第3章 鐵 金屬材料 第1節(jié) 第1課時 鐵及其氧化物、氫氧化物-2024-2025高一化學必修第一冊（人教版）配套課件

第1課時鐵及其氧化物、氫氧化物1.了解鐵與某些非金屬單質(zhì)、酸和鹽溶液的反應,及與不同的氧化劑反應時元素化合價的變化情況。2.通過實驗探究了解鐵與水蒸氣的反應,并通過鐵與水蒸氣反應實驗原理的探究,分析可能的產(chǎn)物,培養(yǎng)科學探究的能力。3.了解鐵的氧化物的性質(zhì)及應用。4.通過氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的制備實驗,探究其性質(zhì)。目標素養(yǎng)5.通過實驗探究了解鐵鹽和亞鐵鹽的性質(zhì),掌握鐵離子和亞鐵離子檢驗的方法,了解鐵的重要化合物間的轉(zhuǎn)化,培養(yǎng)變化觀念和證據(jù)推理與模型認知的化學學科核心素養(yǎng)。6.通過對鐵的存在和使用歷史、鐵及其化合物應用的學習,體會化學對社會發(fā)展的重要意義。

目標素養(yǎng)知識概覽一、鐵的存在和使用歷史1.鐵的存在。鐵在自然界中可以像隕鐵中的鐵那樣以單質(zhì)形態(tài)存在,但主要是以

+2

價和

+3

價化合物的形態(tài)存在于礦石中。鐵元素在地殼中的含量僅次于

氧、硅和鋁

,居第

四

位。2.鐵的使用歷史。人類最早使用的鐵,是

來自太空的隕鐵

。我國目前發(fā)現(xiàn)最早的人工冶鐵制品是河南三門峽出土的西周晚期的玉柄鐵劍,這說明西周晚期我國已掌握了冶鐵技術。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。工業(yè)冶鐵原理是用

還原

的方法把鐵從鐵礦石中提煉出來。工業(yè)煉鐵的反應原理為

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

。

二、鐵的單質(zhì)1.鐵的物理性質(zhì)。鐵有

延展

性和

導熱

性。鐵能導電,但其導電性不如銅和鋁。鐵能被磁體吸引。

微思考1你能用一種簡單方法分離鐵粉和銅粉的混合物嗎?提示:可以用磁鐵吸引法分離。2.鐵的化學性質(zhì)。鐵的化學性質(zhì)比較活潑,能與許多物質(zhì)發(fā)生化學反應。寫出下列反應的化學方程式,是離子反應的,只寫離子方程式。(1)鐵與非金屬反應。

微判斷1(1)鐵的化學性質(zhì)活潑,在自然界中只能以化合物的形態(tài)存在。(

)(2)鐵在加熱條件下與液態(tài)水或水蒸氣均能反應。(

)(3)Fe分別與氯氣和鹽酸反應所得氯化物相同。(

)(4)鐵與水蒸氣的反應屬于置換反應。(

)×××√三、鐵的氧化物

注意:FeO不穩(wěn)定,在空氣中受熱生成Fe3O4,其化學方程式為6FeO+O22Fe3O4。微思考2Fe3O4的化學式可以寫成FeO·Fe2O3的形式,那么Fe3O4是混合物嗎?為什么通常認為Fe3O4不是堿性氧化物?提示:Fe3O4是一種復雜的化合物,不是混合物。Fe3O4和鹽酸反應生成兩種鹽,所以認為Fe3O4不是堿性氧化物。四、鐵的氫氧化物1.實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,原因是Fe3++3OH-══Fe(OH)3↓(填反應的離子方程式)。(2)在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液,生成白色絮狀沉淀,原因是Fe2++2OH-══Fe(OH)2↓(填反應的離子方程式),沉淀迅速變成灰綠色,最后會有紅褐色沉淀生成,原因是4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3(填反應的化學方程式)。2.鐵的氫氧化物的化學性質(zhì)。

微判斷2(1)Fe(OH)2和Fe(OH)3均屬于不溶于水的紅褐色的堿。(

)(2)Fe(OH)3不能利用化合反應生成。(

)××一鐵的化學性質(zhì)問題探究通過鑄造工藝可以將熾熱的鐵水注入設計好的模具中生產(chǎn)鑄鐵用品。(1)在鋼鐵廠的生產(chǎn)中,熾熱的鐵水或者是鋼水注入模具之前,模具必須進行充分干燥,這樣操作的原因是什么?提示:因為熾熱的鐵可以與水蒸氣反應,反應的化學方程式為3Fe+4H2O(g)Fe3O4

+

4H2,干燥的目的是避免高溫下鐵與水反應,生成四氧化三鐵。(2)設計如圖所示裝置,進行還原鐵粉與水蒸氣反應的實驗。思考并分析裝置中A、B、C各部分的設計意圖并預測反應現(xiàn)象。你還能設計出哪些實驗裝置?提示:A處提供反應需要的水蒸氣;B處提供反應需要的“高溫”條件;C處檢驗反應產(chǎn)物。實驗現(xiàn)象:肥皂液產(chǎn)生肥皂泡,把燃著的火柴靠近,有爆鳴聲,稍后有肥皂泡飄到空中,證明生成了H2。還可以設計如下兩個實驗裝置:方法一方法二歸納總結(jié)1.鐵與氧化性不同的氧化劑反應,顯示不同的化合價。(1)鐵與氯氣反應的化學方程式:2Fe+3Cl22FeCl3。(2)加熱條件下,鐵與弱氧化性的S單質(zhì)反應的化學方程式:Fe+SFeS。(3)鐵與稀鹽酸、稀硫酸反應的離子方程式:Fe+2H+══Fe2++H2↑。(4)鐵與硫酸銅溶液反應的離子方程式:Fe+Cu2+══Fe2++Cu。注意:鐵分別與氯氣和鹽酸反應所得產(chǎn)物中鐵元素的價態(tài)不同,Fe與Cl2反應不論用量多少都生成FeCl3,而Fe與鹽酸反應生成FeCl2。2.鐵與水蒸氣的反應:(1)鐵與冷水、熱水不能反應,只能與水蒸氣在高溫下反應。

典例剖析【例1】

某化學興趣小組利用如圖裝置(鐵架臺及夾持裝置已省略)進行“鐵與水蒸氣反應”的實驗,并檢驗產(chǎn)物的性質(zhì),請回答下列問題。(1)A裝置的作用是

,燒瓶底部放碎瓷片的作用是

。

(2)寫出裝置B中發(fā)生反應的化學方程式:

,該反應中氧化劑是

,氧化產(chǎn)物是

。

(3)D的作用是

。

(4)E中的實驗現(xiàn)象是

。

(5)A、B兩個裝置中應先點燃

處的酒精燈(或酒精噴燈),點燃E處酒精燈之前應進行的操作是

。答案:(1)產(chǎn)生水蒸氣防止加熱時液體暴沸

(3)吸收未反應的水蒸氣,干燥H2(4)黑色固體變成紅色(5)A收集H2并檢驗其純度解析:(1)B中發(fā)生的反應是3Fe+4H2O(g)

Fe3O4+4H2,故A裝置的作用是為B中的反應提供水蒸氣。(3)D的作用是吸收未反應的水蒸氣,干燥H2。(4)E中的反應為H2+CuO

Cu+H2O,故實驗現(xiàn)象是黑色固體變紅。(5)應先點燃A處的酒精燈,排出B中的O2,再點燃酒精噴燈。進行H2還原CuO的實驗前,應首先檢驗H2的純度。學以致用1.在一定條件下,下列鐵與有關物質(zhì)的反應,所得產(chǎn)物錯誤的是(

)。答案:C解析:Cl2是強氧化劑,可將Fe氧化成FeCl3,A正確;S是弱氧化劑,可將Fe氧化成FeS,B正確;Fe與HCl反應生成FeCl2,而不是FeCl3,C錯誤;Fe在O2中燃燒生成Fe3O4,D正確。2.某學習小組進行了下圖所示的實驗,實驗后組員之間的下列交流中不合理的是(

)。A.甲同學認為試管b中收集到的氣體可點燃,且產(chǎn)生淡藍色火焰B.乙同學認為試管a中生成的黑色固體可能為四氧化三鐵C.丙同學認為將少量還原性鐵粉放入試管中,加適量的水,加熱也可實現(xiàn)該反應D.丁同學認為用鹽酸溶解固體生成物所得溶液有顏色C解析:在高溫下鐵與水蒸氣反應生成氫氣和四氧化三鐵。甲同學認為試管b中收集到的氣體可點燃,且產(chǎn)生淡藍色火焰,A正確;乙同學認為試管a中生成的黑色固體可能為四氧化三鐵,B正確;鐵在加熱條件下與液態(tài)水不反應,丙同學的觀點錯誤,C錯誤;丁同學認為用鹽酸溶解固體生成物得到氯化亞鐵和氯化鐵的混合溶液,溶液帶有顏色,D正確。二氫氧化亞鐵的制備問題探究下面是某同學用現(xiàn)配制的FeSO4溶液與煮沸過冷卻后的NaOH溶液反應制備Fe(OH)2白色沉淀的實驗。(1)硫酸亞鐵、氫氧化亞鐵易被氧化的原因是什么?提示:硫酸亞鐵、氫氧化亞鐵中鐵元素為+2價,可以升高到+3價,具有還原性,易被氧化。(2)采用FeSO4晶體配制上述FeSO4溶液時還需要加入某種固體,該固體可能是什么?為什么要加入該固體?提示:可以加入鐵粉,以防止+2價鐵被氧化。(3)除去蒸餾水中溶解的O2常采用什么方法?提示:可以加熱煮沸。(4)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長膠頭滴管吸取煮沸過冷卻后的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再擠出NaOH溶液。為什么這樣操作?提示:避免生成的Fe(OH)2沉淀接觸O2而被氧化。(5)根據(jù)該同學的實驗,請你總結(jié)一下在實驗室里用FeSO4溶液和NaOH溶液制備Fe(OH)2時,采取哪些措施可以較長時間觀察到白色的Fe(OH)2沉淀。提示:①Fe2+極易被氧化,所以FeSO4溶液要現(xiàn)用現(xiàn)配。②為了防止Fe2+被氧化,配制溶液的蒸餾水要煮沸,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為了防止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物,以隔絕空氣。歸納總結(jié)1.Fe(OH)2實驗室制備裝置及其改進。2.防止Fe(OH)2被氧化的方法。防止Fe(OH)2被氧化的關鍵是避免生成的Fe(OH)2接觸O2。(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,并慢慢擠出NaOH溶液。(3)在亞鐵鹽溶液上面充入保護氣,如H2、N2、稀有氣體等。(4)在亞鐵鹽溶液上面加保護層,如苯、植物油(二者密度均小于水且都不溶于水)等。典例剖析【例2】

下圖所示裝置可用來制取和觀察Fe(OH)2在空氣中被氧化時的顏色變化。實驗時必須使用鐵屑和6mol·L-1的稀硫酸,其他試劑任選。請回答下列問題。(1)裝置B中盛有一定量的NaOH溶液,裝置A中應預先加入的試劑是

,裝置A中發(fā)生反應的離子方程式是

。

(2)實驗開始時應先將活塞a

(填“打開”或“關閉”)。(3)簡述制取Fe(OH)2的操作過程:

。

(4)實驗完畢,拔去裝置B中的橡膠塞,放入一部分空氣,此時裝置B中發(fā)生反應的化學方程式為

。

答案:(1)鐵屑Fe+2H+══Fe2++H2↑(2)打開(3)關閉活塞a,使FeSO4溶液被壓入裝置B中進行反應(4)4Fe(OH)2+2H2O+O2══4Fe(OH)3解析:(1)題圖中裝置A的作用是產(chǎn)生H2,利用H2趕走整個裝置中的空氣,減小Fe2+被氧化的速率,以便能較長時間觀察到Fe(OH)2白色沉淀,故裝置A中應預先加入的試劑為鐵屑:Fe+H2SO4══FeSO4+H2↑。(2)實驗開始時打開活塞a,裝置A中產(chǎn)生的H2沿導管進入裝置B,趕走裝置中的空氣。(3)關閉活塞a,氣體不能逸出,壓迫裝置A中的液體通過導管進入裝置B,FeSO4溶液與NaOH溶液混合產(chǎn)生Fe(OH)2白色沉淀。(4)實驗完畢拔去裝置B的橡膠塞,空氣進入裝置B,O2與Fe(OH)2發(fā)生反應,使Fe(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3紅褐色沉淀。學以致用3.實驗室用FeCl2溶液和燒堿制備Fe(OH)2,為了使產(chǎn)物不容易被氧化,下列做法不正確的是(

)。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溶液的上面加一層植物油以隔絕空氣C.向FeCl2溶液中滴加燒堿溶液時,膠頭滴管尖嘴不能伸入試管內(nèi)D.產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀后,不能振蕩試管答案:C解析:A正確,FeCl2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在無氧的環(huán)境里生成;B正確,在FeCl2溶液的上面加一層植物油,以隔絕空氣,防止氧氣溶入;C不正確,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,從而溶有氧氣;D正確,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。1.把鐵片投入下列溶液中,鐵片質(zhì)量減少,且沒有氣體產(chǎn)生,此溶液是(

)。A.FeSO4溶液

B.H2SO4溶液C.Fe2(SO4)3溶液 D.AgNO3溶液答案:C2.下列變化中不可能通過一步反應完成的是(

)。A.Fe2O3→Fe(OH)3 B.FeCl2→Fe(OH)2C.Fe→Fe3O4 D.Fe(OH)2→Fe(OH)3答案:A3.下列關于鐵與水反應的描述中,不正確的是(

)。A.鐵與水蒸氣反應的產(chǎn)物是黑色的Fe2O3B.紅熱的鐵能與水蒸氣反應,放出的氣體點燃時能發(fā)出爆鳴聲C.鐵與水蒸氣的反應是氧化還原反應D.常溫下,Fe與H2O不反應,但在空氣中的O2、CO2、H2O共同作用下能發(fā)生反應答案:A4.一定條件下,等質(zhì)量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣充分反應,則在相同的條件下產(chǎn)生氫氣的體積之比是(

)。A.1∶1 B.4∶3C.2∶3 D.3∶4答案:D5.由FeO、Fe2O3、Fe3O4組成的混合物,