高中人教版 (2019)第一节 铁及其化合物导学案及答案

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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。实验装置操作现象用火柴点燃肥皂液，听到__爆鸣__声，证明生成了__H2__实验中湿棉花的作用是提供水蒸气。实验结论在高温下，铁能与水蒸气反应生成H2，化学方程式为__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＋O2CO2b．生成CO：CO2＋C2CO②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Fe2S3C．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CO2D．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。