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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　铁单质和铁的氧化物
知识点一、铁的存在和冶炼
1．铁元素在自然界中的存在
铁元素在地壳中的含量低于氧、硅、铝，居第四位，在自然界中的形态有游离态和化合态，即
常见的铁矿石及其主要成分如下表：
矿石名称
磁铁矿
赤铁矿
褐铁矿
菱铁矿
硫铁矿
主要成分
Fe3O4
Fe2O3
Fe2O3·nH2O
FeCO3
FeS2
2．铁的冶炼
工业上炼铁的主要反应：
、
【例1】在高炉炼铁中将铁的氧化物还原成单质铁的主要还原剂是（
）
A．CaCO3
B．C
C．SiO2
D．CO
【例2】联合国卫生组织经过考核和研究，认为我国使用的铁锅是有益于人类健康的理想炊具，并向全世界推广。其主要原因是（
）
A．价格便宜，不易生锈
B．铁锅含有碳元素
C．烹调的食物中留有人体需要的铁元素
D．传热慢，保温性能好
【例3】判断正误
（1）铁屑和沙子的混合物可用磁铁分离。（
）
（2）铁是人体必需的微量元素。（
）
（3）铁的导电性比铜和铝差。（
）
（4）铁是一种黑色、无光泽的金属。（
）
（5）菠菜等食品中富含铁元素。（
）
知识点二、铁单质的性质
1．铁的物理性质
颜色
光泽
熔点
沸点
质地
密度
导电、导热性
延展性
银白色
金属光泽
1535℃
2750℃
软
大(7.86
g·cm-3)
良好
好
【注】铁能被磁铁吸引
2．铁的化学性质
（1）铁与非金属单质反应
①在O2中燃烧
现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体
化学方程式：3Fe＋2O2Fe3O4
【注】常温下，铁在潮湿的空气中被被锈蚀，铁锈的主要成分为Fe2O3·xH2O
②与Cl2反应
现象：产生棕褐色烟
化学方程式：2Fe＋3Cl22FeCl3
③与S反应：Fe＋SFeS
（2）铁与酸的反应
①与盐酸、稀硫酸反应：Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑
②与强氧化性酸反应
常温下，铁遇浓硫酸、浓硝酸会钝化，表面生成致密氧化膜。铁与稀硝酸在常温下能反应但不产生氢气
（3）铁与铜盐、铁盐等溶液的反应
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
Fe+2FeCl3=3FeCl2
【结论】Fe在反应中作还原剂，遇到较强的氧化剂(如Cl2等)生成＋3价铁的化合物，遇到较弱的氧化剂(如稀硫酸等)生成＋2价铁的化合物。
（4）铁与水蒸气的反应
【实验探究】
实验装置图
实验操作
在如图所示装置的试管中依次放入湿棉花和还原铁粉，加热。把生成的气体通入蒸发皿中的肥皂液中。一段时间后，用坩埚钳夹取燃着的火柴点燃肥皂泡，观察现象。实验结束时，应先从肥皂液中撤出导管，再移走燃着的酒精灯
实验现象
红热的铁与水蒸气反应放出气体，蒸发皿中产生大量肥皂泡，用火柴点燃肥皂泡，能燃烧或发生爆鸣。反应后，试管中固体仍呈黑色
化学方程式
3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
【思考】
①湿棉花的作用是什么?
在受热时提供反应所需的水蒸气
②实验中肥皂泡的作用是什么?
肥皂泡是为了储存氢气，当点火时就会有爆鸣声,以此证明生成了氢气，方便检验产物
③将试管中铁粉与水蒸气加热，肥皂液冒泡，能说明铁与水蒸气在加热条件下发生了反应吗?
因试管中气体受热膨胀，也会导致肥皂液冒泡，故不能说明Fe与水蒸气发生了反应
④实验结束时，应先从肥皂液中撤出导管，再移走酒精灯，为什么?
为了防止产生倒吸
【思考】利用如图装置也可以实现Fe与水蒸气的反应
反应开始时，应先点燃
处的酒精灯，其目的是
，若点燃顺序反了，可能有什么后果？
【答案】b，用水蒸气排装置内的空气。
①Fe与O2生成了Fe3O4，无法与水蒸气反应；
②Fe与水蒸气反应生成H2，在高温下与空气中的O2反应可能发生爆炸。
【例4】下列说法正确的是(　　)
A．我国在战国中期就开始使用铁制品
B．自然界中的铁元素只存在于化合物中
C．铁能与所有金属的盐溶液反应生成亚铁盐和金属
D．高炉炼铁是用还原剂将铁从它的化合物中还原出来
【例5】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．Fe与盐酸反应的离子方程式为2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
D．铁与盐酸或水蒸气反应，都做还原剂
【例6】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铁钉的质量减轻　
④溶液的质量减轻
【例7】等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是____________
【例8】铁与下列物质反应能生成+3价铁盐的是（
）
A．硫黄
B．稀硫酸
C．硫酸铜溶液
D．氯气
【例9】下列叙述中正确的是（
）
A．Fe在少量Cl2中燃烧生成FeCl2
B．Fe与S混合加热生成FeS2
C．3
mol
Fe单质完全转变为Fe3O4，失去8NA个电子
D．氧化性：Fe3+>Fe2+>Cu2+
【例10】某不纯铁片可能含有Mg、Al、Cu等金属杂质，取这种铁片5.6
g
与足量的稀盐酸反应，得到0.2
g氢气，则该铁片中（
）
A．一定含有金属镁
B．一定含有金属铝
C．一定含有金属铜
D．一定同时含有四种金属
【例11】某学生以铁丝和Cl2为原料进行下列三个实验。从分类角度分析，下列说法正确的是(　　)
A．实验①②所涉及的物质均为电解质
B．实验①③发生的均为离子反应
C．实验②③均未发生氧化还原反应
D．实验①③反应制得的物质均为纯净物
【例12】（1）活泼金属如K、Na等可与冷水剧烈反应。写出K与水反应的离子方程式：___
__________________________________。
（2）Mg与冷水反应缓慢，但与沸水反应现象明显。写出Mg与沸水反应的化学方程式：________________________________________________。
（3）Fe、Zn等可以和水蒸气反应生成金属氧化物和H2。写出铁粉与水蒸气反应的化学方程式并用单线桥标出电子转移情况。
【例13】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．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
【例14】如图在铁与水反应的实验中，下列做法不正确的是(　　)
A．试管中的铁粉用绕成团的细铁丝代替
B．将试管底部的湿棉花移到试管口处
C．用铁丝网罩住酒精灯火焰
D．点燃肥皂泡验证氢气的生成
【例15】已知红热的铁能与水蒸气反应生成氢气。现用如图所示装置进行铁在高温下与水蒸气反应的实验，并用简单的方法收集、检验生成的氢气。请回答下列问题。
(1)写出铁在高温下与水蒸气反应的化学方程式：
。
(2)干燥管C中盛放的药品是
；干燥管的
(填“m”或“n”)端与g导管相连接。
(3)在D处画出用试管收集氢气的装置图(所需其他仪器自行选择)。
(4)怎样用简单的方法检验收集到的气体是氢气？简述实验操作步骤和现象：
。
(5)若收集到标准状况下的H2
22.4
L，则参加反应的铁粉的质量为
g。
(6)当固体质量增加32
g时，生成H2的质量为
g。
知识点三、铁的氧化物
物质
氧化亚铁(FeO)
氧化铁(Fe2O3)
四氧化三铁(Fe3O4)
俗称
铁红
磁性氧化铁
颜色、状态
黑色粉末
红棕色粉末
黑色晶体
与盐酸反应
FeO+2H＋=Fe2＋+H2O
6H＋+Fe2O3=2Fe3＋+3H2O
Fe3O4+8H＋=2Fe3＋+Fe2＋+4H2O（Fe3O4中Fe有＋2、＋3两种价态，可表示成FeO·Fe2O3形式）
稳定性
6FeO＋O22Fe3O4
稳定
稳定
共性
不溶于水，与CO、C、H2反应生成单质铁
用途
Fe2O3常用作红色油漆与涂料，赤铁矿(主要成分是Fe2O3)是炼铁的原料
【例16】关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的下列说法中不正确的是(　　)
A．铁元素化合价不完全相同
B．氧元素的化合价完全相同
C．氧化亚铁俗称铁红，为红棕色固体
D．铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体
【例17】指南针是我国古代四大发明之一，制造指南针的磁性物质是(　　)
A．FeO
B．Fe2O3
C．Fe3O4
D．Fe
【例18】有关铁的氧化物的说法中，不正确的是(　　)
A．赤铁矿主要成分是Fe2O3，Fe2O3是红棕色的，常用作红色油漆和涂料
B．Fe3O4是黑色晶体，其中的铁显＋2价，的铁显＋3价
C．FeO、Fe2O3、Fe3O4都不溶于水，但都能和盐酸反应生成相应的盐
D．FeO不稳定，在空气中加热迅速被氧化成Fe2O3
【例19】某铁的氧化物中铁元素和氧元素的质量比为21∶8，该氧化物的化学式可能是(　　)
A．FeO
B．Fe2O3
C．Fe3O4
D．Fe4O5
答案：例1
D；
例2
C；
例3
√√√×√；
例4
D；
例5
C；
例6
①②③；
例7
3:4；
例8
D；
例9
C；
例10
C；
例11
C
例12（1）
（2）
（3）
例13
B；
例14B；
例15
(1)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(2)碱石灰(答案合理即可)　n
(3)
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(4)用拇指堵住试管口，试管口向上，靠近酒精灯火焰，松开拇指，发出爆鸣声，说明收集到的气体是H2
(5)42
(6)4
例16
C；
例17
C；
例18
D；
例19
C
课后练习
1.(双选)下列有关铁及其化合物的说法中正确的是
(　　)
A.铁的化学性质比较活泼，所以铁在自然界中全部以化合态形式存在
B.铁在纯氧中燃烧或在氯气中燃烧所得产物中铁元素的化合价均为+3价
C.铁在高温下可与水反应
D.工业上用CO在高温条件下还原含Fe2O3的铁矿石炼铁
答案：CD
2.录音磁带是在醋酸纤维、聚酯纤维等纤维制成的片基上均匀涂上一层磁性材料——磁粉制成的。制取该磁粉的主要物质是
(　　)
A.FeO
B.Fe2O3
C.Fe3O4
D.CuO
答案：C
3.由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21∶8，则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比可能是
(　　)
A.1∶2∶1
B.2∶1∶1
C.1∶1∶1
D.1∶3∶3
解析;在混合物中铁原子和氧原子的物质的量之比为∶=3∶4，则混合物的平均组成为Fe3O4，混合物中含有任意量的Fe3O4都可以；Fe3O4可以写成FeO·Fe2O3的形式，所以在混合物中FeO和Fe2O3的物质的量之比是1∶1时，符合题意。
答案：C
4.下列盐既可以通过金属与酸反应得到，也可以通过金属与单质反应得到的是(　　)
A.FeCl3
B.FeCl2
C.MgCl2
D.CuCl2
答案：C
5.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:
。?
解析;淡黄色固体是Na2O2，所以A为Na，在空气中剧烈燃烧，发出耀眼白光的是Mg，与水蒸气反应生成H2和黑色固体的是Fe，黑色固体是Fe3O4。
答案：
(1)Na　Mg　Fe
(2)①2Na+O2Na2O2
②3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
③2Na+2H2O2NaOH+H2↑
【拓展提高】
6.在铁的氧化物和氧化铝组成的混合物中，加入2
mol·L-1硫酸65
mL，恰好完全反应，所得溶液中Fe2+能被标准状况下112
mL氯气氧化。则原混合物中金属元素和氧元素的原子个数之比为(已知:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-)
(　　)
A.5∶7
B.4∶3
C.3∶4
D.9∶13
解析;铁的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，Fe3O4可以写成FeO·Fe2O3的形式。n(H2SO4)=2
mol·L-1×0.065
L=0.13
mol，n(Cl2)==0.005
mol，Cl2共得到电子0.01
mol，根据反应:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-，则溶液中n(Fe2+)=0.01
mol，设FeO的物质的量为x
mol，Fe2O3和Al2O3的物质的量为y
mol，则x+3y=0.13，x=0.01，所以y=0.04，所以金属原子的物质的量是0.01
mol+0.04
mol×2=0.09
mol，氧原子的物质的量是0.01
mol+0.04
mol×3=0.13
mol，即原混合物中金属元素和氧元素的原子个数之比为9∶13。
答案：D
7.铁粉可在高温下与水蒸气发生反应，若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32
g，则参加反应的铁粉的物质的量是(　　)
A.0.5
mol
B.1
mol
C.1.5
mol
D.2
mol
解析;铁与水蒸气反应得到的固体是Fe3O4，反应后固体增加的质量为氧元素的质量，故参加反应的铁的物质的量n(Fe)=n(O)=1.5
mol。
答案：C
8.合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3。
(1)某FeO、Fe2O3混合物中，铁、氧的物质的量之比为4∶5，其中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为　　　　。?
(2)当催化剂中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为1∶2时，其催化活性最高，此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为　　　　(结果用小数表示，保留两位小数)。?
(3)以Fe2O3为原料制备上述催化剂，可向其中加入适量炭粉，发生如下反应:
2Fe2O3+C4FeO+CO2↑。
为制得这种活性最高的催化剂，应向480
g
Fe2O3粉末中加入炭粉的质量为　g。?
解析;
(1)设混合物中的FeO、Fe2O3的物质的量分别为x和y，则有:=，整理得x∶y=2∶1，所以混合物中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为1∶1。
(2)Fe2+与Fe3+的物质的量之比为1∶2，即FeO和Fe2O3的物质的量之比为1∶1，所以此混合物的组成相当于Fe3O4，所以混合物中铁的质量分数为≈0.72。
(3)设480
g
Fe2O3粉末中与炭粉反应的
Fe2O3的物质的量为x，480
g
Fe2O3的物质的量为=3
mol，则有:
2Fe2O3+C4FeO+CO2↑
2
1
4
x　
　1/2
x　
2x
催化剂中Fe2O3和FeO的物质的量之比为1∶1时活性最高，所以=，解得x=1
mol，因此炭粉的质量为×1
mol×12
g·mol-1=6
g。
答案：
(1)1∶1　(2)0.72　(3)6
【挑战创新】
9.某学院对“铁与水蒸气反应”的实验研究结果显示:在80~100
℃时能产生稳定水蒸气的物质都可以作为该反应的供水剂，铁与水蒸气反应温度在500
℃左右即可顺利进行。
某化学兴趣小组同学利用该研究结论，采用西红柿(或洋葱)作为供水剂，设计了如图装置进行实验，并对铁与水蒸气反应的产物进行检验。
回答下列问题:
(1)A中铁与水蒸气反应的化学方程式是?
　。?
(2)C中碱石灰的作用是
。?
(3)D中的实验现象是
。?
(4)若用电子天平称取铁粉质量为0.152
7
g，测得生成氢气的体积为73.50
mL(实验室条件下气体摩尔体积为24.5
L·mol-1)，则参加反应的铁粉占称取铁粉的百分数为　　　　(结果精确到0.1%)。?
解析;
(1)铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。
(2)C中碱石灰的作用是干燥氢气。
(3)D中氢气与氧化铜反应生成铜和水，可观察到黑色固体变红，管壁有水珠。
(4)生成的氢气的物质的量n(H2)==0.003
mol，根据反应:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2可知，反应的铁的物质的量n(Fe)=0.003
mol×=0.002
25
mol，则参加反应的铁粉占称取铁粉的百分数为×100%≈82.5%。
答案：
(1)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
(2)干燥氢气
(3)黑色固体变红，右端管壁有水珠生成
(4)82.5%
10.《我在故宫修文物》展示了专家精湛的技艺和对传统文化的热爱与坚守，也令人体会到化学方法在文物保护中的巨大作用。某博物馆修复出土铁器的过程如下：
(1)检测锈蚀产物
主要成分的化学式
Fe3O4
Fe2O3·H2O
FeO(OH)
FeOCl
铁器在具有O2、
等环境中容易被腐蚀。
(2)分析腐蚀原理：一般认为，铁经过了如下腐蚀循环。
①Fe转化为Fe2＋。
②FeO(OH)和Fe2＋反应形成致密的Fe3O4保护层，Fe2＋的作用是
(填字母)。
a．氧化剂　　
b．还原剂
c．既不是氧化剂也不是还原剂
(3)研究发现，Cl－对铁的腐蚀会造成严重影响。化学修复：脱氯、还原，形成Fe3O4保护层，方法如下：
将铁器浸没在盛有0.5
mol·L－1Na2SO3、0.5
mol·L－1NaOH溶液的容器中，缓慢加热至60～90
℃。一段时间后，取出器物，用NaOH溶液洗涤至无Cl－。
①检测洗涤液中Cl－的方法是：
。
②脱氯反应：FeOCl＋OH－===FeO(OH)＋Cl－。离子反应的本质是离子浓度的减小，比较FeOCl与FeO(OH)溶解度的大小：
。
③Na2SO3还原FeO(OH)形成Fe3O4的离子方程式是：
。
解析：(1)铁器在具有O2、H2O(潮湿)等环境中容易被腐蚀。(2)②根据化合物中化合价代数和为0可知FeO(OH)中铁元素的化合价为＋3。反应中元素的化合价均不变化，所以Fe2＋既不是氧化剂也不是还原剂。(3)①氯离子可以利用硝酸酸化的硝酸银溶液检验。②离子反应的本质是离子浓度的减小，这说明FeO(OH)更难溶，因此FeOCl的溶解度大于FeO(OH)的溶解度。③1
mol四氧化三铁中含有1
mol亚铁离子，亚硫酸钠的氧化产物是硫酸钠，根据得失电子守恒、原子守恒以及电荷守恒可知Na2SO3还原FeO(OH)生成Fe3O4的离子方程式是SO＋6FeO(OH)===SO＋2Fe3O4＋3H2O。
答案　(1)H2O(潮湿)
(2)c
(3)①取少量洗涤液于试管中，加入稀硝酸和硝酸银的混合液，若无白色沉淀产生说明无Cl－，反之有Cl－
②S(FeOCl)>S[FeO(OH)]
③SO＋6FeO(OH)==SO＋2Fe3O4＋3H2O
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精品试卷·第
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