2021学年第一节 铁及其化合物学案设计

2022-2023学年高一化学同步学习高效学与练（自主学案）

第三章  铁  金属材料

第一节  铁及其化合物

第2课时  铁的氧化物 铁的氢氧化物

课程学习目标

1．了解铁的氧化物性质及用途。

2．掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备原理及化学性质。

学科核心素养

1．通过对“铁及其氧化物”的学习，培养化学服务社会的责任意识。

2．通过对“Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备”的学习，培养实验探究和实验设计及评价的能力。

【新知学习】

一．铁的氧化物

二．铁的氢氧化物

【实验3-1】

在两支试管中分别加入少量的FeCl3和FeSO4溶液，然后各滴入NaOH溶液，然后观察并描述发生的现象。

1.FeCl3和NaOH溶液

现象：    产生红褐色沉淀   

化学方程式：        FeCl3＋3NaOH=Fe(OH)3＋3NaCl     

离子方程式：        Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓       

2.FeSO4和NaOH溶液

现象：    生成白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色   

化学方程式：      FeSO4＋2NaOH=Fe(OH)2＋Na2SO4     ；  4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3    

3.Fe(OH)2和Fe(OH)3都是  不  溶性  弱  碱，可以和酸反应。

Fe(OH)2非常容易被氧化为Fe(OH)3，加热Fe(OH)3时，失水生成红棕色的   Fe2O3   粉末。

反应方程式：    2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O     

【总结】

【知识进阶】

Fe(OH)3和Fe(OH)2的实验室制法

【问题探究】在两支试管里分别加入少量的FeCl3和新制FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液，观察并记录现象。

思考探究下列问题：

1．两试管中有什么现象？久置于空气中又有什么现象？

甲中生成红褐色沉淀，久置不变色；乙中生成白色沉淀，且沉淀迅速变成灰绿色，过一段时间后有红褐色物质生成。

2．在制备Fe(OH)2时，为什么要用新制的FeSO4溶液并将吸有NaOH溶液的胶头滴管尖嘴插入液面以下？

用新制的FeSO4溶液为了防止Fe2＋被氧化成Fe3＋；滴管尖嘴插入液面以下是为了防止生成的Fe(OH)2与O2接触而被氧化。

3．在实验中，若想长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀，除使用新制FeSO4溶液外，还应创造一个怎样的反应环境？

因为Fe(OH)2易被氧气氧化而发生颜色变化，故应尽可能创造无氧环境以防止Fe(OH)2被氧化。

【知识归纳总结】

1．防止Fe(OH)2氧化的方法

(1)含Fe2＋的溶液必须是新制的，并放入Fe粉，以防Fe2＋被氧化成Fe3＋。

(2)除去溶液中溶解的O2，其方法是加热煮沸NaOH溶液。

(3)长胶头滴管末端插入试管内的液面以下。

(4)在FeSO4溶液液面上加植物油或苯进行液封。

(5)在容器内充满H2等气体，保证无O2环境。

2．实验室制备Fe(OH)2装置的改进

改进后装置①优点：

配制溶液的蒸馏水煮沸，除去溶解的氧气，然后用苯液封，防止空气溶解，装有NaOH溶液的滴管插入液面下慢慢挤出溶液，这些操作均能防止Fe(OH)2与氧气接触，避免其被氧化，因此能较长时间观察到白色沉淀。

装置②优点：

铁粉与稀硫酸反应生成的氢气排除了装置内的空气，同时试管内剩余的氢气起到保护气的作用，防止了Fe(OH)2与氧气接触，避免其被氧化，因此能较长时间观察到白色沉淀。

【典例】下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是_________ (填序号)。

【答案】①②③

【解析】

Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。①②原理一样，都是先用铁与稀硫酸反应产生的氢气将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中；③中液面加苯阻止了空气进入；④由于空气中的氧气能迅速将Fe(OH)2氧化，因而不能较长时间看到白色沉淀。

【总结】实验室里想要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的氧气或空气。

（变式训练）下列关于氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中，不正确的是(　 　)

A．氢氧化亚铁易被空气氧化

B．氢氧化亚铁为灰绿色絮状沉淀

C．可利用如图所示装置制备氢氧化亚铁

D．实验中所用氢氧化钠溶液应预先煮沸

【答案】B

【解析】

氢氧化亚铁(纯净的)是白色絮状沉淀，易被氧气氧化，B项错误；实验室可利用亚铁盐溶液与碱溶液反应制备氢氧化亚铁，例如用FeSO4溶液与NaOH溶液反应来制备Fe(OH)2，为了防止Fe(OH)2被溶解在溶液中的氧气氧化，所用氢氧化钠溶液应预先煮沸将氧气排出，然后利用题给装置制备Fe(OH)2，且滴加NaOH溶液的胶头滴管应插入FeSO4溶液中，当制得的Fe(OH)2部分被氧化时，沉淀呈灰绿色。故A、C、D三项均正确。

【效果检测】

1．（2020·重庆巴蜀中学高一期中）上海世博园地区的一座大型钢铁厂搬迁后，附近居民将不再受到该厂产生的棕红色烟的困扰。你估计这一空气污染物是因为含有（    ）

A．FeO粉尘 B．Fe2O3粉尘 C．Fe粉尘 D．碳粉

【答案】B

【解析】

A. FeO是黑色固体，所以能形成黑色的烟，故A错误；

B. Fe2O3是棕红色固体，俗称铁红，所以能形成棕红色的烟，故B正确；

C. Fe粉是黑色的固体，所以能形成黑色的烟，故C错误；

D. 煤炭粉尘的颜色是黑色，所以能形成黑色的烟，故D错误；

故选：B。

2．（2020·辽宁高一期末）我国科学家参与研制的阿尔法磁谱仪随美国发现号航天飞机升入太空，开始了探索宇宙中是否存在“反物质”和“暗物质"的研究工作。根据所学的知识推测制造阿尔法磁谱仪核心部件的材料是（   ）

A．Fe B．FeO C．Fe2O3 D．Fe3O4

【答案】D

【解析】

制造阿尔法磁谱仪的核心部件的材料是一种具有磁性的物质，在铁的各种化合物中，只有四氧化三铁是具有磁性的物质，其他均不具有磁性。

答案选D。

【点睛】

本题是一道化学和航天技术相结合的考题，涉及金属铁以及化合物的性质等知识，用于制造阿尔法磁谱仪核心部件的材料是永磁体，根据具有磁性的物质以及物质的性质和应用来回答判断。

3．（2020·阜新市第二高级中学高一期末）关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的下列说法中不正确的是(　　)

A．铁元素化合价不完全相同

B．氧元素的化合价完全相同

C．氧化亚铁俗称铁红，为红棕色固体

D．铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体

【答案】C

【解析】

铁的三种氧化物中，氧元素的化合价完全相同，都为－2价；铁元素的化合价不同，氧化铁中铁为＋3价，氧化亚铁中铁为＋2价，四氧化三铁中铁为＋2价和＋3价。氧化铁俗称铁红，是一种红棕色的固体；铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，是一种黑色固体；故本题选C。

4．高炉炼铁中存在反应：，下列说法不正确的是(    )

A．该反应属于氧化还原反应

B．在该条件下，将还原剂换成，发生反应后也能生成

C．每生成(标况下)的，转移

D．俗称“铁红”，外观为红棕色粉末，在该反应中被还原

【答案】C

【解析】

A．C元素、Fe元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，A正确；

B．在该条件下，将还原剂换成，发生铝热反应：，B正确；

C．结合反应方程式可知：每生成3molCO2转移6mol电子，所以标况下每生成(1.5mol)的转移3mol电子，C错误；

D．俗称“铁红”，外观为红棕色粉末，Fe元素化合价降低，被还原，D正确。

答案选C。

5．（2020·辽宁高一期末）元素的价类二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具，它指的是以元素的化合价为纵坐标，以物质的类别为横坐标所绘制的二维平面图像。下图为铁元素的价类二维图，其中的箭头表示部分物质间的转化关系，下列说法正确的是（   ）

A．铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化

B．加热Fe(OH)3发生转化⑥，Fe2O3加水溶解可转化为Fe(OH)3

C．由图可预测：高铁酸盐(FeO42- )具有强氧化性，可用于饮用水的消毒

D．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，迅速被氧化成Fe2O3

【答案】C

【解析】

A.．铁与高温水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，不能实现上述转化，故A错误；

B．加热Fe(OH)3发生转化⑥分解生成氧化铁，Fe2O3不溶于水，加水不溶解不可实现转化③，故B错误；

C．高铁酸盐(FeO42- )具有强氧化性，与水反应生成Fe(OH)3胶体，其中Fe元素化合价由+3价变为+6价，则O元素化合价由−2价变为0价，即有氧气生成，可用于消毒，则反应的离子方程式为：4FeO42−+10H2O═4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH−，生成的氢氧化铁胶体具有较大表面积，吸附悬浮杂质可以做净水剂，故C正确；

D．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，部分被氧化，氧化生成Fe3O4，故D错误；

答案选C。

6．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中盛有一定量的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：                                。

【答案】

铁屑  Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

打开    H2

关闭止水夹E，使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

【解析】

实验开始时先打开E，让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E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶，与NaOH反应。空气进入装置B后，Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3。