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第一节　铁及其化合物
第三章　铁金属材料
第1课时　铁的单质、铁的氧化物、铁的氢氧化物
素养目标
1.了解单质铁的还原性,一定条件下能与非金属单质、酸和某些盐反应,初步学会根据铁与水蒸气反应的原理,Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备方法,设计实验装置,培养科学探究与创新意识。
2.能用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质,基于实验事实书写铁与水蒸气反应的方程式,形成宏观辨识与微观探析的意识。
3.通过实验探究铁的氧化物、铁的氢氧化物的化学性质,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用,形成证据意识。
4.了解铁元素在自然界的存在形态、与人体健康的关系,体会化学对人类生活的重要意义。从我国古代应用铁的化学史感受中华民族在科技发展进程中的贡献,增强科学态度与社会责任。
【知识铺垫】
1.铁生锈的条件是与水、空气同时接触。
2.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。
提示 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+2O2 Fe3O4。
3.铁与盐酸、CuSO4溶液发生反应的离子方程式分别为
Fe+2H+ === Fe2++H2↑,Fe+Cu2+ === Fe2++Cu。
4.钠与冷水剧烈反应,反应的化学方程式为2Na+2H2O === 2NaOH+H2↑。
素养初探
【必备知识】
一、铁元素概述
1.自然界中的铁:既有单质(陨铁中的铁单质)形态又有化合物(矿石中+2、+3价铁的化合物)形态。
2.含量:铁在地壳中含量居第四位,仅次于氧、硅、铝。
3.开发利用:春秋初年我国已掌握了冶铁技术。工业炼铁原理(以Fe2O3为例)是3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。
二、铁的单质
1.物理性质
铁有延展性、导热性、导电性,但其导电性不如铜和铝,铁还能被磁铁吸引。其熔、沸点较高,熔点:1 535 ℃、沸点:2 750 ℃。密度:7.86 g·cm-3。
【微思考】你能用一种最简单的方法分离铁粉和铜粉的混合物吗
提示 可以用磁铁吸引法分离。
2.化学性质
(1)铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应:
氧化剂强弱 较弱 较强
铁失去电子个数 失去2个电子 失去3个电子
产物中铁的价态 +2 +3
氧化反应 Fe-2e-===Fe2+ Fe-3e-===Fe3+
①与非金属单质(O2、Cl2等)反应,如Fe与Cl2反应:2Fe+3Cl2 2FeCl3。
②与盐酸、稀硫酸反应:Fe+2H+ === Fe2++H2↑(离子方程式)。
③与某些盐反应,如Fe与CuSO4溶液反应:Fe+Cu2+ === Fe2++Cu(离子方程式)。
(2)实验探究铁粉与水蒸气的反应:
方法 方法一 方法二
实验装置
方法 方法一 方法二
气体 用小试管收集一试管气体,点燃,听到轻微噗声,证明生成了H2 用燃着的火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声,证明生成了H2
实验 结论 红热的铁能与水蒸气发生反应,反应的化学方程式为 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 【情境链接】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,只有在高温下才能与水蒸气反应,所以可以用铁壶烧水。
三、铁的氧化物
名　称 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗　名 — 铁红 磁性氧化铁
铁的化合价 +2 +3 +2、+3
颜　色 黑色 红棕色 黑色
溶解性 不溶于水 不溶于水 不溶于水
稳定性 不稳定 稳定 稳定
氧化物类别 碱性氧化物 碱性氧化物 复杂氧化物
与盐酸反应的离子 方程式 FeO+2H+===Fe2++H2O、Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、 Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O 用　途 氧化铁:油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料 【情境链接】杜甫是唐代伟大诗人,他的代表作之一——《自京赴奉先县咏怀五百字》中有句千古名句:“朱门酒肉臭,路有冻死骨。”这里为何称为“朱门”呢
提示 古代王公贵族的住宅大门用氧化铁漆成红色,表示尊贵,称为“朱门”,后来借指豪富人家。
四、铁的氢氧化物
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
颜　色 白色 红褐色
溶解性 不溶于水 不溶于水
稳定性 易被溶解在溶液中的氧气氧化为Fe(OH)3 2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
与盐酸反应(离子方程式) Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
制备(离子方程式) Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
转化 化学方程式 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 现象 白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,过一段时间后会有红褐色物质生成
【自我小测】
1.判断正误:
(1)Fe与H2O(g)反应生成Fe2O3和H2。(　　)
(2)铁有多种氧化物,且均为黑色固体。(　　)
(3)Fe3O4中的Fe化合价有+2和+3价,Fe3O4为混合物。(　　)
(4)Fe(OH)2和Fe(OH)3均为弱碱,均与盐酸反应生成盐和H2O。(　　)
(5)Fe(OH)2易被溶解在溶液中的O2氧化为Fe(OH)3。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2.指南针是我国的四大发明之一,制造指南针的磁性物质是(　　)
A.FeO B.Fe2O3
C.Fe3O4 D.Fe
C
新知 氢氧化铁、氢氧化亚铁的制备
【问题探究】
【实验探究】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。
FeCl3溶液 新制FeSO4溶液
实验操作 甲
乙
素养提升
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
提示 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.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
提示 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
提示 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。
【深化拓展】
Fe(OH)2的制备方法创新
(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,因其密度大于水),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,再将亚铁盐溶液与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。
【素能应用】
例 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中盛一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是　　　　,A中反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验开始时先将止水夹E　　　　(填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是　　　　。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(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
关闭止水夹E,使FeSO4溶液被压入B瓶中进行反应
Fe+2H+ === Fe2++H2↑
铁屑　
H2
打开
变式训练下列图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(　　)
A.①②③④ B.只有①③④
C.只有①②④ D.只有②③④
C
规律方法制备Fe(OH)2的关键
制备Fe(OH)2的关键是降低反应体系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。可采用的方法:
(1)采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2+易被空气中的氧气氧化成Fe3+);
(2)将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解在蒸馏水中的氧气);
(3)将碱直接加到亚铁盐溶液的底部[使Fe(OH)2与空气隔离];
(4)在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小,而又不溶于水的有机溶剂)。
素养脉络
1.下列变化中,加入铁粉不可能实现的是(　　)
A.Ag+→Ag B.H2O(g)→H2
C.H+→H2 D.Fe(OH)2→Fe(OH)3
素养巩固
D
2.下列有关说法不正确的是(　　)
A.Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2和+3价
B.FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均与盐酸反应
C.Fe(OH)2不稳定,具有较强的氧化性
D.Fe(OH)3比Fe(OH)2稳定
C
3.下列有关氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中,不正确的是(　　)
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
B
4.根据下列流程图回答问题。
(1)写出F的化学式:　　　　,H的化学式:　　　　。
(2)写出由E转变成F的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。
(3)向B溶液中加入A的有关离子反应方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)写出A在一定条件下与水反应的化学方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案 (1)Fe(OH)3　AgCl
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O === 4Fe(OH)3
(3)2H++Fe === Fe2++H2↑
(4)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2

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