高中化學(xué)必修一 專題3.1.1 鐵的單質(zhì)

1、第三章 鐵 金屬材料第一節(jié) 鐵及其化合物第1課時 鐵的單質(zhì)(1)了解鐵元素在自然界中的存在形態(tài)、與人體健康的關(guān)系，體會化學(xué)對人類生活的重要意義；從我國古代應(yīng)用鐵的化學(xué)史感受中華民族在科技發(fā)展進(jìn)程中的貢獻(xiàn),增強(qiáng)文化自信。(2)能用氧化還原反應(yīng)原理進(jìn)一步認(rèn)識鐵的化學(xué)性質(zhì)， 基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)寫出鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式，并用于解釋生產(chǎn)中簡單的化學(xué)問題，培養(yǎng)安全意識。(3)結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，將鐵的性質(zhì)的知識運(yùn)用于解決生產(chǎn)、生活中簡單的化學(xué)問題，強(qiáng)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鐵

2、鹽和亞鐵鹽”的順序編排。學(xué)生在初中階段學(xué)習(xí)過鐵單質(zhì)的一些性質(zhì)，如物理性質(zhì)，與氧氣、氯氣、鹽酸、硫酸銅溶液等反應(yīng)。在介紹鐵的單質(zhì)時，教材在“思考與討論”里要求學(xué)生復(fù)習(xí)初中已學(xué)習(xí)過的鐵單質(zhì)的性質(zhì)，并從氧化還原反應(yīng)的角度分析反應(yīng)的特點(diǎn)，提升學(xué)生對鐵單質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識。介紹鐵與水蒸氣反應(yīng)時，教材聯(lián)系生產(chǎn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,呈現(xiàn)了鋼鐵生產(chǎn)中鋼水注人模具的真實(shí)圖片,以此情境為素材，提出問題“熾熱的鐵水或鋼水注人模具之前，模具必須進(jìn)行充分的干燥處理，不得留有水。這是為什么呢?”，教材再呈現(xiàn)鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)照片,引導(dǎo)學(xué)生深人思考與討論，明確反應(yīng)原理，從而回答了問題。鐵及其化合物廣泛存在并應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實(shí)際，從中

3、發(fā)現(xiàn)有助于學(xué)生學(xué)習(xí)、貼近教學(xué)實(shí)際的素材，從而創(chuàng)設(shè)出真實(shí)、生動、有意義的教學(xué)情境，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地學(xué)習(xí);還可以使學(xué)生學(xué)會在真實(shí)情境中運(yùn)用知識解決簡單的化學(xué)問題，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。因此本課時設(shè)計(jì)了燕麥中添加鐵粉的生活情境，以此引導(dǎo)學(xué)生從鐵的還原性，以及鐵與酸的反應(yīng)等性質(zhì)入手，對鐵的單質(zhì)展開討論。從而為鐵與水蒸氣的反應(yīng)埋下伏筆。【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn):鐵單質(zhì)的性質(zhì)難點(diǎn):鐵與水蒸氣的實(shí)驗(yàn)原理【教學(xué)流程】【學(xué)習(xí)任務(wù)一】溫故知新，感受化學(xué)對人類生活的重要意義 一、鐵的存在 1、隕鐵：以單質(zhì)形態(tài)存在 礦石中的鐵元素：主要以+2、+3價化合物存在 二、鐵的發(fā)現(xiàn) 1、最早人工

4、冶鐵制品：春秋初年秦國的銅柄鐵劍。 2、戰(zhàn)國中期以后，鐵制工具在社會生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。 三、鐵的冶煉 【回顧】工業(yè)煉鐵的原理是用還原的方法把鐵從鐵礦石中提煉出來。你還記得煉鐵高顱內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)嗎？ 【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀教材中有關(guān)鐵的存在和發(fā)現(xiàn)史等內(nèi)容，體會化學(xué)對人類生活的重要意義，感受中華民族在科技發(fā)展史中的貢獻(xiàn)，增強(qiáng)文化自信?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)二】身邊的化學(xué)，發(fā)現(xiàn)問題 2018年，網(wǎng)上流傳出一段視頻，有網(wǎng)友竟用吸鐵石從麥片中吸出了鐵粉。這是不是不法商家添加的呢？ 【設(shè)計(jì)意圖】通過生活問題引入鐵的性質(zhì)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，落實(shí)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任素養(yǎng)?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)三】宏觀辨識，分析、解決問

5、題 配料表中的還原鐵是不是鐵的單質(zhì)呢？該如何驗(yàn)證？ 四、鐵的物理性質(zhì) 鐵有延展性和導(dǎo)熱性。鐵能導(dǎo)電，但其導(dǎo)電性不如銅和鋁。鐵能被磁體吸引 。經(jīng)查證，部分營養(yǎng)麥片中的確添加了鐵粉。那么營養(yǎng)麥片中添加鐵粉的目的是什么呢？ 五、鐵的化學(xué)性質(zhì) 【思考與討論1】我們學(xué)習(xí)過鐵與一些物質(zhì)的反應(yīng)。你能舉些例子嗎？ 鐵與氧氣的反應(yīng)，鐵與鹽酸的反應(yīng)，鐵與硫酸銅溶液的反應(yīng)，鐵與氯氣的反應(yīng)。【思考與討論2】性質(zhì)決定用途，你認(rèn)為營養(yǎng)麥片中添加鐵粉的目的是什么呢？ 1. 抗氧化，保持麥片新鮮。（利用鐵粉與氧氣的反應(yīng)）2. 補(bǔ)鐵。 （鐵粉和胃酸發(fā)生反應(yīng)，生成亞鐵離子，被人體吸收）【專家建議】1. 因?yàn)樘砑予F粉的含量極少，所

6、以抗氧化效果并不佳。2. 通過吃鐵粉補(bǔ)充鐵元素的做法并不科學(xué)，因?yàn)槲杆釢舛炔桓撸F粉并不能完全被溶解，吸收率很低。結(jié)論，營養(yǎng)麥片中添加適量鐵粉不存在危害。但益處不大。這是商家的營銷手段而已?！舅伎肌咳绾魏侠硌a(bǔ)鐵？ 【資料卡片】 人體中的鐵元素鐵在成人體中的含量為45g，是人體必需微量元素中含量最多的一種。人體內(nèi)的含鐵化合物主要分為兩類，即功能性鐵和儲存鐵。功能性鐵參與氧的運(yùn)輸，其余的鐵與一些酶結(jié)合，分布于身體各器官。體內(nèi)缺鐵將會導(dǎo)致人的記憶能力、免疫能力和對溫度的適應(yīng)能力等生理功能下降。如果體內(nèi)的鐵不足以供給生命活動的需要，就會發(fā)生貧血。為了滿足生理需要，成人每天鐵的適宜攝入量為1520mg。

7、動物內(nèi)臟、肉類、魚類、蛋類等動物性食物中的鐵容易被吸收。一般蔬菜中鐵的含量較少，吸收率也低，但我國膳食中一般食用蔬菜量很大，仍為鐵的重要來源。我國已經(jīng)實(shí)施在某些醬油中加入鐵強(qiáng)化劑的措施，以減少缺鐵性貧血問題的發(fā)生。 必要時，我們可以根據(jù)醫(yī)生建議補(bǔ)充一些補(bǔ)鐵口服液。 【設(shè)計(jì)意圖】通過生活案例，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)時懂得從“性質(zhì)決定用途”入手，進(jìn)行分析解決生活中的問題。落實(shí)模型構(gòu)建與證據(jù)推理素養(yǎng)。【學(xué)習(xí)任務(wù)四】微觀探析，分析、解決問題 思考與討論3在鐵與氯氣的反應(yīng)，鐵與鹽酸的反應(yīng)，鐵與硫酸銅溶液的反應(yīng)中，鐵的化合價的變化有何異同?為什么會有這樣的異同?鐵與氧化性較弱的氧化劑(如鹽酸、硫酸銅等)反應(yīng)，鐵原

8、子失去2個電子生成+ 2價鐵的化合物；而鐵與氧化性較強(qiáng)的氧化劑(如氯氣等)反應(yīng)，鐵原子則失去3個電子生成+ 3價鐵的化合物?！緦W(xué)習(xí)評價一】 判斷正誤,正確的畫“”,錯誤的畫“”。(1)鐵具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展性及被磁體吸引的特性 ( )(2)Fe分別與氯氣和鹽酸反應(yīng)所得氯化物相同 ( )(3) 已知鐵和S反應(yīng)得到FeS，根據(jù)Cl2、S與鐵的反應(yīng)可以判斷氯元素和硫元素的非金屬性強(qiáng)弱 ( )【設(shè)計(jì)意圖】在學(xué)生回憶關(guān)于鐵單質(zhì)性質(zhì)已有知識的基礎(chǔ)上，利用氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知模型重建鐵單質(zhì)性質(zhì)的知識結(jié)構(gòu)。落實(shí)模型構(gòu)建與證據(jù)推理素養(yǎng)?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)五】宏微結(jié)合，解決新問題 思考與討論4通過鈉和水的反應(yīng)，可知水是一-

9、種較弱的氧化劑。結(jié)合生活常識以及以下材料，預(yù)測水能氧化鐵嗎?材料：在鋼鐵廠的生產(chǎn)中，熾熱的鐵水或鋼水注入模具之前，模具必須進(jìn)行充分的干燥處理，不得留有水(如圖34)。生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在常溫下，鐵與水是不發(fā)生反應(yīng)的。根據(jù)材料，在高溫下，鐵可能與水發(fā)生反應(yīng)。 【思考】 若鐵在高溫下能與水反應(yīng)，根據(jù)所學(xué)知識預(yù)測產(chǎn)物。 1.鐵粉有還原性，水會被還原生成氫氣。鐵被氧化，可能產(chǎn)生鐵的氧化物。2.根據(jù)鈉和水的反應(yīng)，產(chǎn)物可能為氫氣和氫氧化鐵。3. 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的想法？提示:從水蒸氣的產(chǎn)生、鐵粉與水蒸氣反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗(yàn)等討論。【思考與討論5】有人設(shè)計(jì)了如圖3-5所示的裝置，進(jìn)行還原鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的

10、實(shí)驗(yàn)。請討論該裝置的實(shí)驗(yàn)原理，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析可能的生成物。試管底部放入濕棉花，加熱濕棉花產(chǎn)生水蒸氣。中部放入鐵粉裝好裝置，加熱，使水蒸氣與鐵粉在高溫下反應(yīng)。裝置末端將產(chǎn)生的氣體導(dǎo)入肥皂液中是為了產(chǎn)生氣泡，便于通過點(diǎn)燃驗(yàn)證產(chǎn)物中的氣體。 現(xiàn)象：蒸發(fā)皿中產(chǎn)生大量的肥皂泡，放出的氣體能點(diǎn)燃，或會發(fā)出爆鳴聲，反應(yīng)后試管內(nèi)固體仍為黑色。分析：根據(jù)氣體檢測結(jié)果，證明為氫氣；反應(yīng)后試管內(nèi)固體仍為黑色，說明不是氧化鐵或氫氧化鐵，因此可能是四氧化三鐵。 【思考】如何驗(yàn)證固體是否是四氧化三鐵。 試管冷卻后，利用磁鐵在試管外側(cè)吸一吸。若固體被吸引，證明固體是四氧化三鐵?！驹O(shè)計(jì)意圖】運(yùn)用“思考與討論”素材，對問

11、題進(jìn)行深入剖析，落實(shí)模型構(gòu)建與證據(jù)推理、科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)。【學(xué)習(xí)評價】教材P72 【 練習(xí)與應(yīng)用】 紅熱的鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為_，該反應(yīng)中氧化劑是_(填化學(xué)式)。將燒至紅熱的鐵絲伸到盛有氯氣的集氣瓶中，可觀察到鐵絲劇烈燃燒，產(chǎn)生棕黃色的煙，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_，該反應(yīng)中被還原的物質(zhì)是_(填化學(xué)式)。3.下列物質(zhì)中，在一定條件下與鐵反應(yīng)，且鐵元素的化合價能變?yōu)?3價的是( )A.氯化鐵溶液 B.氯氣 C.硫酸銅溶液 D.稀鹽酸【答案】B【設(shè)計(jì)意圖】即時檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，落實(shí)課堂效果?！拘侣勊夭摹棵牢尔溒锞谷缓需F粉！還能放心吃嗎？記者獨(dú)家調(diào)查為您揭秘網(wǎng)上流傳的視頻中，一名男子將

12、麥片倒入塑料袋，加入水充分?jǐn)嚢?，然后拿起一塊磁鐵放在塑封袋下面，并晃動袋子。一分鐘后，當(dāng)塑料袋翻過來之后，讓人吃驚的一幕發(fā)生了。隔著塑料袋，磁鐵的周邊竟出現(xiàn)了很多黑色顆粒，而這些黑色物質(zhì)據(jù)說就是人為添加的鐵粉。市場上麥片種類繁多麥片中竟然能吸出鐵粉！視頻立刻引起了大量網(wǎng)友的圍觀，很多人發(fā)出“麥片還能不能吃”的疑問。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)黑色粉末在揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，記者先后從八份不同品牌營養(yǎng)麥片樣品中分別取出80至100克麥片，放入裝有純凈水的容器中，并用攪拌機(jī)攪拌，加快溶解。等到麥片和水充分混合后，記者將八份樣品溶液分別裝入八個密封袋中，并用強(qiáng)吸力磁鐵貼在密封袋上。搖晃一分鐘后，1號、2號密封袋

13、表面的磁鐵附近沒有什么變化，但3號樣品的磁鐵周邊開始出現(xiàn)黑色粉末，并隨著磁鐵移動而移動！隨后，記者又用這種方法，在4號、5號和8號樣品溶液中吸出了黑色粉末！實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，八份麥片樣品中，純麥片產(chǎn)品中沒有出現(xiàn)黑色粉末，但4款兒童麥片沖調(diào)產(chǎn)品都出現(xiàn)了這種現(xiàn)象。那么，這些黑色粉末是否是鐵粉呢？揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授景崤壁介紹，能夠被磁鐵吸住的物質(zhì)有三種，分別是鐵、鈷、鎳。化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證景教授介紹，要想判斷這些黑色物質(zhì)是不是鐵粉，可以用化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測。真的鐵粉會和鹽酸溶解，生成了淺綠色的二價鐵離子。景教授分別提取出四份麥片中的黑色粉末，放入試管中，并加入稀鹽酸。只見鹽酸后和黑色物質(zhì)發(fā)生了溶解

14、，溶解完之后應(yīng)該是生成了二價鐵離子，但因?yàn)榱可伲赃€看不到淺綠色。接著，景教授又向試管中加入另一種指示劑雙氧水，試管中液體的顏色發(fā)生了明顯變化，變成了黃色。景教授介紹，二價鐵遇到雙氧水就會生成三價鐵，三價鐵是一種黃色的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，四種麥片樣品中的黑色顆粒果然都是鐵粉！看來網(wǎng)上的傳言并非空穴來風(fēng)，一些麥片產(chǎn)品中果真測出了鐵粉！食品跟大家的健康息息相關(guān)，麥片中怎么會有鐵粉？它會影響我們的健康嗎？“還原鐵”即為單質(zhì)鐵通過查看出現(xiàn)黑色粉末的麥片產(chǎn)品的配料表，景教授發(fā)現(xiàn)了一種名叫“還原鐵”的物質(zhì)，不過景教授表示，在化學(xué)中沒有所謂“還原鐵”概念，能被磁鐵吸出來，應(yīng)該就是單質(zhì)鐵。景教授介紹，鐵是人體必

15、需的化學(xué)元素，食品中可以添加食品級的“鐵”。這些“鐵”隨食物進(jìn)入人體后，跟胃酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可被吸收的二價鐵。而二價鐵對人體是有益的 ，是可以被人體吸收的?！俺澡F粉”補(bǔ)鐵不科學(xué)景教授分析，現(xiàn)在家長都注重給孩子補(bǔ)充營養(yǎng)，商家正是抓住了這種心理，把“補(bǔ)鐵”作為產(chǎn)品的“噱頭”。不過，通過吃鐵粉補(bǔ)充鐵元素的做法并不科學(xué)，因?yàn)槲杆釢舛炔桓?，鐵粉并不能完全被溶解，吸收率很低，這種說法也得到了營養(yǎng)專家的證實(shí)。蘇北醫(yī)院營養(yǎng)師蔣放告訴記者，人體對于鐵粉的吸收率僅僅有3% ，如果要補(bǔ)鐵，吃豬肝、紅肉等食物，補(bǔ)鐵效果會更好。此外，雖然“還原鐵”無害，但如果兒童一旦食用過量，在體內(nèi)經(jīng)過循環(huán)排出體外，這個時候?qū)δI臟

16、肝臟都會形成壓力，就會給身體帶來負(fù)擔(dān)。所以，專家并不贊同兒童食品中格外添加鐵粉進(jìn)行補(bǔ)鐵。看來，大家不必驚慌，被吸出鐵粉的麥片并不意味著完全不能吃，不過這種鐵粉能補(bǔ)鐵的說法完全是一種商業(yè)噱頭。最佳的補(bǔ)鐵方法，還是從含鐵的蔬果和動物內(nèi)臟中來攝取，那可是純天然、無添加！【 思考與討論1】設(shè)置本欄目的目的在于通過喚醒學(xué)生對已知的涉及鐵單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的幾個反應(yīng)的記憶(必要時可要求學(xué)生寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分類、比較和歸納的方法，重構(gòu)鐵單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。除了整理鐵分別與非金屬單質(zhì)、酸、鹽溶液的反應(yīng)，學(xué)生還要能運(yùn)用第一章學(xué)習(xí)過的氧化還原反應(yīng)知識，形成“鐵單質(zhì)與強(qiáng)弱不同的氧化劑反應(yīng)的產(chǎn)物不同”的認(rèn)

17、識，同時認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。【 思考與討論2】本實(shí)驗(yàn)中，加熱濕棉花的目的是提供水蒸氣,使之與還原鐵粉在高溫下發(fā)生反應(yīng);裝置末端將產(chǎn)生的氣體導(dǎo)入肥皂液中是為了產(chǎn)生氣泡，便于通過點(diǎn)燃驗(yàn)證產(chǎn)物中的氣體。教學(xué)中應(yīng)首先對實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行討論，可從以下方面引導(dǎo)學(xué)生。一是通過對鐵單質(zhì)還原性的分析,利用氧化還原反應(yīng)知識推理出水被還原的產(chǎn)物H2和可能的氧化產(chǎn)物;二是通過前面學(xué)習(xí)的金屬鈉與水反應(yīng)的原理分析可能的產(chǎn)物一H2和氫氧化物;三是通過回憶金屬活動性順序，分析鐵置換出水中氫的可能性等。其次，通過演示實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)視頻調(diào)動學(xué)生積極性，讓學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上辨識、證實(shí)或分析反應(yīng)的產(chǎn)物，如證實(shí)產(chǎn)

18、生的可燃性氣體產(chǎn)物是氫氣,根據(jù)反應(yīng)后試管中仍存在黑色固體排除氧化鐵和氫氧化鐵的可能性，從而提出更合理的假設(shè)。圍繞黑色固體的成分還可繼續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以探究，如試管冷卻后，可用磁鐵在試管外側(cè)吸一吸。 最后,形成對鐵與水蒸氣反應(yīng)的認(rèn)識并能用化學(xué)方程式進(jìn)行正確表征。教材介紹的是用一支試管完成鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，試管底部塞有一-團(tuán)濕棉花， 在濕棉花右側(cè)放有還原鐵粉，蒸發(fā)皿中放肥皂水(或在水中加幾滴洗滌劑)。整套裝置試管口應(yīng)低于試管底部。鐵粉與濕棉花的距離可近一些，實(shí)驗(yàn)時先加熱濕棉花，再加熱鐵粉。待反應(yīng)后蒸發(fā)皿中產(chǎn)生足夠多的氣泡，再用燃著的火柴去點(diǎn)燃，可聽到爆鳴聲。【資料卡片】 人體中的鐵元素鐵在成人體中的含量為45g，是人體必需微量元素中含量最多的一種。人體內(nèi)的含鐵化合物主要分為兩類，即功能性鐵和儲存鐵。功能性鐵參與氧的運(yùn)輸，其余的鐵與一些酶結(jié)合，分布于身體各器官。體內(nèi)缺鐵將會導(dǎo)致人的記憶能力、免疫能力和對溫度的適應(yīng)能力等生理功能下降。如果體內(nèi)的鐵不足以供給生命活動的需要，就會發(fā)生貧血。為了滿足生理需要，成人每天鐵的適宜攝入量為1520