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第一節(jié)　鐵及其化合物
第三章　鐵金屬材料
第1課時(shí)　鐵的單質(zhì)、鐵的氧化物、鐵的氫氧化物
素養(yǎng)目標(biāo)
1.了解單質(zhì)鐵的還原性,一定條件下能與非金屬單質(zhì)、酸和某些鹽反應(yīng),初步學(xué)會(huì)根據(jù)鐵與水蒸氣反應(yīng)的原理,Fe(OH)2、Fe(OH)3的制備方法,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置,培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。
2.能用氧化還原反應(yīng)原理進(jìn)一步認(rèn)識(shí)鐵的化學(xué)性質(zhì),基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)書寫鐵與水蒸氣反應(yīng)的方程式,形成宏觀辨識(shí)與微觀探析的意識(shí)。
3.通過實(shí)驗(yàn)探究鐵的氧化物、鐵的氫氧化物的化學(xué)性質(zhì),體會(huì)實(shí)驗(yàn)對(duì)認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)性質(zhì)的重要作用,形成證據(jù)意識(shí)。
4.了解鐵元素在自然界的存在形態(tài)、與人體健康的關(guān)系,體會(huì)化學(xué)對(duì)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)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。
【知識(shí)鋪墊】
1.鐵生銹的條件是與水、空氣同時(shí)接觸。
2.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(qǐng)寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式。
提示 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+2O2 Fe3O4。
3.鐵與鹽酸、CuSO4溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式分別為
Fe+2H+ === Fe2++H2↑,Fe+Cu2+ === Fe2++Cu。
4.鈉與冷水劇烈反應(yīng),反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Na+2H2O === 2NaOH+H2↑。
素養(yǎng)初探
【必備知識(shí)】
一、鐵元素概述
1.自然界中的鐵:既有單質(zhì)(隕鐵中的鐵單質(zhì))形態(tài)又有化合物(礦石中+2、+3價(jià)鐵的化合物)形態(tài)。
2.含量:鐵在地殼中含量居第四位,僅次于氧、硅、鋁。
3.開發(fā)利用:春秋初年我國已掌握了冶鐵技術(shù)。工業(yè)煉鐵原理(以Fe2O3為例)是3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。
二、鐵的單質(zhì)
1.物理性質(zhì)
鐵有延展性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性,但其導(dǎo)電性不如銅和鋁,鐵還能被磁鐵吸引。其熔、沸點(diǎn)較高,熔點(diǎn):1 535 ℃、沸點(diǎn):2 750 ℃。密度:7.86 g·cm-3。
【微思考】你能用一種最簡單的方法分離鐵粉和銅粉的混合物嗎
提示 可以用磁鐵吸引法分離。
2.化學(xué)性質(zhì)
(1)鐵與非金屬單質(zhì)、酸、鹽溶液的反應(yīng):
氧化劑強(qiáng)弱 較弱 較強(qiáng)
鐵失去電子個(gè)數(shù) 失去2個(gè)電子 失去3個(gè)電子
產(chǎn)物中鐵的價(jià)態(tài) +2 +3
氧化反應(yīng) Fe-2e-===Fe2+ Fe-3e-===Fe3+
①與非金屬單質(zhì)(O2、Cl2等)反應(yīng),如Fe與Cl2反應(yīng):2Fe+3Cl2 2FeCl3。
②與鹽酸、稀硫酸反應(yīng):Fe+2H+ === Fe2++H2↑(離子方程式)。
③與某些鹽反應(yīng),如Fe與CuSO4溶液反應(yīng):Fe+Cu2+ === Fe2++Cu(離子方程式)。
(2)實(shí)驗(yàn)探究鐵粉與水蒸氣的反應(yīng):
方法 方法一 方法二
實(shí)驗(yàn)裝置
方法 方法一 方法二
氣體 用小試管收集一試管氣體,點(diǎn)燃,聽到輕微噗聲,證明生成了H2 用燃著的火柴點(diǎn)燃肥皂泡,聽到爆鳴聲,證明生成了H2
實(shí)驗(yàn) 結(jié)論 紅熱的鐵能與水蒸氣發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)的化學(xué)方程式為 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 【情境鏈接】鐵與水蒸氣可以反應(yīng),為什么在日常生活中可以用鐵壺?zé)?
提示 鐵與冷水、熱水均不易反應(yīng),只有在高溫下才能與水蒸氣反應(yīng),所以可以用鐵壺?zé)?br/>三、鐵的氧化物
名　稱 氧化亞鐵 氧化鐵 四氧化三鐵
化學(xué)式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗　名 — 鐵紅 磁性氧化鐵
鐵的化合價(jià) +2 +3 +2、+3
顏　色 黑色 紅棕色 黑色
溶解性 不溶于水 不溶于水 不溶于水
穩(wěn)定性 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 穩(wěn)定
氧化物類別 堿性氧化物 堿性氧化物 復(fù)雜氧化物
與鹽酸反應(yīng)的離子 方程式 FeO+2H+===Fe2++H2O、Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、 Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O 用　途 氧化鐵:油漆、涂料、油墨和橡膠的紅色顏料 【情境鏈接】杜甫是唐代偉大詩人,他的代表作之一——《自京赴奉先縣詠懷五百字》中有句千古名句:“朱門酒肉臭,路有凍死骨?！边@里為何稱為“朱門”呢
提示 古代王公貴族的住宅大門用氧化鐵漆成紅色,表示尊貴,稱為“朱門”,后來借指豪富人家。
四、鐵的氫氧化物
化學(xué)式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
顏　色 白色 紅褐色
溶解性 不溶于水 不溶于水
穩(wěn)定性 易被溶解在溶液中的氧氣氧化為Fe(OH)3 2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
化學(xué)式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
與鹽酸反應(yīng)(離子方程式) Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
制備(離子方程式) Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
轉(zhuǎn)化 化學(xué)方程式 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 現(xiàn)象 白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色,過一段時(shí)間后會(huì)有紅褐色物質(zhì)生成
【自我小測】
1.判斷正誤:
(1)Fe與H2O(g)反應(yīng)生成Fe2O3和H2。(　　)
(2)鐵有多種氧化物,且均為黑色固體。(　　)
(3)Fe3O4中的Fe化合價(jià)有+2和+3價(jià),Fe3O4為混合物。(　　)
(4)Fe(OH)2和Fe(OH)3均為弱堿,均與鹽酸反應(yīng)生成鹽和H2O。(　　)
(5)Fe(OH)2易被溶解在溶液中的O2氧化為Fe(OH)3。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2.指南針是我國的四大發(fā)明之一,制造指南針的磁性物質(zhì)是(　　)
A.FeO B.Fe2O3
C.Fe3O4 D.Fe
C
新知 氫氧化鐵、氫氧化亞鐵的制備
【問題探究】
【實(shí)驗(yàn)探究】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(xiàn)象。
FeCl3溶液 新制FeSO4溶液
實(shí)驗(yàn)操作 甲
乙
素養(yǎng)提升
思考探究下列問題:
1.兩試管中有什么現(xiàn)象 久置于空氣中又有什么現(xiàn)象
提示 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,過一段時(shí)間后有紅褐色物質(zhì)生成。
2.在制備Fe(OH)2時(shí),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
提示 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(shí)驗(yàn)中,若想長時(shí)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(yīng)創(chuàng)造一個(gè)怎樣的反應(yīng)環(huán)境
提示 因?yàn)镕e(OH)2易被氧氣氧化而發(fā)生顏色變化,故應(yīng)盡可能創(chuàng)造無氧環(huán)境以防止Fe(OH)2被氧化。
【深化拓展】
Fe(OH)2的制備方法創(chuàng)新
(1)有機(jī)覆蓋層法
將吸有NaOH溶液的膠頭滴管插到液面以下,并在液面上覆蓋一層苯或煤油(不能用CCl4,因其密度大于水),以防止空氣與Fe(OH)2接觸發(fā)生反應(yīng),如圖1所示。
(2)還原性氣體保護(hù)法
用H2將裝置內(nèi)的空氣排盡后,再將亞鐵鹽溶液與NaOH溶液混合,這樣可長時(shí)間觀察到白色沉淀,如圖2所示。
【素能應(yīng)用】
例 如圖所示裝置可用來制取和觀察Fe(OH)2在空氣中被氧化時(shí)顏色的變化。實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用鐵屑和6 mol·L-1的硫酸,其他試劑任選。
填寫下列空白:
(1)B中盛一定量的NaOH溶液,A中應(yīng)預(yù)先加入的試劑是　　　　,A中反應(yīng)的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先將止水夾E　　　　(填“打開”或“關(guān)閉”),C中收集到氣體的主要成分是　　　　。
(3)簡述生成Fe(OH)2的操作過程:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)拔去裝置B中的橡皮塞,使空氣進(jìn)入,寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:
　。
4Fe(OH)2+O2+2H2O === 4Fe(OH)3
關(guān)閉止水夾E,使FeSO4溶液被壓入B瓶中進(jìn)行反應(yīng)
Fe+2H+ === Fe2++H2↑
鐵屑　
H2
打開
變式訓(xùn)練下列圖示中能較長時(shí)間看到Fe(OH)2白色沉淀的是(　　)
A.①②③④ B.只有①③④
C.只有①②④ D.只有②③④
C
規(guī)律方法制備Fe(OH)2的關(guān)鍵
制備Fe(OH)2的關(guān)鍵是降低反應(yīng)體系中氧氣的存在量和操作過程中氧氣的引入量?？刹捎玫姆椒?
(1)采用新制備的純亞鐵鹽溶液(Fe2+易被空氣中的氧氣氧化成Fe3+);
(2)將溶解亞鐵鹽的蒸餾水煮沸(除去溶解在蒸餾水中的氧氣);
(3)將堿直接加到亞鐵鹽溶液的底部[使Fe(OH)2與空氣隔離];
(4)在亞鐵鹽溶液液面上加隔氧劑(如加入苯等密度比水小,而又不溶于水的有機(jī)溶劑)。
素養(yǎng)脈絡(luò)
1.下列變化中,加入鐵粉不可能實(shí)現(xiàn)的是(　　)
A.Ag+→Ag B.H2O(g)→H2
C.H+→H2 D.Fe(OH)2→Fe(OH)3
素養(yǎng)鞏固
D
2.下列有關(guān)說法不正確的是(　　)
A.Fe3O4為磁性氧化鐵,其中鐵的化合價(jià)為+2和+3價(jià)
B.FeO、Fe2O3均為堿性氧化物,均與鹽酸反應(yīng)
C.Fe(OH)2不穩(wěn)定,具有較強(qiáng)的氧化性
D.Fe(OH)3比Fe(OH)2穩(wěn)定
C
3.下列有關(guān)氫氧化亞鐵及其制備方法的敘述中,不正確的是(　　)
A.氫氧化亞鐵易被空氣氧化
B.氫氧化亞鐵為灰綠色絮狀沉淀
C.可利用如圖所示裝置制備氫氧化亞鐵
D.實(shí)驗(yàn)中所用氫氧化鈉溶液應(yīng)預(yù)先煮沸
B
4.根據(jù)下列流程圖回答問題。
(1)寫出F的化學(xué)式:　　　　,H的化學(xué)式:　　　　。
(2)寫出由E轉(zhuǎn)變成F的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　　。
(3)向B溶液中加入A的有關(guān)離子反應(yīng)方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)寫出A在一定條件下與水反應(yīng)的化學(xué)方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案 (1)Fe(OH)3　AgCl
(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O === 4Fe(OH)3
(3)2H++Fe === Fe2++H2↑
(4)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2

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