3.1 第2课时 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学鲁科版（2019）必修第一册
文档属性
| 名称 | 3.1 第2课时 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学鲁科版（2019）必修第一册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 332.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-06 21:42:38 | ||
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文档简介
3.1 第2课时 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物
【学习目标】
1.了解铁及其氧化物、氢氧化物的主要化学性质。
2.掌握铁单质、铁的氧化物和氢氧化物的性质与典型实验现象,并设计实验进行初步验证。
3.从物质类别和元素价态两个视角研究铁、铁的氧化物、铁的氢氧化物的性质,探究其在生产、生活中的实际应用。
【自主预习】
1.铁单质
(1)物理性质
纯净的铁是光亮的 色金属,密度较大,熔点 ,有 性和 性。能导电,其导电性比铜、铝 ,能被 吸引。
注意:铁单质粉末状时为黑色。
(2)化学性质
①与单质反应(O2、Cl2、S等)
;
;
。
②与酸反应(盐酸、稀硫酸、热浓硫酸)
Fe+2HCl ;
Fe+H2SO4 ;
2Fe+6H2SO4(浓) 。
③与CuSO4的反应: ;
Fe与HCl、CuSO4反应生成的是 ;
与FeCl3溶液反应: 。
④与水蒸气的反应
现象:用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声;
结论:铁可与水蒸气反应,生成的气体为H2;
化学方程式: ;
湿棉花的作用: 。
【微点拨】
(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的铁锈的主要成分是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。
2.铁的氧化物
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 —
颜色和状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体
铁的价态 价 价 +2价、+3价
水溶性 不溶 不溶 不溶
稳定性 不稳定,受热易转化为Fe3O4: 较稳定 较稳定
与盐酸反应 (离子方程式) FeO+2H+Fe2++H2O Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O
用途 Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料
【微点拨】
(1)Fe2O3、Fe3O4较稳定;FeO不稳定,受热能被氧化为Fe3O4。Fe3O4有固定的组成,属于纯净物。
(2)Fe3O4可看成FeO·Fe2O3,所以在书写其与盐酸反应的方程式时可看成FeO、Fe2O3分别与盐酸反应,然后把两个反应的方程式相加。
3.铁的氢氧化物
化学式 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 受热易分解:
与盐酸反应(离子方程式) Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
制备 Fe2++2OH-Fe(OH)2↓ Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
转化 化学方程式 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
现象 色絮状沉淀迅速变为 色,最终变为 色
【参考答案】1.(1)银白 较高 延展 导热 差 磁铁 (2)①3Fe+2O2Fe3O4 2Fe+3Cl22FeCl3 Fe+SFeS ②FeCl2+H2↑ FeSO4+H2↑
Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O ③Fe+CuSO4FeSO4+Cu Fe2+ 2Fe3++Fe3Fe2+(或2FeCl3+Fe3FeCl2) ④3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 提供反应所需水蒸气
2.铁红 磁性氧化铁 +2 +3 6FeO+O22Fe3O4
3.Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 白 灰绿
红褐
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)铁与氯气反应生成FeCl2。 ( )
(2)铁在加热条件下与液态水或水蒸气均能反应。( )
(3)氧化铁、四氧化三铁都具有磁性。 ( )
(4)Fe2O3常用作油漆、油墨的红色颜料。 ( )
(5)FeO、Fe2O3都能溶于水生成相应的碱。 ( )
(6)氢氧化铁和氢氧化亚铁都属于碱。 ( )
(7)氢氧化亚铁能与盐酸反应生成氯化铁和水。 ( )
(8)氢氧化铁胶体是一种红褐色沉淀。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)×
2.教材P86“铁单质能与稀盐酸、稀硫酸等发生置换反应,放出氢气;还能与某些盐溶液发生置换反应,生成亚铁盐和其他金属单质。”铁单质与盐溶液反应都能生成亚铁盐和其他金属单质吗
【答案】不是。如金属铁与氯化铁溶液反应生成亚铁离子,得不到金属单质。
3.日常生活中铁制品生锈的现象很常见,依据所学知识分析铁锈的主要成分是什么 怎样除去衣物上的铁锈
【答案】铁锈呈红棕色,因此铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O。根据Fe2O3的性质,可以选用酸性物质除去衣物上的铁锈,如食用醋、草酸或柠檬汁。
4.司南是中国古代劳动人民在长期的实践中对磁石磁性认识的发明,《论衡》中记载有“司南之杓,投之于地,其柢指南”。“杓”的主要成分是什么
【答案】“杓”的主要成分是四氧化三铁。
【合作探究】
任务1：铁单质
情境导入 红珊瑚生长于200~2000 m的海域,它与琥珀、珍珠被统称为有机宝石。在中国,珊瑚是吉祥富有的象征,一直用来制作珍贵的工艺品。红珊瑚是无数珊瑚虫分泌的石灰质大量堆积形成的干支状物,其呈红色是因为在海底长期积淀某种元素。
问题生成
1.红珊瑚里含有的元素可能是什么
【答案】铁。根据对各元素化合物性质的了解,铁的化合物多数有颜色,且红色的比较多。
2.通过比较铁与非金属单质S、Cl2反应的产物中铁元素的价态,试比较S、Cl2的氧化性强弱。
【答案】铁与S反应生成FeS,铁元素的价态为+2;铁与氯气反应生成FeCl3,铁元素的价态为+3。则氧化性:S3.在钢铁厂的生产中,炽热的铁水或钢水注入模具前,模具必须进行充分的干燥处理,这是为什么 写出反应原理。
【答案】常温条件下,铁与水不发生反应;在高温条件下,铁与水蒸气反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。
【核心归纳】
1.Fe只有还原性,可以被氧化成+2价或+3价
2.铁的化学性质的具体表现
化学性质 化学方程式举例
①Fe与非金属单质反应 化合反应
②Fe与非氧化性酸反应 Fe+H2SO4FeSO4+H2↑(置换反应)
③Fe与盐溶液反应 置换反应 Fe+2FeCl33FeCl2(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)在高温下的反应 3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(置换反应)
【典型例题】
【例1】在给定条件下,下列物质间的转化不能实现的是( )。
A.FeFeCl3 B.FeFeCl3
C.FeFe3O4 D.FeFeS
【答案】B
【解析】B项,铁与盐酸反应生成氯化亚铁。
【例2】还原铁粉与水蒸气反应的装置如图所示,下列有关该实验的说法正确的是( )。
A.反应生成FeO
B.湿棉花的主要作用是冷却试管,防止炸裂
C.肥皂液的主要作用是检验生成的H2
D.铁粉与水蒸气反应后,可立即用磁铁将剩余铁粉分离出来
【答案】C
【解析】加热时,湿棉花提供水蒸气,铁粉与水蒸气发生反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。反应生成Fe3O4,A项错误;湿棉花提供水蒸气,B项错误;氢气可使肥皂液形成肥皂泡(方便检验),则肥皂液的主要作用是检验生成的 H2,C项正确;铁粉与水蒸气反应生成的四氧化三铁也可以被磁铁吸引,不能分离出铁,D项错误。
任务2 铁的氧化物的性质及用途
情境导入 氧化铁和四氧化三铁都是常见的铁系颜料,故宫红色的围墙、辽宁舰上刷的防锈油漆中都有它们的影子。铁系颜料耐碱,对弱酸和稀酸具有一定的稳定性,具有极佳的耐光、耐热性能,不溶于水和有机溶剂。那么,铁的氧化物具有怎样的性质
问题生成
1.氧化铁的用途有哪些 为什么不用氧化亚铁作颜料
【答案】氧化铁可以用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料。氧化亚铁中铁元素价态较低,易被氧化,不稳定,不能用作颜料。
2.铁的三种氧化物都能与酸反应,试分别写出它们与盐酸反应的离子方程式。
【答案】FeO+2H+Fe2++H2O;Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O;Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O。
3.氧化亚铁和氧化铁属于碱性氧化物,四氧化三铁是否也属于碱性氧化物
【答案】因为四氧化三铁中的铁元素有+2、+3两种价态,与酸反应生成两种盐,所以四氧化三铁不属于碱性氧化物。
【核心归纳】
铁的氧化物——FeO、Fe2O3、Fe3O4
1.从物质类别认识三种氧化物:都是纯净物。Fe3O4中铁元素既有+2价,又有+3价,+2价铁元素与+3价铁元素的物质的量之比为1∶2。
2.三种氧化物的颜色:Fe2O3是红棕色,另外两种为黑色。
3.铁的氧化物的性质有差异:三种氧化物都不溶于水,都能与盐酸反应生成盐和水。但其中只有Fe2O3和FeO属于碱性氧化物。
4.铁的氧化物的稳定性有差异。Fe2O3和Fe3O4比较稳定,FeO不稳定,在加热条件下能被氧气迅速氧化成Fe3O4。反
应的化学方程式为6FeO+O22Fe3O4,即一定条件下FeO可以转化为Fe3O4。
【典型例题】
【例3】下列关于氧化铁和氧化亚铁的叙述中不正确的是( )。
A.都是碱性氧化物
B.都能与酸反应生成盐和水
C.都能与水反应生成氢氧化物
D.都能被一氧化碳还原为铁
【答案】C
【解析】氧化铁和氧化亚铁都是不溶于水的碱性氧化物,都不能与水反应生成氢氧化物,都能与酸反应生成相应的盐和水,都具有氧化性,可被氢气、一氧化碳、金属铝等还原剂还原为铁单质。
【例4】向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入100 mL 1 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全反应,放出11.2 mL(标准状况)气体,所得溶液中加入KSCN溶液不变红色。用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物,最终铁的质量为( )。
A.2.8 g B.11.2 g
C.5.6 g D.无法计算
【答案】A
【解析】盐酸恰好使混合物完全溶解,盐酸没有剩余,向反应所得溶液中加KSCN溶液无红色出现,说明溶液为FeCl2溶液,根据氯元素守恒可知n(FeCl2)=n(HCl)=×0.1 L×1 mol·L-1=0.05 mol;用足量的CO在高温下还原相同质量的混合物得到铁,根据铁元素守恒可知n(Fe)=n(FeCl2)=0.05 mol,其质量为0.05 mol×56 g·mol-1=2.8 g。
任务3：氢氧化亚铁的性质与制备
【实验探究】
Fe(OH)3和Fe(OH)2的实验室制法
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。
FeCl3溶液 新制FeSO4溶液
实验 操作
问题生成
1.两试管中有什么现象 久置于空气中又有什么现象
【答案】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,最后变成红褐色。
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
【答案】用新制的FeSO4溶液是为了防止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
【答案】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。
4.氢氧化亚铁和氢氧化铁的化学性质有哪些异同
【答案】相同点:都属于碱,都能与盐酸反应。不同点:稳定性不同,氢氧化亚铁易被氧化。由化合价分析,氢氧化亚铁具有还原性,而氢氧化铁具有氧化性。
【核心归纳】
1.防止Fe(OH)2被氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸,除去溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部,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.实验室制备Fe(OH)2装置的改进
改进后装置①的优点:
将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②③的优点:
铁粉与稀硫酸反应生成的氢气排尽了装置内的空气,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。
【典型例题】
【例5】下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )。
A.①②③ B.①②④
C.①②③④ D.②③④
【答案】B
【解析】因为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+2H2O4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2 白色沉淀,就要排尽装置中的空气。①②原理一样,都是先用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Fe(OH)2白色沉淀;④中液面上加苯阻止了空气进入,能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。
【随堂检测】
1.我国科学家参与研制的阿尔法磁谱仪随“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。根据你所学的知识推测用于制造阿尔法磁谱仪核心部件的材料是( )。
A.Fe3C B.Fe3O4
C.Fe2O3 D.FeO
【答案】B
【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,只有四氧化三铁具有磁性,其他均不具有磁性。
2.下列方案得不到Fe3O4的是( )。
A.将FeO放在空气里高温加热
B.将铁丝放在氧气里燃烧
C.将铁丝放在水蒸气里高温加热
D.将铁丝放在潮湿的空气里缓慢生锈
【答案】D
【解析】铁锈呈现红棕色,其主要成分为Fe2O3。
3.将一枚洁净的铁钉浸入稀硫酸中,下列叙述正确的是( )。
①铁钉表面产生气泡 ②溶液由无色逐渐变为浅绿色
③铁钉的质量减小 ④溶液的质量减小
A.②③ B.①②④
C.①②③ D.①②③④
【答案】C
【解析】根据反应Fe+H2SO4FeSO4+H2↑可知,反应过程中铁钉逐渐溶解,铁钉表面产生气泡,溶液变为浅绿色。
4.有A、B、C三种常见的金属单质,A在空气中燃烧生成淡黄色固体;B也能在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光;C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体。根据以上信息回答下列问题:
(1)写出化学式:A ;B ;C 。
(2)写出下列反应的化学方程式:
①A在空气中燃烧: ;
②C与水蒸气反应: ;
③A与水反应: 。
【答案】(1)Na Mg Fe
(2)2Na+O2Na2O2 3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 2Na+2H2O2NaOH+H2↑
【解析】淡黄色固体是过氧化钠,故A是钠;B能在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光,故B是镁;C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体,故C是铁。
5.某同学欲在实验室中完成铁与水蒸气反应的实验,装置如图甲、乙所示。
已知B中放入的是铁粉与石棉绒的混合物,C中放的是干燥剂,E为酒精喷灯,G为带有铁丝网罩的酒精灯。
对比两装置,回答下列问题:
(1)如何检查乙装置的气密性 。
(2)乙装置中湿沙子的作用是 。
(3)B处发生反应的化学方程式为 。
(4)该同学认为在乙装置的导管口处点燃反应产生的气体,装置H必不可少,H的作用是 。
(5)对比甲、乙两装置的B和K,B的优点是 。
【答案】(1)向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热K,若H中导管口出现气泡,停止加热后导管中出现水柱,证明气密性良好(其他合理答案也可) (2)提供水蒸气 (3)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 (4)干燥氢气,降低氢气中水蒸气的含量 (5)使用石棉绒,增大了水蒸气与铁粉的接触面积,使反应充分进行
2
【学习目标】
1.了解铁及其氧化物、氢氧化物的主要化学性质。
2.掌握铁单质、铁的氧化物和氢氧化物的性质与典型实验现象,并设计实验进行初步验证。
3.从物质类别和元素价态两个视角研究铁、铁的氧化物、铁的氢氧化物的性质,探究其在生产、生活中的实际应用。
【自主预习】
1.铁单质
(1)物理性质
纯净的铁是光亮的 色金属,密度较大,熔点 ,有 性和 性。能导电,其导电性比铜、铝 ,能被 吸引。
注意:铁单质粉末状时为黑色。
(2)化学性质
①与单质反应(O2、Cl2、S等)
;
;
。
②与酸反应(盐酸、稀硫酸、热浓硫酸)
Fe+2HCl ;
Fe+H2SO4 ;
2Fe+6H2SO4(浓) 。
③与CuSO4的反应: ;
Fe与HCl、CuSO4反应生成的是 ;
与FeCl3溶液反应: 。
④与水蒸气的反应
现象:用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声;
结论:铁可与水蒸气反应,生成的气体为H2;
化学方程式: ;
湿棉花的作用: 。
【微点拨】
(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的铁锈的主要成分是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。
2.铁的氧化物
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 —
颜色和状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体
铁的价态 价 价 +2价、+3价
水溶性 不溶 不溶 不溶
稳定性 不稳定,受热易转化为Fe3O4: 较稳定 较稳定
与盐酸反应 (离子方程式) FeO+2H+Fe2++H2O Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O
用途 Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料
【微点拨】
(1)Fe2O3、Fe3O4较稳定;FeO不稳定,受热能被氧化为Fe3O4。Fe3O4有固定的组成,属于纯净物。
(2)Fe3O4可看成FeO·Fe2O3,所以在书写其与盐酸反应的方程式时可看成FeO、Fe2O3分别与盐酸反应,然后把两个反应的方程式相加。
3.铁的氢氧化物
化学式 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 受热易分解:
与盐酸反应(离子方程式) Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
制备 Fe2++2OH-Fe(OH)2↓ Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
转化 化学方程式 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
现象 色絮状沉淀迅速变为 色,最终变为 色
【参考答案】1.(1)银白 较高 延展 导热 差 磁铁 (2)①3Fe+2O2Fe3O4 2Fe+3Cl22FeCl3 Fe+SFeS ②FeCl2+H2↑ FeSO4+H2↑
Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O ③Fe+CuSO4FeSO4+Cu Fe2+ 2Fe3++Fe3Fe2+(或2FeCl3+Fe3FeCl2) ④3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 提供反应所需水蒸气
2.铁红 磁性氧化铁 +2 +3 6FeO+O22Fe3O4
3.Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 白 灰绿
红褐
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)铁与氯气反应生成FeCl2。 ( )
(2)铁在加热条件下与液态水或水蒸气均能反应。( )
(3)氧化铁、四氧化三铁都具有磁性。 ( )
(4)Fe2O3常用作油漆、油墨的红色颜料。 ( )
(5)FeO、Fe2O3都能溶于水生成相应的碱。 ( )
(6)氢氧化铁和氢氧化亚铁都属于碱。 ( )
(7)氢氧化亚铁能与盐酸反应生成氯化铁和水。 ( )
(8)氢氧化铁胶体是一种红褐色沉淀。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)×
2.教材P86“铁单质能与稀盐酸、稀硫酸等发生置换反应,放出氢气;还能与某些盐溶液发生置换反应,生成亚铁盐和其他金属单质。”铁单质与盐溶液反应都能生成亚铁盐和其他金属单质吗
【答案】不是。如金属铁与氯化铁溶液反应生成亚铁离子,得不到金属单质。
3.日常生活中铁制品生锈的现象很常见,依据所学知识分析铁锈的主要成分是什么 怎样除去衣物上的铁锈
【答案】铁锈呈红棕色,因此铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O。根据Fe2O3的性质,可以选用酸性物质除去衣物上的铁锈,如食用醋、草酸或柠檬汁。
4.司南是中国古代劳动人民在长期的实践中对磁石磁性认识的发明,《论衡》中记载有“司南之杓,投之于地,其柢指南”。“杓”的主要成分是什么
【答案】“杓”的主要成分是四氧化三铁。
【合作探究】
任务1：铁单质
情境导入 红珊瑚生长于200~2000 m的海域,它与琥珀、珍珠被统称为有机宝石。在中国,珊瑚是吉祥富有的象征,一直用来制作珍贵的工艺品。红珊瑚是无数珊瑚虫分泌的石灰质大量堆积形成的干支状物,其呈红色是因为在海底长期积淀某种元素。
问题生成
1.红珊瑚里含有的元素可能是什么
【答案】铁。根据对各元素化合物性质的了解,铁的化合物多数有颜色,且红色的比较多。
2.通过比较铁与非金属单质S、Cl2反应的产物中铁元素的价态,试比较S、Cl2的氧化性强弱。
【答案】铁与S反应生成FeS,铁元素的价态为+2;铁与氯气反应生成FeCl3,铁元素的价态为+3。则氧化性:S
【答案】常温条件下,铁与水不发生反应;在高温条件下,铁与水蒸气反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。
【核心归纳】
1.Fe只有还原性,可以被氧化成+2价或+3价
2.铁的化学性质的具体表现
化学性质 化学方程式举例
①Fe与非金属单质反应 化合反应
②Fe与非氧化性酸反应 Fe+H2SO4FeSO4+H2↑(置换反应)
③Fe与盐溶液反应 置换反应 Fe+2FeCl33FeCl2(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)在高温下的反应 3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(置换反应)
【典型例题】
【例1】在给定条件下,下列物质间的转化不能实现的是( )。
A.FeFeCl3 B.FeFeCl3
C.FeFe3O4 D.FeFeS
【答案】B
【解析】B项,铁与盐酸反应生成氯化亚铁。
【例2】还原铁粉与水蒸气反应的装置如图所示,下列有关该实验的说法正确的是( )。
A.反应生成FeO
B.湿棉花的主要作用是冷却试管,防止炸裂
C.肥皂液的主要作用是检验生成的H2
D.铁粉与水蒸气反应后,可立即用磁铁将剩余铁粉分离出来
【答案】C
【解析】加热时,湿棉花提供水蒸气,铁粉与水蒸气发生反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。反应生成Fe3O4,A项错误;湿棉花提供水蒸气,B项错误;氢气可使肥皂液形成肥皂泡(方便检验),则肥皂液的主要作用是检验生成的 H2,C项正确;铁粉与水蒸气反应生成的四氧化三铁也可以被磁铁吸引,不能分离出铁,D项错误。
任务2 铁的氧化物的性质及用途
情境导入 氧化铁和四氧化三铁都是常见的铁系颜料,故宫红色的围墙、辽宁舰上刷的防锈油漆中都有它们的影子。铁系颜料耐碱,对弱酸和稀酸具有一定的稳定性,具有极佳的耐光、耐热性能,不溶于水和有机溶剂。那么,铁的氧化物具有怎样的性质
问题生成
1.氧化铁的用途有哪些 为什么不用氧化亚铁作颜料
【答案】氧化铁可以用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料。氧化亚铁中铁元素价态较低,易被氧化,不稳定,不能用作颜料。
2.铁的三种氧化物都能与酸反应,试分别写出它们与盐酸反应的离子方程式。
【答案】FeO+2H+Fe2++H2O;Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O;Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O。
3.氧化亚铁和氧化铁属于碱性氧化物,四氧化三铁是否也属于碱性氧化物
【答案】因为四氧化三铁中的铁元素有+2、+3两种价态,与酸反应生成两种盐,所以四氧化三铁不属于碱性氧化物。
【核心归纳】
铁的氧化物——FeO、Fe2O3、Fe3O4
1.从物质类别认识三种氧化物:都是纯净物。Fe3O4中铁元素既有+2价,又有+3价,+2价铁元素与+3价铁元素的物质的量之比为1∶2。
2.三种氧化物的颜色:Fe2O3是红棕色,另外两种为黑色。
3.铁的氧化物的性质有差异:三种氧化物都不溶于水,都能与盐酸反应生成盐和水。但其中只有Fe2O3和FeO属于碱性氧化物。
4.铁的氧化物的稳定性有差异。Fe2O3和Fe3O4比较稳定,FeO不稳定,在加热条件下能被氧气迅速氧化成Fe3O4。反
应的化学方程式为6FeO+O22Fe3O4,即一定条件下FeO可以转化为Fe3O4。
【典型例题】
【例3】下列关于氧化铁和氧化亚铁的叙述中不正确的是( )。
A.都是碱性氧化物
B.都能与酸反应生成盐和水
C.都能与水反应生成氢氧化物
D.都能被一氧化碳还原为铁
【答案】C
【解析】氧化铁和氧化亚铁都是不溶于水的碱性氧化物,都不能与水反应生成氢氧化物,都能与酸反应生成相应的盐和水,都具有氧化性,可被氢气、一氧化碳、金属铝等还原剂还原为铁单质。
【例4】向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入100 mL 1 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全反应,放出11.2 mL(标准状况)气体,所得溶液中加入KSCN溶液不变红色。用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物,最终铁的质量为( )。
A.2.8 g B.11.2 g
C.5.6 g D.无法计算
【答案】A
【解析】盐酸恰好使混合物完全溶解,盐酸没有剩余,向反应所得溶液中加KSCN溶液无红色出现,说明溶液为FeCl2溶液,根据氯元素守恒可知n(FeCl2)=n(HCl)=×0.1 L×1 mol·L-1=0.05 mol;用足量的CO在高温下还原相同质量的混合物得到铁,根据铁元素守恒可知n(Fe)=n(FeCl2)=0.05 mol,其质量为0.05 mol×56 g·mol-1=2.8 g。
任务3：氢氧化亚铁的性质与制备
【实验探究】
Fe(OH)3和Fe(OH)2的实验室制法
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。
FeCl3溶液 新制FeSO4溶液
实验 操作
问题生成
1.两试管中有什么现象 久置于空气中又有什么现象
【答案】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,最后变成红褐色。
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
【答案】用新制的FeSO4溶液是为了防止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
【答案】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。
4.氢氧化亚铁和氢氧化铁的化学性质有哪些异同
【答案】相同点:都属于碱,都能与盐酸反应。不同点:稳定性不同,氢氧化亚铁易被氧化。由化合价分析,氢氧化亚铁具有还原性,而氢氧化铁具有氧化性。
【核心归纳】
1.防止Fe(OH)2被氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸,除去溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部,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.实验室制备Fe(OH)2装置的改进
改进后装置①的优点:
将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②③的优点:
铁粉与稀硫酸反应生成的氢气排尽了装置内的空气,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。
【典型例题】
【例5】下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )。
A.①②③ B.①②④
C.①②③④ D.②③④
【答案】B
【解析】因为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+2H2O4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2 白色沉淀,就要排尽装置中的空气。①②原理一样,都是先用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Fe(OH)2白色沉淀;④中液面上加苯阻止了空气进入,能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。
【随堂检测】
1.我国科学家参与研制的阿尔法磁谱仪随“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。根据你所学的知识推测用于制造阿尔法磁谱仪核心部件的材料是( )。
A.Fe3C B.Fe3O4
C.Fe2O3 D.FeO
【答案】B
【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,只有四氧化三铁具有磁性,其他均不具有磁性。
2.下列方案得不到Fe3O4的是( )。
A.将FeO放在空气里高温加热
B.将铁丝放在氧气里燃烧
C.将铁丝放在水蒸气里高温加热
D.将铁丝放在潮湿的空气里缓慢生锈
【答案】D
【解析】铁锈呈现红棕色,其主要成分为Fe2O3。
3.将一枚洁净的铁钉浸入稀硫酸中,下列叙述正确的是( )。
①铁钉表面产生气泡 ②溶液由无色逐渐变为浅绿色
③铁钉的质量减小 ④溶液的质量减小
A.②③ B.①②④
C.①②③ D.①②③④
【答案】C
【解析】根据反应Fe+H2SO4FeSO4+H2↑可知,反应过程中铁钉逐渐溶解,铁钉表面产生气泡,溶液变为浅绿色。
4.有A、B、C三种常见的金属单质,A在空气中燃烧生成淡黄色固体;B也能在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光;C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体。根据以上信息回答下列问题:
(1)写出化学式:A ;B ;C 。
(2)写出下列反应的化学方程式:
①A在空气中燃烧: ;
②C与水蒸气反应: ;
③A与水反应: 。
【答案】(1)Na Mg Fe
(2)2Na+O2Na2O2 3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 2Na+2H2O2NaOH+H2↑
【解析】淡黄色固体是过氧化钠,故A是钠;B能在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光,故B是镁;C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体,故C是铁。
5.某同学欲在实验室中完成铁与水蒸气反应的实验,装置如图甲、乙所示。
已知B中放入的是铁粉与石棉绒的混合物,C中放的是干燥剂,E为酒精喷灯,G为带有铁丝网罩的酒精灯。
对比两装置,回答下列问题:
(1)如何检查乙装置的气密性 。
(2)乙装置中湿沙子的作用是 。
(3)B处发生反应的化学方程式为 。
(4)该同学认为在乙装置的导管口处点燃反应产生的气体,装置H必不可少,H的作用是 。
(5)对比甲、乙两装置的B和K,B的优点是 。
【答案】(1)向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热K,若H中导管口出现气泡,停止加热后导管中出现水柱,证明气密性良好(其他合理答案也可) (2)提供水蒸气 (3)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 (4)干燥氢气,降低氢气中水蒸气的含量 (5)使用石棉绒,增大了水蒸气与铁粉的接触面积,使反应充分进行
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