資源簡介

3.1 第2課時　鐵、鐵的氧化物和鐵的氫氧化物
【學習目標】
1.了解鐵及其氧化物、氫氧化物的主要化學性質。
2.掌握鐵單質、鐵的氧化物和氫氧化物的性質與典型實驗現象,并設計實驗進行初步驗證。
3.從物質類別和元素價態兩個視角研究鐵、鐵的氧化物、鐵的氫氧化物的性質,探究其在生產、生活中的實際應用。
【自主預習】
1.鐵單質
(1)物理性質
純凈的鐵是光亮的　　　色金屬,密度較大,熔點　　　　,有　　　　性和　　　　性。能導電,其導電性比銅、鋁　　　　,能被　　　　吸引。
注意:鐵單質粉末狀時為黑色。
(2)化學性質
①與單質反應(O2、Cl2、S等)
　 ;
　 ;
　 。
②與酸反應(鹽酸、稀硫酸、熱濃硫酸)
Fe+2HCl　 ;
Fe+H2SO4　 ;
2Fe+6H2SO4(濃)　 。
③與CuSO4的反應:　　　　　　　　　　　　;
Fe與HCl、CuSO4反應生成的是　　　　;
與FeCl3溶液反應:　　　　　　　　　　　　。
④與水蒸氣的反應
現象:用火柴點燃肥皂泡,聽到爆鳴聲;
結論:鐵可與水蒸氣反應,生成的氣體為H2;
化學方程式:　　　　　　　　　　　　;
濕棉花的作用:　　　　　　　　　　　。
【微點撥】
(1)Fe與冷水、熱水不反應,Fe與H2O(g)高溫下反應的產物是Fe3O4,而不是Fe2O3。
(2)鐵在潮濕的空氣中生成的鐵銹的主要成分是Fe2O3,而鐵在純氧中燃燒的產物是Fe3O4。
(3)鐵分別與氯氣和鹽酸反應所得產物中鐵元素的價態不同,Fe與Cl2反應不論用量多少都生成FeCl3,而Fe與鹽酸反應生成FeCl2。
(4)Fe與Br2反應生成FeBr3,但與I2反應時生成FeI2,通過這一事實可以說明Br2的氧化性比I2強。
2.鐵的氧化物
化學式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗稱 — 　　　 　　　
顏色和狀態 黑色粉末 紅棕色粉末 黑色晶體
鐵的價態 　　　　價 　　　　價 +2價、+3價
水溶性 不溶 不溶 不溶
穩定性 不穩定,受熱易轉化為Fe3O4: 較穩定 較穩定
與鹽酸反應 (離子方程式) FeO+2H+Fe2++H2O Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O
用途 Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡膠的紅色顏料
【微點撥】
(1)Fe2O3、Fe3O4較穩定;FeO不穩定,受熱能被氧化為Fe3O4。Fe3O4有固定的組成,屬于純凈物。
(2)Fe3O4可看成FeO·Fe2O3,所以在書寫其與鹽酸反應的方程式時可看成FeO、Fe2O3分別與鹽酸反應,然后把兩個反應的方程式相加。
3.鐵的氫氧化物
化學式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
顏色和溶解性 白色固體,不溶于水 紅褐色固體,不溶于水
穩定性 在空氣中易轉化為 　　　　　 受熱易分解:　　　　　　　　
與鹽酸反應(離子方程式) Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
制備 Fe2++2OH-Fe(OH)2↓ Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
轉化 化學方程式 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
現象 　　　　色絮狀沉淀迅速變為　　　　色,最終變為　　　　色
【參考答案】1.(1)銀白　較高　延展　導熱　差　磁鐵　(2)①3Fe+2O2Fe3O4　2Fe+3Cl22FeCl3　Fe+SFeS　②FeCl2+H2↑　FeSO4+H2↑
Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O　③Fe+CuSO4FeSO4+Cu　Fe2+　2Fe3++Fe3Fe2+(或2FeCl3+Fe3FeCl2)　④3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2　提供反應所需水蒸氣
2.鐵紅　磁性氧化鐵　+2　+3　6FeO+O22Fe3O4
3.Fe(OH)3　2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O　白　灰綠
紅褐
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)鐵與氯氣反應生成FeCl2。 (　　)
(2)鐵在加熱條件下與液態水或水蒸氣均能反應。(　　)
(3)氧化鐵、四氧化三鐵都具有磁性。 (　　)
(4)Fe2O3常用作油漆、油墨的紅色顏料。 (　　)
(5)FeO、Fe2O3都能溶于水生成相應的堿。 (　　)
(6)氫氧化鐵和氫氧化亞鐵都屬于堿。 (　　)
(7)氫氧化亞鐵能與鹽酸反應生成氯化鐵和水。 (　　)
(8)氫氧化鐵膠體是一種紅褐色沉淀。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)×　(8)×
2.教材P86“鐵單質能與稀鹽酸、稀硫酸等發生置換反應,放出氫氣;還能與某些鹽溶液發生置換反應,生成亞鐵鹽和其他金屬單質。”鐵單質與鹽溶液反應都能生成亞鐵鹽和其他金屬單質嗎
【答案】不是。如金屬鐵與氯化鐵溶液反應生成亞鐵離子,得不到金屬單質。
3.日常生活中鐵制品生銹的現象很常見,依據所學知識分析鐵銹的主要成分是什么 怎樣除去衣物上的鐵銹
【答案】鐵銹呈紅棕色,因此鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O。根據Fe2O3的性質,可以選用酸性物質除去衣物上的鐵銹,如食用醋、草酸或檸檬汁。
4.司南是中國古代勞動人民在長期的實踐中對磁石磁性認識的發明,《論衡》中記載有“司南之杓,投之于地,其柢指南”。“杓”的主要成分是什么
【答案】“杓”的主要成分是四氧化三鐵。
【合作探究】
任務1：鐵單質
情境導入　紅珊瑚生長于200~2000 m的海域,它與琥珀、珍珠被統稱為有機寶石。在中國,珊瑚是吉祥富有的象征,一直用來制作珍貴的工藝品。紅珊瑚是無數珊瑚蟲分泌的石灰質大量堆積形成的干支狀物,其呈紅色是因為在海底長期積淀某種元素。
問題生成
1.紅珊瑚里含有的元素可能是什么
【答案】鐵。根據對各元素化合物性質的了解,鐵的化合物多數有顏色,且紅色的比較多。
2.通過比較鐵與非金屬單質S、Cl2反應的產物中鐵元素的價態,試比較S、Cl2的氧化性強弱。
【答案】鐵與S反應生成FeS,鐵元素的價態為+2;鐵與氯氣反應生成FeCl3,鐵元素的價態為+3。則氧化性:S3.在鋼鐵廠的生產中,熾熱的鐵水或鋼水注入模具前,模具必須進行充分的干燥處理,這是為什么 寫出反應原理。
【答案】常溫條件下,鐵與水不發生反應;在高溫條件下,鐵與水蒸氣反應:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。
【核心歸納】
1.Fe只有還原性,可以被氧化成+2價或+3價
2.鐵的化學性質的具體表現
化學性質 化學方程式舉例
①Fe與非金屬單質反應 化合反應
②Fe與非氧化性酸反應 Fe+H2SO4FeSO4+H2↑(置換反應)
③Fe與鹽溶液反應 置換反應 Fe+2FeCl33FeCl2(化合反應)
④Fe與氧化性酸反應 Fe與足量硝酸溶液反應生成Fe3+
⑤Fe與H2O(g)在高溫下的反應 3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(置換反應)
【典型例題】
【例1】在給定條件下,下列物質間的轉化不能實現的是(　　)。
A.FeFeCl3　　　　　　 B.FeFeCl3
C.FeFe3O4 D.FeFeS
【答案】B
【解析】B項,鐵與鹽酸反應生成氯化亞鐵。
【例2】還原鐵粉與水蒸氣反應的裝置如圖所示,下列有關該實驗的說法正確的是(　　)。
A.反應生成FeO
B.濕棉花的主要作用是冷卻試管,防止炸裂
C.肥皂液的主要作用是檢驗生成的H2
D.鐵粉與水蒸氣反應后,可立即用磁鐵將剩余鐵粉分離出來
【答案】C
【解析】加熱時,濕棉花提供水蒸氣,鐵粉與水蒸氣發生反應:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。反應生成Fe3O4,A項錯誤;濕棉花提供水蒸氣,B項錯誤;氫氣可使肥皂液形成肥皂泡(方便檢驗),則肥皂液的主要作用是檢驗生成的 H2,C項正確;鐵粉與水蒸氣反應生成的四氧化三鐵也可以被磁鐵吸引,不能分離出鐵,D項錯誤。
任務2　鐵的氧化物的性質及用途
情境導入　氧化鐵和四氧化三鐵都是常見的鐵系顏料,故宮紅色的圍墻、遼寧艦上刷的防銹油漆中都有它們的影子。鐵系顏料耐堿,對弱酸和稀酸具有一定的穩定性,具有極佳的耐光、耐熱性能,不溶于水和有機溶劑。那么,鐵的氧化物具有怎樣的性質
問題生成
1.氧化鐵的用途有哪些 為什么不用氧化亞鐵作顏料
【答案】氧化鐵可以用作油漆、涂料、油墨和橡膠的紅色顏料。氧化亞鐵中鐵元素價態較低,易被氧化,不穩定,不能用作顏料。
2.鐵的三種氧化物都能與酸反應,試分別寫出它們與鹽酸反應的離子方程式。
【答案】FeO+2H+Fe2++H2O;Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O;Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O。
3.氧化亞鐵和氧化鐵屬于堿性氧化物,四氧化三鐵是否也屬于堿性氧化物
【答案】因為四氧化三鐵中的鐵元素有+2、+3兩種價態,與酸反應生成兩種鹽,所以四氧化三鐵不屬于堿性氧化物。
【核心歸納】
鐵的氧化物——FeO、Fe2O3、Fe3O4
1.從物質類別認識三種氧化物:都是純凈物。Fe3O4中鐵元素既有+2價,又有+3價,+2價鐵元素與+3價鐵元素的物質的量之比為1∶2。
2.三種氧化物的顏色:Fe2O3是紅棕色,另外兩種為黑色。
3.鐵的氧化物的性質有差異:三種氧化物都不溶于水,都能與鹽酸反應生成鹽和水。但其中只有Fe2O3和FeO屬于堿性氧化物。
4.鐵的氧化物的穩定性有差異。Fe2O3和Fe3O4比較穩定,FeO不穩定,在加熱條件下能被氧氣迅速氧化成Fe3O4。反
　應的化學方程式為6FeO+O22Fe3O4,即一定條件下FeO可以轉化為Fe3O4。
【典型例題】
【例3】下列關于氧化鐵和氧化亞鐵的敘述中不正確的是(　　)。
A.都是堿性氧化物
B.都能與酸反應生成鹽和水
C.都能與水反應生成氫氧化物
D.都能被一氧化碳還原為鐵
【答案】C
【解析】氧化鐵和氧化亞鐵都是不溶于水的堿性氧化物,都不能與水反應生成氫氧化物,都能與酸反應生成相應的鹽和水,都具有氧化性,可被氫氣、一氧化碳、金屬鋁等還原劑還原為鐵單質。
【例4】向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入100 mL 1 mol·L-1的鹽酸,恰好使混合物完全反應,放出11.2 mL(標準狀況)氣體,所得溶液中加入KSCN溶液不變紅色。用足量的CO在高溫下還原相同質量的此混合物,最終鐵的質量為(　　)。
A.2.8 g　　　　　　　B.11.2 g
C.5.6 g D.無法計算
【答案】A
【解析】鹽酸恰好使混合物完全溶解,鹽酸沒有剩余,向反應所得溶液中加KSCN溶液無紅色出現,說明溶液為FeCl2溶液,根據氯元素守恒可知n(FeCl2)=n(HCl)=×0.1 L×1 mol·L-1=0.05 mol;用足量的CO在高溫下還原相同質量的混合物得到鐵,根據鐵元素守恒可知n(Fe)=n(FeCl2)=0.05 mol,其質量為0.05 mol×56 g·mol-1=2.8 g。
任務3：氫氧化亞鐵的性質與制備
【實驗探究】
Fe(OH)3和Fe(OH)2的實驗室制法
在兩支試管里分別加入少量的FeCl3和新制FeSO4溶液,然后滴入NaOH溶液,觀察并記錄現象。
FeCl3溶液 新制FeSO4溶液
實驗 操作
問題生成
1.兩試管中有什么現象 久置于空氣中又有什么現象
【答案】甲中生成紅褐色沉淀,久置不變色;乙中生成白色沉淀,且沉淀迅速變成灰綠色,最后變成紅褐色。
2.在制備Fe(OH)2時,為什么要用新制的FeSO4溶液并將吸有NaOH溶液的膠頭滴管尖嘴插入液面以下
【答案】用新制的FeSO4溶液是為了防止Fe2+被氧化成Fe3+;滴管尖嘴插入液面以下是為了防止生成的Fe(OH)2與O2接觸而被氧化。
3.在實驗中,若想長時間觀察到生成的白色Fe(OH)2沉淀,除使用新制FeSO4溶液外,還應創造一個怎樣的反應環境
【答案】因為Fe(OH)2易被氧氣氧化而發生顏色變化,故應盡可能創造無氧環境以防止Fe(OH)2被氧化。
4.氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的化學性質有哪些異同
【答案】相同點:都屬于堿,都能與鹽酸反應。不同點:穩定性不同,氫氧化亞鐵易被氧化。由化合價分析,氫氧化亞鐵具有還原性,而氫氧化鐵具有氧化性。
【核心歸納】
1.防止Fe(OH)2被氧化的方法
(1)將配制溶液的蒸餾水煮沸,除去溶液中的氧氣。
(2)將盛有NaOH溶液的膠頭滴管尖端插入盛有亞鐵鹽溶液的試管底部,并慢慢擠出NaOH溶液。
(3)在亞鐵鹽溶液上面充入保護氣,如H2、N2、稀有氣體等。
(4)在亞鐵鹽溶液上面加保護層,如苯、植物油等。
2.實驗室制備Fe(OH)2裝置的改進
改進后裝置①的優點:
將配制溶液的蒸餾水煮沸,除去溶解的氧氣,然后用苯液封,防止空氣溶解,裝有NaOH溶液的滴管插入液面下慢慢擠出溶液,這些操作均能防止Fe(OH)2與氧氣接觸,避免其被氧化,因此能較長時間觀察到白色沉淀。
裝置②③的優點:
鐵粉與稀硫酸反應生成的氫氣排盡了裝置內的空氣,同時試管內剩余的氫氣起到保護氣的作用,防止了Fe(OH)2與氧氣接觸,避免其被氧化,因此能較長時間觀察到白色沉淀。
【典型例題】
【例5】下列各圖示中能較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀的是(　　)。
A.①②③　　　　　　　　B.①②④
C.①②③④ D.②③④
【答案】B
【解析】因為Fe(OH)2在空氣中很容易被氧化為紅褐色的Fe(OH)3,即發生反應4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。因此要較長時間看到Fe(OH)2 白色沉淀,就要排盡裝置中的空氣。①②原理一樣,都是先用氫氣將裝置中的空氣排盡,并使生成的Fe(OH)2處在氫氣的保護中;③由于空氣中的氧氣能迅速將Fe(OH)2氧化,因而不能較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀;④中液面上加苯阻止了空氣進入,能較長時間看到Fe(OH)2白色沉淀。
【隨堂檢測】
1.我國科學家參與研制的阿爾法磁譜儀隨“發現號”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。根據你所學的知識推測用于制造阿爾法磁譜儀核心部件的材料是(　　)。
A.Fe3C　　　　　　　　 B.Fe3O4
C.Fe2O3 D.FeO
【答案】B
【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,只有四氧化三鐵具有磁性,其他均不具有磁性。
2.下列方案得不到Fe3O4的是(　　)。
A.將FeO放在空氣里高溫加熱
B.將鐵絲放在氧氣里燃燒
C.將鐵絲放在水蒸氣里高溫加熱
D.將鐵絲放在潮濕的空氣里緩慢生銹
【答案】D
【解析】鐵銹呈現紅棕色,其主要成分為Fe2O3。
3.將一枚潔凈的鐵釘浸入稀硫酸中,下列敘述正確的是(　　)。
①鐵釘表面產生氣泡　②溶液由無色逐漸變為淺綠色
③鐵釘的質量減小　④溶液的質量減小
A.②③ B.①②④
C.①②③ D.①②③④
【答案】C
【解析】根據反應Fe+H2SO4FeSO4+H2↑可知,反應過程中鐵釘逐漸溶解,鐵釘表面產生氣泡,溶液變為淺綠色。
4.有A、B、C三種常見的金屬單質,A在空氣中燃燒生成淡黃色固體;B也能在空氣中劇烈燃燒,發出耀眼的白光;C在一定條件下與水蒸氣反應生成H2和一種黑色固體。根據以上信息回答下列問題:
(1)寫出化學式:A　　　　;B　　　　;C　　　　。
(2)寫出下列反應的化學方程式:
①A在空氣中燃燒:　 ;
②C與水蒸氣反應:　 ;
③A與水反應:　 。
【答案】(1)Na　Mg　Fe
(2)2Na+O2Na2O2　3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2　2Na+2H2O2NaOH+H2↑
【解析】淡黃色固體是過氧化鈉,故A是鈉;B能在空氣中劇烈燃燒,發出耀眼的白光,故B是鎂;C在一定條件下與水蒸氣反應生成H2和一種黑色固體,故C是鐵。
5.某同學欲在實驗室中完成鐵與水蒸氣反應的實驗,裝置如圖甲、乙所示。
已知B中放入的是鐵粉與石棉絨的混合物,C中放的是干燥劑,E為酒精噴燈,G為帶有鐵絲網罩的酒精燈。
對比兩裝置,回答下列問題:
(1)如何檢查乙裝置的氣密性 　 。
(2)乙裝置中濕沙子的作用是　 。
(3)B處發生反應的化學方程式為　 。
(4)該同學認為在乙裝置的導管口處點燃反應產生的氣體,裝置H必不可少,H的作用是 　 。
(5)對比甲、乙兩裝置的B和K,B的優點是 　 。
【答案】(1)向H中加入水沒過導管口,連接好裝置,微熱K,若H中導管口出現氣泡,停止加熱后導管中出現水柱,證明氣密性良好(其他合理答案也可)　(2)提供水蒸氣　(3)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2　(4)干燥氫氣,降低氫氣中水蒸氣的含量　(5)使用石棉絨,增大了水蒸氣與鐵粉的接觸面積,使反應充分進行
2

展開更多......

收起↑