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(xué)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(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。

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(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)鐵在加熱條件下與液態(tài)水或水蒸氣均能反應(yīng)。(

)(3)Fe分別與氯氣和鹽酸反應(yīng)所得氯化物相同。(

)(4)鐵與水蒸氣的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)。(

)×××√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(xué)方程式為6FeO+O22Fe3O4。微思考2Fe3O4的化學(xué)式可以寫成FeO·Fe2O3的形式,那么Fe3O4是混合物嗎?為什么通常認(rèn)為Fe3O4不是堿性氧化物?提示:Fe3O4是一種復(fù)雜的化合物,不是混合物。Fe3O4和鹽酸反應(yīng)生成兩種鹽,所以認(rèn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)的化學(xué)方程式)。2.鐵的氫氧化物的化學(xué)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(yīng)生成。(

)××一鐵的化學(xué)性質(zhì)問題探究通過鑄造工藝可以將熾熱的鐵水注入設(shè)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(jìn)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(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)設(shè)計如圖所示裝置,進(jìn)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: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(yīng),顯示不同的化合價。(1)鐵與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式:2Fe+3Cl22FeCl3。(2)加熱條件下,鐵與弱氧化性的S單質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式:Fe+SFeS。(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。注意: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,Fe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。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)。

典例剖析【例1】

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(jìn)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(jìn)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(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。(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(jìn)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.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(qiáng)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(yīng)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(xué)習(xí)小組進(jìn)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。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,A正確;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,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;丁同學(xué)認(rèn)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(xué)用現(xiàn)配制的FeSO4溶液與煮沸過冷卻后的NaOH溶液反應(yīng)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(xué)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(jī)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(jìn)。2.防止Fe(OH)2被氧化的方法。防止Fe(OH)2被氧化的關(guān)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(hù)氣,如H2、N2、稀有氣體等。(4)在亞鐵鹽溶液上面加保護(hù)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(yīng)預(yù)先加入的試劑是

,裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是

。

(2)實驗開始時應(yīng)先將活塞a

(填“打開”或“關(guān)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(yīng)的化學(xué)方程式為

。

答案:(1)鐵屑Fe+2H+══Fe2++H2↑(2)打開(3)關(guān)閉活塞a,使FeSO4溶液被壓入裝置B中進(jìn)行反應(yīng)(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(yīng)預(yù)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(dǎo)管進(jìn)入裝置B,趕走裝置中的空氣。(3)關(guān)閉活塞a,氣體不能逸出,壓迫裝置A中的液體通過導(dǎo)管進(jìn)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(jìn)入裝置B,O2與Fe(OH)2發(fā)生反應(yīng),使Fe(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3紅褐色沉淀。學(xué)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(jī)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(yīng)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(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: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(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,