第3章 第1节 第2课时 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物　含铁物质间的转化（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学必修第一册（鲁科版2019）

第2课时　 铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物　含铁物质间的转化 课程标准要求 学业质量水平 1.能从物质类别、元素价态的角度，预测铁、铁的氧化物与氢氧化物的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。 2.结合真实情境中的应用实例，了解铁、铁的氧化物与氢氧化物的主要性质，了解它们在生产、生活中的应用。 3.能列举、描述、辨识铁、铁的氧化物与氢氧化物的物理和化学性质及实验现象，并能用化学方程式、离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。 4.能从物质类别和元素价态变化的视角，列举铁元素的典型代表物，依据复分解反应和氧化还原反应原理说明铁及其化合物的转化路径。 1.能对铁、铁的氧化物与氢氧化物及其变化进行描述和符号表征；能说明其性质与应用的关系。(水平1) 2.能通过实验探究铁、铁的氧化物与氢氧化物的性质和变化规律。(水平2) 3.能根据解决问题的需要设计铁、铁的氧化物与氢氧化物的转化与制备方案。(水平3) 4.能根据物质的类别和元素价态方面说明或预测铁、铁的氧化物与氢氧化物的性质，评估所做说明或预测的合理性。(水平4) 一、铁的单质 1．物理性质 纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔、沸点较高，纯铁的抗腐蚀能力很强，具有良好的延展性和导热性，导电性不如铜和铝，能被磁铁吸引。 2．化学性质 铁单质中铁元素的化合价为0价，单质具有还原性，能与具有氧化性的物质发生反应，具有金属单质的通性。 (1)与非金属单质反应 ①与Cl2反应：铁在氯气中燃烧的化学方程式为2Fe＋3Cl22FeCl3。 ②与O2反应：铁在氧气中燃烧的化学方程式为3Fe＋2O2Fe3O4。 点拨　a．铁在潮湿的空气中可生成Fe2O3·xH2O(即铁锈)；b.铁与氧气一般不能生成FeO。 (2)与酸反应： 如与稀硫酸和稀盐酸反应的离子方程式为：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 (3)与盐反应： 如与FeCl3和CuCl2溶液反应的离子方程式为：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋Cu2＋=== Fe2＋＋Cu。 (4)与水反应：铁与冷水、热水都不反应，但在高温下能够与水蒸气反应： 实验装置 产物验证 实验结论 用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了H2；试管内产物冷却后为黑色晶体。 铁不能与冷水、热水反应，但在高温下能与水蒸气反应，其化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 点拨　F FeF 二、铁的氧化物 1．物理性质及应用 名称 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 — 铁红 磁性氧化铁 Fe的价态 ＋2 ＋3 ＋2、＋3 颜色、状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色固体 溶解性 不溶于水 应用 用作色素 用作油漆、涂料、油墨的红色颜料 用作磁性材料 2.化学性质 (1)与酸反应：FeO 和Fe2O3都属于碱性氧化物，都能与稀盐酸或稀硫酸反应生成相应的亚铁盐或铁盐，其离子方程式分别为：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。 点拨　①Fe3O4的组成可表示为FeO·Fe2O3，但并不代表Fe3O4就是混合物，因为有固定的组成，属于纯净物； ②由于Fe3O4与稀硫酸和稀盐酸反应同时生成铁盐和亚铁盐，故Fe3O4不属于碱性氧化物。 (2)氧化性、还原性 铁元素一般有0价、＋2价、＋3价三种价态，其氧化物的氧化性和还原性是由其中铁元素的价态决定的，其具体情况如下： 铁的氧化物 FeO Fe2O3 Fe3O4 铁的价态 ＋2 ＋3 ＋2、＋3 氧化性、还原性 既有氧化性又有还原性 具有氧化性 既有氧化性又有还原性 ①稳定性：Fe2O3、Fe3O4在空气中能稳定存在，FeO不稳定，在空气中加热会被氧化为Fe3O4，表现还原性。 ②氧化性：FeO、Fe2O3、Fe3O4三种氧化物粉末在高温条件下都能被C、CO、H2和Al等还原剂还原为单质铁，表现氧化性。如氧化铁粉末与铝粉在高温下反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe(该反应可用于焊接钢轨、制备金属纳米复合材料等)。 三、铁的氢氧化物 1．性质 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 颜色、状态 白色固体 红褐色固体 溶解性 难溶解于水 难溶解于水 与酸反应 (如盐酸) Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 热稳定性 Fe(OH)2FeO＋H2O 2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O 相互转化 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 2.制备 铁的氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 反应物 可溶性铁盐溶液与碱溶液 可溶性亚铁盐溶液与碱溶液 操作方法 实验现象 生成红褐色沉淀 生成白色沉淀 反应原理 (离子方程式) Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓ Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 其中：生成的Fe(OH)2白色沉淀在空气中会迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，被氧化为Fe(OH)3，其化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)2表现还原性。 四、铁元素与人体健康 铁元素是人体中含量最高的生命必需微量元素， 人体只能吸收Fe2＋，如果人体缺铁，就会出现贫血症状，轻度缺铁性贫血可用饮食疗法治疗，严重缺铁时则需要服用补铁剂，由于维生素C具有还原性，可以将Fe3＋还原为Fe2＋，所以在补铁剂中添加一定量的维生素C有利于铁元素的吸收。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)铁的化学性质比较活泼，所以铁在自然界中全部以化合态存在(×) (2)铁在空气中常温下生成Fe2O3，在氧气中燃烧时生成Fe3O4(√) (3)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3，在少量Cl2中燃烧生成FeCl2(×) (4)Fe3＋有氧化性，所以FeCl3溶液可用于回收旧电路板中的铜(×) (5)既可通过复分解反应，又可通过化合反应制取Fe(OH)3(√) (6)能用铁壶烧水，是由于铁与水不发生反应(×) 2．下列物质不能与铁发生反应的是(　　) A．盐酸　　　　　 B．氯化铁溶液 C．氢氧化钠溶液 D．水 答案　C 学习任务一　氢氧化亚铁的制备 1．用胶头滴管吸取少量NaOH溶液悬空滴入FeSO4溶液中，为什么生成的白色Fe(OH)2沉淀会迅速变成灰绿色，最后变为红褐色？ 提示　生成的白色Fe(OH)2沉淀会迅速变成灰绿色的原因是被溶液表面空气中的氧气氧化了。 2．用胶头滴管吸取少量NaOH溶液，然后插入FeSO4溶液液面下挤出NaOH溶液，可以看到由白色沉淀生成，为什么也会慢慢变成灰绿色，最后变为红褐色？ 提示　溶液中溶解的氧气也会慢慢氧化生成的白色Fe(OH)2沉淀。 3．如何除去水中溶解的氧气？ 提示　由于氧气在水中的溶解度随着温度的升高而降低，所以加热煮沸水可以除去其中溶解的氧气。 由于Fe(OH)2中的Fe呈＋2价具有较强的还原性，极易被氧气氧化而变质，所以制备Fe(OH)2的关键是避免制备过程中氧气的氧化。 1．溶液配制：用加热煮沸的蒸馏水配制NaOH溶液和亚铁盐溶液。 2．配制方法 (1)有机溶剂覆盖液面法 如下图，在亚铁盐溶液的表面上覆盖一层苯、煤油等有机溶剂，然后将吸有NaOH溶液的长胶头滴管插到有机溶剂层以下再挤出NaOH溶液，以防止空气中的氧气与生成的Fe(OH)2接触而发生氧化反应。 (2)还原性气体保护法 如下图先打开止水夹a，利用A中生成的H2将装置内的空气排尽，一段时间后，夹住a，利用生成的H2产生的压力将A中生成的亚铁盐溶液压入到B中与NaOH溶液反应制得Fe(OH)2。 1．下列关于Fe(OH)2的制备能够成功的是(　　) A．向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液 B．向久置的FeSO4溶液液面下用胶头滴管挤入NaOH溶液 C．先将装有NaOH溶液的长滴管插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液可制得Fe(OH)2白色沉淀 D．向盛有FeSO4溶液的试管中，加入少量煤油，然后向试管内滴加NaOH溶液 C　[A项，向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液，生成的Fe(OH)2沉淀会迅速被液面的氧气氧化；B项，久置的FeSO4溶液易变质，里面含有Fe3＋，不能制得白色Fe(OH)2沉淀；D项，滴入的NaOH溶液液滴会带入空气，能把生成的Fe(OH)2沉淀迅速氧化。] 2．如图所示装置，可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化，实验中使用的试剂为铁屑和6 mol·L－1的硫酸。 填写下列空白： (1)B中盛有一定量的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)简述生成Fe(OH)2的操作过程： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)实验完毕，打开b处活塞，放入一部分空气，此时B中发生反应的化学方程式为______________________________________________________。 答案　(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　(2)首先打开a，让分液漏斗中酸液流下，使A中产生的H2通入B中，排出其中的氧气，一段时间后关闭a，烧瓶中压强增大，A中液体沿导管流入B中，产生少量白色沉淀 (4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 学习任务二　铁及其化合物之间的转化关系 1．写出Fe2O3→FeCl3→Fe(OH)3转化过程中反应的化学方程式，其中铁元素的价态改变了吗？发生反应的类型是什么？ 提示　在Fe2O3→FeCl3→Fe(OH)3转化过程中反应的化学方程式分别为：Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl，反应过程铁元素的化合价都为＋3价，没有变化，都属于复分解反应。 2．写出Fe→FeCl2→FeCl3转化过程中反应的化学方程式，其中铁元素的价态改变了吗？发生反应的类型是什么？ 提示　在Fe→FeCl2→FeCl3转化过程中反应的化学方程式分别为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，反应过程中铁元素的化合价都发生了改变，都属于氧化还原反应。 铁元素有多种价态，含有同种价态铁元素的物质之间可通过复分解等反应实现转化；含有不同价态铁元素的物质之间可通过氧化还原反应实现。 1．含铁物质类别与价态的关系——“价—类”二维图 2．铁及其化合物间的两种转化关系 (1)不同物质类别间的转化 (2)不同元素价态间的转化 1．(2020·辽宁沈阳一中高一月考)对下列反应的分析中正确的是(　　) A．铁与过量稀硫酸反应可得到铁盐 B．Fe3O4与过量盐酸反应生成铁盐与水 C．铁与AgNO3溶液反应可得到亚铁盐 D．铁与Br2、I2反应均生成铁盐 C　[铁与稀硫酸、盐酸及不活泼金属的盐溶液反应只能生成亚铁盐，A错误，C正确；Fe3O4与盐酸反应生成FeCl2、FeCl3与H2O，B错误；铁与I2反应只能生成FeI2，D错误。] 2．下列有关Fe2(SO4)3溶液的叙述正确的是(　　) A．该溶液中K＋、Fe2＋、Cl－、I－可以大量共存 B．和H2S反应的离子方程式：2Fe3＋＋H2S===FeS＋2H＋ C．和Ba(OH)2溶液反应的离子方程式： Fe3＋＋SO＋Ba2＋＋3OH－===Fe(OH)3↓＋BaSO4↓ D．1 L 0.1 mol·L－1该溶液和足量的Zn充分反应，生成11.2 g Fe D　[Fe2(SO4)3溶液中的Fe3＋与I－发生氧化还原反应，在溶液中不能大量共存，A项错误；铁离子能够与H2S发生氧化还原反应，生成亚铁离子和硫单质，B项错误；Fe2(SO4)3溶液和Ba(OH)2溶液反应生成氢氧化铁沉淀和硫酸钡沉淀，铁离子和硫酸根离子的物质的量之比为2∶3，正确的离子方程式为2Fe3＋＋3SO＋3Ba2＋＋6OH－===2Fe(OH)3↓＋3BaSO4↓，C项错误；1 L 0.1 mol·L－1该溶液中含有溶质硫酸铁0.1 mol,0.1 mol硫酸铁中含有0.2 mol铁离子，与足量锌反应可以生成0.2 mol铁，生成铁的质量为11.2 g，D项正确。] [易错警示]　①铁在溶液中发生置换反应时只生成亚铁盐，与氧化性较弱的非金属单质(如S、I2等)化合也只能生产亚铁盐。 ②溶液中Fe3＋与Cu等不活泼金属反应，Fe3＋只能转化为Fe2＋。 ③溶液中Fe3＋与Zn、Al等较活泼金属反应，金属单质足量时：Fe3＋Fe2＋Fe，金属单质不足时：Fe3＋Fe2＋。 为了提高皮革的耐曲折强度以及耐化学药剂和微生物的作用，常使用绿矾作为鞣革剂，但是绿矾晶体(FeSO4·7H2O)由于保存不妥或时间过长，容易被空气中的氧气氧化而变质，从而影响鞣革效果。根据铁及其化合物间的转化关系，回答下列问题： (1)变质的绿矾可能含有的杂质是什么？为什么？ 提示　硫酸铁　 绿矾中亚铁离子具有还原性，FeSO4被空气中的氧气氧化为硫酸铁。 (2)在使用绿矾鞣革时如何防止变质带来的影响？ 提示　在使用绿矾鞣革时可在其溶液中加入适量的铁屑，把硫酸铁还原为硫酸亚铁，以消除变质造成的影响。 学科网（北京）股份有限公司 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