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第三章 铁 金属材料
第一节 铁及其化合物
课时2 铁的重要化合物
学习目标
通过学习铁的氧化物和氢氧化物，学会从物质类别和元素价态的视角认识具有变价元素物质间的转化关系
01
通过实验探究铁的氢氧化物的化学性质，并能用化学方程式或离子方程式正确表示
02
结合应用实例，将铁的氧化物和氢氧化物性质的知识运用于解决生产、生活中简单的化学问题
03
丹霞地貌的红色主要来源于其中的铁氧化物，特别是赤铁矿(Fe2O3)。铁氧化物在地表被氧化成赤铁矿后，赋予了丹霞地貌鲜艳的红色。
01
铁的氧化物
FeO氧化亚铁
碱性氧化物
颜色、状态：
溶解性：
铁的价态：
与H＋反应：
稳定性：
与CO、C、H2反应：
黑色粉末
不溶于水
＋2
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
不稳定
生成单质铁及CO2或H2O
6FeO＋O2 2Fe3O4
(氧化性和还原性)
碱性氧化物
颜色、状态：
铁的价态：
与H＋反应：
稳定性：
与CO、C、H2反应：
溶解性：
红棕色粉末
＋3
6H＋＋Fe2O3===2Fe3＋＋3H2O
不溶于水
稳定
生成单质铁及CO2或H2O
(氧化性)
俗称：铁红
Fe2O3氧化铁（三氧化二铁）
用途：
Fe2O3常用作红色油漆与涂料
赤铁矿(Fe2O3)是炼铁的原料
Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O
＋2、＋3
不溶于水
黑色晶体(有磁性)
稳定
特殊氧化物
颜色、状态：
铁的价态：
与H＋反应：
稳定性：
与CO、C、H2反应：
溶解性：
生成单质铁及CO2或H2O
俗称：磁性氧化铁
Fe3O4四氧化三铁
例1“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
D
例2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
D．Fe3O4中铁元素有＋2价和＋3价，Fe3O4是混合物
C
解析：赤铁矿、铁锈的主要成分均是Fe2O3，A错误，C正确；Fe2O3为碱性氧化物，但不与水反应，B错误；Fe3O4为化合物，不是混合物，D错误。
思考讨论：1．阿尔法磁谱仪又译为反物质太空磁谱仪，我国科学家为磁谱仪倾注了大量心血，磁谱仪已随航天飞船升入太空，开始了探索宇宙中是否存在“反物质”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的核心部件的材料是FeO、Fe2O3、Fe3O4中的哪一种？
Fe3O4。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Fe3O4是具有磁性的物质，其他均不具有磁性。
2．“秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。都是由黏土烧制的砖瓦(黏土中含有铁元素)，有的是黑色的，有的却是红色的，请分析其颜色不同的原因？
砖瓦显黑色的原因：烧制砖瓦时，黏土中的铁元素与O2反应，生成黑色的FeO与Fe3O4。
砖瓦显红色的原因：烧制砖瓦时，黏土中的铁元素与O2反应，生成红棕色的Fe2O3。
3.从氧化还原反应的角度，分析FeO、Fe2O3、Fe3O4的氧化性和还原性。
FeO有还原性，Fe2O3有氧化性，Fe3O4既有氧化性又有还原性。但FeO与Fe2O3中Fe元素价态相邻，两者不会反应。FeO、Fe3O4遇强氧化性酸(如HNO3)发生氧化还原反应，＋2价的铁均被氧化成＋3价。
FeO Fe2O3 Fe3O4
铁的化合价
氧化物类别
与非氧化性酸反应
与还原剂反应(H2、CO、Al等)
用途
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
3Fe3O4+8Al
9Fe+4Al2O3
+2
+3
+2、+3
碱性氧化物
碱性氧化物
不是碱性氧化物
FeO+2H+ =Fe2+ +H2O
Fe2O3+6H+ =
2Fe3+ +3H2O
Fe3O4+8H+ =2Fe3+ + Fe2++4H2O
FeO+CO Fe+CO2
红色油漆和涂料；赤铁矿是炼铁原料
炼铁、电讯器材、烤蓝
例1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
解析：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。
例2关于铁的三种氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)，下列叙述中
正确的是（ ）
A．铁的三种氧化物中铁元素的化合价完全相同
B．都是碱性氧化物，都能与盐酸反应生成氯化铁和水
C．铁的三种氧化物在高温条件下都能被CO还原为Fe
D．四氧化三铁中铁元素有＋2价和＋3价，它是一种混合物
C
解析：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。
02
铁的氢氧化物
实验操作 实验现象 结论(用方程式表示)
试管中有红褐色沉淀产生 Fe3＋＋3OH－ = Fe(OH)3↓
试管中先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色 Fe2＋＋2OH－ = Fe(OH)2↓(白色)、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O = 4Fe(OH)3
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
物质类别 二元弱碱 三元弱碱
颜色状态
溶解性
与非氧化性强酸反应
稳定性 Fe(OH)2 FeO＋H2O (隔绝空气)
白色固体
红褐色固体
不溶于水
不溶于水
Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O
Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
2Fe(OH)3 Fe2O3＋3H2O
归纳总结：铁的氢氧化物
Fe2＋极易被氧化，故FeSO4溶液要现用现配
为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2
为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液
为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气
制备Fe(OH)2的关键是隔绝空气(O2)，可采取的措施有：
例1下列说法中，不正确的是（ ） A．FeCl3溶液和FeCl2溶液都是黄色的 B．Fe(OH)2是白色的，Fe(OH)3是红褐色的 C．FeO、 Fe2O3都能与盐酸反应 D．FeCl3溶液、FeCl2溶液都能与NaOH溶液反应
A
解析：A．FeCl3溶液是黄色的，FeCl2溶液是浅绿色的，A项错误；B．Fe(OH)2是白色的，Fe(OH)3是红褐色的，B项正确；C．FeO、 Fe2O3都是金属氧化物，金属氧化物一般都能与盐酸反应，C项正确;D．FeCl3溶液、FeCl2溶液与NaOH溶液反应分别生成氢氧化铁沉淀和氢氧化亚铁沉淀，故FeCl3溶液、FeCl2溶液都能与NaOH溶液反应，D项正确；答案选A。
例2将一定量铁粉溶解于足量稀硫酸中，然后向溶液中滴加
足量NaOH溶液，充分反应后过滤将滤渣在空气中加热至1000℃完
全反应，最终得到的固体的成分为（ ）
C
解析：将一定量铁粉溶解于足量稀硫酸中发生反应：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，然后向溶液中滴加足量NaOH溶液，发生反应：FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4，4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，充分反应后过滤将滤渣在空气中加热至1000℃完全反应，反应为：2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O，最终得到的固体成分为Fe2O3；故选C。
方案二：还原性气体保护法
在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
思考解答下列问题：
(3)在试管Ⅰ里加入的试剂是 。
(4)在试管Ⅱ里加入的试剂是 。
(5)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，塞紧塞子后的实验步骤是____________________________________________________________________。
(6)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是
________________________________________________________________。
方案一：有机覆盖层法
(1)配制NaOH和FeSO4溶液的蒸馏水要经过 ，目的是： 。
(2)在FeSO4溶液表面覆盖一层苯，作用是： 。
氢氧化亚铁制备实验的改进
加热煮沸
赶走溶解的氧气
隔绝空气中的氧气
稀H2SO4、铁屑
NaOH溶液
打开止水夹a，待Ⅰ中反应生成的氢气排净装置中的空气后，再关闭止水夹a　
试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入
方案二：还原性气体保护法
在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
思考解答下列问题：
(3)在试管Ⅰ里加入的试剂是 。
(4)在试管Ⅱ里加入的试剂是 。
(5)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和试管Ⅱ中加入试剂，塞紧塞子后的实验步骤是_____________________________________________________________________。
(6)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是
_______________________________________________________________。
稀H2SO4、铁屑
NaOH溶液
打开止水夹a，待Ⅰ中反应生成的氢气排净装置中的空气后，再关闭止水夹a　
试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入
例1实验室可用图装置制备Fe(OH)2。下列说法不正确的是（ ）
A．配制NaOH溶液和FeSO4溶液的蒸馏水要提前煮沸 B．实验前可在FeSO4溶液上面加一层煤油 C．得到的Fe(OH)2为红褐色固体 D．实验结束后的胶头滴管，要先用盐酸浸泡，再用水洗
C
解析：如图，利用NaOH溶液与FeSO4溶液反应得到Fe(OH)2和Na2SO4，Fe(OH)2易被空气氧化。A项，FeSO4和Fe(OH)2中铁元素呈＋2，易被氧化，故配制NaOH溶液和FeSO4溶液的蒸馏水要提前煮沸，除去水中溶解的氧气，正确；B项，实验前可在FeSO4溶液上面加一层煤油，浮在水面上，可隔绝空气，正确；C项，得到的Fe(OH)2为白色固体，错误；D项，实验结束后的胶头滴管含碱性溶液，要先用盐酸浸泡，再用水洗，正确。
例2关于甲、乙、丙、丁四套装置的说法正确的是（ ）
A．用装置甲制取氯气
B．用装置乙除去氢气中的少量氯化氢
C．用丙装置可以较长时间看到白色Fe(OH)2白色沉淀
D．用丁装置证明碳酸氢钠受热易分解
C
解析：A．MnO2与浓盐酸混合制取Cl2需要在加热条件下进行，装置中缺少加热装置，因此不能用于制取Cl2，A项错误；B．HCl溶于水产生盐酸，盐酸与NaHCO3发生产生CO2气体，导致Cl2中含有新杂质CO2气体，不能达到目的，B项错误；C．试管中Fe与H2SO4反应产生FeSO4和H2，产生的H2将试管A、B及导气管中空气排出，待其中没有空气后，关闭阀门a，反应产生的H2又将A中新制取的FeSO4压入B试管中，发生反应：FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4，由于处于H2的惰性环境，产生的Fe(OH)2不会被氧化，因此可以较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀，C项正确；D．固体加热时为防止产生的水蒸气冷凝回流，试管口应该略向下倾斜，D项错误；答案选C。
03
课堂检测
1．下列有关物质的性质与用途不具有对应关系的是（ ） A．铁粉能与O2反应，可用作食品保存的吸氧剂 B．聚合硫酸铁能水解并形成胶体，可用于净水 C．FeCl3具有氧化性，可用于腐蚀印刷电路板上的Cu D．纳米Fe3O4能与酸反应，可用作铁磁性材料
D
解析：铁粉能与O2反应，因此铁粉可用作食品保存的吸氧剂，物质的性质与用途具有对应关系，故A错；聚合硫酸铁能水解并形成胶体，胶体能吸附杂质，因此聚合硫酸铁可用于净水，具有对应关系，故B错；FeCl3具有氧化性，氯化铁和铜反应生成氯化铜和氯化亚铁，则氯化铁可用于腐蚀印刷电路板上的Cu，具有对应关系，故C错；纳米Fe3O4能与酸反应生成氯化亚铁、氯化铁和水，纳米Fe3O4可用作铁磁性材料，物质的性质与用途不具有对应关系，故D正确。
2．《神农本草经》记载：“磁石，味辛寒，主周痹风湿，肢节
中痛，不可持物，洗洗酸消，除大热烦满及耳聋。”下列说法错
误的是（ ）
A．磁石的主要成分是碱性氧化物Fe3O4 B．磁石呈黑色
C．磁石不溶于水 D．磁石可作药材使用
A
解析：A．磁石的主要成分是Fe3O4，但不是碱性氧化物， 碱性氧化物是能和酸作用，只生成一种盐和水的金属氧化物；而四氧化三铁虽可以和酸反应，但同时生成铁盐和亚铁盐两种盐，所以不是碱性氧化物，A错误；B．磁石呈黑色，B正确；C．磁石的主要成分是Fe3O4，难溶于水，C正确；D．根据题意可做药材，D正确；故选A。
3．氧化还原反应广泛存在，下列变化中没有发生氧化还原反应的是（ ）
A．用焦炭将Fe2O3冶炼成生铁
B．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，迅速发生转化
C．用石灰浆粉刷墙壁
D．Fe(OH)2白色沉淀在空气中放置变成红褐色
C
解析：用焦炭将Fe2O3，冶炼成生铁，反应为置换反应，C、Fe的化合价发生改变，为氧化还原反应，A不符；FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热，变为四氧化三铁，为氧化还原反应，B不符；用石灰浆粉刷墙壁，为氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙和水，各元素的化合价未变，为非氧化还原反应, C符合题意；Fe(OH)2白色沉淀在空气中放置最终变成红褐色，原理为：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，涉及氧化还原反应，D不符；故选C。
4．下列各图示中能较长时间观察到Fe(OH)2的是（ ）
A．①②③ B．①②④
C．①②③④ D．②③④
B
解析：①稀硫酸和铁粉生成H2，氢气排除了装置中的空气，在滴加氢氧化钠溶液，可以观察到白色沉淀；②稀硫酸和铁粉生成H2，打开a止水夹，氢气排除了装置中的空气，过一段时间关闭a止水夹，A中生成硫酸亚铁的试管压强增大，将硫酸亚铁压如B试管，可以观察到白色沉淀；③与空气直接接触，Fe(OH)2迅速被空气氧化成灰绿色最终变成红褐色的Fe(OH)3，不能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀；④在硫酸亚铁溶液上面加苯液封，隔绝空气，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀；综上所述，①②④符合题意；故选B。
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