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第三章 第一节 铁及其化合物
第1课时 铁的单质 铁的氧化物 铁的氢氧化物
【学习目标】
1．了解铁及其重要化合物的重要性质及实验现象。
2．了解Fe(OH)2 、Fe(OH)3的制备方法。
【素养目标】
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。
必备知识与关键能力
知识点一：铁单质的结构和性质
1．铁的结构
铁位于元素周期表中第四周期Ⅷ族。
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＋3CO2Fe＋3CO2。
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。
4．铁的物理性质
颜色状态 导电性、导热性、延展性 特性 地壳含量
银白色固体 良好 被磁铁吸引 占第4位
5．化学性质
(1)铁的主要化学性质
(2)铁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
②Fe与非氧化性酸反应 Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑(置换反应)
③Fe与盐溶液反应 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)Fe3O4＋4H2(置换反应)
【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。
典例1．下列说法不正确的是( )
A．铁与纯氧气和水蒸气反应都能生成四氧化三铁
B．铁在高温下与水蒸气的反应是置换反应
C．铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气
D．铁与盐酸或水蒸气反应，都作还原剂
【答案】C
【解析】据3Fe＋2O2Fe3O4、3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2、Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑可知A、B、D正确，C项错误。
典例2．下列有关铁及其化合物的说法中不正确的是(　　)
A．工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁
B．铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4
C．工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸
D．氯化铁溶液有较强氧化性，故可用作净水剂
【答案】D
【解析】常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化现象，阻止反应进行，工业上可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸，故C正确；氯化铁有氧化性，但不是用作净水剂的原因，净水是利用铁离子水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性，能吸附悬浮的杂质净水，故D错误。
典例3．铁与水蒸气反应的实验装置如下图所示，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 。
(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 。
(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。
典例4．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)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
【答案】B
【解析】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。
知识点二：铁的氧化物
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 — 铁红 磁性氧化铁
色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体
溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水
铁的价态 ＋2价 ＋3价 ＋2价，＋3价
与H＋反应的离子方程式 FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
共性 高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，生成单质铁
典例5．下列说法正确的是( )
A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．Fe2O3为碱性氧化物，可与水反应生成Fe(OH)3
C．铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O
D．Fe3O4中铁元素有＋2价和＋3价，Fe3O4是混合物
【答案】C
【解析】赤铁矿的主要成分是Fe2O3，A项错误；铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O，C项正确；Fe2O3为碱性氧化物，但不与水反应，B项错误；Fe3O4为化合物，不是混合物，D项错误。
典例6．下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )
A．Fe3O4的颜色为红棕色
B．铁丝可在空气中燃烧生成Fe3O4
C．FeCl2可通过置换反应或复分解反应制得
D．铁的氧化物均为黑色，不溶于水
【答案】C
【解析】Fe3O4的颜色为黑色；铁丝在空气中不能燃烧；生成FeCl2的反应有：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O等；Fe2O3是红棕色粉末。
(三)铁的氢氧化物
知识点三：铁的氢氧化物
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
色态 白色固体 红褐色固体
溶解性 难溶于水 难溶于水
与盐酸反应 Fe(OH)2＋2H＋=== Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋=== Fe3＋＋3H2O
受热分解 — 2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
制法 可溶性亚铁盐与碱反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 可溶性铁盐与碱反应： Fe3＋＋3OH－=== Fe(OH)3↓
二者的关系 空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
【点拨】①FeO和Fe3O4与HNO3反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe2＋被HNO3氧化成Fe3＋。
②Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3与HI反应时，除考虑与H＋的反应外，还考虑Fe3＋被I－还原为Fe2＋。
典例7．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．FeSO4 B．Na2SO4 C．FeCl3 D．KCl
【答案】A
典例8．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(　　)
A．Fe(OH)3　Fe2O3　　　 B．Fe(OH)2　Fe2O3
C．Fe(OH)2　Fe(OH)3 D．Fe(OH)2　FeO
【答案】B
【解析】铁与稀硫酸反应生成FeSO4，再与过量氨水反应生成白色沉淀Fe(OH)2，在空气中加热Fe(OH)2，铁元素被氧化为＋3价，最后所得红棕色残渣为Fe2O3。
知识点四：氢氧化亚铁的制备
【方法规律】 Fe(OH)2制备的三种思维方法
(1)有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图1所示。
(2)还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀，如图2所示。
(3)电解法
用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖一层苯(或煤油)，如图3所示。
典例9．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】Fe(OH)2 在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3 ，发生4Fe(OH)2 ＋O2＋2H2O = 4Fe(OH)3 。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。①、②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无法避免氧气与氢氧化亚铁的反应；④中液面加苯阻止了空气进入，能较长时间看到白色沉淀，选B。
典例10．如图所示装置，可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化，实验时提供的试剂有铁屑及6.00 mol·L－1的硫酸，NaOH溶液，下列说法错误的是(　　)
A．B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是铁屑
B．实验开始时应先将活塞E关闭
C．生成Fe(OH)2的操作为关闭活塞E，使A中溶液压入B中
D．取下装置B中的橡胶塞，使空气进入，有关反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
【答案】B
【解析】制取硫酸亚铁需要铁屑，所以在烧瓶中应该先加入铁屑，所以A中应预先加入的试剂是铁屑，故A正确；稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气，实验开始时应打开活塞E，用氢气排出装置中的空气，B错误；铁和稀硫酸反应有氢气生成，关闭活塞E，导致A中压强逐渐增大，将FeSO4溶液压入B中进行反应生成氢氧化亚铁，C正确；氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成红褐色的氢氧化铁，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，故D正确。
核心价值与学科素养
【知识结构化】
典例11．“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。同是由黏土烧制的砖瓦，有的是黑色的，有的却是红色的，你猜测其中的原因可能是(　　)
A．土壤中含有铁粉、二氧化锰等
B．黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑，红砖瓦则是添加了红色耐高温染料
C．土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色CuO和红色Cu
D．土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3
【答案】D
【解析】土壤中含有铁元素，经过不同工艺煅烧时，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3，故D项正确。
【跟踪练习】 基础过关
1． 铁有＋2价和＋3价两种价态。下列有关反应中不涉及铁元素价态变化的是( )
A．铁粉溶于稀硫酸
B．铁在氧气中燃烧，其产物溶于盐酸中可得到两种盐
C．氢氧化亚铁是白色固体，在空气中迅速变成灰绿色，最终变成红褐色
D．氢氧化铁受热分解
【答案】D
【解析】A项，Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，铁元素化合价由0价变为＋2价；B项，3Fe＋2O2Fe3O4，铁元素化合价由0价变为＋2价、＋3价；C项，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，铁元素化合价由＋2价变为＋3价；D项，2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O，铁元素化合价没有变化。
2． 已知下列三个实验均能发生化学反应：
① ② ③
将铁钉放入硫酸铜溶液中 向硫酸亚铁溶液中滴入几滴氯水 将铜丝放入氯化铁溶液中
下列判断正确的是(　　)
A．实验①中铁钉只做还原剂
B．实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性
C．实验③中发生的是置换反应
D．上述实验证明氧化性：Fe3+>Fe2+>Cu2+
【答案】A
【解析】实验①中铁钉做还原剂，氧化性Cu2+ >Fe2+；实验②中Fe2+只表现还原性；实验③中反应为：Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2不是置换反应。分析可知：氧化性：Fe3+>Cu2+，综上可知氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+，故A正确，B、C、D错误。
3． 有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 mol·L－1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2，恰好使其中的Fe2＋全部转变为Fe3＋，则该样品可能的化学式为(　　)
A．Fe2O3 B．Fe3O4
C．Fe4O5 D．Fe5O7
【答案】D
【解析】根据2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2＋)＝0.025 mol×2＝0.05 mol，根据电荷守恒得2n(Fe2＋)＋3n(Fe3＋)＝n(Cl－)，则n(Fe3＋)＝0.2 mol，故 n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝0.05∶0.2＝1∶4，故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3，即Fe5O7。
4． 如图两圆相交部分A、B、C、D分别表示两物质间的反应。下列各对应反应的离子方程式书写不正确的是(　　)
A．Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
B．Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
C．Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
D．3Fe(OH)2＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋8H2O
【答案】B
【解析】Fe3O4与足量稀硝酸反应只生成Fe3＋，没有Fe2＋
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_____________________________________________。
【答案】(1)Fe Fe2O3 Fe3O4 Cu H2
(2)Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(3)Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O
【解析】单质A为Fe，其转化关系为
折 能力达成
6． 现有CuO、FeO、Fe2O3组成的混合物m g，向其中加入100 mL 1 mol·L－1硫酸，恰好完全溶解。若m g该混合物在过量氢气流中加热充分反应，则冷却后剩余固体的质量为( )
A．(m－0.8)g B．(m－1.2)g
C．(m－1.6)g D．无法计算
【答案】C
【解析】由关系式CuO～CuSO4，FeO～FeSO4，Fe2O3～Fe2(SO4)3可知S的物质的量等于金属氧化物中O的物质的量，n(S)＝0.1 L×1 mol·L－1＝0.1 mol，所以金属氧化物中氧元素的质量为0.1 mol×16 g·mol－1＝1.6 g。若将m g原混合物在过量氢气流中加热，使其充分反应，冷却后剩余固体为金属单质，则金属质量为氧化物的质量减去氧元素的质量，故冷却后剩余金属质量为m g－1.6 g＝(m－1.6)g。
7． 某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答：
(1)仪器1的名称______________________。装置5的作用____________。
(2)实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进，使溶液能进入4中______________________。
(3)装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因____________________________________________。
【答案】(1)滴液漏斗(分液漏斗)　 液封，防止空气进入装置4　
(2)在装置2、3之间添加控制开关　 (3)装置4
【解析】(1)仪器1的名称为分液漏斗。由于Fe(OH)2易被氧气氧化，故装置5的作用是通过液封，防止空气进入装置4。(2)3中溶液不能进入4中的原因是生成的氢气沿着导管通过2逸出，三颈烧瓶中无法形成高压，故只需在2、3之间加一个控制开关。(3)生成灰绿色沉淀说明氢氧化亚铁被部分氧化，其原因应该是装置4中的空气未排尽。
8． 在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应可以得到铁的氧化物。该氧化物又可经过此反应的逆反应生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。请分别用下图所示的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6 mol·L－1盐酸，其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去)。
填写下列空白：
(1)实验进行时，试管A中应加入的试剂是 ；烧瓶B的作用是 ；烧瓶C的作用是 ；在试管D中收集到的是 。
(2)实验时，U形管G中应加入的试剂是 ；分液漏斗H中应加入 。
(3)两套装置中，在实验时需要加热的仪器是 (填该仪器对应的字母)。
(4)试管E中发生反应的化学方程式是 。
(5)为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须 ；E管中的反应开始后，在F出口处应 。
【答案】(1)普通铁粉(或铁粉) 作为水蒸气发生器 防止倒吸(或用作安全瓶)；氢气。
(2)碱石灰(或固体NaOH、无水CaCl2等) 6 mol·L－1盐酸
(3) ABE
(4) Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O。
(5)检验氢气的纯度 点燃氢气
【解析】(1)根据题干可推断出试管A应是铁和水蒸气反应的装置，在A中装的应是普通铁粉，反应过程中要生成氢气，所以D是用来收集氢气的，在烧瓶B中产生水蒸气，为了防止向试管中通入水蒸气使试管骤冷引起水的倒流，在反应装置和收集装置中间加上广口瓶以保证实验安全。(2)装置I用来制取氢气，故H用于添加盐酸，在产生氢气的同时可能会带出部分水蒸气和氯化氢气体，故应在U形管中加入固体干燥剂吸收氯化氢和水蒸气。(3)反应在高温条件下进行，所以A和E装置需要加热，反应需要水蒸气，故B也需要加热。(4)依据装置和实验目的分析，试管E中发生反应是氢气还原四氧化三铁的反应，反应方程式是：Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O。(5)氢气是可燃性气体，做氢气的性质实验时必须保证氢气是纯净的，为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须进行气体验纯；E管中的反应开始后，在F出口处应点燃H2，避免排放到空气中遇火爆炸。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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