3-1-1-鐵的單質-鐵的氧化物

2022-2023學年高一化學同步學習高效學講練（自主學案）第三章鐵金屬材料第一節(jié)鐵及其化合物第1課時鐵的單質鐵的氧化物課程學習目標1．了解單質鐵的性質及用途。2．通過實驗認識鐵單質與水蒸氣的反應的條件，加深對微觀原子結構決定物質宏觀性質的認識。3．認識鐵的氧化物的性質及用途。學科核心素養(yǎng)1．通過對“鐵及其氧化物”的學習，培養(yǎng)化學服務社會的責任意識。2．通過對“鐵單質與水蒸氣反應”的學習，培養(yǎng)宏觀辨識和微觀探究的能力。3．通過對“鐵及其氧化物”的學習，培養(yǎng)化學服務社會的責任意識?！局R回顧】1．光亮的鐵絲在空氣中能否燃燒？鐵絲在純氧中燃燒的現(xiàn)象如何？請寫出相應的化學方程式。__鐵絲在空氣中不能燃燒。鐵絲在氧氣中劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體。3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(點燃))Fe3O4。__2．將幾滴FeCl3飽和溶液滴入沸騰的蒸餾水中，繼續(xù)加熱至液體呈紅褐色，停止加熱。所得液體即為氫氧化鐵膠體。反應方程式：FeCl3＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Fe(OH)3(膠體)＋3HCl【新知學習】一．鐵的單質1.鐵元素在自然界中的存在形態(tài)(1)人類最早使用的鐵是來自太空的隕鐵。隕鐵中的鐵以單質形態(tài)存在。(2)主要是以＋2價和＋3價化合物的形態(tài)存在于礦石中；鐵元素在地殼中的含量僅次于氧、硅和鋁，居第四位。(3)鐵礦石的主要成分是Fe2O3，丹霞地貌的巖層因含F(xiàn)e2O3而呈紅色。2．鐵的應用歷史(1)我國在__春秋__初年就掌握了冶鐵技術。__戰(zhàn)國__中期以后，鐵制工具在社會生產中發(fā)揮了巨大的作用。(2)現(xiàn)代工業(yè)煉鐵的原理是用還原的方法把鐵從鐵礦石中提煉出來。化學方程式為3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。3．物理性質純凈的鐵是光亮的銀白色金屬，密度較大，熔點為1535℃，沸點為2750℃。純鐵的抗蝕力很強，它有良好的延展性、導熱性和導電性，導電性比銅、鋁差，能被磁鐵吸引。二．鐵單質的化學性質1.與非金屬單質反應(1)與O2反應點燃(化學方程式)：3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(點燃))Fe3O4；現(xiàn)象：劇烈燃燒，火星四射。常溫：鐵在潮濕的空氣中易被腐蝕，生成鐵銹，其主要成分為Fe2O3·xH2O。(2)與Cl2反應(化學方程式)：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2FeCl3；現(xiàn)象：劇烈燃燒，棕紅色煙。注意：鐵在氯氣中燃燒，只生成FeCl3，與反應物量比無關。(3)與S反應(化學方程式)：Fe＋Seq\o(=,\s\up7(△))FeS。氧化性：Cl2>S，鐵與Cl2反應被氧化為＋3價，與S反應被氧化為＋2價。2.與水反應常溫下，鐵與水是不反應的。但高溫下可與水蒸氣反應(化學方程式)：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2。實驗裝置操作現(xiàn)象用火柴點燃肥皂液，聽到__爆鳴__聲，證明生成了__H2__實驗中濕棉花的作用是提供水蒸氣。實驗結論在高溫下，鐵能與水蒸氣反應生成H2，化學方程式為__3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2__。3.與酸反應與非氧化性酸，如鹽酸、稀硫酸反應的離子方程式：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。4.與鹽溶液反應(1)置換反應與CuSO4溶液反應(離子方程式)：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。(2)與FeCl3溶液反應(離子方程式)：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋?！究偨Y】在一定條件下，鐵作為還原劑能與某些非金屬單質、酸和鹽溶液反應。(1)鐵與氧化性較弱的氧化劑(如鹽酸、硫酸銅等)反應，鐵原子失去2個電子生成＋2價鐵的化合物。(2)鐵與氧化性較強的氧化劑(如氯氣等)反應，鐵原子則失去3個電子生成＋3價鐵的化合物。(3)紅熱的鐵能與水蒸氣發(fā)生反應，生成四氧化三鐵和氫氣?；瘜W方程式：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高溫))Fe3O4＋4H2。三．鐵單質的冶煉鐵單質冶煉的原理就是利用還原劑將鐵從礦石中還原出來。如高爐煉鐵：(1)設備：煉鐵高爐；原料：鐵礦石、焦炭、空氣等。(2)主要反應①還原劑的生成。a．生成CO2：C＋O2eq\o(=,\s\up15(高溫))CO2b．生成CO：CO2＋Ceq\o(=,\s\up15(高溫))2CO②鐵的生成：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up15(高溫))2Fe＋3CO2【知識誤區(qū)】（1）誤認為Fe與Cl2反應的產物可能為FeCl2或FeCl3。Fe與Cl2反應的產物是FeCl3，與Cl2量的多少無關，反應Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋只能在溶液中進行。（2）誤認為Fe與酸的反應都是置換反應。Fe與非氧化性酸的反應是置換反應，生成鹽和H2，與氧化性酸(如HNO3、濃H2SO4)的反應不是置換反應，不能生成H2。四．鐵的氧化物化學式FeOFe2O3Fe3O4俗名－鐵紅磁性氧化鐵顏色狀態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體(有磁性)溶解性難溶于水難溶于水難溶于水鐵元素的化合價＋2＋3＋2，＋3穩(wěn)定性不穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定類別堿性氧化物堿性氧化物特殊氧化物與H＋反應的離子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O【效果檢測】1．（2021·云南省華寧縣第一中學高一期中）鐵的下列性質中不屬于純鐵的物理性質是A．質軟 B．銀白色 C．能導電 D．易生銹【答案】D【詳解】物理性質通常包括：顏色、狀態(tài)、氣味、密度、硬度、熔沸點、導電性、導熱性、溶解性等，所以鐵質軟、銀白色、能導電，均為物理性質，而易生銹是指易被氧化，為化學性質；綜上所述答案為D。2．（2021·山西太原市·高一期末）生活中的下列物品，不是由生鐵鑄造的是A．杠鈴片 B．足球門框 C．一元硬幣 D．下水井蓋【答案】C【詳解】A.杠鈴片是由生鐵鑄造而成，故A不符合題意；B.足球門框是由生鐵鑄造而成，故B不符合題意；C.一元硬幣的材質是鋼芯鍍鎳，不是生鐵，故C符合題意；D.下水井蓋是由生鐵鑄造而成，故D不符合題意。故答案選C.3．下列關于鐵的敘述錯誤的是A．純凈的鐵是光亮的銀白色金屬B．鐵能被磁鐵吸引，在磁場作用下，鐵自身也能產生磁性C．鐵是地殼中含量最多的金屬元素，所以分布在地殼的鐵有游離態(tài)也有化合態(tài)D．純鐵的抗蝕能力相當強，在干燥的空氣里不易被氧化【答案】C【詳解】A．純凈的鐵是光亮的銀白色金屬，正確；B．鐵是強磁性物質，在磁場作用下被磁化，正確；C．鋁是地殼中含量最多的金屬元素，鐵第二位，錯誤；D．純鐵加上周圍的空氣又是干燥的，不能形成原電池，因此不會發(fā)生電化學腐蝕，故抗蝕能力很強，正確。4．化學與生活密切相關，下列說法不正確的是A．用鐵鍋炒菜比用鋁鍋好B．FeCl3濃溶液與沸水反應生成Fe(OH)3膠體，可作凈水劑C．“84消毒液”可用來殺菌消毒的原因是里面含有氯水D．食品包裝袋內常用鐵粉作為脫氧劑以延長食品保存時間【答案】C【詳解】A．使用鐵鍋和鋁鍋，均會有極微量的鐵離子或者鋁離子最終進入人體，鐵元素的累積對人體影響不大，但鋁元素累積會造成嬰幼兒智力發(fā)育遲緩，老年人患老年癡呆癥的概率明顯上升，描述正確，不符題意；B．Fe(OH)3膠體表面容易吸附水中的微小顆粒，可以起到凈水作用，描述正確，不符題意；C．“84消毒液”可以殺菌消毒是因為溶液中有次氯酸鹽成分，而不是氯水，描述錯誤，符合題意；D．還原鐵粉可以吸附空氣中的氧氣與之反應，避免食品被氧氣所氧化，且鐵粉本身無毒，描述正確，不符題意；綜上，本題選C。5．（2021·云南昆明市·昆明二十三中高一期中）下列離子方程式書寫正確的是A．鹽酸中滴入碳酸鈉溶液：CO+2H+=H2O+CO2↑B．鐵粉與稀硫酸反應：2Fe+6H+=2Fe3++3H2↑C．鹽酸中滴入氫氧化鈉溶液：HCl+OH-=H2O+C1-D．稀硫酸滴入氫氧化鋇溶液：SO+H++Ba2++OH-=BaSO4↓+H2O【答案】A【詳解】A．HCl與Na2CO3反應，實質是H+與反應，對應離子方程式為：2H++=CO2↑+H2O，A正確；B．Fe與稀硫酸反應生成Fe2+，對應離子方程式為：Fe+2H+=Fe2++H2↑，B錯誤；C．HCl屬于強酸，書寫離子方程式時應拆寫為離子形式，正確離子方程式為：H++OH-=H2O，C錯誤；D．Ba(OH)2與H2SO4反應時，Ba2+、、BaSO4系數(shù)為1，對應H+、OH-、H2O系數(shù)應為2，正確離子方程式為：2H++2OH-+Ba2++=BaSO4↓+2H2O，D錯誤；故答案選A。6．我國科學家參與研制的阿爾法磁譜儀隨美國發(fā)現(xiàn)號航天飛機升入太空，開始了探索宇宙中是否存在“反物質”和“暗物質"的研究工作。根據(jù)所學的知識推測制造阿爾法磁譜儀核心部件的材料是（）A．Fe B．FeO C．Fe2O3 D．Fe3O4【答案】D【解析】制造阿爾法磁譜儀的核心部件的材料是一種具有磁性的物質，在鐵的各種化合物中，只有四氧化三鐵是具有磁性的物質，其他均不具有磁性。答案選D?！军c睛】本題是一道化學和航天技術相結合的考題，涉及金屬鐵以及化合物的性質等知識，用于制造阿爾法磁譜儀核心部件的材料是永磁體，根據(jù)具有磁性的物質以及物質的性質和應用來回答判斷。7．關于氧化鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵三種氧化物的下列說法中不正確的是()A．鐵元素化合價不完全相同B．氧元素的化合價完全相同C．氧化亞鐵俗稱鐵紅，為紅棕色固體D．鐵在氧氣中燃燒的產物為黑色固體【答案】C【解析】鐵的三種氧化物中，氧元素的化合價完全相同，都為－2價；鐵元素的化合價不同，氧化鐵中鐵為＋3價，氧化亞鐵中鐵為＋2價，四氧化三鐵中鐵為＋2價和＋3價。氧化鐵俗稱鐵紅，是一種紅棕色的固體；鐵在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵，是一種黑色固體；故本題選C。8．高爐煉鐵中存在反應：，下列說法不正確的是()A．該反應屬于氧化還原反應B．在該條件下，將還原劑換成，發(fā)生反應后也能生成C．每生成(標況下)的，轉移D．俗稱“鐵紅”，外觀為紅棕色粉末，在該反應中被還原【答案】C【解析】A．C元素、Fe元素化合價發(fā)生變化，屬于氧化還原反應，A正確；B．在該條件下，將還原劑換成，發(fā)生鋁熱反應：，B正確；C．結合反應方程式可知：每生成3molCO2轉移6mol電子，所以標況下每生成(1.5mol)的轉移3mol電子，C錯誤；D．俗稱“鐵紅”，外觀為紅棕色粉末，F(xiàn)e元素化合價降低，被還原，D正確。答案選C。9．（2021·吉林長春市·長春外國語學校高一期末）我國宋代的藥物著作《開寶本草》中記載了鐵華粉的制法：“取鋼煅作葉如笏或團，平面磨錯令光凈，以鹽水灑之，于醋甕中陰處埋之一百日，鐵上生衣，鐵華成矣?！庇纱伺袛噼F華粉是指A．鐵粉 B．氫氧化亞鐵 C．氫氧化鐵 D．醋酸亞鐵【答案】D【詳解】鐵華粉的制法為：取鋼煅作葉，令表光凈、以鹽水灑之并置于濃醋甕中，陰處埋之百日，則鐵上生衣，鐵華成矣，由信息可知，F(xiàn)e與醋酸反應生成鐵華粉，鐵是活潑金屬，能與酸反應亞鐵鹽，即鐵能與醋酸反應生成醋酸亞鐵，所以鐵華粉是指醋酸亞鐵，故答案為D。10．（2021·海原縣第一中學高一月考）下列物質不能由兩種單質直接化合得到的是A．FeCl3 B．FeCl2 C．Fe3O4 D．NaCl【答案】B【詳解】A．鐵和氯氣反應生成氯化鐵，2Fe+3Cl22FeCl3，故A正確；B．氯氣的氧化性較強，能將鐵直接轉為FeCl3，生成FeCl2不能一步反應，故B錯誤；C．金屬鐵在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵，3Fe+2O2Fe3O4，故C正確；D．金屬鈉和氯氣反應得到NaCl，2Na+Cl22NaCl，故D正確；故選：B。11．（2021·朝陽市第一高級中學高一期末）如圖轉化過程中錯誤的是A．① B．② C．③ D．④【答案】B【詳解】A．反應①中，F(xiàn)e與高溫水蒸氣發(fā)生反應3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，A正確；B．反應②中，F(xiàn)e與O2在點燃條件下發(fā)生反應3Fe+2O2Fe3O4，B錯誤；C．反應③中，F(xiàn)e與稀硫酸發(fā)生反應Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，C正確；D．反應④中，F(xiàn)e與Cl2在點燃條件下發(fā)生反應3Cl2+2Fe2FeCl3，D正確；故選B。12．將鐵片放入下列各溶液中，反應后溶液質量增加，但無氣體產生的是A．CuCl2溶液 B．AgNO3溶液C．Fe2(SO4)3溶液 D．稀硫酸【答案】C【詳解】A．Fe與CuCl2反應生成Cu和FeCl2，固體由Fe變?yōu)镃u，質量增加，則溶液的質量減輕，A不符合題意；B．Fe與AgNO3反應生成Fe(NO3)2和Ag，固體由Fe變?yōu)锳g，質量增加，則溶液的質量減輕，B不符合題意；C．Fe與Fe2(SO4)3反應生成FeSO4，溶質的質量增加，無氣體產生，C符合題意；D．Fe與稀硫酸反應生成FeSO4和氫氣，有氣體放出，D不符合題意；故選C。13．鐵與水蒸氣反應實驗改進前后的裝置如圖所示：下列說法錯誤的是()A．將濕棉花改為浸水的尿不濕，酒精燈由單頭改為雙頭，可提供足量的水蒸氣B．用具支試管可將試管口附近冷凝的水導出，避免冷凝水與灼熱鐵粉接觸C．肥皂水改為吹泡泡水，收集H2效果更好，點燃效果更明顯D．懸掛的磁鐵僅能吸引反應鐵粉，不能吸引反應產物【答案】D【解析】A．原裝置加熱試管提供水蒸氣，F(xiàn)e與水蒸氣高溫下反應生成氫氣，則將濕棉花改為浸水的尿不濕，酒精燈由單頭改為雙頭，可提供足量的水蒸氣，故A正確；B．Fe與冷水不反應，則具支試管可將試管口附近冷凝的水導出，避免冷凝水與灼熱鐵粉接觸，故B正確；C．肥皂水改為吹泡泡水，更易產生泡沫，現(xiàn)象明顯，收集H2效果更好，點燃效果更明顯，故C正確；D．鐵、四氧化三鐵均可被磁鐵吸引，則懸掛的磁體不僅能吸引鐵粉，也能吸引反應產物四氧化三鐵，故D錯誤；故選D。14．等物質的量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣在一定條件下充分反應，則在相同的條件下，產生氫氣的體積比是()A．1∶1B．3∶4C．2∶3D．4∶3【答案】B【解析】設Fe的物質的量為1mol，則Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑1mol1mol3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up15(△))Fe3O4＋4H21moleq\f(4,3)mol相同條件下體積之比等于物質的量之比，則兩反應中生成H2體積之比為：1∶eq\f(4,3)＝3∶4，故選B。15．A、B、C、D為中學化學中常見的物質，其轉化關系如圖(反應條件略)。(1)若A為金屬單質，D為非金屬單質。C為淡黃色固體，常用作供氧劑。C的化學式為_______，A與水反應的化學方程式為_______。(2)若D為強堿，B為白色膠狀沉淀且為兩性化合物，則B與D反應生成C的離子方程式為_______。(3)若A為黃綠色氣體，D為生活中常見金屬。寫出B與D反應的離子方程式_______?！敬鸢浮縉a2O22Na+2H2O=2NaOH+H2↑Al(OH)3+OH-=AlO+2H2O【詳解】(1)A為金屬單質，D為非金屬單質，C為淡黃色固體，常用作供氧劑，則C為Na2O2，D為O2，A為Na；A與水反應，即Na與水反應的化學方程式為2Na+2H2O=2NaOH+H2↑；(2)D為強堿，B為白色膠狀沉淀且為兩性化合物，則B為Al(OH)3，C中含有，B與D反應生成C的離子方程式為：Al(OH)3+OH-=AlO+2H2O；(3)A為黃綠色氣體，D為生活中常見金屬，則A為Cl2，D為Fe，B為FeCl3，C為FeCl2，B與D反應的離子方程式為。16．（2021·三亞華僑學校高一開學考試）鐵是一種化學性質比較活潑的金屬，在一定條件下能與多種物質發(fā)生化學反應。(1)反應①的化學方程式為_______。(2)反應②的化學方程式為_______。(3)反應③的化學方程式為_______?！敬鸢浮?Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2Fe+CuSO4=FeSO4+CuFe+2HCl=FeCl2+H2↑【分析】Fe與水蒸氣在高溫下反應產生Fe3O4、H2；Fe與CuSO4發(fā)生置換反應產生FeSO4、Cu；Fe與HCl反應產生FeCl2、H2；Fe與O2在點燃時反應產生Fe3O4?！驹斀狻?1)鐵和水蒸氣在高溫下反應產生Fe3O4和H2，反應的化學方程式為：3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2；(2)由于金屬活動性：Fe＞Cu，鐵和硫酸銅在溶液中反應生成硫酸亞鐵和銅，反應為：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；(3)在金屬活動性順序表中，F(xiàn)e位于H元素的前邊，能夠與鹽酸發(fā)生置換反應產生氯化亞鐵和氫氣，反應方程式為：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑。17．某工廠的工業(yè)廢水中含有大量的FeSO4、較多的Cu2+和少量的Na+。為了減少污染并變廢為寶，工廠計劃從該廢水回收硫酸亞鐵和金屬銅。請根據(jù)流程圖(所加試劑均過量)，回答下列問題：(1)物質X的化學式為：___，操作2的名稱：___。(2)已知Y為稀硫酸，寫出C中成分的化學式：___，在A中加入Y的化學方程式為：___。(3)工業(yè)廢水中加入X所發(fā)生的離子方程式為：___；該反應是否為氧化還原反應___(填“是”或“否”)，如果是氧化還原反應，發(fā)生還原反應的離子是：___。(4)流程中的操作3是：蒸發(fā)濃縮、___、過濾、洗滌、烘干?！敬鸢浮縁e過濾CuFe+H2SO4=FeSO4+H2↑Cu2++Fe=Fe2++Cu是Cu2+冷卻結晶【分析】在廢水中先加入X(單質鐵)，將銅離子還原為單質銅，過濾得到的A為Cu和過量的單質Fe，溶液B為硫酸亞鐵。向A中加入稀硫酸，F(xiàn)e與稀H2SO4反應生成硫酸亞鐵，過濾得到C(單質銅)和B(硫酸亞鐵溶液)。將兩次得到的硫酸亞鐵溶液合并，蒸發(fā)濃縮，冷卻后析出FeSO4·7H2O晶體，再過濾即可?！驹斀狻?1)由分析可知：物質X為Fe，操作2是過濾，故答案為：Fe，過濾。(2)試劑Y為稀H2SO4，由分析可知A為Cu和過量的單質Fe，發(fā)生反應的化學方程式為Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，過濾得到C(單質銅)，故答案為：Cu；Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。(3)加入X(單質鐵)，將銅離子還原為單質銅，反應的離子方程式為：Cu2++Fe=Fe2++Cu，F(xiàn)e和Cu元素的化合價發(fā)生變化，屬于氧化還原反應，Cu元素的化合價由+2價降低為0價，所以發(fā)生還原反應的離子是Cu2+，故答案為：Cu2++Fe=Fe2++Cu，是，Cu2+。(4)最后的一系列操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干，故答案為：冷卻結晶。【點睛】對于最后一問，應該注意到這是一種常見的問題，要把這種操作和蒸發(fā)進行區(qū)分。蒸發(fā)溶液一般是要把溶液蒸干得到固體的。而對于帶有結晶水或受熱易分解的物質，直接將溶液蒸干明顯是不合理的，因為可能會失去結晶水或者受熱分解，所以要進行蒸發(fā)濃縮，剩余少量水，冷卻使物質析出。18．在常溫下，F(xiàn)e與水并不起反應，但在高溫下，F(xiàn)e與水蒸氣可發(fā)生反應。應用下列裝置，在硬質玻璃管中放入還原鐵粉和石棉絨的混合物，加熱，并通入水蒸氣，就可以完成高溫下“Fe與水蒸氣的反應實驗”。請回答該實驗中的問題。（1）寫出該反應的反應方程式：________________________________________，并指明該氧化還原反應的還原劑是_____________，氧化劑是____________。（2）實驗前必須對整套裝置進行氣密性檢查，操作方法是______________________。（3）圓底燒瓶中盛裝的水，該裝置受熱后的主要作用是________________________，燒瓶底部放置了幾片碎瓷片，