高中人教版 (2019)第一节 铁及其化合物导学案及答案

2022-2023学年高一化学同步学习高效学与练（自主学案）

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

课程学习目标

1．了解单质铁的性质及用途。

2．通过实验认识铁单质与水蒸气的反应的条件，加深对微观原子结构决定物质宏观性质的认识。

学科核心素养

1．通过对“铁及其氧化物”的学习，培养化学服务社会的责任意识。

2．通过对“铁单质与水蒸气反应”的学习，培养宏观辨识和微观探究的能力。

【知识回顾】

1．光亮的铁丝在空气中能否燃烧？铁丝在纯氧中燃烧的现象如何？请写出相应的化学方程式。

__铁丝在空气中不能燃烧。铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。3Fe＋2O2Fe3O4。__

2．将几滴FeCl3饱和溶液滴入沸腾的蒸馏水中，继续加热至液体呈  红褐  色，停止加热。

所得液体即为   氢氧化铁胶体   。

反应方程式： FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl  

【新知学习】

一．铁的单质

1.铁元素在自然界中的存在形态

(1)人类最早使用的铁是来自太空的陨铁。陨铁中的铁以  单质  形态存在。

(2)主要是以  ＋2  价和  ＋3  价  化合物  的形态存在于矿石中；

铁元素在地壳中的含量仅次于  氧  、  硅  和  铝  ，居第四位。

(3)铁矿石的主要成分是   Fe2O3   ，丹霞地貌的岩层因含   Fe2O3   而呈红色。

2．铁的应用历史

(1)我国在__春秋__初年就掌握了冶铁技术。__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)现代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。

化学方程式为  3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2    。

3．物理性质

纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点为1 535℃，沸点为2 750℃。纯铁的抗蚀力很强，它有良好的延展性、导热性和导电性，导电性比铜、铝差，能被磁铁吸引。

二．铁单质的化学性质

1.与非金属单质反应

(1)与O2反应

点燃(化学方程式)：3Fe＋2O2Fe3O4；现象：剧烈燃烧，火星四射。

常温：铁在潮湿的空气中易被腐蚀，生成铁锈，其主要成分为Fe2O3·xH2O。

(2)与Cl2反应(化学方程式)：2Fe＋3Cl22FeCl3；现象：剧烈燃烧，棕红色烟。

注意：铁在氯气中燃烧，只生成FeCl3，与反应物量比无关。

(3)与S反应(化学方程式)：Fe＋SFeS。

氧化性：Cl2  > S，铁与Cl2反应被氧化为＋3价，与S反应被氧化为＋2价。

2.与水反应

常温下，铁与水是不反应的。

但高温下可与水蒸气反应(化学方程式)：3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2。

3.与酸反应

与非氧化性酸，如盐酸、稀硫酸反应的离子方程式：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

4.与盐溶液反应

(1)置换反应

与CuSO4溶液反应(离子方程式)：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。

(2)与FeCl3溶液反应(离子方程式)：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

【总结】

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。

(1)铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜等)反应，铁原子失去2个电子生成＋2价铁的化合物。

(2)铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气等)反应，铁原子则失去3个电子生成＋3价铁的化合物。

(3)红热的铁能与水蒸气发生反应，生成四氧化三铁和氢气。化学方程式：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。

三．铁单质的冶炼

铁单质冶炼的原理就是利用还原剂将铁从矿石中还原出来。

如高炉炼铁：

(1)设备：炼铁高炉；原料：铁矿石、焦炭、空气等。

(2)主要反应

①还原剂的生成。

a．生成CO2：C＋O2CO2

b．生成CO：CO2＋C2CO

②铁的生成：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

【知识进阶】

【知识误区】

（1）误认为Fe与Cl2反应的产物可能为FeCl2或FeCl3。Fe与Cl2反应的产物是FeCl3，与Cl2量的多少无关，反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋只能在溶液中进行。

（2）误认为Fe与酸的反应都是置换反应。Fe与非氧化性酸的反应是置换反应，生成盐和H2，与氧化性酸(如HNO3、浓H2SO4)的反应不是置换反应，不能生成H2。

【效果检测】

1．（2020·忻城县高级中学高一期末）下列叙述正确的是(　　)

A．纯铁为灰黑色，所以铁属于黑色金属

B．铁在硫蒸气中燃烧生成Fe2S3

C．纯铁的抗腐蚀能力非常强，铁在干燥的空气里不易被氧化

D．足量的铁在氯气中燃烧生成FeCl2和FeCl3

【答案】C

【解析】

A. 在冶金上，把铁归为黑色金属，但纯铁为银白色，故A不选；

B. 铁在硫蒸气中燃烧生成FeS，故B不选；

C. 由于纯铁不易形成原电池，所以纯铁的抗腐蚀能力非常强，铁在干燥的空气里不易被氧化，故C选；

D. 铁在氯气中燃烧只生成FeCl3，不会生成FeCl2，故D不选。

故选C。

【点睛】

铁在氯气中燃烧只能生成FeCl3，即使铁过量，过量的铁也不会和生成的FeCl3生成FeCl2，铁和FeCl3生成FeCl2的反应需要在溶液中进行。

2．有关铁的叙述中不正确的是（    ）

A．铁能被磁铁吸引 B．人体的血红蛋白中含有铁元素

C．在空气中能剧烈燃烧 D．铁能与水蒸气反应

【答案】C

【解析】

A.铁能被磁铁吸引，A项说法正确；

B. 人体的血红蛋白中含有铁元素，B项说法正确

C. 铁在氧气中能剧烈燃烧，在空气中不燃烧。故C项错误；

D. 铁能与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气，故D说法正确；

故答案为C。

3．下列氯化物，不能用单质直接反应制得的是(　　)

A．CuCl2  B．FeCl2  C．NaCl  D．HCl

【答案】B

【解析】本题考查氯气的化学性质，氯气具有强氧化性，和铁化合生成物是氯化铁，B不正确，其余都是可以用单质直接反应制得的，答案为B。

4．下列关于铁与水蒸气反应的叙述不正确的是(　　)

A．是氧化还原反应

B．铁是还原剂

C．需在高温条件下进行

D．产物是氧化铁和氢气

【答案】D

【解析】据3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2可知反应产物为Fe3O4而非氧化铁，D项错误。

5．已知钠、铁都能与水反应，下列叙述不正确的是(　　)

A．它们反应的难易程度不同

B．它们反应的产物不完全相同

C．都需在高温条件下进行

D．反应类型都是置换反应

【答案】C

【解析】据2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2可知，两反应条件不同，难易程度不同，产物不完全相同，均为置换反应，所以C项错误。

6．高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是(　　)

A．焦炭和一氧化碳都是还原剂

B．采用富氧空气可以得到纯铁

C．加石灰石的目的主要是为了得到CO2

D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿

【答案】A

【解析】高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，在反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，C不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。

7．铁在一定条件下与Cl2、O2、S反应的产物分别为FeCl3、Fe3O4、FeS，下列有关说法正确的是(　　)

A．三种非金属单质中，S的氧化性最弱

B．等量的铁分别与Cl2、O2、S反应，转移的电子数相等

C．反应生成的三种产物都只具有氧化性

D．反应生成的三种产物都是易溶于水的固体

【答案】A

【解析】根据反应后铁元素的价态，可知S的氧化性最弱，A项正确；反应产物中铁元素的价态不同，等量的铁分别与Cl2、O2、S反应，转移的电子数不相等，B项错误；Fe3O4和FeS中含有＋2价的铁元素，也具有一定的还原性，C项错误；Fe3O4和FeS难溶于水，D项错误。

8．如图所示，在玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气。用试管收集产生的经干燥的气体，并靠近火焰点燃。

(1)所观察到现象是__________________，

有关反应的化学方程式是____________。

(2)干燥管内可装入的试剂是______________，其作用是________________。干燥管还可用________(装置)代替。

(3)玻璃管中石棉绒的作用是________________。

实验开始时应先点燃________，实验结束时，应先熄灭________。

【答案】(1)红热的铁与水蒸气反应，放出气体，这种气体点燃时，能燃烧且发出爆鸣声　

3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2

(2)碱石灰(或无水CaCl2、硅胶等)　吸收水蒸气，使收集的氢气易点燃　U形管

(3)铁粉的载体，增大铁粉与水蒸气的接触面积　A处酒精灯　B处酒精灯

【解析】高温下，Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4和H2。铁粉和Fe3O4均为黑色，因此实验过程中固体颜色无明显变化，但产物H2可用点燃的方法证明。石棉绒成分为硅酸盐，它耐高温且性质稳定，是铁粉的载体。