人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物学案

课时1　铁的单质、氧化物和氢氧化物

一、铁的单质

1．铁元素的存在

铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位，主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中。

2．铁的冶炼

(1)铁是目前产量最大，使用最广泛的金属。春秋初年，我国已掌握冶铁技术。

(2)工业炼铁的原理是用还原方法把铁从铁矿石中提炼出来。高炉炼铁是用CO还原铁矿石(如Fe2O3)的化学方程式为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。

3．物理性质

铁有延展性和导热性。铁能导电，但其导电性不如铜和铝。铁能被磁体吸引。

4．铁的化学性质

铁的化学性质比较活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。

(1)铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应

①铁与氯气反应的化学方程式：2Fe＋3Cl22FeCl3。

②加热条件下，铁与弱氧化性的S单质反应的化学方程式：Fe＋SFeS。

③铁与盐酸(稀硫酸)反应的离子方程式：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

④铁与硫酸铜溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。

(2)实验探究铁粉与水蒸气的反应

微点拨：湿棉花的作用是提供水蒸气。

5．人体中的铁元素

人体中的含铁化合物主要分为两类，即功能性铁和储存铁。人体缺铁，就会发生贫血。我国已实施在某些酱油中加入铁强化剂的措施。

二、铁的氧化物

微点拨：(1)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。(2)12FeO＋2O24Fe3O4。

三、铁的氢氧化物

1．实验探究铁的氢氧化物的生成与转化

在两支试管中分别加入少量的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，生成红褐色沉淀，原因是Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(填反应的离子方程式)。

(2)在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液，生成白色沉淀，原因是Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(填反应的离子方程式)，沉淀迅速变成灰绿色最后会有红褐色沉淀生成，原因是4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(填反应的化学方程式)。

2．Fe(OH)2、Fe(OH)3的比较

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Fe在空气中燃烧生成黑色的Fe2O3。 (　　)

(2)Fe与所有酸可以反应均生成Fe3＋。 (　　)

(3)FeO、Fe2O3、Fe3O4均为碱性氧化物。 (　　)

(4)Fe(OH)2易转化为Fe(OH)3，表现强氧化性。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2．下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是(　　)

A．反应中有氢气产生

B．此反应需在高温条件下才能发生

C．生成的铁的化合物中铁全部呈＋3价

D．该反应中水作氧化剂

[答案]　C　

3．下列物质与铁反应只生成＋2价铁化合物的是________(填序号)

①稀硫酸　②CuCl2溶液　③Cl2　④S　⑤O2　⑥H2O(g)

[答案]　①②④

1．Fe与所有酸反应均生成Fe2＋吗？请分析。

[答案]　Fe与一般酸(如HCl、稀硫酸、CH3COOH等)反应生成Fe2＋与H2，Fe与强氧化性酸(如HNO3)反应可以生成Fe3＋，不能放出H2。

2．如下图所示

(1)实验时，是先加热湿棉花还是先加热还原铁粉？

(2)点燃肥皂液时有什么现象？

(3)该实验中湿棉花的作用是什么？

[答案]　(1)先加热湿棉花，让水蒸气充满装置。

(2)爆鸣声，也可能燃烧。

(3)提供水蒸气。

1．铁的主要性质

(1)Fe

(2)Fe

(3)FeFe3O4

2．铁与H2O(g)反应应注意

(1)实验结束时，先将导气管撤出，再移动酒精灯，以防止倒吸。

(2)铁不能与冷水、热水反应，但高温下能与水蒸气反应。

(3)铁与水蒸气反应的实验中，湿棉花的作用是加热时产生水蒸气。

1．在一定条件下，铁与有关物质的反应，所得产物错误的是(　　)

A．FeFeCl3　　　 B．FeFeS

C．FeFe(OH)3 D．FeFe3O4

C　[Cl2是强氧化剂，可将Fe氧化成FeCl3，故A正确；S是弱氧化剂，可将Fe氧化成FeS，故B正确；Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4，而不是Fe(OH)3，故C错误；Fe在O2中燃烧生成Fe3O4，故D正确。]

2．用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验，下列有关说法不正确的是(　　)

A．装置A的作用是为实验提供持续不断的水蒸气

B．装置B中反应的化学方程式是2Fe＋3H2O(g)Fe2O3＋3H2

C．装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰

D．点燃装置D处的气体前必须检验气体的纯度

B　[装置A是将液态H2O转化为气态，与装置B中的铁粉在高温下发生反应，A项正确；铁粉与H2O(g)在高温下发生反应，生成Fe3O4和H2，B项错误；因生成的H2中含有较多的水蒸气，故需要用碱石灰等不与H2反应的干燥剂进行干燥，C项正确；不纯的H2在点燃时可能会发生爆炸，故在点燃H2前必须检验其纯度，D项正确。]

1．向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液，生成的白色沉淀迅速变为灰绿色，不能得到白色沉淀Fe(OH)2，为什么？

[答案]　Fe(OH)2具有强还原性，遇O2被氧化。

2．实验室要制取Fe(OH)2，关键是什么？

[答案]　关键是避免生成的Fe(OH)2接触O2。

1．防止Fe(OH)2被氧化的方法

(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，除去其中的氧气。

(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管内的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。

(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。

(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。

2．实验装置的改进

【典例】　如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。

填写下列空白：

(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是_________________________。

(2)实验开始时先将止水夹E________(填“打开”或“关闭”)，C中收集到气体的主要成分是________。

(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：_________________。

(4)拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：__________________________________。

[解析]　实验开始时先打开止水夹E，让生成的H2把A、B装置中的空气排出，让Fe(OH)2在H2气氛中生成，以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭止水夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。

[答案]　(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　(2)打开　H2　(3)关闭止水夹E，A中压强增大，把FeSO4溶液压入B瓶中进行反应　(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

3．实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2，为了使生成的产物不容易被氧化，下列说法不正确的是(　　)

A．配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸

B．可在FeCl2溶液的上面加一层苯，以隔绝空气

C．向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，胶头滴管尖嘴不能伸入溶液内

D．产生Fe(OH)2沉淀后，不能振荡试管

C　[A对，FeCl2溶液和烧碱溶液要现用现配，且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气，确保Fe(OH)2在无氧环境中生成。B对，在FeCl2溶液的上面加一层苯或一层油，以隔绝空气。C错，向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时，要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中，防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气而溶有氧气。D对，产生Fe(OH)2沉淀后，若振荡试管，会增大沉淀与空气接触的机会，使沉淀更易被氧化。]

4．在如图所示装置中，用不含O2的NaOH溶液、铁屑和稀硫酸制备。

(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是_______________。

(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是____________。

(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是______________。

(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_____________________________________________________。

[解析]　试管Ⅱ是开口式的，无法利用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中进行，而在试管Ⅱ中应加入不含O2的NaOH溶液。当把Fe与稀硫酸放入试管Ⅰ后，产生的H2可通过试管Ⅰ内的短导管排出试管Ⅰ内的空气，然后经过止水夹进入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内的空气。最后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管Ⅰ内生成的FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在此过程中，液体都处于H2氛围中，从而避免了溶解在溶液中的O2将反应生成的Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3。

[答案]　(1)稀硫酸、铁屑　(2)不含O2的NaOH溶液　(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹　(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入装置

1．常温下，将铁片放入下列溶液中，不发生反应的是(　　)

A．稀硫酸 B．氯水   

C．氢氧化钠溶液   D．硫酸铜溶液

C　[铁与稀硫酸反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑；氯水呈酸性、强氧化性可以和铁反应； 铁与硫酸铜发生置换反应：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu；铁与氢氧化钠溶液不发生反应，C项符合题意。]

2．下列说法正确的是(　　)

A．铁与酸反应一定生成盐和氢气

B．铁与氯气反应的产物与二者的量有关

C．铁的氧化物属于金属氧化物，也属于碱性氧化物

D．铁与水蒸气在高温下的反应属于置换反应，故一定是氧化还原反应

D　[Fe与盐酸、稀硫酸等非氧化性酸反应生成盐和H2，但与HNO3等氧化性酸反应不产生H2，A项错误；Fe与Cl2在加热时反应生成FeCl3，与二者的量无关，B项错误；Fe3O4是金属氧化物，但不符合碱性氧化物的定义，故不属于碱性氧化物，C项错误；置换反应一定属于氧化还原反应，D项正确。]

3．下列关于铁的氧化物说法错误的是(　　)

A．铁的氧化物在通常状况下都是有色固体

B．四氧化三铁是一种复杂的铁的氧化物，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2＋和Fe3＋

C．氧化铁是铁锈的主要成分，因此氧化铁俗称铁锈

D．工业上常使用铁的氧化物作原料冶炼铁

C　[铁的氧化物在通常状况下都是有色固体，如氧化铁是红棕色固体，氧化亚铁和四氧化三铁都是黑色固体，故A正确；四氧化三铁是一种复杂的铁的氧化物，可看作是由FeO、Fe2O3组成的化合物，它与盐酸反应后的溶液中同时存在Fe2＋和Fe3＋，B正确；铁锈的主要成分Fe2O3·xH2O，故C错误；工业上常使用铁的氧化物作原料，用一氧化碳冶炼铁，故D正确。]

4．将一小块钠投入盛5 mL FeCl2的试管里，不可能观察到的现象是(　　)

A．钠熔成小球并在液面上游动

B．有无色无味的气体生成

C．溶液底部有银白色物质生成

D．溶液中产生的沉淀最终为红褐色

C　[钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，反应放热，钠密度小于水，所以钠熔成小球并在液面上游动，氢氧化钠与FeCl2溶液反应最终生成红褐色氢氧化铁。]

5．(素养题)应用下列装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气反应的实验”。

请回答该实验中的问题。

(1)实验开始首先进行的操作为_______________。

(2)硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为_____________。

(3)圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后的主要作用是_____________________________________________________；

烧瓶底部放置了几片碎瓷片，碎瓷片的作用是_____________________________________。

(4)酒精灯和酒精喷灯点燃的顺序是________________。

(5)干燥管中盛装的物质可以是________，作用是_________________________________________________________。

(6)如果要在A的玻璃导管口处点燃该气体，则必须对该气体进行________，这一操作的目的是______________________。

[解析]　(1)为了防止漏气，实验开始首先检查气密性。(4)点燃加热仪器的顺序要考虑实验的安全性和对实验结果的影响，在本实验中为了防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应，应该先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯。(5)干燥管中盛装的物质可以是碱石灰，作用是除去反应产生的氢气中的水蒸气。

[答案]　(1)检查装置气密性　(2)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2　(3)为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应实验提供持续不断的水蒸气　防止暴沸　(4)先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯　(5)碱石灰　除去产物H2中的水蒸气　(6)验纯　防止H2不纯而发生爆炸