人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物学案设计

这是一份人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物学案设计，共9页。学案主要包含了铁的存在与性质，铁的氧化物与氢氧化物等内容，欢迎下载使用。

第一节 铁及其化合物
基础课时14 铁的单质、氧化物和氢氧化物
一、铁的存在与性质
1．铁的存在与冶炼
(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的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)，化学方程式为Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up10(高温))2Fe＋3CO2。
2．铁的性质
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。
在一定条件下，铁作为还原剂，遇强氧化剂失去3个电子生成＋3价铁的化合物，遇到弱氧化剂失去2个电子生成＋2价铁的化合物。
(1)铁与非金属单质
①铁与氧气反应生成Fe3O4的方程式为3Fe＋2O2eq \(=====,\s\up10(点燃))Fe3O4。
②铁与Cl2反应生成FeCl3的方程式为2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up10(△))2FeCl3。
(2)铁与酸反应
铁与稀H2SO4反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
(3)铁与盐溶液反应
铁与CuSO4溶液反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋。
(4)铁与水蒸气反应
化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up10(高温))Fe3O4＋4H2。
3．人体中的铁元素
人体内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。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铁在自然界中只存在＋2价和＋3价铁的化合物。( )
(2)铁在空气中燃烧生成Fe2O3。( )
(3)铁与酸反应生成＋3价铁盐。( )
(4)铁与H2O(g)反应时，H2O作氧化剂。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
铁与水蒸气可以反应，为什么在日常生活中可以用铁壶烧水？
[提示] 铁与冷水、热水均不易反应，只有在高温时才能与水蒸气反应，故可用铁壶烧水。
二、铁的氧化物与氢氧化物
1．铁的氧化物
(1)物理性质
(2)化学性质
①FeO不稳定，在空气中受热生成Fe3O4，其化学方程式为6FeO＋O2eq \(=====,\s\up10(△))2Fe3O4。
②FeO和Fe2O3均为碱性氧化物，二者与盐酸反应的离子方程式分别为FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。
2．铁的氢氧化物
(1)制备
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
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)FeO、Fe2O3、Fe3O4均为黑色固体，不溶于水。( )
(2)FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，与酸均反应生成盐和水。( )
(3)铁的两种氢氧化物均为碱，均为红褐色固体。( )
(4)制备Fe(OH)2时要注意避免O2的存在。( )
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)√
铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量NaOH溶液，有白色沉淀生成，过滤，在空气中加热沉淀至质量不再发生变化为止，得到红棕色残渣。上述过程中滤液中的金属阳离子，白色沉淀，红棕色残渣分别是什么？
[提示] Fe2＋、Fe(OH)2、Fe2O3。
铁与水蒸气反应的实验装置如图所示
请思考探究下列问题
(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？
(4)为了加速反应，往往把还原铁粉分散于石棉绒上，其原因是什么？
(5)写出该反应的化学方程式，并用双线桥表示出电子转移的情况。
[答案] (1)先加热湿棉花，让水蒸气充满装置。
(2)有爆鸣声，也可能燃烧。
(3)提供水蒸气。
(4)增大了水蒸气与铁粉的接触面积。
1．铁的主要化学性质
2．铁化学性质的具体表现
注意：(1)Fe与冷水、热水不反应，Fe与H2O(g)高温下反应的产物是Fe3O4，而不是Fe2O3。
(2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
(3)铁分别与氯气和盐酸反应所得产物中铁元素的价态不同，Fe与Cl2反应不论用量多少都生成FeCl3，而Fe与盐酸反应生成FeCl2。
(4)Fe与Br2反应生成FeBr3，但与I2反应时生成FeI2，通过这一事实可以说明Br2的氧化性比I2强。
1．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 B
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)eq \(=====,\s\up10(高温))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。]
2．下列物质与铁反应只生成＋2价铁化合物的是________，生成Fe3O4的是________。(填序号)
①稀硫酸 ②CuCl2溶液 ③Cl2 ④S ⑤O2 ⑥H2O(g)
[答案] ①②④ ⑤⑥
1．向Fe2O3中加入适量稀盐酸溶解，然后加入NaOH溶液有什么现象？改加过量盐酸，又有什么现象？写出变化过程的离子方程式。
[答案] 有红褐色沉淀生成。刚开始加入NaOH溶液时无明显现象，随着NaOH溶液的加入产生红褐色沉淀：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，H＋＋OH－===H2O，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
2．向FeO中加入适量稀盐酸溶解，然后加入NaOH溶液，有什么现象？为什么？写出有关化学方程式。
[答案] 生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变为红褐色。FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O，FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
铁的氧化物、氢氧化物的性质及转化
注意：(1)在一定条件下，Fe3O4与盐酸反应可生成两种盐，即：Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O。
(2)FeO、Fe3O4遇到氧化性酸(如HNO3)可生成Fe3＋。
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．FeO在空气中加热生成Fe2O3
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；FeO在空气中加热生成Fe3O4，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．某溶液中可能存在Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋，加入NaOH溶液，开始时有白色沉淀生成，然后迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，下列结论正确的是( )
A．一定有Fe2＋，一定没有Fe3＋、Mg2＋
B．一定有Fe3＋，一定没有Fe2＋、Mg2＋
C．一定有Fe3＋，可能有Fe2＋，一定没有Mg2＋
D．一定有Fe2＋，可能有Mg2＋，一定没有Fe3＋
D [白色沉淀可能是Fe(OH)2、Mg(OH)2或它们的混合物；沉淀能变为灰绿色，最终变为红褐色，说明一定有Fe(OH)2生成，即原溶液中一定有Fe2＋；因Fe(OH)3呈红褐色，所以刚开始时无Fe(OH)3生成，即原溶液中不含Fe3＋；又因红褐色可掩盖白色，则不能证明是否含Mg2＋，故D项正确。]
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，且有强氧化性，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．有关铁的氧化物的说法中，不正确的是( )
A．赤铁矿主要成分是Fe2O3，Fe2O3是红棕色的，常用作红色油漆和涂料
B．Fe3O4是黑色晶体，其中eq \f(1,3)的铁显＋2价，eq \f(2,3)的铁显＋3价
C．FeO、Fe2O3、Fe3O4都不溶于水，但都能和盐酸反应生成相应的盐
D．将Fe(OH)2露置在空气中加热灼烧所得的产物为Fe3O4
D [Fe(OH)2露置在空气中易被氧化为Fe(OH)3，所以Fe(OH)2露置在空气中加热产生Fe(OH)3，灼热Fe(OH)3分解所得的产物为Fe2O3。]
3．下列变化过程中，不能一步实现的是( )
A．Feeq \(――→,\s\up10(Cl2),\s\d10( ))FeCl3B．Feeq \(――→,\s\up10(O2),\s\d10( ))Fe3O4
C．Feeq \(――→,\s\up10(H2O),\s\d10( ))Fe3O4D．Feeq \(――→,\s\up10(HCl),\s\d10( ))FeCl3
[答案] D
4．向下列物质中滴加NaOH溶液产生白色絮状沉淀，并迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的是( )
A．FeSO4B．Na2SO4
C．FeCl3D．KCl
[答案] A
5．金属单质A可发生以下反应，试判断：
(1)A、B、C、D、E分别是(写化学式，B写主要成分)。
A．________、B．________、C．________、D．________、
E．________。
(2)写出反应③、④的离子方程式：
③_______________________________________________________________
________________________________________________________________、
④______________________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)黑色固体C与盐酸反应的化学方程式为____________________________
________________________________________________________________。
[解析] 单质A为Fe，其转化关系为
[答案] (1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2
(2)Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(3)Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O学 习
任 务
1．了解铁的存在、应用、认识应用铁的化学史，增强文化自信，培养学生“社会责任与科学精神”的核心素养。
2．能用氧化还原反应原理认识铁的化学性质，同时根据实验事实探究Fe与H2O(g)的反应，培养学生“实验探究与证据推理”的核心素养。
3．根据物质的分类和实验事实，了解铁的氧化物和氢氧化物的主要性质，培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
－
铁红
磁性氧化铁
颜色和状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
铁的价态
＋2价
＋3价
＋2价、＋3价
水溶性
不溶
不溶
不溶
Fe(OH)2
Fe(OH)3
颜色和
溶解性
白色固体，不溶于水
红褐色固体，不溶于水
稳定性
在空气中易转化为Fe(OH)3
2Fe(OH)3eq \(=====,\s\up10(△),\s\d10( ))Fe2O3＋3H2O(填化学方程式)
与盐酸
反应
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
全面理解Fe的主要性质
化学性质
化学方程式举例
①Fe与非金属单质反应
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(2Fe＋3Cl2\(=====,\s\up10(△))2FeCl3,3Fe＋2O2\(=====,\s\up10(点燃))Fe3O4,Fe＋S\(=====,\s\up10(△))FeS))eq \x(\s\up(化合,反应))
②Fe与非氧化性酸反应
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑(置换反应)
③Fe与盐溶液反应
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4,Fe＋2AgNO3===FeNO32＋2Ag))eq \x(\s\up(置换,反应))
Fe＋2FeCl3===3FeCl2(化合反应)
④Fe与氧化性酸反应
Fe与足量硝酸溶液反应生成Fe3＋
⑤Fe与H2O(g)的高温反应
3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up10(高温))Fe3O4＋4H2(置换反应)
理解铁的氧化物、氢氧化物的主要性质