)2在空氣中被氧化時顏色的變化。實驗時必須使用鐵屑和6mol·L－1的硫酸，其他試劑任