第3章 第1节 第1课时 铁的单质 铁的氧化物（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学必修第一册（人教版2019 不定项版）

第一节　铁及其化合物 第1课时　铁的单质　铁的氧化物 课程标准 核心素养目标 结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其氧化物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用。 1.宏观辨识与微观探析：能用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质，基于铁与水蒸气反应的实验事实，解释生产中简单的化学问题。 2．科学态度与社会责任：了解铁元素在自然界中的存在形态、与人体健康的关系，体会化学对人类生活的重要意义。 [对应学生用书P80] 一、铁的单质 1．自然界中铁元素的存在 (1)铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以单质形态存在，但主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中。 (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。炼铁高炉中发生的主要反应有Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。 (3)铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。 2．铁的物理性质 3．铁的化学性质 (1)铁与某些非金属单质、酸和盐溶液反应 化学性质 化学方程式 铁与某些非金属单质反应 铁与O2反应：3Fe＋2O2Fe3O4； 铁与Cl2反应：2Fe＋3Cl22FeCl3 铁与酸溶液的反应 铁与稀盐酸反应：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑； 铁与稀硫酸反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ 铁与盐溶液的反应 铁与CuSO4溶液反应：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu； 铁与AgNO3溶液反应：2AgNO3＋Fe===Fe(NO3)2＋2Ag (2)铁与水蒸气的反应(实验探究) 实验装置 实验操作及现象 在如图所示的试管中依次加入湿棉花和还原铁粉，加热，用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声 实验结论 高温下，红热的铁能与水蒸气发生反应，化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 实验反思 ①加热湿棉花的目的是提供水蒸气，使之与还原铁粉在高温下发生反应； ②肥皂液的作用是收集氢气，便于通过点燃来验证产物中的气体 二、铁的氧化物 1．物理性质 铁的氧化物 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗称 — 铁红 磁性氧化铁 颜色、状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 铁元素价态 ＋2价 ＋3价 ＋2、＋3价 水溶性 都不溶于水 主要用途 — 常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料 — 2.化学性质 铁的氧化物 FeO Fe2O3 Fe3O4 元素价态角度 氧化性和还原性 氧化性 氧化性和还原性 物质类别 碱性氧化物 碱性氧化物 不是碱性氧化物 与酸(H＋) 的反应 FeO＋2H＋=== Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O 与CO反应 反应通式为FexOy＋yCOxFe＋yCO2，属于氧化还原反应，但不属于置换反应 ◆拓展延伸 (1)铁在成人人体中的含量为4～5 g，主要成分为功能性铁和储存铁。 (2)人体体内缺铁会导致人的记忆能力、免疫能力和对温度的适应能力等生理功能下降。 (3)体内缺铁造成贫血，动物内脏、肉类、鱼类、蛋类等动物性食物中的铁容易被吸收。 ◆名师点拨 (1)铁与不同氧化剂的反应规律如下： (2)铁与酸反应的实质是Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，这里H＋可以是盐酸、稀硫酸，硝酸暂不讨论。 (3)铁与盐溶液发生反应时，大多遵循“活泼金属置换不活泼金属”的规律。 ◆名师点拨 (1)铁与冷水、热水均不发生反应，只与水蒸气在高温下反应。 (2)铁在潮湿空气中生锈，实质是Fe与空气中H2O(g)、O2共同作用的结果，并非铁与H2O(g)直接反应。 (3)铁与水蒸气反应的产物是Fe3O4和H2，得不到Fe2O3。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆名师点拨 (1)FeO不稳定，在空气中受热，能迅速被氧化生成Fe3O4。 (2)Fe3O4有固定组成，属于纯净物，可表示为FeO·Fe2O3。 (3)“朱门酒肉臭”中“朱门”是指用含Fe2O3的油漆漆制的门。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)铁与少量O2反应生成FeO，与足量O2反应生成Fe3O4(　×　) (2)铁与稀硫酸、CuSO4溶液反应时，均体现其还原性(　√　) (3)钠与水反应生成NaOH和H2，类推铁与水蒸气反应生成Fe(OH)3和H2(　×　) (4)在空气中加热，FeO可转化生成Fe2O3(　×　) [对应学生用书P82] 探究一 铁单质的化学性质 某些食品包装袋内常利用还原铁粉作“双吸剂”，用来吸收O2和H2O(g)，以延长食品保质期。某研究性小组在实验室中取食品包装袋内的还原铁粉进行如下实验： [问题设计] (1)实验1将盛有稀硫酸的试管倾斜，使稀硫酸与还原铁粉接触，铁粉逐渐溶解，气球逐渐膨胀。试结合离子方程式分析产生上述现象的原因。 提示：铁粉与稀硫酸发生置换反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，铁粉逐渐溶解；反应生成H2，气体压强增大，气球逐渐膨胀。 (2)实验2将CuSO4溶液逐滴加入还原铁粉中，铁粉表面析出红色物质，溶液由蓝色变为浅绿色。试结合离子方程式分析产生上述现象的原因。 提示：铁的还原性强于铜，CuSO4溶液滴入铁粉中，发生反应Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，铁粉表面析出红色物质；由于反应消耗Cu2＋且生成Fe2＋，溶液由蓝色变为浅绿色。 1．从物质类别角度认识铁的化学性质 (1)铁元素在金属活动性顺序表中的位置： (2)铁具有金属的化学通性： ①能与非金属单质(如O2、Cl2等)反应生成Fe3O4、FeCl3等。 ②能与酸(如稀硫酸、盐酸等)发生置换反应生成亚铁盐和H2：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 ③能与金属活动性顺序表中铁之后金属对应的盐发生置换反应，生成不活泼的金属。例如：Fe＋Hg2＋===Hg＋Fe2＋等。 2．从元素价态角度认识铁的化学性质 【例1】 许多富脂糕点的包装盒内都装有一小包黑色的还原性铁粉，长时间放置的糕点，其包装盒内的还原性铁粉往往会变成红棕色(主要成分是Fe2O3)。下列说法正确的是(　　) A．还原性铁粉变成红棕色的过程中铁粉发生了氧化反应 B．富脂食品长时间放置易被还原 C．还原性铁粉溶入稀盐酸中得到的溶液可以腐蚀铜制线路板 D．如果在包装盒内放入Fe2(SO4)3，也可起到与铁粉同样的作用 A　解析：还原铁粉与食品包装袋中的O2反应产生红棕色的Fe2O3，在反应过程中铁元素化合价升高，失去电子，被氧化，因此铁粉发生了氧化反应，A正确；富脂食品长时间放置易被包装袋中的残留的氧气氧化，而不是被还原，B错误；还原性铁粉溶入稀盐酸中，二者反应产生FeCl2，FeCl2的氧化性比较弱，不能与Cu反应，因此得到的溶液不能作铜制线路板的腐蚀液，C错误；Fe2(SO4)3只有氧化性，不具有还原性，因此若包装盒内放入Fe2(SO4)3，不能起到与铁粉同样的作用，D错误。 1．《天工开物》中记载“铁器淬与胆矾水中，即成铜色也”。下列叙述不正确的是(　　) A．铜色为红色 B．胆矾是CuSO4的俗称 C．发生的反应属于置换反应 D．反应说明Fe的还原性大于Cu B　解析：铜的颜色为红色，A正确；胆矾是CuSO4·5H2O的俗称，B错误；铁器与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，反应的化学方程式是Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，属于置换反应，C正确；Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应中Fe是还原剂，Cu是还原产物，反应说明Fe的还原性大于Cu，D正确。 探究二 铁的氧化物的化学性质 广西桂林八角寨丹霞地貌景区是广西最早的八大重点风景名胜区之一，被有关专家誉为“丹霞之魂、国家瑰宝 ”，被中国国家地理选为“中国最美的七大丹霞”之一。丹霞地貌是由红色碎屑岩石经过风化、崩塌以及流水、风力侵蚀等综合作用下而形成的。丹霞地貌的物质基础，以砾岩、砂砾岩、砂岩为主的红层；红层中的红色主要是岩石中高价铁的含量较高造成的。 [问题设计] (1)根据广西桂林八角寨丹霞地貌的岩石颜色判断，岩石中可能含有铁的氧化物是 ，写出其一种用途 。 提示：Fe2O3　常用作红色油漆和涂料 (2)在酸雨较严重的地方，丹霞地貌的红色岩石会被腐蚀，试结合所学知识用离子方程式表示其原因 。 提示：丹霞地貌的红色岩石中含有Fe2O3，在酸性条件下会发生反应，其离子方程式为Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O 1．从物质类别角度认识铁的氧化物 2．从元素价态角度认识铁的氧化物 【例2】 “秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。由黏土(含有铁元素)烧制的砖瓦，有的是黑色的，有的却是红色的，你猜测其中的原因可能是(　　) A．土壤中含有铁粉、二氧化锰等 B．黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑，红砖瓦则是添加了红色耐高温染料 C．土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色CuO和红色Cu D．土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧，分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3 D　解析：黏土中含有铁元素，在烧制砖瓦时，与O2反应，生成氧化物，铁元素的氧化物有3种，FeO与Fe3O4为黑色，Fe2O3为红棕色，D正确。 2．(2023·南宁高一检测)以太阳能为热源的铁氧化合物循环法分解水制H2过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.过程Ⅰ的化学方程式为2Fe3O46FeO＋O2↑ B.过程Ⅱ的反应属于氧化还原反应 C．铁氧化合物循环法制H2具有节约能源、产物易分离等优点 D．过程Ⅰ中FeO是还原产物，过程Ⅱ中FeO是氧化剂 D　解析：根据图示，过程Ⅰ是在太阳能作用下四氧化三铁分解为氧化亚铁和氧气，反应的化学方程式：2Fe3O46FeO＋O2↑，A正确；根据图示，过程Ⅱ是水和FeO在加热条件下生成氢气和四氧化三铁，3FeO＋H2OFe3O4＋H2↑，属于氧化还原反应，B正确；根据图示，整个过程是以太阳能为热源分解水生成H2和O2，故铁氧化合物循环制H2成本低，且产物一个是固体，一个是气体，易分离，C正确；过程Ⅰ中FeO是还原产物，过程Ⅱ中FeO是还原剂，D错误。 [对应学生用书P84] 1．(2022·辽宁学业水平合格考)对于Fe2O3，从物质类别来看，它属于(　　) A．盐　　　　　　　　　　 B．碱 C．金属氧化物 D．非金属氧化物 C　解析：Fe2O3由铁元素和氧元素组成，属于金属氧化物。 2．下列有关铁及其化合物的说法正确的是(　　) A．灼热的Fe与Cl2反应生成FeCl2 B．FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热生成红棕色粉末 C．赤铁矿主要成分是Fe2O3，Fe2O3俗称铁红 D．铁与水蒸气在高温下反应的产物为Fe2O3和H2 C　解析：灼热的Fe与Cl2反应生成FeCl3，A错误；FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中受热生成黑色的四氧化三铁，B错误；赤铁矿主要成分是Fe2O3，Fe2O3为红棕色粉末，俗称铁红，常用于制作红色油漆和涂料，C正确；铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，D错误。 3．《淮南万毕术》中有“曾青得铁则化为铜，外化而内不化”，下列说法正确的是(　　) A．“外化”时发生了氧化还原反应 B．“化为铜”表明铁转化为铜 C．“内不化”是因为内部的铁活动性较差 D．反应中溶液由蓝色转化为黄色 A　解析：“曾青得铁则化为铜”，反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，铁元素、铜元素的化合价发生变化，属于氧化还原反应，A正确；“化为铜”表明铜离子转化为铜，B错误；“内不化”是因为反应一段时间后，生成的铜会覆盖在铁的表面，阻止内部的铁继续反应，C错误；反应中溶液由蓝色转化为浅绿色，D错误。 4．某同学对铁的氧化物产生了浓厚兴趣，查阅资料后制成以下卡片： 下列说法正确的是(　　) A．FeO、Fe2O3和Fe3O4均为黑色固体 B．反应②的温度比反应③的温度高 C．FeO的稳定性强于Fe2O3 D．四氧化三铁中铁元素的化合价较复杂，其组成可表示为FeO·Fe2O3 D　解析：Fe2O3为红棕色固体，A错误；根据信息可知，Fe在500 ℃时与氧气反应生成Fe3O4，继续升高温度生成Fe2O3，而在1 400 ℃时Fe2O3转化为Fe3O4，则反应②的温度比反应③的温度低，B错误；FeO不稳定，在空气里受热能迅速被氧化为Fe3O4，其稳定性弱于Fe2O3，C错误；Fe3O4中Fe为＋2价和＋3价，化学式可写为FeO·Fe2O3，D正确。 5．某化学兴趣小组利用如图所示装置进行“铁与水蒸气反应”的实验，并检验产物的性质，请回答下列问题： (1)装置A的作用是 ， B中反应的化学方程式为 。 (2)D的作用是 。 (3)E中的现象是 。 (4)A、B两个装置中应先点燃 处的加热仪器，点燃E处酒精灯之前应进行的操作是 。 答案：(1)提供水蒸气　3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 (2)干燥H2，除去水蒸气 (3)黑色固体变为红色，右端管壁有水珠生成 (4)A　收集H2，并检验其纯度 解析：(1)B中发生反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，故A为提供水蒸气的装置。 (2)D的作用是干燥H2，除去水蒸气。 (3)E中反应为H2＋CuOCu＋H2O，故黑色粉末变红，同时硬质玻璃管右端会有水珠生成。 (4)应先点燃A处酒精灯，若先点燃B处酒精喷灯，则B中的Fe会与空气中的O2反应生成Fe3O4，点燃E处酒精灯前要收集H2，检验其纯度。 学科网（北京）股份有限公司 $$