高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 铁及其化合物学案

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素养新目标


1．认识铁元素的性质与存在。


2．掌握铁及其重要化合物的性质。


3．学会用实验的手段研究物质性质的方法。


4．了解铁及其化合物的广泛用途。








[预习新知]


一、铁的单质


1．铁的存在


铁在地壳中含量仅次于氧、硅和铝，居第四位，主要以＋2价和＋3价化合物的形式存在。铁单质在自然界中以陨铁的形态存在。


2．物理性质


纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点较高。具有导热性、导电性、延展性，能被磁体吸引。


3．化学性质


(1)与非金属反应


2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3 3Fe＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃))Fe3O4


(2)与水反应


3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2


(3)与酸反应


Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑


(4)与盐溶液反应


Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu


结论：铁在化学反应中做为还原剂：


Fe－2e－eq \(――――→,\s\up7(弱氧化剂))Fe2＋ Fe－3e－eq \(――→,\s\up7(强氧化剂))Fe3＋


二、铁的重要化合物


1．铁的氧化物


(1)物理性质





(2)化学性质


①稳定性： Fe2O3、Fe3O4较稳定； FeO不稳定，受热能氧化为Fe3O4。


②与酸反应：FeO、Fe2O3都是碱性氧化物，都能与酸反应生成盐和水。分别写出它们与盐酸反应的离子方程式：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。


2．铁的氢氧化物的制备


3.铁的氢氧化物的化学性质


氢氧化铁和氢氧化亚铁都为不溶性碱，它们具有的性质是


(1)能与酸反应，它们分别与盐酸反应的离子方程式是Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O， Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O。


(2)不稳定，受热易分解，其化学方程式分别为


①Fe(OH)3： 2Fe(OH)3eq \(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O，


②Fe(OH)2： Fe(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))FeO＋H2O(隔绝空气)。


4．铁盐和亚铁盐


(1)Fe2＋和Fe3＋的检验：





(2)Fe2＋与Fe3＋的转化：


①实验及现象：





溶液由棕黄色→eq \(□,\s\up1(36))浅绿色→溶液eq \(□,\s\up1(37))无明显变化→溶液变成eq \(□,\s\up1(38))红色。


②反应的离子方程式：


eq \(□,\s\up1(39))2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。


③结论：Fe3＋eq \(,\s\up14(铁等强还原剂),\s\d15(氯气等强氧化剂))Fe2＋


[即学即练]


1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”


(1)自然界中不存在游离态的铁。( )


(2)Fe3O4中化合价有＋2和＋3价为混合物。( )


(3)FeO在空气中加热生成Fe2O3。( )


(4)FeO和Fe2O3均为碱性氧化物。( )


(5)Fe2＋可以被Cl2氧化为Fe3＋，说明Fe2＋具有氧化性。( )


(6)向溶液中加KSCN溶液，溶液变红色，说明溶液中不含Fe2＋。( )


答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×


2．铁在一定条件下与O2、水蒸气反应的共同产物是( )


A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．Fe(OH)2


答案：C


3．下列物质反应后一定有＋3价铁生成的是( )


①过量的Fe和Cl2反应


②Fe与过量稀硫酸反应


③FeCl2溶液中通入少量Cl2


④Fe和Fe2O3的混合物溶于盐酸中


A．① B．①③ C．①②③ D．全部


解析：①中的Cl2能将铁氧化为＋3价。②中Fe与稀硫酸反应只能生成Fe2＋。③在溶液中Fe2＋被Cl2氧化生成Fe3＋。④中首先发生Fe与盐酸生成FeCl2、Fe2O3与盐酸生成FeCl3的反应，但题中未给出反应物间相对量的关系，若铁是足量的，则能将生成的FeCl3全部还原为FeCl2。


答案：B


4．某钢铁厂附近居民经常受到该厂产生的红棕色烟雾的困扰。据你估计这一空气污染物中可能含有( )


A．Fe粉尘 B．FeO粉尘 C．Fe3O4粉尘 D．Fe2O3粉尘


答案：D





技 能 素 养





目标一 Fe2＋、Fe3＋的检验方法


[例1] 要证明某溶液中不含有Fe3＋而可能含有Fe2＋，进行如下实验操作时最佳顺序为( )


①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液





A．①③ B．③②


C．③① D．①②③


【解析】 加入NH4SCN无红色物质产生证明无Fe3＋，再加氯水，若有Fe2＋，则Fe2＋可被氧化为Fe3＋，使溶液变红色；KMnO4酸性溶液也能氧化Fe2＋，但KMnO4本身为紫红色，加入足量酸性KMnO4后，使Fe3＋与NH4SCN反应后溶液的颜色不易被观察。


【答案】 C


[提升1] 某溶液中可能存在Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋，加入NaOH溶液，开始时有白色絮状沉淀生成，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，下列结论正确的是( )





A．一定有Fe2＋，一定没有Fe3＋、Mg2＋


B．一定有Fe3＋，可能有Fe2＋，一定没有Mg2＋


C．一定有Fe3＋，一定没有Fe2＋、Mg2＋


D．一定有Fe2＋，可能有Mg2＋，一定没有Fe3＋


答案：D


[核心能力]


Fe2＋、Fe3＋的检验方法


(1)直接观察颜色





(2)利用氢氧化物沉淀的颜色





(3)利用显色反应





(4)利用Fe2＋的还原性





(5)利用Fe3＋的氧化性





除杂问题(括号内为杂质)：


①FeCl3溶液(FeCl2)：加足量氯水或H2O2或通入足量Cl2。


②FeCl2溶液(FeCl3)：加足量铁粉，充分反应后过滤。


③FeSO4溶液(CuSO4)：加足量铁粉，充分反应后过滤。


④Fe粉(铝)、Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液，充分反应后过滤。





目标二 铁及其化合物之间的转化


[例2] 已知下述三个实验均能发生化学反应：


下列判断正确的是( )


A．实验①中铁钉只作还原剂


B．实验②中Fe2＋既显氧化性又显还原性


C．实验③中发生的是置换反应


D．上述实验证明氧化性：Fe3＋＞Fe2＋＞Cu2＋


【解析】 实验①中铁钉作还原剂，氧化性Cu2＋＞Fe2＋；实验②中Fe2＋只表现还原性，实验③中反应为：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2不是置换反应，分析可知，氧化性：Fe3＋＞Cu2＋，综上可知氧化性Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋，故A正确，B、C、D错误。


【答案】 A


[提升2] 已知A是一种常见金属，F是一种红褐色沉淀。试根据图中转化关系，回答下列问题。





推断题的解题思路：根据物质的物理性质(特别是色、态)和化学性质(相互转化关系、反应条件等)，找出具有特征条件的物质，再由相互转化关系逐步推断。


(1)写出A、C、F、G的化学式：


A．________；C.________；F.________；G.________。


(2)检验D中阳离子的方法为


________________________________________________________________________。


(3)保存C溶液时要加固体A的原因是


________________________________________________________________________。


(4)写出下列转化的离子方程式：


①D→C：__________________________；


②C→D：__________________________。


(5)写出E→F的化学方程式：


________________________________________________________________________。


解析：根据F是红褐色沉淀知F是Fe(OH)3，从而推知A为Fe，B为Fe3O4，C是FeCl2，D是FeCl3，E为Fe(OH)2，F为Fe(OH)3，G为Fe2O3，X为H2。


答案：


(1)Fe FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3


(2)取D溶液少许于试管中，加入几滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含Fe3＋


(3)防止Fe2＋被O2氧化


(4)①2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ ②2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－


(5)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3





[核心能力]


铁及其化合物之间的转化





1．Fe只有还原性，可以被氧化成＋2价或＋3价的铁：





如Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋ 2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3 3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2


2．Fe2＋既有氧化性又有还原性：





如2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋





3．Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁：





如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ 3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(△))2Fe＋3CO2


与Fe3＋、Fe2＋有关的离子共存问题：


①Fe3＋与I－、S2－、HS－、SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)等因发生氧化还原反应而不能大量共存。


②Fe2＋与MnOeq \\al(－,4)(H＋)、NOeq \\al(－,3)(H＋)、ClO－等因发生氧化还原反应而不能大量共存。





学考评价


授课提示：对应学生用书41页





1．下列有关铁与水反应的说法中正确的是( )


A．在任何条件下，铁与水均能发生反应


B．在高温时，铁与水蒸气反应生成氢氧化铁和H2


C．在高温时，铁与水蒸气反应生成氧化铁和H2


D．在高温时，铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和H2


答案：D


2．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )





A．①② B．①③


C．②③ D．①②③


解析：因为Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3，故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀，就要排除装置中的空气或氧气。装置①是先用H2将装置中的空气排尽，并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中，③中液面上加苯阻止了空气进入；②由于能接触到空气中的O2，故不能较长时间观察到白色沉淀。


答案：B


3．向某溶液中加入含Fe2＋的溶液后，无明显变化。当再滴入几滴新制氯水后，混合溶液变成红色，则下列结论错误的是( )


A．该溶液中一定含有SCN－


B．氧化性：Fe3＋>Cl2


C．Fe2＋与SCN－不能形成红色物质


D．Fe2＋被氧化为Fe3＋


解析：溶液中的Fe2＋与加入的新制氯水发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，故氧化性：Fe3＋