化学必修 第一册铁及其化合物第1课时学案设计

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第1课时 铁的单质、氧化物和氢氧化物
新知探究(一)——铁的单质、铁的氧化物
(一)铁的单质
1.铁的存在与性质
(1)铁元素的存在
(2)铁的冶炼
①我国在西周晚期已掌握了冶铁技术。战国中期以后,铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。
②工业炼铁的原理是用还原的方法把铁从铁矿石中提炼出来,化学方程式: (以Fe2O3为例)。
2.铁的物理性质
铁有 性和 性。铁能导电,但其导电性不如铜和铝。铁还能被 吸引,其熔、沸点较高。
3.铁的化学性质
根据学过的铁与一些物质的反应写出有关的化学方程式,是离子反应的写出离子方程式。
(1)与某些非金属单质、酸和盐溶液反应
①Fe与非金属单质反应
②Fe与非氧化性酸反应(稀H2SO4)
③Fe与盐溶液反应(CuSO4)
(2)实验探究铁粉与水蒸气的反应
[微点拨]
①铁的变价
②铁在潮湿的空气中生锈(Fe2O3·xH2O)。
③铁在常温下与浓H2SO4、浓HNO3发生“钝化”形成致密的氧化膜。
(二)铁的氧化物
1.三种氧化物的比较
2.三种氧化物与盐酸反应的离子方程式
FeO:
Fe2O3:
Fe3O4:
[微点拨]
①Fe3O4有磁性,可被磁体吸引。
②Fe3O4可以看作FeO·Fe2O3,+2价与+3价铁的个数比为1∶2,不属于碱性氧化物。
③FeO、Fe2O3是金属氧化物,它们都能与酸发生反应,分别生成亚铁盐和铁盐。
[题点多维训练]
题点(一) 铁的单质
1.下列关于铁与水反应的描述不正确的是( )
A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe3O4
B.红热的铁能与水蒸气反应,放出的气体点燃时不能发出爆鸣声
C.铁与水蒸气的反应是氧化还原反应
D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中的O2、CO2、H2O的共同作用下Fe能与其发生反应
2.(2025·北京海淀高一期末)下列有关铁的说法中正确的是( )
A.铁与硫粉反应的产物是Fe2S3
B.铁和稀硫酸反应的离子方程式为2Fe+6H+==2Fe3++3H2↑
C.铁在纯氧中燃烧生成Fe3O4
D.常温下,Fe与浓硫酸不发生化学反应
3.(2024·新课标卷)实验室中利用如图装置验证铁与水蒸气反应。下列说法错误的是( )
A.反应为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更好
C.用火柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
4.在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应,可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉俗称“引火铁”。请分别用图中示意的两套装置制取上述铁的氧化物和“引火铁”。(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、陶土网、加热设备等在图中均已略去)
请填写下列空白:
(1)①试管A中应加入的试剂是 。
②需要加热的装置是 ,当实验结束时应该先熄灭 处的酒精灯。
③试管D中收集得到的是 ,C的作用是 。
(2)①G中应加入的试剂是 。
②试管E中发生反应的化学方程式是 。
题点(二) 铁的氧化物
5.铁的常见化合价有+2价和+3价。据研究,铁在浓硝酸中发生钝化时,可生成一种化学式为Fe8O11的化合物,它可以表示为FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物为( )
A.FeO·3Fe2O3 B.FeO·2Fe2O3
C.2FeO·3Fe2O3D.2FeO·Fe2O3
6.“秦砖汉瓦”泛指秦汉时期的青砖与古瓦,是我国传统建筑文化的一个缩影。它们是由黏土烧制的(黏土中含有铁元素)。有的是黑色的,有的却是红色的,请分析其颜色不同的原因。

新知探究(二)——铁的氢氧化物
1.Fe(OH)2与Fe(OH)3的制取
在两支试管中分别加入少量的FeCl3溶液和FeSO4溶液,然后各滴入NaOH溶液。观察并描述发生的现象
2.Fe(OH)2与Fe(OH)3的性质比较
[题点多维训练]
1.铁屑溶于过量稀硫酸,过滤后向滤液中加入过量氨水,有白色沉淀生成,过滤,在空气中加热沉淀至质量不再发生变化,得到红棕色残渣。上述沉淀和残渣分别是( )
A.Fe(OH)3 Fe2O3 B.Fe(OH)2 Fe2O3
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.Fe(OH)2 Fe3O4
2.化合物A、B组成元素相同,且B为白色。C是一种与B含有相同价态该金属元素的硫酸盐,向C中加入适量的NaOH溶液,可观察到生成的沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色沉淀A,加热A可得红棕色粉末D。回答下列问题:
(1)写出各物质的化学式:
A: ,B: ,
C: ,D: 。
(2)写出B转化为A的化学方程式: 。
写出A受热分解的化学方程式: 。
新知探究(三)——氢氧化亚铁制备实验的改进与创新
导学设计
NaOH溶液滴入FeSO4溶液中先产生白色的Fe(OH)2沉淀,然后迅速被氧化成灰绿色,最终变为红褐色Fe(OH)3。化学兴趣小组同学探究产生现象的原因并对装置进行了相应的改进以能较长时间地观察到白色沉淀。
[查阅资料] 苯为有机溶剂,密度小于水且与水不互溶。
[原因猜想] ①空气中含有O2
②水溶液中含有溶解的少量氧气
[装置改进] 该小组同学对装置进行了相应的改进:
[问题探究] (1)请分析改进后的装置①②③为什么能较长时间观察到白色沉淀。
(2)在改进的实验中,将配制溶液的水煮沸冷却后再使用,其目的是什么?
[系统融通知能]
1.Fe(OH)2制备的四个措施
(1)Fe2+极易被氧化,所以FeSO4溶液要现用现配。
(2)为了防止Fe2+被氧化,配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸,尽可能除去O2。
(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气,可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下,再挤出NaOH溶液。
(4)为防止Fe2+被氧化,还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物,以隔绝空气。
2.常用于制备Fe(OH)2的两种创新装置
[题点多维训练]
1.实验室用FeCl2溶液和烧碱制备Fe(OH)2,为了使产物不容易被氧化,下列做法不正确的是( )
A.配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
B.可在FeCl2溶液的上面加一层植物油以隔绝空气
C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管内
D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管
2.(2025·日照高一期末)下列各图示中不能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
3.(2025·开封高一期末)如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6 ml·L-1的硫酸,其他试剂任选。填写下列空白。
(1)B中盛一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是 ,A中反应的离子方程式是 。
(2)实验开始时就先将活塞E (填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是 。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程 。
(4)拔去装置B中的橡皮塞,使空气进入,写出有关反应的化学方程式: 。
课下请完成课时跟踪检测(二十一)
第三章 铁 金属材料

第一节 铁及其化合物
第1课时 铁的单质、氧化物和氢氧化物
新知探究(一)
(一)1.(1)+2、+3 氧、硅、铝 (2)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
2.延展 导热 磁体 3.(1)①2Fe+3Cl22FeCl3 3Fe+2O2Fe3O4 ②Fe+2H+==Fe2++H2↑ ③Fe+Cu2+==Cu+Fe2+ (2)爆鸣 H2 3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2
(二)1.铁红 磁性氧化铁 黑 红棕 黑 +2 +3 Fe3O4
2.FeO+2H+==Fe2++H2O
Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+==2Fe3++Fe2++4H2O
[题点多维训练]
1.选B 铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe3O4,故A描述正确;红热的Fe与水蒸气反应生成氢气,氢气点燃时能发出爆鸣声,故B描述错误;Fe与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,反应中Fe、H元素的化合价发生变化,属于氧化还原反应,故C描述正确;常温下,铁在潮湿的空气中易发生腐蚀,故D描述正确。
2.选C 硫与铁反应生成FeS,故A错误;铁和稀硫酸反应的离子方程式为Fe+2H+==Fe2++H2↑,故B错误;铁在纯氧中燃烧生成Fe3O4,故C正确;浓硫酸具有强氧化性,常温下与铁发生钝化反应,生成致密的氧化膜,故D错误。
3.选B 铁与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4和H2,A项正确;铁与水蒸气反应需在高温下进行,将酒精灯移至湿棉花下方,铁粉处不能产生高温,B项错误;反应生成的氢气可吹出肥皂泡,用火柴点燃肥皂泡,可听到尖锐的爆鸣声,C项正确;由于反应需在高温条件下进行,故需使用耐高温的硬质玻璃试管盛装还原铁粉,D项正确。
4.解析:(1)①根据题干信息可知A中发生的反应为铁在高温下和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,试管A是铁与水蒸气反应的装置,故在A中装的应该是铁粉。②反应需要在高温下进行,则A装置需要加热。又因为需要提供水蒸气,所以B装置也需要加热,当实验结束时应该先熄灭A处的酒精灯,在水蒸气的氛围中冷却。③反应过程中生成氢气,氢气不溶于水,所以D是用来收集氢气的,为了防止向试管A中通入水蒸气使试管骤冷,引起水的倒流,从而在试管A和收集气体的试管D中间加上了烧瓶,保证实验安全,即C为安全瓶,起防止倒吸的作用。(2)①装置Ⅰ是用来制取氢气的装置,由于使用的是稀盐酸来制取氢气,所以在产生氢气的同时可能带出部分水蒸气和氯化氢气体,故在U形管中加入固体来吸收氯化氢和水蒸气,所以G中应加入的试剂是碱石灰。②依据装置和实验目的分析,试管E中发生的是氢气还原四氧化三铁的反应,反应的化学方程式是Fe3O4+4H23Fe+4H2O。
答案:(1)①铁粉 ②A、B A ③H2 防倒吸
(2)①碱石灰 ②Fe3O4+4H23Fe+4H2O
5.选C FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为7∶10,故A不符合题意;FeO·2Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为5∶7,故B不符合题意;2FeO·3Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为8∶11,故C符合题意;2FeO·Fe2O3中铁原子和氧原子的个数比为4∶5,故D不符合题意。
6.砖瓦显黑色的原因:烧制砖瓦时,黏土中的铁元素生成黑色的FeO与Fe3O4。
砖瓦显红色的原因:烧制砖瓦时,黏土中的铁元素生成红棕色的Fe2O3。
新知探究(二)
1.红褐 白色 灰绿 红褐 Fe(OH)3↓+3NaCl Fe(OH)2↓+Na2SO4 4Fe(OH)3 2.白 难 红褐 难 Fe(OH)2+2H+==Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+==Fe3++3H2O 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
[题点多维训练]
1.选B 铁屑溶于过量的稀硫酸,反应生成硫酸亚铁,硫酸亚铁与足量氨水反应生成氢氧化亚铁白色沉淀,在空气中氢氧化亚铁容易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁,氢氧化铁为红褐色沉淀,受热分解生成红棕色的三氧化二铁,故白色沉淀是氢氧化亚铁,加热得到最后的残渣是氧化铁。
2.(1)Fe(OH)3 Fe(OH)2 FeSO4 Fe2O3 (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
新知探究(三)
[导学设计]
(1)提示:装置①,苯的密度比水小,且与水不互溶,加入少量苯覆盖在FeSO4溶液的上面,用于隔绝溶液与空气接触,防止生成的Fe(OH)2被O2氧化;
装置②,铁粉与稀硫酸反应生成的H2排除了装置内的空气,同时试管内剩余的H2起到保护气的作用,防止Fe(OH)2与O2接触被氧化,因此能较长时间观察到白色沉淀;
装置③,打开止水夹a,Fe与稀H2SO4反应产生的H2将装置内的空气排出,再关闭止水夹a,产生的H2使试管A中气压大于外界气压,把试管A中的液体(FeSO4溶液)压入试管B中,反应得到Fe(OH)2白色沉淀,由于空气已被排出且苯可以隔绝b处进入的空气,故可以长时间观察到Fe(OH)2沉淀。
(2)提示:除去水中溶解的氧气,尽可能创造无氧环境以防止Fe(OH)2被氧化。
[题点多维训练]
1.选C 向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,要将胶头滴管的尖嘴深入到FeCl2溶液中,防止氢氧化钠溶液在滴入时接触空气溶有氧气,故C错误。
2.选C Fe与稀硫酸反应生成的氢气将装置内空气排出,可防止生成的Fe(OH)2被氧化,故A正确;Fe与稀硫酸反应生成的氢气将装置内空气排出,且利用氢气的压力使FeSO4与NaOH接触而反应,可防止生成的Fe(OH)2被氧化,故B正确;没有隔绝空气,生成的Fe(OH)2易被氧化,故C错误;苯隔绝空气,可防止生成的Fe(OH)2 被氧化,故D正确。
3.解析:(1)A中应预先加入的试剂是铁,再滴入酸即可,发生反应为Fe+2H+==Fe2++H2↑;(2)为保证酸顺利滴下,一定在实验开始时就先将活塞E打开,A中反应为Fe+2H+==Fe2++H2↑,最后产生的氢气被C装置收集;(3)A中反应发生后,为保证硫酸亚铁进入B中和氢氧化钠混合,要借助氢气产生的压强,所以需要关闭活塞E,使硫酸亚铁溶液被压入B瓶中进行反应;(4)氢氧化亚铁可以被氧气氧化为氢氧化铁,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3。
答案:(1)铁屑 Fe+2H+==Fe2++H2↑ (2)打开 H2
(3)关闭活塞E,使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
学习目标
重点难点
1.结合真实情境中的应用实例或实验探究,了解铁及其重要化合物的主要性质及在生产、生活中的应用。
2.了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化,认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用的重要价值。
重点
铁盐与亚铁盐的转化、Fe3+的检验。
难点
1.制备Fe(OH)2的实验设计。
2.Fe、Fe2+、Fe3+的转化关系模型建构。
存在形态
游离态
如陨铁
化合态
主要以 价化合物的形态存在于矿石中
地壳中含量
含量仅次于 ,居第四位
实验装置
操作现象
用火柴点燃肥皂液,听到 声,证明生成了
实验结论
在高温下,铁能与水蒸气反应,化学方程式为

化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
—
颜色和状态
色粉末
色粉末
色晶体
铁的价态
价
价
+2价、+3价
水溶性
不溶
不溶
不溶
稳定性
空气中受热生成
稳定
稳定
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
实验操作
实验现象
生成 色沉淀
首先生成 絮状沉淀,然后迅速变成 色,最后变成 色
化学
方程式
FeCl3+3NaOH==
FeSO4+2NaOH== 、
4Fe(OH)2+O2+2H2O==
实验
结论
Fe(OH)3与Fe(OH)2分别可由相对应的可溶性盐与碱溶液反应制得
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态、
溶解性
色固体、 溶于水
色固体、 溶于水
与酸
反应
HCl
HI
Fe(OH)2+2H+==Fe2++2H2O
2Fe(OH)3+2I-+6H+==2Fe2++I2+6H2O
稳定性
在空气中不稳定,易被氧化:
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
不稳定[比Fe(OH)2稳定],受热易分解:
装置
原理
①
②
③
①打开止水夹a,使A装置中的铁粉与稀硫酸反应一段时间,反应产生的氢气会将整个装置中的空气排出;
②再夹紧止水夹a,A装置中产生的氢气逐渐增多,会将A装置中生成的FeSO4溶液压入B装置中,从而产生Fe(OH)2白色沉淀
先滴加稀硫酸至装置内空气排尽充满H2,再滴加NaOH溶液