第三章 第一节 第1课时 铁的单质、氧化物和氢氧化物（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一化学必修第一册学习笔记（人教版 标准版通用）

本讲义聚焦铁的单质、氧化物及氢氧化物核心知识点，从铁的存在冶炼、物理化学性质入手，通过实验探究铁与水蒸气反应，过渡到铁的氧化物（FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄）性质对比，再到氢氧化物（Fe(OH)₂、Fe(OH)₃）的制备与转化，构建完整知识支架。 资料以科学探究与实践为核心，设计铁与水蒸气反应、Fe(OH)₂制备改进实验，培养学生实验操作与证据推理能力。通过对比分析铁的价态变化，发展宏观辨识与微观探析的科学思维，结合生活应用与工业案例，增强化学服务社会的责任意识，课中辅助教学互动，课后助力知识巩固。

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 [核心素养发展目标]　1.结合生活中铁制品的应用，了解单质铁、铁的氧化物的性质及用途，培养化学服务社会的责任意识。2.通过探究实验，认识铁单质与水蒸气反应的条件，对比钠与水的反应，加深对微观原子结构决定物质宏观性质的认识，培养宏观辨识与微观探析的能力。3.通过实验掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3的制备原理及化学性质。 一、铁的单质 1.铁的存在和冶炼 (1)存在 (2)含量 铁元素在地壳中的含量居第四位，仅次于氧、硅和铝。 (3)冶炼 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)：3CO+Fe2O32Fe+3CO2。 2.铁的物理性质 银白色固体，熔点较高，具有良好的导热、导电、延展性，能被磁体吸引。 3.铁的化学性质 (1)与某些非金属单质、非氧化性酸和盐溶液反应。 写出下列有关反应的化学方程式，是离子反应的写离子方程式。 ①Fe与非金属单质反应 ②Fe与非氧化性酸反应(如盐酸) Fe+2H+===Fe2++H2↑。 ③Fe与盐溶液反应(如CuSO4溶液) Fe+Cu2+===Cu+Fe2+。 思考1　上述反应中，铁的化合价的变化有何异同？为什么会有这样的异同？ 提示　在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。铁与弱氧化剂(如盐酸、CuSO4等)反应，生成+2价铁的化合物，而与强氧化剂(如Cl2等)反应，生成+3价铁的化合物。 (2)实验探究铁粉与水蒸气的反应。 思考2　在钢铁厂的生产中，炽热的铁水注入模具之前，模具为什么必须进行充分的干燥处理？ 提示　在高温下，铁能与水发生反应。 用燃着的火柴去点肥皂泡，观察到的现象是肥皂泡燃烧，听到爆鸣声，证明生成了H2，则该反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。上述实验装置中，湿棉花的作用是受热时提供反应所需的水蒸气。 铁在氧气中燃烧或与水蒸气反应生成既有+2价又有+3价铁元素的氧化物Fe3O4。 1.判断正误 (1)由于铁单质性质比较活泼，所以自然界中没有游离态的铁单质(　　) (2)铁与AgNO3、ZnCl2等盐溶液均能发生反应生成Fe2+(　　) (3)分离铁粉与铜粉的混合物时，只能用化学方法(　　) (4)1 mol Fe与水蒸气在高温下反应转移 mol e-(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ 2.(2024·北京八一中学月考)下列关于金属铁的描述不正确的是(　　) A.纯铁是银白色金属 B.能与水蒸气反应生成氧化铁 C.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 D.铁能导电但其导电性不如铜和铝 答案　B 解析　高温下，铁能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，故选B。 3.(2024·山西高一期末)用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验，下列有关说法不正确的是(　　) A.装置A的作用是为实验提供持续不断的水蒸气 B.装置B中发生反应的化学方程式是2Fe+3H2OFe2O3+3H2↑ C.装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰 D.点燃D处的气体在点燃前必须检验气体的纯度 答案　B 解析　装置A是液态水在加热的条件下产生水蒸气的装置，作用是为实验提供持续不断的水蒸气，故A正确；Fe与水蒸气反应产物是四氧化三铁和氢气，装置B中发生反应的化学方程式是3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，故B错误；氢气可以用碱石灰作干燥剂，故C正确；氢气在点燃之前应该先检验气体的纯度，防止发生爆炸，故D正确。 二、铁的氧化物和氢氧化物 1.铁的氧化物 阅读课本，填写下表空白： 氧化亚铁(FeO) 氧化铁(Fe2O3) 四氧化三铁(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 (有磁性) 溶解性 不溶于水 铁的价态 +2 +3 +2、+3 与H+反 应的离子 方程式 FeO+2H+===Fe2++H2O 6H++Fe2O3===2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O 稳定性 6FeO+ O2 2Fe3O4 稳定 稳定 与CO、C、 H2反应 生成单质铁、CO2、H2O 用途 Fe2O3常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料，赤铁矿(主要成分是Fe2O3)是炼铁的原料 2.铁的氢氧化物 (1)铁的氢氧化物的制备 反应原理：Fe(OH)3与Fe(OH)2分别由相应的可溶性盐与碱溶液反应而制得。 Fe(OH)2 Fe(OH)3 操作 现象 产生白色絮状沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色沉淀 生成红褐色沉淀 离子 方程式 Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓； 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 Fe3++3OH- ===Fe(OH)3↓ 实验 结论 Fe(OH)2很不稳定，极易转化为Fe(OH)3 思考 如图是制备氢氧化亚铁的改进装置，思考并回答下列问题： (1)配制NaOH和FeSO4溶液的蒸馏水要经过　　　，目的是　　　　。  (2)在FeSO4溶液表面覆盖一层苯(一种有机溶剂，难溶于水，密度比水小)的作用是　　　 　　　　。  (3)将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液液面以下，其目的是　　　　。  提示　(1)加热煮沸　赶走溶解的氧气 (2)隔绝空气，防止生成的氢氧化亚铁被氧化 (3)防止滴加NaOH溶液时带入空气氧化Fe(OH)2 (2)Fe(OH)2和Fe(OH)3的比较 Fe(OH)2 Fe(OH)3 颜色、状态 白色固体 红褐色固体 溶解性 不溶于水 不溶于水 与非氧化性 强酸反应的 离子方程式 Fe(OH)2+2H+=== Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+ ===Fe3++3H2O 稳定性 Fe(OH)2FeO+H2O(隔绝空气) 2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O 1.判断正误 (1)磁铁矿的主要成分是Fe3O4(　　) (2)FeO在空气中加热生成Fe2O3(　　) (3)Fe3O4中铁的化合价有+2和+3价，是一种混合物(　　) (4)Fe(OH)3不能利用化合反应生成(　　) (5)因为Fe(OH)2易被氧化，所以在制备时要隔绝空气(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 2.(2025·天津高一期末)下列有关铁及其化合物的说法正确的是(　　) A.灼热的Fe与O2反应生成FeO B.FeO是一种黑色晶体 C.向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液可得到纯净的Fe(OH)2沉淀 D.FeO、Fe2O3均为金属氧化物，均可与盐酸反应 答案　D 解析　灼热的Fe与O2反应生成Fe3O4，A错误；FeO是一种黑色粉末，B错误。 课时对点练 [分值：100分] [1~7题，每小题6分] 题组一　铁的单质 1.我国宋代《开宝本草》中记载了中药材铁华粉的制作方法：“取钢煅作叶，如笏或团，平面磨错令光、净，以盐水洒之，于醋瓮中阴处埋之一百日，铁上衣生，铁华成矣。”下列说法错误的是(　　) A.“取钢煅作叶，如笏或团”说明金属铁有较好的延展性 B.“平面磨错令光、净”的目的是除去表面的铁锈 C.“铁上衣生”的原因是铁被氧气氧化 D.中药材铁华粉的主要成分是醋酸亚铁 答案　C 解析　把钢煅制成长的或圆的叶子形状，说明金属铁有良好的延展性，故A正确；中药材铁华粉的主要成分是醋酸亚铁，故开始要除去铁锈，防止三价铁影响产物纯度，故B正确；金属铁在醋瓮中密封保存，隔绝空气，不能与氧气反应，故C错误；隔绝空气，铁与醋酸反应生成醋酸亚铁，故D正确。 2.(2025·宁夏高一期末)下列有关铁的性质的说法正确的是(　　) A.铁在高温下与水蒸气的反应不是置换反应 B.铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气 C.铁与硫加热反应生成Fe2S3 D.铁与FeCl3的反应属于氧化还原反应 答案　D 解析　铁在高温下与水蒸气反应生成Fe3O4和氢气，为置换反应，A错误；铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，B错误；铁与硫加热反应生成FeS，C错误。 3.(2025·北京东城区高一期末)实验室中利用如图装置验证铁与水蒸气的反应。红热的铁与水蒸气反应有Fe3O4生成，下列说法正确的是(　　) A.实验结束时固体变为红棕色 B.点燃肥皂泡有爆鸣声 C.图中盛装肥皂液的仪器是坩埚 D.实验时先点燃左侧酒精灯 答案　B 解析　由实验装置图可知，试管中湿棉花受热提供水蒸气，铁粉与水蒸气共热反应生成四氧化三铁和氢气，反应生成的氢气通入肥皂液中产生肥皂泡，点燃肥皂泡产生爆鸣声说明反应有氢气生成。由分析可知，铁粉与水蒸气共热反应生成四氧化三铁和氢气，四氧化三铁是黑色固体，故A错误；由实验装置图可知，图中盛装肥皂液的仪器是蒸发皿，故C错误；实验时先点燃右侧酒精灯，故D错误。 题组二　铁的氧化物 4.(2025·湖南高一期末)我国科学家参与研制的阿尔法磁谱仪已随美国发现号航天飞船升入太空，开始了探索宇宙中是否存在“反物质”的研究工作。根据所学的知识推测用于制造阿尔法磁谱仪的核心部件的材料是(　　) A.Fe3O4 B.Fe2O3 C.CuFeS2 D.Fe(OH)3 答案　A 解析　制造阿尔法磁谱仪的核心部件的材料是一种具有磁性的物质，故选A。 5.(2024·黑龙江实验中学高一月考)有关铁的氧化物的说法不正确的是(　　) A.Fe3O4是黑色晶体，该晶体中每三个铁原子中有2个显+3价，1个显+2价 B.FeO、Fe3O4都能与稀H2SO4反应生成盐和水，所以都是碱性氧化物 C.FeO不稳定，空气中受热易转化为Fe3O4 D.Fe2O3俗称铁红，常用作红色油漆和涂料 答案　B 题组三　铁的氢氧化物 6.(2025·湖南岳阳高一期末)有关实验室制取氢氧化亚铁的实验，下列说法错误的是(　　) A.煤油的作用是隔绝空气，防止生成的氢氧化亚铁被氧化 B.由图示操作可制取Fe(OH)2 C.制取Fe(OH)2过程中可看到白色沉淀直接变为红褐色沉淀 D.配制NaOH和FeSO4溶液的蒸馏水要经过加热煮沸 答案　C 解析　Fe(OH)2具有较强的还原性，易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3而发生变质，所以制取Fe(OH)2时，通常需要隔绝空气，本实验采用密度比水小的煤油隔绝空气，防止Fe(OH)2氧化变质。 7.下列有关铁的氢氧化物的说法错误的是(　　) A.Fe(OH)2是一种黑色固体，不稳定，在空气中易被氧化为红褐色固体 B.Fe(OH)2具有还原性，在空气中易被氧化为Fe(OH)3 C.Fe(OH)2、Fe(OH)3都具有不稳定性，受热都能分解 D.Fe(OH)3胶体透明、呈红褐色，能产生丁达尔效应 答案　A 解析　Fe(OH)2是一种白色固体，不稳定，具有还原性，在空气中易被氧化为红褐色的Fe(OH)3：4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3，故A错误、B正确；Fe(OH)2、Fe(OH)3都具有不稳定性，受热能分解为氧化物和水，故C正确。 [8~10题，每小题8分] 8.将铁片放入下列溶液中，溶液质量减轻的是(　　) A.稀硫酸 B.硫酸铜溶液 C.稀盐酸 D.AlCl3溶液 答案　B 解析　铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，由于每溶解56 g Fe，溶液中逸出2 g H2，所以溶液质量增加，A错误；铁和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，由于每溶解56 g Fe，溶液中析出64 g Cu，所以溶液质量减轻，B正确；铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，由于每溶解56 g Fe，溶液中逸出2 g H2，所以溶液质量增加，C错误；Fe与AlCl3溶液不发生反应，溶液质量不变，D错误。 9.(2025·湖南高一期末)如图为以太阳能为热源经铁氧化合物循环分解水制H2的示意图。下列说法不正确的是(　　) A.FeO在分解水制H2的过程中作催化剂 B.反应Ⅰ中每生成6 mol FeO转移4 mol电子 C.反应Ⅱ的化学方程式为3FeO+H2O===Fe3O4+H2↑ D.总反应方程式为2H2O2H2↑+O2↑ 答案　A 解析　FeO在分解水制H2的过程中是中间产物，不是催化剂，故A错误；根据化合价升降守恒，可得过程Ⅰ的方程式为2Fe3O4===6FeO+O2↑，则反应中每生成12 mol FeO，同时生成2 mol O2，转移8 mol电子，故每生成6 mol FeO转移4 mol电子，故B正确；根据化合价升降守恒，可得过程Ⅱ的化学方程式为3FeO+H2O===H2↑+Fe3O4，故C正确；由示意图可知，总反应方程式为2H2O2H2↑+O2↑，故D正确。 10.(2025·贵州高一联考)某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4和较多的Cu2+。为减少污染并变废为宝，工厂计划从该废水中回收FeSO4和金属铜，流程如图所示。下列说法正确的是(　　) A.试剂⑤是铁粉，试剂⑦是稀盐酸 B.①的成分为Fe、Cu C.滤液②、④合并后在空气中蒸干溶液即可获得FeSO4·7H2O晶体 D.操作⑥和⑧不同 答案　B 解析　工业废水中含大量的FeSO4和较多的Cu2+，从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜，结合流程可知，试剂⑤为Fe，操作⑥为过滤，则②中主要含硫酸亚铁，①中含Cu、Fe，加入试剂⑦为H2SO4，溶解过量的Fe，操作⑧为过滤，得到③为Cu，④中主要含FeSO4，滤液②、④合并后，在隔绝空气的条件下，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤操作，可得到FeSO4·7H2O，以此解答该题。由上述分析知，⑤为Fe，试剂⑦为H2SO4，故A不符合题意；由上述分析知，①中含Cu、Fe，故B符合题意；滤液②、④合并后，在隔绝空气的条件下，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤操作，可得到FeSO4·7H2O，故C不符合题意；操作⑥和⑧均为过滤，故D不符合题意。 11.(10分)某学习小组为认识铁及其化合物的性质、分散系的性质做了如下一组综合实验，根据实验流程回答相关问题： (1)请写出过程①的离子方程式：　　　　。  (2)物质②为　　　　　　。  (3)请写出FeCl3与铁粉反应的化学方程式：　　　　。  (4)向FeCl2溶液中滴加NaOH溶液最终生成Fe(OH)3浊液，该过程的现象为　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)将FeCl3饱和溶液滴入沸水中，并继续煮沸至红褐色，制得的分散系③为　　　　　　，它与FeCl3溶液、Fe(OH)3浊液的本质区别是　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案　(1)Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O　(2)NaOH溶液(其他合理答案也可)　(3)Fe+2FeCl3===3FeCl2　(4)生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色　 (5)Fe(OH)3胶体　分散质粒子直径大小不同 解析　(1)由Fe2O3发生反应后变为FeCl3可知是Fe2O3与盐酸反应，反应的离子方程式为Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。(2)FeCl3反应生成Fe(OH)3，应加入NaOH溶液、氨水等。(3)FeCl3与铁粉反应的化学方程式为Fe+2FeCl3===3FeCl2。(4)向FeCl2溶液中滴加NaOH溶液生成Fe(OH)2，Fe(OH)2是白色沉淀，容易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，现象为生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。 (5)将FeCl3饱和溶液滴入沸水中并继续煮沸至红褐色，制得Fe(OH)3胶体，溶液、胶体、浊液的本质区别是分散质粒子直径大小不同。 12.(8分)(2025·江苏盐城高一期末)Fe3O4是一种非常重要的磁性材料，同时也可用作催化剂载体和微波吸收材料。Fe3O4有下列两种制法，请回答下列问题。 Ⅰ.方法一：甲同学查阅资料发现，温度高于570 ℃时铁与水蒸气反应，氧化产物只有Fe3O4；该同学利用如图装置进行“铁与水蒸气反应”的实验，并检验产物。 (1)仪器D的名称是　　　　　　。  (2)装置B中石棉绒的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　，B中反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。   Ⅱ.方法二：乙同学查阅资料发现FeOOH为红棕色沉淀，可以在碱性溶液中和FeCl2溶液共沉淀最终得到纳米Fe3O4；该同学利用如下实验流程制备纳米Fe3O4。 FeCl3·6H2OFeOOHFe3O4悬浊液Fe3O4 (3)写出第②步反应的离子方程式：　　　　　　　　　　　　。   (4)第③步中洗涤Fe3O4固体，检验固体已洗净的具体操作是　　　 　　　　。  答案　(1)球形干燥管　(2)增大铁粉与水蒸气的接触面积，加快反应的进行　3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 (3)2FeOOH+Fe2++2OH-===Fe3O4+2H2O　(4)取最后一次洗涤液于试管中，加入AgNO3溶液，如无白色沉淀生成，则洗净 解析　(4)反应过程中使用了FeCl2溶液，则Fe3O4固体表面吸附了氯离子，可以通过检验氯离子来检验固体是否洗涤干净。 13.(16分)氢氧化亚铁用于制颜料、药物，并用于催化剂、吸收剂和砷解毒剂等。制备Fe(OH)2时，最初产生的Fe(OH)2不稳定，易被空气中的氧气氧化，最终生成红褐色的Fe(OH)3，因而影响了实验效果。某化学兴趣小组同学设计出以下实验改进装置探究能较长时间观察到白色Fe(OH)2沉淀。 [A组实验]已知：苯是一种密度小于钠的液体，空气不能溶解在苯中，且反应过程中苯不参加反应，装置如图。 (1)苯的作用为　　　　　。将钠块加入试管中，可以观察到的现象为　　　　 　　　　。  [B组实验]选用稀硫酸、铁粉、NaOH溶液进行实验，装置如图。 (2)实验时，先　　　　　(填“打开”或“关闭”，下同)止水夹K，然后打开分液漏斗的玻璃塞和活塞，使稀硫酸与铁粉反应，一段时间后，　　　　　　　止水夹K，制得白色Fe(OH)2沉淀，且沉淀能持续一段时间不变色。白色沉淀能一段时间不变色的原因是　　　　。  [C组实验]经查阅文献，该小组用如图装置设计：将一支三通管分别连接三支50 mL的注射器，在相应的连接处加玻璃活塞，实现装置的可控与密闭，以完成“一体三管装置”。 按图连接好装置，并检查装置的气密性。向注射器A中加入适量铁粉，并吸入少许蒸馏水；注射器B中吸入煮沸后冷却的稀硫酸，确保排尽空气；注射器C中吸入过量的新制的NaOH溶液。重新连接好装置。打开活塞1和活塞2，关闭活塞3，将注射器B中的稀硫酸压入装有铁粉的A中，观察到有气泡产生。 (3)待其反应完毕后，　　　  (描述活塞开闭情况)，将生成的FeSO4压入注射器C中，这时就可以看到有白色沉淀生成。接着还可取下注射器A，接上注射针头，在酒精灯上点燃收集到的氢气。 (4)对比A、B两组实验装置，C组实验装置改进后的优点除操作简单、现象更加明显、能长时间看到白色Fe(OH)2沉淀的存在外，该装置还可以演示Fe(OH)2转化成Fe(OH)3的过程，具体操作方法是　　　　　　　　　　　　　，该过程发生反应的化学方程式为　　　　。  答案　(1)隔绝空气　钠块在苯与硫酸亚铁溶液分界处上下跳动且产生气泡，最后钠块消失，下层溶液中有白色沉淀生成，且能持续一段时间不变色 (2)打开　关闭　稀硫酸与铁粉反应产生的H2排出了装置中的空气 (3)关闭活塞2，打开活塞3 (4)将产生Fe(OH)2沉淀的注射器取下，吸入空气 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 解析　(1)钠的密度小于水大于苯，钠与FeSO4溶液中的水反应产生氢气会推动钠在分界面处跳动，且产生气泡，最后钠块消失，下层FeSO4溶液中有Fe(OH)2白色沉淀生成，且能持续一段时间不变色。(2)实验时，先打开止水夹K，铁粉和稀硫酸反应生成氢气将装置内的空气排尽，一段时间后，关闭止水夹K，利用氢气使试管内的压强增大，将FeSO4溶液压至NaOH溶液中反应制得白色Fe(OH)2沉淀。(3)待其反应完毕后，关闭活塞2，打开活塞3，将生成的FeSO4压入注射器C中，就可以看到有白色沉淀生成。(4)C组实验中将产生Fe(OH)2沉淀的注射器取下，吸入空气，可以演示Fe(OH)2转化成Fe(OH)3的过程，该过程发生反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。 学科网（北京）股份有限公司 $