鐵的單質-高一化學同步(人教版2019必修第一冊)(解析版)

第三章鐵金屬材料第一節(jié)鐵及其化合物第1課時鐵的單質一．鐵元素在自然界中的存在形態(tài)1.人類最早使用的鐵是來自太空的隕鐵。2.存在形態(tài)(1)可以像隕鐵中的鐵那樣以單質形態(tài)存在。(2)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。二．鐵單質的物理性質純鐵具有金屬的共性，如具有銀白色金屬光澤，具有導電性、導熱性和延展性，具有能被磁鐵吸引的特征。三．鐵單質的冶煉鐵單質冶煉的原理就是利用還原劑將鐵從礦石中還原出來。如高爐煉鐵：(1)設備：煉鐵高爐；原料：鐵礦石、焦炭、空氣等。(2)主要反應①還原劑的生成。a．生成CO2：C＋O2eq\o(=,\s\up15(高溫))CO2b．生成CO：CO2＋Ceq\o(=,\s\up15(高溫))2CO②鐵的生成：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up15(高溫))2Fe＋3CO2四．鐵單質的化學性質鐵元素性質活潑，有較強的還原性，主要化合價為＋2價和＋3價。鐵單質只有還原性，一般遇弱氧化劑被氧化為＋2價，遇強氧化劑被氧化為＋3價。1.與非金屬單質反應(1)與O2反應點燃(化學方程式)：3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(點燃))Fe3O4；現(xiàn)象：劇烈燃燒，火星四射。常溫：鐵在潮濕的空氣中易被腐蝕，生成鐵銹，其主要成分為Fe2O3·xH2O。(2)與Cl2反應(化學方程式)：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2FeCl3；現(xiàn)象：劇烈燃燒，棕紅色煙。注意：鐵在氯氣中燃燒，只生成FeCl3，與反應物量比無關。(3)與S反應(化學方程式)：Fe＋Seq\o(=,\s\up7(△))FeS。氧化性：Cl2>S，鐵與Cl2反應被氧化為＋3價，與S反應被氧化為＋2價。2.與水反應常溫下，鐵與水是不反應的。但高溫下可與水蒸氣反應(化學方程式)：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2。3.與酸反應與非氧化性酸，如鹽酸、稀硫酸反應的離子方程式：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。4.與鹽溶液反應(1)置換反應與CuSO4溶液反應(離子方程式)：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。(2)與FeCl3溶液反應(離子方程式)：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋?！究偨Y】在一定條件下，鐵作為還原劑能與某些非金屬單質、酸和鹽溶液反應。(1)鐵與氧化性較弱的氧化劑(如鹽酸、硫酸銅等)反應，鐵原子失去2個電子生成＋2價鐵的化合物。(2)鐵與氧化性較強的氧化劑(如氯氣等)反應，鐵原子則失去3個電子生成＋3價鐵的化合物。(3)紅熱的鐵能與水蒸氣發(fā)生反應，生成四氧化三鐵和氫氣?；瘜W方程式：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高溫))Fe3O4＋4H2。【典例1】下列關于鐵的敘述，錯誤的是()A．純凈的鐵是光亮的銀白色金屬B．鐵能被磁鐵吸引，在磁場作用下，鐵自身也能產生磁場C．鐵是地殼中含量最多的金屬元素，所以分布在地殼中的鐵有游離態(tài)也有化合態(tài)D．純鐵的抗腐蝕能力強，在干燥空氣中不易被氧化【答案】C【解析】地殼中含量最多的金屬元素是Al，地殼中的鐵為化合態(tài)，C項錯誤?！镜淅?】把一定量的鐵粉放入氯化鐵溶液中，完全反應后，所得溶液中Fe2＋和Fe3＋的濃度恰好相等。則已反應的Fe3＋和未反應的Fe3＋的物質的量之比為（）A．1∶1 B．2∶1 C．2∶3 D．3∶2【答案】C【解析】設已反應的Fe3+的物質的量為2mol，根據(jù)Fe+2Fe3+=3Fe2+，溶液中Fe2+的物質的量為3mol，因為溶液中的Fe3+和Fe2+濃度相等，所以未反應的Fe3+的物質的量為3mol，則已反應的Fe3+和未反應的Fe3+的物質的量之比為2mol∶3mol=2∶3，故選C。【典例3】某學習小組進行了下圖所示的實驗，實驗后組員之間的交流不合理的是()A．甲同學認為試管b中收集到的氣體可點燃，且產生淡藍色火焰B．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C．乙同學認為試管a中生成的黑色固體可能為四氧化三鐵D．丁同學認為用鹽酸溶解固體生成所得溶液有顏色【答案】B【解析】鐵不與冷、熱水反應，鐵只能與水蒸氣在高溫條件下反應生成Fe3O4和H2；Fe3O4與HCl反應生成FeCl3(棕黃色)和FeCl2(淺綠色)?；A練1．下列敘述正確的是()A．純鐵為灰黑色，所以鐵屬于黑色金屬B．鐵在硫蒸氣中燃燒生成Fe2S3C．純鐵的抗腐蝕能力非常強，鐵在干燥的空氣里不易被氧化D．足量的鐵在氯氣中燃燒生成FeCl2和FeCl3【答案】C【解析】A.在冶金上，把鐵歸為黑色金屬，但純鐵為銀白色，故A不選；B.鐵在硫蒸氣中燃燒生成FeS，故B不選；C.由于純鐵不易形成原電池，所以純鐵的抗腐蝕能力非常強，鐵在干燥的空氣里不易被氧化，故C選；D.鐵在氯氣中燃燒只生成FeCl3，不會生成FeCl2，故D不選。故選C?！军c睛】鐵在氯氣中燃燒只能生成FeCl3，即使鐵過量，過量的鐵也不會和生成的FeCl3生成FeCl2，鐵和FeCl3生成FeCl2的反應需要在溶液中進行。2．有關鐵的敘述中不正確的是（）A．鐵能被磁鐵吸引 B．人體的血紅蛋白中含有鐵元素C．在空氣中能劇烈燃燒 D．鐵能與水蒸氣反應【答案】C【解析】A.鐵能被磁鐵吸引，A項說法正確；B.人體的血紅蛋白中含有鐵元素，B項說法正確C.鐵在氧氣中能劇烈燃燒，在空氣中不燃燒。故C項錯誤；D.鐵能與水蒸氣在高溫條件下反應生成四氧化三鐵和氫氣，故D說法正確；故答案為C。3．下列氯化物，不能用單質直接反應制得的是()A．CuCl2B．FeCl2C．NaClD．HCl【答案】B【解析】本題考查氯氣的化學性質，氯氣具有強氧化性，和鐵化合生成物是氯化鐵，B不正確，其余都是可以用單質直接反應制得的，答案為B。4．下列關于鐵與水蒸氣反應的敘述不正確的是()A．是氧化還原反應B．鐵是還原劑C．需在高溫條件下進行D．產物是氧化鐵和氫氣【答案】D【解析】據(jù)3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高溫))Fe3O4＋4H2可知反應產物為Fe3O4而非氧化鐵，D項錯誤。5．已知鈉、鐵都能與水反應，下列敘述不正確的是()A．它們反應的難易程度不同B．它們反應的產物不完全相同C．都需在高溫條件下進行D．反應類型都是置換反應【答案】C【解析】據(jù)2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑、3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高溫))Fe3O4＋4H2可知，兩反應條件不同，難易程度不同，產物不完全相同，均為置換反應，所以C項錯誤。6．高爐煉鐵的生產中，下列說法正確的是()A．焦炭和一氧化碳都是還原劑B．采用富氧空氣可以得到純鐵C．加石灰石的目的主要是為了得到CO2D．用于冶煉生鐵的礦石主要有磁鐵礦、赤鐵礦和黃鐵礦【答案】A【解析】高爐煉鐵的生產中，焦炭燃燒生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反應生成一氧化碳，一氧化碳還原鐵的氧化物，在反應中焦炭和一氧化碳是還原劑，A正確；采用富氧空氣是為了焦炭能充分燃燒，B不正確；加石灰石的目的主要是為了造渣，C不正確；黃鐵礦中鐵的含量低，一般不用于冶煉生鐵，D不正確。7．下列有關金屬及其化合物的說法正確的是()A．鈉在空氣中燃燒生成白色固體Na2O2B．過量鐵粉在氯氣中燃燒，可以生成FeCl2C．鐵在高溫下與水蒸氣反應生成Fe3O4和H2D．鐵在潮濕的空氣中不發(fā)生任何反應【答案】C【解析】鈉在空氣中燃燒的產物是過氧化鈉，過氧化鈉是淡黃色固體，故A錯誤；氯氣的氧化性較強，無論鐵粉是否過量，在氯氣中燃燒均生成FeCl3，故B錯誤；鐵在高溫下與水蒸氣反應生成Fe3O4和H2，故C正確；鐵在潮濕空氣中會生銹形成Fe2O3，故D錯誤。8．如圖所示，在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。用試管收集產生的經干燥的氣體，并靠近火焰點燃。(1)所觀察到現(xiàn)象是__________________，有關反應的化學方程式是____________。(2)干燥管內可裝入的試劑是______________，其作用是________________。干燥管還可用________(裝置)代替。(3)玻璃管中石棉絨的作用是________________。實驗開始時應先點燃________，實驗結束時，應先熄滅________。【答案】(1)紅熱的鐵與水蒸氣反應，放出氣體，這種氣體點燃時，能燃燒且發(fā)出爆鳴聲3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高溫))Fe3O4＋4H2(2)堿石灰(或無水CaCl2、硅膠等)吸收水蒸氣，使收集的氫氣易點燃U形管(3)鐵粉的載體，增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積A處酒精燈B處酒精燈【解析】高溫下，F(xiàn)e與H2O(g)反應生成Fe3O4和H2。鐵粉和Fe3O4均為黑色，因此實驗過程中固體顏色無明顯變化，但產物H2可用點燃的方法證明。石棉絨成分為硅酸鹽，它耐高溫且性質穩(wěn)定，是鐵粉的載體。能力練9．某化學興趣小組利用如圖裝置進行“鐵與水蒸氣反應”的實驗，并檢驗產物的性質，下列說法正確的是()A．實驗時，應先點燃B處的酒精燈，再點燃A處的酒精燈B．B中發(fā)生反應的化學方程式是：2Fe+3H2O(g)Fe2O3+3H2↑C．B中生成1molH2時，E處有1molCuO被還原D．堿石灰的作用是吸收水蒸氣【答案】D【解析】A.實驗時，應先點燃A處的酒精燈，再點燃B處的酒精燈，防止鐵被氧氣氧化，故A錯誤；B.B中發(fā)生反應的化學方程式是：3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2↑，故B錯誤；C.B中生成1molH2時，由于H2先排除裝置內空氣，再與CuO反應，因此E處有CuO被還原物質的量小于1mol，故C錯誤；D.堿石灰的作用是吸收水蒸氣，干燥H2，故D正確。綜上所述，答案為D。10．下列物質反應后一定有＋3價鐵生成的是（）①過量的Fe與Cl2反應②Fe與過量稀硫酸反應③FeCl2溶液中通入少量Cl2④Fe和Fe2O3的混合物溶于鹽酸中A．只有① B．只有①③ C．只有①②③ D．全部【答案】B【解析】①Fe與Cl2反應，Cl2是強氧化劑，發(fā)生反應2Fe+3Cl2=2FeCl3，①滿足題意；②稀硫酸不是強氧化性酸，不論稀硫酸是否過量與Fe反應生成的都是硫酸亞鐵，②不滿足題意；③FeCl2溶液中通入少量Cl2，氯氣是強氧化劑，可以把氯化亞鐵氧化為+3價鐵，③滿足題意；④Fe和Fe2O3的混合物溶于鹽酸中，F(xiàn)e2O3溶于鹽酸生成氯化鐵，如果鐵足量，可發(fā)生Fe+2FeCl3=3FeCl2，所以不一定生成+3價鐵，④不滿足題意；反應后一定有＋3價鐵生成的是①③，答案選B。11．下列既能由金屬和氯氣直接制取，又能由金屬和鹽酸直接制取的是A．FeCl2 B．AlCl3 C．FeCl3 D．CuCl2【答案】B【解析】A．Fe和Cl2加熱條件下反應生成FeCl3，故FeCl2不能由金屬和氯氣直接反應得到，故A不符合題意；B．Al和Cl2加熱條件下反應生成AlCl3，Al和鹽酸反應生成AlCl3和H2，故B符合題意；C．Fe和Cl2加熱條件下反應生成FeCl3，F(xiàn)e和鹽酸反應生成FeCl2和H2，故C不符合題意；D．Cu和Cl2加熱條件下反應生成CuCl2，但Cu與鹽酸不反應，故D不符合題意；答案選B。12．鐵在一定條件下與Cl2、O2、S反應的產物分別為FeCl3、Fe3O4、FeS，下列有關說法正確的是()A．三種非金屬單質中，S的氧化性最弱B．等量的鐵分別與Cl2、O2、S反應，轉移的電子數(shù)相等C．反應生成的三種產物都只具有氧化性D．反應生成的三種產物都是易溶于水的固體【答案】A【解析】根據(jù)反應后鐵元素的價態(tài)，可知S的氧化性最弱，A項正確；反應產物中鐵元素的價態(tài)不同，等量的鐵分別與Cl2、O2、S反應，轉移的電子數(shù)不相等，B項錯誤；Fe3O4和FeS中含有＋2價的鐵元素，也具有一定的還原性，C項錯誤；Fe3O4和FeS難溶于水，D項錯誤。13．鐵與水蒸氣反應實驗改進前后的裝置如圖所示：下列說法錯誤的是()A．將濕棉花改為浸水的尿不濕，酒精燈由單頭改為雙頭，可提供足量的水蒸氣B．用具支試管可將試管口附近冷凝的水導出，避免冷凝水與灼熱鐵粉接觸C．肥皂水改為吹泡泡水，收集H2效果更好，點燃效果更明顯D．懸掛的磁鐵僅能吸引反應鐵粉，不能吸引反應產物【答案】D【解析】A．原裝置加熱試管提供水蒸氣，F(xiàn)e與水蒸氣高溫下反應生成氫氣，則將濕棉花改為浸水的尿不濕，酒精燈由單頭改為雙頭，可提供足量的水蒸氣，故A正確；B．Fe與冷水不反應，則具支試管可將試管口附近冷凝的水導出，避免冷凝水與灼熱鐵粉接觸，故B正確；C．肥皂水改為吹泡泡水，更易產生泡沫，現(xiàn)象明顯，收集H2效果更好，點燃效果更明顯，故C正確；D．鐵、四氧化三鐵均可被磁鐵吸引，則懸掛的磁體不僅能吸引鐵粉，也能吸引反應產物四氧化三鐵，故D錯誤；故選D。14．下列氯化物既可以由氯氣與金屬反應制得，又可以由金屬與鹽酸反應制得的是A．AlCl3 B．FeCl2 C．FeCl3 D．CuCl2【答案】A【解析】A.單質鋁與氯氣或鹽酸反應均生成AlCl3，A正確；B.鐵與鹽酸反應生成FeCl2，與氯氣反應生成氯化鐵，B錯誤；C.鐵與鹽酸反應生成FeCl2，與氯氣反應生成氯化鐵，C錯誤；D.銅與氯氣反應生成CuCl2，銅與鹽酸不反應，D錯誤；答案選A。15．等物質的量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣在一定條件下充分反應，則在相同的條件下，產生氫氣的體積比是()A．1∶1 B．3∶4C．2∶3 D．4∶3【答案】B【解析】設Fe的物質的量為1mol，則Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑1mol1mol3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(△))Fe3O4＋4H21moleq\f(4,3)mol相同條件下體積之比等于物質的量之比，則兩反應中生成H2體積之比為：1∶eq\f(4,3)＝3∶4，故選B。16．用一定量的鐵與足量的稀硫酸及足量的CuO反應制取單質銅，有人設計了以下兩種方案：①Feeq\o(→,\s\up15(H2SO4))H2eq\o(→,\s\up15(CuO))Cu，②CuOeq\o(→,\s\up15(H2SO4))CuSO4eq\o(→,\s\up15(Fe))Cu。若按實驗原則進行操作，則兩者制得單質銅的量為()A．一樣多 B．①多C．②多 D．無法判斷【答案】C【解析】氣體還原金屬氧化物時，需先排凈空氣，且還原得到的金屬單質需在還原氣氛中冷卻。鐵的量一定，轉移的電子數(shù)一定。由于H2還原CuO的實驗中開始需消耗H2排凈裝置中的空氣，實驗結束后，銅需在H2氛圍中冷卻，所以能夠用于還原CuO的H2量減少，根據(jù)電子守恒原理可知，①制得銅較少。對于方案②來說，鐵完全用于置換銅，所以②多。17．在常溫下，F(xiàn)e與水并不起反應，但在高溫下，F(xiàn)e與水蒸氣可發(fā)生反應。應用下列裝置，在硬質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與水蒸氣的反應實驗”。請回答該實驗中的問題。（1）寫出該反應的反應方程式：________________________________________，并指明該氧化還原反應的還原劑是_____________，氧化劑是____________。（2）實驗前必須對整套裝置進行氣密性檢查，操作方法是______________________。（3）圓底燒瓶中盛裝的水，該裝置受熱后的主要作用是________________________，燒瓶底部放置了幾片碎瓷片，碎瓷片的作是__________________________________。（4）酒精燈和酒精噴燈點燃的順序是________________________________________。（5）干燥管中盛裝是的物質是___________________，作用是___________________。【答案】3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2FeH2O在玻璃管口A處接一斷乳膠管，乳膠管頭上連一段玻璃管，并將管口沒入水中，用酒精燈火焰微熱燒瓶底部，如果能夠觀察到沒入水中的玻璃管口有氣體逸出，停止加熱后，玻璃管內有水柱上升，且較長時間水柱不回落，則標明該套裝置氣密性良好為硬質玻璃管內Fe與水蒸氣的反應實驗提供持續(xù)不斷的水蒸氣防止爆沸事故的發(fā)生先點燃酒精燈，產生水蒸氣后，再點燃酒精噴燈；防止先點燃酒精噴燈所導致的Fe與O2的反應堿石灰干燥劑除去反應產生的H2中的水蒸氣【解析】【分析】鐵與水蒸氣在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應生成四氧化三鐵和氫氣，實驗時先加熱酒精燈，以提供水蒸氣，且排除空氣，防止鐵與氧氣反應，生成氫氣可用堿石灰干燥，用點燃的方法檢驗氫氣，注意防止不純的氣體爆炸，以此解答該題?！驹斀狻?1)鐵與水蒸氣發(fā)生氧化還原反應：3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，根據(jù)化合價升降來判斷氧化劑和還原劑，因鐵元素的化合價升高，則鐵作還原劑，水中氫元素的化合價降低，水作氧化劑；(2)實驗前必須對整套裝置進行氣密性檢查，檢查方法是在玻璃管口A處接一斷乳膠管，乳膠管頭上連一段玻璃管，并將管口沒入水中，用酒精燈火焰微熱燒瓶底部，如果能夠觀察到沒入水中的玻璃管口有氣體逸出，停止加熱后，玻璃管內有水柱上升，且較長時間水柱不回落，則標明該套裝置氣密性良好；(3)因為反應物為水蒸氣與鐵，所以這里加熱的目的就是提供水蒸氣，燒瓶底部應事先放置碎瓷片，放碎瓷片的目的是防止暴沸；(4)空氣中的氧氣會和金屬鐵反應，為防止氧氣干擾，應該先點燃酒精燈，產生水蒸氣，并除去裝置內空氣，后再點燃酒精噴燈，可防止加熱鐵粉時與空氣中氧氣反應；(5)干燥管應只能盛裝固體干燥劑，一般為堿石灰，用于干