高中化学第一节铁及其化合物第1课时铁的单质氧化物及氢氧化物学生用书新人教版必修第一册

第1课时铁的单质、氧化物及氢氧化物
核心微网络
素养新要求
1.了解铁元素的存在及物理性质。

2．学会铁单质的化学性质及应用。

3．认识铁的氧化物及其性质。

4．学会Fe(OH)2的制备及相关性质。

学业基础——自学·思记·尝试
一、铁的单质
1．铁的存在与冶炼
(1)铁元素的存在
(2)铁的冶炼
①我国在西周晚期就掌握了冶铁的技术。

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工业炼铁的原理是用________的方法把铁从铁矿石中提炼出来。

2．铁的性质
(1)物理性质
纯净的铁是光亮的________色金属，密度较大，熔点较高。

具有________性、________性、________性，能被________吸引。

(2)化学性质
①铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应
②实验探究铁粉与水蒸气的反应
3.写出下列反应的化学方程式或离子方程式
(1)与非金属单质
(2)与水(常温不反应、高温与水蒸气反应)
________________________________________________________________________ (3)与稀盐酸、稀H2SO4反应(离子方程式)
________________________________________________________________________ (4)与某些盐(离子方程式)
二、铁的氧化物
均可与Al、CO、H2等反应，如
3Fe x O y＋2y Al3x Fe＋y Al2O3
特别提醒
1．FeO、Fe2O3是碱性氧化物。

Fe3O4有固定的组成，属于纯净物，不是混合物，由于其与非氧化性酸反应生成铁盐和亚铁盐，故不属于碱性氧化物。

2．Fe3O4可看成FeO·Fe2O3，所以在书写Fe3O4与盐酸反应的方程式时，可将其看作FeO、Fe2O3分别与盐酸反应，然后把两个反应相加。

3．在高温条件下，Fe与Fe2O3可以发生反应，当铁足量时：Fe＋Fe2O33FeO，当铁不足时：Fe＋4Fe2O33Fe3O4。

三、铁的氢氧化物
1．铁的氢氧化物制备的实验探究
特别提醒
制备Fe(OH)2时的注意事项
1．Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现配现用。

2．为了防止Fe(OH)2被氧化，配制FeSO4溶液所用的蒸馏水和制备Fe(OH)2所用的NaOH 溶液都要煮沸，尽可能除去O2。

3．为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长胶头滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。

4．为防止Fe(OH)2被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密
度小于水且不溶于水的有机溶剂，以隔绝空气。

2.Fe(OH)2与Fe(OH)3的比较
[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)自然界中铁只以化合态存在。

( )
(2)铁是人类使用最早的金属。

( )
(3)铁元素只有还原性，没有氧化性。

( )
(4)铁与盐酸反应生成了三氯化铁。

( )
(5)Fe3O4中化合价有＋2和＋3价为混合物。

( )
(6)FeO在空气中加热生成Fe2O3。

( )
(7)FeO和Fe2O3均为碱性氧化物。

( )
(8)由于铁性质比较活泼，所以自然界中没有游离态的铁单质。

( )
(9)氯化亚铁既可由铁与盐酸反应制取也可由铁与氯气化合制取。

( )
(10)由于钠与水反应生成NaOH和H2，所以铁与水蒸气反应生成Fe(OH)3和H2。

( )
2．下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是( )
A．反应中有氢气产生
B．此反应需在高温条件下才能发生
C．生成的铁的化合物中铁全部呈＋3价
D．该反应中水作氧化剂
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Cl2④Fe 和Fe2O3的混合物溶于盐酸中
A．①B．①③
C．①②③D．全部
4．[2022·昆明高一检测]2021年2月10日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器顺利进入环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星。

火星外表呈红色，这是因为火星表面含有大量的( )
A．氧化铜B．氧化铁
C．碳酸钙D．四氧化三铁
5．[2022·济南高一检测]关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的下列说法不正确的是( )
A．铁元素化合价不完全相同
B．氧元素的化合价完全相同
C．氧化亚铁俗称铁红，为红棕色固体
D．铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体
6．下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )
A．①②B．①③
C．②③D．①②③
核心素养——合作·探究·分享
目标1 铁单质的性质及应用
例1 下列说法中正确的是( )
A．铁在干燥的空气中剧烈燃烧有黑色固体生成
B．铁跟盐酸反应生成氯化铁和氢气
C．铁丝浸入硫酸铜溶液中片刻，其表面出现红色的铁锈
D．烤蓝是在铁制品表面通过化学反应生成致密的氧化膜以防止铁生锈的一种工艺
状元随笔铁与O2反应的多样性
常温下：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe2O3·xH2O。

点燃时：3Fe＋2O2Fe3O4。

铁在潮湿空气中生成的铁锈的主要成分是Fe2O3，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。

[提升1] 还原铁粉与水蒸气反应的装置如图所示，下列有关该实验的说法正确的是( )
A．反应生成FeO
B．湿棉花的主要作用是冷却试管，防止炸裂
C．肥皂液的主要作用是检验生成的H2
D．铁粉与水蒸气反应后，可立即用磁铁将剩余铁粉分离出来
状元随笔在常温下，铁与液态水不反应，铁与水蒸气在高温下才反应，生成Fe3O4和H2。

生成Fe3O4的常见反应有三个：(1)Fe在纯氧中的燃烧；(2)FeO在空气中加热；(3)Fe与H2O(g)在高温下反应。

关键能力
铁与水蒸气反应实验探究
铁能与水蒸气反应，并有H2生成，反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)
Fe3O4＋4H2
状元随笔金属与水反应的一般规律
(1)活泼金属如K、Na等可与冷水迅速剧烈反应(放热反应)，生成可溶性碱和H2。

2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
(2)Mg与冷水反应缓慢，但在加热条件下(或用沸水)，Mg与水的反应加快。

Mg＋2H2O≜Mg(OH)2＋H2↑
Al与冷水很难反应，与沸水反应缓慢。

(3)Fe、Zn等可以和水蒸气反应生成金属氧化物和H2。

3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(4)Cu、Hg、Ag、Pt、Au不与水反应。

目标2 铁的重要化合物
例 2 人类用铁的历史可以追溯到四千五百多年前。

有关铁的化合物的说法中，错误的是( )
A．Fe(OH)2是一种白色固体，不稳定，在空气中易被氧化转变为红褐色
B.Fe2O3不能与水反应得到Fe(OH)3，所以铁的化合物不能通过化合反应制取Fe(OH)3
C．Fe3O4可以由化合反应制得
D．Fe(OH)3胶体呈红褐色，能发生丁达尔效应
[提升2] [2022·上海交大附中高一检测]化学小组设计如图所示装置用来制取Fe(OH)2并观察其在空气中被氧化时的颜色变化。

实验时必须使用铁屑和6mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。

填写下列空白：
(1)B中盛一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是__________________________。

(2)实验开始时先将止水夹E________(填“打开”或“关闭”)，C中收集到的气体的主要成分是________。

(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(4)拔去装置B中的橡皮塞，使空气进入，写出有关反应的化学方程式：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

状元随笔氢氧化亚铁制取实验的四个关键点
(1)Fe2＋极易被空气中的氧气氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。

(2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液所用的蒸馏水和制备Fe(OH)2所用的NaOH溶液都要尽可能除去O2。

(3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。

(4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物(如苯)，以隔绝空气。

关键能力
Fe(OH)2制备实验装置的改进
学考评价——夯实·测控·演练
1．红珊瑚栖息于200～2000米深的海域，产于台湾海峡、中国南海，它与琥珀、珍珠被统称为有机宝石。

在中国，珊瑚是吉祥富有的象征，一直被用来制作珍贵的工艺品。

红珊瑚是无数珊瑚虫分泌的石灰质大量堆积形成的干支状物，呈红色是因为在海底长期积淀某种元素，该元素是( )
A．Na B．Fe C．Zn D．Cu
2．[2022·威海高一检测]中国早在西周晚期已掌握冶铁技术。

下列关于铁的叙述正确的是( )
A．纯铁为银白色
B．铁锈主要成分为Fe3O4，不能保护内层金属
C．铁在干燥的空气里易被氧化
D．在加热条件下铁与氯气反应生成FeCl2和FeCl3
3．[2022·石家庄高一检测]在空气中氢氧化亚铁白色沉淀可转化为红褐色沉淀。

下列关于该反应的叙述不正确的是( )
A．生成物为氧化铁
B．该反应是化合反应
C．该反应是氧化还原反应
D．氢氧化亚铁做还原剂
4．[2022·河北曲阳高一月考]如图转化过程中错误的是( )
A．①B．②C．③D．④
5．[2022·河北定州高一检测]下列说法正确的是( )
A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B．Fe2O3为碱性氧化物，可与水反应生成Fe(OH)3
C．铁锈的主要成分是Fe3O4
D．Fe3O4中铁元素有＋2价和＋3价，Fe3O4是纯净物
6.
[2022·山东利津高一检测]如图所示装置，可用以制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。

下列说法错误的是( )
A．实验前，应事先煮沸溶液除去溶解氧
B．装置Ⅰ可制取FeSO4溶液并排尽装置内空气
C．关闭止水夹可观察到装置Ⅱ中溶液进入装置Ⅰ中
D．取下装置Ⅱ的橡皮塞可观察沉淀颜色变化
7．[2022·山东寿光高一段考]《我在故宫修文物》展示了专家精湛的技艺和对传统文化的热爱与坚守，也令人体会到化学方法在文物保护中的巨大作用。

某博物馆修复出土铁器的过程如下：
(1)检测锈蚀产物
(2)分析腐蚀原理：一般认为，铁经过了如下腐蚀循环。

①Fe转化为Fe2＋。

②FeO(OH)和Fe2＋反应形成致密的Fe3O4保护层，Fe2＋的作用是________(填字母)。

a．氧化剂
b．还原剂
c．既不是氧化剂也不是还原剂
(3)研究发现，Cl－对铁的腐蚀会造成严重影响。

化学修复：脱氯、还原，形成Fe3O4保护层，方法如下：将铁器浸没在盛有0.5mol·L－1Na2SO3、0.5mol·L－1NaOH溶液的容器中，缓慢加热至60～90℃。

一段时间后，取出器物，用NaOH溶液洗涤至无Cl－。

①脱氯反应：FeOCl＋OH－===FeO(OH)＋Cl－。

离子反应的本质是离子浓度的减小，比较FeOCl与FeO(OH)溶解度的大小：__________________。

②Na2SO3还原FeO(OH)形成Fe3O4的离子方程式是：_______________________________________________________________________________ _________________________________________________________________。

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、氧化物及氢氧化物
学业基础
一、
1．(1)陨铁＋2价和＋3价氧、硅、铝(2)②还原
2．(1)银白导热导电延展磁体(2)①Fe2＋Fe3＋②爆鸣四氧化三铁氢气3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2提供水蒸气收集氢气
3．(1)3Fe＋2O2Fe3O42Fe＋3Cl22FeCl3Fe＋S≜FeS Fe＋I2≜FeI2
(2)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(3)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(4)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
二、
铁红磁性氧化铁＋2 ＋3 ＋2、＋3 黑色红棕色
黑色
三、
1．红褐色灰绿红褐
2．＋2 ＋3 白色红褐色
即学即练
1．答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×
(7)√(8)×(9)×(10)×
2．解析：Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4，Fe的化合价为＋2、＋3。

答案：C
3．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．答案：B
5．答案：C
6．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(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
核心素养
例1 解析：铁丝在空气中只能烧至发红，不会剧烈燃烧，在纯氧中剧烈燃烧生成黑色
的四氧化三铁固体，A错误；铁跟盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，B错误；铁丝浸入硫酸铜溶液中片刻，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，取出，其表面出现红色的铜，而不是红色的铁锈，C错误；烤蓝是在铁制品表面通过化学反应生成致密的氧化膜的一种工艺，可以防止铁制品生锈，D正确。

答案：D
提升1 解析：铁与水蒸气反应生成Fe3O4，A错误；湿棉花的作用是提供反应物——水蒸气，B错误；使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H2，反应一段时间后，有肥皂泡吹起时，用点燃的火柴靠近肥皂泡，当听到爆鸣声时，说明铁与水蒸气反应生成了H2，C正确；铁粉与水蒸气反应生成的产物四氧化三铁也可以被磁铁吸引，不能分离出铁，D错误。

答案：C
例2 答案：B
提升2 解析：实验开始时先打开止水夹E，让生成的H2把A、B装置中的空气排出，让Fe(OH)2在H2气氛中生成，以便较长时间观察到Fe(OH)2的颜色。

H2充满B后关闭止水夹E，A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B中，与NaOH反应。

答案：(1)铁屑Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)打开H2
(3)关闭止水夹E，A中压强增大，把FeSO4溶液压入B瓶中进行反应
(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
学考评价
1．解析：红珊瑚呈红色是因为铁元素被氧化后生成了Fe2O3。

答案：B
2．答案：A
3．答案：A
4．解析：反应①中，Fe在高温下与水蒸气发生反应3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，A正确；反应②中，Fe与O2在点燃条件下发生反应3Fe＋2O2Fe3O4，B错误；反应③中，Fe 与稀硫酸发生反应Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，C正确；反应④中，Fe与Cl2在点燃条件下发生反应3Cl2＋2Fe2FeCl3，D正确。

答案：B
5．解析：赤铁矿、铁锈的主要成分均是Fe2O3，A、C错误；Fe2O3为碱性氧化物，但不
与水反应，B 错误。

答案：D
6．解析：氢氧化钠溶液中有少量氧气，氢氧化亚铁易被氧气氧化，所以实验前，应事先煮沸溶液除去溶解氧，故A 正确；结合A 项分析可知，装置Ⅰ可制取FeSO 4溶液并排尽装置内空气，故B 正确；关闭止水夹可观察到装置Ⅰ中溶液进入装置Ⅱ中，故C 错误；氢氧化亚铁具有强还原性，能够被氧气氧化，颜色发生变化，所以取下装置Ⅱ的橡皮塞可观察沉淀颜色变化，故D 正确。

答案：C
7．解析：(2)②根据化合物中化合价代数和为0可知FeO(OH)中铁元素的化合价为＋3价。

反应中元素的化合价均不变化，所以Fe 2＋
既不是氧化剂也不是还原剂。

(3)①离子反应的本质是离子浓度的减小，这说明FeO(OH)更难溶，因此FeOCl 的溶解度大于FeO(OH)的溶解度。

②1 mol 四氧化三铁中含有1 mol 亚铁离子，亚硫酸钠的氧化产物是硫酸钠，根据得失电子守恒、原子守恒以及电荷守恒可知Na 2SO 3还原FeO(OH)生成Fe 3O 4的离子方程式是SO 32−+6FeO (OH )===SO 42－＋2Fe 3O 4＋3H 2O 。

答案：(2)c (3)①S (FeOCl)＞S [FeO(OH)]
②SO 32−+6FeO (OH )===SO 42－＋2Fe 3O 4＋3H 2O。