新教材2023年高中化學(xué)第三章鐵金屬材料第一節(jié)鐵及其化合物第1課時鐵及其氧化物課件新人教版必修第一冊

第1課時鐵及其氧化物1.了解鐵與某些非金屬單質(zhì)、酸和鹽溶液的反應(yīng),及與不同的氧化劑反應(yīng)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(yīng),并通過鐵與水蒸氣反應(yīng)實驗原理的探究,分析可能的產(chǎn)物,培養(yǎng)科學(xué)探究的能力。3.了解鐵的氧化物的性質(zhì)及應(yīng)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(biāo)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(rèn)知的化學(xué)學(xué)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(yīng)用的學(xué)習(xí),體會化學(xué)對社會發(fā)展的重要意義。目標(biāo)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(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。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(yīng)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(dǎo)熱

性。鐵能導(dǎo)電,但其導(dǎo)電性不如銅和鋁。鐵能被磁體吸引。

2.鐵的化學(xué)性質(zhì)。鐵的化學(xué)性質(zhì)比較活潑,能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式,是離子反應(yīng)的,只寫離子方程式。(1)鐵與非金屬反應(yīng)。

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

)(2)鐵在化學(xué)反應(yīng)中,只能失去電子,顯還原性,做還原劑。(

)(3)鐵在加熱條件下與液態(tài)水或水蒸氣均能反應(yīng)。(

)(4)Fe分別與氯氣和鹽酸反應(yīng)所得氯化物相同。(

)(5)Fe在少量Cl2中燃燒生成FeCl2,在足量Cl2中燃燒生成FeCl3。(

)×√×××(6)鐵與水蒸氣的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)。(

)(7)鐵與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式為2Fe+6H+══2Fe3++3H2↑。(

)(8)鐵在純氧中燃燒生成Fe3O4。(

)(9)工業(yè)上在高溫條件下用CO還原含F(xiàn)e2O3的鐵礦石煉鐵。(

)√×√√三、鐵的氧化物

微判斷2(1)氧化鐵、四氧化三鐵都具有磁性。(

)(2)Fe2O3常用作油漆、油墨的紅色顏料。(

)(3)FeO、Fe2O3都能溶于水生成相應(yīng)的堿。(

)×√×一、鐵的化學(xué)性質(zhì)

重難歸納1.鐵與氧化性不同的氧化劑反應(yīng),顯示不同的化合價。

(3)鐵與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)的離子方程式:Fe+2H+══Fe2++H2↑。(4)鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的離子方程式:Fe+Cu2+══Fe2++Cu。2.鐵與水蒸氣的反應(yīng):(1)鐵與冷水、熱水不能反應(yīng),只能與水蒸氣在高溫下反應(yīng)。

(3)鐵與水反應(yīng)的實質(zhì)同Na一樣,都是置換出水電離產(chǎn)生的H+,但是不能得到鐵的氫氧化物。通過將熾熱的鐵水注入設(shè)計好的模具中可以生產(chǎn)鑄鐵用品。

(1)在鋼鐵的生產(chǎn)過程中,熾熱的鐵水注入模具之前,模具必須進行充分干燥,這樣操作的原因是什么?(2)設(shè)計如圖所示裝置,進行還原鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的實驗。思考并分析裝置中A、B、C各部分的設(shè)計意圖并預(yù)測反應(yīng)現(xiàn)象。你還能設(shè)計出哪些實驗裝置?提示:(1)因為熾熱的鐵可以與水蒸氣反應(yīng),反應(yīng)的化學(xué)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(yīng),生成四氧化三鐵。(2)A處提供反應(yīng)需要的水蒸氣;B處提供反應(yīng)需要的“高溫”條件;C處檢驗反應(yīng)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(shè)計如下實驗裝置:方法一方法二典例剖析某化學(xué)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(yīng)”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(yīng)的化學(xué)方程式:

,該反應(yīng)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(yīng)先點燃

處的酒精燈(或酒精噴燈),點燃E處酒精燈之前應(yīng)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(yīng)的水蒸氣,干燥H2(4)黑色固體變成紅色,玻璃管內(nèi)壁上有水珠生成(5)A收集H2并檢驗其純度解析:(1)B中發(fā)生的反應(yīng)是3Fe+4H2O(g)

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

Cu+H2O,故實驗現(xiàn)象是黑色固體變紅,且玻璃管內(nèi)壁上有水珠生成。(5)應(yīng)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(yīng)首先檢驗H2的純度。學(xué)以致用1.有下述三個實驗:①將鐵釘放入CuSO4溶液中,Fe+CuSO4══Cu+FeSO4;②向硫酸亞鐵溶液中滴入幾滴濃硝酸,3FeSO4+6HNO3══Fe2(SO4)3+Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O;③將鐵釘放入氯化鐵溶液中,Fe+2FeCl3══3FeCl2。下列判斷正確的是(

)。A.實驗①和③中鐵作還原劑B.實驗②中Fe2+既顯氧化性又顯還原性C.氧化性:Fe2+>Cu2+D.實驗③中反應(yīng)的離子方程式為Fe+Fe3+══2Fe2+答案:A解析:實驗②中Fe2+只顯還原性;實驗①證明氧化性:Cu2+>Fe2+;實驗③中反應(yīng)的離子方程式為Fe+2Fe3+══3Fe2+。2.某學(xué)習(xí)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(xué)認(rèn)為試管b中收集到的氣體可點燃,且產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰B.乙同學(xué)認(rèn)為試管a中生成的黑色固體可能為四氧化三鐵C.丙同學(xué)認(rèn)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(yīng)D.丁同學(xué)認(rèn)為用鹽酸溶解固體生成物所得溶液有顏色答案:C解析:在高溫下鐵與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和四氧化三鐵。試管b中收集到的氣體為氫氣可點燃,且產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰,A正確;試管a中生成的黑色固體為四氧化三鐵,B正確;鐵在加熱條件下與液態(tài)水不反應(yīng),丙同學(xué)的觀點錯誤,C錯誤;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、鐵的氧化物的化學(xué)性質(zhì)

重難歸納1.穩(wěn)定性:Fe2O3、Fe3O4較穩(wěn)定;FeO不穩(wěn)定,受熱能氧化為Fe3O4。2.與酸反應(yīng):FeO、Fe2O3都是堿性氧化物,都能與酸反應(yīng)生成鹽和水。3.四氧化三鐵中鐵元素化合價為+2、+3價,Fe3O4的組成可用FeO·Fe2O3表示,但Fe3O4是純凈物。4.與C、CO、H2反應(yīng),生成單質(zhì)鐵及CO2或H2O,例如

磚瓦是用含鐵等元素的黏土隔絕空氣燒制而成的。當(dāng)燒窯作業(yè)臨近結(jié)束時,若用淋水的辦法來降低溫度,窯內(nèi)處于還原性氣氛,則磚呈青色,稱青磚;若用捅開窯頂自然冷卻的辦法,則磚呈紅色,稱紅磚。實際上這些都與鐵的氧化物的性質(zhì)有關(guān),其中Fe3O4可以看成Fe2O3·FeO,你能寫出它與鹽酸反應(yīng)的離子方程式嗎?提示:根據(jù)FeO·Fe2O3可知Fe3O4與鹽酸反應(yīng)生成Fe2+、Fe3+的物質(zhì)的量之比為1∶2,Fe3O4與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為Fe3O4+8H+══Fe2++2Fe3++4H2O。典例剖析下列關(guān)于鐵的氧化物的說法正確的是(

)。A.赤鐵礦的主要成分是Fe3O4B.鐵的三種氧化物都能與鹽酸反應(yīng),且均只生成一種鹽C.鐵與水蒸氣在高溫下的反應(yīng)產(chǎn)物是Fe2O3和H2D.Fe2O3俗稱鐵紅,常用作制造油漆、涂料的紅色顏料答案:D解析:赤鐵礦的主要成分是Fe2O3;Fe3O4與鹽酸反應(yīng)同時生成氯化亞鐵、氯化鐵和水;鐵與水蒸氣在高溫下反應(yīng),生成Fe3O4和H2。答案為D。學(xué)以致用1.下列關(guān)于鐵的氧化物說法錯誤的是(

)。A.鐵的氧化物在通常狀況下都是有色固體B.四氧化三鐵是一種復(fù)雜的鐵的氧化物,它與鹽酸反應(yīng)后的溶液中同時存在Fe2+和Fe3+C.氧化鐵是鐵銹的主要成分,因此氧化鐵俗稱鐵銹D.工業(yè)上常使用鐵的氧化物作原料冶煉鐵答案:C解析:鐵的氧化物在通常狀況下都是有色固體,如氧化鐵是紅棕色固體,氧化亞鐵和四氧化三鐵都是黑色固體,A項正確。四氧化三鐵是一種復(fù)雜的鐵的氧化物,可看作FeO·Fe2O3,它與鹽酸反應(yīng)后的溶液中同時存在Fe2+和Fe3+,B項正確。鐵銹的主要成分Fe2O3·xH2O,Fe2O3俗稱鐵紅,C項錯誤。工業(yè)上常使用鐵的氧化物作原料,用一氧化碳冶煉鐵,D項正確。2.用足量CO還原32g某種氧化物,將生成的氣體通入足量澄清石灰水中,得到60g沉淀,則該氧化物是下列中的(

)。A.FeO

B.Fe2O3

C.CuO

D.Fe3O4答案:B解析:由生成CaCO3

60

g可得生成的CO2為26.4

g,參加反應(yīng)的CO為16.8

g,即32

g金屬氧化物中含氧元素的質(zhì)量為9.6

g,則氧化物中金屬元素的質(zhì)量為22.4

g,兩元素的質(zhì)量比為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:C解析:鐵與FeSO4溶液不反應(yīng);鐵與H2SO4溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣;鐵與AgNO3溶液發(fā)生反應(yīng),鐵片表面析出銀,質(zhì)量增加。2.在一定條件下,下列鐵與有關(guān)物質(zhì)的反應(yīng),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,故A正確;S是弱氧化劑,可將Fe氧化成FeS,故B正確;Fe與HCl反應(yīng)生成FeCl2,而不是FeCl3,故C錯誤;Fe在O2中燃燒生成Fe3O4,故D正確。3.下列關(guān)于鐵與水反應(yīng)的描述中,不正確的是(

)。A.鐵與水蒸氣反應(yīng)的產(chǎn)物是黑色的Fe2O3B.紅熱的鐵能與水蒸氣反應(yīng),放出的氣體點燃時能發(fā)出爆鳴聲C.鐵與水蒸氣的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)D.常溫下,Fe與H2O不反應(yīng),但在空氣中的O2、CO2、H2O共同作用下能發(fā)生反應(yīng)答案:A解析:鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,生成黑色的Fe3O4,A項錯誤。不純的H2在空氣中點燃時能發(fā)出爆鳴聲,B項正確。該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng),C項正確。常溫下,鐵在潮濕的空氣中被緩慢氧化,D項正確。4.一定條件下,等質(zhì)量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣充分反應(yīng),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,測得其中鐵元素與氧元素的質(zhì)量之比為21∶8,則這種混合物中FeO、Fe2O3、Fe3O4的物質(zhì)的量之比可能為(

)。A.1∶2∶1 B.1∶2∶3C.1∶3∶1 D.1∶1∶3答案:D解析:由鐵元素與氧元素的質(zhì)量之比為21∶8,求得

,所以Fe3O4物質(zhì)的量的多少不影響混合物中鐵元素與氧元素的質(zhì)量比。Fe3O4可看作FeO·Fe2O3,故只要FeO、Fe2O3的物質(zhì)的量之比為1∶1即可。6.用如圖所示裝置進行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)Fe2O3+3H2C.裝置C中加入的固體干燥劑可能是堿石灰D.點燃裝置D處的氣體前必須檢驗氣體的純度B解析: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,故需要用堿石灰等不與H2反應(yīng)的干燥劑進行干燥,C項正確;不純的H2在點燃時可能會發(fā)生爆炸,故在點燃H2前必須檢驗其純度,D項正確。7.在一定條件下用普通鐵粉與水蒸氣反應(yīng)可以得到鐵的