人教版高中化學必修第一冊第三章鐵金屬材料第一節第1課時鐵的單質鐵的氧化物鐵的氫氧化物學案

PAGE第一節鐵及其化合物第1課時鐵的單質鐵的氧化物鐵的氫氧化物【學習目標】1.了解鐵、鐵的氧化物和氫氧化物的主要性質及在生產、生活中的應用,能用化學方程式、離子方程式正確表示相應物質的主要化學性質。(宏觀辨識與微觀探析)2.能從物質類別、元素價態的角度,依據復分解反應和氧化還原反應原理,預測鐵、鐵的氧化物和氫氧化物的化學性質和變化,設計實驗進行初步驗證,并能分析、解釋有關實驗現象。(證據推理與模型認知)學習任務一探究鐵單質的性質【新知導學】一、鐵元素的存在與冶煉1.鐵元素的存在2.鐵單質的冶煉(1)我國在西周晚期就掌握了冶鐵技術。戰國中期以后,鐵制工具在社會生產中發揮了巨大的作用。(2)工業煉鐵的原理是用還原的方法把鐵從鐵礦石中提煉出來,化學方程式為3CO+Fe2O32Fe+3CO2。二、鐵單質的性質1.物理性質鐵有良好的延展性、導熱性和導電性,還能被磁體吸引,其熔、沸點很高。2.化學性質(1)鐵與非金屬單質、酸和鹽溶液的反應寫出下列反應的化學方程式(離子反應寫離子方程式):【思考】能否根據鐵與氯氣、硫反應產物中的鐵元素價態判斷Cl2與S的氧化性強弱?提示:能。鐵與Cl2反應:鐵元素被氧化為+3價;鐵與S反應:鐵元素被氧化為+2價,則氧化性:Cl2>S。(2)實驗探究鐵粉與水蒸氣的反應實驗裝置操作現象用火柴點燃肥皂泡,聽到爆鳴聲,證明生成了H2實驗結論在高溫下,鐵能與水蒸氣反應生成H2,化學方程式為3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2注意事項:①試管口應低于試管底;②濕棉花的作用是在受熱時提供反應所需的水蒸氣;③先加熱濕棉花,讓水蒸氣充滿裝置,再加熱還原鐵粉;④實驗結束后,應先從肥皂水中撤出導管,再移開燃著的酒精燈。【思考】鐵與水蒸氣可以反應,為什么在日常生活中可以用鐵壺燒水?提示:鐵與冷水、熱水均不易反應,只有在高溫下才能與水蒸氣反應,所以可以用鐵壺燒水。【總結升華】鐵單質的性質(1)Fe只具有還原性,可以被氧化劑氧化為Fe2+、Fe3+(2)鐵單質化學性質易錯點①Fe與冷水、熱水不反應,Fe與H2O(g)高溫下反應的產物是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物是Fe3O4。③,而Fe與鹽酸反應生成FeCl2。【即學即練】1.易錯辨析(1)鐵與少量稀硫酸反應生成Fe2+,與足量稀硫酸反應則生成Fe3+。(×)提示:鐵與稀硫酸反應的實質是與H+反應,只生成Fe2+,與用量無關。(2)鐵與AgNO3、ZnCl2等鹽溶液均能發生反應生成Fe2+。(×)提示:鐵能與金屬活動性順序表中排在它之后的金屬Ag的鹽溶液發生反應,但不能與排在它之前的金屬Zn的鹽溶液發生反應。(3)1molFe與水蒸氣高溫下反應轉移83mol電子。(√)提示:鐵與水蒸氣高溫下發生反應:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,3molFe反應轉移8mol電子。2.(2026·北京房山區高一檢測)鐵是人類應用早、用量大的金屬。下列有關鐵及其化合物的說法正確的是()A.Fe粉可作保存食品的脫氧劑B.丹霞地貌巖層因含Fe3O4而呈紅色C.過量的Fe與Cl2點燃生成FeCl2D.工業煉鐵的原理是用氧化劑將鐵元素從鐵礦石中氧化出來【解析】選A。Fe粉具有還原性,可與O2反應而被氧化,可作保存食品的脫氧劑,A正確;丹霞地貌巖層因含Fe2O3而呈紅色,B錯誤;無論Fe是否過量,Fe與Cl2點燃只生成FeCl3,C錯誤;工業煉鐵的原理是用還原劑將鐵元素從鐵礦石中還原出來,D錯誤。3.實驗室中利用如圖裝置驗證鐵與水蒸氣的反應。下列說法錯誤的是()A.酒精燈點燃的順序:先①后②B.用火柴點燃肥皂泡檢驗生成的H2C.反應為2Fe+3H2O(g)Fe2O3+3H2D.熾熱的鐵水注入模具之前,模具須干燥【圖示析題】【解析】選C。先點燃①處酒精燈產生水蒸氣,趕走空氣,后點燃②處酒精燈發生反應,A正確;用木柴點燃肥皂泡,若產生尖銳的爆鳴聲,則可檢驗生成的氣體為氫氣,B正確;反應為3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,C錯誤;熾熱的鐵水注入模具之前,模具必須充分干燥,否則鐵與水蒸氣反應生成氫氣會有爆炸危險,D正確。【解題有招】鐵與水反應的“四注意”學習任務二認識鐵的氧化物與鐵的氫氧化物【新知導學】一、鐵的氧化物1.常見的鐵的氧化物化學式FeOFe2O3Fe3O4俗稱-鐵紅磁性氧化鐵顏色和狀態黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體鐵的價態+2價+3價+2價、+3價水溶性不溶不溶不溶穩定性空氣中受熱生成Fe3O4穩定穩定2.化學性質(1)與鹽酸反應(寫出離子方程式)FeO+2H+===Fe2++H2O;Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O;Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O;(2)都能被CO、H2等還原為鐵單質。FexOy+yCOxFe+yCO23.用途(1)Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡膠的紅色顏料。(2)赤鐵礦(主要成分Fe2O3)是煉鐵的原料。二、鐵的氫氧化物1.鐵的氫氧化物的制備實驗室制備氫氧化鐵和氫氧化亞鐵如圖所示:(1)圖甲實驗中觀察到的現象是有紅褐色沉淀生成,反應的離子方程式是Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓。(2)圖乙實驗中先觀察到有白色沉淀生成,在空氣中迅速變成灰綠色,最后變成紅褐色,有關反應的方程式是FeSO4+2NaOH===Fe(OH)2↓+Na2SO4;4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。【思考】為了較長時間看到白色沉淀,用于制備Fe(OH)2的氫氧化鈉溶液應該事先進行怎樣的操作?為什么?提示:煮沸。Fe(OH)2容易被氧氣氧化,故用于制備Fe(OH)2的氫氧化鈉溶液應加熱煮沸趕走溶液中的溶解氧。2.Fe(OH)2和Fe(OH)3的化學性質(1)具有堿的性質Fe(OH)2和Fe(OH)3都是不溶性堿,能與鹽酸或稀硫酸反應,離子方程式分別為Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O、Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O。(2)熱穩定性差Fe(OH)3加熱時會發生分解,化學方程式為2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。(3)Fe(OH)2易被氧化Fe(OH)2具有還原性,易被氧化,如暴露在空氣中反應的化學方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。【合作探究】【探究】鐵的氧化物及性質[情境]烤藍是鋼鐵零件表面處理的一種防腐蝕工藝。其原理就是在一定條件下使鋼鐵表面生成一定厚度和強度的致密的氧化物膜,通常呈藍黑色或黑色。(1)該氧化物膜的成分是什么?你是怎樣判斷的?提示:成分主要是Fe3O4,從顏色、穩定性分析可知,Fe2O3呈紅棕色且質地疏松,不符合,FeO易被氧化不穩定,不符合,只有Fe3O4符合。(2)沒有經過烤藍處理的鋼鐵零件,在潮濕環境中,易生成紅棕色的鐵銹,鐵銹可用什么試劑除去?提示:鐵銹的主要成分為Fe2O3·xH2O,可用酸溶解。(3)分析Fe3O4中+2價和+3價鐵的物質的量之比,試寫出與鹽酸反應的離子方程式。提示:1∶2。根據化合價代數和為零:2x+3y=8x=1,y=2。Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O。【總結升華】鐵的氧化物與氫氧化物的性質(1)鐵的氧化物的性質(2)Fe(OH)2和Fe(OH)3性質的比較化學式Fe(OH)2Fe(OH)3物質類別二元弱堿三元弱堿顏色、狀態白色固體紅褐色固體(推斷題的突破口)溶解性不溶于水不溶于水與非氧化性強酸反應Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2OFe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O穩定性Fe(OH)2FeO+H2O(隔絕空氣)2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O【即學即練】1.易錯辨析(1)Fe3O4中鐵的化合價有+2和+3價,是一種混合物。(×)提示:Fe3O4為純凈物。(2)Fe(OH)3不能利用化合反應生成。(×)提示:可由反應4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3生成。(3)由于Fe(OH)2易被氧化,所以在制備時要隔絕空氣。(√)提示:Fe(OH)2易被空氣中氧氣氧化,所以制備時必須隔絕空氣。2.有關鐵的氧化物的說法不正確的是()A.Fe3O4是黑色晶體,該晶體中每3個鐵原子中有2個顯+3價,1個顯+2價B.可用磁鐵分離鐵粉和Fe3O4粉末C.FeO不穩定,在空氣中受熱易轉化為Fe3O4D.Fe2O3俗稱鐵紅,常用作紅色油漆和涂料【解析】選B。Fe3O4具有磁性,鐵粉和Fe3O4粉末都能被磁鐵吸引,故無法利用磁鐵分離鐵粉和Fe3O4粉末[關鍵點:Fe3O4為磁鐵(吸鐵石)的主要成分],故選B。3.(2026·江門高一檢測)通過對實驗現象的觀察、分析推理得出正確的結論是化學學習的方法之一。對下列實驗事實的解釋正確的是()選項操作、現象解釋A水蒸氣與鐵粉高溫下反應生成黑色固體反應生成了FeOB生鐵長時間放置于潮濕的空氣中,表面出現紅棕色的斑點紅棕色的斑點的主要成分是Fe3O4C向鹽酸中加入少量鐵粉,鐵粉溶解Fe被氧化為Fe3+D新制Fe(OH)2露置于空氣中,最終變成了紅褐色沉淀Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3【解析】選D。水蒸氣與鐵粉高溫下反應生成黑色固體為四氧化三鐵,故A錯誤;生鐵放置于潮濕的空氣中,鐵表面有一層紅棕色的斑點為氧化鐵,四氧化三鐵為黑色固體,故B錯誤;Fe與鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣,而不是鐵離子,故C錯誤;氫氧化亞鐵易被空氣中氧氣氧化為Fe(OH)3,新制Fe(OH)2露置于空氣中一段時間,白色物質變成了紅褐色,故D正確。【題后歸納】課堂檢測效果診斷1.下列關于鐵及其化合物的說法錯誤的是()A.鐵能導電,也能被磁體吸引B.鐵元素的常見化合價有+2價和+3價C.FeO是非金屬氧化物,不能與酸發生反應D.Fe3O4具有磁性,能被磁鐵吸引【解析】選C。FeO是金屬氧化物,金屬氧化物能與酸發生復分解反應,如FeO+2HCl===FeCl2+H2O,C錯誤。【易錯警示】鐵元素的常見化合價有+2價(如FeO、FeCl2)和+3價(如Fe2O3、FeCl3),還存在+6價但不常見,如Na2FeO4。2.下列關于氧化鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵三種氧化物的說法不正確的是()A.鐵元素化合價不完全相同B.氧元素的化合價完全相同C.氧化亞鐵為黑色固體,可溶于水D.鐵在氧氣中燃燒的產物為黑色固體【解析】選C。鐵的三種氧化物中,氧元素的化合價完全相同,都為-2價;鐵元素的化合價不同,氧化鐵中鐵為+3價,氧化亞鐵中鐵為+2價,四氧化三鐵中鐵為+2價和+3價;氧化亞鐵不溶于水;鐵在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵,是一種黑色固體。3.(2026·天津武清區高一期中改編)下列關于Fe(OH)2的制備方法最成功的是()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.先將裝有NaOH溶液的長滴管插入FeSO4溶液液面下,再擠出NaOH溶液可制得Fe(OH)2白色沉淀D.取適量新配制的FeSO4溶液于試管中,再加入一層植物油(密度小于水,且不溶于水),然后向試管內逐滴加入NaOH溶液【解析】選D。向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液,生成的Fe(OH)2易被氧化,不容易制備成功,故A不符合題意;向FeSO4溶液中逐滴加入氨水,生成的Fe(OH)2易被氧化,不容易制備成功,故B不符合題意;長滴管插到FeSO4液面下,再擠出NaOH溶液可制得Fe(OH)2白色沉淀,防止Fe(OH)2被氧化,但沒有與空氣隔絕,時間稍長白色Fe(OH)2會被空氣中的O2氧化,故C不符合題意;加入一層植物油,可隔絕空氣,然后向試管內逐滴加入NaOH溶液,在植物油下方可以生成Fe(OH)2,且防止Fe(OH)2被氧化,故D符合題意。【深挖掘?教材激活】4.(溯源教材·P70資料卡片)有一種食品干燥劑——泡沫鐵粉,是鐵粉在高溫爐里加入發泡劑,使鐵粉變成疏松多孔的物質。鐵粉吸收空氣中的水分和氧氣,自己變為鐵銹,這樣食品的保質期可以大大延長,味正如初。鐵單質是由鐵礦石冶煉得到的。(1)鐵粉可以吸收水分和氧氣,被稱為“雙吸劑”。發生的化學反應為______________________________________,2Fe(OH)3===Fe2O3+3H2O。上述變化過程中,鐵元素的化合價__________(填“升高”或“降低”),氧元素發生______________(填“還原反應”或“氧化反應”),已知該脫氧保鮮劑中活性鐵粉的質量為2.8g,理論上該脫氧保鮮劑最多能夠吸收氧氣的質量為________g。

(2)假設鐵礦石的主要成分是Fe2O3,寫出Fe2O3與CO在高溫條件下發生反應生成鐵單質的化學方程式:______________________________________________。

(3)若用化學方法檢驗使用一段時間的“雙吸劑”還能否繼續使用,請設計檢驗方法為____________________________________________________________