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第三章　铁 金属材料
第一节　铁及其化合物
第1课时　铁的单质　铁的氧化物
课程标准 核心素养目标
结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其氧化物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用。 1.宏观辨识与微观探析：能用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质，基于铁与水蒸气反应的实验事实，解释生产中简单的化学问题。
2．科学态度与社会责任：了解铁元素在自然界中的存在形态、与人体健康的关系，体会化学对人类生活的重要意义。
一、铁的单质
1．自然界中铁元素的存在
(1)铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以 形态存在，但主要是以 价和 价化合物的形态存在于矿石中。
(2)工业炼铁的原理是用 的方法把铁从铁矿石中提炼出来。炼铁高炉中发生的主要反应有 。
(3)铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第 位。
单质
＋2
＋3
四
还原
2．铁的物理性质
延展性
导热性
磁铁
3．铁的化学性质
(1)铁与某些非金属单质、酸和盐溶液反应
化学性质 化学方程式
铁与某些非金属单质反应 铁与O2反应： ；
铁与Cl2反应： .
铁与酸溶液的反应 铁与稀盐酸反应： ；
铁与稀硫酸反应： ↑
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
化学性质 化学方程式
铁与盐溶液的反应 铁与CuSO4溶液反应： ；
铁与AgNO3溶液反应： g
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
2AgNO3＋Fe===Fe(NO3)2＋2Ag
(2)铁与水蒸气的反应(实验探究)
实验装置
实验操作
及现象 在上图所示的试管中依次加入湿棉花和还原铁粉，加热，用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声
实验
结论 高温下，红热的铁能与水蒸气发生反应，反应的化学方程式为 。
实验
反思 ①加热湿棉花的目的是提供水蒸气，使之与还原铁粉在高温下发生反应；
②肥皂液的作用是收集氢气，便于通过点燃来验证产物中的气体
二、铁的氧化物
1．物理性质
铁的氧化物 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁
化学式 . . Fe3O4
俗称 — . .
颜色、状态 黑色粉末 粉末 晶体
铁元素价态 价 价 ＋2、＋3价
FeO
Fe2O3
铁红
磁性氧化铁
红棕色
黑色
＋2
＋3
水溶性 都不溶于水
主要用途 — 常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的 颜料 —
红色
2.化学性质
铁的氧化物 FeO Fe2O3 Fe3O4
元素价态角度 氧化性和还原性 . 氧化性和还原性
物质类别 . . 不是碱性氧化物
氧化性
碱性氧化物
碱性氧化物
与酸(H＋)的反应 Fe3O4＋8H＋===
2Fe3+＋Fe2+＋4H2O
与CO反应 反应通式为FexOy＋yCO xFe＋yCO2，属于氧化还原反应，但不属于置换反应
FeO＋2H＋===
Fe2+＋H2O
Fe2O3＋6H＋===
2Fe3+＋3H2O
高温
◆拓展延伸
(1)铁在成年人人体中的含量为4～5 g，分为功能性铁和储存铁。
(2)人体缺铁会导致人的记忆能力、免疫能力和对温度的适应能力等生理功能下降。
(3)体内缺铁造成贫血，动物内脏、肉类、鱼类、蛋类等动物性食物中的铁容易被吸收。
◆名师点拨
(1)铁与不同氧化剂的反应规律如下：
(2)铁与酸反应的实质是Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑，这里H＋可以是盐酸、稀硫酸，硝酸暂不讨论。
(3)铁与盐溶液发生反应时，大多遵循“活泼金属置换不活泼金属”的规律。
◆名师点拨
(1)铁与冷水、热水均不发生反应，只与水蒸气在高温下反应。
(2)铁在潮湿空气中生锈，实质是Fe与空气中的H2O(g)、O2共同作用的结果，并非铁与H2O(g)直接反应。
(3)铁与水蒸气反应的产物是Fe3O4和H2，得不到Fe2O3。
◆名师点拨
(1)FeO不稳定，在空气中受热，能迅速被氧化生成Fe3O4。
(2)Fe3O4有固定组成，属于纯净物，可表示为FeO·Fe2O3。
(3)“朱门酒肉臭”中“朱门”是指用含Fe2O3的油漆漆制的门。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)铁与少量O2反应生成FeO，与足量O2反应生成Fe3O4(　　　)
(2)铁与稀硫酸、CuSO4溶液反应时，均体现其还原性(　　　)
(3)钠与水反应生成NaOH和H2，类推铁与水蒸气反应生成Fe(OH)3和H2(　　　)
(4)在空气中加热FeO，可使其转化成Fe2O3(　　　)
×　
√　
×　
×　
某些食品包装袋内常利用还原铁粉作“双吸剂”，用来吸收O2和H2O(g)，以延长食品保质期。某研究性小组在实验室中取食品包装袋内的还原铁粉进行如下实验：
探究一 铁单质的化学性质
[问题设计]
(1)实验1：将盛有稀硫酸的试管倾斜，使稀硫酸与还原铁粉接触，铁粉逐渐溶解，气球逐渐膨胀。试结合离子方程式分析产生上述现象的原因。
提示：铁粉与稀硫酸发生置换反应Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑，铁粉逐渐溶解；反应生成H2，气体压强增大，气球逐渐膨胀。
(2)实验2：将CuSO4溶液逐滴加入还原铁粉中，铁粉表面析出红色物质，溶液由蓝色变为浅绿色。试结合离子方程式分析产生上述现象的原因。
提示：铁的还原性强于铜，将CuSO4溶液滴入铁粉中，发生反应Cu2+＋Fe===Cu＋Fe2+，铁粉表面析出红色物质；由于反应消耗Cu2+且生成Fe2+，溶液由蓝色变为浅绿色。
1．从物质类别角度认识铁的化学性质
(1)铁元素在金属活动性顺序表中的位置：
(2)铁具有金属的化学通性：
①能与非金属单质(如O2、Cl2等)反应生成Fe3O4、FeCl3等。
②能与酸(如稀硫酸、盐酸等)发生置换反应生成亚铁盐和H2：Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑。
③能与金属活动性顺序表中铁之后金属对应的盐溶液发生置换反应，生成不活泼的金属。例如：Fe＋Hg2+===Hg＋Fe2+等。
2．从元素价态角度认识铁的化学性质
[例1] 下列物质中，在一定条件下能与铁反应，且铁元素化合价全部变为＋3的是(　　)
A．S B．H2O C．稀硫酸 D．氯气
　
D
S的氧化性弱，与Fe反应生成FeS，A不符合题意；Fe与水蒸气反应生成Fe3O4，其中铁元素既有＋2价，又有＋3价，B不符合题意；Fe与稀硫酸反应生成FeSO4，C不符合题意；Fe与氯气反应生成FeCl3，D符合题意。
解析：
1．《天工开物》中记载“铁器淬于胆矾水中，即成铜色也”。下列叙述不正确的是(　　)
A．铜色为红色
B．胆矾是CuSO4的俗称
C．发生的反应属于置换反应
D．反应说明Fe的还原性大于Cu
B
铜的颜色为红色，A正确；胆矾是CuSO4·5H2O的俗称，B错误；铁器与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，反应的化学方程式是
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，属于置换反应，C正确；FeCuSO4===FeSO4＋Cu反应中Fe是还原剂，Cu是还原产物，反应说明Fe的还原性大于Cu，D正确。
解析：
探究二 铁的氧化物的化学性质
广西桂林八角寨丹霞地貌景区是广西最早的
八大重点风景名胜区之一，被有关专家誉为“丹
霞之魂、国家瑰宝”，被《中国国家地理》选为
“中国最美的七大丹霞地貌”之一。丹霞地貌是由红色碎屑岩石经过风化、崩塌以及流水、风力侵蚀等综合作用而形成的。丹霞地貌的物质基础是以砾岩、砂砾岩、砂岩为主的红层；红层中的红色主要是岩石中高价铁的含量较高造成的。
[问题设计]
根据广西桂林八角寨丹霞地貌的岩石颜色判断，岩石中可能含有的铁的氧化物是______，写出其一种用途：
_________________________________________________。
提示：Fe2O3　常用作红色油漆和涂料
(2)在酸雨较严重的地方，丹霞地貌的红色岩石会被腐蚀，试结合所学知识用离子方程式表示其原因__________________________。
提示：丹霞地貌的红色岩石中含有Fe2O3，在酸性条件下会发生反应，其离子方程式为Fe2O3＋6H＋===2Fe3+＋3H2O。
1．从物质类别角度认识铁的氧化物
2．从元素价态角度认识铁的氧化物
[例2] 我国在西周晚期已掌握了冶铁技术。下列关于铁及其化合物的说法不正确的是　(　　)
A．铁具有良好的导热性、导电性和延展性
B．FeO是一种红棕色粉末，俗称铁红，常用作红色染料
C．加热条件下，Fe与Cl2发生反应生成氯化铁
D．FeO和Fe2O3都是碱性氧化物
B
铁具有良好的导热性、导电性和延展性，A正确；Fe2O3是一种红棕色粉末，俗称铁红，常用作红色染料，B错误；加热条件下，Fe与Cl2发生反应生成氯化铁，C正确；FeO和Fe2O3都是碱性氧化物，都能与酸发生反应，分别生成亚铁盐和铁盐，D正确。
解析：
2．以太阳能为热源的铁氧化合物循环法分解水制H2过程如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
D
解析：
1．对于Fe2O3，从物质类别来看，它属于(　　)
A．盐
B．碱
C．金属氧化物
D．非金属氧化物
C
Fe2O3由铁元素和氧元素组成，属于金属氧化物。
解析：
2．《淮南万毕术》中有“曾青得铁则化为铜，外化而内不化”，下列说法正确的是(　　)
A．“外化”时发生了氧化还原反应
B．“化为铜”表明铁转化为铜
C．“内不化”是因为内部的铁活动性较差
D．反应中溶液由蓝色转化为黄色
A
解析：
“曾青得铁则化为铜”，反应的离子方程式为Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+，铁元素、铜元素的化合价发生变化，属于氧化还原反应，A正确；“化为铜”表明铜离子转化为铜，B错误；“内不化”是因为反应一段时间后，生成的铜会覆盖在铁的表面，阻止内部的铁继续反应，C错误；反应中溶液由蓝色转化为浅绿色，D错误。
3．钠与水反应、铁与水蒸气反应的实验装置图如下。
Ⅰ.钠与水反应 Ⅱ.铁与水蒸气反应
C
解析：
4．某同学对铁的氧化物产生了浓厚兴趣，查阅资料后制成以下卡片：
下列说法正确的是(　　)
A．FeO、Fe2O3和Fe3O4
均为黑色固体
B．反应②的温度比反应
③的温度高
C.FeO的稳定性强于Fe2O3
D．Fe3O4中铁元素的化合价较复杂，其组成可表示为FeO·Fe2O3
D
解析：
Fe2O3为红棕色固体，A错误；根据信息可知，Fe在500 ℃时与氧气反应生成Fe3O4，继续升高温度生成Fe2O3，而在1 400 ℃时Fe2O3转化为Fe3O4，则反应②的温度比反应③的温度低，B错误；FeO不稳定，在空气里受热能迅速被氧化为Fe3O4，其稳定性弱于Fe2O3，C错误；Fe3O4中Fe为＋2价和＋3价，化学式可写为FeO·Fe2O3，D正确。
5．某化学兴趣小组的同学利用下图所示装置(夹持装置已略)进行“铁与水蒸气反应”的实验，并检验产物的性质，请回答下列问题：
(1)装置A的作用是_________________________________________，
B中反应的化学方程式为____________________________________。
提供水蒸气　
(2)D的作用是______________________________________________。
(3)E中的现象是____________________________________________。
(4)A、B两个装置中应先点燃__________处的加热仪器，点燃E处酒精灯之前应进行的操作是__________________________。
黑色固体变为红色，右端管壁有水珠生成
干燥H2，除去水蒸气
A
收集H2，并检验其纯度
解析：

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