高中化学必修一 专题3.1.2 铁的氧化物和氢氧化物

第三章  铁 金属材料

第一节 铁及其化合物

第2课时  铁的氧化物和氢氧化物

（1）通过学习铁的氧化物和氢氧化物，学会从物质类别和元素价态的视角认识具有变价元素物质间的转化关系，并建立认识模型，丰富研究物质的思路和方法。

（2）通过实验探究铁的氢氧化物的化学性质，并能用化学方程式或离子方程式正确表示。体会实验对认识和研究物质性质的重要作用，形成证据意识。

（3）结合应用实例，将铁的氧化物和氢氧化物性质的知识运用于解决生产、生活中简单的化学问题，强化性质决定用途的观念。

【内容分析】

本节内容主要包括两部分:①铁单质;②铁的重要化合物，主要是铁的氧化物、氢氧化物、铁盐和亚铁盐。教材按照“铁单质→铁的氧化物→铁的氢氧化物→铁盐和亚铁盐”的顺序编排。

学生在初中阶段学习过部分铁的化合物的知识，知道了一些铁的氧化物和氢氧化物的性质。教材用离子方程式的方式来表达铁的氧化物的化学性质，深入了物质性质的本质。在铁的氢氧化物的学习中，本节运用氧化还原反应原理，重点介绍了氢氧化亚铁被氧化成氢氧化铁。教材通过实验的方式引导学生制取氢氧化亚铁和氢氧化铁，并观察到白色的氢氧化亚铁变成红褐色的氢氧化铁的实验现象。由于白色的氬氧化亚铁易被溶解在溶液中的氧气氧化成红褐色的氢氧化铁，那么怎样才能制取氢氧化亚铁呢？教材通过“思考与讨论”的方式引导学生积极思考并讨论制取氢氧化亚铁的方法。

铁及其化合物广泛存在并应用于生产和生活实际，从中发现有助于学生学习、贴近教学实际的素材，从而创设出真实、生动、有意义的教学情境，不仅可以激发学生的学习兴趣，引导学生积极主动地学习;还可以使学生学会在真实情境中运用知识解决简单的化学问题，促进学科核心素养的形成。因此本课时在讲授铁的氧化物时，可以考虑从打印机或复印机使用的墨粉中铁的氧化物入手进行问题设计。

【教学重点和难点】

重点：铁的氢氧化物制备

难点：制备氢氧化亚铁的实验设计

【教学流程】

【学习任务一】对比学习，构建物质学习模型 

【思考】铁元素可以形成三种氧化物，分别是氧化亚铁（ FeO ）、氧化铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）。观察三者的外观，并对其作出描述。推测这三种氧化物有什么相同的化学性质和不同的化学性质，并说出你的推测依据？

推测：从分类的角度分析，三者都是金属氧化物，都能与酸反应。三者都难溶于水，不与水反应。 从价态的角度分析， FeO、 Fe3O4既有氧化性又有还原性， Fe2O3主要有氧化性。

1、铁的氧化物

（1）物理性质

（2）化学性质

一种颜料与另一种颜料之间的颜色差异是由于颗粒的形状和表面结构的不同。 

【方法导引】       认识元素及其化合物性质的视角

物质类别和元素价态，是学习元素及其化合物性质的重要认识视角。

基于物质类别和元素价态，可以预测物质的性质。例如，对于Fe2O3,从物质类别来看，它属于金属氧化物，据此可以预测它可能与酸发生反应;从元素价态来看，Fe2O3 中铁元素的化合价是+3价，为铁元素的高价态，据此可以预测它具有氧化性，可能与具有还原性的物质发生反应。

基于物质类别和元素价态，还可以设计物质间转化的途径。例如，要想从单质铁获得FeSO4，既可以基于物质类别设计从金属单质与酸反应获得，也可以通过金属单质与盐的置换反应获得;还可以基于元素价态设计单质铁与+3价铁反应得到+2价铁。

【设计意图】在学习铁的氧化物时，使用了对比分析的学习方法，有利于学生物质学习模型的构建。此外，过程中的分析让学生通过对几种氧化物进行分类，是学习元素及其化合物性质的重要认识视角，有利于培养学生模型构建和证据推理素养。

【评价任务一】

1.下列关于铁的氧化物说法正确的是(     )
A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,可能是来自氧化亚铁
B.Fe2O3是红棕色粉末,俗称磁性氧化铁,常用作红色油漆和涂料
C.Fe3O4中Fe元素的化合价有+2价和+3价,因而Fe3O4是FeO与Fe2O3的混合物
D.FeO在空气中受热，能迅速被氧化成Fe2O3
【答案】A

2.我国清代《本草纲目拾遗》中叙述了“铁线粉”:“粤中洋行有舶上铁丝.....日久起销,用刀刮其销,....所刮下之销末,名铁线粉”。这里的“铁线粉”是指(     )
A.Fe         B.FeCl3           C. FeO         D.Fe2O3
【答案】D

3.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,它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为（     ）
A.FeO•3Fe2O3                  B.2FeO•3Fe2O3
C.FeO•2Fe2O3                 D.2FeO•Fe2O3
【答案】B

【设计意图】通过古文化、学术性知识等多个角度对学生进行考查，检测知识落实的情况的同时，有利于提高学生对化学的学习兴趣，同时可以提高学生的关键能力，落实学科素养。

【学习任务二】实验探究，构建物质学习模型 

【思考】铁元素有哪些氢氧化物，该如何制取？说出你选择此法的理由。

铁元素的氢氧化物有两种，氢氧化亚铁和氢氧化铁。它们可以分别由相应的可溶性盐和碱溶液反应制得。

金属的氢氧化物通常有以下几种方案：
1.单质和水反应
2.氧化物和水反应
3.可溶性盐和碱溶液反应
4.电解法（如电解饱和食盐水制氢氧化钠）----暂不考虑

根据铁和水蒸气的反应，可知方案1不可行；根据铁的氧化物的水溶性，可知方案2不可行，因此采用方案3。

【实验3-1 】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、铁的氢氧化物

为什么在FeSO4溶液中加入NaOH溶液时，生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，过一段时间后还会生成红褐色物质呢？

【思考与讨论】

由实验3-1可知，白色的Fe(OH)2会被溶解在溶液中的氧气氧化。那么，在实验室里，如何得到Fe(OH)2呢?
【分析】 Fe(OH)2会被溶解在溶液中的氧气氧化，因此实验室中得到Fe(OH)2的关键是防止氧气的干扰。其中包括溶液中的氧气的干扰与空气中的氧气的干扰。

【措施】
1.在新制的FeSO4溶液中加入少量铁粉;
2. 将NaOH溶液煮沸，减少溶解在溶液中的氧气含量;
3. 将胶头滴管伸入到液面以下，减少带入空气中的氧气。
方法：
①将吸有3mL8mol/L的NaOH溶液(煮沸过)的长胶头滴管伸人到新制的0.5 mol/L FeSO4溶液的液面以下，挤出NaOH溶液。
②在试管中加入5 mL 8 mol/L煮沸后的NaOH溶液，用长滴管吸人新制的0.1 mol/L FeSO4溶液，伸人到NaOH溶液液面以下，挤出FeSO4溶液。

【思考】上述实验还能进一步改进吗？  

如图，若向盛有FeSO4溶液的试管里加入少量煤油或苯，再将吸有NaOH溶液的长滴管伸入到FeSO4溶液的液面下，挤出NaOH溶液。显然加入煤油或苯，则隔绝空气的效果会更好。

【思考】还有没有其他改进方案？   

【讨论】下图为实验方案改进，请讨论图①的防氧化原理。图②的防氧化原理和图①类似，如何操作才能达到目的？

图①铁粉和硫酸反应得到H2，装置充满了H2，生成的Fe(OH)2没有与O2接触。

图②打开止水夹a,检验试管B出口处排出的氢气的纯度。当排出的H2纯净时，夹紧止水夹a。

【设计意图】在学习铁的氢氧化物时，采用了实验探究的手段，结合实验的方案设计，既可以落实学生实验创新的能力，又可以落实学生的实验探究和创新意识素养。

【评价任务二】

在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备Fe(OH)2 。
（1）在试管A里加入的试剂是__________。
（2）在试管B里加入的试剂是__________。
（3）为了制得Fe(OH)2沉淀，在试管A和B中加入试剂，塞紧塞子，打开止水夹一会儿。再夹紧止水夹之前的实验步骤是__________。
（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是__________。

【答案】（1）铁屑、    稀H2SO4

（2）NaOH溶液
（3）检验试管B出口处排出的氢气的纯度,当排出的H2 纯净时，再夹紧止水夹。
（4）试管A中反应生成的H2充满了试管A和试管B， 且外界空气不容易进入。

【讨论】铁的氢氧化物有哪些性质？请完成以下表格。  

【设计意图】通过对比分析学习，落实学生模型构建与证据推理素养。

【评价任务三】教材P72  

(1)写出B和D的化学式:B__________; D___________。

2)写出E转变成F的化学方程式______________________________
(3)向G溶液中加入A，写出反应的离子方程式_______________________
【答案】（1）FeCl2    KCl

（2）

（3）

【设计意图】通过物质转化关系图的推断，可有效检测学生对知识的掌握程度，并培养学生分析解决问题的能力，落实模型构建与证据推理素养。

2．[2018新课标Ⅰ卷] 醋酸亚铬[（CH3COO）2Cr·2H2O］为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题：

（1）实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是_________。仪器a的名称是_______。

 （2）将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置，打开K1、K2，关闭K3。

①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为_________。

②同时c中有气体产生，该气体的作用是_____________。

（3）打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是________ ；d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是___________、_________、洗涤、干燥。

（4）指出装置d可能存在的缺点______________。

【答案】（1）去除水中溶解氧  分液（或滴液）漏斗  

（2）①Zn+2Cr3+Zn2++2Cr2+  ②排除c中空气

（3）c中产生H2使压强大于大气压  （冰浴）冷却  过滤

（4）敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触

【设计意图】本题是2018年全国1卷高考题，实际考查模型来自于本节的氢氧化亚铁的制备，但需具备较高的知识迁移能力才能解答，教师可根据自己学生的实际情况决定是否采用。

【教材实验】

【实验3-1】

向分别盛有FeCl3溶液和FeSO4溶液的两支试管中滴人NaOH溶液，可以观察到FeSO4溶液中产生的沉淀颜色迅速由白色变为灰绿色，最终变为红褐色。分析原因，结合“思考与讨论”栏目，改进实验:将吸有NaOH溶液的长滴管伸人到FeSO4溶液的液面下，挤出NaOH溶液，观察现象；或向盛有FeSO4溶液的试管里加入少量煤油，以隔绝空气，再将吸有NaOH溶液的长滴管伸人到FeSO4溶液的液面下，挤出NaOH溶液，观察现象。

实验现象:向FeCl3溶液中滴人NaOH溶液生成红褐色沉淀；在FeSO4溶液中滴人NaOH溶液，先生成白色絮状沉淀，而后沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。

该实验的作用在于:①帮助学生通过比较，基于宏观现象对Fe(OH)3和Fe(OH)2进行辨识，形成对铁的两种氢氧化物物理性质的认知；②引导学生基于Fe(OH)2沉淀颜色变化的实验事实，结合已有的氧化还原反应知识提出假设，既为Fe2+的还原性提供实验证据，也为后面“如何得到Fe(OH)2”的“思考与讨论”埋下伏笔。

【思考与讨论】

通过前面实验3-1呈现的实验事实，学生已知Fe2+具有还原性，易被空气中的氧气氧化，因此，实验室中得到Fe(OH)2的关键是防止氧气的干扰，可采取三种措施。一是在新制的FeSO4溶液中加入少量铁粉；二是通过将NaOH溶液煮沸的方法减少溶解在溶液中的氧气含量；三是通过将胶头滴管伸人到液面以下的方法，减少带入空气中的氧气。针对第三种措施，提供两种具体操作方法。方法①:将吸有3mL8mol/L的NaOH溶液(煮沸过)的长胶头滴管伸人到新制的0.5 mol/L FeSO4溶液的液面以下，挤出NaOH溶液。方法②:在试管中加入5 mL 8 mol/L煮沸后的NaOH溶液，用长滴管吸人新制的0.1 mol/L FeSO4溶液,伸人到NaOH溶液液面以下，挤出FeSO4溶液。

在此讨论基础上，还可以对氢氧化亚铁的制备进行实验改进的拓展。实验装置如下图。

【练习与应用】

(1)写出B和D的化学式:B__________; D___________。

2)写出E转变成F的化学方程式______________________________
(3)向G溶液中加入A，写出反应的离子方程式_______________________
【答案】（1）FeCl2    KCl

（2）

（3）

【解析】可从转化关系图示中的特征现象人手，如由“白色沉淀E在空气中转化为红褐色沉淀F”可推理出该变化反映的是Fe(OH)2转化为Fe(OH)3,由D与AgNO3溶液反应可得到不溶于稀硝酸的白色沉淀H和焰色试验呈紫色的现象，推理出D为KC1,再由D和E反推B为FeCl2。

【习题补充】

1.下列关于铁的氧化物说法正确的是(     )
A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,可能是来自氧化亚铁
B.Fe2O3是红棕色粉末,俗称磁性氧化铁,常用作红色油漆和涂料
C.Fe3O4中Fe元素的化合价有+2价和+3价,因而Fe3O4是FeO与Fe2O3的混合物
D.FeO在空气中受热，能迅速被氧化成Fe2O3
【答案】A

2.我国清代《本草纲目拾遗》中叙述了“铁线粉”:“粤中洋行有舶上铁丝.....日久起销,用刀刮其销,....所刮下之销末,名铁线粉”。这里的“铁线粉”是指(     )
A.Fe         B.FeCl3           C. FeO         D.Fe2O3
【答案】D

3.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,它可以看作由FeO和Fe2O3组成的复杂氧化物。该化合物可以表示为（     ）
A.FeO•3Fe2O3                  B.2FeO•3Fe2O3
C.FeO•2Fe2O3                 D.2FeO•Fe2O3
【答案】B

4.在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备Fe(OH)2 。

（1）在试管A里加入的试剂是___________________。
（2）在试管B里加入的试剂是___________________。

（3）为了制得Fe(OH)2沉淀，在试管A和B中加入试剂，塞紧塞子，打开止水夹一会儿。再夹紧止水夹之前的实验步骤是___________________。
（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是___________________。

【答案】（1）铁屑、稀H2SO4

（2）NaOH溶液

（3）检验试管B出口处排出的氢气的纯度,当排出的H2      纯净时，再夹紧止水夹。

（4）试管A中反应生成的H2充满了试管A和试管B， 且外界空气不容易进入。

5．[2018新课标Ⅰ卷] 醋酸亚铬[（CH3COO）2Cr·2H2O］为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题：

（1）实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是_________。仪器a的名称是_______。

 （2）将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置，打开K1、K2，关闭K3。

①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为_________。

②同时c中有气体产生，该气体的作用是_____________。

（3）打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是________ ；d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是___________、_________、洗涤、干燥。

（4）指出装置d可能存在的缺点______________。

【答案】（1）去除水中溶解氧  分液（或滴液）漏斗  

（2）①Zn+2Cr3+Zn2++2Cr2+  ②排除c中空气

（3）c中产生H2使压强大于大气压  （冰浴）冷却  过滤

（4）敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触