高中化學必修一 專題3.1.2 鐵的氧化物和氫氧化物

1、第三章 鐵 金屬材料第一節(jié) 鐵及其化合物第2課時 鐵的氧化物和氫氧化物（1）通過學習鐵的氧化物和氫氧化物，學會從物質(zhì)類別和元素價態(tài)的視角認識具有變價元素物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并建立認識模型，豐富研究物質(zhì)的思路和方法。（2）通過實驗探究鐵的氫氧化物的化學性質(zhì)，并能用化學方程式或離子方程式正確表示。體會實驗對認識和研究物質(zhì)性質(zhì)的重要作用，形成證據(jù)意識。（3）結(jié)合應用實例，將鐵的氧化物和氫氧化物性質(zhì)的知識運用于解決生產(chǎn)、生活中簡單的化學問題，強化性質(zhì)決定用途的觀念?！緝?nèi)容分析】本節(jié)內(nèi)容主要包括兩部分:鐵單質(zhì);鐵的重要化合物，主要是鐵的氧化物、氫氧化物、鐵鹽和亞鐵鹽。教材按照“鐵單質(zhì)鐵的氧化物鐵的氫氧化物

2、鐵鹽和亞鐵鹽”的順序編排。學生在初中階段學習過部分鐵的化合物的知識，知道了一些鐵的氧化物和氫氧化物的性質(zhì)。教材用離子方程式的方式來表達鐵的氧化物的化學性質(zhì)，深入了物質(zhì)性質(zhì)的本質(zhì)。在鐵的氫氧化物的學習中，本節(jié)運用氧化還原反應原理，重點介紹了氫氧化亞鐵被氧化成氫氧化鐵。教材通過實驗的方式引導學生制取氫氧化亞鐵和氫氧化鐵，并觀察到白色的氫氧化亞鐵變成紅褐色的氫氧化鐵的實驗現(xiàn)象。由于白色的氬氧化亞鐵易被溶解在溶液中的氧氣氧化成紅褐色的氫氧化鐵，那么怎樣才能制取氫氧化亞鐵呢？教材通過“思考與討論”的方式引導學生積極思考并討論制取氫氧化亞鐵的方法。鐵及其化合物廣泛存在并應用于生產(chǎn)和生活實際，從中發(fā)現(xiàn)有助于

3、學生學習、貼近教學實際的素材，從而創(chuàng)設出真實、生動、有意義的教學情境，不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，引導學生積極主動地學習;還可以使學生學會在真實情境中運用知識解決簡單的化學問題，促進學科核心素養(yǎng)的形成。因此本課時在講授鐵的氧化物時，可以考慮從打印機或復印機使用的墨粉中鐵的氧化物入手進行問題設計?！窘虒W重點和難點】重點：鐵的氫氧化物制備難點：制備氫氧化亞鐵的實驗設計【教學流程】【學習任務一】對比學習，構(gòu)建物質(zhì)學習模型 FeOFe3O4 Fe2O3 【思考】鐵元素可以形成三種氧化物，分別是氧化亞鐵（ FeO ）、氧化鐵（Fe2O3）和四氧化三鐵（Fe3O4）。觀察三者的外觀，并對其作出描述。推測這

4、三種氧化物有什么相同的化學性質(zhì)和不同的化學性質(zhì)，并說出你的推測依據(jù)？ 推測：從分類的角度分析，三者都是金屬氧化物，都能與酸反應。三者都難溶于水，不與水反應。 從價態(tài)的角度分析， FeO、 Fe3O4既有氧化性又有還原性， Fe2O3主要有氧化性。 1、鐵的氧化物（1）物理性質(zhì)（2）化學性質(zhì)一種顏料與另一種顏料之間的顏色差異是由于顆粒的形狀和表面結(jié)構(gòu)的不同。 【方法導引】 認識元素及其化合物性質(zhì)的視角物質(zhì)類別和元素價態(tài)，是學習元素及其化合物性質(zhì)的重要認識視角?；谖镔|(zhì)類別和元素價態(tài)，可以預測物質(zhì)的性質(zhì)。例如，對于Fe2O3,從物質(zhì)類別來看，它屬于金屬氧化物，據(jù)此可以預測它可能與酸發(fā)生反應;從元素

5、價態(tài)來看，F(xiàn)e2O3 中鐵元素的化合價是+3價，為鐵元素的高價態(tài)，據(jù)此可以預測它具有氧化性，可能與具有還原性的物質(zhì)發(fā)生反應。基于物質(zhì)類別和元素價態(tài)，還可以設計物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的途徑。例如，要想從單質(zhì)鐵獲得FeSO4，既可以基于物質(zhì)類別設計從金屬單質(zhì)與酸反應獲得，也可以通過金屬單質(zhì)與鹽的置換反應獲得;還可以基于元素價態(tài)設計單質(zhì)鐵與+3價鐵反應得到+2價鐵?！驹O計意圖】在學習鐵的氧化物時，使用了對比分析的學習方法，有利于學生物質(zhì)學習模型的構(gòu)建。此外，過程中的分析讓學生通過對幾種氧化物進行分類，是學習元素及其化合物性質(zhì)的重要認識視角，有利于培養(yǎng)學生模型構(gòu)建和證據(jù)推理素養(yǎng)。【評價任務一】 1.下列關(guān)于鐵的氧

6、化物說法正確的是( )A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色,可能是來自氧化亞鐵B.Fe2O3是紅棕色粉末,俗稱磁性氧化鐵,常用作紅色油漆和涂料C.Fe3O4中Fe元素的化合價有+2價和+3價,因而Fe3O4是FeO與Fe2O3的混合物D.FeO在空氣中受熱，能迅速被氧化成Fe2O3【答案】A2.我國清代本草綱目拾遺中敘述了“鐵線粉”:“粵中洋行有舶上鐵絲.日久起銷,用刀刮其銷,.所刮下之銷末,名鐵線粉”。這里的“鐵線粉”是指( )A.Fe B.FeCl3 C. FeO D.Fe2O3【答案】D3.鐵的常見化合價有+2價和+3價。據(jù)研究,鐵在濃硝酸中發(fā)生鈍化時,可生成一種化學式為Fe8O11的

7、化合物,它可以看作由FeO和Fe2O3組成的復雜氧化物。該化合物可以表示為（ ）A.FeO3Fe2O3 B.2FeO3Fe2O3C.FeO2Fe2O3 D.2FeOFe2O3【答案】B【設計意圖】通過古文化、學術(shù)性知識等多個角度對學生進行考查，檢測知識落實的情況的同時，有利于提高學生對化學的學習興趣，同時可以提高學生的關(guān)鍵能力，落實學科素養(yǎng)。【學習任務二】實驗探究，構(gòu)建物質(zhì)學習模型 【思考】鐵元素有哪些氫氧化物，該如何制??？說出你選擇此法的理由。 鐵元素的氫氧化物有兩種，氫氧化亞鐵和氫氧化鐵。它們可以分別由相應的可溶性鹽和堿溶液反應制得。金屬的氫氧化物通常有以下幾種方案：1.單質(zhì)和水反應2.氧

8、化物和水反應3.可溶性鹽和堿溶液反應4.電解法（如電解飽和食鹽水制氫氧化鈉）-暫不考慮根據(jù)鐵和水蒸氣的反應，可知方案1不可行；根據(jù)鐵的氧化物的水溶性，可知方案2不可行，因此采用方案3?！緦嶒?-1 】在兩支試管中分別加入少量的FeCl3溶液和FeSO4溶液，然后各滴入NaOH溶液。觀察并描述發(fā)生的現(xiàn)象。2、鐵的氫氧化物為什么在FeSO4溶液中加入NaOH溶液時，生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，過一段時間后還會生成紅褐色物質(zhì)呢？【思考與討論】 由實驗3-1可知，白色的Fe(OH)2會被溶解在溶液中的氧氣氧化。那么，在實驗室里，如何得到Fe(OH)2呢?【分析】 Fe(OH)2會被溶解在溶液中的氧氣

9、氧化，因此實驗室中得到Fe(OH)2的關(guān)鍵是防止氧氣的干擾。其中包括溶液中的氧氣的干擾與空氣中的氧氣的干擾?！敬胧?1.在新制的FeSO4溶液中加入少量鐵粉;2. 將NaOH溶液煮沸，減少溶解在溶液中的氧氣含量;3. 將膠頭滴管伸入到液面以下，減少帶入空氣中的氧氣。方法：將吸有3mL8mol/L的NaOH溶液(煮沸過)的長膠頭滴管伸人到新制的0.5 mol/L FeSO4溶液的液面以下，擠出NaOH溶液。在試管中加入5 mL 8 mol/L煮沸后的NaOH溶液，用長滴管吸人新制的0.1 mol/L FeSO4溶液，伸人到NaOH溶液液面以下，擠出FeSO4溶液。【思考】上述實驗還能進一步改進

10、嗎？ 如圖，若向盛有FeSO4溶液的試管里加入少量煤油或苯，再將吸有NaOH溶液的長滴管伸入到FeSO4溶液的液面下，擠出NaOH溶液。顯然加入煤油或苯，則隔絕空氣的效果會更好。【思考】還有沒有其他改進方案？ 【討論】下圖為實驗方案改進，請討論圖的防氧化原理。圖的防氧化原理和圖類似，如何操作才能達到目的？ 圖鐵粉和硫酸反應得到H2，裝置充滿了H2，生成的Fe(OH)2沒有與O2接觸。圖打開止水夾a,檢驗試管B出口處排出的氫氣的純度。當排出的H2純凈時，夾緊止水夾a?！驹O計意圖】在學習鐵的氫氧化物時，采用了實驗探究的手段，結(jié)合實驗的方案設計，既可以落實學生實驗創(chuàng)新的能力，又可以落實學生的實驗探究

11、和創(chuàng)新意識素養(yǎng)?！驹u價任務二】 在如圖裝置中，用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備Fe(OH)2 。（1）在試管A里加入的試劑是_。（2）在試管B里加入的試劑是_。（3）為了制得Fe(OH)2沉淀，在試管A和B中加入試劑，塞緊塞子，打開止水夾一會兒。再夾緊止水夾之前的實驗步驟是_。（4）這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時間保持白色，其理由是_?！敬鸢浮浚?）鐵屑、 稀H2SO4 （2）NaOH溶液 （3）檢驗試管B出口處排出的氫氣的純度,當排出的H2 純凈時，再夾緊止水夾。（4）試管A中反應生成的H2充滿了試管A和試管B， 且外界空氣不容易進入。 【討論】鐵的氫氧化物有哪些性質(zhì)？請完

12、成以下表格。 【設計意圖】通過對比分析學習，落實學生模型構(gòu)建與證據(jù)推理素養(yǎng)?！驹u價任務三】教材P72 (1)寫出B和D的化學式:B_; D_。2)寫出E轉(zhuǎn)變成F的化學方程式_(3)向G溶液中加入A，寫出反應的離子方程式_【答案】（1）FeCl2 KCl（2）（3）【設計意圖】通過物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系圖的推斷，可有效檢測學生對知識的掌握程度，并培養(yǎng)學生分析解決問題的能力，落實模型構(gòu)建與證據(jù)推理素養(yǎng)。22018新課標卷 醋酸亞鉻（CH3COO）2Cr2H2O為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析中用作氧氣吸收劑。一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻；二價鉻再與醋酸鈉

13、溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實驗裝置如圖所示。回答下列問題：（1）實驗中所用蒸餾水均需經(jīng)煮沸后迅速冷卻，目的是_。儀器a的名稱是_。 （2）將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中，加入少量蒸餾水，按圖連接好裝置，打開K1、K2，關(guān)閉K3。c中溶液由綠色逐漸變?yōu)榱了{色，該反應的離子方程式為_。同時c中有氣體產(chǎn)生，該氣體的作用是_。（3）打開K3，關(guān)閉K1和K2。c中亮藍色溶液流入d，其原因是_ ；d中析出磚紅色沉淀。為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是_、_、洗滌、干燥。（4）指出裝置d可能存在的缺點_。【答案】（1）去除水中溶解氧分液（或滴液）漏斗（2）Zn+2Cr3+Zn2+2Cr2+排除c中空氣（

14、3）c中產(chǎn)生H2使壓強大于大氣壓（冰?。├鋮s過濾（4）敞開體系，可能使醋酸亞鉻與空氣接觸【設計意圖】本題是2018年全國1卷高考題，實際考查模型來自于本節(jié)的氫氧化亞鐵的制備，但需具備較高的知識遷移能力才能解答，教師可根據(jù)自己學生的實際情況決定是否采用。【教材實驗】【實驗3-1】向分別盛有FeCl3溶液和FeSO4溶液的兩支試管中滴人NaOH溶液，可以觀察到FeSO4溶液中產(chǎn)生的沉淀顏色迅速由白色變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色。分析原因，結(jié)合“思考與討論”欄目，改進實驗:將吸有NaOH溶液的長滴管伸人到FeSO4溶液的液面下，擠出NaOH溶液，觀察現(xiàn)象；或向盛有FeSO4溶液的試管里加入少量煤油，以

15、隔絕空氣，再將吸有NaOH溶液的長滴管伸人到FeSO4溶液的液面下，擠出NaOH溶液，觀察現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象:向FeCl3溶液中滴人NaOH溶液生成紅褐色沉淀；在FeSO4溶液中滴人NaOH溶液，先生成白色絮狀沉淀，而后沉淀迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色。該實驗的作用在于:幫助學生通過比較，基于宏觀現(xiàn)象對Fe(OH)3和Fe(OH)2進行辨識，形成對鐵的兩種氫氧化物物理性質(zhì)的認知；引導學生基于Fe(OH)2沉淀顏色變化的實驗事實，結(jié)合已有的氧化還原反應知識提出假設，既為Fe2+的還原性提供實驗證據(jù)，也為后面“如何得到Fe(OH)2”的“思考與討論”埋下伏筆?！舅伎寂c討論】通過前面實驗3-1呈現(xiàn)的實

16、驗事實，學生已知Fe2+具有還原性，易被空氣中的氧氣氧化，因此，實驗室中得到Fe(OH)2的關(guān)鍵是防止氧氣的干擾，可采取三種措施。一是在新制的FeSO4溶液中加入少量鐵粉；二是通過將NaOH溶液煮沸的方法減少溶解在溶液中的氧氣含量；三是通過將膠頭滴管伸人到液面以下的方法，減少帶入空氣中的氧氣。針對第三種措施，提供兩種具體操作方法。方法:將吸有3mL8mol/L的NaOH溶液(煮沸過)的長膠頭滴管伸人到新制的0.5 mol/L FeSO4溶液的液面以下，擠出NaOH溶液。方法:在試管中加入5 mL 8 mol/L煮沸后的NaOH溶液，用長滴管吸人新制的0.1 mol/L FeSO4溶液,伸人到N

17、aOH溶液液面以下，擠出FeSO4溶液。在此討論基礎上，還可以對氫氧化亞鐵的制備進行實驗改進的拓展。實驗裝置如下圖?！揪毩暸c應用】 (1)寫出B和D的化學式:B_; D_。2)寫出E轉(zhuǎn)變成F的化學方程式_(3)向G溶液中加入A，寫出反應的離子方程式_【答案】（1）FeCl2 KCl（2）（3）【解析】可從轉(zhuǎn)化關(guān)系圖示中的特征現(xiàn)象人手，如由“白色沉淀E在空氣中轉(zhuǎn)化為紅褐色沉淀F”可推理出該變化反映的是Fe(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3,由D與AgNO3溶液反應可得到不溶于稀硝酸的白色沉淀H和焰色試驗呈紫色的現(xiàn)象，推理出D為KC1,再由D和E反推B為FeCl2。【習題補充】1.下列關(guān)于鐵的氧化物說

18、法正確的是( )A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色,可能是來自氧化亞鐵B.Fe2O3是紅棕色粉末,俗稱磁性氧化鐵,常用作紅色油漆和涂料C.Fe3O4中Fe元素的化合價有+2價和+3價,因而Fe3O4是FeO與Fe2O3的混合物D.FeO在空氣中受熱，能迅速被氧化成Fe2O3【答案】A2.我國清代本草綱目拾遺中敘述了“鐵線粉”:“粵中洋行有舶上鐵絲.日久起銷,用刀刮其銷,.所刮下之銷末,名鐵線粉”。這里的“鐵線粉”是指( )A.Fe B.FeCl3 C. FeO D.Fe2O3【答案】D3.鐵的常見化合價有+2價和+3價。據(jù)研究,鐵在濃硝酸中發(fā)生鈍化時,可生成一種化學式為Fe8O11的化合物,它可以看作由FeO和Fe2O3組成的復雜氧化物。該化合物可以表示為（ ）A.FeO3Fe2O3 B.2FeO3Fe2O3C.FeO2Fe2O3 D.2FeOFe2O3【答案】B4.在如圖裝置中，用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備Fe(OH)2 。（1）在試管A里加入的試劑是_。（2）在試管B里加入的試劑是_。為了制得Fe(OH)2沉淀，在試管A和B