人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料第1课时导学案及答案

第三章　铁　金属材料

[情景切入]

人类在四千五百多年前就开始使用铁器。铁是目前产量最大，使用最广泛的金属。金属材料对于促进生产发展、改善人类生活发挥了巨大作用。让我们走进教材，学习铁、金属材料。

[知识导航]

本章从物质类别和元素化合价的角度认识物质间的转化关系；认识不同类型合金的性能和用途。本章知识在结构上分为二节：第一节主要学习铁及其化合物——铁的单质、铁的重要化合物；第二节主要学习金属材料——铁合金、铝和铝合金、新型合金、物质的量在化学方程式计算中的应用。

[学法指导]

1．迁移应用·学新知

依据金属的物理通性和化学通性，掌握铁的物理性质和化学性质。

2．明确分类·学性质

从物质类别的视角，学习铁的氧化物及铁的氢氧化物的性质。

3．理解本质·重应用

从化合价变化的角度掌握Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化关系。

4．把握内涵·懂本质

从新的角度和视野去学习铝及其氧化物可以与碱发生反应。

5．结合实践·助理解

以金属材料的发展为例，运用发展的观点去学习合金的发展过程，正确认识化学的价值。

6．联系实际·释疑惑

知道金属材料包括纯金属及其合金，了解合金的性能及用途。

第一节　铁及其化合物

第1课时　铁的单质、氧化物、氢氧化物

新课情境呈现

纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点为1 535℃，沸点为2 750℃。纯铁的抗蚀力很强，它有良好的延展性和导热性，导电性比铜、铝差，能被磁铁吸引。

铁的化合物很多。铁的氧化物主要有黑色的氧化亚铁、红棕色的三氧化二铁和具有磁性的黑色的四氧化三铁。含有铁元素的盐有硫酸亚铁、氯化铁等。铁的氢氧化物为氢氧化亚铁和氢氧化铁。氢氧化亚铁是白色固体，不溶于水，很不稳定，容易被氧化。硫酸亚铁与NaOH溶液反应生成的氢氧化亚铁沉淀，在空气中迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。这是因为氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化成了红褐色的氢氧化铁，发生的反应为：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

以上化合物具有怎样的性质，让我们一起学习铁的单质、氧化物、氢氧化物。

课前素能奠基

知识回顾　　

1．光亮的铁丝在空气中能否燃烧？铁丝在纯氧中燃烧的现象如何？请写出相应的化学方程式。

！！！　铁丝在空气中不能燃烧。铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。3Fe＋2O2Fe3O4。　###

2．将几滴FeCl3饱和溶液滴入沸腾的蒸馏水中，继续加热至液体呈！！！  红褐  ###色，停止加热。所得液体即为！！！  氢氧化铁胶体  ###。

新知预习　　

一、铁的单质

1．铁元素的存在

(1)人类最早使用的铁，是来自太空的！！！  陨铁  ###。铁在自然界中以单质形态存在于陨铁中。铁元素主要以！！！  ＋2  ###价和！！！  ＋3  ###价化合物的形态存在于矿石中。

(2)在地壳中铁元素的含量仅次于！！！  氧  ###、！！！  硅  ###和！！！  铝  ###，居第！！！  四  ###位。铁矿石的主要成分是！！！  Fe2O3  ###，丹霞地貌的岩层因含！！！  Fe2O3  ###而呈红色。

2．铁的应用历史

(1)我国在！！！  春秋  ###初年就掌握了冶铁技术。！！！  战国  ###中期以后，铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。

(2)现代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。化学方程式为！！！　3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2　###。

3．物理性质

铁有！！！  延展性  ###和！！！  导热性  ###，铁能导电，但导电性不如铜和铝。铁能被磁铁吸引。

4．铁的化学性质

(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铁与稀盐酸、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

点拨：1.铁在高温条件下与水蒸气反应。

2．实验中湿棉花的作用是提供水蒸气。

二、铁的重要化合物

1．铁的氧化物

点拨：FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物。

2．铁的氢氧化物(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  ###絮状沉淀，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)。

(3)Fe(OH)2与Fe(OH)3的制备与性质

应用体验　　

1．录音磁带是在醋酸纤维、聚酯纤维等纤维制成的片基上均匀涂上一层磁性材料——磁粉制成的。制取该磁粉的主要物质是(＋＋＋　C　－－－)

A．FeO B．Fe2O3

C．Fe3O4 D．Al2O3

解析：Fe3O4具有磁性，磁粉的主要成分是Fe3O4，所以选C。

2．(2021·武汉高一检测)红珊瑚栖息于200～2 000米深的海域，它与琥珀、珍珠被统称为有机宝石。

红珊瑚呈红色是因为在海底长期积淀某种元素，该元素是(＋＋＋　B　－－－)

A．Na B．Fe 

C．Zn D．Cu

3．下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是(＋＋＋　C　－－－)

A．反应中有氢气产生

B．此反应需在加热条件下才能发生

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

解析：铁与水蒸气在高温条件下反应生成H2和Fe3O4，反应中水作氧化剂，铁的化合价为＋2和＋3，故选C。

4．下列物质中，在一定条件下能将铁元素从0价转变为＋3价的是(＋＋＋　A　－－－)

A．氯气 B．盐酸

C．稀硫酸 D．硫酸铜溶液

解析：氯气与铁在点燃的条件下反应生成氯化铁，A正确；盐酸与铁反应生成氯化亚铁和氢气，得到的是＋2价铁，B错误；稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁和氢气，得到的是＋2价铁，C错误；硫酸铜溶液与铁反应生成硫酸亚铁和铜，得到的是＋2价铁，D错误。

要点归纳　　

课堂素能探究

Fe(OH)3和Fe(OH)2的实验室制法

知识点 　

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？

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？

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？

探究提示：1.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．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．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(＋＋＋　B　－－－)

A．①② B．①③

C．②③ D．①②③

解析：因为Fe(OH)2易被氧气氧化成Fe(OH)3，故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的空气或氧气。装置①是先用H2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中液面上加苯阻止了空气进入；②由于能接触到空气，故不能较长时间观察到白色沉淀。

〔素养应用〕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！！！  铁屑  ###，A中反应的离子方程式是！！！　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　###。

(2)实验开始时先将止水夹E！！！  打开  ###(填“打开”或“关闭”)，C中收集到气体的主要成分是！！！  H2  ###。

(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：！！！  关闭止水夹E，使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应  ###。

(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：！！！　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。

名师博客呈现

铁及其化合物的性质在运用中的常见误区

误区1：误认为Fe3O4是混合物。Fe3O4可写成FeO·的形式，但只含有一种成分，故为纯净物，属于复杂氧化物。

误区2：误认为Fe与Cl2反应的产物可能为FeCl2或FeCl3。Fe与Cl2反应的产物是FeCl3，与Cl2量的多少无关，反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋只能在溶液中进行。

误区3：误认为Fe与酸的反应都是置换反应。Fe与非氧化性酸的反应是置换反应，生成盐和H2，与氧化性酸(如HNO3、浓H2SO4)的反应不是置换反应，不能生成H2。

误区4：误认为Fe2O3、Fe(OH)3与HI(已知：HI溶液具有强酸性，I－具有还原性)的反应属于复分解反应。Fe2O3、Fe(OH)3与HI的反应并非简单的复分解反应，而是氧化还原反应，如2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O。

课堂达标验收

1．下列变化中，加入铁粉不可能实现的是(＋＋＋　D　－－－)

A．Ag＋→Ag B．Fe3＋→Fe2＋

C．H＋→H2 D．Fe(OH)2→Fe(OH)3

解析：AgNO3溶液中加铁粉可置换出Ag，A项正确；2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，B项正确；稀H2SO4中加铁粉生成H2，C项正确；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，D项不可实现，选D。

2.下列关于氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中，不正确的是(＋＋＋　B　－－－)

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

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。

3．铁屑溶于过量稀硫酸，过滤后向滤液中加入过量氨水，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。上述沉淀和残渣分别是(＋＋＋　B　－－－)

A．Fe(OH)3　Fe2O3 B．Fe(OH)2　Fe2O3

C．Fe(OH)2　Fe(OH)3 D．Fe(OH)2　Fe3O4

解析：题中发生的反应有：

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，

FeSO4＋2NH3·H2O===Fe(OH)2↓＋(NH4)2SO4，

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，

2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O，

Fe(OH)2为白色，Fe2O3为红棕色，故选B。

4．某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物进行了如下探究：

(1)装置的连接顺序为a→！！！  g  ###→！！！  h  ###→！！！  d  ###→！！！  e  ###→b→c→f。

(2)硬质玻璃管与收集器之间没有用导管连接，这样做的优点是！！！  防止堵塞  ###。

(3)反应一段时间，熄灭酒精灯，冷却后，将收集器及硬质玻璃管中的物质快速转移至锥形瓶中，加入过量的稀盐酸和少许植物油(反应过程中不振荡)，充分反应后进行如下实验：

已知KSCN溶液与Fe3＋溶液反应生成红色的络合物。

试剂X中溶质的化学式为！！！  KSCN  ###；固体产物的成分可能为！！！  A  ###(填字母)。

A．Fe和FeCl3 B．FeCl2和FeCl3

C．Fe、FeCl2和FeCl3 D．Fe和FeCl2

(4)加入少许植物油的作用是！！！  隔绝空气，防止Fe2＋被氧化  ###，加入新制氯水后溶液红色加深的原因：！！！　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　###(用离子方程式表示)。

解析：(1)浓硫酸具有吸水性，能作氯气的干燥剂，碱石灰具有碱性而吸收氯气，饱和食盐水吸收氯化氢而抑制氯气溶解。装置的连接顺序为气体的制取→洗气→干燥→氯气和铁的反应→尾气处理。

(2)Fe在氯气中燃烧生成棕黄色烟，冷却易生成固体，导气管口较细，易堵塞，所以硬质玻璃管与收集器之间没有用导管连接。

(3)Fe3＋和KSCN反应生成络合物而使溶液呈红色，所以试剂X为KSCN溶液；固体和氯气反应时可能没有完全反应，剩余的Fe和稀盐酸、氯化铁反应生成氯化亚铁，固体产物的成分可能为Fe和FeCl3，A选项正确。

(4)Fe2＋不稳定易被氧化，所以植物油的作用是隔绝空气，防止Fe2＋被氧化；Fe2＋被氯气氧化生成Fe3＋，从而增大了Fe3＋的浓度，Fe3＋、SCN－反应生成Fe(SCN)3，从而增大了络合物浓度，溶液颜色加深，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe2＋＋2Cl－。